Zhang, Dichuan;Fleischman, Robert B.;Lee, Deuckhang
Computers and Concrete
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제25권3호
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pp.273-282
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2020
A new seismic design methodology for precast concrete diaphragms has been developed and incorporated into the current American seismic design code. This design methodology recognizes that diaphragm inertial forces during earthquakes are highly influenced by higher dynamic vibration modes and incorporates the higher mode effect into the diaphragm seismic design acceleration determination using a first mode reduced method, which applies the response modification coefficient only to the first mode response but keeps the higher mode response unreduced. However the first mode reduced method does not consider effects of diaphragm flexibility, which plays an important role on the diaphragm seismic response especially for the precast concrete diaphragm. Therefore this paper investigated the effect of diaphragm flexibility on the diaphragm seismic design acceleration for precast concrete shear wall structures through parametric studies. Several design parameters were considered including number of stories, diaphragm geometries and stiffness. It was found that the diaphragm flexibility can change the structural dynamic properties and amplify the diaphragm acceleration during earthquakes. Design equations for mode contribution factors considering the diaphragm flexibility were first established through modal analyses to modify the first mode reduced method in the current code. The modified first mode reduced method has then been verified through nonlinear time history analyses.
Pejovic, Jelena R.;Serdar, Nina N.;Pejovic, Radenko R.
Earthquakes and Structures
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제13권3호
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pp.221-230
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2017
One of the important phases of probabilistic performance-based methodology is establishing appropriate probabilistic seismic demand models (PSDMs). These demand models relate ground motion intensity measures (IMs) to demand measures (DMs). The objective of this paper is selection of the optimal IMs in probabilistic seismic demand analysis (PSDA) of the RC high-rise buildings. In selection process features such as: efficiency, practically, proficiency and sufficiency are considered. RC high-rise buildings with core wall structural system are selected as a case study building class with the three characteristic heights: 20-storey, 30-storey and 40-storey. In order to determine the most optimal IMs, 720 nonlinear time-history analyses are conducted for 60 ground motion records with a wide range of magnitudes and distances to source, and for various soil types, thus taking into account uncertainties during ground motion selection. The non-linear 3D models of the case study buildings are constructed. A detailed regression analysis and statistical processing of results are performed and appropriate PSDMs for the RC high-rise building are derived. Analyzing a large number of results it are adopted conclusions on the optimality of individual ground motion IMs for the RC high-rise building.
Lim, Hyun-Kyu;Kang, Jun Won;Lee, Young-Geun;Chi, Ho-Seok
Multiscale and Multiphysics Mechanics
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제1권2호
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pp.143-156
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2016
Reinforced concrete (RC) structures require advanced analysis techniques for better estimation of their seismic responses, especially in the case of exhibiting complex three-dimensional coupling of torsional and flexural behaviors. This study focuses on validating a numerical approach for evaluating the seismic response of a three-dimensional unsymmetrical RC structure through the participation in the SMART 2013 international benchmark program. The benchmark program provides material properties, detailed drawings of the RC structure, and input ground motions for the seismic response evaluation. In this study, nonlinear constitutive models of concrete and rebar were formed and local tests were conducted to verify the constitutive models in finite element analysis. Elastic calibration of the finite element model of the SMART 2013 RC structure was performed by comparing numerical and experimental results in modal and linear time history analyses. Using the calibrated model, nonlinear earthquake analysis and seismic fragility analysis were performed to estimate the behavior and vulnerability of the RC structure with various ground motions.
Attarchiana, Nahid;Kalantari, Afshin;Moghadam, Abdolreza S.
Earthquakes and Structures
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제10권6호
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pp.1467-1486
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2016
This research focuses on seismic performance of a class of single pier skewed bridges with three different pier-deck connections; skew angles vary from $0^{\circ}$ to $60^{\circ}$. A well-documented four span continuous deck bridge has been modeled and verified. Seat-type connections with fixed and sliding bearings plus monolithic pier-deck connections are studied. Shear keys are considered either fully operational or ineffective. Seismic performances of the bridges and the structural components are investigated conducting bidirectional nonlinear time history analysis in OpenSees. Several global and intermediate engineering demand parameters (EDP) have been studied. On the basis of results, the values of demand parameters of skewed bridges, such as displacement and rotation of the deck plus plastic deformation and torsional demand of the piers, increase as the skew angle increases. In order to eliminate the deck collapse probability, the threshold skew angle is considered as $30^{\circ}$ in seat-type bridges. For bridges with skew angles greater than $30^{\circ}$, monolithic pier-deck connections should be applied. The functionality of shear keys is critical in preventing large displacements in the bearings. Pinned piers experience considerable ductility demand at the bottom.
The damping effect of a Concrete-filled Rectangular Steel Tube (CRST) frame structure is studied in this paper. Viscous dampers are employed to insure the function of the building especially subjected to earthquakes, for some of the main vertical elements of the building are not continuous. The shaking table test of a 1:15 scale model was conducted under different earthquake excitations to recognize the seismic behavior of this building. And the vibration damping effect was also investigated by the shaking table test and the simulation analysis. The nonlinear time-history analysis of the shaking table test model was carried out by the finite element analysis program CANNY. The simulation model was constructed in accordance with the tested one and was analyzed under the same loading condition and the simulation effect was then validated by the tested results. Further more, the simulation analysis of the prototype structure was carried out by the same procedure. Both the simulated and tested results indicate that there are no obvious weak stories on the damping equipped structure, and the dampers can provide the probability of an irregular CRST frame structure to meet the requirements of the design code on energy dissipation and deformation limitation.
Kostinakis, Konstantinos G.;Athanatopoulou, Asimina M.
Earthquakes and Structures
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제9권5호
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pp.1091-1114
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2015
The adequacy of a number of advanced earthquake Intensity Measures (IMs) to predict the structural damage of earthquake resistant 3D R/C buildings is investigated in the present paper. To achieve this purpose three symmetric in plan and three asymmetric 5-storey R/C buildings are analyzed by nonlinear time history analysis using 74 bidirectional earthquake records. The two horizontal accelerograms of each ground motion are applied along the structural axes of the buildings and the structural damage is expressed in terms of the maximum and average interstorey drift as well as the overall structural damage index. For each individual pair of accelerograms the values of the aforementioned seismic damage measures are determined. Then, they are correlated with several strong motion scalar IMs that take into account both earthquake and structural characteristics. The research identified certain IMs which exhibit strong correlation with the seismic damage measures of the studied buildings. However, the degree of correlation between IMs and the seismic damage depends on the damage measure adopted. Furthermore, it is confirmed that the widely used spectral acceleration at the fundamental period of the structure is a relatively good IM for medium rise R/C buildings that possess small structural eccentricity.
본 연구에서는 TS 내진보강공법의 내진보강 효과 검증을 목적으로 7개의 지진파에 대한 TS 댐퍼(Tension Spring-Damper)로 내진보강된 구조물의 비선형 시간이력해석을 수행하였다. 비선형 시간이력 해석을 통해 얻어진 무보강 구조물의 층간변위비와 에너지소산 양과 비교한 결과 층간변위비가 약 30% 가량 감소하였고, 구조체를 통한 에너지 소산의 양은 반감되었다. 이를 통해 TS 내진보강공법의 제진성능이 우수함을 확인하였다.
본 논문에서는 실제 교량에 지진격리장치를 적용하였을 때, 교량의 내진성능을 평가하기 위한 지진해석과 모델링 방법에 대하여 논하였다. 상용유한요소 해석 프로그램을 이용하여 비선형 시간이력 해석을 수행하였으며, 지진해석을 위하여 El Centro 지진 이력을 (1940, N00W) 사용하였다. 기존 받침을 적용한 경우와 여러 가지 지진격리장치를 적용한 경우로 나누어 해석하였으며, 교량의 변위와 교각의 변형 및 교각 하단부의 전단력과 모멘트를 상대 비교하였다. 해석 결과 지진격리 장치를 사용한 경우 기존 받침을 적용한 교량보다 지진시 거동이 훨씬 안정적으로 나타났으며, 특히 StLRB를 적용한 경우 받침의 마찰과 STU의 강절거동 효과로 인하여 보다 높은 지진력 감소효과가 있음을 알 수 있었다.
Steel plate shear walls (SPSWs) have been shown to be efficient lateral force-resisting systems, which are increasingly used in new and retrofit construction. These structural systems are designed with either stiffened and stocky or unstiffened and slender web plates based on disparate structural and economical considerations. Based on some limited reported studies, on the other hand, employment of low yield point (LYP) steel infill plates with extremely low yield strength, and high ductility as well as elongation properties is found to facilitate the design and improve the structural behavior and seismic performance of the SPSW systems. On this basis, this paper reports system-level investigations on the seismic response assessment of multi-story SPSW frames under the action of earthquake ground motions. The effectiveness of the strip model in representing the behaviors of SPSWs with different buckling and yielding properties is primarily verified. Subsequently, the structural and seismic performances of several code-designed and retrofitted SPSW frames with conventional and LYP steel infill plates are investigated through detailed modal and nonlinear time-history analyses. Evaluation of various seismic response parameters including drift, acceleration, base shear and moment, column axial load, and web-plate ductility demands, demonstrates the capabilities of SPSW systems in improving the seismic performance of structures and reveals various advantages of use of LYP steel material in seismic design and retrofit of SPSW systems, in particular, application of LYP steel infill plates of double thickness in seismic retrofit of conventional steel and code-designed SPSW frames.
The application of shape memory alloys (SMAs) to the seismic response reduction of civil engineering structures has attracted growing interest due to their self-centering feature and excellent fatigue performance. The loading rate dependence of SMAs raises a concern in the seismic analysis of SMA-based devices. However, the implementation of micromechanics-based strain-rate-dependent constitutive models in structural analysis software is rather complicated and computationally demanding. This paper investigates the feasibility of replacing complex rate-dependent models with rate-independent constitutive models for superelastic SMA elements in seismic time-history analysis. Three uniaxial constitutive models for superelastic SMAs, including one rate-dependent thermomechanical model and two rate-independent phenomenological models, are considered in this comparative study. The pros and cons of the three nonlinear constitutive models are also discussed. A parametric study of single-degree-of-freedom systems with different initial periods and strength reduction factors is conducted to examine the effect of the three constitutive models on seismic simulations. Additionally, nonlinear time-history analyses of a three-story prototype steel frame building with special SMA-based damping braces are performed. Two suites of seismic records that correspond to frequent and design basis earthquakes are used as base excitations in the seismic analyses of steel-braced frames. The results of this study show that the rate-independent constitutive models, with their parameters properly tuned to dynamic test data, are able to predict the seismic responses of structures with SMA-based seismic response modification devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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