Nowadays, many engineers believe that hybrid structures with reinforced concrete central core walls and perimeter steel frames offer an economical method to develop the strength and stiffness required for seismic design. As a result, a variety of such structures have recently been applied in actual construction. However, the performance-based seismic design of such structures has not been investigated systematically. In the performance-based seismic design, quantifying the seismic damage of complete structures by damage indices is one of the fundamental issues. Four damage states and the final softening index at each state for high-rise hybrid structures are suggested firstly in this paper. Based on nonlinear dynamic analysis, the relation of the maximum inter-story drift, the main structural characteristics, and the final softening index is obtained. At the same time, the relation between the maximum inter-story drift and the maximum roof displacement over the height is also acquired. A double-variable index accounting for maximum deformation and cumulative energy is put forward based on the pushover analysis. Finally, a case study is conducted on a high-rise hybrid structure model tested on shaking table before to verify the suggested quantities of damage indices.
In the present work, a new global damage index is proposed for the seismic performance and failure analysis of concrete gravity dams. Unlike the existing indices of concrete structures, this index doesn't need scaling with an ultimate or an upper value. For this purpose, the Beni-Haroun dam in north-eastern Algeria, is considered as a case study, for which an average seismic capacity curve is first evaluated by performing several incremental dynamic analyses. The seismic performance point of the dam is then determined using the N2 method, considering multiple modes and taking into account the stiffness degradation. The seismic demand is obtained from the design spectrum of the Algerian seismic regulations. A series of recorded and artificial accelerograms are used as dynamic loads to evaluate the nonlinear responses of the dam. The nonlinear behaviour of the concrete mass is modelled by using continuum damage mechanics, where material damage is represented by a scalar field damage variable. This modelling, which is suitable for cyclic loading, uses only a single damage parameter to describe the stiffness degradation of the concrete. The hydrodynamic and the sediment pressures are included in the analyses. The obtained results show that the proposed damage index faithfully describes the successive brittle failures of the dam which increase with increasing applied ground accelerations. It is found that minor damage can occur for ground accelerations less than 0.3 g, and complete failure can be caused by accelerations greater than 0.45 g.
In civil engineering, probabilistic seismic risk assessment is used to predict the economic damage to a lifeline system of possible future earthquakes. The results are used to plan mitigation measures and to strengthen the structures where necessary. Instead, after an earthquake public authorities need mathematical models that compute: the damage caused by the earthquake to the individual vulnerable components and links, and the global behavior of the lifeline system. In this study, a framework that was developed and used for prediction purpose is modified to assess the consequences of an earthquake in quasi real-time after such earthquake happened. This is possible because nowadays entire seismic regions are instrumented with tight networks of strong motion stations, which provide and broadcast accurate intensity measure maps of the event to the public within minutes. The framework uses the broadcasted map and calculates the damage to the lifeline system and its component in quasi real-time. The results give the authorities the most likely status of the system. This helps emergency personnel to deal with the damage and to prioritize visual inspections and repairs. A highway transportation network is used as a test bed but any lifeline system can be analyzed.
This research presents the design and numerical assessment of composite steel-concrete frame structures with welded dissipative fuses. The assessment has been carried out based on linear response spectrum, nonlinear static pushover and time history procedures. The analytical expressions which define the envelope of the nonlinear response of the dissipative fuses are first presented and calibrated against experimental results available in literature. The assessment is then carried out according to a design methodology proposed herein. Outcomes of the numerical assessment indicate that the use of welded dissipative fuses successfully limited damage within the replaceable parts. Furthermore, although structures with dissipative fuses present lower strength and, generally, lower displacement capacity, their displacement ductility and global dissipative performance are generally higher than conventional structures, especially when the structure with dissipative fuses presents a dissipative configuration adjusted to the bending moment distribution diagram calculated for the applied seismic action.
Numerical simulation of the non-linear behavior of (RC) structural walls subjected to severe earthquake ground motions requires a reliable modeling approach that includes important material characteristics and behavioral response features. The objective of this paper is to optimize a simplified method for the assessment of the seismic response and damage development analyses of an RC structural wall building using macro-element model. The first stage of this study investigates effectiveness and ability of the macro-element model in predicting the flexural nonlinear response of the specimen based on previous experimental test results conducted in UCLA. The sensitivity of the predicted wall responses to changes in model parameters is also assessed. The macro-element model is next used to examine the dynamic behavior of the structural wall building-all the way from elastic behavior to global instability, by applying an approximate Incremental Dynamic Analysis (IDA), based on Uncoupled Modal Response History Analysis (UMRHA), setting up nonlinear single degree of freedom systems. Finally, the identification of the global stiffness decrease as a function of a damage variable is carried out by means of this simplified methodology. Responses are compared at various locations on the structural wall by conducting static and dynamic pushover analyses for accurate estimation of seismic performance of the structure using macro-element model. Results obtained with the numerical model for rectangular wall cross sections compare favorably with experimental responses for flexural capacity, stiffness, and deformability. Overall, the model is qualified for safety assessment and design of earthquake resistant structures with structural walls.
Methods based on nonlinear static analysis as simple tools could be used for the seismic analysis and assessment of structures. In the present study, capability of the N2 method as a well-known nonlinear analysis procedure examines for the estimation of the damage index of multi-storey reinforced concrete frames. In the implemented framework, equivalent single-degree-of-freedom (SDOF) models are utilized for the global damage estimation of multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. This method does not require high computational analysis and subsequently decreases the required time of seismic design and assessment process. To develop the methodology, RC frames with period range from 0.4 to 2.0 s under 40 records are studied. The effectiveness of proposed technique is evaluated through numerical study under near- and far-field earthquake ground motions. Finally, the results of developed models are compared with two other simplified schemes along with nonlinear time history analysis results of multi-storey frames. To improve the accuracy of damage estimation, a modified relation is presented based on the N2 method results for near- and far-field earthquakes.
강구조물과 부재들의 지진 손상도 평가법에 새롭게 접근하기 위하여 강한 지진하중을 받는 강재 교각에 대해 수치해석을 수행하였다. 새로운 손상도 평가법에서 파괴 상태에 대한 기준은 지진하중이 재하되는 동안에 응력집중이 가장 심한 단면의 한 부분에서 누적소성변형율의 값이 90%에 이르게 되는 때를 의미한다. 단주기 특성의 지진하중에 대해서는 소성변형율의 누적에 의한 국부좌굴 파괴보다는 허용변위를 초과하는 전체좌굴에 의한 파괴가 지배적인 것으로 밝혀졌다. 장주기 특성의 지진하중에 대해서는 소성변형율이 강재교각 하부의 모서리 부분 요소에 누적되면서 누적 소성변형율에 의한 국부좌굴로 파괴되는 결과를 보였다.
The aim of the present contribution is to consider and underline the essential interactions among the historical knowledge, the seismic vulnerability assessment, the investigation experimental tools, the preservation of the architectural quality and the strengthening design in regard to architectural heritage conservation. These topics are argued in relation to Palazzo Murena in Perugia, designed in the eighteenth century by the famous Architect Luigi Vanvitelli, and currently headquarters of the city's University. Based on the surveys and the visual inspections, a preliminary a priori global analysis has been performed by means of the FME method. The obtained results permitted to plan an experimental tests campaign inclusive of structural health monitoring. The new achieved "knowledge" of the building allowed to refine the seismic safety assessment. In particular it was highlighted that the "mezzanine floor" can be a vulnerable element of the building with the collapse of its masonry walls. Preserving the architectural characteristics, a local reinforcement intervention is proposed for the above-mentioned level; this consists of the application of plaster with FRCM, assuring an adequate strength, without burden the masonry structure with additional weight, and therefore a decreasing of the seismic vulnerability. The necessity to consider, in this ongoing research, other local mechanisms is highlighted in the unfolding of the last part of work.
This study focuses on the earthquake performance of two URM buildings having typical architectural configurations common for residential use constructed per pre-modern code in Albania. Both buildings are unreinforced clay brick masonry structures constructed in 1960 and 1984, respectively. The first building is a three-storey unreinforced one with masonry walls. The second one is confined masonry rising on five floors. Mechanical characteristics of masonry walls were determined based on experimental tests conducted according to ASTM C67-09 regulations. A global numerical model of the buildings was built, and masonry material was simulated as nonlinear. Pushover analyses are carried out to obtain capacity curves. Displacement demands were calculated according to Eurocode 8 and FEMA440 guidelines. Causes of building failures in recent earthquakes were examined using the results of this study. The results of the study showed that the URM building displays higher displacement and shear force demands that can be directly related to damage or collapse. On the other hand, the confined one exhibits relatively higher seismic resistance by indicating moderate damage. Moreover, effects of demand estimation approaches on performance assessment of URM buildings were compared. Deficiencies and possible solutions to improve the capacity of such buildings were discussed.
The emerging sensor-based structural health monitoring (SHM) technology has a potential for cost-effective maintenance of aging civil infrastructure systems. The author proposes to integrate continuous and global monitoring using on-structure sensors with targeted local non-destructive evaluation (NDE). Significant technical challenges arise, however, from the lack of cost-effective sensors for monitoring spatially large structures, as well as reliable methods for interpreting sensor data into structural health conditions. This paper reviews recent efforts and advances made in addressing these challenges, with example sensor hardware and health monitoring software developed in the author's research center. The hardware includes a novel fiber optic accelerometer, a vision-based displacement sensor, a distributed strain sensor, and a microwave imaging NDE device. The health monitoring software includes a number of system identification methods such as the neural networks, extended Kalman filter, and nonlinear damping identificaiton based on structural dynamic response measurement. These methods have been experimentally validated through seismic shaking table tests of a realistic bridge model and tested in a number of instrumented bridges and buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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