Zhang, Chao;Zhou, Yun;Weng, Da G.;Lu, De H.;Wu, Cong X.
Structural Engineering and Mechanics
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v.56
no.4
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pp.569-588
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2015
A comprehensive methodology is proposed for design of metallic dampers in seismic retrofit of earthquake-damaged frame structures. It is assumed that the metallic dampers remain elastic and only provide stiffness during frequent earthquake (i.e., earthquake with a 63% probability of exceedance in 50-year service period), while in precautionary earthquake (i.e., earthquake with a 10% probability of exceedance in 50-year service period), the metallic dampers yield before the main frame and dissipate most of the seismic energy to either prevent or minimize structural damages. Therefore by converting multi-story frame to an equivalent single-degree-of-freedom system, the added stiffness provided by metallic dampers is designed to control elastic story drifts within code-based demand under frequent earthquake, and the added damping with the combination of added stiffness influences is obtained to control structural stress within performance-based target under precautionary earthquake. With the equivalent added damping ratio, the expected damping forces provided by metallic dampers can be calculated to carry out the configuration and design of metallic dampers along with supporting braces. Based on a detailed example for retrofit of an earthquake-damaged reinforced concrete frame by using metallic dampers, the proposed design procedure is demonstrated to be simple and practical, which can not only meet current China's design codes but also be used in retrofit design of earthquake-damaged frame with metallic damper for reaching desirable performance objective.
The passive energy dissipation technology has been proven to be reliable and robust for recent practical applications. Various dampers or energy dissipation devices have been widely used in building structures for enhancing their performances during earthquakes, windstorm and other severe loading scenarios. This paper presents a simplified seismic design procedure for retrofitting earthquake-damaged frames with viscous dampers. With the scheme of designing the main frame and the supplemental viscous dampers respectively, the seismic analysis model of damped structure with viscous dampers and braces was studied. The specific analysis process was described and approach to parameter design of energy dissipation components was also proposed. The expected damping forces for damped frame were first obtained based on storey shear forces; and then they were optimized to meet different storey drift requirements. A retrofit project of a RC frame school building damaged in the 2008 Wenchuan earthquake was introduced as a case study. This building was retrofitted by using viscous dampers designed through the simplified design procedure proposed in this paper. Based on the case study, it is concluded that this simplified design procedure can be effectively used to make seismic retrofit design of earthquake-damaged RC frames with viscous dampers, so as to achieve structural performance objectives under different earthquake risk levels.
Many public buildings such as schools, hospitals, etc., where partial infill walls are present in reinforced concrete (RC) structures, have undergone undesirable damage/failure attributed to captive column effect during a moderate to severe earthquake shaking. Often, the situation gets worsened when these RC frames are non-ductile in nature, thus reducing the deformable capability of the frame. Also, in many parts of the Indian subcontinent, it is mandatory to use fly-ash bricks for construction so as to reduce the burden on the disposal of fly-ash produced at thermal power plants. In some scenario, when the non-ductile RC frame, partially infilled by fly-ash bricks, suffers major structural damage, the challenge remains on how to retrofit and restore it. Thus, in this study, two full-scale one-bay, one-story non-ductile RC frame models, namely, bare frame and RC partially infilled frame with fly-ash bricks in 50% of its opening area are considered. In the previous experiments, these models were subjected to slow-cyclic displacement-controlled loading to replicate damage due to a moderate earthquake. Now, in this study these damaged frames were retrofitted and an experimental investigation was performed on the retrofitted specimens to examine the effectiveness of the proposed retrofitting scheme. A hybrid retrofitting technique combining epoxy injection grouting with an innovative and easy-to-implement steel jacketing technique was proposed. This proposed retrofitting method has ensured proper confinement of damaged concrete. The retrofitted models were subjected to the same slow cyclic displacement-controlled loading which was used to damage the frames. The experimental study concluded that the hybrid retrofitting technique was quite effective in enhancing and regaining various seismic performance parameters such as, lateral strength and lateral stiffness of partially fly-ash brick infilled RC frame. Thus, the steel jacketing retrofitting scheme along with the epoxy injection grouting can be relied on for possible repair of the structural members which are damaged due to the captive column effect during the seismic shaking.
A 1/4-scale two-bay eight-storey reinforced concrete frame was tested on shaking table. Initial shaking table tests were carried out through a set of real seismic excitations to investigate the seismic behavior of the RC frame. Subsequently, the damaged frame was repaired using epoxy injection technique, and then subjected to the tests with the same records. The purpose of this study was to investigate experimentally the dynamic characteristics, cracking pattern and lateral inter-story stiffness of RC frames using epoxy injection technique. The test results indicate that epoxy-injection technique appears to be a satisfactory method for repairing earthquake-damaged structure.
Depending on the damage type as well as the level of damage observed after the earthquake, certain measures should be taken for the damaged buildings. In this study, structural repairing of two different types of damaged RC beam-column assembly by carbon fiber-reinforced polymer sheets is investigated in detail as a member repairing technique. Two types of 1:1 scale test specimens, which represent the exterior RC beam-column connection taken from inflection points of the frame, are utilized. The first specimen is designed according to the current Turkish Earthquake Code, whereas the second one represents a deficient RC beam-column assembly. Both of the specimens were subjected to cyclic quasistatic loading in the laboratory and different levels of structural damage were observed. The first specimen displayed a ductile response with the damage concentrated in the beam. However, in the second specimen, the beam-column joint was severely damaged while the rest of the members did not attain their capacities. Depending on the damage type of the specimens, the damaged members were repaired by CFRP wrapping with different configurations. After testing the repaired specimens, it is found that former capacities of the damaged members were mostly recovered by the application of CFRPs on the damaged members.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.2
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pp.97-106
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1999
In order to check the necessity of seismic reinforcement for a great number of existing structures effectively, it might be desirable to introduce the multi-step seismic evaluation system. This paper presents close relationships between shear-to-moment capacity ratio of a member and seismic performance of structures concerned through the failure mechanism investigation in the view of geological and structural characteristics. Based on it, the simple seismic performance evaluation method has been proposed and its effectiveness was verified by comparing with the damage condition of structures damaged under Hyogo-Ken Nambu Earthquake.
The proposed building upgrading technique employs prestressing cables to function as bracing to improve the seismic performance during future events. A four-story reinforced concrete moment resisting frame damaged from an ultimate limit state earthquake is assessed and upgraded using the proposed technique. Both existing and upgraded buildings are evaluated in regard of seismic performance parameters performing static lateral load to collapse analysis and dynamic nonlinear time history analysis as well. To obtain realistic comparison of seismic performance between existing and upgraded frames, each frame is subjected to its critical ground motion that has strength demand exceeding the building strength supply. Furthermore, reliability of static lateral load to collapse analysis as a substitute to time history analysis is evaluated. The results reveal that the proposed upgrading technique improves the stiffness distribution compared to the ideal distribution that gives equal inter-story drift. As a result, the upgraded building retains more stories that contribute to energy dissipation. The overall behavior of upgraded building beyond yield is also enhanced due to the gradual change of building stiffness as the lateral load increases.
Xin Xu;Yun Zhou;Zhang Yan Chen;Da yang Wang;Ke Jiang;Song Wang
Earthquakes and Structures
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v.26
no.5
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pp.383-400
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2024
For a conventionally repaired frame-supported-transfer-slab (FSTS) reinforced concrete (RC) structure, both the transfer slab and the beam-to-column and transfer slab-to-column joints remain vulnerable to secondary earthquakes. Aimed at improving the seismic performance of a damaged FSTS RC structure, an innovative retrofitting scheme is proposed, which adopts the sector lead rubber dampers (SLRDs) at joints after the damaged FSTS RC structure is repaired by conventional approaches. In this paper, a series of quasi-static cyclic tests was conducted on a large-scale retrofitted FSTS RC structure. The seismic performance was evaluated and the key test results, including deformation characteristics, damage pattern, hysteretic behaviour, bearing capacity and strains on key components, were reported in detail. The test results indicated that the SLRDs started to dissipate energy under the service level earthquake, and thus prevented damages on the beam-to-column and transfer slab-to-column joints during the secondary earthquakes and shifted the plastic hinges away from the beam ends. The retrofitting scheme of using SLRDs also achieved the seismic design concept of 'strong joint, weak component'. The FSTS RC structure retrofitted by the SLRDs could recover more than 85% bearing capacity of its undamaged counterpart. The hysteresis curves were featured by the inverse "S" shape, indicating good bearing capacity and hysteresis performance. The deformation capacity of the damaged FSTS RC structure retrofitted by the SLRDs met the corresponding codified requirements for the case of the maximum considered earthquake, as set out in the Chinese seismic design code. The stability of the FSTS RC structure retrofitted by the SLRDs, which was revealed by the developed stains of the RC frame and transfer slab, was improved compared with the undamaged FSTS RC structure.
Cagatay, Ismail H.;Beklen, Caner;Mosalam, Khalid M.
Computers and Concrete
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v.7
no.6
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pp.523-532
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2010
If an infill wall in a reinforced concrete frame is shorter than the column height and there is no initial gap between the column and the infill wall, the short column effect can occur during an earthquake shaking. This form of damage is frequently observed in many earthquake-damaged buildings all around the world and especially in Turkey. In this study, an effective method, which consists of placing additional infill wall segments surrounding the short column, to prevent this type of failure is examined. The influence of adding infill wall in the reduction of the shear force in the short column is also investigated. A parametric study is carried out for one-storey infilled frames with one to five bays using the percentage of the additional infill wall surrounding the short column and the number of spans as the parameters. Then the investigation is extended to a case of a multistorey building damaged due to short column effect during the 1998 Adana-Ceyhan earthquake in Turkey. The results show that the addition of the infill walls around the potential short columns is an effective way to significantly reduce the shear force.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.173-181
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1997
To investigate the effects of haunch repair on the system seismic performance of steel moment-resisting frames (steel MRFs), a case study was conducted for a 13-story frame damaged during the 1994 Northridge earthquake. It was assumed that only those locations with reported damage would be repaired with haunches. A new analytical modeling technique for the dual panel zone developed by the author was incorporated in the analysis. Both the inelastic static and dynamic analyses did not indicate detrimental side effects resulting from the repair. As a result of the increased strength in dual panel zones, yielding in these locations were eliminated and larger plastic rotation demand occurred in the beams next to the shallow end of the haunches. Nevertheless, the beam plastic rotation demand produced by the Sylmar record of 1994 Northridge earthquake was still limited to 1.7% radians. The repair resulted in a minor increase in earthquake energy input. In the original structure, the panel zones should dissipate about 80%(for the Oxnard record) and 70%(for the Sylmar record) of the absorbed energy, assuming no brittle failure of moment connections. After repair, the energy dissipated in the panel zones and beams were about equal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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