Global and local behaviors of a lightly RC shear walls are investigated in this paper. For the sake of cyclic behaviors, nominal ground accelerations of 0.15 g, 0.40 g and 0.55 g which associated with natural periods of the walls are applied as listed in French CAMUS-2000 shake table test. Modified Kent & Park model, Drucker-Prager model for concrete material and $Giufr\acute{e}$-Menegotto-Pinto model for rebar are used for time history analyses using fiber/solids elements respectively. Alternatively, Eulerian beam analysis are discussed by imposing inelastic hinges at the most possible plastic hinge location using modified Takeda's trilinear model with stiffness reduction. Relative displacements, base shears, bending moments of 5-story shear building with 36-tons of mass under bi-lateral seismic excitation are extracted and compared with EC-8, PS-92 and KBC-09 provisions. Multi-scaled degradation process; material damage, elemental fracture and structural failure in turn is discussed in the view of numerical accuracy, efficiency and limitation depending on three different model-based analyses.
Karimiyan, Somayyeh;Moghadam, Abdolreza S.;Vetr, Mohammad G.
Earthquakes and Structures
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v.5
no.3
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pp.277-296
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2013
Margin of safety against potential of progressive collapse is among important features of a structural system. Often eccentricity in plan of a building causes concentration of damage, thus adversely affects its progressive collapse safety margin. In this paper the progressive collapse of symmetric and asymmetric 3-story reinforced concrete ordinary moment resisting frame buildings subjected to the earthquake ground motions are studied. The asymmetric buildings have 5%, 15% and 25% mass eccentricity. The distribution of the damage and spread of the collapse is investigated using nonlinear time history analyses. Results show that potential of the progressive collapse at both stiff and flexible edges of the buildings increases with increase in the level of asymmetry in buildings. It is also demonstrated that "drift" as a more easily available global response parameter is a good measure of the potential of progressive collapse rather than much difficult-to-calculate local response parameter of "number of collapse plastic hinges".
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.1
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pp.105-112
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2013
This paper presents the structural design and finite element analysis of precision stage based on a double triangular parallel mechanism for precision positioning and large force generation. Recently, with the acceleration of miniaturization in mobile appliances, the demand for precision aligning and bonding has been increasing. Such processes require both high precision and large force generation, which are difficult to obtain simultaneously. This study aimed at constructing a precision stage that has high precision, long stroke, and large force generation. Actuators were tactically placed and flexure hinges were carefully designed by optimization process to constitute a parallel mechanism with a double triangular configuration. The three actuators in the inner triangle function as an in-plane positioner, whereas the three actuators in the outer triangle as an out-of-plane positioner. Finite element analysis is performed to validate load carrying performances of the developed precision stage.
This paper provides an analysis of the transient behaviour of a right-angled bent cantilever beam subjected to a suddenly applied force at its tip perpendicular to its plane. Based on a rigid, perfectly plastic material model, a double-hinge mechanism is required to complete the possible deformation under a rectangular force pulse (constant force applied for a finite duration) with a four-phase response mode. The kinematics of the various response phases are described and the partitioning of the input energy at the plastic hinges during the motion is evaluated.
Simplifier assumptions which are used in numerical studies of progressive collapse phenomenon in structures indicate inconsistency between the numerical and experimental full-scale results. Neglecting the effects of infill panels and two-dimensional simulation are some of these assumptions. In this study, an existing seismically code-designed steel building is analyzed with alternate path method (AP) to assess its resistance against progressive collapse. In the AP method, the critical columns be removed immediately and stability of the remaining structure is investigated. Analytical macro-model based on the equivalent strut approach is used to simulate the effective infill panels. The 3-dimentional nonlinear dynamic analysis results show that modeling the slabs and infill panels can increase catenary actions and stability of the structure to resist progressive collapse even if more than one column removed. Finally, a formula is proposed to determine potential of collapse of the structure based on the quantity and quality of the produced plastic hinges in the connections.
In this study, a well-established model and a new simplified version of it, that help avoid collapses in reinforced concrete structures during strong earthquakes, are presented and discussed. Using this model, the initial formation of plastic hinges and the final concentration of the damages only in beams are accurately assured. The model also assures that the columns and the beam-column joints can remain intact. This model can be applied for the design of modern R/C structures, as well as for the design of strengthening schemes of old R/C structures by the use of reinforced concrete jackets. The model can also predict the form of earthquake damages in old structures but also earthquake damages in the modern structures.
Supplemental passive dampers are widely employed to improve the structural performance of buildings under seismic excitations. Nevertheless, the added damping could be counter-productive if the axial forces induced by the damper reaction forces are not routed properly in the columns. A few researchers engaged to optimize the width-wise damper arrangement to improve the delivered path of the axial column forces. However, most of these studies are limited under the design-based seismic level and few of them has evaluated the collapse performance of buildings under strong earthquakes. In this paper, the strategic width-wise placement method of viscous dampers is explored regarding the building performance under collapse state. Two realistic steel buildings with different storeys are modelled and compared to explore higher mode effects. Each building is designed with four different damper arrangement scenarios based on a classic damper distribution method. Both a far-fault and a near-fault seismic environment are considered for the buildings. Incremental Dynamic Analysis (IDA) is performed to evaluate the probability of collapse and the plastic mechanism of the retrofitted steel buildings.
The slim-floor solution provides an efficient alternative to the classic slab-over-beam configuration due to architectural and structural benefits. Two deficiencies can be identified in the current state-of-art: (i) the technique is limited to nonseismic applications and (ii) the lack of information on moment-resisting slim-floor beam-to-column joints. In the seismic design of framed structures, continuous beam-to-column joints are required for plastic hinges to form at the ends of the beams. The present paper proposes a slim-floor technical solution capable of expanding the current application of slim-floor joints to seismic-resistant composite construction. The proposed solution relies on a moment-resisting connection with a thick end-plate and large-diameter bolts, which are used to fulfill the required strength and stiffness characteristics of continuous connections, while maintaining a reduced height of the configuration. Considering the proposed novel solution and the variety of parameters that could affect the behavior of the joint, experimental and numerical validations are compulsory. Consequently, the current paper presents the experimental and numerical investigation of two slim-floor beam-to-column joint assemblies. The results are discussed in terms of moment-rotation curves, available rotational capacity and failure modes. The study focuses on developing reliable slim-floor beam joints that are applicable to steel building frame structures located in seismic regions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.2
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pp.187-192
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2016
While structures are designed within elastic range by other designs, plastic behavior of structures should be verified and controlled in order to prevent structural collapse by the earthquake resistant design. No Collapse Requirement for typical bridges is to avoid falling down of superstructure by way of plastic behavior of certain structural elements and to operate emergency vehicles after earthquake. Such plastic behavior is restricted to connections or pier columns and appropriate measures are required for each case. Earthquake Resistant Design part of Roadway Bridge Design Code provides design processes for Ductile Collapse Mechanism by forming plastic hinges at pier columns. Also for bridges with reinforced concrete piers ductility-based design processes are provided as an appendix constructing Brittle Collapse Mechanism with connection yielding. In this study, a typical bridge with steel bearing connections and reinforced concrete piers is selected and No Collapse Design procedure considering both Ductile and Brittle Collapse Mechanism is proposed together with revisions required for the Earthquake Resistant Design part.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.1
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pp.132-138
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2011
A micromachined silicon accelerometer capable of surviving and detecting very high accelerations(up to 200,000 times the gravitational acceleration) is necessary for a high impact accelerometer for earth-penetration weapons applications. We adopted as a reference model a piezoresistive type silicon micromachined high-shock accelerometer with a bonded hinge structure and performed structural analyses such as stress, modal, and transient dynamic responses and sensor sensitivity simulation for the selected device using piezoresistive-structural coupled-field analysis. In addition, structural optimization was introduced to improve the performances of the accelerometer against the initial design of the reference model. The design objective here was to maximize the sensor sensitivity subject to a set of design constraints on the impact endurance of the structure, dynamic characteristics, the fundamental frequency and the transverse sensitivities by changing the dimensions of the width, sensing beams, and hinges which have significant effects on the performances. Through the optimization, we could increase the sensor sensitivity by more than 70% from the initial value of $0.267{\mu}V/G$ satisfying all the imposed design constraints. The suggested simulation and optimization have been proved very successful to design high impact microaccelerometers and therefore can be easily applied to develop and improve other piezoresistive type sensors and actuators.
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