편심이 있는 구조물이 지진하중을 받는 경우 비틀림의 발생으로 특정부재에 응력 및 변위가 집중되고 이는 전혀 예상치 못한 구조물의 파괴를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 각 횡저항 부재의 한계 변위를 기반으로 하여 구조물 전체의 횡변위와 비틀림각의 관계도(D-R Relationship: Displacement-Rotation Relationship)를 작성하고 변위스펙트럼을 이용하여 내진성능평가를 수행하는 방법을 제안한다. 제안된 내진성능평가의 방법은 시간이력해석의 결과를 이용해서 검증하였다. 또한 다양한 지진수준에 대해 구조물의 다른 성능수준을 기준으로 하는 다단계 내진성능평가를 수행하였다. 최종적으로 그 결과를 기준으로 D-R 관계도를 이용한 내진보강 전략을 제시하였다. 내진보강은 각 부재의 강도/강성을 증가시키는 방법과 연성도를 증가시키는 두 가지의 방법을 사용하였다. 특히 강도/강성을 증가시키는 내진보강 전략에서는 보강의 최적화를 위하여 보강전략을 최적화 문제로 구성하고 BFGS Quasi-Newton method를 이용하여 최적보강전략을 수립하는 과정을 제시하였다.
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.
Yun, Hyun-Do;Hwang, Jin-Ha;Kim, Mee-Yeon;Choi, Seung-Ho;Park, Wan-Shin;Kim, Kang Su
Structural Engineering and Mechanics
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제75권3호
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pp.389-399
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2020
An infill wall made of high-performance fiber-reinforced cementitious composites (HPFRCC) was utilized in this study to strengthen the reinforced concrete (RC) frame structures that had not been designed for seismic loads. The seismic performance of the RC frame structures strengthened by the HPFRCC infill walls was investigated through the experimental tests, and the test results showed that they have improved strength and deformation capabilities compared to that strengthened by the RC infill wall. A simple numerical modeling method, called the modified longitudinal and diagonal line element model (LDLEM), was introduced to consider the seismic strengthening effect of the infill walls, in which a section aggregator approach was also utilized to reflect the effect of shear in the column members of the RC frames. The proposed model showed accurate estimations on the strength, stiffness, and failure modes of the test specimens strengthened by the infill walls with and without fibers.
For historical masonry structures existing in the Mediterranean area, structural strengthening is of primary importance due to the continuous earthquake threat that is posed on them. Proper retrofitting of historical structures involves a thorough understanding of their structural pathology, before proceeding with any intervention measures. In this paper, a methodology is presented for the evaluation of the actual state of historical masonry structures, which can provide a useful tool for the seismic response assessment before and after the retrofitting. The methodology is mainly focused on the failure and vulnerability analysis of masonry structures using the finite element method. Using this methodology the retrofitting of historical structures with innovative techniques is investigated. The innovative technique presented here involves the exploitation of Shape Memory Alloy prestressed bars. This type of intervention is proposed because it ensures increased reversibility and minimization of interventions, in comparison with conventional retrofitting methods. In this paper, a case study is investigated for the demonstration of the proposed methodologies and techniques, which comprises a masonry Byzantine church and a masonry Cistern. Prestressed SMA alloy bars are placed into the load-bearing system of the structure. The seismic response of the non-retrofitted and the retrofitted finite element models are compared in terms of seismic energy dissipation and displacements diminution.
Massumi, Ali;Mahboubi, Behnam;Ameri, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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제8권6호
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pp.1435-1452
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2015
The performance of masonry infilled frames during the past earthquakes shows that the infill panels play a major role as earthquake-resistant elements. Experimental observations regarding the influence of infill panels on increasing stiffness and strength of reinforced concrete structures reveal that such panels can be used in order to strengthen reinforced concrete frames. The present study examines the influence of infill panels on seismic behavior of RC frame structures. For this purpose, several low- and mid-rise RC frames (two-, four-, seven-, and ten story) were numerically investigated. Reinforced masonry infill panels were then placed within the frames and the models were subjected to several nonlinear incremental static and dynamic analyses. In order to determine the acceptance criteria and modeling parameters for frames as well as reinforced masonry panels, the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Masonry Buildings (Issue No. 376), the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Structures (Issue No. 360) and FEMA Guidelines (FEMA 273 and 356) were used. The results of analyses showed that the use of reinforced masonry infill panels in RC frame structures can have beneficial effects on structural performance. It was confirmed that the use of masonry infill panels results in an increment in strength and stiffness of the framed buildings, followed by a reduction in displacement demand for the structural systems.
The collapse of reinforced concrete (RC) frame buildings is mainly caused by the failure of columns. To prevent brittle failure of RC column, numerous studies have been conducted on the seismic performance of strengthened RC columns. Concrete jacketing method, which is one of the retrofitting method of RC members, can enhance strength and stiffness of original RC column with enlarged section and provide uniformly distributed lateral load capacity throughout the structure. The experimental studies have been conducted by many researchers to analyze seismic performance of seismic strengthened RC column. However, structures which have plan and vertical irregularities shows torsional behavior, and therefore it causes large deformation on RC column when subjected to seismic load. Thus, test results from concentric cyclic loading can be overestimated comparing to eccentric cyclic test results, In this paper, two kinds of eccentric loading pattern was suggested to analyze structural performance of RC columns, which are strengthened by concrete jacketing method with new details in jacketed section. Based on the results, it is concluded that specimens strengthened with new concrete jacketing method increased 830% of maximum load, 150% of maximum displacement and changed the failure modes of non-strengthened RC columns.
Ali Ihsan Celik;Mehmet Metin Kose;Ahmet Celal Apay
Earthquakes and Structures
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제27권2호
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pp.97-111
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2024
In this paper, buckling conditions and retrofitting of cylindrical steel water storage tanks with different roof types and wall thicknesses were investigated by using finite element method. Four roof types of cylindrical steel tanks which are open-top, flat-closed, conical-closed and torispherical-closed and three wall thicknesses of 4, 6 and 8 mm were considered in FE modeling of cylindrical steel tanks. The roof shapes significantly affect load distribution on the tank shell under the seismic action. Composite FRP materials are widely used for winding thin-walled cylindrical steel structures. The retrofitting efficiency of cylindrical steel water tank is tested under the seismic loading with the externally bonded CFRP laminates. In retrofitting of cylindrical steel tank, the CFRP composite material coating method was used to improve of seismic performance of cylindrical steel tanks. ANSYS software was used to analyze the cylindrical steel tanks and maximum equivalent (von-Mises) and directional deformation were obtained. Equivalent (von-Mises) stresses significantly decreased due to the coating of the tank shell with FRP composite material. In thin-walled steel structures, excessive stress causes buckling and deformations. Therefore, retrofitting led to decrease in stress, reductions in directional and buckling deformation of the open-top, flat-closed, conical-closed and torispherical-closed tanks.
Recent earthquakes in California and Japan caused extensive damage to highway bridge structures. It is also thought that during probable earthquakes bridge structures in Korea could be failed due to the structural deficiencies, which were nonseismically designed and constructed before 1992. In these regards, innovative strengthening methods have been developed to repair reinforced concrete bridge columns, especially by glassfiber sheet bonding methods which are widely used today. The primary objective of this research is to investigate the seismic behavior of RC bridge columns retrofitted with composite straps and to propose pertinent guidelines of repair and rehabilitation method for earthquake resistant design procedure of RC bridges which are located in low or moderate seismicity regions. Six scaled-down concrete test specimens were made with test variables such as lap splice ratio, axial force ratio, confinement ratio, composite straps in the plastic hinge region. Pertinent design guidelines could be developed for the earthquake resistant design of RC bridge piers retrofitted with glassfibers in low or moderate seismic region.
For the vibration control of earthquake-excited structures, a pivot-type displacement amplification damper system is proposed and its validity is investigated in this study. A rotational frame amplifies the stroke of the proposed damper system and it can absorb more vibrational energy compared to the conventional dampers of which strokes are not large. In order to prove the effectiveness of the system, time-history analyses are performed with a three story building modelled by a three dimensional frame and numerical results are compared with those for a conventional V-shape braced damper system. In addition, the seismic performances are investigated according to the changes of damper capacity and location.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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