The present paper aims at evaluating damage and collapse behavior of low-rise buildings with unidirectional mass irregularities in plan (torsional buildings). In previous earthquake events, such buildings have been exposed to extensive damages and even total collapse in some cases. To investigate the performance and collapse behavior of such buildings from probabilistic points of view, three-dimensional three and six-story reinforced concrete models with unidirectional mass eccentricities ranging from 0% to 30% and designed with modern seismic design code provisions specific to intermediate ductility class were subjected to nonlinear static as well as extensive nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) under a set of far-field real ground motions containing 21 two-component records. Performance of each model was then examined by means of calculating conventional seismic design parameters including the response reduction (R), structural overstrength (${\Omega}$) and structural ductility (${\mu}$) factors, calculation of probability distribution of maximum inter-story drift responses in two orthogonal directions and calculation collapse margin ratio (CMR) as an indicator of performance. Results demonstrate that substantial differences exist between the behavior of regular and irregular buildings in terms of lateral load capacity and collapse margin ratio. Also, results indicate that current seismic design parameters could be non-conservative for buildings with high levels of plan eccentricity and such structures do not meet the target "life safety" performance level based on safety margin against collapse. The adverse effects of plan irregularity on collapse safety of structures are more pronounced as the number of stories increases.
According to the new directives about the rational and efficient use of energy, thermal bridges in buildings have to be avoided, and the thermal insulation (TI) layer should run without interruptions all around the building - even under its foundations. The paper deals with the seismic response of multi-storeyed reinforced concrete (RC) frame building structures founded on an extruded polystyrene (XPS) layer placed beneath the foundation slab. The purpose of the paper is to elucidate the problem of buildings founded on a TI layer from the seismic resistance point of view, to assess the seismic behaviour of such buildings, and to search for the critical parameters which can affect the structural and XPS layer response. Nonlinear dynamic and static analyses were performed, and the seismic response of fixed-base (FB) and thermally insulated (TI) variants of nonlinear RC building models were compared. Soil-structure interaction was also taken into account for different types of soil. The results showed that the use of a TI layer beneath the foundation slab of a superstructure generally induces a higher peak response compared to that of a corresponding system without TI beneath the foundation slab. In the case of stiff structures located on firm soil, amplification of the response might be substantial and could result in exceedance of the superstructure's moment-rotation plastic hinge capacities or allowable lateral roof and interstorey drift displacements. In the case of heavier, slenderer, and higher buildings subjected to stronger seismic excitations, the overall response is governed by the rocking mode of oscillation, and as a consequence the compressive strength of the XPS could be insufficient. On the other hand, in the case of low-rise and light-weight buildings, the friction capacity between the layers of the applied TI foundation set might be exceeded so that sliding could occur.
The influences of initial damage paths and aftershock (AS) spectral shape on the assessment of AS collapse fragility are investigated. To do this, a four-story ductile reinforced concrete (RC) frame structure is employed as the study case. The far-field earthquake records recommended by FEMA P695 are used as AS ground motions. The AS incremental dynamic analyses are performed for the damaged structure. To examine the effect of initial damage paths, a total of six kinds of initial damage paths are adopted to simulate different initial damage states of the structure by pushover analysis and dynamic analysis. For the pushover-based initial damage paths, the structure is "pushed" using either uniform or triangle lateral load pattern to a specified damage state quantified by the maximum inter-story drift ratio. Among the dynamic initial damage paths, one single mainshock ground motion or a suite of mainshock ground motions are used in the incremental dynamic analyses to generate a specified initial damage state to the structure. The results show that the structure collapse capacity is reduced as the increase of initial damage, and the initial damage paths show a significant effect on the calculated collapse capacities of the damaged structure (especially at severe damage states). To account for the effect of AS spectral shape, the AS collapse fragility can be adjusted at different target values of ${\varepsilon}$ by using the linear correlation model between the collapse capacity (in term of spectral intensity) and the AS ${\varepsilon}$ values, and coefficients of this linear model is found to be associated with the initial damage states.
In seismic analysis of moment-resisting frames, beam-column connections are often modeled with rigid joint zones. However, it has been demonstrated that, in ductile reinforced concrete (RC) moment-resisting frames designed based on current codes (to say nothing of older non-ductile frames), the joint zones are in fact not rigid, but rather undergo significant shear deformations that contribute greatly to global drift. Therefore, the "rigid joint" assumption may result in misinterpretation of the global performance characteristics of frames and could consequently lead to miscalculation of strength and ductility demands on constituent frame members. The primary objective of this paper is to propose a rational method for estimating the hysteretic joint shear behavior of RC connections and for incorporating this behavior into frame analysis. The authors tested four RC edge beam-column-slab connection subassemblies subjected to earthquake-type lateral loading; hysteretic joint shear behavior is investigated based on these tests and other laboratory tests reported in the literature. An analytical scheme employing the modified compression field theory (MCFT) is developed to approximate joint shear stress vs. joint shear strain response. A connection model capable of explicitly considering hysteretic joint shear behavior is then formulated for nonlinear structural analysis. In the model, a joint is represented by rigid elements located along the joint edges and nonlinear rotational springs embedded in one of the four hinges linking adjacent rigid elements. The connection model is able to well represent the experimental hysteretic joint shear behavior and overall load-displacement response of connection subassemblies.
This paper presents experimental and numerical study on seismic performance of a super tall steel tower structure. The steel tower, with a height of 388 meters, employs a steel space truss with spiral steel columns to serve as its main lateral load resisting system. Moreover, this space truss was surrounded by the spiral steel columns to form a steel mega system in order to support a 12-story platform building which is located from the height of 230 meters to 263 meters. A 1/40 scaled model for this tower structure was made and tested on shake table under a series of one- and two-dimensional earthquake excitations with gradually increasing acceleration amplitudes. The test model performed elastically up to the seismic excitations representing the earthquakes with a return period of 475 years, and the test model also survived with limited damages under the seismic excitations representing the earthquakes with a return period 2475 years. A finite element model for the prototype structure was further developed and verified. It was noted that the model predictions on dynamic properties and displacement responses agreed reasonably well with test results. The maximum inter-story drift of the tower structure was obtained, and the stress in the steel members was investigated. Results indicated that larger displacement responses were observed for the section from the height of 50 meters to 100 meters in the tower structure. For structural design, applicable measures should be adopted to increase the stiffness and ductility for this section in order to avoid excessive deformations, and to improve the serviceability of the prototype structure.
Park, Hong Gun;Lee, Ho Jun;Kim, Chang Soo;Hwang, Hyeon Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.4
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pp.231-242
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2016
Earthquake resistance of RC column-steel beam (RCS) joints with simplified details were studied. Simplified details are necessary for large columns to improve the productivity and constructability. To strengthen the beam-column joint, the effects of transverse beams, studs, and U-cross ties were used. Four 2/3 scale interior RCS connections were tested under cyclic lateral loading. The specimens generally exhibited good deformation capacity exceeding 4.0% story drift ratio after yielding of both beam and beam-column joint. Ultimately, the specimens failed by shear mechanism of the joint panel. The test strengths were compared with the predictions of existing design methods.
Improving the earthquake resistance of buildings through seismic retrofitting using steel braces can result in brittle failure at the connection between the brace and the building, as well as buckling failure of the braces. This paper proposes a new seismic retrofit methodology combined with glass fiber sheet (GFS) and non-compression X-brace system using carbon fiber (CFXB) for reinforced concrete buildings damaged in earthquakes. The GFS is used to improve the ductility of columns damaged in earthquake. The CFXB consists of carbon fiber bracing and anchors, to replace the conventional steel bracing and bolt connection. This paper reports the seismic resistance of a reinforced concrete frame strengthened using the GFS-CFXB system. Cyclic loading tests were carried out, and the hysteresis of the lateral load-drift relations as well as ductility capacities were investigated. Carbon fiber is less rigid than the conventional materials used for seismic retrofitting, resulting in some significant advantages: the strength of the structure increased markedly with the use of CF X-bracing, and no buckling failure of the bracing was observed.
A coastwise chemical tanker sailing at full speed has capsized during turning in calm water. In the previous paper, we investigated the reasons of the accident by demonstrating the proper correction for the free surface effect of the liquid cargo and the bow-sinkage effect. In this paper, we also carry out model experiments of a transverse pressure under the seawater and an outward heel moment according to the heel angle and rudder angle, on the basis of radius of turning circle, ship's speed and drift angle of model ship occurring in turning. It is also shown that the flooding of seawater onto the deck occurring in turning generated a significant outward heel moment and increased the vertical distance between the center of gravity of the ship and the center of lateral water drag.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.3
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pp.1-9
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2014
Improving the earthquake resistance of buildings through seismic retrofitting using steel braces can result in brittle failure at the connection between the brace and the building, as well as buckling failure of the braces. In this study, a non-compression cross-bracing system using the Carbon Fiber Composite Cable (CFCC), which consists of CFCC bracing and bolt connection was proposed to replace the conventional steel bracing. This paper presented the seismic resistance of a reinforced concrete frame strengthened using CFCC X-bracing. Cyclic loading tests were carried out, and the maximum load carrying capacity and ductility were investigated, together with hysteresis of the lateral load-drift relations. Test results revealed that the CFCC X-bracing system installed RC frames enhanced markedly the strength capacity and no buckling failure of the bracing was observed.
Seo, Kyung-Won;Kwon, Soon-Yong;Kim, Kyung A;Park, Ki-Ho;Kim, Seong-Hun;Ahn, Hyo-Won;Nelson, Gerald
The korean journal of orthodontics
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v.45
no.6
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pp.289-298
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2015
Objective: To evaluate and compare the effects of two appliances on the en masse retraction of the anterior teeth anchored by temporary skeletal anchorage devices (TSADs). Methods: The sample comprised 46 nongrowing hyperdivergent adult patients who planned to undergo upper first premolar extraction using lingual retractors. They were divided into three groups, based on the lingual appliance used: the C-lingual retractor (CLR) group (group 1, n = 16) and two antero-posterior lingual retractor (APLR) groups (n = 30, groups 2 and 3). The APLR group was divided by the posterior tube angulation; posterior tube parallel to the occlusal plane (group 2, n = 15) and distally tipped tube (group 3, n = 15). A retrospective clinical investigation of the skeletal, dental, and soft tissue relationships was performed using lateral cephalometric radiographs obtained pretreatment and post en masse retraction of the anterior teeth. Results: All groups achieved significant incisor and canine retraction. The upper posterior teeth did not drift significantly during the retraction period. The APLR group had less angulation change in the anterior dentition, compared to the CLR group. By changing the tube angulation in the APLR, the intrusive force significantly increased in the distally tipped tube of group 3 patients and remarkably reduced the occlusal plane angle. Conclusions: Compared to the CLR, the APLR provides better anterior torque control and canine tipping while achieving bodily translation. Furthermore, changing the tube angulation will affect the amount of incisor intrusion, even in patients with similar palatal vault depth, without the need for additional TSADs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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