The reinforced concrete (RC) structures usually suffer large residual displacements under strong motions. The large residual displacements may substantially reduce the anti-seismic capacity of structures during the aftershock and increase the difficulty and cost of structural repair after an earthquake. To reduce the adverse residual displacement, several self-centering energy dissipation braces (SCEBs) have been proposed to be installed to the RC structures. To investigate the seismic responses of the RC structures with SCEBs under the earthquake excitation, an extended Bouc-Wen model with degradation and self-centering effects is developed in this study. The extended model realized by MATLAB/Simulink program is able to capture the hysteretic characteristics of the RC structures with SCEBs, such as the energy dissipation and the degradation, especially the self-centering effect. The predicted hysteretic behavior of the RC structures with SCEBs based on the extended model, which used the unscented Kalman filter (UKF) for parameter identification, is compared with the experimental results. Comparison results show that the predicted hysteretic curves can be in good agreement with the experimental results. The nonlinear dynamic analyses using the extended model are then carried out to explore the seismic performance of the RC structures with SCEBs. The analysis results demonstrate that the SCEB can effectively reduce the residual displacements of the RC structures, but slightly increase the acceleration.
The latest earthquake's costly repairs and economic disruption were brought on by excessive residual drift. Self-centering systems are one of the most efficient ways in the current generation of seismic resistance system to get rid of and reduce residual drift. The mechanics and behavior of the self-centering system in response to seismic forces were impacted by a number of important factors. The amount of post-tensioning (PT) force, which is often employed for the standing posture after an earthquake, is the first important component. The energy dissipater element is another one that has a significant impact on how the self-centering system behaves. Using the damper as a replaceable and affordable tool and fuse in self-centering frames has been recommended to boost energy absorption and dampening of structural systems during earthquakes. In this research, the self-centering steel moment frame connections are equipped with cushion flexural dampers (CFDs) as an energy dissipator system to increase energy absorption, post-yielding stiffness, and ease replacement after an earthquake. Also, it has been carefully considered how to reduce permanent deformations in the self-centering steel moment frames exposed to seismic loads while maintaining adequate stiffness, strength, and ductility. After confirming the FE model's findings with an earlier experimental PT connection, the behavior of the self-centering connection using CFD has been surveyed in this study. The FE modeling takes into account strands preloading as well as geometric and material nonlinearities. In addition to contact and sliding phenomena, gap opening and closing actions are included in the models. According to the findings, self-centering moment-resisting frames (SF-MRF) combined with CFD enhance post-yielding stiffness and energy absorption with the least amount of permeant deformation in a certain CFD thickness. The obtained findings demonstrate that the effective energy dissipation ratio (β), is increased to 0.25% while also lowering the residual drift to less than 0.5%. Also, this enhancement in the self-centering connection with CFD's seismic performance was attained with a respectable moment capacity to beam plastic moment capacity ratio.
Akbar Nikzad;Alireza Kiani;Seyed Alireza Kazerounian
Structural Engineering and Mechanics
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제88권5호
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pp.463-480
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2023
The buckling-restrained braced frames with eccentric configurations (BRBF-Es) exhibit stable cyclic behavior and possess a high energy absorption capacity. Additionally, they offer architectural advantages for incorporating openings, much like Eccentrically Braced Frames (EBFs). However, studies have indicated that significant residual drifts occur in this system when subjected to earthquakes at the Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard level. Consequently, in order to mitigate these residual drifts, it is recommended to employ self-centering systems alongside the BRBF-E system. In our current research, we propose the utilization of the Direct Displacement-Based Seismic Design method to determine the design base shear for a hybrid system that combines BRBF with an eccentric configuration and a self-centering frame. Furthermore, we present a methodology for designing the individual components of this composite system. To assess the effectiveness of this design approach, we designed 3-, 6-, and 9-story buildings equipped with the BRBF-E-SCF system and developed finite element models. These models were subjected to two sets of ground motions representing the Maximum Considered Earthquake (MCE) and Design Basis Earthquake (DBE) seismic hazard levels. The results of our study reveal that although the combined system requires a higher amount of steel material compared to the BRBF-E system, it substantially reduces residual drift. Furthermore, the combined system demonstrates satisfactory performance in terms of story drift and ductility demand.
The objective of this study is to evaluate residual seismic capacity of Unreinforced Masonry(URM) walls which were damaged by earthquake through the measurement of frequency. Three URM walls which made the shape ratio(1/h, 1.0, 1.5, 2.0)to be a variable were tested for the objective. It was seen that the natural frequency decreased with growing at rotation angle. Also, this study found out that residual seismic capacity and natural frequency of URM walls is correlative.
This study investigates the seismic energy dissipation capacity of a hybrid passive damper composed of a friction and a hysteretic slit damper. The capacity of the hybrid device required to satisfy a given target performance of a reinforced concrete moment resisting frame designed with reduced design base shear is determined based on the ASCE/SEI 7-10 process, and the seismic performances of the structures designed without and with the hybrid dampers are verified by nonlinear dynamic analyses. Fragility analysis is carried out to investigate the probability of a specified limit state to be reached. The analysis results show that in the structure with hybrid dampers the residual displacements are generally reduced and the dissipated inelastic energy is mostly concentrated on the dampers. At the Moderate to Extensive damage states the fragility turned out to be smallest in the structure with the hybrid dampers.
Lu Sui;Hanheng Wu;Menglong Tao;Zhichao Jia;Tianhua Zhou
Steel and Composite Structures
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제47권5호
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pp.663-677
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2023
The self-centering energy-dissipating coupled wall panels (SECWs) possess a dual capacity of resiliency and energy dissipation. Used in steel frames, the SECWs can localize the damage of structures and reduce residual drifts. Based on OpenSEES, the nonlinear models were established and validated by experimental results. The seismic design procedure of steel frame with SECW structures (SF-SECW) was proposed in accordance with four-level seismic fortification objectives. Nonlinear time-history response analyses were carried out to validate the reasonability of seismic design procedure for 6-story and 12-story structures. Results show that the inter-story drifts of designed structures are less than drift limits. According to incremental dynamic analyses (IDA), the fragility curves of mentioned-above structure models under different limit states were obtained. The results indicate that designed structures have good seismic performance and meet the seismic fortification objectives.
In order to obtain the impact of socket connection interface forms and socket gap sizes on the seismic performance of reinforced concrete (RC) socket prefabricated bridge piers, quasi-static tests for three socket prefabricated piers with different column-foundation connection interface forms and reserved socket gap sizes, as well as to the corresponding cast-in-situ reinforced concrete piers, were carried out. The influence of socket connection structure on various seismic performance indexes of socket prefabricated piers was studied by comparing and analyzing the hysteresis curve and skeleton curve obtained through the experiment. Results showed that the ultimate failure mode of the socket prefabricated pier with circumferential corrugated treatment at the connection interface was the closest to that of the monolithic pier, the maximum bearing capacity was slightly less than that of the cast-in-situ pier but larger than that of the socket pier with roughened connection interface, and the displacement ductility and accumulated energy consumption capacity were smaller than those of socket piers with roughened connection interface. The connection interface treatment form had less influence on the residual deformation of socket prefabricated bridge piers. With the increase in the reserved socket gap size between the precast pier column and the precast foundation, the bearing capacity of the prefabricated socket bridge pier component, as well as the ductility and residual displacement of the component, would be reduced and had unfavorable effect on the energy dissipation property of the bridge pier component.
Pandikkadavath, Muhamed Safeer;Sahoo, Dipti Ranjan
Steel and Composite Structures
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제23권3호
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pp.285-302
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2017
Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are commonly used as the lateral force-resisting systems in building structures in the seismic regions. The nearly-symmetric hysteretic response and the delayed brace core fracture of buckling-restrained braces (BRBs) under the axial cyclic loading provide the adequate lateral force and deformation capacity to BRBFs under the earthquake excitation. However, the smaller axial stiffness of BRBs result in the undesirable higher residual drift response of BRBFs in the post-earthquake scenario. Two alternative approaches are investigated in this study to improve the elastic axial stiffness of BRBs, namely, (i) by shortening the yielding cores of BRBs; and (ii) by reducing the BRB assemblies and adding the elastic brace segments in series. In order to obtain the limiting yielding core lengths of BRBs, a modified approach based on Coffin-Manson relationship and the higher mode compression buckling criteria has been proposed in this study. Both non-linear static and dynamic analyses are carried out to analytically evaluate the seismic response of BRBFs fitted with short-core BRBs of two medium-rise building frames. Analysis results showed that the proposed brace systems are effective in reducing the inter-story and residual drift response of braced frames without any significant change in the story shear and the displacement ductility demands.
Su, Junsheng;Dhakal, Rajesh Prasad;Wang, Junjie;Wang, Wenbiao
Earthquakes and Structures
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제12권2호
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pp.201-211
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2017
This paper experimentally investigates the effect of yield strength of reinforcing bars and stirrups on the seismic performance of reinforced concrete (RC) circular piers. Reversed cyclic loading tests of nine-large scale specimens with longitudinal and transverse reinforcement of different yield strengths (varying between HRB335, HRB500E and HRB600 rebars) were conducted. The test parameters include the yield strength and amount of longitudinal and transverse reinforcement. The results indicate that the adoption of high-strength steel (HSS) reinforcement HRB500E and HRB600 (to replace HRB335) as longitudinal bars without reducing the steel area (i.e., equal volume replacement) is found to increase the moment resistance (as expected) and the total deformation capacity while reducing the residual displacement, ductility and energy dissipation capacity to some extent. Higher strength stirrups enhance the ductility and energy dissipation capacity of RC bridge piers. While the product of steel yield strength and reinforcement ratio ($f_y{\rho}_s$) is kept constant (i.e., equal strength replacement), the piers with higher yield strength longitudinal bars are found to achieve as good seismic performance as when lower strength bars are used. When higher yield strength transverse reinforcement is to be used to maintain equal strength, reducing bar diameter is found to be a better approach than increasing the tie spacing.
Seismic performance analysis of steel-brace reinforced concrete (RC) frame using topology optimization in highly seismic region was discussed in this research. Topology optimization based on truss-like material model was used, which was to minimum volume in full-stress method. Optimized bracing systems of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were established, and optimized bracing systems of substructure were also gained under different constraint conditions. Thereafter, different structure models based on optimized bracing systems were proposed and applied. Last, structural strength, structural stiffness, structural ductility, collapse resistant capacity, collapse probability and demolition probability were studied. Moreover, the brace buckling was discussed. The results show that bracing system of RC frame could be derived using topology optimization, and bracing system based on truss-like model could help to resolve numerical instabilities. Bracing system of topology optimization was more effective to enhance structural stiffness and strength, especially in mid-rise and high-rise frames. Moreover, bracing system of topology optimization contributes to increase collapse resistant capacity, as well as reduces collapse probability and accumulated demolition probability. However, brace buckling might weaken beneficial effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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