International Journal of Concrete Structures and Materials
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제7권2호
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pp.135-153
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2013
This study investigates the direct displacement based design (DDBD) approach for different types of reinforced concrete structural systems including single moment-resisting, dual wall-frame and dual steel-braced systems. In this methodology, the displacement profile is calculated and the equivalent single degree of freedom system is then modeled considering the damping characteristics of each member. Having calculated the effective period and secant stiffness of the structure, the base shear is obtained, based on which the design process can be carried out. For each system three frames are designed using DDBD approach. The frames are then analyzed using nonlinear time-history analysis with 7 earthquake accelerograms and the damage index is investigated through lateral drift profile of the models. Results of the analyses and comparison of the nonlinear time-history analysis results indicate efficiency of the DDBD approach for different reinforced concrete structural systems.
In this paper the formulation of an efficient frame element applicable for nonlinear analysis of 3D reinforced concrete (RC) frames is outlined. Interaction between axial force and bending moment is considered by using the fibre element approach. Further, section warping, effect of normal and tangential forces on the torsional stiffness of section and second order geometrical nonlinearities are included in the model. The developed computer code is employed for nonlinear static analysis of RC sub-assemblages and a simple approach for extending the formulation to dynamic cases is presented. Dynamic progressive collapse assessment of RC space frames based on the alternate path method is undertaken and dynamic load factor (DLF) is estimated. Further, it is concluded that the torsional behaviour of reinforced concrete elements satisfying minimum standard requirements is not significant for the framed structures studied.
Earthquakes occur as a cluster in many regions around the world where complex fault systems exist. The repeated shaking usually induces accumulative damage to affected structures. Damage accumulation in structural systems increases their level of degradation in stiffness and also reduces their strength. Many existing analytical tools of modeling RC structures lack the salient damage features that account for stiffness and strength degradation resulting from repeated earthquake loading. Therefore, these tools are inadequate to study the response of structures in regions prone to multiple earthquakes hazard. The objective of this paper is twofold: (a) develop a tool that contains appropriate damage features for the numerical analysis of RC structures subjected to more than one earthquake; and (b) conduct a parametric study that investigates the effects of multiple earthquakes on the response of RC moment resisting frame systems. For this purpose, macroscopic constitutive models of concrete and steel materials that contain the aforementioned damage features and are capable of accurately capturing materials degrading behavior, are selected and implemented into fiber-based finite element software. Furthermore, finite element models that utilize the implemented concrete and steel stress-strain hysteresis are developed. The models are then subjected to selected sets of earthquake sequences. The results presented in this study clearly indicate that the response of degrading structural systems is appreciably influenced by strong-motion sequences in a manner that cannot be predicted from simple analysis. It also confirms that the effects of multiple earthquakes on earthquake safety can be very considerable.
Hybrid Steel-Trussed Concrete Beam (HSTCB) is structural typology suitable for light industrialization. HSTCBs usually cover long span with small depths, which lead to significant amount of longitudinal rebars. The latter make beam-column joints more prone to damage due to earthquake-induced cyclic actions. This phenomenon can be avoided using friction-based BCCs. Friction devices at Beam-to-Column Connections (BCCs) have become promising solutions to reduce the damage experienced by structural members during severe earthquakes. Few solutions have been developed for cast-in-place Reinforced Concrete (RC) and steel-concrete composite Moment Resisting Frames (MRFs), because of the difficulty of designing cost-effective damage-proof connections. This paper proposes a friction-based BCC for RC MRFs made with HSTCBs. Firstly, the proposed connection is described, and its innovative characteristics are emphasized. Secondly, the design method of the connection is outlined. A detailed 3D FE model representative of a beam-column joint fitted with the proposed connection is developed. Several monotonic and cyclic analyses are performed, investigating different design moment values. Lastly, the numerical results are discussed, which demonstrate the efficiency of the proposed solution in preventing damage to RC members, and in ensuring satisfactory dissipative capacity.
Precast Concrete (PC) construction method can be the one that is suitable for long-life housing due to its merit in respect of maintenance and durability based on crack-free from mass production with indirect construction cost-saving-effect due to shortening construction period comparing to the conventional construction method, but it has the problem that causes the raise of direction construction costs. So, this study analyzed its economic feasibility of PC method whose maintenance and durability are excellent for underground parking lot of apartment house for accomplishing cost-saving long-life housing by applying the various structural system. In evaluation of unit module structural system, two-way PC system requires 10 to 28% more costs for frame work than RC rigid frames, and, one-way PC system 98~112%. Although it varies depending on the method, the costs are similar to RC rigid frame structure, provided a proper method is adopted. Also, Model 11, which was most economical in the evaluation, was applied to an real parking lot and about 2 to 6% of construction costs was reduced than RC rigid frames. This seems to be because, although PC system has a higher production cost, introduction of P.S (prestress) reduces member depth and, therefore, height, as well as the number of members per unit module.
Landi, Luca;Pollioa, Bernardino;Diotallevi, Pier Paolo
Structural Engineering and Mechanics
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제51권3호
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pp.433-446
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2014
The purpose of the research presented in this paper was to investigate the effectiveness of several conventional, multi-modal and adaptive pushover procedures. In particular, an extensive numerical study was performed considering eight RC frames characterized by a variable number of storeys and different properties in terms of regularity in elevation. The results of pushover analyses were compared with those of nonlinear dynamic analyses, which were carried out considering different earthquake records and increasing values of earthquake intensity. The study was performed with reference to base shear-top displacement curves and to different storey response parameters. The obtained results allowed a direct comparison between the pushover procedures, which in general were able to give a fairly good estimate of seismic demand with a tendency to better results for lower frames. The advanced procedures, in particular the multi-modal pushover, provided an improvement of the results, more evident for the irregular frames.
Misir, I. Serkan;Ozcelik, Ozgur;Girgin, Sadik Can;Kahraman, Serap
Structural Engineering and Mechanics
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제44권6호
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pp.763-774
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2012
Reinforced concrete frame structures with masonry infill walls constitute the significant portion of the building stock in Turkey. Therefore it is very important to understand the behavior of masonry infill frame structures under earthquake loads. This study presents an experimental work performed on reinforced concrete (RC) frames with different types of masonry infills, namely standard and locked bricks. Earthquake effects are induced on the RC frames by quasi-static tests. Results obtained from different frames are compared with each other through various stiffness, strength, and energy related parameters. It is shown that locked bricks may prove useful in decreasing the problems related to horizontal and vertical irregularities defined in building codes. Moreover tests show that locked brick infills maintain their integrity up to very high drift levels, showing that they may have a potential in reducing injuries and fatalities related to falling hazards during severe ground shakings.
Hidayat, Banu A.;Hu, Hsuan-Teh;Hsiao, Fu-Pei;Han, Ay Lie;Pita, Panapa;Haryanto, Yanuar
Earthquakes and Structures
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제19권6호
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pp.485-498
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2020
Non-ductile detailing of Reinforced Concrete (RC) frames may lead to structural failure when the structure is subjected to earthquake response. These designs are generally encountered in older RC frames constructed prior to the introduction of the ductility aspect. The failure observed in the beam-column joints (BCJs) and accompanied by excessive column damage. This work examines the seismic performance and failure mode of non-ductile designed RC columns and exterior BCJs. The design was based on the actual building in Tainan City, Taiwan, that collapsed due to the 2016 Meinong earthquake. Hence, an experimental investigation using cyclic testing was performed on two columns and two BCJ specimens scaled down to 50%. The experiment resulted in a poor response in both specimens. Excessive cracks and their propagation due to the incursion of the lateral loads could be observed close to the top and bottom of the specimens. Joint shear failure appeared in the joints. The ductility of the member was below the desired value of 4. This is the minimum number required to survive an earthquake with a similar magnitude to that of El Centro. The evidence provides an understanding of the seismic failure of poorly detailed RC frame structures.
Many public buildings such as schools, hospitals, etc., where partial infill walls are present in reinforced concrete (RC) structures, have undergone undesirable damage/failure attributed to captive column effect during a moderate to severe earthquake shaking. Often, the situation gets worsened when these RC frames are non-ductile in nature, thus reducing the deformable capability of the frame. Also, in many parts of the Indian subcontinent, it is mandatory to use fly-ash bricks for construction so as to reduce the burden on the disposal of fly-ash produced at thermal power plants. In some scenario, when the non-ductile RC frame, partially infilled by fly-ash bricks, suffers major structural damage, the challenge remains on how to retrofit and restore it. Thus, in this study, two full-scale one-bay, one-story non-ductile RC frame models, namely, bare frame and RC partially infilled frame with fly-ash bricks in 50% of its opening area are considered. In the previous experiments, these models were subjected to slow-cyclic displacement-controlled loading to replicate damage due to a moderate earthquake. Now, in this study these damaged frames were retrofitted and an experimental investigation was performed on the retrofitted specimens to examine the effectiveness of the proposed retrofitting scheme. A hybrid retrofitting technique combining epoxy injection grouting with an innovative and easy-to-implement steel jacketing technique was proposed. This proposed retrofitting method has ensured proper confinement of damaged concrete. The retrofitted models were subjected to the same slow cyclic displacement-controlled loading which was used to damage the frames. The experimental study concluded that the hybrid retrofitting technique was quite effective in enhancing and regaining various seismic performance parameters such as, lateral strength and lateral stiffness of partially fly-ash brick infilled RC frame. Thus, the steel jacketing retrofitting scheme along with the epoxy injection grouting can be relied on for possible repair of the structural members which are damaged due to the captive column effect during the seismic shaking.
A number of construction practices, implemented during the design process of a reinforced concrete (RC) structural system, may have significant consequences on the behaviour of the structural system in the case of earthquake loading. Although a number of provisions are imposed by the contemporary Greek national design codes for the seismic design of RC structures, in order to reduce the consequences, the influence of the construction practices on the seismic behaviour of the structural system remains significant. The objective of this work is to perform a comparative study in order to examine the influence of three, often encountered, construction practices namely weak ground storey, short and floating columns and two combinations on the seismic performance of the structural system with respect to the structural capacity and the maximum interstorey drifts in three earthquake hazard levels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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