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.
The high strength materials have been more widely used in reinforced concrete structures because of the benefits of the mechanical and durable properties. Generally, it is known that the ductility decreases with an increase in the strength of the materials. In the design of a reinforced concrete beam, both the flexural strength and ductility need to be considered. Especially, when a reinforced concrete structure may be subjected an earthquake, the members need to have a sufficient ductility. So, each design code has specified to provide a consistent level of minimum flexural ductility in seismic design of concrete structures. Therefore, it is necessary to assess accurately the ductility of the beam sections with high strength materials in order to ensure the ductility requirement in design. In this study, the effects of concrete strength, yield strength of reinforcement steel and amount of reinforcement including compression reinforcement on the complete moment-curvature behavior and the curvature ductility factor of doubly reinforcement concrete beam sections have been evaluated and a newly prediction formula for curvature ductility factor of doubly RC beam sections has been developed considering the stress of compression reinforcement at ultimate state. Based on the numerical analysis results, the proposed predictions for the curvature ductility factor are verified by comparisons with other prediction formulas. The proposed formula offers fairly accurate and consistent predictions for curvature ductility factor of doubly reinforced concrete beam sections.
Ductility is very important parameter in seismic design of RC members such as beams where it allows RC beams to dissipate the seismic energy. In this field, the curvature ductility has taken a large part of interest compared to the deflection ductility. For this reason, the present paper aims to propose a general formula for predicting the deflection ductility factor of RC beams under mid-span load. Firstly, the moment area theorem is used to develop a model in order to calculate the yield and the ultimate deflections; then this model is validated by using some results extracted from previous researches. Secondly, a general formula of deflection ductility factor is written based on the developed deflection expressions. The new formula is depended on curvature ductility factor, beam length, and plastic hinge length. To facilitate the use of this formula, a parametric study on the curvature ductility factor is conducted in order to write it in simple manner without the need for curvature calculations. Therefore, the deflection ductility factor can be directly calculated based on beam length, plastic hinge length, concrete strength, reinforcement ratios, and yield strength of steel reinforcement. Finally, the new formula of deflection ductility factor is compared with the model previously developed based on the moment area theorem. The results show the good performance of the new formula.
Ductility capacity is comprehensively studied for steel moment-resisting frames. Local, story and global ductility are being considered. An appropriate measure of global ductility is suggested. A time domain nonlinear seismic response algorithm is used to evaluate several definitions of ductility. It is observed that for one-story structures, resembling a single degree of freedom (SDOF) system, all definitions of global ductility seem to give reasonable values. However, for complex structures it may give unreasonable values. It indicates that using SDOF systems to estimate the ductility capacity may be a very crude approximation. For multi degree of freedom (MDOF) systems some definitions may not be appropriate, even though they are used in the profession. Results also indicate that the structural global ductility of 4, commonly used for moment-resisting steel frames, cannot be justified based on this study. The ductility of MDOF structural systems and the corresponding equivalent SDOF systems is studied. The global ductility values are very different for the two representations. The ductility reduction factor $F_{\mu}$ is also estimated. For a given frame, the values of the $F_{\mu}$ parameter significantly vary from one earthquake to another, even though the maximum deformation in terms of the interstory displacement is roughly the same for all earthquakes. This is because the $F_{\mu}$ values depend on the amount of dissipated energy, which in turn depends on the plastic mechanism, formed in the frames as well as on the loading, unloading and reloading process at plastic hinges. Based on the results of this study, the Newmark and Hall procedure to relate the ductility reduction factor and the ductility parameter cannot be justified. The reason for this is that SDOF systems were used to model real frames in these studies. Higher mode effects were neglected and energy dissipation was not explicitly considered. In addition, it is not possible to observe the formation of a collapse mechanism in the equivalent SDOF systems. Therefore, the ductility parameter and the force reduction factor should be estimated by using the MDOF representation.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.2
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pp.39-48
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2003
This paper present a summary of the results of statistical study of the ductility factor which is key component of response modification factor(R). To compute the ductility factor, a group of 1,860 ground motions recorded from various earthquake was considered. Based on the local site conditions at the recording station, ground motions were classified into four groups according to average shear wave velocity. Inleastic spectrum were computed for elastic perfectly plastic SDOF systems undergoing different level of inelastic deformation and period. Ductility factors were calculated by deviding elastic response spectrum by inelastic response spectrum. The influence f displacement ductility ratio, site condition, magnitude and epicentral distance on ductility factors were studied. The coefficient of variation was computed to evaluated the dispersion of ductility factors as the defined ratio of the standard deviation to the mean.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.04b
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pp.433-438
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1998
Design lateral strength calculated by current seismic design code is prescribed to be much lower than the force level required for a structure to respond elastically during design level earthquake ground motion. Present procedures for calculating seismic design forces are based on the use of elastic spectra reduced by a strength reduction factor known as "response modification factor, R". This factor accounts for the inherent ductility, overstrength, redundancy, and damping of a structural system. This study considers ductility and overstrength of the wall-type structure for investigating R factor. This means that R factor is determined from the product of "ductility-based R factor($R_$\mu$$) and overstrength factor($R_s$). $R_$\mu$$ factor is calibrated to attain the targer ductility ratio (system ductility capacity) and produced in the from of $R_$\mu$$ spectra considering the influence of target ductility, natural period, and hysteretic model. On the other hand, $R_s$ is more difficult to quantify, since it depends on both material and system-dependent uncertain parameters. In this study Rs factor was determined from the result of push-over analysis.-over analysis.
The main objective of this study was to derive a formula of ductility reduction factor, expressed as $R_{\mu}$. To attain this objective, a study comprised reduction factors computed for stiffness degrading systems undergoing different levels of ductility and to investigate an accuracy of the formula. Based on this study, the main conclusions can be summarized :(1) The ductility reduction factor is primarily affected by the period of the system and the displacement ductility ratio. (2) The proposed formula is simpler and the inelastic deformations of bridge structures are better than those by the others formulas we used before.
It is generally accepted that, in the interest of safety, it is essential to provide a minimum level of flexural ductility, which will allow energy dissipation and moment redistribution as required. If one wishes to be uniformly conservative across all of the design variables, curvature ductility and moment redistribution factor should be calculated using a probabilistic method, as is the case for other design parameters in reinforced concrete mechanics. In this study, simple expressions are derived for the evaluation of curvature ductility and moment redistribution factor, based on the concept of demand and capacity rotation. Probabilistic models are then derived for both the curvature ductility and the moment redistribution factor, by means of central limit theorem and through taking advantage of the specific behaviour of moment redistribution factor as a function of curvature ductility and plastic hinge length. The Monte Carlo Simulation (MCS) method is used to check and verify the results of the proposed method. Although some minor simplifications are made in the proposed method, there is a very good agreement between the MCS and the proposed method. The proposed method could be used in any future probabilistic evaluation of curvature ductility and moment redistribution factors.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.231-238
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2003
The overstrength factor and the ductility factor are the two important factors that determines response modification factors used in current seismic codes. The objective of this paper is to obtain the overstrength and ductility factors of special concentric braced frames. For this purpose pushover analysis is performed with model structures until the maximum inter-story drift reaches 2.5% of story height. According to the analysis results, the overstrength factors increase as the height of structures decreases and the span length increases. Ductility factors for mid-story structures turns out to be higher than the other structures and span length does not contribute much to ductility factors.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.4
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pp.11-20
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2004
This paper suggests the site-dependent ductility factor which is a key component of response modification factor(R). To compute the ductility factor, a group of 1,860 ground motions recorded from 47 earthquake was considered. Based on the local site conditions at the recording station, ground motions were classified into four groups according to average shear wave velocity. This site classification was consistent with site categories of the UBC(1997), NEHRP(1997) and IBC 2000(1997). Based on the results of regression analysis, a simplified equations were proposed to compute site-dependent ductility factors. The proposed equations were relatively simple and provide a good estimation of mean ductility factors. Based on the proposed equation, ductility factors considering the site conditions can be evaluated in accordance with the present building codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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