Nonlinear Static Procedures (NSPs) have been developed as a practical tool to estimate the seismic demand of structures. Several researches have accomplished to minimize errors of NSPs, namely pushover procedures, in the Nonlinear Time History Analysis (NTHA), as the most exact method. The most important issue in a typical pushover procedure is the pattern and technique of loading which are extracted based on structural dynamic fundamentals. In this paper, the coefficients of modal force combination is focused involving a meta-heuristic optimization algorithm to find the optimum load pattern which results in a response with minimum amount of errors in comparison to the NTHA counterpart. Other parameters of the problem are based on the FEMA recommendations for pushover analysis of building structures. The proposed approach is implemented on a high-rise 20 storey concrete moment resisting frame under three earthquake records. In order to demonstrate the effectiveness and robustness of the studied procedure the results are presented beside other well-known pushover methods such as MPA and the FEMA procedures, and the results show the efficiency of the proposed load patterns.
Piers are the main lateral force-resisting members of high-speed railway (HSR) bridges used in China and are characterized by low axial load ratios, low longitudinal reinforcement ratios, low stirrup ratios, and high shear span ratios. It is well known that flexural, flexural-shear, and shear failures of piers may occur during an earthquake. In this study, a new shear strength model was developed to simulate the seismic failure of HSR solid piers accurately. First, low cyclic-loading test data of solid piers obtained in recent years were collected to set up a database for model verification. Second, based on the test database, the applicability of existing shear strength models was evaluated. Finally, a new shear strength model for HSR solid piers with round-ended cross-sections was derived based on the truss model and ultimate equilibrium theory. In comparison with existing models, it was demonstrated that the proposed model could be used to predict the shear strength of HSR piers more accurately.
Smith-Pardo, J. Paul.;Reyes, Juan C.;Sandoval, Juan D.;Hassan, Wael M.
Structural Engineering and Mechanics
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제69권1호
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pp.95-104
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2019
The Standard ASCE 61-14 proposes the Substitute Structure Method (SSM) as a Nonlinear Static Procedure (NSP) to estimate nonlinear displacement demands at the center of mass of piers or wharves under seismic actions. To account for bidirectional earthquake excitation according to the Standard, results from independent pushover analyses in each orthogonal direction should be combined using either a 100/30 directional approach or a procedure referred to as the Dynamic Magnification Factor, DMF. The main purpose of this paper is to present an evaluation of these NSPs in relation to four wharf model structures on soil conditions ranging from soft to medium dense clay. Results from nonlinear static analyses were compared against benchmark values of relevant Engineering Design Parameters, EDPs. The latter are defined as the geometric mean demands that are obtained from nonlinear dynamic analyses using a set of 30 two-component ground motion records. It was found that SSM provides close estimates of the benchmark displacement demands at the center of mass of the wharf structures. Furthermore, for the most critical pile connection at a landside corner of the wharf the 100/30 and DMF approaches produced displacement, curvature, and force demands that were reasonably comparable to corresponding benchmark values.
The shear keys are set in a seismic isolation system to resist the long-term service loadings, and are cut off to isolate the earthquakes. This paper investigated the influence of shear keys on the seismic performance of a vertical spring-viscous damper-concave Coulomb friction isolation system by an incremental dynamic analysis (IDA) and a performance-based assessment. Results show that the cutting off process of shear keys should be simulated in a numerical analysis to accurately predict the seismic responses of isolation system. Ignoring the cutting off process of shear keys usually leads to untrue seismic responses in a numerical analysis, and many of them are unsafe for the design of isolated structure. And those errors will be increased by increasing the cutting off force of shear keys and decreasing the spring constant of shear keys, especially under a feeble earthquake. The viscous damping action postpones the cutting off time of shear keys during earthquakes, and reduces the seismic isolation efficiency. However, this point can be improved by increasing the spring constant of shear keys.
As China's infrastructure continues to grow, concrete filled steel tubular (CFST) structures are attracting increasing interest for use in engineering applications in earthquake prone regions owing to their high section modulus, high strength, and good seismic performance. However, in a corrosive environment, the seismic resistance of the CFST columns may be affected to a certain extent. This study attempts to investigate the mechanical behaviours of square CFST members under both a cyclic load and an acid rain attack. First, the tensile mechanical properties of steel plates with various corrosion rates were tested. Second, a total of 12 columns with different corrosion rates were subjected to a reversed cyclic load and tested. Third, comparisons between the test results and the predicted ultimate strength by using four existing codes were carried out. It was found that the corrosion leads to an evident decrease in yield strength, elastic modulus, and tensile strain capacity of steel plates, and also to a noticeable deterioration in the ultimate strength, ductility, and energy dissipation of the CFST members. A larger axial force ratio leads to a more significant resulting deterioration of the seismic behaviour of the columns. In addition, the losses of both thickness and yield strength of an outer steel tube caused by corrosion should be taken into account when predicting the ultimate strength of corroded CFST columns.
This paper reports on the results of a parametric study, which examines the effects of varying aspect ratios on the dynamic response of cylindrical silos directly supported on the ground under earthquake loading. Previous research has shown that numerical models can provide considerably realistic simulations when it comes to the behavior of silos by using correct boundary conditions, appropriate element types and material models. To this end, a three dimensional numerical model, taking into account the bulk material-silo wall interaction, was produced by the ANSYS commercial program, which is in turn based on the finite element method. The results obtained from the numerical analysis are discussed comparatively in terms of dynamic material pressure, horizontal displacement, equivalent base shear force and equivalent bending moment responses for considered aspect ratios. The effects experienced because of the slenderness of the silo in regards to the seismic response were evaluated along with the effectiveness of the classification system proposed by Eurocode in evaluating the loads on the vertical walls. Results clearly show that slenderness directly affects the seismic response of such structures especially in terms of behavior and the magnitude of the responses. Furthermore the aspect ratio value of 2.0, given as a behavioral changing limit in the technical literature, can be used as a valid limit for seismic behavior.
Reinforced Concrete (RC) shear walls are widely used in Nuclear power plants as effective lateral force resisting elements of the structure and these may experience nonlinear behavior for higher earthquake demand. Short shear walls of aspect ratio less than 1.5 generally experience combined shear flexure interaction. This paper presents the results of the displacement-controlled experiments performed on six RC short shear walls with varying aspect ratios (1, 1.25 and 1.5) for monotonic and reversed quasi-static cyclic loading. Simulation of the shear walls is then carried out by Finite element modeling and also by macro modeling considering the coupled shear and flexure behaviour. The shear response is estimated by softened truss theory using the concrete model given by Vecchio and Collins (1994) with a modification in softening part of the model and flexure response is estimated using moment curvature relationship. The accuracy of modeling is validated by comparing the simulated response with experimental one. Moreover, based on the experimental work a multi-linear hysteretic model is proposed for short shear walls. Finally ultimate load, drift, ductility, stiffness reduction and failure pattern of the shear walls are studied in details and hysteretic energy dissipation along with damage index are evaluated.
Abadi, M. Heydari Nosrat;Darvishi, H. Hassanpour;Nouri, A.R. Zamani
Computers and Concrete
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제24권5호
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pp.445-452
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2019
In this paper, dynamic stress, strain and deflection analysis of concrete pipes conveying nanoparticles-water under the seismic load are studied. The pipe is buried in the soil which is modeled by spring and damper elements. The Navier-Stokes equation is used for obtaining the force induced by the fluid and the mixture rule is utilized for considering the effect of nanoparticles. Based on refined two variables shear deformation theory of shells, the pipe is simulated and the equations of motion are derived based on energy method. The Galerkin and Newmark methods are utilized for calculating the dynamic stress, strain and deflection of the concrete pipe. The influences of internal fluid, nanoparticles volume percent, soil medium and damping of it as well as length to diameter ratio of the pipe are shown on the dynamic stress, strain and displacement of the pipe. The results show that with enhancing the nanoparticles volume percent, the dynamic stress, strain and deflection decrease.
Jiao, Chiyu;Li, Jianzhong;Wei, Biao;Long, Peiheng;Xu, Yan
Earthquakes and Structures
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제17권5호
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pp.435-445
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2019
The collapses of curved bridges are mainly caused by the damaged columns, subjected to the combined loadings of axial load, shear force, flexural moment and torsional moment, under earthquakes. However, these combined loadings have not been fully investigated. This paper firstly investigated the mechanical characteristics of the bending-torsion coupling effects, based on the seismic response spectrum analysis of 24 curved bridge models. And then 9 reinforced concrete (RC) and circular column specimens were tested, by changing the bending-tortion ratio (M/T), axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratio, respectively. The results show that the bending-torsion coupling effects of piers are more significant, along with the decrease of girder curvature and the increase of pier height. The M/T ratio ranges from 6 to 15 for common cases, and influences the crack distribution, plastic zone and hysteretic curve of piers. And these seismic characteristics are also influenced by the compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratios of piers.
Chen, Tim;Crosbie, Robert C.;Anandkumarb, Azita;Melville, Charles;Chan, Jcy
Advances in concrete construction
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제11권1호
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pp.1-9
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2021
This article discusses the issue of optimizing controller design issues, in which the artificial intelligence (AI) evolutionary bat (EB) optimization algorithm is combined with the fuzzy controller in the practical application of the building. The controller of the system design includes different sub-parts such as system initial condition parameters, EB optimal algorithm, fuzzy controller, stability analysis and sensor actuator. The advantage of the design is that for continuous systems with polytypic uncertainties, the integrated H2/H∞ robust output strategy with modified criterion is derived by asymptotically adjusting design parameters. Numerical verification of the time domain and the frequency domain shows that the novel system design provides precise prediction and control of the structural displacement response, which is necessary for the active control structure in the fuzzy model. Due to genetic algorithm (GA), we use a hierarchical conditions of the Hurwitz matrix test technique and the limits of average performance, Hierarchical Fitness Function Structure (HFFS). The dynamic fuzzy controller proposed in this paper is used to find the optimal control force required for active nonlinear control of building structures. This method has achieved successful results in closed system design from the example.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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