Large changes in stiffness associated with cracking and yielding of reinforced concrete sections may be expected to occur during the dynamic response of reinforced concrete frames to earthquake ground shaking. These changes in stiffness in stories that experience cracking might be expected to cause relatively large peak interstory drift ratios. If so, accounting for such changes would add complexity to seismic design procedures. This study evaluates changes in an index parameter to establish whether this effect is significant. The index, known as the coefficient of distortion (COD), is defined as the ratio of peak interstory drift ratio and peak roof drift ratio. The sensitivity of the COD is evaluated statistically for five- and nine-story reinforced concrete frames having either uniform story heights or a tall first story. A suite of ten ground motion records was used; this suite was scaled to five intensity levels to cause varied degrees of damage to the concrete frame elements. Ground motion intensity was found to cause relatively small changes in mean CODs; the changes were most pronounced for changes in suite scale factor from 0.5 to 1 and from 1 to 4. While these changes were statistically significant in several cases, the magnitude of the change was sufficiently small that values of COD may be suggested for use in preliminary design that are independent of shaking intensity. Consequently, design limits on interstory drift ratio may be implemented by limiting the peak roof drift in preliminary design.
Current seismic design provisions allow structures to deform into inelastic range during design level earthquakes since the chance to meet such event is quite rare. For this purpose, design base shear is defined in current seismic design provisions as the value of elastic seismic shear force divided by strength reduction factor, R (${\geq}1$). Strength reduction factor generally consists of four different factors, which can account for ductility capacity, overstrength, damping, and redundancy inherent in structures respectively. In this study, R factor is assumed to account for only the ductility rather than overstrength, damping, and redundancy. The R factor considering ductility is called "ductility factor" ($R_{\mu}$). This study proposes ductility factor with correction factor, C, which can account for dynamic P-${\Delta}$ effect. Correction factor, C is established as the functional form since it requires computational efforts and time for calculating this factor. From the statistical study using the results of nonlinear dynamic analysis for 40 earthquake ground motions (EQGM) it is shown that the dependence of C factor on structural period is weak, whereas C factor is strongly dependant on the change of ductility ratio and stability coefficient. To propose the functional form of C factor statistical study is carried out using 79,920 nonlinear dynamic analysis results for different combination of parameters and 40 EQGM.
Abdalla, Jamal A.;Saqan, Elias I.;Hawileh, Rami A.
Computers and Concrete
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제13권4호
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pp.547-567
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2014
Precast Seismic Structural Systems (PRESSS) provided an iterative procedure for obtaining optimum design of unbonded post-tensioned coupled precast concrete wall systems. Although PRESSS procedure is effective, however, it is lengthy and laborious. The purpose of this research is to employ Artificial Neural Network (ANN) to predict the optimum design parameters for such wall systems while avoiding the demanding iterative process. The developed ANN model is very accurate in predicting the nondimensional optimum design parameters related to post-tensioning reinforcement area, yield force of shear connectors and ratio of moment resisted by shear connectors to the design moment. The Mean Absolute Percent Error (MAPE) for the test data for these design parameters is around %1 and the correlation coefficient is almost equal to 1.0. The developed ANN model is then used to study the effect of different design parameters on wall behavior. It is observed that the design moment and the concrete strength have the most influence on the wall behavior as compared to other parameters. Several design examples were presented to demonstrate the accuracy and effectiveness of the ANN model.
The study on the performance of the nonlinear friction tuned mass dampers (FTMD) for the mitigation of the seismic responses of the structures is a topic that still inspires the efforts of researchers. The present paper aims to carry out a numerical study on the optimum tuning of TMD and FTMD parameters using a multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm including soil-structure interaction (SSI) effects for seismic applications. Considering a 3-story structure, the performances of the optimized TMD and FTMD are compared with the uncontrolled structure for three types of soils and the fixed base state. The simulation results indicate that, unlike TMDs, optimum tuning of FTMD parameters for a large preselected mass ratio may not provide a best and optimum design. For low mass ratios, optimal selection of friction coefficient has an important key to enhance the performance of FTMDs. Consequently, a free parameter search of all FTMD parameters provides a better performance in comparison with considering a preselected mass ratio for FTMD in the optimum design stage of the FTMD. Furthermore, the SSI significant effects on the optimum design of the TMD and FTMD. The simulation results also show that the FTMD provides a better performance in reducing the maximum top floor displacement and acceleration of the building in different soil types. Moreover, the performance of the TMD and FTMD decrease with increasing soil softness, so that ignoring the SSI effects in the design process may give an incorrect and unrealistic estimation of their performance.
Using the nonlinear static procedures has become very common in seismic codes to achieve the nonlinear response of the structure during an earthquake. The capacity spectrum method (CSM) adopted in ATC-40 is considered as one of the most known and useful procedures. For this procedure the seismic demand can be approximated from the maximum deformation of an equivalent linear elastic Single-Degree-of-Freedom system (SDOF) that has an equivalent damping ratio and period by using an iterative procedure. Data from the results of this procedure are plotted in acceleration- displacement response spectrum (ADRS) format. Different improvements have been made in order to have more accurate results compared to the Non Linear Time History Analysis (NL-THA). A new procedure is presented in this paper where the iteration process shall not be required. This will be done by estimation the ductility demand response spectrum (DDRS) and the corresponding effective damping of the bilinear system based on a new parameter of control, called normalized yield strength coefficient (η), while retaining the attraction of graphical implementation of the improved procedure of the FEMA-440. The proposed procedure accuracy should be verified with the NL-THA analysis results as a first implementation. The comparison shows that the new procedure provided a good estimation of the nonlinear response of the structure compared with those obtained when using the NL-THA analysis.
In this paper, quasi-static tests were carried out on three prefabricated reinforced concrete column-steel beam (RCS) sub-assemblages with floor slabs and one comparison specimen without floor slab. The effects of axial compression and floor slab on the seismic performance were studied, and finite element simulations were conducted using ABAQUS. The results showed that the failure of prefabricated RCS sub-assemblages with floor occurred as a joint beam and column failure mode, while failure of sub-assemblages without floor occurred due to beam plastic hinge formation. Compared to the prefabricated RCS sub-assemblages without floor slab, the overall stiffness of the sub-assemblages with floor slab was between 19.2% and 45.4% higher, and the maximum load bearing capacity increased by 26.8%. However, the equivalent viscosity coefficient was essentially unchanged. When the axial compression ratio increased from 0.24 to 0.36, the hysteretic loops of the sub-assemblages with floor became fuller, and the load bearing capacity, ductility, and energy dissipation capacity increased by 12.1%, 12.9% and 8.9%, respectively. Also, the initial stiffness increased by 10.2%, but the stiffness degradation accelerated. The proportion of column drift caused by beam end plastic bending and column end bending changed from 35% and 46% to 47% and 36%, respectively. Comparative finite element analyses indicated that the numerical simulation outcomes agreed well with the experimental results.
Weicheng Su;Jian Liu;Changjiang Liu;Chiyu Luo;Weihua Ye;Yaojun Deng
Structural Engineering and Mechanics
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제88권5호
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pp.501-519
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2023
This paper introduces a new hybrid structural connection joint that combines shear walls with section steel beams, fundamentally resolving the construction complexity issue of requiring pre-embedded connectors in the connection between shear walls and steel beams. Initially, a quasi-static loading scheme with load-deformation dual control was employed to conduct low-cycle repeated loading experiments on five new connection joints. Data was acquired using displacement and strain gauges to compare the energy dissipation coefficients of each specimen. The destruction process of the new connection joints was meticulously observed and recorded, delineating it into three stages. Hysteresis curves and skeleton curves of the joint specimens were plotted based on experimental results, summarizing the energy dissipation performance of the joints. It's noteworthy that the addition of shear walls led to an approximate 17% increase in the energy dissipation coefficient. The energy dissipation coefficients of dog-bone-shaped connection joints with shear walls and cover plates reached 2.043 and 2.059, respectively, exhibiting the most comprehensive hysteresis curves. Additionally, the impact of laminated steel plates covering composite concrete floors on the stiffness of semi-rigid joint ends under excessive stretching should not be disregarded. A comparison with finite element analysis results yielded an error of merely 2.2%, offering substantial evidence for the wide-ranging application prospects of this innovative joint in seismic performance.
다자유도의 교량에 횡방향 지진하중을 받는 경우, 교량의 내진성능설계 및 성능평가를 위한 두 가지 비선형 등가 정적해석절차를 제시하였다. 빌딩구조물에 대한 FEMA-273의 변위계수법과 ATC에서 채택하고 있는 역량스펙트럼법을 개선하여 다자유도 연속교량의 내진성능평가에 적용토록 제시하였다. 수정된 두 방법들에 대한 적합성을 시간이력 동적해석과 비교토록 하였다. 다자유도 교량의 교축직각방향 관성력 분포를 합리적으로 반영하기 위하여, 수평방향 지진하중의 분포형태에 따른 모드 및 스펙트럴 하중분포를 적용토록 하였다. 철근 콘크리트 교각 부재는 하중-기초법에 의한 비선형 층상화 골조 유한요소 모델을 사용하여 교량 구조물을 모델링 하였다.
The poor seismic performance of reinforced concrete buildings during the latest earthquakes has become a serious issue in the building industry in Turkey. This case, designing new buildings without structural irregularities against earthquake loads reveals to be quite significant. This study mainly is focused on the effects of different torsional irregularities on construction costs and earthquakes performance of reinforced concrete buildings. In that respect, structural torsional irregularities are investigated based on the Turkish Earthquake Code. The study consists of major eight main parametric models. In this models consist of totally 49 models together with the variations in the number of storey. With this purpose, the earthquake performances and construction costs (especially steel quantities) of reinforced concrete buildings which having different structural torsional irregularities were obtained with the help of Sta4-CAD program. Each model has been analyzed by both the methods of equivalent earthquake loading and dynamic analysis. The obtained results reveal that the model-1 which has lower torsional irregularity coefficient shows the best earthquake performance owing to its regular plan geometry. Also, economical comparisons on costs of the torsional irregularity are performed, and results-recommendations are given.
Losanno, Daniele;Spizzuoco, Mariacristina;Serino, Giorgio
Earthquakes and Structures
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제7권6호
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pp.969-999
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2014
Aim of the paper is the definition of optimal design parameters characterizing the isolation system of a bridge, both in the case of elastomeric (VI) and sliding bearings (SI), having viscoelastic or rigid-plastic behavior, respectively, installed between the piers and the deck. The problem is treated by means of an analytical approach. Using the frequency response analysis, a simple procedure is proposed to determine the optimal value of the viscous coefficient or the yield displacement of the isolators. The adequacy of the proposed procedure is finally verified through time-history analyses performed on a practical case under natural earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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