Steel plate shear walls (SPSWs) have been shown to be efficient lateral force-resisting systems, which are increasingly used in new and retrofit construction. These structural systems are designed with either stiffened and stocky or unstiffened and slender web plates based on disparate structural and economical considerations. Based on some limited reported studies, on the other hand, employment of low yield point (LYP) steel infill plates with extremely low yield strength, and high ductility as well as elongation properties is found to facilitate the design and improve the structural behavior and seismic performance of the SPSW systems. On this basis, this paper reports system-level investigations on the seismic response assessment of multi-story SPSW frames under the action of earthquake ground motions. The effectiveness of the strip model in representing the behaviors of SPSWs with different buckling and yielding properties is primarily verified. Subsequently, the structural and seismic performances of several code-designed and retrofitted SPSW frames with conventional and LYP steel infill plates are investigated through detailed modal and nonlinear time-history analyses. Evaluation of various seismic response parameters including drift, acceleration, base shear and moment, column axial load, and web-plate ductility demands, demonstrates the capabilities of SPSW systems in improving the seismic performance of structures and reveals various advantages of use of LYP steel material in seismic design and retrofit of SPSW systems, in particular, application of LYP steel infill plates of double thickness in seismic retrofit of conventional steel and code-designed SPSW frames.
Michael Adane;Hyungoo Kang;Seungho Chun;Jinkoo Kim
Steel and Composite Structures
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v.50
no.5
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pp.549-562
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2024
In this study a steel moment frame system to be installed on the exterior surface of an existing structure is proposed as a seismic retrofit device. The seismic performance of the retrofit system was investigated by installing it on the exterior of a single story single bay reinforced concrete frame and testing it under cyclic loading. The cyclic loading test results indicated that the steel frame significantly enhanced the strength and ductility of the bare structure. Finite element analysis was carried out to validate the test results, and it was observed that there was good agreement between the two results. An analytical model was developed in order to apply the retrofit system to an example structure subjected to seven mainshock-aftershock sequential earthquake records. It was observed that the model structure was severely damaged due to the mainshock earthquakes, and the seismic response of the model structure increased significantly due to the subsequent aftershock earthquakes. The seismic retrofit of the model structure using the proposed steel frame turned out to be effective in decreasing the seismic response below the given limit state.
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.
The seismic sequence which hit the Northern Italian territory in 2012 produced extensive damage to reinforced concrete (RC) precast buildings typically adopted as industrial facilities. The considered damaged buildings are constituted by one-storey precast structures with RC columns connected to the ground by means of isolated socket foundations. The roof structural layout is composed of pre-stressed RC beams supporting pre-stressed RC floor elements, both designed as simply supported beams. The observed damage pattern, already highlighted in previous earthquakes, is mainly related to insufficient connection strength and ductility or to the absence of mechanical devices, being the connections designed neglecting seismic loads or neglecting displacement and rotation compatibility between adjacent elements. Following the vulnerabilities emerged in past seismic events, the paper investigates the seismic performance of industrial facilities typical of the Italian territory. The European building code seismic assessment methodologies are presented and discussed, as well as the retrofit interventions required to achieve an appropriate level of seismic capacity. The assessment procedure and retrofit solutions are applied to a selected case study.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.47-53
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2008
This research focuses on the issue of seismic retrofit prioritization based on the Caltrans' highway network serving Los Angeles and Orange counties. Retrofit prioritization is one of most important problems in earthquake engineering, and it is a problem that most decision makers face in the process of resource allocation. This study demonstrates the methods of prioritized resource allocation in the process of retrofitting a regional highway network. For the criteria of a retrofit ranking, seismic vulnerability and the importance of network link are first introduced. Subsequently, link-based seismic retrofit cases are simulated, investigating the effects of the seismic retrofit in terms of seismic performance, such as driver's delay. In this study, probabilistic scenario earthquakes are used to perform a probabilistic seismic risk analysis. The results show that the retrofit prioritization can be differently defined and ranked depending on the stakeholders. This study provides general guidelines for prioritization strategy for the effective retrofitting of a highway network system.
In this study a seismic retrofit scheme for a building structure was presented using steel plate slit dampers. The energy dissipation capacity of the slit damper used in the retrofit was verified by cyclic loading test. Genetic algorithm was applied to find out the optimum locations of the slit dampers satisfying the target displacement. The seismic retrofit of the model structure using the slit dampers was compared with the retrofit with enlarging shear walls. A simple damper distribution method was proposed using the capacity spectrum method along with the damper distribution pattern proportional to the inter-story drifts. The validity of the simple story-wise damper distribution procedure was verified by comparing the results of genetic algorithm. It was observed that the capacity-spectrum method combined with the simple damper distribution pattern leaded to satisfactory story-wise distribution of dampers compatible with the optimum solution obtained from genetic algorithm.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.5
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pp.241-251
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2014
In this study, shaking table test was carried out to evaluate the seismic behavior and performance of low-rise reinforced concrete (RC) piloti structures with and without retrofit. The specimens were designed considering the characteristics of existing building with pilotis such as natural period, distribution factor of strength and stiffness between columns and core wall on the first soft story. The test for the non-retrofit specimen showed that damage was concentrated on the stiffer member on the same floor as the core wall failed by shear fracture whereas columns experienced slight flexural cracks. Considering the failure mode of the non-retrofit specimen, the retrofit method using steel rod damper was presented for improving the seismic performance of piloti structures. The results of the test for retrofit specimen revealed that the retrofit method was effective for controlling the damage as the main RC structural members were not destroyed and most of input energy was dissipated by hysteretic behavior of the damper.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2018.11a
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pp.136-137
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2018
The domestic seismic retrofit guide was primally enacted in 1988, then the mandatory target have been consistently. As a result, the rate of earthquake-resistant is achieved 58.3% in public facilities. On the other hand, the rate of earthquake-resistant is low as 24.8% in education facilities. As education facilities damaged from Gyeong-ju, Po-hang earthquake occurred in South-Korea and the rate of earthquake-resistant is low, the seismic retrofit of existing education facilities got to be ordinary people's interest. Therefore, domestic researchers have been developed seismic retrofit methods which can apply to existing educational facilities, It is expected to become more active in the future. However, it is insufficient to consideration that how far domestic technology has been developed. Therefore, the objective of this study is to measure the level of domestic research through comparative analysis between domestic and foreign researches that seismic retrofit methods which can apply to existing educational facilities.
De Leon-Escobedo, David;Garcia-Manjarrez, Jose Luis
Earthquakes and Structures
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v.21
no.5
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pp.505-514
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2021
A formulation based on structural reliability and cost effectiveness is proposed to provide recommendations to select the best retrofit strategy for schools with reinforced concrete frames and masonry walls, among three proposed alternatives. The cost calculation includes the retrofit cost and the expected costs of failure consequences. Also, the uncertainty of the seismic hazard is considered for each school site. The formulation identifies the potential failure modes, among shear and bending forces for beams, and flexure-compression forces for columns, for each school, and the seismic damages suffered by the schools after the earthquake of September 17, 2017 are taken into account to calibrate the damaged conditions per school. The school safety level is measured through its global failure probability, instead of only the local failure probability. The proposed retrofit alternatives are appraised in terms of the cost/benefit balance under future earthquakes, for the respective site seismic hazard, as opposed to the current practice of just restoring the structure original resistance. The best retrofit is the one that corresponds to the minimum value of the expected life cycle cost. The study, with further developments, may be used to develop general recommendations to retrofit schools located at seismic zones.
Kim, Su Dong;Lee, Kihak;Jeong, Seong-Hoon;Kim, Do Hyun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.1
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pp.33-41
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2013
Due to a high level of system ductility, steel moment resisting frames have been widely used for lateral force resisting structural systems in high seismic zones. Earthquake field investigations after Northridge earthquake in 1994 and Kobe earthquake in 1995 have reported that many steel moment resisting frames designed before 1990's had suffered significant damages and structural collapse. In this research, seismic performance assessment of steel moment resisting frames designed in accordance with the previous seismic provisions before 1990's was performed. Buckling-restrained braces and shear walls are considered for seismic retrofit of the reference buildings. Increasing stiffness and strength of the buildings using buckling-restrained braces and shear walls are considered as options to rehabilitate the damaged buildings. Probabilistic seismic performance assessment using fragility analysis results is used for the criteria for determining an appropriate seismic retrofit strategy. The fragility contour method can be used to provide an intial guideline to structural engineers when various structural retrofit options for the damaged buildings are available.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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