Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.121-128
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2021
Piloti-type buildings in Korea are usually composed of lower frames and upper shear wall structures. Piloti-type buildings have been seriously damaged during earthquakes because of the construction of soft and weak stories. Piloti-type buildings with edge cores are two-way unsymmetric planes. This paper analyzed and obtained the dynamic response for structures modeled using a multistory two-way asymmetric system. The numerical results, obtained using the Newmark-β method, show the time-history responses and trends of maximum displacements and shear forces. The purpose of this study is to evaluate the effect of reinforcement on dynamic response when a shear wall or brace is reinforced in the corner opposite the piloti.
Hysteretic energy dissipating devices (HEDDs) have been increasingly applied to building construction to improve the seismic performance. The seismic responses of such damped structures are significantly affected by HEDD's structural properties. An accurate investigation on the propagation of HEDD's structural properties is required for reasonable evaluation of the seismic performance of a structure. This study aims to develop simplified methods that can estimate the collective uncertainty-propagation to the seismic response of damped structures employing HEDDs. To achieve this, three- and six-story steel moment-resisting frames were selected and the propagations of the individual HEDD's property-uncertainties were evaluated when they are subjected to various levels of seismic demand. Based on the result of individual uncertainty-propagations, a simplified method is proposed to evaluate the variation of seismic response collectively propagated by HEDD's property-uncertainties and is verified by comparing with the exact collective uncertainty-propagation calculated using the Monte Carlo simulation method. The proposed method, called as a modified SRSS method in this study, is established from a conventional square root of the sum of the squares (SRSS) method with the relative contributions of the individual HEDD's property-uncertainty propagations. This study shows that the modified SRSS method provides a better estimation than the conventional SRSS method and can significantly reduce computational time with reasonable accuracy compared with the Monte Carlo simulation method.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.68
no.4
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pp.513-522
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2019
We calculate the benefit of distributed combined heat power generators from avoiding a transmission expansion cost by building distributed generators near electricity demand centers. We determine a transmission expansion plan by solving a mixed integer linear problem, where we modify capacities of existing transmission lines and build new transmission lines. We calculate the benefit by comparing the sum of generation and transmission expansion costs with or without distributed generators through two simulation frames. In the first frame, for the current demand, we substitute existing distributed generators for non-distributed generators and measure an additional cost to balance the generation and demand. In the second frame, for increased future demand, we compare the cost to invest only in distributed generators to the cost to invest only in non-distributed generators. As a result, we show that the distributed generators have at least 5.8 won/kWh of the benefit from avoiding the transmission expansion cost.
This study aims at investigating the hysteretic performance of a novel composite wall panel fabricated by infilling aerated concrete blocks into a novel light-steel frame used for low-rise residential buildings. The novel light-steel frame is consisted of two thin-wall rectangular hollow section columns and a truss-beam assembled using patented U-shape connectors. Two bare light-steel frames and two composite wall panels have been tested to failure under horizontal cyclic loading. Hysteretic curves, lateral resistance and stiffness of four specimens have been investigated and analyzed. Based on the testing results, it is found that the masonry infill can significantly increase the lateral resistance and stiffness of the novel light-steel frame, about 2.3~3 and 21.2~31.5 times, respectively. Failure mode of the light-steel frame is local yielding of the column. For the composite wall panel, firstly, masonry infill is crushed, subsequently, local yielding may occur at the column if loading continues. Hysteretic curve of the composite wall panel obtained is not plump, implying a poor energy dissipation capacity. However, the light-steel frame of the composite wall panel can dissipate more energy after the masonry infill is crushed. Therefore, the composite wall panel has a much higher energy dissipation capacity compared to the bare light-steel frame.
The megacity Istanbul was struck by an earthquake on September 26, 2019, with a moment magnitude (Mw) of 5.8. The mainshock was followed by many aftershocks. Although the peak ground acceleration (PGA) of the mainshock was as low as 0.08 g, its effect has been more than expected. The intensive reconnaissance studies were accomplished in the highly populated Zeytinburnu and Pendik districts of Istanbul. While the earthquake (EQ) was relatively smaller concerning record-specific intensity measures; the damages such as concrete spalling in reinforced concrete (RC) members, detachment and diagonal cracking of infill walls in RC frames as well as cracks in masonry structures were reported from non-engineered and some engineered buildings. Many studies in the literature state that record-specific intensity measures are not sufficient to evaluate the seismic performance of the structures. The structure-specific intensity measures, soil characteristics, as well as significant duration, energy, and frequency content of EQs should be considered for the evaluation. Dependently, the frequency and energy contents of the Istanbul Earthquake are evaluated to discuss the possible reasons for the perceived effects and the damages. It is concluded that the EQ caused resonance effects on a variety of structures because of its complex frequency content as well as rather low building quality.
This paper introduces a novel, rigorous, and efficient probabilistic methodology for the performance-based optimal design (PBOD) of semi-active tuned mass damper (SATMD) for seismically excited nonlinear structures. The proposed methodology is consistent with the modern performance-based earthquake engineering framework and aims to design reliable control systems. To this end, an optimization problem has been defined which considers the parameters of control systems as design variables and minimization of the probability of exceeding a targeted structural performance level during the lifetime as an objective function with a constraint on the failure probability of stroke length damage state associated with mass damper mechanism. The effectiveness of the proposed methodology is illustrated through a numerical example of performance analysis of an eight-story nonlinear shear building frame with hysteretic bilinear behavior. The SATMD with variable stiffness and damping have been designed separately with different mass ratios. Their performance has been compared with that of uncontrolled structure and the structure controlled with passive TMD in terms of probabilistic demand curves, response hazard curves, fragility curves, and exceedance probability of performance levels during the lifetime. Numerical results show the effectiveness, simplicity, and reliability of the proposed PBOD method in designing SATMD with variable stiffness and damping for the nonlinear frames where they have reduced the exceedance probability of the structure up to 49% and 44%, respectively.
Qi, Liangjie;Liu, Mengda;Shen, Zhangpeng;Liu, Hang
Earthquakes and Structures
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v.23
no.2
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pp.183-196
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2022
Reduced beam section (RBS) moment connections used in special moment resisting frames are currently limited to beam sections that are not larger than nominal depths of 920 mm, weight of 447 kg/m and flange thickness of 44 mm. Due to the higher demand for structural components with jumbo sections, which can potentially be applied in the transfer girders in long-span building structures, the newly available steel heavy members are promising. To address this issue, advanced numerical models are developed to fully evaluate the distribution of stresses and concentrations of plastic strains for such jumbo RBS connections. This paper first presents a brief overview of an experimental study on four specimens with large beam and column sections. Then, a numerical model that includes initial imperfections, residual stresses, geometric nonlinearity, and explicitly modeled welds is presented. The model is used to further explore the behavior of the test specimens, including distribution of stresses, distribution of plastic strains, stress triaxiality and potential for fracture. The results reveal that the stresses are highly non-uniform across the beam flange and, similarly, the plastic strains concentrate at the extreme fiber of the bottom flange. However, neither of these phenomena, which are primarily a function of beam flange thickness, is reflected in current design procedures.
Ahmed Ibrahim;Ibrahim El-Araby;Ahmed I. Saleh;Mohammed Shaaban
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.347-361
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2023
This research aims to assess the behavior of reinforced concrete (RC) residential buildings when moment-resisting frames (MRFs) are used as the lateral resisting system. This investigation was conducted using MIDAS Gen v.19.0. Buildings with various plan footprints (Square, Rectangular, Circular, Triangular, and Plus-Shaped), and different heights (15 m, 30 m, 45 m, and 60 m) are investigated. The defined load cases, the equivalent static lateral load pattern, and the response spectrum function were defined as stated by the American Standard (ASCE 7-16), the 1997 Uniform Building Code (UBC97), the Egyptian Code for Loads (ECP-201), and the European Standard (EC8). Extensive comparisons of the results obtained by the different codes (including the story displacement, the story drift, and the base shear) were undertaken; to assess the response of moment-resisting multi-story framed buildings under lateral loads. The results revealed that, for all study cases under consideration, both ECP-201 and EC8 gave smaller base shear, displacement, and drift by one third to one fourth, around one fourth, around one fifth, respectively for both the ELF and RSA methods if compared to ASCE 7-16 and UBC97.
This study aims to examine the elastic stiffness properties of Elliptic-Braced Moment Resisting Frame (EBMRF) subjected to lateral loads. Installing the elliptic brace in the middle span of the frames in the facade of a building, as a new lateral bracing system not only it can improve the structural behavior, but it provides sufficient space to consider opening it needed. In this regard, for the first time, an accurate theoretical formulation has been developed in order that the elastic stiffness is investigated in a two-dimensional single-story single-span EBMRF. The concept of strain energy and Castigliano's theorem were employed to perform the analysis. All influential factors were considered, including axial and shearing loads in addition to the bending moment in the elliptic brace. At the end of the analysis, the elastic lateral stiffness could be calculated using an improved relation through strain energy method based on geometric properties of the employed sections as well as specifications of the utilized materials. For the ease of finite element (FE) modeling and its use in linear design, an equivalent element was developed for the elliptic brace. The proposed relation was verified by different examples using OpenSees software. It was found that there is a negligible difference between elastic stiffness values derived by the developed equations and those of numerical analysis using FE method.
International conference on construction engineering and project management
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2020.12a
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pp.30-37
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2020
In the building construction, the steel-frame work occupies an important position in terms of structure, cost and quality. Especially in Japan, steel frames have traditionally been the main structure of many buildings. For steel-frame works in such positions, this paper investigates an existing steel fabricator to clarify the actual conditions of design decision making process and management method in steel production process. This study focuses on a steel fabricator (Company M in the following sentences), whose main market is Japan and which has facilities in Thailand, China, and Japan. Company M uses QR codes to control the production status of products, and exchanges all information between inside and outside the company via specialized departments in the form of documents. The authors have already analyzed the relationship between production lead time and defect rate based on actual project data at Architectural Institute of Japan in 2016. In 2019, we expressed the process from the confirmation of the design information of the current steel frame to the production by WBS, and clarified the relationship between the production lead time and steel frame product quality structurally. In this paper, the authors reoport the progress of the survey conducted so far, the positioning of the collected data, and the future survey policy.
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