Hadigheh, S. Ali;Mahini, S. Saeed;Setunge, Sujeeva;Mahin, Stephen A.
Earthquakes and Structures
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v.11
no.6
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pp.967-982
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2016
Current codes design the buildings based on life safety criteria. In a performance-based design (PBD) approach, decisions are made based on demands, such as target displacement and performance of structure in use. This type of design prevents loss of life but does not limit damages or maintain functionality. As a newly developed method, resilience-based design (RBD) aims to maintain functionality of buildings and provide liveable conditions after strong ground movement. In this paper, the seismic performance of plain and strengthened RC frames (an eight-story and two low-rise) is evaluated. In order to evaluate earthquake performance of the frames, the performance points of the frames are calculated by the capacity spectrum method (CSM) of ATC-40. This method estimates earthquake-induced deformation of an inelastic system using a reduced response spectrum. Finally, the seismic performances of the frames are evaluated and the results are compared with a resilience-based design criterion.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.571-576
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2007
This study presents stiffness-based optimal design to control quantitatively lateral drift of frame-shear wall structures subject to seismic loads. To this end, lateral drift constraints are established by introducing approximation concept that preserves the generality of the mathematical programming and can efficiently solve large scale problems. Also, the relationships of sectional properties are established to reduce the number of design variables and resizing technique of member is developed under the 'constant-shape' assumption. Specifically, the methodology of dynamic displacement sensitivity analysis is developed to formulate the approximated lateral displacement constraints. The 12 story frame-shear wall structural models is considered to illustrate the features of dynamic stiffness-based optimal design technique proposed in this study.
Multi-span steel-concrete composite (SCC) bridges are very sensitive to earthquake loading. Extensive damage may occur not only in the substructures (piers), which are expected to yield, but also in the other components (e.g., deck, abutments) involved in carrying the seismic loads. Current seismic codes allow the design of regular bridges by means of linear elastic analysis based on inelastic design spectra. In bridges with superstructure transverse motion restrained at the abutments, a dual load path behavior is observed. The sequential yielding of the piers can lead to a substantial change in the stiffness distribution. Thus, force distributions and displacement demand can significantly differ from linear elastic analysis predictions. The objectives of this study are assessing the influence of piers-deck stiffness ratio and of soil-structure interaction effects on the seismic behavior of continuous SCC bridges with dual load path, and evaluating the suitability of linear elastic analysis in predicting the actual seismic behavior of these bridges. Parametric analysis results are presented and discussed for a common bridge typology. The response dependence on the parameters is studied by nonlinear multi-record incremental dynamic analysis (IDA). Comparisons are made with linear time history analysis results. The results presented suggest that simplified linear elastic analysis based on inelastic design spectra could produce very inaccurate estimates of the structural behavior of SCC bridges with dual load path.
In this research, an earthquake-resistant structural system consisting of a pin-connected steel frame and a bracing with metallic fuses is proposed. Contrary to the conventional braced frames, the main structural elements are deemed to remain elastic under earthquakes and the seismic energy is efficiently dissipated by the damper-braces with an amplification mechanism. The superiority of the proposed damping system lies in easy manufacture, high yield capacity and energy dissipation, and an effortless replacement of damaged fuses after earthquake events. Furthermore, the stiffness and the yield capacity are almost decoupled in the proposed damper-brace which makes it highly versatile for performance-based seismic design compared to most other dampers. A special attention is paid to derive the theoretical formulation for nonlinear behavior of the proposed damper-brace, which is verified using analytical results. Next, a direct displacement-based design procedure is provided for the proposed system and an example structure is designed and analyzed thoroughly to check its seismic performance. The results show that the proposed system designed with the provided procedure satisfies the given performance objective and can be used for developing highly efficient low-damage structures.
A large number of available concrete buildings designed only considering gravity load that require seismic rehabilitation because of failure to meet plasticity criteria. Using steel bracings are a common type of seismic rehabilitation. The eccentric bracings with vertical link reduce non-elastic deformation imposed on concrete members as well as elimination of probable buckling problems of bracings. In this study, three concrete frames of 10, 15, and 20 stories designed only for gravity load have been considered for seismic improvement using performance-based plastic design. Afterwards, nonlinear time series analysis was employed to evaluate seismic behavior of the models in two modes including before and after rehabilitation. The results revealed that shear link can yield desirable performance with the least time, cost and number of bracings of concrete frames. Also, it was found that the seismic rehabilitation can reduce maximum relative displacement in the middle stories about 40 to 80 percent. Generally, findings of this study demonstrated that the eccentric bracing with vertical link can be employed as a suitable proxy to achieve better seismic performance for existing high rise concrete frames.
The profound impact of earthquakes on human lives and the built environment emphasizes the substantial human and economic losses result-ing from structural collapses. Many researchers in this field highlight the longstanding societal challenge posed by earthquakes and under-score the imperative to minimize such losses. Over the decades, researchers have dedicated efforts to seismic design, focusing on improv-ing structural performance to mitigate earthquake-induced damages. This has led to the development of various structural analysis methods. In this research, a specific RC frame structure (401 Bldg.) at Kyungpook National University that is designed for educational purposes, serves as a representative case. This research employs SAP 2000 for simulation, aiming to assess the structural performance under seismic condi-tions, focusing on evaluating the structural behavior under different column orientations. This research utilizes RSA (Response Spectrum Analysis) to comprehensively examine parameters of displacement, base shear force, base moment, joint radians, and story drift. Referring to the results from RSA, this research also assesses the structural performance using LTHA (Linear Time History Analysis) by conducting synthetic frequency domain and synthetic time domain analyses based on the seismic wave from the Kobe 1995 earthquake (Abeno). Based on the findings from the discussions, this research is expected to be a valuable reference for structural design within seismic resistance and the seismic reinforcement of existing RC frame structures.
This paper investigates the seismic performance of buildings designed using DDBD (Direct Displacement based Design) and FBD (Force based Design) approaches from the probabilistic viewpoint. It aims to estimate the collapse capacity of structures and assess the adequacy of seismic design codes. In this regard, (i) IDA (Incremental Dynamic Analysis) curves, (ii) interstory drift demand distribution curves, (iii) fragility curves, and (iv) the methodology provided by FEMA P-695 are applied to examine two groups of RC moment resistant frame buildings: 8-story structures with different plans, to study the effect of different span arrangements; and 3-, 7- and 12-story structures with a fixed plan, to study the dynamic behavior of the buildings. Structural modeling is performed in OpenSees software and validated using the results of an experimental model. It is concluded that increasing the building height would not significantly affect the response estimation of IDA and fragility curves of DDBD-designed structures, while the change in span arrangements is effective in estimating responses. In the investigation of the code adequacy, unlike the FBD approach, the DDBD can satisfy the performance criteria presented in FEMA P-695 and hence provide excellent performance.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.2
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pp.87-93
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2020
Seismic responses due to the dynamic coupling between a primary structure and secondary system connected to a structure are analyzed in this study. The seismic responses are compared based on dynamic coupling criteria and according to the error level in the natural frequency, with the recent criteria being reliant on the error level in the spectral displacement response. The acceleration responses and relative displacement responses of a primary structure and a secondary system for a coupled model and two different decoupled models of two degrees-of-freedom system are calculated by means of the time integration method. Errors in seismic responses of the uncoupled models are reduced with the recent criteria. As the natural frequency of the secondary system increases, error in the natural frequency decreases, but seismic responses of uncoupled models can be underestimated compared to that of coupled model. Results in this paper can help determine dynamic coupling and predict uncoupled models' response conservatism.
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.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.3
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pp.45-55
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2023
The purpose of this study has a purpose to evaluate shear ability, ductility and energy dissertation of specimens that is to be applied to jacket using wrapping method. The experiments was conducted as a condition that simultaneously applied axial load and transverse force. The results of experiments represent story-displacement ratio, the stiffness, energy dissertation, plastic rotation which mean seismic resistance ablity on structure. And It represents the form of crack ditribution and failure in extreme stages. Based on the results of this experiment, Design examples are given to show the performance evaluation for the column reinforcing of old school buildings using nonlinear analysis is going to be conducted. Therefore, it is possible to apply the seismic retrofit method to public facilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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