Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.7_spc
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pp.553-560
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2016
After an earthquake occurred in the Gyeongju, 2016, many low-story buildings have been questioned in terms of the seismic performance since mostly they have been exempted from the seismic design requirement since 1988. In this study, a 3-story moment resisting frame (MRF) building was analyzed and evaluated the seismic performance. Due to the insufficient seismic performance required for the seismic performance levels, three different seismic retrofit schemes were proposed and their seismic performances were re-evaluated. While steel brace and open shear wall retrofit systems mainly focused on the strength retrofit, the VES damper retrofit system is mainly to enhance the energy dissipation capacity of the system and resultes in the increased ductility. The original building and 3 retrofitted buildings were evaluated using the nonlinear static and nonlinear dynamic analyses and suggestions were proposed. Through the analysis of nonlinear time history and push-over using MIDAS/Gen program, damages of the building in terms of top story and average story drift and effect of reinforcement were analyzed.
Steel plate shear walls (SPSWs) have been shown to be efficient lateral force-resisting systems, which are increasingly used in new and retrofit construction. These structural systems are designed with either stiffened and stocky or unstiffened and slender web plates based on disparate structural and economical considerations. Based on some limited reported studies, on the other hand, employment of low yield point (LYP) steel infill plates with extremely low yield strength, and high ductility as well as elongation properties is found to facilitate the design and improve the structural behavior and seismic performance of the SPSW systems. On this basis, this paper reports system-level investigations on the seismic response assessment of multi-story SPSW frames under the action of earthquake ground motions. The effectiveness of the strip model in representing the behaviors of SPSWs with different buckling and yielding properties is primarily verified. Subsequently, the structural and seismic performances of several code-designed and retrofitted SPSW frames with conventional and LYP steel infill plates are investigated through detailed modal and nonlinear time-history analyses. Evaluation of various seismic response parameters including drift, acceleration, base shear and moment, column axial load, and web-plate ductility demands, demonstrates the capabilities of SPSW systems in improving the seismic performance of structures and reveals various advantages of use of LYP steel material in seismic design and retrofit of SPSW systems, in particular, application of LYP steel infill plates of double thickness in seismic retrofit of conventional steel and code-designed SPSW frames.
In this study, a new seismic retrofit scheme of building structures is developed by combining a steel moment frame and steel slit plates to be installed inside of an existing reinforced concrete frame. This device has the energy dissipation capability of slit dampers with slight loss of stiffness compared to the conventional steel frame reinforcement method. In order to investigate the seismic performance of the retrofit system, it was installed inside of a reinforced concrete frame and tested under cyclic loading. Finite element analysis was carried out for validation of the test results, and it was observed that the analysis and the test results match well. An analytical model was developed to apply the retrofit system to a commercial software to be used for seismic retrofit design of an example structure. The effectiveness of the retrofit scheme was investigated through nonlinear time-history response analysis (NLTHA). The cyclic loading test showed that the steel frame with slit dampers provides significant increase in strength and ductility to the bare structure. According to the analysis results of a case study building, the proposed system turned out to be effective in decreasing the seismic response of the model structure below the given target limit state.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.2
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pp.77-86
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2020
Nonlinear static analysis and preliminary evaluation were performed in this study to evaluate the seismic performance of unreinforced masonry buildings subjected to various soil conditions based on the revised Korean Building Code. Preliminary evaluation scores and nonlinear static analyses indicated that all buildings were susceptible to collapse and did not reach their target performance. Therefore, retrofit of those building models was carried out through a systematic procedure to determine areas to be strengthened. It was possible to make most building models satisfy performance objectives through the reinforcement alone of damaged external shear walls. However, the application of a preliminary evaluation procedure to retrofit design was found to be too conservative because all the retrofitted building models verified with nonlinear static analysis failed to satisfy performance objectives. Therefore, it is possible to economically retrofit unreinforced masonry buildings through the fortification of external walls if a simple evaluation procedure that can efficiently specify vulnerable parts is developed.
Massimiliano Ferraioli;Biagio Laurenza;Angelo Lavino;Ciro Frattolillo;Gianfranco De Matteis
Steel and Composite Structures
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v.47
no.4
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pp.467-488
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2023
Seismic retrofit of an existing steel-reinforced concrete hospital building that features innovative use of a continuous energy-dissipative steel column (CEDC) system is presented in this paper. The special system has been adopted to provide an efficient solution taking into account the difficulties of applying traditional intervention techniques to minimize the impact on architectural functionality and avoid the loss of building function and evacuation during the retrofit implementation. The lateral stiffness and strength of the CEDC system were defined based on the geometric and mechanical properties of the steel strip dampers. The hysteretic behavior under cyclic loadings was defined using a simplified numerical model. Its effectiveness was validated by comparing the results of full-scale experimental data available from the literature. All the main design considerations of the retrofitting plan are described in detail. The effectiveness of the proposed retrofitting system was demonstrated by nonlinear time-history analyses under different sets of earthquake-strong ground motions. The analysis results show that the CEDC system is effective in controlling the deformation pattern and significantly reducing damage to the existing structure during major earthquakes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.2
s.54
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pp.105-113
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2007
In the current research, an algorithm of performance-based seismic retrofit design of reinforced concrete columns using FRP jacket has been proposed. For exact prediction of the nonlinear flexural analysis or FRP composite RC members, multiaxial constitutive laws of concrete and composite materials have been presented. For seismic retrofit design, an algorithm of direct displacement-based design method (DDM) proposed by Chopra and Goel (2001) has been newly applied to determine the design thickness of FRP jacket in seismic retrofit of reinforced concrete columns. To compare with the displacement coefficient method (DCM), the DDM gives an accurate prediction of the target displacement in highly nonlinear region, since the DCM uses the elastic stiffness before reaching the yield load as the effective stiffness but the DDM uses the secant stiffness.
In this study a new hysteretic damper for seismic retrofit of soft-first story structures is proposed and its seismic retrofit effect is evaluated. The damper consists of one steel column member and two flexural fuses at both ends made of steel plates with reduced section, which can be placed right beside existing columns in order to minimize interference with passengers and automobiles in the installed bays. The relative displacement between the stories forms flexural plastic hinges at the fuses and dissipate seismic energy. The theoretical formulation and the design procedure based on plastic analysis is provided for the proposed damper, and the results are compared with a detailed finite-element (FE) model. In order to apply the damper in structural analysis, a macromodel of the damper is also developed and calibrated by the derived theoretical formulas. The results are compared with the detailed FE analysis, and the efficiency of the damper is further validated by the seismic retrofit of a case study structure and assessing its seismic performance before and after the retrofit. The results show that the proposed hysteretic damper can be used effectively in reducing damage to soft-first story structures.
Miano, Andrea;de Silva, Donatella;Compagnone, Alberto;Chiumiento, Giovanni
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.4
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pp.481-494
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2020
In this paper, a probability-based procedure to evaluate the performance of existing RC structures exposed to seismic and fire actions is presented. The procedure is demonstrated with reference to an existing old school building, located in Italy. The vulnerability assessment of the building highlights deficiencies under both static and seismic loads. Retrofit operations are designed to achieve the seismic safety. The idea of the work consists in assessing the performance of the existing and retrofitted building in terms of both the seismic and fire resistance. The seismic retrofit and fire resistance upgrading follow different paths, depending on the specific configuration of the building. A good seismic retrofit does not entail an improving of the fire resistance and vice versa. The goal of the current work is to study the variation of response due to the uncertainties considered in records/fire curves selection and to carry out the assessment of the studied RC structure by obtaining fragility curves under the effect of different records/temperature. The results show the fragility curves before and after retrofit operations and both in terms of seismic performance and fire resistance performance, measuring the percent improving for the different limit states.
The objective of this paper is to propose retrofit design methods of theRHS column-to-H beam connections with floor slabs. Referring to previous studies on the retrofitting of moment connections, it is clear that connections retrofitted with a stiffened RBS (SR) or a lengthened horizontal stiffener (LH) has an effect on decreasing the stress/strain concentration. A new design procedure using these two retrofitting methods was thus presented. In addition, this paper addressed various design or detailing options and recommended a procedure for designing the improved retrofitting method of steel moment connections. Finally, a pilot test was conducted to verify the design procedure.
In this study, a new recentering friction device (RFD) to retrofit steel moment frame structures is introduced. The device provides both self-centering and energy dissipation capabilities for the retrofitted structure. A hybrid performance-based seismic design procedure considering multiple limit states is proposed for designing the device and the retrofitted structure. The design of the RFD is achieved by modifying the conventional performance-based seismic design (PBSD) procedure using computational intelligence techniques, namely, genetic algorithm (GA) and artificial neural network (ANN). Numerous nonlinear time-history response analyses (NLTHAs) are conducted on multi-degree of freedom (MDOF) and single-degree of freedom (SDOF) systems to train and validate the ANN to achieve high prediction accuracy. The proposed procedure and the new RFD are assessed using 2D and 3D models globally and locally. Globally, the effectiveness of the proposed device is assessed by conducting NLTHAs to check the maximum inter-story drift ratio (MIDR). Seismic fragilities of the retrofitted models are investigated by constructing fragility curves of the models for different limit states. After that, seismic life cycle cost (LCC) is estimated for the models with and without the retrofit. Locally, the stress concentration at the contact point of the RFD and the existing steel frame is checked being within acceptable limits using finite element modeling (FEM). The RFD showed its effectiveness in minimizing MIDR and eliminating residual drift for low to mid-rise steel frames models tested. GA and ANN proved to be crucial integrated parts in the modified PBSD to achieve the required seismic performance at different limit states with reasonable computational cost. ANN showed a very high prediction accuracy for transformation between MDOF and SDOF systems. Also, the proposed retrofit showed its efficiency in enhancing the seismic fragility and reducing the LCC significantly compared to the un-retrofitted models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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