Pushover analysis captures the behavior of a structure from fully elastic to collapse. In this analysis, the structure is subjected to increasing lateral load with constant gravity one. Neglecting the effects of the higher modes and the changes in the vibration characteristics during the nonlinear analysis are the main obstacles of the proposed lateral load patterns. To overcome these drawbacks, whereas some methods have been presented to achieve updated lateral load distribution, these methods are not precisely capable to predict the response of structures, precisely. In this study, a new method based on optimization procedure is developed to obtain a lateral load pattern for which the difference between the floor displacements of pushover and Nonlinear Dynamic Analyses (NDA) is minimal. For this purpose, an optimization problem is considered and the genetic algorithm is applied to calculate optimal lateral load pattern. Three special moment resisting steel frames with different dynamic characteristics are simulated and their optimal load patterns are derived. The floor displacements of these frames subjected to the proposed and conventional load patterns are acquired and the accuracy of them is evaluated via comparing with NDA responses. The outcomes reveal that the proposed lateral load distribution is more accurate than the previous ones.
Bubryur Kim;K.R. Sri Preethaa;Zengshun Chen;Yuvaraj Natarajan;Gitanjali Wadhwa;Hong Min Lee
Wind and Structures
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v.36
no.6
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pp.379-392
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2023
Structural health monitoring is used to ensure the well-being of civil structures by detecting damage and estimating deterioration. Wind flow applies external loads to high-rise buildings, with the horizontal force component of the wind causing structural displacements in high-rise buildings. This study proposes a deep learning-based predictive model for measuring lateral displacement response in high-rise buildings. The proposed long short-term memory model functions as a sequence generator to generate displacements on building floors depending on the displacement statistics collected on the top floor. The model was trained with wind-induced displacement data for the top floor of a high-rise building as input. The outcomes demonstrate that the model can forecast wind-induced displacement on the remaining floors of a building. Further, displacement was predicted for each floor of the high-rise buildings at wind flow angles of 0° and 45°. The proposed model accurately predicted a high-rise building model's story drift and lateral displacement. The outcomes of this proposed work are anticipated to serve as a guide for assessing the overall lateral displacement of high-rise buildings.
Earthquake response of mid-rise to high-rise buildings provided with friction dampers is investigated. The steel buildings are modelled as shear-type structures and the investigation involved modelling of the structures of varying heights ranging from five storeys to twenty storeys, in steps of five storeys, subjected to real earthquake ground motions. Three basic types of structures considered in the study are: moment resisting frame (MRF), braced frame (BF), and friction damper frame (FDF). Mathematical modelling of the friction dampers involved simulation of the two distinct phases namely, the stick phase and the slip phase. Dynamic time history analyses are carried out to study the variation of the top floor acceleration, top floor displacement, storey shear, and base-shear. Further, energy plots are obtained to investigate the energy dissipation by the friction dampers. It is seen that substantial earthquake response reduction is achieved with the provision of the friction dampers in the mid-rise and high-rise buildings. The provision of the friction dampers always reduces the base-shear. It is also seen from the fast Fourier transform (FFT) of the top floor acceleration that there is substantial reduction in the peak response; however, the higher frequency content in the response has increased. For the structures considered, the top floor displacements are lesser in the FDF than in the MRF; however, the top floor displacements are marginally larger in the FDF than in the BF.
The purpose of this study is to investigate the efficiency of various structural modeling schemes for evaluating seismic performances and fragility of the reactor containment building (RCB) structure in the advanced power reactor 1400 (APR1400) nuclear power plant (NPP). Four structural modeling schemes, i.e. lumped-mass stick model (LMSM), solid-based finite element model (Solid FEM), multi-layer shell model (MLSM), and beam-truss model (BTM), are developed to simulate the seismic behaviors of the containment structure. A full three-dimensional finite element model (full 3D FEM) is additionally constructed to verify the previous numerical models. A set of input ground motions with response spectra matching to the US NRC 1.60 design spectrum is generated to perform linear and nonlinear time-history analyses. Floor response spectra (FRS) and floor displacements are obtained at the different elevations of the structure since they are critical outputs for evaluating the seismic vulnerability of RCB and secondary components. The results show that the difference in seismic responses between linear and nonlinear analyses gets larger as an earthquake intensity increases. It is observed that the linear analysis underestimates floor displacements while it overestimates floor accelerations. Moreover, a systematic assessment of the capability and efficiency of each structural model is presented thoroughly. MLSM can be an alternative approach to a full 3D FEM, which is complicated in modeling and extremely time-consuming in dynamic analyses. Specifically, BTM is recommended as the optimal model for evaluating the nonlinear seismic performance of NPP structures. Thereafter, linear and nonlinear BTM are employed in a series of time-history analyses to develop fragility curves of RCB for different damage states. It is shown that the linear analysis underestimates the probability of damage of RCB at a given earthquake intensity when compared to the nonlinear analysis. The nonlinear analysis approach is highly suggested for assessing the vulnerability of NPP structures.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.170-177
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2000
Recently many high-rise apartment buildings are constructed using the box system which is composed only of concrete walls and slabs. Commercial softwares such as ETABS used for the analysis of high-rise apartment buildings are employing the rigid diaphragm assumption for simplicity in the analysis procedure. In general the flexural stiffness of floor slabs are ignored in the analysis, This assumption may be reasonable for the estimation of seismic response of framed structures. But in the case of the box system used in the apartment buildings floor slabs has major effects on the lateral stiffness of the structure. So if the flexural stiffness of slabs in the box system is ignored the lateral stiffness may be significantly underestimated, For these reasons it is recommended to use plate elements to represent the floor slabs. In the study A typical frame structure and a box system structure are chosen as the example structure. When a 20 story frame structure is subjected to the static lateral loads the displacements of the roof are 15.33cm and 17.52cm for the cases with and without the flexural stiffness of the floor slabs. And in case of box system the roof displacement was reduced from 16.18cm to 8.61cm The model without the flexural stiffness of floor slabs turned out to elongate the natural periods of vibration accordingly.
Acosta, Juan;Bojorquez, Eden;Bojorquez, Juan;Reyes-Salazar, Alfredo;Payan, Omar;Barraza, Manuel;Serrano, Juan
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.1
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pp.1-9
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2022
Due to the frequency and magnitude of some loads produced by gusts of turbulent wind, building floors can develop lateral displacements and significant accelerations which can produce strong inertial forces on structural, non-structural elements and occupants. A device that can help to reduce the floor accelerations is the well-known Tuned Mass Damper (TMD); however, nowadays there is no enough information about its capacity in order to dissipate energy of turbulent wind loads. For this reason, in this paper different buildings with and without TMD are modeled and dynamically analyzed under simulated wind loads in order to study the reduction of peak floor accelerations. The results indicate that peak floor accelerations can be reduced up to 40% when TMD are incorporated in the buildings, which demonstrated that the Tuned Mass Damper is an efficient device to reduce the wind effects on tall buildings.
Arched openings are generally excavated in underground construction works. Since stress distribution around openings depends on geological structure in rock mass, any shape of arched openings fully conformed with in-situ stress condition should be recommended to maintain mechanical safety of structures. Shape of arched openings is specified by both roof curvature and height-width ratio, and especially this report presents deformation behaviors related with roof curvature. Scale model tests and numerical studies of various shaped openings are conducted, where rectangular opening shows the greatest convergence. Through the anlayses of various arched opengings, as radius of roof curvature is increased, roof lowering and sidewall closure are remarkably increased, whereas floor heaving is increased little by little. By the way, it is useful that displacements of openings are roughly estimated in the stage of preliminary investigation. To find out elastic displacements of arched openings with any roof curvature, regressional formula and charts by least square method are represented. In addition elastoplastic deformation behavoirs of arched openings concerning associated adn non-associated flow rule are discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1988.10a
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pp.13-17
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1988
An efficient model for three-dimensional analysis of multistory structures with flexible floor diaphragms is proposed in this paper. Three-dimensional analysis of a building structure using a finite element model requires tedious input data preparation, longer computation time, and larger computer memory. The model proposed in this study is developed by assembling a series of two-dimensional resisting systems and is considered to overcome the shortcomings of a three-dimensional finite element model without deteriorating the accuracy of analysis results. Static and dynamic analysis results obtained using the proposed model are in excellent agreements to those obtained using three-dimensional finite element models in terms of displacements, periods, mode shapes.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.155-161
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1999
Many direct integration methods have been developed for dynamic analysis of structures, In order to compare each other methods and give guideline for selecting a time increment the amplification matrix is constructed according to algorithm of each method and stability and accuracy analysis is done. Four story shear building under external excitations is analyzed by each method and the RMS errors of displacements of top floor and compared with each other.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.4
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pp.181-186
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2013
The construction costs for nonstructural systems such as mechanical/electrical equipment, ceiling system, and piping system occupy a significant proportion of the total cost. These nonstructural systems can also cause considerable economic losses and loss of life during and after an earthquake. Therefore, reduction of seismic risk of nonstructural components has been emerging as a key aspect of research in recent year. The primary objective of this study was to evaluate the seismic performance of a single-story and multi-story piping system installed in low-rise building and to identify the seismic vulnerability of the current piping systems. The seismic performance evaluation of the piping systems was conducted with 5 different earthquakes to account for the ground motion uncertainty and the preliminary results demonstrated that the maximum displacements of each floor in the multi-story piping system increased linearly with increasing floor level in the building system. This study revealed that the current design piping systems are significantly sensitive to the effect of floor height, which stress the necessity to improve the seismic performance of the current piping systems by, for example, strengthening with seismic sway bracing using transverse/longitudinal bracing cables or hangers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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