The progressive collapse phenomenon is generally regarded as dynamic. Due to the impracticality of nonlinear dynamic computations for practitioners, an interest arises for the development of equivalent static pushover procedures. The present paper proposes a methodology to identify such a procedure for sudden column removals, using energetic evaluations to determine the pushover loads to apply. In a dynamic context, equality between the cumulated external and internal works indicates a vanishing kinetic energy. If such a state is reached, the structure is sometimes assumed able to withstand the column removal. Approximations of these works can be estimated using a static computation, leading to an estimate of the displacements at the zero kinetic energy configuration. In comparison with other available procedures based on such criteria, the present contribution identifies loading patterns to associate with the zero-kinetic energy criterion to avoid a single-degree-of-freedom idealisation. A parametric study over a family of regular steel structures of varying sizes uses non-linear dynamic computations to assess the proposed pushover loading pattern for the cases of central and lateral ground floor column failure. The identified quasi-static loading schemes are shown to allow detecting nearly all dynamically detected plastic hinges, so that the various beams are provided with sufficient resistance during the design process. A proper accuracy is obtained for the plastic rotations of the most plastified hinges almost independently of the design parameters (loads, geometry, robustness), indicating that the methodology could be extended to provide estimates of the required ductility for the beams, columns, and beam-column connections.
Ryu, Jeong Ho;Cho, Sam Deok;Kim, Dae Hak;Lee, Kwang Wu
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.6
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pp.39-44
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2017
The behavior of the lateral resistance beyond the yield condition on single pile has been evaluated by comparative analysis. Pushover analysis of single pile has been performed to compare to the results on lateral load test of the pile foundation. The study for the behavior beyond the yield condition on single pile had been performed on the results on the lateral load test and pushover analysis considering mechanical conditions of the ground soil and the pile foundation.
Pushover analysis has gained significant popularity as an analytical tool for realistic determination of the inelastic behaviour of RC structures. Though significant work has been done to evaluate the demands realistically, the evaluation of capacity and realistic failure modes has taken a back seat. In order to throw light on the inelastic behaviour and capacity evaluation for the RC framed structures, a 3D Reinforced concrete frame structure was tested under monotonically increasing lateral pushover loads, in a parabolic pattern, till failure. The structure consisted of three storeys and had 2 bays along the two orthogonal directions. The structure was gradually pushed in small increments of load and the corresponding displacements were monitored continuously, leading to a pushover curve for the structure as a result of the test along with other relevant information such as strains on reinforcement bars at critical locations, failure modes etc. The major failure modes were observed as flexural failure of beams and columns, torsional failure of transverse beams and joint shear failure. The analysis of the structure was by considering all these failure modes. In order to have a comparison, the analysis was performed as three different cases. In one case, only the flexural hinges were modelled for critical locations in beams and columns; in second the torsional hinges for transverse beams were included in the analysis and in the third case, joint shear hinges were also included in the analysis. It is shown that modelling and capturing all the failure modes is practically possible and such an analysis can provide the realistic insight into the behaviour of the structure.
In seismic fragility and risk analysis, the definition of structural limit state (LS) capacities is of crucial importance. Traditionally, LS capacities are defined according to design code provisions or using deterministic pushover analysis without considering the inherent randomness of structural parameters. To assess the effects of structural randomness on LS capacities, ten structural parameters that include material strengths and gravity loads are considered as random variables, and a probabilistic pushover method based on a correlation-controlled Latin hypercube sampling technique is used to estimate the uncertainties in LS capacities for four typical reinforced concrete frame buildings. A series of ten LSs are identified from the pushover curves based on the design-code-given thresholds and the available damage-controlled criteria. The obtained LS capacities are further represented by a lognormal model with the median $m_C$ and the dispersion ${\beta}_C$. The results show that structural uncertainties have limited influence on $m_C$ for the LSs other than that near collapse. The commonly used assumption of ${\beta}_C$ between 0.25 and 0.30 overestimates the uncertainties in LS capacities for each individual building, but they are suitable for a building group with moderate damages. A low uncertainty as ${\beta}_C=0.1{\sim}0.15$ is adequate for the LSs associated with slight damages of structures, while a large uncertainty as ${\beta}_C=0.40{\sim}0.45$ is suggested for the LSs near collapse.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.3
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pp.203-210
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2006
A procedure for determining the lateral load pattern for pushover analysis which includes higher mode effects is presented in this study. It is well-known that the details of future earthquakes at particular site is almost impossible to predict accurately and that the code-design spectra try to represent at least the average nature of probable future earthquakes. Thus the code-design spectrum is directly used as the input earthquakes in this paper when incorporating higher mode effects in the pushover analysis so that the efforts for selecting input motions and constructing response spectrum needed in some existing method could be avoided. A case study based on the time history analysis of a irregular steel moment frame showed that the procedure proposed in this study generally outperforms various pushover analysis procedures of ATC-40 and FEMA 273. However, the proposed procedure tended to be conservative as compared with the time history analysis method.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.15
no.1
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pp.29-36
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2012
Reinforced concrete shear walls and X-type steel braces were applied in seismic retrofit techniques for seismic performance evaluation of school buildings constructed in accordance with standard design announced by the ordinance of the ministry of construction in 1980s. Seismic performance evaluation was based on FEMA 356 using response spectrum as elastic analysis and conducted to pushover analysis with nonlinear static analysis. The maximum displacement ratio between floors in 4th and 3rd floors of the existing school buildings was less than 1.0%, which was functioning level in FEMA 356. However, because plastic hinge occurs somewhat in structural members according to the results of pushover analysis, partial reinforcement will be required. X-direction of the maximum lateral displacement of reinforced concrete shear walls than X-type steel braces was 45% and 32% in 4th and 3rd floors of school buildings, and Y-direction was 18% and 17%, respectively.
'Stepped building' frames, with vertical geometric irregularity, are now increasingly encountered in modern urban constructions. This paper proposes a new approach to determine the lateral load pattern, considering the contributions from the higher modes, suitable for pushover analysis of stepped buildings. Also, a modification to the displacement coefficient method of ASCE/SEI 41-13 is proposed, based on nonlinear time history analysis of 78 stepped frames. When the newly proposed load pattern is combined with the modified displacement coefficient method, the target displacement for the stepped building frame is found to match consistently the displacement demand given by the time history analysis.
Performance-based seismic design allows a structure to develop inelastic response during earthquakes. This modern seismic design requires more clearly defined levels of inelastic response. The ultimate deformation of a structure without total collapse (target displacement) is used to obtain the inelastic deformation capacity (inelastic performance). The inelastic performance of a structure indicates its performance under excitation. In this study, a new energy-based method to obtain the target displacement for reinforced concrete frames under cyclic loading is proposed. Concrete structures were analyzed using nonlinear static (pushover) analysis and cyclic loading. Failure of structures under cyclic loading was controlled and the new method was tested to obtain target displacement. In this method, the capacity energy absorption of the structures for both pushover and cyclic analyses were considered to be equal. The results were compared with FEMA-356, which confirmed the accuracy of the proposed method.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.631-638
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2006
This paper considers the nonlinear direct spectrum method to estimate seismic performance of mixed building structures without iterative computations, given dynamic property $T_1$ from stiffness skeleton curve and nonlinear pseudo acceleration $A_{1y}$ and/or ductility ratio $\mu$ from response spectrum. Nonlinear response history analysis has been performed and analysed with various earthquakes for evaluation of correctness and confidence of nonlinear direct spectrum method.
To evaluate inelastic seismic responses of multi-span-bridge, the equivalent single-degree-of-freedom (ESDOF) methods and the lateral load distributions are applied to the capacity spectrum method(CSM). From the pushover analysis results using the four ESDOF methods and the six types lateral load distributions, the ESDOF method more than lateral load distribution is found to have an important influence upon the pushover analysis. The effects of the higher mode on the bridge seismic behaviors are also increased as the number of pier increase. Therefore, it can be concluded that lateral load distributions and ESDOF methods for reflection of higher mode effects should be considered in the seismic analysis of the bridge structural.
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