International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.45-58
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2017
Recent investigations have pointed out that current code provisions specifying that the stiffness of reinforced concrete elements is strength independent, and therefore can be estimated prior to any strength assignment, is incorrect. A strength allocation strategy, suitable for preliminary structural design of medium height wall-frame dual systems, is presented for allocating strength in such buildings and estimating the dependable rigidities. The design process may be implemented by either the approximate continuous approach or the stiffness matrix method. It is based on the concept of the inelastic equivalent single-degree-of-freedom system which, the last few years, has been used to implement the performance based seismic design. The aforesaid strategy may also be used to determine structural configurations of minimum rotation distortion. It is shown that when the location of the modal centre of rigidity, as described in author's recent papers, is within a close distance from the mass axis the torsional response is mitigated. The methodology is illustrated in ten story building configurations, whose torsional response is examined under the ground motion of Kobe 1995, component KJM000.
Ganjavi, Behnoud;Bararnia, Majid;Hajirasouliha, Iman
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.2
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pp.159-170
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2018
This paper aims to develop response modification factors for stiffness degrading structures by incorporating soil-structure interaction effects. A comprehensive parametric study is conducted to investigate the effects of key SSI parameters, natural period of vibration, ductility demand and hysteretic behavior on the response modification factor of soil-structure systems. The nonlinear dynamic response of 6300 soil-structure systems are studied under two ensembles of accelograms including 20 recorded and 7 synthetic ground motions. It is concluded that neglecting the stiffness degradation of structures can results in up to 22% underestimation of inelastic strength demands in soil-structure systems, leading to an unexpected high level of ductility demand in the structures located on soft soil. Nonlinear regression analyses are then performed to derive a simplified expression for estimating ductility-dependent response modification factors for stiffness degrading soil-structure systems. The adequacy of the proposed expression is investigated through sensitivity analyses on nonlinear soil-structure systems under seven synthetic spectrum compatible earthquake ground motions. A good agreement is observed between the results of the predicted and the target ductility demands, demonstrating the adequacy of the expression proposed in this study to estimate the inelastic demands of SSI systems with stiffness degrading structures. It is observed that the maximum differences between the target and average target ductility demands was 15%, which is considered acceptable for practical design purposes.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.3
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pp.185-192
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2023
In this study, fluctuating wind velocity for time history analysis is simulated by a single variate, single-dimensional random process using the KBC2022 spectrum about across-wind direction. This study analyzed and obtained the inelastic dynamic response for structures modeled as a single-degree-of-freedom system. It is assumed that the wind response is excellent in the primary mode, the change in vibration owing to plasticization is minor, along-wind vibration and across-wind vibration are independent, and the effect of torsional vibration is small. The numerical results, obtained by the Newmark-𝛽 method, shows the time-history responses and trends of maximum displacements. As a result of analyzing the inelastic dynamic response of the structure with the second stiffness ratio(𝛼) and yield displacement ratio (𝛽) as variables, it is identified that as the yield displacement ratio (𝛽) increases when the second stiffness ratio is constant, the maximum displacement ratio decreases, then reaches a minimum value, and then increases. When the stiffness ratio is greater than 0.5, there is a yield point ratio at which the maximum displacement ratio is less than 1, indicating that the maximum deformation is reduced compared to the elastically designed building even if the inelastic behavior is permitted in the inelastic wind design.
The evaluation of the accumulation of permanent set for inelastic structures due to wind action is important in establishing a criterion to select a reduced design wind load and in incorporating the beneficial ductile behaviour in wind engineering. A parametric study of the accumulation of the permanent set as well as the ductility demand for bilinear single-degree-of-freedom (SDOF) systems is presented in the present study. The dynamic analysis of the inelastic SDOF system is carried out using the method of Newmark for artificially generated time history of wind speed. Simulation results indicate that the mean of the normalized damage rate is highly dependent on the natural frequency of vibration. This mean value is relatively insensitive to the damping ratio if the damping ratio is larger than 5%. The scatter associated with the accumulation of the permanent set is very significant. The consideration of the postyield stiffness can significantly reduce the accumulation of the permanent set if the ratio of the yield strength to the expected peak response is small. The results also show that the ductility demand due to the wind action over a period of one hour for flexible structures can be much less than that for rigid structures or structures with larger damping ratio if the SDOF systems are designed with a reduced peak response caused by the fluctuating wind.
The inelastic lateral-torsional buckling behavior of the beam-columns and the columns was investigated in this paper. The energy method was deployed to study the inelastic buckling behavior of the beam-columns and columns. which requires the iterative solution of a fourth-order eigenproblem. Hitherto, the patterns of residual stress that satisfies the I-section manufacturing in Korea is not available, therefore the pattern of residual stress used in this study is a 'well-known' simplified pattern. The simplified pattern of the residual stresses is incorporated with the flow theory of plasticity to model the inelastic response. Firstly, this study investigates the inelastic lateral-torsional buckling behavior of the I-section beam-columns under a concentric axial compressive force and uniform bending, and the effect of residual stress on the inelastic buckling behavior of beam-columns is studied. The study is then extended to the inelastic buckling of the columns by eliminating a bending moment. These results are compared it with the design method in the Korean Steel Designers Manual (KSDM 1995). This study has found that design method in KSDM (1995) is excessively conservative.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.4
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pp.15-22
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2003
Seismic design codes developed taking into account the strong earthquakes may result in unnecessary economical loss in the low seismic area, and the importance of the performance based design considering the soil-structure interaction is recognized for the reasonable seismic design. In this study. elastic and inelastic seismic response analyses of a single degree of freedom system on the soft soil layer were performed considering the nonlinearity of the soil for the 1 weak earthquakes scaled to the nominal peak accelerations of 0.07g and 0.11g. The seismic response analyses were performed in one step applying the earthquake motions to the bedrock, utilizing a pseudo 3-D dynamic analysis software of the soil-structure system. The study results indicated that seismic response spectra of a system assuming the rigid base or the linear soil layer does not represent the true behavior of a structure-soil system, and it is necessary to take into account the nonlinear soil-structure interaction effects and to perform the performance based seismic design for the various soil layers, having different characteristics, rather than to follow the routine design procedures specified in the design codes for the reasonable seismic design. The nonlinearity of the soft soil excited with the weak seismic motions also affected significantly on the elastic and inelastic seismic response spectra of a system due to the nonlinear soil amplification of the earthquake motions, and it was pronounced especially for the elastic response spectra.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.527-532
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2002
Near field ground motions contain distinct and large amplitude pulses in both velocity and displacement. This paper investigates characteristics of near field earthquakes and their effects on seismic demands. 20 EQGMs were selected for this purpose that satisfied 5 conditions for Near field motion. Among them ten EQGMs have one distinct peak velocity pulse in the velocity time history. In this study the responsed are Linear Elastic Response Spectrum(LERS), Response Modification Factor(R) and Inelastic Response Spectrum(IRS). The effect of the selection of Near field EQGMs on these response parameters are investigated.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.367-374
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2000
This study investigates the effect of hysteretic characteristics to the Inelastic Demand Spectrum (IDS) which was expressed by an acceleration(Sa) and a displacement response spectrum (Sd). Elasto Perfectly Plastic(EPP) model is used in this study and inelastic demand spectrum (Sa vs, Sd) are obtained from a given target ductility ratio. For a given target ductility ratio IDS can be obtained by using nonlinear time history analysis of single degree of system with forth five recorded earthquake ground motions for stiff soil site. The effect EPP model under demand spectrum is investigated by ductility factor and natural frequency. According to the results obtained in this study IDS has dependency on ductility factor and natural frequency.
In this paper, a hybrid boundary element technique is implemented to analyze nonlinear transient pile soil interaction in Gibson type nonhomeogenous soil. Inelastic modeling of soil media is presented by introducing a rational approximation to the continuum with nonlinear interface springs along the piles. Modified $\ddot{O}$zdemir's nonlinear model is implemented and systems of equations are coupled at interfaces for piles and pile groups. Linear beam column finite elements are used to model the piles and the resulting governing equations are solved using an implicit integration scheme. By enforcing displacement equilibrium conditions at each time step, a system of equations is generated which yields the solution. A numerical example is performed to investigate the effects of nonlinearity on the pile soil interaction.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.492-499
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2004
The purpose of this paper is to present a design procedure of coulomb friction dampers for controlling elastic and inelastic responses of building structures. The equivalent damping and frequency increased by the friction damper are estimated using ATC-40 and ATC-55 procedures which provide equivalent linear system for bilinear one, and then a design formula to achieve target performance response level by friction damper is presented. It is identified that there exists error between the responses obtained by this formula and by performing nonlinear analysis and the features of the error vary according to the hardening ratio, yield strength ratio, and structural period. Equations for compensating this er개r are reposed based on the least square method, and the results from numerical analyses indicate that the error is significantly reduced, and the proposed formula can be used without much error for designing coulomb friction damper for retrofitting a structure showing elastic or inelastic behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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