Due to design codes and regulations and the variety of building plans in Turkey, it is very often seen that band-type windows are left for ventilation and lightening of the basements of buildings which are used for various purposes such as workplaces and storage. Therefore when the necessary support measures cannot be given, short columns are subjected to very high shear forces and so damage occurs. One of the precautions to avoid the damage of short column mechanisms in buildings where band-type windows are in the basement is to strengthen the short columns with fiber reinforced polymer (FRP). In this study, the effect of the FRP retrofitting process of the short columns around band-windowed structures, which are found especially in basement areas, is analyzed in accordance with Turkish Seismic Code 2007 (TSC 2007). Three different models which are bare frame, frame with short columns and retrofitted short columns with FRP, are created and analyzed according to TSC 2007 performance analysis methods to understand the effects of band windows in basements and the effect of FRP retrofitting.
Soft or extreme soft storeys in multi-storied buildings cause localized damage (and even collapse) during strong earthquake shaking. The presence of such soft or extremely soft storey is identified through provisions of vertical stiffness irregularity in seismic design codes. Identification of the irregularity in a building requires estimation of lateral translational stiffness of each storey. Estimation of lateral translational stiffness can be an arduous task. A simple procedure is presented to estimate storey stiffness using only properties of fundamental lateral translational mode of oscillation (namely natural period and associated mode shape), which are readily available to designers at the end of analysis stage. In addition, simplified analytical expressions are provided towards identifying stiffness irregularity. Results of linear elastic time-history analyses indicate that the proposed procedure captures the irregularity in storey stiffness in both low- and mid-rise buildings.
Reyes-Salazar, Alfredo;Soto-Lopez, Manuel Ernesto;Bojorquez-Mora, Eden;Lopez-Barraza, Arturo
Structural Engineering and Mechanics
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v.41
no.2
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pp.183-204
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2012
Several issues regarding the structural idealization of steel buildings with perimeter moment resisting steel frames (MRSFs) and interior gravity frames (GFs) are studied. Results indicate that the contribution of GFs to the lateral structural resistance may be significant. The contribution increases when the stiffness of the connection of the GFs is considered and is larger for inelastic than for elastic behavior. The interstory shears generally increase when the connections stiffness is taken into account. Resultant stresses at some base columns of MRSFs also increase in some cases but to a lesser degree. For columns of the GFs, however, the increment is significant. Results also indicate that modeling the building as planes frames may result in larger interstory shears and displacements and resultant stresses than those obtained from the more realistic 3-D formulation. These differences may be much larger when semi-rigid (SR) connections are considered. The conservativism is more for resultant stresses. The differences observed in the behaviour of each structural representation are mainly due to a) the elements that contribute to strength and stiffness and b) the dynamics characteristics of each structural representation. It is concluded that, if the structural system under consideration is used, the three-dimensional model should be used in seismic analysis, the GFs should be considered as part of the lateral resistance system, and the stiffness of the connections should be included in the design of the GFs. Otherwise, the capacity of gravity frames may be overestimated while that of MRSFs may be underestimated.
Cyclic loading tests for beam-to-column weak-axis connections were performed to investigate the seismic performance. In this study, the connections were developed to improve the constructability on the basis of investigation for existing small-size steel structures. The primary test parameter is the number of high-tension bolts which are used to connect steel beam and column using exterior and interior flange plates. Test results showed that the number of bolts had a significant effect on the cyclic behavior of beam-column weak-axis connections. From the analysis of test results, it is concluded that more than four bolts in the connections can satisfy the requirements of semi-rigid connection presented in current design codes. All of specimens showed the bearing failure around bolt holes and fracture at the beam flange. However, when the web height and the flange width is relatively small, the number of the bolts used in the connections might be limited. Thus, the additional research in this area is needed.
In this paper, cyclic loading test was performed to evaluate the seismic performance of the steel coupling beam and RC shear wall. The test parameter was reinforcement detail of the shear wall. For the shear wall which was designed in accordance with the current design codes, a premature bearing failure occurred at the face of the wall. On the other hand, the bearing failure of walls was prevented due to the new type of reinforcement details. Test results indicated that the vertical reinforcements were more affected to the shear strength of the coupled shear wall than the horizontal reinforcement. Based on the failure mode, concrete stress distribution above and below flanges of the embedded steel beam was proposed. Assuming proposed concrete stress distribution, load resistance was predicted and it was agree well with test data.
Mansouri, Iman;Arabzadeh, Ali;Farzampour, Alireza;Hu, Jong Wan
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.91-98
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2020
Steel plate shear walls are recently used as efficient seismic lateral resisting systems. These lateral resistant structures are implemented to provide more strength, stiffness and ductility in limited space areas. In this study, the seismic behavior of the multi-story steel frames with steel plate shear walls are investigated for buildings with 4, 8, 12 and 16 stories using verified computational modeling platforms. Different number of steel moment bays with distinctive lengths are investigated to effectively determine the deflection amplification factor for low-rise and high-rise structures. Results showed that the dissipated energy in moment frames with steel plates are significantly related to the inside panel. It is shown that more than 50% of the dissipated energy under various ground motions is dissipated by the panel itself, and increasing the steel plate length leads to higher energy dissipation capability. The deflection amplification factor is studied in details for various verified parametric cases, and it is concluded that for a typical multi-story moment frame with steel plate shear walls, the amplification factor is 4.93 which is less than the recommended conservative values in the design codes. It is shown that the deflection amplification factor decreases if the height of the building increases, for which the frames with more than six stories would have less recommended deflection amplification factor. In addition, increasing the number of bays or decreasing the steel plate shear wall length leads to a reduction of the deflection amplification factor.
The Maximum seismic responses of steel buildings with perimeter moment resisting frames (MRF), modeled as complex MDOF systems, are estimated for several incidence angles of the horizontal components and the critical one is identified. The accuracy of the existing rules to combine the effects of the individual components is also studied. Two and three components are considered. The critical response does not occur for principal components and the corresponding incidence angle varies from one earthquake to another. The critical response can be estimated as 1.40 and 1.10 times that of the principal components, for axial load and interstory shears, respectively. The rules underestimate the axial load but reasonably overestimate the shears. The rules are not always inaccurate in the estimation of the combined response for correlated components. On the other hand, totally uncorrelated (principal) components are not always related to an accurate estimation. The correlation of the individual effects (${\rho}$) may be significant, even for principal components. The rules are not always associated to an inaccurate estimation for large values of ${\rho}$, and small values of ${\rho}$ are not always related to an accurate estimation. Only for perfectly uncorrelated harmonic excitations and elastic analysis of SDOF systems, the individual effects of the components are uncorrelated and the rules accurately estimate the combined response. The degree of correlation of the components, the type of structural system, the response parameter under consideration, the location of the structural member and the level of structural deformation must be considered while estimating the level of underestimation or overestimation.
Earthquake resistant design is evolutionary, and, although great progress has been made since seismic design was made mandatory by building codes, it is still not completely understood. In this paper, a 10 story steel building is analyzed and its results are compared by applying two different actual ground motions to the structure. 12 sets of Loma Prieta, California, earthquake data which occurred in 1989, and recorded 7.1 on the Richter scale and 9 sets of Valparaiso, Chile, earthquake data which occurred in 1985, and recorded 7.8 on the Richter scale were scaled to zone 2B level of UBC-88. By applying earthquake ground motions which had similar Richter scale magnitude, it was found that the Chile earthquake which had long duration of ground motion affected about twice bigger than that of California earthquake which had relatively short duration of ground motion. In addition to the peak ground motion, the duration of the ground motion is a very important factor in structural design.
Thomoglou, Athanasia K.;Rousakis, Theodoros C.;Achillopoulou, Dimitra V.;Karabinis, Athanasios I.
Earthquakes and Structures
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v.19
no.6
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pp.411-425
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2020
Unreinforced masonry (URM) walls present low shear strength and are prone to brittle failure when subjected to inplane seismic overloads. This paper discusses the shear strengthening of URM walls with Textile Reinforced Mortar (TRM) jackets. The available literature is thoroughly reviewed and an extended database is developed including available brick, concrete and stone URM walls retrofitted and subjected to shear tests to assess their strength. Further, the experimental results of the database are compared against the available shear strength design models from ACI 549.4R-13, CNR DT 215 2018, CNR DT 200 R1/2013, Eurocode 6 and Eurocode 8 guidelines as well as Triantafillou and Antonopoulos 2000, Triantafillou 1998, Triantafillou 2016. The performance of the available models is investigated and the prediction average absolute error (AAE) is as high as 40%. A new model is proposed that takes into account the additional contribution of the reinforcing mortar layer of the TRM jacket that is usually neglected. Further, the approach identifies the plethora of different block materials, joint mortars and TRM mortars and grids and introduces rational calibration of their variable contributions on the shear strength. The proposed model provides more accurate shear strength predictions than the existing models for all different types of the URM substrates, with a low AAE equal to 22.95%.
The fundamental period (FP) is one of the most critical parameters for the seismic design of structures. In the reinforced concrete (RC) infilled frame, the infill walls significantly affect the FP because they change the stiffness and mass of the structure. Although several formulas have been proposed for estimating the FP of the RC infilled frame, they are often associated with high bias and variance. In this study, an efficient soft computing model, namely the group method of data handling (GMDH), is proposed to predict the FP of regular RC infilled frames. For this purpose, 4026 data sets are obtained from the open literature, and the quality of the database is examined and evaluated in detail. Based on the cleaning database, several GMDH models are constructed and the best prediction model, which considers the height of the building, the span length, the opening percentage, and the infill wall stiffness as the input variables for predicting the FP of regular RC infilled frames, is chosen. The performance of the proposed GMDH model is further underscored through comparison of its FP predictions with those of existing design codes and empirical models. The accuracy of the proposed GMDH model is proven to be superior to others. Finally, explicit formulas and a graphical user-friendly interface (GUI) tool are developed to apply the GMDH model for practical use. They can provide a rapid prediction and design for the FP of regular RC infilled frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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