In steel framed-tube structures (SFTSs), the plastic hinges at beam-ends cannot be adequately improved because of the large cross sections of spandrel beams, which results in the lower ductility and energy dissipation capacities of traditional SFTSs. To address this drawback, high-strength steel fabricated SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (HSFTS-SLs) have been proposed. In this system, shear links use conventional steel and are placed in the middle of the deep spandrel beams to act as energy dissipative components. In this study, 2/3-scaled HSFTS-SL specimens were fabricated, and cyclic loading tests were carried out to study the seismic performance of both specimens. The finite element models (FEMs) of the two specimens were established and the numerical results were compared with the test results. The results showed that the specimens had good ductility and energy dissipation capacities due to the reliable deformation capacities. The specimens presented the expected failure modes. Using a shorter shear link can provide a higher load-carrying capacity and initial elastic lateral stiffness but induces lower ductility and energy dissipation capacity in HSFTS-SLs. The performance of the specimens was comparable to that of the original sub-structure specimens after replacing shear links. Additionally, the expected post-earthquake recoverability and resilience of the structures could be achieved by replacing shear links. The acceptable residual interstory drift that allows for easy replacement of the bolted web-connected shear link was 0.23%. The bolted web-connected shear links had reliable hysteretic responses and deformation capacities. The connection rotation had a notable contribution to total link rotation. The results of the numerical analysis run for the proposed FEMs were consistent with the test results. It showed that the proposed FEMs could be used to investigate the seismic performance of the HSFTS-SL.
Woo, Kwang S.;Lee, Dong W.;Yang, Seung H.;Ahn, Jae S.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1101-1111
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2018
This study aims to present accurate soil modeling and validation of a single roadside guardrail post as well as a single concrete pile installed near cut slopes or compacted sloping embankment. The conventional Winkler's elastic spring model and p-y curve approach for horizontal ground cannot directly be applied to sloping ground where ultimate soil resistance is significantly dependent on ground inclination. In this study, both grid-based 3-D FE model and particle-based SPH (smoothed particle hydrodynamics) model available in LS-DYNA have been adopted to predict the static behavior of a laterally loaded guardrail post. The SPH model has potential to eliminate any artificial soil stiffness due to the deterioration of the node-connected Lagrangian soil mesh. For this purpose, this study comprises two parts. Firstly, only 3-D FE modeling has been tested to show the numerical validity for a single concrete pile in sloping ground using Mohr-Coulomb material. However, this material option cannot be implemented for SPH elements. Nevertheless, Mohr-Coulomb model has been used since this material model requires six input soil data that can be obtained from the comparative papers in literatures. Secondly, this work is extended to compute the lateral resistance of a guardrail post located near the slope using the hybrid approach that combines Lagrange FE elements and SPH elements by the suitable node-merging option provided by LS-DYNA. For this analysis, the FHWA soil material developed for application to road-base soils has been used and also allows the application of SPH element.
In recent years, to overcome drawbacks related to the aplicati on of classical structural optimization algorithms, various drift design methods based on factores of member displacement participation factors have been developed to size members if they satisfy stiffness criteria. In particular, a resizing algorithm based on dynamic displacement participation factors from the response spectrum analysis has been applied in the drift design of steel structures subjec ted to seismic lateral forces. In this aproach, active members are selected for displacement control based on the displacement participation fa ve members may be taken out and added to the active members for the drift control. The resizing algorithm can be practically and effectively applied to drift design of high-rise buildings however, the inelastic behavior o f the resizing algorithm has not ben evaluated yet. To develop the resizing algorithm considering the performance of nonlinearity as well a s elastic stifness, the evaluation model of resizing algorithm s is developed and aplied to the examples of moment-resisting steel frame, which is one of the simplest structural systems. The inelastic behavior of moment-resisting steel frame designed by the resizing algorithm is also discussed.
The objective of this study is to investigate the characteristics of elastic and inelastic
bekavior of ductile momenting-resisting reinforced concrete frame subjected to reversed
lateral loading such as earthquake excitations. For this purpose, a 2-bay 2-story
reinforced concrete plane frame with seismic detail was designed and one 1/2.5-scale
subassemblage was manufactured according to the required similitude law. Then, the
reversed load test under the displacement control was performed statically to this
subassemblage. Finally, the results of this test were analysed regarding to (1) the
design load vs actual strength, (2) degradation in stiffness and strength. (3) failure
mode or energy dissipation. (4) local deformations.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.4
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pp.130-138
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1994
Bottom plates of empty hold are subjected to not only water pressure but also bi-axial inplane loads, specially in the alternate full loading full loading condition of bulk carrier. This kind of plate behaviours is very difficult to be explained and to be estimated using common buckling design guide in the initial design stage of hull structure, therefore, some more concrete studies for this plate structure was performed based on the currently developed buckling estimation formula. In this buckling formula, torsional stiffness effects of edge stiffener are included additionally and effects of elastic buckling strength of plate panel are treated as characteristic value problem. Also considering boundary stiffener effects and inplane and lateral loading, evaluation of bottom plate scantling using this formula, calculated results using various classification regulation of buckling strength and results of first report approach are compared each other and useful guides using developed formula for bottom plate scantling design are discussed.
In steel frame-tube structures (SFTSs) the application of flexural beam is not suitable for the beam with span-to-depth ratio lower than five because the plastic hinges at beam-ends can not be developed properly. This can lead to lower ductility and energy dissipation capacity of the SFTS. To address this problem, a replaceable shear link, acting as a ductile fuse at the mid length of deep beams, is proposed. SFTS with replaceable shear links (SFTS-RSLs) dissipate seismic energy through shear deformation of the link. In order to evaluate this proposal, buildings were designed to compare the seismic performance of SFTS-RSLs and SFTSs. Several sub-structures were selected from the design buildings and finite element models (FEMs) were established to study their hysteretic behavior. Static pushover and dynamic analyses were undertaken in comparing seismic performance of the FEMs for each building. The results indicated that the SFTS-RSL and SFTS had similar initial lateral stiffness. Compared with SFTS, SFTS-RSL had lower yield strength and maximum strength, but higher ductility and energy dissipation capacity. During earthquakes, SFTS-RSL had lower interstory drift, maximum base shear force and story shear force compared with the SFTS. Placing a shear link at the beam mid-span did not increase shear lag effects for the structure. The SFTS-RSL concentrates plasticity on the shear link. Other structural components remain elastic during seismic loading. It is expected that the SFTS-RSL will be a reliable dual resistant system. It offers the benefit of being able to repair the structure by replacing damaged shear links after earthquakes.
The paper presents a simplified force-based seismic design procedure for the preliminary design of steel haunch retrofitting for the seismic upgrade of deficient RC frames. The procedure involved constructing a site-specific seismic design spectrum for the site, which is transformed into seismic base shear coefficient demand, using an applicable response modification factor, that defines base shear force for seismic analysis of the structure. Recent experimental campaign; involving shake table testing of ten (10), and quasi-static cyclic testing of two (02), 1:3 reduced scale RC frame models, carried out for the seismic performance assessment of both deficient and retrofitted structures has provided the basis to calculate retrofit-specific response modification factor Rretrofitted. The haunch retrofitting technique enhanced the structural stiffness, strength, and ductility, hence, increased the structural response modification factor, which is mainly dependent on the applied retrofit scheme. An additional retrofit effectiveness factor (ΩR) is proposed for the deficient structure's response modification factor Rdeficient, representing the retrofit effectiveness (ΩR=Rretrofitted /Rdeficient), to calculate components' moment and shear demands for the retrofitted structure. The experimental campaign revealed that regardless of the deficient structures' characteristics, the ΩR factor remains fairly the unchanged, which is encouraging to generalize the design procedure. Haunch configuration is finalized that avoid brittle hinging of beam-column joints and ensure ductile beam yielding. Example case study for the seismic retrofit designs of RC frames are presented, which were validated through equivalent lateral load analysis using elastic model and response history analysis of finite-element based inelastic model, showing reasonable performance of the proposed design procedure. The proposed design has the advantage to provide a seismic zone-specific design solution, and also, to suggest if any additional measure is required to enhance the strength/deformability of beams and columns.
This paper presents experimental results of a series of 1-g shaking table model tests performed on end-bearing single piles and pile groups to investigate the effect of particle size on the dynamic behavior of soil-pile systems. Two soil-pile models were tested twice: first using Jumoonjin sand, and second using Australian Fine sand. In the case of single-pile models, the lateral displacement was almost within 1% of pile diameter which corresponds to the elastic range of the pile. The back-calculated p-y curves show that the subgrade reaction of the Jumoonjin-sand-model ground was larger than that of the Australian Fine-sand-model ground at the same displacement. This phenomenon means that the stress-strain behavior of Jumoonjin sand was initially stiffer than that of Australian Fine sand. This difference was also confirmed by resonant column tests and compression triaxial tests. And the single pile p-y backbone curves of the Australian fine sand were constructed and compared with those of the Jumoonjin sand. As a result, the stiffness of the p-y backbone curves of Jumunjin sand was larger than those of Australian fine sand. Therefore, using the same p-y curves regardless of particle size can lead to inaccurate results when evaluating dynamic behavior of soil-pile system. In the case of the group-pile models, the lateral displacement was much larger than the elastic range of pile movement at the same test conditions in the single-pile models. The back-calculated p-y curves in the case of group pile models were very similar in both sands because the stiffness difference between the Jumoonjin-sand-model ground and the Australian Fine-sand-model ground was not significantly large at a large strain level, where both sands showed non-linear behavior. According to a series of single pile and group pile test results, the evaluation group pile effect using the p-multiplier can lead to inaccurate results on dynamic behavior of soil-pile system.
Park, Jung Woo;Lee, Jae Uk;Park, Jin Young;Lee, Young Hak;Kim, Heecheul
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.455-462
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2013
The effects of earthquakes can be devastating especially to existing structures that are not based on earthquake resistant design. This study proposes a steel grid shear wall that can provide a sufficient lateral resistance and can be used as a seismic retrofit method. The pushover analysis was performed on RC structure with and without the proposed steel grid shear wall. Obtain the performance point that the target structure for seismic loads applied to evaluate the response and performance levels. The capacity spectrum at performance point is nearly elastic range, so satisfied the performance objectives(LS level). And response modification factor(R factor) were calculated from the pushover analysis. The R factor approach is currently implemented to reflect inelastic ductile behavior of the structures and to reduce elastic spectral demands from earthquakes to the design level. The R factor increases from 2.17 to 3.25 was higher than the design criteria. As a result, according to reinforcement by steel grid shear wall, strength, stiffness, and ductility of the low-rise RC structure has been appropriately improved.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.1
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pp.55-62
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2002
The upper wall-lower frame structures(mixed building structures) are usually composed of shear wall structure in the upper part of structure which is used as residential space and frame structure in the lower part of structure which is used as commercial space centering around the transfer system in the lower part of structure. These structures are characteristics of stiffness irregularity, mass irregularity, and vertical geometric irregularity. The purpose of this study is to investigate the nonlinear response characteristics and the seismic capacity of mixed building structures when the number of stories in the lower frame is varied. The conclusions of this study are following. 1) As the result of push-over analysis of structure such as roof drift(i.e. roof displacement/structural height) and base shear coefficient, when the stories of lower frame system are increased, base shear coefficient is decreased, but roof drift is increased. 2) According to an increase in stories of the lower fame, story drift and ductility ratio of upper wall system are decreased and behavior of upper wall system is closed to elastic. 3) When the stories of lower frame system are increased, the excessive story drift is concentrated on the lower frame system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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