Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.3
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pp.87-93
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2002
A procedure for figuring out proper amount of additional viscous damping required to keep the inelastic deformation of a plan-wise asymmetric structure within a given target performance point was developed. To this end the behavior of an asymmetric nonlinear structure after yielding is investigated. Then a formula for the required amount of equivalent damping was derived based on the ductility demand of the structure. The procedure was applied to a five-story asymmetric structure subjected to an earthquake load. According to the comparison with the results from the dynamic time-history analysis, the structure with viscous dampers installed in accordance with the proposed procedure showed satisfactory seismic performance in both the stiff and the flexible edges.
In this paper the progressive collapse resisting capacity of steel moment frames with MR dampers is evaluated, and a preliminary design procedure for the dampers to prevent progressive collapse is suggested. Parametric studies are carried out using a beam-column subassemblage with varying natural period, yield strength, and damper force. Then the progressive collapse potentials of 15-story steel moment frames installed with MR dampers are evaluated by nonlinear dynamic analysis. The analysis results of the model structures showed that the MR dampers are effective in preventing progressive collapse of framed structures subjected to sudden loss of a first story column. The effectiveness is more noticeable in the structure with larger vertical deflection subjected to larger inelastic deformation. The maximum responses of the structure installed with the MR dampers designed to meet a given target dynamic response factor generally coincided well with the target value on the conservative side.
Nam Young-Woo;Kang Pyeong-Doo;Jun Dae-Han;Kim Jae-Ung
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.71-78
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2005
In performance-based design methods, it is clear that the evaluation of the nonlinear response is required. The methods available to the design engineer today are nonlinear tim history analyses, or monotonic static nonlinear analyses, or equivalent static analyses with simulated inelastic influences. The nonlinear time analysis is the most accurate method in computing the nonlinear response of structures, but it is time-consuming and necessitate more efforts. Some codes proposed the capacity spectrum method based on the nonlinear static analysis to determine earthquake-induced demand given the structure pushover curve. This procedure is conceptually simple but iterative and time consuming with some errors. The nonlinear direct spectrum method is proposed and studied to evaluate nonlinear response of structures, without iterative computations, given by the structural linear vibration period and yield strength from the pushover analysis. The purpose of this paper is to compare the accuracy and the reliability of approximate nonlinear methods with respect to RC dual system and various earthquakes.
Valido, Anibal J.;Sousa, Luis G.;Cardoso, J. Barradas
Structural Engineering and Mechanics
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v.4
no.1
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pp.25-35
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1996
This paper describes a continuum variational formulation for design optimization of nonlinear structures in the elastic-plastic domain, where unloading and reloading of the structures are allowed to occur. The Total Lagrangian procedure is used for the description of the structural deformation. The direct differentiation approach is used to derive the sensitivities of the various structural response measures with respect to the design parameters. Since the material goes into the inelastic range and unloading and reloading of the structure are allowed to occur, the structural response is path dependent and an additional step is needed to integrate the constitutive equations. It can be shown, consequently, that design sensitivity analysis is also path-dependent. The theory has been discretized by the finite element technique and implemented in a structural analysis code. Mathematical programming approach is used for the optimization process. Numerical applications on trusses are performed, where cross-sectional areas and nodal point coordinates are treated as design variables. Optimal designs have been obtained and compared by using two different strategies: a two level strategy where the levels are defined accordingly the type of design variables, cross sectional areas or node coordinates, and optimizing simultaneously with respect to both types of design variables.
Haider, Syed Muhammad Bilal;Nizamani, Zafarullah;Yip, Chun Chieh
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.6
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pp.789-807
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2020
Multiple earthquakes that occur during short seismic intervals affect the inelastic behavior of the structures. Sequential ground motions against the single earthquake event cause the building structure to face loss in stiffness and its strength. Although, numerous research studies had been conducted in this research area but still significant limitations exist such as: 1) use of traditional design procedure which usually considers single seismic excitation; 2) selecting a seismic excitation data based on earthquake events occurred at another place and time. Therefore, it is important to study the effects of successive ground motions on the framed structures. The objective of this study is to overcome the aforementioned limitations through testing a two storey RC building structural model scaled down to 1/10 ratio through a similitude relation. The scaled model is examined using a shaking table. Thereafter, the experimental model results are validated with simulated results using ETABS software. The test framed specimen is subjected to sequential five artificial and four real-time earthquake motions. Dynamic response history analysis has been conducted to investigate the i) observed response and crack pattern; ii) maximum displacement; iii) residual displacement; iv) Interstorey drift ratio and damage limitation. The results of the study conclude that the low-rise building model has ability to resist successive artificial ground motion from its strength. Sequential artificial ground motions cause the framed structure to displace each storey twice in correlation with vary first artificial seismic vibration. The displacement parameters showed that real-time successive ground motions have a limited impact on the low-rise reinforced concrete model. The finding shows that traditional seismic design EC8 requires to reconsider the traditional design procedure.
Maximum deflection in a beam is a serviceability design criterion and occurs generally at or close to the mid-span. This paper presents a methodology using neural networks for rapid prediction of mid-span deflections in reinforced concrete beams subjected to service load. The closed form expressions are further obtained from the trained neural networks. The closed form expressions take into account cracking in concrete at in-span and at near the interior supports and tension stiffening effect. The expressions predict the inelastic deflections (incorporating the concrete cracking) from the elastic moments and the elastic deflections (neglecting the concrete cracking). Five separate neural networks are trained since these have been postulated to represent all beams having any number of spans. The training, validating, and testing data sets for the neural networks are generated using an analytical-numerical procedure of analysis. The proposed expressions have been verified by comparison with the experimental results reported elsewhere and also by comparison with the finite element method (FEM). The proposed expressions, at minimal input data and minimal computation effort, yield results that are close to FEM results. The expressions can be used in every day design since the errors are found to be small.
There is an ever-increasing demand for assessment of earthquake effects on transportation structures, emphasised by the crippling consequences of recent earthquakes hitting developed countries reliant on road transportation. In this work, vulnerability functions for RC bridges are derived analytically using advanced material characterisation, high quality earthquake records and adaptive inelastic dynamic analysis techniques. Four limit states are employed, all based on deformational quantities, in line with recent development of deformation-based seismic assessment. The analytically-derived vulnerability functions are then compared to a data set comprising observational damage data from the Northridge (California 1994) and Hyogo-ken Nanbu (Kobe 1995) earthquakes. The good agreement gives some confidence in the derived formulation that is recommended for use in seismic risk assessment. Furthermore, by varying the dimensions of the prototype bridge used in the study, and the span lengths supported by piers, three more bridges are obtained with different overstrength ratios (ratio of design-to-available base shear). The process of derivation of vulnerability functions is repeated and the ensuing relationships compared. The results point towards the feasibility of deriving scaling factors that may be used to obtain the set of vulnerability functions for a bridge with the knowledge of a 'generic' function and the overstrength ratio. It is demonstrated that this simple procedure gives satisfactory results for the case considered and may be used in the future to facilitate the process of deriving analytical vulnerability functions for classes of bridges once a generic relationship is established.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.6
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pp.17-24
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2003
The main objective of this paper is to evaluate the control performance of a coulomb friction damper(CFD) for controlling the inelastic behavior of seismically excited structures, The seismic performances of various buildings are evaluated using capacity spectrum method(CSM), and the additional dampings are calculated If the evaluated performance levels of the buildings are below the target level. Maximum friction force of the CFD to achieve additional damping is provided using the concept of equivalent viscous damping, Numerical simulations for single degree of freedom(SDOF) systems with various structural periods and post yield stiffness ratios demonstrate the effectiveness of the proposed procedure.
Seol, Yun Jeong;Park, Ji-Hun;Kwak, Byeong Hun;Kim, Dae Ho
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.1
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pp.31-38
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2022
Based on the nonlinear static analysis and the approximate seismic evaluation method adopted in "Guidelines for seismic performance evaluation for existing buildings, two methods to calculate strength demand for retrofitting individual structural walls in unreinforced masonry buildings are proposed." The displacement coefficient method to determine displacement demand from nonlinear static analysis results is used for the inverse calculation of overall strength demand required to reduce the displacement demand to a target value meeting the performance objective of the unreinforced masonry building to retrofit. A preliminary seismic evaluation method to screen out vulnerable buildings, of which detailed evaluation is necessary, is utilized to calculate overall strength demand without structural analysis based on the difference between the seismic demand and capacity. A system modification factor is introduced to the preliminary seismic evaluation method to reduce the strength demand considering inelastic deformation. The overall strength demand is distributed to the structural walls to retrofit based on the wall stiffness, including the remaining walls or otherwise. Four detached residential houses are modeled and analyzed using the nonlinear static and preliminary evaluation procedures to examine the proposed method.
The successful application of the component-based approach - widely used to model structural joints - requires knowledge of the mechanical properties of the constitutive joint components, including an appropriate assembly procedure to derive the joint properties. This paper presents a component-method model for a structural joint component that is located in the tension zone of blind-bolted connections to concrete-filled tubular steel profiles. The model relates to the response of blind-bolts with headed anchors under monotonic loading, and the blind-bolt is termed the "Extended Hollo-bolt". Experimental data is used to develop the model, with the data being collected in a manner such that constitutive models were characterised for the principal elements which contribute to the global deformability of the connector. The model, based on a system of spring elements, incorporates pre-load and deformation from various parts of the blind-bolt: (i) the internal bolt elongation; (ii) the connector's expanding sleeves element; and (iii) the connector's mechanical anchorage element. The characteristics of these elements are determined on the basis of piecewise functions, accounting for basic geometrical and mechanical properties such as the strength of the concrete applied to the tube, the connection clamping length, and the size and class of the blind-bolt's internal bolt. An assembly process is then detailed to establish the model for the elastic and inelastic behaviour of the component. Comparisons of model predictions with experimental data show that the proposed model can predict with sufficient accuracy the response of the component. The model furthers the development of a full and detailed design method for an original connection technology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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