Deformational characteristics of soils, often expressed in terms of shear modulus and material damping ratios, are important parameters in the design of soil-structure systems subjected to cyclic and dynamic loadings. In this paper, deformational characteristics of dry sand at small to intermediate strains were investigated using resonant column/torsional shear(RC 175) apparatus. Both resonant column(dynamic) and torsional shear (cyclic) tests were performed in a sequential series on the same specimen. With the modification of motion monitoring system, the elastic zone, where the stress strain relationship is independent of loading cycles and strain amplitude, was veri tied and hysteretic damping was found even in this zone. At strains above cyclic threshold, shear modulus increases and damping ratio decreases with increasing number of loading cycles. Moduli and damping ratios of dry sand are independent of loading frequency and values obtained from pseudostatic torsional shear tests are Identical with the values from the dynamic resonant column test, provided the effect of number of loading cycles is considered in the conlparison. Therefore, deformational characteristics determined by RC/TS tests may be applied in both dynamic and static analyses of soil-structure systems.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.3
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pp.58-65
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2016
Various passive energy dissipation systems have been proposed and widely applied to real building structures under seismic load due to their high energy-dissipation potential and low cost for installation and maintenance. This paper presents nonlinear dynamic analysis results of the effectiveness of exterior-installed Kagome damping system(EKDS) in passively reducing seismic response. Kagome damping system proposed by previous studies has isotropic and bi-linear hysteretic characteristics and the installation configuration is newly presented in this study. The 15 and 20 story RC framed apartment buildings are used for verifying the effectiveness of the EKDS. The stiffness ratio of the damper supporting column to the original building, the number of the dampers, and the installed stories were considered as design parameters. Numerical results demonstrated that the EKDS were very effective in reducing both the two horizontal directional seismic responses by just using smaller number of exterior-installed damping system when compared to the traditional one-directional inter-story installed damping systems.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.95-111
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1998
In this study, the concepts and procedures of the seismic damage analysis methods are examined for both the element-level and the system-level. The seismic damage analysis at the element-level is performed for several example structures using existing method for structural elements or single-degree-of-freedom (SDOF) systems such as the Park and Ang method. In order to analyze seismic damage at the system-level, two types of procedures are used. In the first type of procedure, the system-level seismic responses can be estimated by using the system representative response method(SRRM), or the equivalent SDOF system response method (ESDOF-SRM). Then, the system-level seismic damage is analyzed from the system-level seismic responses using existing method for structural elements or SDOF systems. IN the second type of procedure, the system-level seismic damages are analyzed using the element damage combination method (EDCM) combing the element-level damage indices determined by existing method. To compare tendency of the seismic damage analysis using each methods, example analysis is accomplished for several cases of different structures and different earthquake excitation.
One of the next frontiers in structural wind engineering is the design of tall buildings using performance-based approaches. Currently, tall buildings are being designed using provisions in the building codes and standards to meet an acceptable level of public safety and serviceability. However, recent studies in wind and earthquake engineering have highlighted the conceptual and practical limitations of the code-oriented design methods. Performance-based wind design (PBWD) is the logical extension of the current wind design approaches to overcome these limitations. Towards the development of PBWD, in this paper, we systematically review the advances made in this field, highlight the research gaps, and provide a basis for future research. Initially, the anatomy of the Wind Loading Chain is presented, in which emphasis was given to the early works of Alan G. Davenport. Next, the current state of practice to design tall buildings for wind load is presented, and its limitations are highlighted. Following this, we critically review the state of development of PBWD. Our review on PBWD covers the existing design frameworks and studies conducted on the nonlinear response of structures under wind loads. Thereafter, to provide a basis for future research, the nonlinear response of simple yielding systems under long-duration turbulent wind loads is studied in two phases. The first phase investigates the issue of damage accumulation in conventional structural systems characterized by elastic-plastic, bilinear, pinching, degrading, and deteriorating hysteretic models. The second phase introduces methods to develop new performance objectives for PBWD based on joint peak and residual deformation demands. In this context, the utility of multi-variate demand modeling using copulas and kernel density estimation techniques is presented. This paper also presents joined fragility curves based on the results of incremental dynamic analysis. Subsequently, the efficiency of tuned mass dampers and self-centering systems in controlling the accumulation of damage in wind-excited structural systems are investigated. The role and the need for explicit modeling of uncertainties in PBWD are also discussed with a case study example. Lastly, two unified PBWD frameworks are proposed by adapting and revisiting the Wind Loading Chain. This paper concludes with a summary and a proposal for future research.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.6
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pp.75-84
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2010
In current seismic design provisions, a reduced beam section with bolted web (RBS-B) connections is only permitted for intermediate moment frames (IMF). This study evaluated the seismic performance of steel moment resisting frame systems having RBS-B connections designed according to current seismic design provisions. For this purpose, 12 archetypal IMF systems having two different span lengths (9m, 6m) were designed considering two design load levels (SDC $C_{max}$, SDC $C_{min}$). A nonlinear analytical model that can simulate hysteretic behavior of an RBS-B connection was also developed in this study. The procedures specified in ATC 63 are used to conduct a seismic performance evaluation. Moreover, this study conducts the seismic performance evaluation of IMF systems designed according to a new design method proposed by the authors in the previous study. It was observed that several model frames designed according to current seismic design provisions did not provide satisfactory collapse margin ratios (ACMR). This study also showed that the model frames designed according to the new design procedures had a sufficient ACMR.
Han, Sang Whan;Yu, Kyung Hwan;Kang, Dong Hun;Lee, Ki Hak;Shin, Myung Su
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.2
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pp.55-62
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2015
Shear wall systems behave as individual wall because of openings like window and elevator cage. When coupling beams are installed in shear walls, they will have high strength and stiffness so that be less damaged by lateral loads like earthquake. However, coupling beam is difficult construction method. And arranging reinforcement of slender coupling beams are especially hard. It is because the details of coupling beam provided by ACI 318 are complex. In this paper, experiments were conducted using coupling beams with 3.5 aspect ratio to improve the details of slender coupling beams provided by ACI 318. Two specimens were proposed for this study. One specimen applied with bundled diagonally reinforcement only. Another specimen applied both bundled diagonally reinforcement and High-Performance Fiber Reinforced Cementitious Composite (HPFRCC) so that coupling beams have half of transverse reinforcement. All specimen were compared with a coupling beam designed according to ACI 318 and were evaluated with hysteretic behaviors. Test results showed that the performance of two specimen suggested in this study were similar to that of coupling beam designed according to current criteria. And it was considered that simplification of the details of reinforcement would be available if transverse reinforcement was reduced by using bundled diagonally reinforcement and HPFRCC.
Polymer actuators, which are also called as smart materials, change their shapes when electrical, chemical, thermal, or magnetic energy is applied to them and are useful in wide variety of applications such as microelectromechanical systems (MEMS), machine components, and artificial muscles. For this study, Polyaniline/carbon-nanotube polymer actuator that is one of electroactive polymer actuators was prepared. Since the nonlinear phenomena of hysteresis and a step response are essential considerations for practical use of polymer actuators, we have investigated the movement of the Polyaniline/carbon-nanotube polymer actuator and have developed an integrated model that can be used for simulating and predicting the hysteresis and a step response during actuation. The Preisach hysteresis model, one of the most popular phenomenological models of hysteresis, were used for describing the hysteretic behavior of Polyaniline/carbon-nanotube polymer actuator while the ARX method, one of system identification techniques, were used for modeling a step response. In this paper, we first expain details in preparation of the Polyaniline/carbon-nanotube polymer then present the mathematical description of our model, the extraction of the parameters, simulation results from the model, and finally a comparison with measured data.
Torra, Vicenc;Carreras, Guillem;Casciati, Sara;Terriault, Patrick
Smart Structures and Systems
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v.13
no.3
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pp.353-374
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2014
Recent studies were dedicated to the realization of measurements on stay-cable samples of different geometry and static conditions as available at several facilities. The elaboration of the acquired data showed a a satisfactory efficacy of the dampers made of NiTi wires in smoothing the cable oscillations. A further attempt to investigate the applicability of the achieved results beyond the specific case-studies represented by the tested cable-stayed samples is herein pursued. Comparative studies are carried out by varying the diameter of the NiTi wire so that similar measurements can be taken also from laboratory steel cables of reduced size. Details of the preparation of the Ni-Ti wires are discussed with particular attention being paid to the suppression of the creep phenomenon. The resulting shape of the hysteretic cycle differs according to the wire diameter, which affects the order of the fitting polynomial to be used when trying to retrieve the experimental results by numerical analyses. For a NiTi wire of given diameter, an estimate of the amount of dissipated energy per cycle is given at low levels of maximum strain, which correspond to a fatigue fracture life of the order of millions of cycles. The dissipative capability is affected by both the temperature and the cycling frequency at which the tests are performed. Such effects are quantified and an ageing process is proposed in order to extend the working temperature range of the damper to cold weathers typical of the winter season in Northern Europe and Canada. A procedure for the simulation of the shape memory alloy behavior in lengthy cables by finite element analysis is eventually outlined.
Recent seismic events occurred in Italy (Emilia-Romagna 2012, Abruzzo 2009) and worldwide (New Zealand 2010 and 2011) highlighted some of the weaknesses of precast concrete industrial buildings, especially those related to the connecting systems traditionally employed to fasten the cladding panels to the internal framing. In fact, one of the most commons fails it is possible to observe in such structural typologies is related to the out-of-plane collapse of the external walls due to the unsatisfactory behaviour of the connectors used to join the panels to the perimeter beams. In this work, the strengthening of a traditional industrial building, assumed as a case study, made by precast reinforced concrete is proposed by the adoption of a dual system allowing the reinforcement of the structure by acting both internally; by pendular columns and, externally, on the walls. In particular, traditional connections at the top of the walls are substituted by devices able to work as a slider with vertical axis while, the bottom of the walls is equipped with two or more hysteretic dampers working on the uplift of the cladding panels occurring under seismic actions. By means of this approach, the structure is stiffened; obtaining a reduction of the lateral drifts under serviceability limit states. In addition, its seismic behaviour is improved due to the additional source of energy dissipation represented by the dampers located at the base of the walls. The effectiveness of the suggested retrofitting approach has been checked by comparing the performance of the retrofitted structure with those of the structure unreinforced by means of both pushover and Incremental Dynamic Analyses (IDA) in terms of behaviour factor, assumed as a measure of the ductility capacity of the structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.4
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pp.37-48
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2010
The seismic control effect of reinforced concrete structures with low energy dissipating capacity due to stiffness degradation is investigated through nonlinear time history analysis. The primary structure is idealized as a SDOF system of modified Takeda hysteresis rule and an elasto-perfectly-plastic nonlinear spring is added to represent a hysteretic damping device. Based on statistics of the numerical analysis, equivalent linearization techniques are evaluated, and empirical equations for response prediction are proposed. As a result, estimation of the ductility demand with proposed empirical equations is more desirable than the equivalent linearization techniques. The optimal yield strengths based on empirical equations are significantly different from the optimal yield strength of elasto-perfectly-plastic systems. Also, the results indicate that the reduction effect of the ductility demand is more remarkable for smaller natural periods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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