Modern performance-based design methods require ways to determine the factual behavior of structures subjected to earthquakes. Drift ratio demands are important measures of structural and/or nonstructural damage of the structures in performance-based design. In this study, global drift ratio and interstory drift ratio demands, obtained by nonlinear time history analysis of three generic RC frames using code-compatible ground motion record sets, are statistically evaluated. Several ground motion record sets compatible with elastic design spectra defined for the local soil classes in Turkish Earthquake Code are used for the analyses. Variation of the drift ratio demands obtained from ground motion records in the sets and difference between the mean of drift ratio demands calculated for ground motion sets are evaluated. The results of the study indicate that i) variation of maximum drift ratio demands in the sets were high; ii) different drift ratio demands are calculated using different ground motion record sets although they are compatible with the same design spectra; iii) the effect of variability due to random causes on the total variability of drift ratio demands is much larger than the effect of variability due to differences between the mean of ground motion record sets; iv) global and interstory drift ratio demands obtained for different ground motion record sets can be accepted as simply random samples of the same population at %95 confidence level. The results are valid for all the generic frames and local soil classes considered in this study.
Conventional buckling restrained braces used in concentrically braced frames are expected to yield in both tension and compression without major degradation of capacity under severe seismic ground motions. One of the weakness points of a standard buckling restrained braced frame is the low post-yield stiffness and thus large residual deformation under moderate to severe ground motions. This phenomenon can be attributed to low post-yield stiffness of core member in a BRB. This paper introduces a multi-core buckling restrained brace. The multi-core term arises from the use of more than one core component with different steel materials, including high-performance steel (HPS-70W) and stainless steel (304L) with high strain hardening properties. Nonlinear dynamic time history analyses were conducted on variety of diagonally braced frames with different heights, in order to compare the seismic performance of regular and multi-core buckling restrained braced frames. The results exhibited that the proposed multi-core buckling restrained braces reduce inter-story and especially residual drift demands in BRBFs. In addition, the results of seismic fragility analysis designated that the probability of exceedance of residual drifts in multi-core buckling restrained braced frames is significantly lower in comparison to standard BRBFs.
The modified-ECOMAC approach to monitor and investigate health of structure in marine platforms was evaluated in this research. The material properties of structure were defined based on the real platform located in Persian Gulf. The nonlinear time-history analyses were undertaken using the marine natural waves. The modified-ECOMAC approach was designed to act as the solution of the best sensor placement according to structural dynamic behavior of structure. This novel method uses nonlinear time-history analysis results as an exact seismic response despite the common COMAC algorithms utilize the eigenvalue responses. The processes of modified-ECOMAC criteria were designed and developed by author of this paper as a toolbox of Matlab. The Results show that utilizing an efficient ECOMAC method in SHM process leads to detecting the critical weak points of sensitive marine platforms to make better decision about them. The statistical results indicate that considering modified ECOMAC based on seismic waves analysis has an acceptable accuracy on identify the sensor location. The average of statistical comparison of COMAC and ECOMAC via modal and integrated analysis, had a high MAE of 0.052 and RSME of 0.057 and small R2 of 0.504, so there is significant difference between them.
Gunaydin, Murat;Erturk, Esin;Genc, Ali Fuat;Okur, Fatih Yesevi;Altunisik, Ahmet Can;Tavsan, Cengiz
Earthquakes and Structures
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v.22
no.1
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pp.65-82
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2022
This paper presents a structural performance assessment of a historical masonry clock tower both using numerical and experimental process. The numerical assessment includes developing of finite element model with considering different types of soil-structure interaction systems, identifying the numerical dynamic characteristics, finite element model updating procedure, nonlinear time-history analysis and evaluation of seismic performance level. The experimental study involves determining experimental dynamic characteristics using operational modal analysis test method. Through the numerical and experimental processes, the current structural behavior of the masonry clock tower was evaluated. The first five experimental natural frequencies were obtained within 1.479-9.991 Hz. Maximum difference between numerical and experimental natural frequencies, obtained as 20.26%, was reduced to 4.90% by means of the use of updating procedure. According to the results of the nonlinear time-history analysis, maximum displacement was calculated as 0.213 m. The maximum and minimum principal stresses were calculated as 0.20 MPa and 1.40 MPa. In terms of displacement control, the clock tower showed only controlled damage level during the applied earthquake record.
The coupled soil-pile-structure seismic response is recently in the spotlight of researchers because of its extensive applications in the different fields of engineering such as bridges, offshore platforms, wind turbines, and buildings. In this paper, a simple analytical model is developed to evaluate the dynamic performance of seismically isolated bridges considering triple interactions of soil, piles, and bridges simultaneously. Novel expressions are proposed to present the dynamic behavior of pile groups in inhomogeneous soils with various shear modulus along with depth. Both cohesive and cohesionless soil deposits can be simulated by this analytical model with a generalized function of varied shear modulus along the soil depth belonging to an inhomogeneous stratum. The methodology is discussed in detail and validated by rigorous dynamic solution of 3D continuum modeling, and time history analysis of centrifuge tests. The proposed analytical model accuracy is guaranteed by the acceptable agreement between the experimental/numerical and analytical results. A comparison of the proposed linear model results with nonlinear centrifuge tests showed that during moderate (frequent) earthquakes the relative differences in responses of the superstructure and the pile cap can be ignored. However, during strong excitations, the response calculated in the linear time history analysis is always lower than the real conditions with the nonlinear behavior of the soil-pile-bridge system. The current simple and efficient method provides the accuracy and the least computational costs in comparison to the full three-dimensional analyses.
A probabilistic seismic damage analysis is an essential procedure to identify seismically vulnerable structures, prioritize the seismic retrofit, and ultimately minimize the overall seismic risk. To assess the seismic risk of multiple structures within a region, a large number of nonlinear time-history structural analyses must be conducted and studied. As a result, each assessment requires high computing resources. To overcome this limitation, we explore a deep learning-based metamodel to enable the prediction of the mean and the standard deviation of the seismic damage distribution of track-on steel-plate girder railway bridges in Korea considering the geometric variation. For machine learning training, nonlinear dynamic time-history analyses are performed to generate 800 high-fidelity datasets on the seismic response. Through intensive trial and error, the study is concentrated on developing an optimal machine learning architecture with the pre-identified variables of the physical configuration of the bridge. Additionally, the prediction performance of the proposed method is compared with a previous, well-defined, response surface model. Finally, the statistical testing results indicate that the overall performance of the deep-learning model is improved compared to the response surface model, as its errors are reduced by as much as 61%. In conclusion, the model proposed in this study can be effectively deployed for the seismic fragility and risk assessment of a region with a large number of structures.
As a supplemental energy dissipation device, friction dampers are widely employed to augment the behaviour of buildings under seismic forces. In the current work, a methodology for the design of the friction damping system of RC frame buildings is offered using performance-based plastic design (PBPD) method. Here 2% of maximum interstorey drift ratio for life safety (LS) level is taken into account as a target drift to estimate the design base shear. In this approach, the distribution of friction damper is determined based on the hysteretic energy demand of that storey. Two frames, five storey three bay (5S3B) and eight storey three bay (8S3B) RC frame building with and without friction damping systems are also taken up for the investigation. The suggested design approach is validated by the nonlinear time history analysis (NLTHA) procedure. Inter story drift ratio (ISDR) and storey displacement, which are the more closely related to structural damage during seismic excitation are evaluated. The results show that the friction damping system on a retrofitted RC frame building performs effectively under seismic excitations and that storey displacement and ISDR are within the limit at moderate and high seismic intensities.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.1
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pp.1-8
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1999
Dynamic elastoplastic LPM (lumped parameter mass) analyses are carried out in order to investigate the seismic resistant performance of a typical high-rise shear wall apartment subjected to several earthquakes. Three-dimensional nonlinear pushover analysis is adopted to estimate initial elastic stiffness, yielding strength and post-yielding stiffness of each story for the time history analysis of LPM shear model. For the hysteresis of each story, Clough and bilinear models are used with the input of four recorded earthquake ground motions of EI Centro 1940 NS, Taft 1952 EW, Hachinohe 1968 NS and Kobe 1995 NS, of which the amplitudes are scaled down to have the same maximum ground velocity of 12 kine. The result shows that yieldings take place in most storys of the building, i.e. the earthquake resistant capacity of this high-rise shear wall apartment is not sufficient at the event of earthquake M=5~6.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.1
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pp.89-118
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2015
The geometric nonlinearity of off-diagonal bracing system (ODBS) could be a complementary system to covering and extending the nonlinearity of reinforced concrete material. Finite element modeling is performed for flexural frame, x-braced frame and the ODBS braced frame system at the initial phase. Then the different models are investigated along various analyses. According to the experimental results of flexural and x-braced frame, the verification is done. Analytical assessments are performed in according to three dimensional finite element modeling. Nonlinear static analysis is considered to obtain performance level and seismic behaviour, and then the response modification factors calculated from each model's pushover curve. In the next phase, the evaluation of cracks observed in the finite element models, especially for RC members of all three systems is performed. The finite element assessment is performed on engendered cracks in ODBS braced frame for various time steps. The nonlinear dynamic time history analysis accomplished in different stories models for three records of Elcentro, Naghan and Tabas earthquake accelerograms. Dynamic analysis is performed after scaling accelerogram on each type of flexural frame, x-braced frame and ODBS braced frame one by one. The base-point on RC frame is considered to investigate proportional displacement under each record. Hysteresis curves are assessed along continuing this study. The equivalent viscous damping for ODBS system is estimated in according to references. Results in each section show the ODBS system has an acceptable seismic behaviour and their conclusions have been converged when the ODBS system is utilized in reinforced concrete frame.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.25-33
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2004
To evaluate the seismic capacity of a multistorey building structures in performance based seismic design, it is needed to convert MDOF model into equivalent SDOF model. This paper presents predictions for interstory drift of multistorey structures using method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model. The principal objective of this investigation is to evaluate appropriateness of converting method through performing nonlinear time history analysis of a multistory building structures and an equivalent SDOF model. Comparing the interstory drift of multistorey structures calculated by time history analysis and those evaluated by an equivalent SDOF model, the adequacy and the validity of converting method is verified. The conclusion of this study is following; A method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model through the nonlinear time history response analysis is valid. Inelastic first mode shapes are expected to be more accurate than elastic first mode shapes in obtaining interstory drift of multistorey structures from equivalent SDOF model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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