In this study, the feasibility and applicability of a friction damper with a vertical installation scheme are investigated. This device is composed of a steel section and two friction hinges at both ends which dissipate seismic energy. Due to its small width and vertical installation scheme, the proposed damper can minimize the interference with architectural functions. To evaluate the performance of the proposed damper, its mechanical behavior is theoretically evaluated and the required formulas for the yield strength and elastic stiffness are derived. The theoretical formulas are verified by establishing the analytical model of the damper in the SAP2000 software and comparing their results. To further investigate the performance of the developed damper, the provided analytical model is applied to a 4-story reinforced concrete (RC) structure and its performance is evaluated before and after retrofit under the Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard level. The seismic performance is thoroughly evaluated in terms of maximum interstory drift ratio, displacement time history, residual displacement, and energy dissipation. The results show that the proposed damper can be efficiently used to protect the structure against seismic loads.
The paper presents a simplified force-based seismic design procedure for the preliminary design of steel haunch retrofitting for the seismic upgrade of deficient RC frames. The procedure involved constructing a site-specific seismic design spectrum for the site, which is transformed into seismic base shear coefficient demand, using an applicable response modification factor, that defines base shear force for seismic analysis of the structure. Recent experimental campaign; involving shake table testing of ten (10), and quasi-static cyclic testing of two (02), 1:3 reduced scale RC frame models, carried out for the seismic performance assessment of both deficient and retrofitted structures has provided the basis to calculate retrofit-specific response modification factor Rretrofitted. The haunch retrofitting technique enhanced the structural stiffness, strength, and ductility, hence, increased the structural response modification factor, which is mainly dependent on the applied retrofit scheme. An additional retrofit effectiveness factor (ΩR) is proposed for the deficient structure's response modification factor Rdeficient, representing the retrofit effectiveness (ΩR=Rretrofitted /Rdeficient), to calculate components' moment and shear demands for the retrofitted structure. The experimental campaign revealed that regardless of the deficient structures' characteristics, the ΩR factor remains fairly the unchanged, which is encouraging to generalize the design procedure. Haunch configuration is finalized that avoid brittle hinging of beam-column joints and ensure ductile beam yielding. Example case study for the seismic retrofit designs of RC frames are presented, which were validated through equivalent lateral load analysis using elastic model and response history analysis of finite-element based inelastic model, showing reasonable performance of the proposed design procedure. The proposed design has the advantage to provide a seismic zone-specific design solution, and also, to suggest if any additional measure is required to enhance the strength/deformability of beams and columns.
This study investigated the seismic performance of a hybrid damper composed of a steel slit plate and friction pads, and an optimum retrofit scheme was developed based on life cycle cost. A sample hybrid damper was tested under cyclic loading to confirm its validity as a damping device and to construct its nonlinear analysis model. The effectiveness of the optimum damper distribution schemes was investigated by comparing the seismic fragility and the life cycle costs of the model structure before and after the retrofit. The test results showed that the damper behaved stably throughout the loading history. Numerical analysis results showed that the slit-friction hybrid dampers optimally distributed based on life cycle cost proved to be effective in minimizing the failure probability and the repair cost after earthquakes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.2
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pp.47-60
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2012
Based on the Korean Building Standard Law, a building less than 3-stories and $1000m^2$ in area is defined as a small-level building and, as a result, this type of building has been excluded from the requirement to comply with seismic design. In order to prevent the loss of life and property under earthquake loadings, the small-scale building should satisfy the seismic performance specified in the current code through a seismic retrofit. In this study, a seismic retrofit scheme of a Buckling-Restrained Knee Brace (BRKB) was developed for non-seismic 2-story steel buildings, including small-scale buildings, using a fragility contour method. In order to develop an effective retrofit scheme of the BRKB for the building, a total of 75 BRKB analytical models were used to achieve the desired performance levels and analyzed using the fragility contour method. The seismic performance of the retrofitted building was evaluated in terms of the weight of the developed BRKB systems. This study shows that the fragility contour method can be used for rapid evaluation and is an effective tool for structural engineers.
An effective seismic retrofit scheme for inverted V braced (or chevron type) steel frames was proposed by studying the redistribution of forces in the post-buckling range. The steel frames with chevron bracing are highly prone to soft story response once the compression brace buckles under earthquake loading. This paper shows that the seismic performance of such frames could be significantly improved by supplying tie bars to redistribute the inelastic deformation demand over the height of the building. A practical design method of the retrofit tie bars was also proposed by considering the sequence of buckling occurrence.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.5
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pp.509-516
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2010
In this study a seismic retrofit scheme for the reinforced concrete moment framed structures was investigated using steel bracing and moment frames. The analysis model structure is a 3-story 3-bay moment frame structure designed only for gravity load. The stress/strain concentration in brace-RC frame connection was investigated using finite element analysis. To prevent premature joint failure, steel moment frames were placed inside of middle bay of the RC frame. Two types of braces, steel braces and buckling restrained braces(BRBs), were used for retrofit, and the ductility and the strength of the structure before and after the retrofit were compared using nonlinear static and dynamic analyses. According to the analysis results, the strength and ductility of the structure retrofitted by the moment frames and braces increased significantly. The added steel frame did not contribute significantly to the increase of lateral strength mainly because the size is relatively small.
In the current research, the scheme of displacement-based seismic design for seismic retrofit of concrete structures using FRP composite materials has been proposed. An algorithm of the nonlinear flexural analysis of FRP composite concrete members has been presented under multiaxial constitutive laws of concrete and composite materials. An algorithm for performance-based seismic retrofit design of reinforced concrete columns with FRP jacket has been newly introduced to modify the displacement coefficient method used in reinforced concrete structures. From applications of retrofit design, the method are easy to apply in the practice of retrofit design and give practical prediction of nonlinear seismic performance evaluation of retrofitted structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.5
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pp.281-289
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2018
Existing reinforced concrete building structures have seismic vulnerabilities due to their seismically-deficient details resulting in non-ductile behavior. The seismic vulnerabilities can be mitigated by retrofitting the buildings using a fiber-reinforced polymer column jacketing system, which can provide additional confining pressures to existing columns to improve their lateral resisting capacities. This study presents dynamic responses of a full-scale non-ductile reinforced concrete frame retrofitted using a fiber-reinforced polymer column jacketing system. A series of forced-vibration testing was performed to measure the dynamic responses (e.g. natural frequencies, story drifts and column/beam rotations). Additionally, the dynamic responses of the retrofitted frame were compared to those of the non-retrofitted frame to investigate effectiveness of the retrofit system. The experimental results demonstrate that the retrofit system installed on the first story columns contributed to reducing story drifts and column rotations. Additionally, the retrofit scheme helped mitigate damage concentration on the first story columns as compared to the non-retrofitted frame.
It is known that lap splice in the longitudinal reinforcement of reinforced concrete(RC) bridge columns is not desirable for seismic performance, but it is sometimes unavoidable. Lap splices were practically located in the potential plastic hinge region of most bridge columns that were constructed before the adoption of the seismic design provision of Korea Bridge Design Specification on 1992. The objective of this research is to evaluate the seismic performance of reinforced concrete(RC) bridge piers with lap splicing of longitudinal reinforcement in the plastic hinge region, to develop the enhancement scheme of their seismic capacity by retrofitting with glassfiber sheets, and to develop appropriate limited ductility design concept in low or moderate seismicity region. Nine test specimens in the aspect ratio of 4 were made with three confinement ratios and three types of lap splice. Quasi-static test was conducted in a displacement-controlled way under three different axial load levels. A significant reduction of displacement ductility ratios was observed for test columns with lap splices of longitudinal steels.
The goal of this study is to show the way to increase the safety of deteriorated PSC beam bridges by the to-box reinforcing method. This method is to change the open girder section into the closed box section by connecting bottom flanges of neighboring PSC girders with the precast panels embedding PS tendons at the anchor block. The box section is composed of three concrete members with different casting ages, RC slab, PSC beam, precast panel. This different aging requires a time-dependent analysis considering construction sequences. Reliability index and failure probability are produced by the AFOSM reliability analysis. Transversely five schemes and longitudinally two schemes are considered. The full reinforcing scheme, transversely and longitudinally, shows the highest reliability index, but it requires more cost for retrofit. The partial reinforcing scheme 4, 4-1 are recommended in this study as the economically best scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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