Seismic isolation is an effective method for the protection of buildings and their contents during strong earthquakes. This research work aims to assess the appropriateness of the linear and nonlinear models that can be used in the analysis of typical low-rise base isolated steel buildings, taking into account the inherent nonlinearities of the isolation system as well as the potential nonlinearities of the superstructure in case of strong ground motions. The accuracy of the linearization of the isolator properties according to Eurocode 8 is evaluated comparatively with the corresponding response that can be obtained through the nonlinear hysteretic Bouc-Wen constitutive model. The suitability of the linearized model in the determination of the size of the required seismic gap is assessed, under various earthquake intensities, considering relevant methods that are provided by building codes. Furthermore, the validity of the common assumption of elastic behavior for the superstructure is explored and the alteration of the structural response due to the inelastic deformations of the superstructure as a consequence of potential collision to the restraining moat wall is studied. The usage of a nonlinear model for the isolation system is found to be necessary in order to achieve a sufficiently accurate assessment of the structural response and a reliable estimation of the required width of the provided seismic gap. Moreover, the simulations reveal that the superstructure's inelasticity should be taken into account, especially if the response of the structure under high magnitude earthquakes is investigated. The consideration of the inelasticity of the superstructure is also recommended in studies of structural collision of seismically isolated structures to the surrounding moat wall, since it affects the response.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.4
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pp.1900-1907
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2012
Since the subpanels of polygonal-section shell have the corners of an obtuse angle larger than 90 degree unlike general plate or box-section structures, this could have an influence on forming nodal lines against local plate buckling or stress distributions. However, there is not sufficient material in the relevant study results or design recommendations. The very feasible models of the initial imperfections were acquired through the literature studies and then the parametric studies were conducted along with the initial imperfection models by using the finite element method. The parameters like the size of residual stresses, the portion of compressive residual stresses, and steel grades were considered. From the parametric studies, it was found that the maximum residual stress is more influential factor than the distribution pattern of residual stresses. In addition, The design strength equations for the simply supported plates can be applicable to the determination of the local buckling strength of the polygonal cross-section shell structures.
Although a critical section reaches its flexural strength in reinforced concrete structures, the structure does not always fail because moment redistribution occurs during the formation of plastic hinges. Inelastic deformation in a plastic hinge region results in plastic rotation. A plastic hinge mainly depends on material characteristics. In this study, a plastic hinge length and plastic rotation are evaluated using the flexural curvature distribution which is derived from the material models given in Eurocode 2. The influence on plastic capacity the limit values of the material model used, that is, ultimate strain of concrete and steel and hardening ratio of steel(k), are investigated. As results, it is appeared that a large ultimate strain of concrete and steel is resulting in large plastic capactiy and also as a hardening ratio of steel increases, the plastic rotation increases significantly. Therefore, a careful attention would be paid to determine the limit values of material characteristics in the RC structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.4
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pp.35-44
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2008
A self-centering energy-dissipative(SCED) bracing system has recently been developed as a new seismic force resistant bracing system. The advantage of the SCED brace system is that, unlike other comparable advanced bracing systems that dissipate energy such as the buckling restrained brace(BRB) system, it has a self-centering capability that reduces or eliminates residual building deformations after major seismic events. In order to investigate the effects of torsion on the SCED brace and BRB systems, nonlinear time history analyses were used to compare the responses of 3D model structures with three different amounts of frame eccentricity. The results of the analysis showed that the interstory drifts of SCED braced frames are more uniform than those of BRB frames, without regard to irregularity. The residual drift and residual rotation responses tended to decrease as irregularity increased. For medium-rise structures, the drift concentration factors(DCFs) for SCED systems were lower than those for BRB frames. This means that SCED-braced frames deform in a more uniform manner with respect to building height. The effect of the torsional irregularity on the magnitude of the DCFs was small.
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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.1
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pp.33-40
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1989
In the design of reinforced concrete framed structures, which consist of various design variables, the objective and the constraint functions are formulated in complicated forms. Usually iterative methods have been used to optimize the design variables. In this paper, multilevel formulation is adopted, and design variables are selected in reduced numbers at each level, to reduce the iterative cycle and to accelerate the convergence rate. At level 1, elastic analysis is performed to get the upper and lower bounds of the redistributed design moments due to inelastic behavior of the frame. Then the design moments are taken as design variables and optimized at level 2, and the sizing variables are optimized at level 3. The optimization of redistributed moments is performed using the design sensitivity obtained at the level 2, and force approximation technique is used to reflect the variation of design variables in the lower level to the upper level. The design variables are selected in reduced numbers at each level, and the optimization formulation is simplified effectively. A cost function is taken as the objective function, and the constraints of the stress of the structures are derived from BSI CP 110 following limit state theory. Numerical examples are included to prove the effectiveness of the developed algorithm.
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.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.5
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pp.151-159
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2000
Dynamic loading of structures often causes excursions of stresses will into the inelastic range and the influence of geometry changes on the response is also significant in may cases. In general , the shell structures designed according to quasi-Static analysis may collapse under condition of dynamic loading. Therefore, for a more realistic prediction on the lad carrying capacity of these shell. both material and geometric nonlinear effects should be considered. In this study , the material nonlinearity effect on the dynamic response is formulated by the elasto-viscoplastic model highly corresponding to the real behavior of the material. Also, the geometrically nonlinear behavior is taken into account using a Total Lagrangian formulation. the reinforcing bars are modeled by the equivalent steel layer at the location of reinforcements, and Von Mises yield criteria is adopted for the steel layer behavior. Also, Drucker-Prager yield criteria is applied for the behavior of concrete. the shape imperfection of dome is assumed as 'dimple type' which can be expressed Wd1=Wd0(1-(r-a)m)n while the shape imperfection of wall is assumed as sinusoidal curve which is Wwi =Wwo sin(n $\pi$y/l). In numerical test, three cases of shape imperfection of 0.0 -5.0cm(opposite direction to loading ; inner shape imperfection)and 5cm (direction to loading : outward shape imperfection) and thickness of steel layer determined by steel ratio of 0,3, and 5% were analyzed. The effect of shape imperfection and steel ratio and behavior characteristics of perfect shape shell and imperfect shape shell are identified through analysis of above mentioned numerical test. Dynamic behaviors of dome and wall according toe combination of shape imperfection and steel ratio are also discussed in this paper.
Recent advances of technology in materials science have made it easy to respond to user's needs on high performance steel in civil and building structures. The high-performance and high-strength steel are required for large scale structure and high-rise building to have high-strength, high fracture toughness and better weldability etc. Therefore development of 600MPa class steel for mega structure is necessary. high strength steels, however, may have mechanical properties that are significantly different from those of the conventional steels. The application of high-strength steels to building structures should be reviewed as to whether inelastic behavior equivalent to that of conventional steels can be attained or not. This study researched the structural behavior of high strength circular tubes compression and under flexure. Three column tests and three flexural tests were carried out. The suitability of existing design formulae(KBC 2009) and the structural behavior were investigated through these columns and beams with various types.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.2
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pp.29-37
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2003
In this study, a story-wise distribution of hysteretic energy in steel moment resisting framse(MRF), buckling restrained braced frames(BRBF), and hinge-connected framed structures with buckling restrained braces(HBRBF) subjected to various earthquake ground excitations was investigated. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions were used to compute the energy demand in model structure. According to analysis results, the hysteretic energy in MRF and BRBF turned out to be the maximum at the base and monotonically diminishes with increasing height. However the story-wise distribution of hysteretic energy in HBRBF was relatively uniform over the height of the structure. In this case damage is not concentrated in a single story, and therefore it is considered to be more desirable than other systems. The story-wise energy distribution pattern under three different soil types turned out to be approximately the same.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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