Bantilas, Kosmas E.;Kavvadias, Ioannis E.;Vasiliadis, Lazaros K.
Earthquakes and Structures
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v.13
no.4
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pp.337-351
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2017
In the present study a capacity spectrum method based on constant ductility inelastic spectra to estimate the seismic performance of structures equipped with elastic viscous dampers is presented. As the definition of the structures' effective damping, due to the damping system, is necessary, an alternative method to specify the effective damping ratio ${\xi}eff$ is presented. Moreover, damping reduction factors (B) are introduced to generate high damping elastic demand spectra. Given the elastic spectra for damping ratio ${\xi}eff$, the performance point of the structure can be obtained by relationships that relate the strength demand reduction factor (R) with the ductility demand factor (${\mu}$). As such expressions that link the above quantities, known as R - ${\mu}$ - Τ relationships, for different damping levels are presented. Moreover, corrective factors (Bv) for the pseudo-velocity spectra calculation are reported for different levels of damping and ductility in order to calculate with accuracy the values of the viscous dampers velocities. Finally, to evaluate the results of the proposed method, the whole process is applied to a four-storey reinforced concrete frame structure and to a six-storey steel structure, both equipped with elastic viscous dampers.
Current seismic codes require from the seismically designed structures to be capable to withstand inelastic deformation. Many studies dealt with the development of different inelastic spectra with the aim to simplify the evaluation of inelastic deformation and performance of structures. Recently, the concept of inelastic spectra has been adopted in the global scheme of the performance-based seismic design through capacity-spectrum methods. In this paper, the median of the ductility demand ratio for 80 ground motions are presented for different levels of normalized yield strength, defined as the yield strength coefficient divided by the peak ground acceleration (PGA). The influence of the post-to-preyield stiffness ratio on the ductility demand is investigated. For fixed levels of normalized yield strength, the median ductility versus period plots demonstrated that they are independent of the earthquake magnitude and epicentral distance. Determined by regression analysis of the data, two design equations have been developed; one for the ductility demand as function of period, post-to-preyield stiffness ratio, and normalized yield strength, and the other for the inelastic deformation as function of period and peak ground acceleration valid for periods longer than 0.6 seconds. The equations are useful in estimating the ductility and inelastic deformation demands for structures in the preliminary design. It was found that the post-to-preyield stiffness has a negligible effect on the ductility factor if the yield strength coefficient is greater than the PGA of the design ground motion normalized by gravity.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.313-318
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1999
The seismic performance of multi-span bridge without seismic detailing is found to be insufficient in longitudinal direction. Shear keys and stoppers can be introduced as an alternative to enhance seismic capacity. The capacity curve of bridge with shear keys is obtained considering two extreme contact conditions of shear keys. Its curve is converted into ADRS spectra and compared with demand spectra. It is concluded that seismic performance can be improved effectively by shear keys and its performance can be evaluated graphically on the ADRS specta.
The objective of this paper is to present an energy-based method for calculating target displacement of RC structures. The method, which uses the Newmark-Hall pseudo-velocity spectrum, is called the "Pseudo-velocity Spectrum (PSVS) Method". The method is based on the energy balance concept that uses the equality of energy demand and energy capacity of the structure. First, nonlinear static analyses are performed for five, eight and ten-story RC frame structures and pushover curves are obtained. Then the pushover curves are converted to energy capacity diagrams. Seven strong ground motions that were recorded at different soil sites in Turkey are used to obtain the pseudo-acceleration and the pseudo-velocity response spectra. Later, the response spectra are idealised with the Newmark-Hall approximation. Afterwards, energy demands for the RC structures are calculated using the idealised pseudo-velocity spectrum. The displacements, obtained from the energy capacity diagrams that fit to the energy demand values of the RC structures, are accepted as the energy-based performance point of the structures. Consequently, the target displacement values determined from the PSVS Method are checked using the displacement-based successive approach in the Turkish Seismic Design Code. The results show that the target displacements of RC frame structures obtained from the PSVS Method are very close to the values calculated by the approach given in the Turkish Seismic Design Code.
This paper discusses a mechanical model for the vulnerability assessment of old masonry building aggregates that takes into account the uncertainties inherent to the building parameters, to the seismic demand and to the model error. The structural capacity is represented as an analytical function of a selected number of geometrical and mechanical parameters. Applying a suitable procedure for the uncertainty propagation, the statistical moments of the capacity curve are obtained as a function of the statistical moments of the input parameters, showing the role of each one in the overall capacity definition. The seismic demand is represented by response spectra; vulnerability analysis is carried out with respect to a certain number of random limit states. Fragility curves are derived taking into account the uncertainties of each quantity involved.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.305-312
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1999
A four-story reinforced concrete frame building model is designed for the gravity loads. only Static nonlinear pushover analyses are performed in two orthogonal horizontal directions. The overall capacity curves are converted into ADRS spectra and compared with demand spectra. At several points the deformed shape moment and shear distribution are calculated. It is observed that the seismic capacity may not meet the design requirements in soft soil condition and may collapse in MCE. It is concluded that limited but adequate amount of ductility need be provided in the seismic design in low to moderate seismicity regions.
It is of great importance to assess the residual displacement demand in the performance-based seismic design. In this paper, a hybrid deep learning model for predicting the residual displacement spectra under near-fault (NF) ground motions is proposed by combining the long short-term memory network (LSTM) and back-propagation (BP) network. The model is featured by its capacity of predicting the residual displacement spectrum under a given NF ground motion while considering the effects of structural parameters. To construct this model, 315 natural and artificial NF ground motions were employed to compute the residual displacement spectra through elastoplastic time history analysis considering different structural parameters. Based on the resulted dataset with a total of 9,450 samples, the proposed model was finally trained and tested. The results show that the proposed model has a satisfactory accuracy as well as a high efficiency in predicting residual displacement spectra under given NF ground motions while considering the impacts of structural parameters.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.10a
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pp.217-224
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1997
One way in which a comparison can be mode between various reinforced concrete structures is to compare the rate of energy absorption capacity. It is useful to use a well-known standard hysteretic rule as a benchmark for comparisons. The concept of energy absorption efficiency with respect to an elaste-perfectly plastic (EPP) system has been adopted. The normalized cumulative energy, cumulative plastic drift and energy response spectra are used for the method. The previous study using the energy spectra developed by Chang and Mander (1994) indicates the cumulative plastic demand for most earthquakes to be 0.1 rad., but a conservative upper bound of 0.2 rad. could be expected for a maximum credible earthquake. From the present study, the energy absorption efficiency in R.C. structures with respect to the EPP system may range in 30%-45% for most cases.
This paper investigates the seismic behavior of an electrical cabinet considering the influence of equipment-anchor-interaction (EAI) that is generally not taken into consideration in a decoupled analysis. The hysteresis behavior of an anchor bolt in concrete was thereby considered to highlight this interaction effect. To this end, the experimental behavior of an anchor bolt under reversed cyclic loading was taken from the recently developed literature, and a numerical model for the anchor hysteresis was developed using the component approach. The hysteresis properties were then used to calibrate the multi-linear link element that is implemented as a boundary condition for the cabinet incorporating the EAI. To highlight this EAI further, the nonlinear time history analysis was performed for a cabinet considering the hysteresis behavior comparative to a fixed boundary condition. Additionally, the influence on the seismic fragility was evaluated for the operational and structural condition of the cabinet. The numerical analysis considering the anchor hysteresis manifests that the in-cabinet response spectra (ICRS) are significantly amplified with the corresponding reduction in the seismic capacity of 25% and 15% for an operational and structural safety condition under the selected protocols. Considering the fixed boundary condition over a realistic hysteresis behavior of the anchor bolt is more likely to overestimate the seismic capacity of the cabinet in a seismic qualification procedure.
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 $T{\geq}1s$.
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