This paper summarizes an experimental and analytical study on the application of viscoelastic dampers as energy dissipation devices in structural applications. Shaking table tests are carried out on the viscoelastically damped structure and the obtained structural responses are compared to those of the inelastic analysis results for the same test structure with no dampers added. It can be concluded the viscoelastic dampers are effective in reducing excessive vibrations of structures under strong earthquake ground motions. It is also observed that the increase in structure's stiffness by the addition of dampers can not contribute to improving the seismic response of a structure. In general. the reduction of the seismic response by adding the dampers to the structure is mostly resulted from the increased damping effect. It is found that the modal strain energy method can be used to reliably predict the equivalent structural damping. and the seismic response of a viscoelastically damped structure can be accurately estimated by conventional modal analysis techniques.
Yang, Yanmin;Tian, Xinru;Liu, Quanhai;Zhi, Jiabo;Wang, Bo
Earthquakes and Structures
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v.17
no.2
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pp.233-244
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2019
In this work, we have studied the effects of different soil thicknesses, haunch heights, reinforcement forms and construction technologies on the seismic performance of a composite precast fabricated utility tunnel by pseudo-static tests. Five concrete specimens were designed and fabricated for low-cycle reciprocating load tests. The hysteretic behavior of composite precast fabricated utility tunnel under simulated seismic waves and the strain law of steel bars were analyzed. Test results showed that composite precast fabricated utility tunnel met the requirements of current codes and had good anti-seismic performance. The use of a closed integral arrangement of steel bars inside utility tunnel structure as well as diagonal reinforcement bars at its haunches improved the integrity of the whole structure and increased the bearing capacity of the structure by about 1.5%. Increasing the thickness of covering soil within a certain range was beneficial to the earthquake resistance of the structure, and the energy consumption was increased by 10%. Increasing haunch height within a certain range increased the bearing capacity of the structure by up to about 19% and energy consumption by up to 30%. The specimen with the lowest haunch height showed strong structural deformation with ductility coefficient of 4.93. It was found that the interfaces of haunches, post-casting self-compacting concrete, and prefabricated parts were the weak points of utility tunnel structures. Combining the failure phenomena of test structures with their related codes, we proposed improvement measures for construction technology, which could provide a reference for the construction and design of practical projects.
Kim, Youngaee;Song, Sanghoon;Lee, Hyunjin;Kim, Taeyun
Journal of The Korea Institute of Healthcare Architecture
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v.28
no.4
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pp.31-39
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2022
The purpose of this study is to analyse the hazard risk by examining the magnitude and severity of each type of hazard in order to mitigate and prepare for disasters in medical facilities. Methods: The hazard risk analysis for hazard types was surveyed for team leaders of medical facilities. The questionnaire analyzed data from 27 facilities, which were returned from 41 Local Medical Centers. Results: When looking at the 'Risk' by category type of hazard, the influence of health safety and fire/energy safety comes first, followed by natural disaster, facility safety, and crime safety. On the other hand, as for 'Magnitude', facility safety and crime safety come first, followed by health safety, fire/energy safety, and natural disasters. Most of the top types of disaster judged to have high hazard in medical facilities are health types. The top five priorities of hazard in medical facilities, they are affected by the geographical and industrial conditions of the treatment area. In the case of cities, the hazard was found to be high in the order of infectious disease, patient surge, and wind and flood damage. On the other hand, in rural areas, livestock diseases and infectious diseases showed the highest hazard. In the case of forest areas, the hazard was high in the order of wildfire, fire accident, lightning, tide, earthquake, and landslide, whereas in coastal areas of industrial complexes, the hazard was high due to fire, landslide, water pollution, marine pollution, and chemical spill accident. Implications: Through the research, standards will be established for the design of hospitals with disaster preparedness, and will contribute to the preparation of preemptive measures in terms of maintenance.
Beam-column joints in the frame structure are at high risk of brittle shear failure which would lead to significant residual deformation and even the collapse of the structure during an earthquake. In order to improve the damage issue and enhance the recoverability of the beam-column joints, a sector lead rubber damper (SLRD) has been developed. The SLRD can increase the bearing capacity and energy dissipation capacity, and also demonstrating recoverability of seismic performance following cyclic loading. In this paper, the hysteretic behavior of SLRD was experimentally investigated in terms of the regular hysteretic behavior, large deformation behavior and fatigue behavior. Furthermore, a parametric analysis was performed to study the influence of the primary design parameters on the hysteretic behavior of SLRD. The results show that SLRD resist the exerted loading through the shear capacity of both rubber parts coupled with the lead cores in the pre-yielding stage of lead cores. In the post-yielding phase, it is only the rubber parts of the SLRD that provide the shear capacity while the lead cores primarily dissipate the energy through shear deformation. The SLRD possesses a robust capacity for large deformation and can sustain hysteretic behavior when subjected to a loading rotation angle of 1/7 (equivalent to 200% shear strain of the rubber component). Furthermore, it demonstrates excellent fatigue resistance, with a degradation of critical behavior indices by no more than 15% in comparison to initial values even after 30 cycles. As for the designing practice of SLRD, it is recommended to adopt the double lead core scheme, along with a rubber material having the lowest possible shear modulus while meeting the desired bearing capacity and a thickness ratio of 0.4 to 0.5 for the thin steel plate.
Recently, there is a growing interest on sustainable connection system that makes it possible to reuse of main structural members by concentrating most of the damage in the frame caused by strong horizontal force, such as earthquake, to damper. In this study proposed a new type of damage-controlled connection system applying these concepts and analysed the major structural performance of the proposed system through the full-scale cyclic loading test and nonlinear finite element analyses. According to the result, it derived the optimal damper/beam strength ratio that minimize the damage of main members and satisfy at least the fully plastic moment of the beam. And it was to verify the possibility of applying as seismic connection details.
The theoretical background and capabilities of the developed program, SAR-CWF, for stochastic analysis of 3D reinforced-concrete shear wall-frame structures subject to seismic excitations is presented. Incremental stiffness and strength properties of system members are modeled by extended Roufaiel-Meyer hysteretic relation for bending while shear deformations for walls by Origin-Oriented hysteretic model. For the critical height of shear-walls, division to sub-elements is performed. Different yield capacities with respect to positive and negative bending, finite extensions of plastic hinges and P-${\delta}$ effects are considered while strength deterioration is controlled by accumulated hysteretic energy. Simulated strong motions are obtained from a Gaussian white-noise filtered through Kanai-Tajimi filter. Dynamic equations of motion for the system are formed according to constitutive and compatibility relations and then inserted into equivalent It$\hat{o}$-Stratonovich stochastic differential equations. A system reduction scheme based on the series expansion of eigen-modes of the undamaged structure is implemented. Time histories of seismic response statistics are obtained by utilizing the computer programs developed for different types of structures.
Shear failure and core concrete crushing at plastic hinge region are the two main failure modes of bridge piers, which can make repair impossible and cause the collapse of bridge. To avoid the two types of failure of pier, a composite pier was proposed, which was formed by embedding high strength concrete filled steel tubular (CFT) column in reinforced concrete (RC) pier. Through cyclic loading tests, the seismic performances of the composite pier were studied. The experimental results show that the CFT column embedded in composite pier can increase the flexural strength, displacement ductility and energy dissipation capacity, and decrease the residual displacement after undergoing large deformation. The analytical analysis is performed to simulate the hysteretic behavior of the composite pier subjected to cyclic loading, and the numerical results agree well with the experimental results. Using the analytical model and time-history analysis method, seismic responses of a continuous girder bridge using composite piers is investigated, and the results show that the bridge using composite piers can resist much stronger earthquake than the bridge using RC piers.
Base isolation is widely used in seismic resisting buildings due to its low construction cost, high reliability, mature theory and convenient usage. However, it is difficult to design the isolation layer in high-rise buildings using the available bearings because high-rise buildings are characterized with long period, low horizontal stiffness, and complex re-distribution of the internal forces under earthquake loads etc. In this paper, a simple and innovative isolation bearing, named Teflon-based lead rubber isolation bearing, is developed to address the mentioned problems. The Teflon-based lead rubber isolation bearing consists of friction material and lead rubber isolation bearing. Hence, it integrates advantages of friction bearings and lead rubber isolation bearings so that improves the stability of base isolation system. An experimental study was conducted to validate the effectiveness of this new bearing. The effects of vertical loading, displacement amplitude and loading frequency on the force-displacement relationship and energy dissipation capacity of the Teflon-based lead rubber isolation bearing were studied. An analytical model was also proposed to predict the force-displacement relationship of the new bearing. Comparison of analytical and experimental results showed that the analytical model can accurately predict the force-displacement relationship and elastic shear deflection of the Teflon-based lead rubber isolation bearings.
Choi, Seung-Ho;Hwang, Jin-Ha;Lee, Deuck Hang;Kim, Kang Su;Zhang, Dichuan;Kim, Jong Ryeol
Computers and Concrete
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v.22
no.4
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pp.383-393
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2018
Infill wall strengthening method has been widely used for seismic strengthening of deteriorated reinforced concrete (RC) frame structures with non-seismic details. Although such infill wall method can ensure sufficient lateral strengths of RC frame structures deteriorated in seismic performances with a low constructional cost, it generally requires quite cumbersome construction works due to its complex connection details between an infill wall and existing RC frame. In this study, an advanced seismic strengthening method using externally-anchored precast wall panels (EPCW) was developed to overcome the disadvantage inherent in the existing infill wall strengthening method. A total of four RC frame specimens were carefully designed and fabricated. Cyclic loading tests were then conducted to examine seismic performances of RC frame specimens strengthened using the EPCW method. Two specimens were fully strengthened using stocky precast wall panels with different connection details while one specimen was strengthened only in column perimeter with slender precast wall panels. Test results showed that the strength, stiffness, and energy dissipation capacity of RC frame specimens strengthened by EPCWs were improved compared to control frame specimens without strengthening.
The use of Hollow Structural Sections (HSS) provides an alternative for steel buildings in seismic zones, with the advantage over WF columns that the HSS columns have similar resistance along both axes and enhanced performance under flexure, compression and torsion with respect to other columns sections. The HSS columns have shown satisfactory performance under seismic loads, such as observed in buildings with steel moment frames in the Honshu earthquake (2011). The purpose of this research is to propose a new moment connection, EP-HSS ("End-plate to Hollow Structural Section"), using a wide flange beam and HSS column where the end plate falls outside the range of prequalification established in the ANSI/AISC 358-10 Specification, as an alternative to the traditional configuration of steel moment frames established in current codes. The connection was researched through analytical, numerical (FEM), and experimental studies. The results showed that the EP-HSS allowed the development of inelastic action on the beam only, avoiding stress concentrations in the column and developing significant energy dissipation. The experiments followed the qualification protocols established in the ANSI/AISC 341-10 Specification satisfying the required performance for highly ductile connections in seismic zones, thereby ensuring satisfactory performance under seismic actions without brittle failure mechanisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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