The existing capacity spectrum method (CSM) is based on the displacement based approach for seismic performance and evaluation. Currently, in the domestic and overseas standard concerning seismic design, the CSM to obtain capacity spectrum from capacity curve and demand spectrum from elastic response spectrum is presented. In the multistory building, collapse is affected more by drift than by displacement, but the existing CSM does not work for story drift. Therefore, this paper proposes an improved CSM to estimate story drift of structures through seismic performance and evaluation. It uses the ductility factor in the A-T domain to obtain constant-ductility response spectrum from earthquake response of inelastic system using the drift and capacity curve from capacity analysis of structure.
층간변위율은 구조물의 내진성능을 평가하는데 널리 사용되는 지표 중의 하나이다. 지진에 의해 발생하는 층간변위율이 클수록 지진에 의한 손상이 커지는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 층간변위율을 감소시키는 설계기술은 내진설계분야에서 중요한 이슈이다. 그럼에도 불구하고 현재까지는 지진하중을 받는 구조물에 대한 현실적인 층간변위설계기법이 제시되고 있지 않다. 본 연구는 재분배 기법을 이용하여 철골모멘트골조의 내진성능을 향상시키기는 최적 층간변위설계기법을 제시한다. 이 기법은 층간변위율 차이를 최소화함으로써 구조물의 층별 층간변위율을 고르게 분포시키고, 최대 층간변위율을 감소시킨다. 이 기법은 단위하중법으로 계산된 변위기여도를 이용하여 구조재의 단면성능을 재설계하기 때문에 반복적인 구조해석없이 구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. 이 기법의 효율성 검증을 위해 철골모멘트골조 예제 적용을 실시하였다.
This paper investigates the effect of aftershocks on the seismic performance of self-centering (SC) prestressed concrete frames using the probabilistic seismic demand analysis methodology. For this purpose, a 4-story SC concrete frame and a conventional reinforced concrete (RC) frame are designed and numerically analyzed through nonlinear dynamic analyses based on a set of as-recorded mainshock-aftershock seismic sequences. The peak and residual story drifts are selected as the demand parameters. The probabilistic seismic demand models of the SC and RC frames are compared, and the SC frame is found to have less dispersion of peak and residual story drifts. The results of drift demand hazard analyses reveal that the SC frame experiences lower peak story drift hazards and significantly reduced residual story drift hazards than the RC frame when subjected to the mainshocks only or the mainshock-aftershock sequences, which demonstrates the advantages of the SC frame over the RC frame. For both the SC and RC frames, the influence of as-recorded aftershocks on the drift demand hazards is small. It is shown that artificial aftershocks can produce notably increased drift demand hazards of the RC frame, while the incremental effect of artificial aftershocks on the drift demand hazards of the SC frame is much smaller. It is also found that aftershock polarity does not influence the drift demand hazards of both the SC and RC frames.
The authors' research group has developed a noncontact type of sensors which directly measure the inter-story drift displacements of a building during a seismic event. Soon after that event, such seismically-induced drift displacement data would provide structural engineers with useful information to judge how the stories have been damaged. This paper presents a scheme of estimating the story cumulative plastic deformation ratios based on such measured drift displacement information toward the building safety monitoring. The presented scheme requires the data of story drift displacements and the ground motion acceleration. The involved calculations are rather simple without any detailed information on structural elements required: the story hysteresis loops are first estimated and then the cumulative plastic deformation ratio of each story is evaluated from the estimated hysteresis. The effectiveness of the scheme is demonstrated by utilizing the data of full-scale building model experiment performed at E-defense and conducting numerical simulations.
To promote greater acceptance and use of composite RCS systems, a two-bay two-story frame specimen with improved composite RCS joint details was tested in the laboratory under reversed cyclic loading. The test revealed superior seismic performance with stable load versus story drift response and excellent deformation capacity for an inter-story drift ratio up to 1/25. It was found that the failure process of the frame meets the strong-column weak-beam criterion. Furthermore, cracking inter-story drift ratio and ultimate inter-story drift ratio both satisfy the limitation prescribed by the design code. Additionally, inter-story drift ratios at yielding and peak load stage provide reference data for Performance-Based Seismic Design (PBSD) approaches for composite RCS frames. An advantage over conventional reinforced concrete and steel moment frame systems is that the displacement ductility coefficient of the RCS frame system is much larger. To conclude, the test results prove that composite RCS frame systems perform satisfactorily under simulated earthquake action, which further validates the reliability of this innovative system. Based on the test result, some suggestions are presented for the design of composite RCS frame systems.
The drift and inter-story drift control method for steel structures subjected to seismic forces is formulated into a structural optimization problem in this paper. The formulated optimization problem with constraints on drift, inter-story drifts, and member strengthes are transformed into an unconstrained optimization problem. For the solution of the tranformed optimization problem an searching algorithm based on the gradient projection method utilizing gradient information on eigenvalues and eigenvectors are developed and presented in detail. The performance of the proposed algorithm is demonstrated by application to drift control of a verifying example.
The concept of performance based seismic design has been gradually accepted by the earthquake engineering profession recently, in which the cost-effectiveness criterion is one of the most important principles and more attention is paid to the structural performance at the inelastic stage. Since there are many uncertainties in seismic design, reliability analysis is a major task in performance based seismic design. However, structural reliability analysis may be very costly and time consuming because the limit state function is usually a highly nonlinear implicit function with respect to the basic design variables, especially for the complex large-scale structures for dynamic and nonlinear analysis. Understanding statistical properties of the structural inelastic deformation, which is the aim of the present paper, is helpful to develop an efficient approximate approach of reliability analysis. The present paper studies the statistical properties of the maximum elastoplastic story drift of steel frames subjected to earthquake load. The randomness of earthquake load, dead load, live load, steel elastic modulus, yield strength and structural member dimensions are considered. Possible probability distributions for the maximum story are evaluated using K-S test. The results show that the choice of the probability distribution for the maximum elastoplastic story drift of steel frames is related to the mean value of the maximum elastoplastic story drift. When the mean drift is small (less than 0.3%), an extreme value type I distribution is the best choice. However, for large drifts (more than 0.35%), an extreme value type II distribution is best.
Literature regarding concrete walls reinforced by super elastic shape memory alloy (SMA) bars is rather limited. The seismic behavior of a system concurrently including a distinct steel reinforced concrete (RC) wall, as well as another wall reinforced by super elastic SMA at the first story, and steel rebar at upper stories, would be an interesting matter. In this paper, the seismic response of such a COMBINED system is compared to a conventional system with steel RC concrete walls (STEEL-Rein.) and also to a wall system with SMA rebar at the first story and steel rebar at other stories ( SMA-Rein.). Nonlinear time history analysis at maximum considered earthquake (MCE) and design bases earthquake (DBE) levels is conducted and the main responses like maximum inter-story drift ratio and residual inter-story drift ratio are investigated. Furthermore, incremental dynamic analysis is used to accomplish probabilistic seismic studies by creating fragility curves. Results demonstrated that the SMA-Rein. system, subjected to DBE and MCE ground motions, has almost zero and 0.27% residual maximum inter-story drifts, while the values for the COMBINED system are 0.25% and 0.51%. Furthermore, fragility curves show that using SMA rebar at the base of all walls causes a larger probability of exceedance 3% inter-story drift limit state compared to the COMBINED system. Static push over analysis demonstrated that the strength of the COMBINED model is almost 0.35% larger than that of the two other models, and its general post-yielding stiffness is also approximately twice the corresponding stiffness of the two other models.
Mansouri, Iman;Shahbazi, Shahrokh;Hu, Jong Wan;Moghaddam, Salar Arian
Earthquakes and Structures
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제17권1호
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pp.1-15
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2019
In the structures with high level of ductility, the earthquake energy dissipation in structural components is an important factor that describes their seismic behavior. Since the connection details play a major role in the ductile behavior of structure, in this paper, the seismic response of 3-, 5- and 8-story steel special moment frames (SMFs) is investigated by considering the effects of panel zone modeling and the influence of forward-directivity near-field ground motions. To provide a reasonable comparison, selected records of both near and far-field are used in the nonlinear time-history analysis of models. The results of the comparison of the median maximum inter-story drift under excitation by near-field (NF) records and the far-field (FF) ground motions show that the inter-story drift demands can be obtained 3.47, 4.86 and 5.92 times in 3-, 5- and 8-story structures, respectively, undergoing near-field earthquakes.
As the number of high-rise buildings increases, a mid-story isolation system has been proposed for high-rise buildings. Due to structural problems, an appropriate isolation layer displacement is required for an isolation system. In this study, the mid-story isolation system was designed and the seismic response of the structure was investigated by varying the yield strength and the horizontal stiffness of the seismic isolation system. To do this, a model with an isolation layer at the bottom of $15^{th}$ floor of a 20-story building was used as an example structure. Kobe(1995) and Nihonkai-Chubu(1983) earthquake are used as earthquake excitations. The yield strength and the horizontal stiffness of the seismic isolation system were varied to determine the seismic displacement and the story drift ratio of the structure. Based on the analytical results, as the yield strength and horizontal stiffness increase, the displacement of the isolation layer decreases. The story drift ratio decreases and then increases. The displacement of the isolation layer and the story drift ratio are inversely proportional. Increasing the displacement of the isolation layer to reduce the story drift ratio can cause the structure to become unstable. Therefore, an engineer should choose the appropriate yield strength and horizontal stiffness in consideration of the safety and efficiency of the structure when a mid-story isolation system for a high-rise building is designed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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