In the last decades, valuable results have been reported regarding conventional passive, active, semi-active, and hybrid structural control systems on two-dimensional and a few three-dimensional shear buildings. In this research, using a three-dimensional finite element model of high-rise concrete structures, designed by performance based plastic design method, it was attempted to construct a relatively close to reality model of concrete structures equipped with Tuned Mass Damper (TMD) by considering the effect of soil-structure interaction (SSI), torsion effect, hysteresis behavior and cracking effect of concrete. In contrast to previous studies which have focused mainly on linearly designed structures, in this study, using performance-based plastic design (PBPD) design approach, nonlinear behavior of the structures was considered from the beginning of the design stage. Inelastic time history analysis on a detailed model of twenty-story concrete structure was performed under a far-field ground motion record set. The seismic responses of the structure by considering SSI effect are studied by eight main objective functions that are related to the performance of the structure, containing: lateral displacement, acceleration, inter-story drift, plastic energy dissipation, shear force, number of plastic hinges, local plastic energy and rotation of plastic hinges. The tuning problem of TMD based on tuned mass spectra is set by considering five of the eight previously described functions. Results reveal that the structural damage distribution range is retracted and inter-story drift distribution in height of the structure is more uniform. It is strongly suggested to consider the effect of SSI in structural design and analysis.
Based on the test on a 1/2.5-scaled model of a two-bay and three-story inner frame composed of reinforced concrete beams and lattice steel reinforced concrete (SRC) irregular section columns under low cyclic reversed loading, the failure process and the features of the frame were observed. The subsequence of plastic hinges of the structure, the load-displacement hysteresis loops and the skeleton curve, load bearing capacity, inter-story drift ratio, ductility, energy dissipation and stiffness degradation were analyzed. The results show that the lattice SRC inner frame is a typical strong column-weak beam structure. The hysteresis loops are spindle-shaped, and the stiffness degradation is insignificant. The elastic-plastic inter-story deformation capacity is high. Compared with the reinforced concrete frame with irregular section columns, the ductility and energy dissipation of the structure are better. The conclusions can be referred to for seismic design of this new kind of structure.
This paper is concerned with the optimal seismic design of added viscous dampers in yielding plane frames. The total added damping is minimized for allowable values of local performance indices under the excitation of an ensemble of ground motions in both regular and irregular structures. The local performance indices are taken as the maximal inter-story drift of each story and/or the normalized hysteretic energy dissipated at each of the plastic hinges. Gradients of the constraints with respect to the design variables (damping coefficients) are derived, via optimal control theory, to enable an efficient first order optimization scheme to be used for the solution of the problem. An example of a ten story three bay frame is presented. This example reveals the following 'fully stressed characteristics' of the optimal solution: damping is assigned only to stories for which the local performance index has reached the allowable value. This may enable the application of efficient and practical analysis/redesign type methods for the optimal design of viscous dampers in yielding plane frames.
This paper aims to probabilistically evaluate performance of two types of I beam to box column (IBBC) connection. With the objective of considering the variability of seismic loading demand, statistical features of the inter-story drift ratio corresponding to the second, fifth and eleventh story of a 12-story steel special moment resisting frames are extracted through incremental dynamic analysis at global collapse state. Variability of geometrical variables and material strength are also taken into account. All of these random variables are exported as inputs to a probabilistic finite element model which simulates the connection. At the end, cumulative distribution functions of local seismic demand for each component of each connection are provided using histogram sampling. Through a parametric study on probabilistic local seismic demand, the influence of some geometrical random variables on the performance of IBBC connections is demonstrated. Furthermore, the probabilistic study revealed that IBBC connection with widened flange has a better performance than the un-widened flange. Also, a design procedure is proposed for WF connections to achieve a same connection performance in different stories.
Lu Sui;Hanheng Wu;Menglong Tao;Zhichao Jia;Tianhua Zhou
Steel and Composite Structures
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v.47
no.5
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pp.663-677
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2023
The self-centering energy-dissipating coupled wall panels (SECWs) possess a dual capacity of resiliency and energy dissipation. Used in steel frames, the SECWs can localize the damage of structures and reduce residual drifts. Based on OpenSEES, the nonlinear models were established and validated by experimental results. The seismic design procedure of steel frame with SECW structures (SF-SECW) was proposed in accordance with four-level seismic fortification objectives. Nonlinear time-history response analyses were carried out to validate the reasonability of seismic design procedure for 6-story and 12-story structures. Results show that the inter-story drifts of designed structures are less than drift limits. According to incremental dynamic analyses (IDA), the fragility curves of mentioned-above structure models under different limit states were obtained. The results indicate that designed structures have good seismic performance and meet the seismic fortification objectives.
This study is intended to predict the seismic behavior of the down-scaled 3-story steel frame structures subjected to the real ground motion, and evaluate their structural damage through advanced finite element (FE) analysis results. The FE frame models are designed by considering the effect of the soft story. In addition, the effect of structural asymmetry is also taken into consideration during the nonlinear dynamic analyses. After observing the analysis results, it is reconfirmed that the damage of the steel frame building under the ground motion should be governed by the soft story column rather than the structural mass asymmetry.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.151-158
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2006
Recently, as RC flat plate system is applied on high-rising building largely, necessity of all over research about lateral performance becomes a prominent. In this paper, It is estimated that performance of slab-column connection in flat plate system is inter-story drift index 3.6%. In addition, when R-factor is fixed in seismic design, it must be considered all system. Also Considering that plastic hinge propagation is not adjustable, R-factor should be applied bellow '5.5'.
Seismic fragility analysis is a probabilistic decision-making framework which is widely implemented for evaluating vulnerability of a building under earthquake loading. It requires ingredient named probabilistic model and commonly developed using statistics requiring collecting data in large quantities. Preparation of such a data-base is often costly and time-consuming. Therefore, in this paper, by developing generic seismic drift demand model for regular-multi-story steel moment resisting frames is tried to present a novel application of the probabilistic decision-making analysis to practical purposes. To this end, a demand model which is a linear function of intensity measure in logarithmic space is developed to predict overall maximum inter-story drift. Next, the model is coupled with a set of regression-based equations which are capable of directly estimating unknown statistical characteristics of the model parameters.To explicitly address uncertainties arise from randomness and lack of knowledge, the Bayesian regression inference is employed, when these relations are developed. The developed demand model is then employed in a Seismic Fragility Analysis (SFA) for two designed building. The accuracy of the results is also assessed by comparison with the results directly obtained from Incremental Dynamic analysis.
In the case of seismic-resistant composite dual moment resisting and eccentrically braced frames, the current design practice is to avoid the disposition of shear connectors in the expected plastic zones, and consequently to consider a symmetric moment or shear plastic hinges, which occur only in the steel beam or link. Even without connectors, the real behavior of the hinge may be different from the symmetric assumption since the reinforced concrete slab is connected to the steel element close to the hinge locations, and also due to contact friction between the concrete slab and the steel element. At a larger level, the structural response in the case of important seismic motions depends directly on the elasto-plastic behavior of elements and hinges. The numerical investigation presented in this study summarizes the results of elasto-plastic analyses of several steel frames, considering the interaction of the steel beam with the concrete slab. Several parameters, such as the inter-story drift, plastic rotation requirements and behavior factors q were monitored. In order to obtain accurate results, adequate models of plastic hinges are proposed for both the composite short link and composite reduced beam sections.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.6
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pp.293-303
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2020
Seismic fragility was assessed for non-seismic reinforced concrete shear walls in Korean high-rise apartment buildings in order to implement an earthquake damage prediction system. Seismic hazard was defined with an earthquake scenario, in which ground motion intensity was varied with respect to prescribed seismic center distances given an earthquake magnitude. Ground motion response spectra were computed using Korean ground motion attenuation equations to match accelerograms. Seismic fragility functions were developed using nonlinear static and dynamic analysis for comparison. Differences in seismic fragility between damage state criteria including inter-story drifts and the performance of individual structural members were investigated. The analyzed building had an exceptionally long period for the fundamental mode in the longitudinal direction and corresponding contribution of higher modes because of a prominently insufficient wall quantity in such direction. The results showed that nonlinear static analyses based on a single mode tend to underestimate structural damage. Moreover, detailed assessments of structural members are recommended for seismic fragility assessment of a relatively low performance level such as collapse prevention. On the other hand, inter-story drift is a more appropriate criterion for a relatively high performance level such as immediate occupancy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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