The study presented experimental and numerical investigation on the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) L-shaped column- reinforced concrete (RC) beam joints. Various parameters described as steel configuration form, axial compressive ratio, loading angle, and the existence of slab were examined through 4 planar joints and 7 spatial joints. The characteristics of the load-displacement response included the bearing capacity, ductility, story drift ratio, energy-dissipating capacity, and stiffness degradation were analyzed. The results showed that shear failure and flexural failure in the beam tip were observed for planar joints and spatial joint, respectively. And RC joint with slab failed with the plastic hinge in the slab and bottom of the beam. The results indicated that hysteretic curves of spatial joints with solid-web steel were plumper than those with hollow-web specimens. The capacity of planar joints was higher than that of space joints, while the opposite was true for energy-dissipation capacity and ductility. The high compression ratio contributed to the increase in capacity and initial stiffness of the joint. The elastic and elastic-plastic story deformation capacity of L-shaped column frame joints satisfied the code requirement. A design formula of joint shear resistance based on the superposition theory and equilibrium plasticity truss model was proposed for engineering application.
This paper presents an experimental study on a 1/2 scale steel frame with archaized-style under the pseudo-dynamic loading. Four seismic waves, including El Centro wave, Taft wave, Lanzhou wave and Wenchuan wave, were input during the test. The hysteresis characteristic, energy dissipation acceleration response, displacement response, strength, stiffness and strain were analyzed. Based on the experiment, the elastoplastic dynamic time-history analysis was carried out with the software ABAQUS. The stress distribution and failure mode were obtained. The results indicate that the steel frame with archaized-style was in elastic stage when the peak acceleration of input wave was no more than 400 gal. Under Wenchuan wave with peak acceleration of 620 gal, the steel frame enters into the elastoplastic stage, the maximum inter-story drift was 1/203 and the bearing capacity still tended to increase. During the loading process, Dou-Gong yielded first and played the role of the first seismic fortification line, and then beam ends and column bottom ends yielded in turn. The steel frame with archaized-style has good seismic performance and meets the seismic design requirement of Chinese code.
Shallan, Osman;Maaly, Hassan M.;Sagiroglu, Merve;Hamdy, Osman
Structural Engineering and Mechanics
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제70권2호
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pp.221-231
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2019
This paper performs for the first time a simultaneous optimization for members sections along with semi-rigid beam-to-column connections for space steel frames with fixed, semi-rigid, and hinged bases using a biogeography-based optimization algorithm (BBO) and a genetic algorithm (GA). Furthermore, a member's sections optimization for a fully fixed space frame is carried out. A real and accurate simulation of semi-rigid connection behavior is considered in this study, where the semi-rigid base connections are simulated using Kanvinde and Grilli (2012) nonlinear model, which considers deformations in different base connection components under the applied loads, while beam-to-column connections are modeled using the familiar Frye and Morris (1975) nonlinear polynomial model. Moreover, the $P-{\Delta}$ effect and geometric nonlinearity are considered. AISC-LRFD (2016) specification constraints of the stress and displacement are considered as well as section size fitting constraints. The optimization is applied to two benchmark space frame examples to inspect the effect of semi-rigidity on frame weight and drift using BBO and GA algorithms.
This paper considers the seismic performance of lever-type tuned mass damper(TMD). The lever-type TMD is designed utilizing the seismic-performance of TMD and the control force required for constraining story drift. The TMD is basically designed by tuning the frequency of primary structure. Thus, the TMD plays an important role to reduce the dynamic responses. The lever-type TMD has a merit to control more displacement responses than the existing TMD due to the control forces. It is shown that the optimum design of lever-type TMD is affected by the ratio of the TMD mass with respect to the mass of the primary structure, the damping ration of the primary structure, and the length ratio of the lever. A numerical example exhibits the effectiveness of the dynamic control by the lever-type TMD and its validity is illustrated in a three-story building structure subjected to earthquake.
After the Gyeongju earthquake, school buildings were designated as earthquake shelters. However, the ratio of designed for seismic of domestic school buildings is only 23.2% in Korea, and it is necessary to secure the seismic safety of those. Therefore, in this paper, a target building was selected before the seismic design criteria was established and the seismic performance of the building was evaluated. After the evaluation, reinforcement of the building was carried out using seismic retrofit systems which was previously tested. For this purpose, the evaluation was carried out using OpenSees program and the reliability of the seismic retrofit systems was also verified. In this way, we can more precisely reproduce the response of the building in case of actual earthquake and predict damage of the earthquake in the future.
Seismic responses of RC core wall with two outriggers are investigated in this study. In the models analyzed here, one of the outriggers is fixed at the top of the building and the second is placed at different levels along the height of the system. Each of the systems resulting from the placement of the outrigger at different locations is designed according to the prescriptive codes. The location of the outrigger changes along the height. Linear design of all the structures is accomplished by using prescriptive codes. Buckling restrained braces (BRBs) are used in the outriggers and forward directivity near fault and far fault earthquake record sets are used at maximum considered earthquake (MCE) level. Results from nonlinear time history analysis demonstrate that BRB outriggers can change the seismic responses like force distribution and deformation demand of the RC core-walls over the height and lead to the new plastic hinge arrangement over the core-wall height. Plasticity extension in the RC core wall occurs at the base as well as adjacent to the outrigger levels. Considering the maximum inter-story drift ratio (IDR) demand as an engineering parameter, the best location for the second outrigger is at 0.75H, in which the maximum IDR at the region upper the second outrigger level is approximately equal to the corresponding value in the lower region.
In seismic design, hollow section concrete columns offer advantages by reducing the weight and seismic mass compared to concrete section RC bridge columns. However, the flexure-shear behavior and spirals strain of hollow section concrete columns are not well-understood. Octagonal RC bridge columns of a small-scale model were tested under cyclic lateral load with constant axial load. The volumetric ratio of the transverse spiral hoop of all specimens is 0.00206. The test results showed that the structural performance of the hollow specimen, such as the initial crack pattern, initial stiffness, and diagonal crack pattern, was comparable to that of the solid specimen. However, the lateral strength and ultimate displacement of the hollow specimen noticeably decreased after the drift ratio of 3%. The columns showed flexure-shear failure at the final stage. Analytical and experimental investigations are presented in this study to understand a correlation confinement steel ratio with neutral axis and a correlation between the strain of spirals and the shear resistance capacity of steel in hollow and solid section concrete columns. Furthermore, shear strength components (Vc, Vs·, Vp) and concrete stress were investigated.
Despite its disadvantages, soft story can reduce the damage to the upper floors by concentrating drift in that specific story provided that large drifts are avoided. Gapped-Inclined Brace (GIB) with reduced P-delta effects and the control of soft story stiffness makes it possible to take advantage of the soft story in buildings and increase their capacity for energy dissipation. OpenSees software is used in this study to validate and modify the GIB model's shortcomings. Also, the analysis method for this element is changed for design. The modified element is evaluated in 3D analysis. Finally, to retrofit an existing building, this element is used. Based on the Iranian seismic code, a six-story reinforced concrete building is modelled and studied with 3D analysis. In this building, the construction shortcomings and elimination of infills on the ground floor cause the formation of a soft story. Results of nonlinear static analysis, nonlinear dynamic, and incremental dynamic analysis using both components of seismic acceleration applied to the structure at different angles and the fragility curves indicate the improvement of the retrofitted structure's performance using the modified element to reach the required performance level following the retrofit code.
The need to account for accidental torsion in seismic design is no longer debatable, however, the seismic codes' requirement for accidental eccentricity has recently faced criticism. In order to get as close to real conditions as possible, this study investigated the impact of accidental torsion in symmetric RC multistory buildings caused by one of its many sources, the torsional earthquake component, and compared the results to those obtained by using the accidental eccentricity recommended by the codes (shifting the center of mass). To cover a wide range of frequencies and site conditions, two types of torsion seismic components were used: a recorded torsion accelerogram and five others generated using translation accelerograms. The main parameters that govern seismic responses, such as the number of stories (to account for the influence of all modes of vibration) and the frequency ratio (Ω) variation, were studied in terms of inter-story drift and displacement responses, as well as torsional moment. The results show that the eccentricity ratio of 5% required by most codes for accidental torsion should be reexamined and that it is prudent for computer analysis to use the static moment approach to implement the accidental eccentricity while waiting for new seismic code recommendations on the subject.
Herein, we propose a LoRaWAN-based small draft system that can measure the ocean current flow (speed, direction, and distance) in real time at the request of the Coast Guard to develop a device that can promptly find survivors at sea. This system has been implemented and verified in the early stages of rescue after maritime vessel accidents, which are frequent. GPS signals often transmit considerable errors, so correction algorithms using the improved triangulation method algorithm are required to accurately indicate the direction of currents in real time. This paper is structured in the following manner. The introduction section elucidates rescue activities in the case of a maritime accident. Chapter 2 explains the characteristics and main parameters of the GPS surveying technique and LoRaWAN communication, which are related studies. It explains and expands on the critical distance error correction algorithm for GPS signals and its improvement. Chapter 3 discusses the design and analysis of small draft buoys. Chapter 4 presents the testing and validation of the implemented system in both onshore and offshore environments. Finally, Section 5 concludes the study with the expected impact and effects in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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