In this paper, it is aimed to present a comparative study about the structural behavior of tall buildings consisting of different type of materials such as concrete, steel or timber using finite element analyses and experimental measurements on shaking table. For this purpose, two 1/60 scaled 28 and 30-stories wooden building models with $40{\times}40cm$ and $35{\times}35cm$ ground/floor area and 1.45 m-1.55 m total height are built in laboratory condition. Considering the frequency range, mode shapes, maximum displacements and relative story drifts for structural models as well as acceleration, displacement and weight limits for shaking table, to obtain the typical building response as soon as possible, balsa is selected as a material property, and additional masses are bonded to some floors. Finite element models of the building models are constituted in SAP2000 program. According to the main purposes of earthquake resistant design, three different earthquake records are used to simulate the weak, medium and strong ground motions. The displacement and acceleration time-histories are obtained for all earthquake records at the top of building models. To validate the numerical results, shaking table tests are performed. The selected earthquake records are applied to first mode (lateral) direction, and the responses are recorded by sensitive accelerometers. Comparisons between the numerical and experimental results show that shaking table tests are enough to identify the structural response of wooden buildings. Considering 20%, 10% and 5% damping rations, differences are obtained within the range 4.03-26.16%, 3.91-65.51% and 6.31-66.49% for acceleration, velocity and displacements in Model-1, respectively. Also, these differences are obtained as 0.49-31.15%, 6.03-6.66% and 16.97-66.41% for Model-2, respectively. It is thought that these differences are caused by anisotropic structural characteristic of the material due to changes in directions parallel and perpendicular to fibers, and should be minimized using the model updating procedure.
Sharma, Vijay;Shrimali, Mahendra K.;Bharti, Shiv D.;Datta, Tushar K.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.5
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pp.625-641
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2020
The realistic modeling of the beam-column semi-rigid connection in steel frames attracted the attention of many researchers in the past for the seismic analysis of semi-rigid frames. Comparatively less studies have been made to investigate the behavior of steel frames with semi-rigid connections under different types of earthquake. Herein, the seismic behavior of semi-rigid steel frames is investigated under both far and near-field earthquakes. The semi-rigid connection is modeled by the multilinear plastic link element consisting of rotational springs. The kinematic hysteresis model is used to define the dynamic behavior of the rotational spring, describing the nonlinearity of the semi-rigid connection as defined in SAP2000. The nonlinear time history analysis (NTHA) is performed to obtain response time histories of the frame under scaled earthquakes at three PGA levels denoting the low, medium and high-level earthquakes. The other important parameters varied are the stiffness and strength parameters of the connections, defining the degree of semi-rigidity. For studying the behavior of the semi-rigid frame, a large number of seismic demand parameters are considered. The benchmark for comparison is taken as those of the corresponding rigid frame. Two different frames, namely, a five-story frame and a ten-story frame are considered as the numerical examples. It is shown that semi-rigid frames prove to be effective and beneficial in resisting the seismic forces for near-field earthquakes (PGA ≈ 0.2g), especially in reducing the base shear to a considerable extent for the moderate level of earthquake. Further, the semi-rigid frame with a relatively weaker beam and less connection stiffness may withstand a moderately strong earthquake without having much damage in the beams.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.718-723
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2017
When structural analysis modelling methods of practical fields are investigated, a slab is generally modeled by a finite element mesh using plate elements and a shear wall is modeled using a shell element or wall element for 3-D structural analysis. The point worthy of notice in this practice is that a shear wall is modelled using only one wall or shell element divided by floors and column lines to produce structural models. The modeling method like this can cause analysis errors according to the type of computer programs in use, and these errors reduce the reliability of the analysis results. Therefore, to secure the reliability of structural analysis, studies of the causes of errors and finding reasonable modeling methods are necessary. In this study, the causes of analysis errors according to the modelling methods of a shear wall, which are used in practical fields, were investigated and some considering matters for modelling a shear wall are presented to reduce the analysis errors on these analysis results.
Time history analyses have been preferred commonly in earthquake engineering area to determine earthquake performances of structures in recent years. Advances in computer technology and structural analysis have led to common usage of time history analyses. Eurocode 8 allows the use of real earthquake records as an input for linear and nonlinear time history analyses of structures. However, real earthquake records with the desired characteristics sometimes may not be found, for example depending on soil classes, in this case artificial and synthetic earthquake records can be used for seismic analyses rather than real records. Selected earthquake records should be scaled to a code design spectrum to reduce record to record variability in structural responses of considered structures. So, scaling of earthquake records is one of the most important procedures of time history analyses. In this paper, four real earthquake records are scaled to Eurocode 8 design spectrums by using SESCAP (Selection and Scaling Program) based on time domain scaling method and developed by using MATLAB, GUI software, and then scaled and real earthquake records are used for linear time history analyses of a six-storied building. This building is modeled as spatial by SAP2000 software. The objectives of this study are to put basic procedures and criteria of selecting and scaling earthquake records in a nutshell, and to compare the effects of scaled earthquake records on structural response with the effects of real earthquake records on structural response in terms of record to record variability of structural response. Seismic analysis results of building show that record to record variability of structural response caused by scaled earthquake records are fewer than ones caused by real earthquake records.
To inverstigate the boring insects in Pinus densiflora forests, bait logs were set up in healthy-looking forests of Chunchon Hongchon and in damaged forests(gall formation rate 70----) by Thecodiplosis japonensis of Pyongchang Jeongsun. The period of investigation was from April to August in 1999. Boring insects investigated were 35 species of 12 families. Five species of them were unrecorded species from Korea. Natural enemies investigated were 5 species of 2 families. The prefered parts of tree according to species of boring insects were lower trunk in Siphalinus gigas and 3 other species, middle-stem in Monochamus sutor and 7 other species, and top stem in Orthotomicus suturalis and 1 other species. Hylurgops interstitialis were found in all parts of tree. Sap wood was attacked by Xyleborus validus Cerambycidae, heart wood by Hylobitelus haroldi Siphalinus gigas, and cambium region by Pissodes nitidus P. obscurus Shirahoshizo insidiosus Scolytidae.
Kudu, Fatma Nur;Bayraktar, Alemdar;Bakir, Pelin Gundes;Turker, Temel;Altunisik, Ahmet Can
Steel and Composite Structures
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v.16
no.1
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pp.21-44
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2014
The aim of this study is to determine the dynamic characteristics of long reinforced concrete highway bridges with post-tension tendons using analytical and experimental methods. It is known that the deck length and height of bridges are affected the dynamic characteristics considerably. For this purpose, Berta Bridge constructed in deep valley, in Artvin, Turkey, is selected as an application. The Bridge has two piers with height of 109.245 m and 85.193 m, and the total length of deck is 340.0 m. Analytical and experimental studies are carried out on Berta Bridge which was built in accordance with the balanced cantilever method. Finite Element Method (FEM) and Operational Modal Analysis (OMA) which considers ambient vibration data were used in analytical and experimental studies, respectively. Finite element model of the bridge is created by using SAP2000 program to obtain analytical dynamic characteristics such as the natural frequencies and mode shapes. The ambient vibration tests are performed using Operational Modal Analysis under wind and human loads. Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) and Stochastic Subspace Identification (SSI) methods are used to obtain experimental dynamic characteristics like natural frequencies, mode shapes and damping ratios. At the end of the study, analytical and experimental dynamic characteristic are compared with each other and the finite element model of the bridge was updated considering the material properties and boundary conditions. It is emphasized that Operational Modal Analysis method based on the ambient vibrations can be used safely to determine the dynamic characteristics, to update the finite element models, and to monitor the structural health of long reinforced concrete highway bridges constructed with the balanced cantilever method.
This study aims to investigate the relationship between structural damage and sensitivity indices using the Hilbert-Huang transform (HHT) method. Two damage detection indices are proposed: the ratio of bandwidth (RB), and the ratio of effective stiffness (RES). The nonlinear four bays multiple degree of freedom models with various predominant frequencies are constructed using the SAP2000 program. Adjusted PGA earthquake data (Japan 311, Chi-Chi 921) are used as the excitations. Next the damage detection indices obtained using the HHT and the fast Fourier transform (FFT) methods are evaluated based on the acceleration responses of the structures to earthquakes. Simulation results indicate that, the column of the 1 st floor is the first yielding position and the RB value is changed when the RES<90% in all cases. Moreover, the RB value of the 1 st floor changes more sensitive than those from the top floor. In addition, when the structural response is nonlinear (i.e., RES<100%), the RB and the RES curves indicate the incremental change in the HHT spectra. However, the same phenomenon can be found from FFT spectra only when the stiffness reduction is large enough. Therefore, the RB estimated from the smoothed HHT spectra is an effective and sensitive index for detecting structural damage.
Yurdakul, Muhammet;Ates, Sevket;Altunisik, Ahmet Can
Earthquakes and Structures
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v.7
no.4
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pp.511-525
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2014
The main object of this study is to determine and compare the structural behavior of base isolated long span highway bridge, $G\ddot{u}lburnu$ Highway Bridge, using single concave friction pendulum (SCFP) and triple concave friction pendulum (TCFP). The bridge is seismically isolated in the design phase to increase the main period and reduce the horizontal forces with moments using SCFP bearings. In the content of the paper, firstly three dimensional finite element model (FEM) of the bridge is constituted using project drawings by SAP2000 software. The dynamic characteristics such as natural frequencies and periods, and the structural response such as displacements, axial forces, shear forces and torsional moments are attained from the modal and dynamic analyses. After, FEM of the bridge is updated using TCFP and the analyses are performed. At the end of the study, the dynamic characteristics and internal forces are compared with each other to extract the TCFP effect. To emphasize the base isolation effect, the non-isolated structural analysis results are added to graphics. The predominant frequencies of bridge non-isolated, isolated with SCFP and isolated with TCFP conditions decreased from 0.849Hz to 0.497Hz and 0.338Hz, respectively. The maximum vertical displacements are obtained as 57cm, 54cm and 44cm for non-isolated, isolated with SCFP and isolated with TCFP conditions, respectively. The maximum vertical displacement reduction between isolated with TCFP bearing and isolated with SCFP bearing bridge is %23. Maximum axial forces are obtained as 60619kN, 18728kN and 7382kN, maximum shear forces are obtained as 23408kN, 17913kN and 16249kN and maximum torsional moments are obtained as 24020kNm, 7619kNm and 3840kNm for non-isolated, isolated with SCFP and isolated with TCFP conditions, respectively.
This paper presents structural assessment of a steel railway bridge for current condition using modal parameter to upgrade finite element modeling in order to gather accurate result. An adequate monitoring, such as acceleration, displacement, strain monitoring, is important tool to understand behavior and to assess structural performance of the structure under surround vibration by means of the dynamic analysis. Evaluation of conditions of an existing steel railway bridge consist of 4 decks, three of them are 14 m, one of them is 9.7 m, was performed with a numerical analysis and a series of dynamic tests. Numerical analysis was performed implementing finite element model of the bridge using SAP2000 software. Dynamic tests were performed by collecting acceleration data caused by surrounding vibrations and dynamic analysis is performed by Operational Modal Analysis (OMA) using collected acceleration data. The acceleration response of the steel bridge is assumed to be governing response quantity for structural assessment and provide valuable information about the current statute of the structure. Modal identification determined based on response of the structure play significant role for upgrading finite element model of the structure and helping structural evaluation. Numerical and experimental dynamic properties are compared and finite element model of the bridge is updated by changing of material properties to reduce the differences between the results. In this paper, an existing steel railway bridge with four spans is evaluated by finite element model improved using operational modal analysis. Structural analysis performed for the bridge both for original and calibrated models, and results are compared. It is demonstrated that differences in natural frequencies are reduced between 0.2% to 5% by calibrating finite element modeling and stiffness properties.
Since the peak seismic response of a base-isolated building strongly depends on the characteristics of the imposed seismic ground motion, the behavior of a base-isolated building under different seismic ground motions is studied, in order to better assess their effects on its peak seismic response. Specifically, the behavior of a typical steel building is examined as base-isolated with elastomeric bearings, while the effect of near-fault ground motions is studied by imposing 7 pairs of near- and 7 pairs of far-fault seismic records, from the same 7 earthquake events, to the building, under 3 different loading combinations, through three-dimensional (3D) nonlinear dynamic analyses, conducted with SAP2000. The results indicate that near-fault seismic components are more likely to increase the building's peak seismic response than the corresponding far-fault components. Furthermore, the direction of the imposed earthquake excitations is also varied by rotating the imposed pairs of seismic records from 0◦ to 360◦, with respect to the major construction axes. It is observed that the peak seismic responses along the critical incident angles, which in general differ from the major horizontal construction axes of the building, are significantly higher. Moreover, the influence of 5% and 10% accidental mass eccentricities is also studied, revealing that when considering accidental mass eccentricities the peak relative displacements of the base isolated building at the isolation level are substantially increased, while the peak floor accelerations and interstory drifts of its superstructure are only slightly affected.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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