KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.2
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pp.287-297
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2015
In concrete structural design provisons, there is a minimum allowable strain of steel to ensure a ductility of RC members and a c/d is limited for the same purpose in EC2. In general, a ductility capacity of RC members is evaluated by a displacement ductility which is a ratio of ultimate displacement to yield displacement, and it is necessary to calculate accurately a yield displacement and an ultimate displacement to evaluate a displacement ductility. But a displacement in members is affected by various member characteristics, so it is hard to calculate a displacement exactly. In this study, a displacement ductility is calculated by calculating a yield displacement and an ultimate displacement through a moment-curvature relationship. The main variables examined are concrete strength, yield strength, steel ratio, spacing of confinement, axial force ratio and concrete ultimate strain. As results, as a concrete strength is increased, a ductility displacement is increased. But as yield strength, steel ratio, spacing of confinement and axial force ratio are increased, a displacement ductility is decreased. And a displacement ductility is necessary to calculate a response modification factor (R) of columns for seismic design, so it is appeared that it is important to calculate a displacement ductility more accurately.
Seismic isolation is often used in protecting mission-critical structures including hospitals, data centers, telecommunication buildings, etc. Such structures typically house vibration-sensitive equipment which has to provide continued service but may fail in case sustained accelerations during earthquakes exceed threshold limit values. Thus, peak floor acceleration is one of the two main parameters that control the design of such structures while the other one is peak base displacement since the overall safety of the structure depends on the safety of the isolation system. And in case peak base displacement exceeds the design base displacement during an earthquake, rupture and/or buckling of isolators as well as bumping against stops around the seismic gap may occur. Therefore, obtaining accurate peak floor accelerations and peak base displacement is vital. However, although nominal design values for isolation system and superstructure parameters are calculated in order to meet target peak design base displacement and peak floor accelerations, their actual values may potentially deviate from these nominal design values. In this study, the sensitivity of the seismic performance of structures equipped with linear and nonlinear seismic isolation systems to the aforementioned potential deviations is assessed in the context of a benchmark shear building under different earthquake records with near-fault and far-fault characteristics. The results put forth the degree of sensitivity of peak top floor acceleration and peak base displacement to superstructure parameters including mass, stiffness, and damping and isolation system parameters including stiffness, damping, yield strength, yield displacement, and post-yield to pre-yield stiffness ratio.
Calculating the seismic displacement of retaining walls has an important role in the optimum design of these structures. Also, studying the effect of surcharge is important for the calculation of active pressure as well as permanent displacements of the wall. In this regard, some researchers have investigated active pressure; but, unfortunately, there are few investigations on the seismic displacement of retaining walls with surcharge. In this research, using limit analysis and upper bound theorem, permanent seismic displacement of retaining walls with surcharge was analyzed for sliding and overturning failure mechanisms. Thus, a new formulation was presented for calculating yield acceleration, critical angle of failure wedge, and permanent displacement of retaining walls with surcharge. Also, effects of surcharge, its location and other factors such as height of the wall and internal friction angle of soil on the amount of seismic displacements were investigated. Finally, designing charts were presented for calculating yield acceleration coefficient and angle of failure wedge.
This paper presents a comprehensive work on determination of yield base shear coefficient and displacement ductility factor of three to eight story actual reinforced concrete buildings, instead of using generic frames. The building data is provided by a walkdown survey in different locations of the pilot areas. Very detailed three dimensional models of the selected buildings are generated by using the data provided in architectural and reinforcement projects. Capacity curves of the buildings are obtained from nonlinear static pushover analyses and each capacity curve is approximated with a bilinear curve. Characteristic points of capacity curve, the yield base shear capacity, the yield displacement and the ultimate displacement capacity, are determined. The calculated values of the yield base shear coefficients and the displacement ductility factors for directions into consideration are compared by those expected values given in different versions of Turkish Seismic Design Code. Although having sufficient lateral strength capacities, the deformation capacities of these typical mid-rise reinforced concrete buildings are found to be considerably low.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.5
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pp.319-329
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2016
The Eradi Quake System (EQS) is a seismic isolation bearing system designed to minimize forces and displacements experienced by structures subjected to ground motion. The EQS dissipates seismic energy through friction of Poly Tetra Fluoro Ethylene (PTFE) disk pad. In general, a force-displacement relationship of EQS has post yield stiffness hardening during large inelastic displacement. In this study, seismic responses of seismically isolated nuclear power plant (NPP) subjected to design basis earthquake (DBE) and beyond design basis earthquakes (150% DBE and 167% DBE) are compared considering the post yield stiffness hardening effect of EQS. From the results, it can be observed that if the post-yield stiffness hardening effect of EQS is increased, the displacement response of EQS is reduced, and the acceleration and shear responses of containment structures of NPP is increased.
In this paper, a numerical simulation study was conducted on the seismic behavior and ductility demand of single-degree-of-freedom (SDOF) systems with partially self-centering hysteresis. Unlike fully self-centering systems, partially self-centering systems display noticeable residual displacement after unloading is completed. Such partially self-centering behavior has been observed in a number of recently researched self-centering structural systems with energy dissipation devices. It is thus of interest to examine the seismic performance such as ductility demand of partially self-centering systems. In this study, a modified flag-shaped hysteresis model with residual displacement is proposed to represent the hysteretic behavior of partially self-centering structural systems. A parametric study considering the effect of variations in post-yield stiffness ratio, energy dissipation coefficient, and residual displacement ratio on the displacement ductility demand of partially self-centering systems was conducted using a suite of 192 scaled ground motions. The results of this parametric study reveal that increasing the post-yield stiffness, energy dissipation coefficient or residual displacement ratio of the partially self-centering systems generally leads to reduced ductility demand, especially for systems with lower yield strength.
A preliminary performance-based seismic design methodology is proposed. The top yield displacement of the system is computed from these of the components, which are assumed constant. Besides, a simple procedure to evaluate the top yield displacement of frames is developed. Seismic demands are represented in the form of yield point spectra. The methodology is general, conceptually transparent, uses simple calculations based on first principles and is applicable to asymmetric systems. To consider a specific situation two earthquake levels, occasional and rare are considered. The advantage of an arbitrary assignment of strength to the different components to reduce eccentricities and improved the torsional response of the system is addressed. The methodology is applied to an asymmetric five story building, and the results are verified by push-over analysis and non linear dynamic analysis.
To estimate the structural seismic demand, some methods are based on an equivalent linear system such as the Capacity Spectrum Method, the N2 method and the Equivalent Linearization method. Another category, widely investigated, is based on displacement correction such as the Displacement Coefficient Method and the Coefficient Method. Its basic concept consists in converting the elastic linear displacement of an equivalent Single Degree of Freedom system (SDOF) into a corresponding inelastic displacement. It relies on adequate modifying or reduction coefficient such as the inelastic deformation ratio which is usually developed for systems with known ductility factors ($C_{\mu}$) and ($C_R$) for known yield-strength reduction factor. The present paper proposes a rational approach which estimates this inelastic deformation ratio for SDOF bilinear systems by rigorous nonlinear analysis. It proposes a new inelastic deformation ratio which unifies and combines both $C_{\mu}$ and $C_R$ effects. It is defined by the ratio between the inelastic and elastic maximum lateral displacement demands. Three options are investigated in order to express the inelastic response spectra in terms of: ductility demand, yield strength reduction factor, and inelastic deformation ratio which depends on the period, the post-to-preyield stiffness ratio, the yield strength and the peak ground acceleration. This new inelastic deformation ratio ($C_{\eta}$) is describes the response spectra and is related to the capacity curve (pushover curve): normalized yield strength coefficient (${\eta}$), post-to-preyield stiffness ratio (${\alpha}$), natural period (T), peak ductility factor (${\mu}$), and the yield strength reduction factor ($R_y$). For illustrative purposes, instantaneous ductility demand and yield strength reduction factor for a SDOF system subject to various recorded motions (El-Centro 1940 (N/S), Boumerdes: Algeria 2003). The method accuracy is investigated and compared to classical formulations, for various hysteretic models and values of the normalized yield strength coefficient (${\eta}$), post-to-preyield stiffness ratio (${\alpha}$), and natural period (T). Though the ductility demand and yield strength reduction factor differ greatly for some given T and ${\eta}$ ranges, they remain take close when ${\eta}>1$, whereas they are equal to 1 for periods $T{\geq}1s$.
Due to neutron radiation, atomic displacement has a significant effect on material in nuclear reactors. A range of secondary displacement models, including the Kinchin-Pease (K-P), Lindhard, Norgett-Robinson-Torrens (NRT), and athermal recombination-corrected displacement per atom (arc-dpa) have been suggested to calculate the number of displacement per atom (dpa). As neutron elastic interaction is the main cause of displacement damage, the focus of the current study is to calculate the atomic displacement caused by the neutron elastic interaction in order to estimate the exact amount of yield strength in a WWER-1000 reactor pressure vessel. To achieve this purpose, the reactor core is simulated by MCNPX code. In addition, a program is developed to calculate the elastic radiation damage induced by the incident neutron flux (RADIX) based on different models using Fortran programming language. Also, due to non-elastic interaction, the displacement damage is calculated by the HEATR module of the NJOY code. ASME E-693-01 standard, SPECTER, NJOY codes, and other pervious findings have been used to validate RADIX results. The results showed that the RADIX(arc-dpa)/HEATR outputs have appropriate accuracy. The relative error of the calculated dpa resulting from RADIX(arc-dpa)/HEATR is about 8% and 46% less than NJOY code, respectively in the ¼ and ¾ vessel wall.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.1
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pp.109-116
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2018
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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