Past studies have shown that the aspect ratio (width-to-height) of a steel plate shear wall (SPSW) can significantly affect its seismic response. SPSWs with lower aspect ratio (narrow SPSW) may experience low lateral stiffness and flexure dominated drift response. As the height of the frame increases, the narrow SPSWs prove to be uneconomical and demonstrate inferior seismic response than their wider counterparts. Moreover, the thicker web plates required for narrow SPSWs exerts high inward pull on the VBEs. The present study suggests the limiting values of the aspect ratio for an SPSW system by evaluating the seismic collapse performance of 3-, 6- and 9-story SPSW systems using FEMA P695 methodology. For this purpose, nonlinear models are developed. These models are validated with the past quasi-static experimental results. Non-linear static analyses and Incremental dynamic analyses are then carried. The results are then utilized to conservatively suggest the limiting values of aspect ratios for SPSW system. In addition to the conventional-SPSW (Conv-SPSW), the collapse performance of staggered-SPSW (S-SPSW) is also explored. Its performance is compared with the Conv-SPSW and the use of S-SPSW is suggested in the cases where SPSW with lower than recommended aspect ratio is desired.
In tall constructions, the outriggers are regarded as a structural part capable of effectively resisting lateral loads. This study analyses the efficacy of hybrid outrigger system in high rise RCC building for various structural parameters identified. For variations in α, which is defined as the ratio of the relative flexural stiffness of the core to the axial rigidity of the column, static and dynamic analyses of hybrid outrigger system having a virtual and a conventional outrigger at two distinct levels were conducted in the present study. An investigation on the optimal outrigger position was performed by taking the results from absolute maximum inter storey drift ratio (ISDmax), roof acceleration (accroof), roof displacement (disproof), and base bending moment under both wind and seismic loads on analytical models having 40, 60 and 80 storeys. An ideal performance index parameter was introduced and was utilized to obtain the optimal position of the hybrid outrigger system considering the combined response of ISDmax, accroof, disproof and, criteria required for the structure under wind and seismic loads. According to the behavioural study, increasing the column area and outrigger arm length will maximise the performance of the hybrid outrigger system. The analysis results are summarized in a flowchart which provides the optimal positions obtained for each dependent parameter and based on ideal performance index which can be used to make initial suggestions for installing a hybrid outrigger system.
In this paper, a particular type of all-steel HSS brace members with a locally reduced cross-sectional area was experimentally and numerically investigated. The brace member was strengthened against local buckling with inner and outer boxes in the reduced area. Four single-span braced frames were tested under cyclic lateral loadings. Specimens included a simple steel frame with a conventional box-shaped brace and three other all-steel reduced section buckling-restrained braces. After conducting the experimental program, numerical models of the proposed brace were developed and verified with experimental results. Then the length of the proposed fuse was increased and its effect on the cyclic behavior of the brace was investigated numerically. Eventually, the brace was detailed with a fuse-to-brace length of 30%, as well as the cross-sectional area of the fuse-to-brace of 30%, and the cyclic behavior of the system was studied numerically. The study showed that the proposed brace is stable up to a 2% drift ratio, and the plastic cumulative deformation requirement of AISC (2016) is easily achieved. The proposed brace has sufficient ductility and stability and is lighter, as well as easier to be fabricated, compared to the conventional mortar-filled BRB and all-steel BRB.
The parameters of the multiple-vertical-line-element model (MVLEM) of reinforced concrete (RC) shear walls are often empirically determined, which causes large simulation errors. To improve the simulation accuracy of the MVLEM for RC shear walls, this paper proposed a novel method to determine the MVLEM parameters using the artificial neural network (ANN). First, a comprehensive database containing 193 shear wall specimens with complete parameter information was established. And the shear walls were simulated using the classic MVLEM. The average simulation errors of the lateral force and drift of the peak and ultimate points on the skeleton curves were approximately 18%. Second, the MVLEM parameters were manually optimized to minimize the simulation error and the optimal MVLEM parameters were used as the label data of the training of the ANN. Then, the trained ANN was used to generate the MVLEM parameters of the collected shear walls. The results show that the simulation error of the predicted MVLEM was reduced to less than 13% from the original 18%. Particularly, the responses generated by the predicted MVLEM are more identical to the experimental results for the testing set, which contains both flexure-control and shear-control shear wall specimens. It indicates that establishing MVLEM for RC shear walls using ANN is feasible and promising, and that the predicted MVLEM substantially improves the simulation accuracy.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.3
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pp.211-218
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2006
From the development of residential flat plate system, continuously bended shear reinforcement is developed for the prevention of punching shear. To know the punching shear capacity of developed shear reinforcement in slab-column joint, structural test is performed. The testing parameters are shear reinforcement types, such as no reinforcement, bended shear reinforcement, and head stud reinforcement. To verify the lateral capacity, cyclic load is applied under the constant vertical load condition. The results of tests are compared to as global displacement, slab-column joint strength. From the test results, the resisting capacity of developed shear reinforcement system has a good performance in the story drift ratio.
For column-beam gussets of wooden structures, slit-processed members inserted with a steel plate are used in general. In this study, a rigid portal frame bonded with a joint was fabricated and a semi-rigid portal frame was fabricated by making a wooden gusset, a replacement for steel plate, of which a half was integrated into the column member and the other half was joined with the beam member by drift-pins. The lateral strength performance of the wooden portal frame was compared with that of the steel plate-inserted joint portal frame. The lateral strength performance was evaluated through a perfect elasto-plasticity model analysis, sectional stiffness change rate, and short-term permissible shear strength. As a result of the experiment, the maximum strength of the rigid portal frame was lower than that of the steel plate-inserted joint portal frame. The yield strength and ultimate strength were calculated as 0.58 and 0.48, respectively, but the measurements of initial stiffness and cumulative ductility improved by 1.35 and 1.1, respectively. As a result of the perfect elasto-plasticity model analysis of the semi-rigid portal frame, the maximum strength was lower than that of the rigid portal frame, but the toughness after failure was excellent. Thus, the ultimate strength was higher by 1.05~1.07. The steel plate-inserted portal frame showed rapid decrease in stiffness with the progress of repeated tests, but the stiffness of the portal frames with a wooden joint decreased slowly.
Han, Sang-Whan;Kee, Seong-Hoon;Kang, Tomas H.K.;Cho, Jong;Lee, Li-Hyung
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.18
no.5
s.95
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pp.595-602
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2006
An experimental study was conducted to investigate seismic behaviour of post-tensioned(PT) exterior slab-column connections used for the purpose to resist gravity loads only. For these, 2/3-scale, two PT post-tensioned exterior connections with two different tendon arrangement patterns and one conventional reinforced concrete(RC) exterior connection was tested under quasi-static, uni-directional reversed cyclic loading. During the lateral testing, gravity forces transferred to the column were kept constant to closely simulate a moment to shear ratio of a real building. One of the objectives of this study was to assess the necessity and/or the quantity of bottom bonded reinforcement needed to resist moment reversal which would occur under significant inelastic deformations of the adjacent lateral force resisting systems. The ACI 318 and 352 provisions for structural integrity were applied to provide the bottom reinforcement passing through the column for the specimens. Prior test results were also collected to conduct comparative studies for some design parameters such as the tendon arrangement pattern, the effect of post-tensioning forces and the use of bottom bonded reinforcement. Consequently, the impact of tendon arrangement on the seismic performance of the PT connection, that is lateral drift capacity and ductility, dissipated energy and failure mechanism, was considerable. Moreover, test results showed that the amount of bottom reinforcement specified by ACI 352. 1R-89 was sufficient for resisting positive moments arising from moment reversal under reversed cyclic loads. Shear strength of the tested specimens was more accurately predicted by the shear strength equation(ACI 318) considering the average compressive stress over the concrete($f_{pc}$) due to post-tensioning forces than that without considering $f_{pc}$.
In this study, an unbraced five-story steel-framed structure was designed in accordance with KBC2005 to understand the features of structural behavior for the arrangement of semi-rigid connections. A pushover analysis of the structural models was performed, wherein all the connections were idealized as fully rigid and semi-rigid. Additionally, horizontal and vertical arrangements of the semi-rigid connection were adopted for the models. A fiber model was utilized for the moment-curvature relationship of the steel beam and the column, and a three-parameter power model was adopted for the moment-rotation angle of the semi-rigid connection. The top displacement, base-shear force, required ductility for the connection, sequence of the plastic hinge, and design factors such as the overstrength factor, ductility factor, and response modification coefficient were investigated using the pushover analysis of a 2D structure subjected to the equivalent static lateral force of KBC2005. The partial arrangement of the semi-rigid connection was found to have secured higher strength and lateral stiffness than that of the A-Semi frame, and greater ductility than the A-Rigid frame. The TSD connection was found suitable for use for economy and safety in the sample structure.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.2
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pp.737-742
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2017
Recently, unconventional high-rise building shapes have attracted attention as a landmark of metropolitan cities and the search for innovative building forms in architecture is ongoing. In this study, $Isotruss^{(R)}$ grid(ITG) used in smaller scale structures was applied to building structural systems and its structural performance was examined. The structural behavior of an ITG was compared with that of a diagrid structure as a reference structure. The stiffness-based design method of the diagrid system was used for the preliminary design stage of member sizing in an ITG. The structural design of 16, 32, and 48-story buildings was carried out for the two systems with the same size. The angle of the inclined columns for ITG and diagrid was $59^{\circ}$ and $68.2^{\circ}$, respectively. The lateral stiffness, steel tonnage of the exterior frame, axial strength ratio, story drift ratio, and natural frequency of the two systems were compared. Based on the analysis result of 6 buildings, the two systems had similar structural capacity; 93.3% and 88.7% of the lateral load was carried by the perimeter frame in the ITG system and diagrid system, respectively. This suggests that the ITG system is better in arranging core columns. Therefore, the proposed ITG system has not only a unique façade, but also substantial structural capacity equivalent to the existing system.
In eccentrically braced steel frames (EBFs), the links are fuse members which enter inelastic phase before other structure members and dissipate the seismic energy. Based on the force-based seismic design method, damages and plastic deformations are limited to the links, and the main structure members are required tremendous sizes to ensure elastic with limited or no damage. Force-based seismic design method is very common and is found in most design codes, it is unable to determine the inelastic response of the structure and the damages of the members. Nowadays, methods of seismic design are emphasizing more on performance-based seismic design concept to have a more realistic assessment of the inelastic response of the structure. Links use ordinary steel Q345 (the nominal yielding strength $f_y{\geq}345MPa$) while other members use high strength steel (Q460 $f_y{\geq}460MPa$ or Q690 $f_y{\geq}690MPa$) in eccentrically braced frames with high strength steel combination (HSS-EBFs). The application of high strength steels brings out many advantages, including higher safety ensured by higher strength in elastic state, better economy which results from the smaller member size and structural weight as well as the corresponding welding work, and most importantly, the application of high strength steel in seismic fortification zone, which is helpful to popularize the extensive use of high strength steel. In order to comparison seismic behavior between HSS-EBFs and ordinary EBFs, on the basis of experimental study, four structures with 5, 10, 15 and 20 stories were designed by PBSD method for HSS-EBFs and ordinary EBFs. Nonlinear static and dynamic analysis is applied to all designs. The loading capacity, lateral stiffness, ductility and story drifts and failure mode under rare earthquake of the designs are compared. Analyses results indicated that HSS-EBFs have similar loading capacity with ordinary EBFs while the lateral stiffness and ductility of HSS-EBFs is lower than that of EBFs. HSS-EBFs and ordinary EBFs designed by PBSD method have the similar failure mode and story drift distribution under rare earthquake, the steel weight of HSS-EBFs is 10%-15% lower than ordinary EBFs resulting in good economic efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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