Recently, number of smart material are investigated and widely used in civil construction and other industries. Present study investigates the application of smart semi-active piezoelectric friction damper (PFD) made with piezoelectric material for the seismic control of the horizontally curved bridge isolated with lead rubber bearing (LRB). The main aim of the study is to investigate the effectiveness of hybrid system and to find out the optimum parameters of PFD for seismic control of the curved bridge. The selected curved bridge is a continuous three-span concrete box girder supported on pier and rigid abutment. The PFD is located between the deck and abutments or piers in chord and radial directions. The bridge is excited with four different earthquake ground motions with all three components (i.e. two horizontal and a vertical) having different characteristics. It is observed that the use of semi-active PFD with LRB is quite effective in controlling the response of the curved bridge as compared with passive system. The incorporation of the smart damper requiring small amount of energy in addition with an isolation system can be used for effective control the curved bridge against the dynamic loading.
Current seismic design provisions allow structures to deform into inelastic range during design level earthquakes since the chance to meet such event is quite rare. For this purpose, design base shear is defined in current seismic design provisions as the value of elastic seismic shear force divided by strength reduction factor, R (${\geq}1$). Strength reduction factor generally consists of four different factors, which can account for ductility capacity, overstrength, damping, and redundancy inherent in structures respectively. In this study, R factor is assumed to account for only the ductility rather than overstrength, damping, and redundancy. The R factor considering ductility is called "ductility factor" ($R_{\mu}$). This study proposes ductility factor with correction factor, C, which can account for dynamic P-${\Delta}$ effect. Correction factor, C is established as the functional form since it requires computational efforts and time for calculating this factor. From the statistical study using the results of nonlinear dynamic analysis for 40 earthquake ground motions (EQGM) it is shown that the dependence of C factor on structural period is weak, whereas C factor is strongly dependant on the change of ductility ratio and stability coefficient. To propose the functional form of C factor statistical study is carried out using 79,920 nonlinear dynamic analysis results for different combination of parameters and 40 EQGM.
In current seismic design codes, various elastic design acceleration spectra are defined considering different seismological and soil characteristics and are widely used tool for calculation of seismic loads acting on structures. Response spectrum analyses directly use the elastic design acceleration spectra whereas time history analyses use acceleration records of earthquakes whose acceleration spectra fit the design spectra of seismic codes. Due to the fact that obtaining coherent structural response quantities with the seismic design code considerations is a desired circumstance in dynamic analyses, the response spectra of earthquake records used in time history analyses had better fit to the design acceleration spectra of seismic codes. This paper evaluates structural response distributions of multi-story reinforced concrete frames obtained from nonlinear time history analyses which are performed by using the scaled earthquake records compatible with various elastic design spectra. Time domain scaling procedure is used while processing the response spectrum of real accelerograms to fit the design acceleration spectra. The elastic acceleration design spectra of Turkish Seismic Design Code 2007, Uniform Building Code 1997 and Eurocode 8 are considered as target spectra in the scaling procedure. Soil classes in different seismic codes are appropriately matched up with each other according to $V_{S30}$ values. The maximum roof displacements and the total base shears of considered frame structures are determined from nonlinear time history analyses using the scaled earthquake records and the results are presented by graphs and tables. Coherent structural response quantities reflecting the influence of elastic design spectra of various seismic codes are obtained.
Mahmoudabadi, Vahidreza;Bahar, Omid;Jafari, Mohammad Kazem;Safiey, Amir
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.4
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pp.445-458
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2019
This study mainly aims to assess the performance of soil-structure systems designed by direct displacement-based method coupled with strong column-weak beam design concept through various system identification techniques under strong ground motions. To this end, various system identification methods are employed to evaluate the dynamic characteristics of a structure (i.e., modal frequency, system damping, mode shapes, and plastic hinge formation pattern) under a strong seismic excitation considering soil-structure interaction for different site conditions as specified by ASCE 7-10. The scope of the study narrowed down to the code-complying low- to high-rise steel moment resisting frames with various heights (4, 8, 12, 16-story). The comparison of the result of soil-structure systems with fix-based support condition indicates that the modal frequencies of these systems are highly influenced by the structure heights, specifically for the softer soils. This trend is more significant for higher modes of the system which can considerably dominate the response of structures in which the higher modes have more contribution in dynamic response. Amongst all studied modes of the vibration, the damping ratio estimated for the first mode is relatively the closet to the initial assumed damping ratios. Moreover, it was found that fewer plastic hinges are developed in the structure of soil-structure systems with a softer soil which contradicts the general expectation of higher damageability of such structural systems.
The influence of ground motions on the seismic response of utility tunnels was investigated. A series of small-scale shaking table model tests were carried out under uniform excitation in the transverse direction. Different peak accelerations of EL-Centro and Taft earthquake waves were applied. The acceleration responses, earth pressure, seismic strain, bending moment and structure deformations were measured and discussed. The results showed that the types of earthquake waves had significant influences on the soil-structure acceleration responses. However, the amplitude of the soil acceleration along the depth showed consistent variation regardless of the types of earthquake waves and tunnels. The horizontal soil pressure near the top and bottom slabs showed obviously larger values than those at other depths. In general, the strain response in the outer surface was more significant than that on the inner surface, and the peak strain in the end section of the model was larger than that in the middle section. Moreover, the bending moment at the corner points was much larger than that at middle point, and the bending moment was greatly affected by both input accelerations and seismic wave types. The opposite direction of shear deformation on the top and bottom slabs presented a rotation trend of the model structure.
Amir Masoumi Verki;Adolfo Preciado;Pegah Amiri Motlagh
Steel and Composite Structures
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v.46
no.5
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pp.591-609
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2023
In some buildings, the lateral structural response of steel framed buildings depends on the shear walls and it is very important to study the behavior of these elements under near-field seismic loads. The link beam in the opening of the shear wall between two wall plates is investigated numerically in terms of behavior and effects on frames. Based on the length of the beam and its bending and shear behavior, three types of models are constructed and analyzed, and the behavior of the frames is also compared. The results show that by reducing the length of the link beam, the base shear forces reduce about 20%. The changes in the length of the link beam have different effects on the degree of coupling. Increasing the length of the link beam increases the base shear about 15%. Also, it has both, a positive and a negative effect on the degree of coupling. The increasing strength of the coupling steel shear wall is linearly related to the yield stress of the beam materials, length, and flexural stiffness of the beam. The use of a shorter link beam will increase the additional strength and consequently improving the behavior of the coupling steel shear wall by reducing the stresses in this element. The link beam with large moment of inertia will also increase about 25% the additional strength and as a result the coefficient of behavior of the shear wall.
Kim, Yongon;Ok, Seung-Yong;Kim, Il Gyu;Ryu, Seonho;Bae, Jungjoo
Journal of the Korean Society of Safety
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v.31
no.5
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pp.67-73
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2016
This study investigates the seismic performance of the surge tank which is of the atmospheric type and constructed above the ground. For that purpose, three different numerical models of the surge tank have been taken into account. Two models are constructed to describe the surge tank with different support conditions: one is to model all supports as fixed, and the other is to use spring element for the rock conditions. The third model is constructed to describe not only the surge tank with spring element of the rocks but also the vertical waterway tunnel. Through the time-history analysis of the surge tank subjected to three artificially excited ground motions, it is demonstrated that there can be much difference between the three models of our interest according to the support conditions and inclusion of the vertical waterway tunnel. However, their seismic performances still remain below the safety criteria, i.e., dynamic allowable stress. Also, the numerical results let us know where the critical sections occur. These results could be used to develop the efficient seismic enhancement method for the surge tank.
In this paper, it is aimed to present a comparative study about the structural behavior of tall buildings consisting of different type of materials such as concrete, steel or timber using finite element analyses and experimental measurements on shaking table. For this purpose, two 1/60 scaled 28 and 30-stories wooden building models with $40{\times}40cm$ and $35{\times}35cm$ ground/floor area and 1.45 m-1.55 m total height are built in laboratory condition. Considering the frequency range, mode shapes, maximum displacements and relative story drifts for structural models as well as acceleration, displacement and weight limits for shaking table, to obtain the typical building response as soon as possible, balsa is selected as a material property, and additional masses are bonded to some floors. Finite element models of the building models are constituted in SAP2000 program. According to the main purposes of earthquake resistant design, three different earthquake records are used to simulate the weak, medium and strong ground motions. The displacement and acceleration time-histories are obtained for all earthquake records at the top of building models. To validate the numerical results, shaking table tests are performed. The selected earthquake records are applied to first mode (lateral) direction, and the responses are recorded by sensitive accelerometers. Comparisons between the numerical and experimental results show that shaking table tests are enough to identify the structural response of wooden buildings. Considering 20%, 10% and 5% damping rations, differences are obtained within the range 4.03-26.16%, 3.91-65.51% and 6.31-66.49% for acceleration, velocity and displacements in Model-1, respectively. Also, these differences are obtained as 0.49-31.15%, 6.03-6.66% and 16.97-66.41% for Model-2, respectively. It is thought that these differences are caused by anisotropic structural characteristic of the material due to changes in directions parallel and perpendicular to fibers, and should be minimized using the model updating procedure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.2
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pp.29-37
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2003
In this study, a story-wise distribution of hysteretic energy in steel moment resisting framse(MRF), buckling restrained braced frames(BRBF), and hinge-connected framed structures with buckling restrained braces(HBRBF) subjected to various earthquake ground excitations was investigated. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions were used to compute the energy demand in model structure. According to analysis results, the hysteretic energy in MRF and BRBF turned out to be the maximum at the base and monotonically diminishes with increasing height. However the story-wise distribution of hysteretic energy in HBRBF was relatively uniform over the height of the structure. In this case damage is not concentrated in a single story, and therefore it is considered to be more desirable than other systems. The story-wise energy distribution pattern under three different soil types turned out to be approximately the same.
In some current procedures, ground motions from different sources have been scaled by their peak ground accelerations and combined to obtain smoothed response spectra for specific regions. As consideration of the inelastic deformation capacity of structure, inelastic deformations are permitted under seismic ground excitation in all codes. In the ATC(Applied Technology Council) and UBC(Uniform Building Code), the inelastic design spectrum is obtained by reducing the elastic design spectrum by a factor that is independent of structural period. In this study, the average of nonlinear response spectra calculated from a sample of 20 records for each event are constructed to obtain the smoothed response spectra. These response spectra are used to examine the effects of structural strength factors such as the yield strength ratio and damping value. Through the regression analysis of nonlinear response of system for a given damping value and yield strength ratio, the required yield strength for seismic design can be estimated for a certain earthquake event. And a response modification coefficient depending on the natural period for current seismic design specifications are proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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