Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.111-119
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2010
Many researchers have studied on the optimal seismic design with the development of the computer. So far the application structure of most researches on the optimal seismic design was almost the moment resisting frame. Because the braced frames are the representative lateral load resisting system with the moment resisting frames, it is estimated that the effect on the practice will be great if it can is provided a design guideline through the development of optimal seismic design model for the braced frames. The purpose of this study is to propose the optimal seismic design model for the inverted V-type special concentrically braced frames considering the buckling of braces. The objective functions of this are to minimize the structural weight and maximize the total dissipated energy of the structure and the constraints of this are the strength conditions for the column, beam, brace and inter-story drifts condition. To verify the proposed model, it is applied to 2D steel concentrically braced frames of 3-story and 9-story.
Park, Hong-Gun;Lee, Cheol-Ho;Park, Chang-Hee;Hwang, Hyeon-Jong;Lee, Chang-Nam;Kim, Hyoung-Seop;Kim, Sung-Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.3
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pp.337-347
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2011
In this study, seismic resistance of concrete encased U-shaped steel beam-to-steel H-shaped column connections was evaluated. Three specimens of the beam-to-column connection were tested under cyclic loading. The composite beam was integrated with concrete slab using studs. Re-bars for negative moment were placed in the slab. The primary test parameter was the details of the connections, which are strengthening and weakening strategies for the beam end and the degree of composite action. The depth of the composite beams was 600mm including the slab thickness. The steel beam and the re-bars in the slab were weld-connected to the steel column. For the strengthening strategy, cover plates were weld-connected to the bottom and top flanges of the steel beam. For the weakening strategy, a void using styrofoam box was located inside the core concrete at the potential plastic hinge zone. The test results showed that the fully composite specimens exhibited good strength, deformation, and energy dissipation capacities. The deformation capacity of the beam exceeded 4% rotation angle, which is the requirement for the Special Moment Frame.
Saleh, Aboozar;Zahrai, Seyed M.;Mirghaderi, Seyed R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.5
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pp.785-808
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2016
An innovative Reduced Beam Section (RBS) connection, called Tubular Web RBS connection (TW-RBS), has been recently introduced and its performance has been numerically investigated in some earlier studies. The TW-RBS connection is a kind of accordion-web RBS connection in which part of the flat web of the beam is replaced by a steel tube at the expected region of the plastic hinge. This paper presents experimental results of three TW-RBS connections under cyclic loading. Obtained results indicated that TW-RBS reduces contribution of the beam web to the whole moment strength and creates a ductile fuse far from components of the beam-to-column connection. Besides, TW-RBS connection can increase story drift capacity up to 9% in the case of shallow beams which is much more than those stipulated by the current seismic codes. Based on the experimental results, the tubular web in the plastic hinge region improves lateral-torsional buckling stability of the beam such that only local buckling of the beam flange at the center of the reduced section was observed during the tests. In order to achieve a better understanding, behavior of all TW-RBS specimens are also numerically investigated and compared with those of experimental results.
ASCE 7-10 defines the torsional irregular structure as the one that has large torsional responses caused by the eccentricity. The code requires that these structures should be designed abide by the torsional provisions. This study evaluates the influence of torsional provisions on the performance of the designed multiple steel moment frames with different eccentricity. In this study, 3D response history analyses are performed. The results show that the moment frame design according to the standard with torsional irregularity provisions showed larger performance as the eccentricity increased and the distribution of plastic hinges similarly to orthopedic structures.
Moment resisting stub columns (MRSCs) have increasingly adopted in special moment-resisting frame (SMF) systems in steel building structures, especially in Asian countries. The MRSCs typically provide a lower deformation capacity compared to shear-panel stub columns, a limited post-yield stiffness, and severe strength degradation as adopting slender webs. A new MRSC design with cored configuration, consisting of a core-segment and two side-segments using different steel grades, has been proposed in the study to improve the demerits mentioned above. Several full-scale components of the cored MRSC were experimentally investigated focusing on the hysteretic performance of plastic hinges at the ends. The effects of the depths of the core-segment and the adopted reduced column section details on the hysteretic behavior of the components were examined. The measured hysteretic responses verified that the cored MRSC enabled to provide early yielding, great ductility and energy dissipation, enhanced post-yield stiffness and limited strength degradation due to local buckling of flanges. A parametric study upon the dimensions of the cored MRSC was then conducted using numerical discrete model validated by the measured responses. Finally, a set of model equations were established based on the results of the parametric analysis to accurately estimate strength backbone curves of the cored MRSCs under increasing-amplitude cyclic loadings.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.35-45
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2008
To investigate the effects of residual displacement, the structural responses of buckling-restrained braced frames (BRBF) and special moment-resisting frames (SMRF) were evaluated for design-based excitations following an application of initial residual drift. The initial residual drift was applied to the structure in two ways. The first way was to simply apply the same earthquake record to the structure twice, with an appropriate pause between applications to allow the structural response from the first record to return to zero. The second way to apply the initial residual drift was to apply a pushover to the structure until it arrives at the desired residual drift value. According to the analysis results, the initial residual drifts had a significant effect on the responses of steel BRBF and SMRF. The responses of BRBF were more highly dependent on the initial residual deformation than the responses of SMRF. Therefore, in order to minimize the post-event repair cost, a reduction of residual drift is required.
In this study, a new structural bracing system named 'Hat Knee Bracing' (HKB) is presented. In this structural system, a special form of diagonal braces, which is connected to the knee elements instead of beam-column joints, is investigated. The diagonal elements provide lateral stiffness during moderate earthquakes. However the knee elements, which is a fuse-like component, is designed to have one plastic joint in the knee elements for dissipation of the energy caused by strong earthquake. First, a suitable shape for brace and knee elements is proposed through elastic studying of the system and several practical parameters are established. Afterward, by developing applicable and highly accurate models in Drain-2DX, the inelastic behavior of the system is carefully considered. In addition, with inelastic study of the new bracing system and comparison with the prevalent Knee Bracing Frame system (KBF model) in nonlinear static and dynamic analysis, the seismic behavior of the new bracing system is reasonably evaluated.
In this study, the performances of the SMRF building equipped with energy dissipating devices are studied. Three types of these structures with different heights are considered. The Added Damping and Stiffness (ADAS) devices are used as energy dissipating devices in these structures. The behavior of these structures with ADAS devices subjected to near source ground motions are investigated. Three SMRF buildings with five, ten and fifteen-story, with ADAS devices were chosen. The nonlinear time history analysis was used by applying the near source ground motions with PERFORM 3D.V4 and conclusions are drawn upon an energy criterion. The effect of PGA variation and height of the frames are also considered based on the energy criterion.
This study was conducted to verify seismic performance of special moment frame's joints at roof-level with high-strength concrete and SD600 bars. K-RC-H was designed according to the seismic code and K-HPFRC-H had 150% of the original hoop spacing and 1.0% steel fiber volume fraction compared with K-RC-H. Both specimens had remarkable seismic performance without noticeable decrease in moment, but with very good energy dissipation before rebar failure. The U-bars in the joint sufficiently constrained rebar's action that pushed the cover upward. SD600 bars with $1.25l_{dt}$ had minimum slip in the joint. It was considered that the steel fiber contributed to improvement of the bending moment and joint shear distortion, and the result showed that it would be possible to increase the hoop spacing to 150% of the regular spacing.
In general, flat plate systems have been used as a gravity load resisting system (GLRS) in building. Thus, this system should be constructed with lateral force resisting system (LFRS) such as shear walls and brace frames. GLRS should retain the ability to undergo the lateral drift associated with the LFRS without loss of gravity load carrying capacity. And flat plate system can be designed LFRS as ordinary moment frame with the special details. Thus, flat plate system designed as GLRS or LFRS should be considered internal forces (e.g., unbalanced moments) and lateral deformation generated in vicinity of slab joints render the system more susceptible to punching shear. ACI 318 (2005) allows the direct design method, equivalent frame method under gravity loads and allows the finite-element models, effective beam width models, and equivalent frame models under lateral loads. These analysis methods can produce widely different result, and each has advantage and disadvantages. Thus, it is sometimes difficult for a designer to select an appropriate analysis method and interpret the results for design purposes. This study is to help designer selecting analysis method for flat plate system and to verify practicality of the modified equivalent frame method under lateral loads. This study compared internal force and drift obtained from frame methods with those obtained from finite element method under gravity and lateral loads. For this purposes, 7 story building is considered. Also, the accuracy of these models is verified by comparing analysis results using frame methods with published experimental results of NRC slab.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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