In buildings structures, the flexural stiffness reduction of beams and columns due to concrete cracking plays an important role in the nonlinear load-deformation response of reinforced concrete structures under service loads. Most Seismic Design Codes do not precise effective stiffness to be used in seismic analysis for structures of reinforced concrete elements, therefore uncracked section properties are usually considered in computing structural stiffness. But, uncracked stiffness will never be fully recovered during or after seismic response. In the present study, the effect of concrete cracking on the lateral response of structure has been taken into account. Totally 120 cases of 3 Dimensional Dynamic Analysis which considers the real and accidental torsional effects are performed using ETABS to determine the effective structural system across the height, which ensures the performance and the economic dimensions that achieve the saving in concrete and steel amounts thus achieve lower cost. The result findings exhibits that the dual system was the most efficient lateral load resisting system based on deflection criterion, as they yielded the least values of lateral displacements and inter-storey drifts. The shear wall system was the most economical lateral load resisting compared to moment resisting frame and dual system but they yielded the large values of lateral displacements in top storeys. Wall systems executes tremendous stiffness at the lower levels of the building, while moment frames typically restrain considerable deformations and provide significant energy dissipation under inelastic deformations at the upper levels. Cracking found to be more impact over moment resisting frames compared to the Shear wall systems. The behavior of various lateral load resisting systems with respect to time period, mode shapes, storey drift etc. are discussed in detail.
The purpose of this study is to propose new hysteretic characteristics of medium- to low-rise RC structures controlled by both shear and flexure. Through previous study, the dual lateral force-resisting system composed of shear and flexural failure members has a new failure mechanism that cooperates to enhance the flexural capacity of the flexural failure member even after the failure of the shear member, and the existing theoretical equation significantly underestimates the ultimate strength. In this study, the residual lateral strength mechanism of the dual lateral force-resisting system was analyzed, and, as a result, an equation for estimating the residual flexural strength of each shear-failure member was proposed. The residual flexural strength of each shear-failure member was verified in comparison with the structural testing results obtained in previous study, and the proposed residual flexural strength equation for shear-failure members was tested for reliability using FEA, and its applicable range was also determined. In addition, restoring-force characteristics for evaluating the seismic performance of the dual lateral force-resisting system (nonlinear dynamic analysis), reflecting the proposed residual flexural strength equation, were proposed. Finally, the validity of the restoring-force characteristics of RC buildings equipped with the dual lateral force-resisting system proposed in the present study was verified by performing pseudo-dynamic testing and nonlinear dynamic analysis based on the proposed restoring-force characteristics. Based on this comparative analysis, the applicability of the proposed restoring-force characteristics was verified.
This paper presents a brief overview of the recently developed performance-control method of moment frame design subjected to monotonously increasing lateral loading. The final product of any elastic-plastic analysis is a nonlinear loaddisplacement diagram associated with a progressive failure mechanism, which may or may not be as desirable as expected. Analytically derived failure mechanisms may include such undesirable features as soft story failure, partial failure modes, overcollapse, etc. The problem is compounded if any kind of performance control, e.g., drift optimization, material savings or integrity assessment is also involved. However, there is no reason why the process can not be reversed by first selecting a desirable collapse mechanism, then working backwards to select members that would lead to the desired outcome. This article provides an overview of the newly developed Performance control methodology of design for lateral resisting frameworks with a view towards integrity control and prevention of premature failure due to propagation of plasticity and progressive P-delta effects.
RezaTabatabaiefar, S. Hamid;Fatahi, Behzad;Samali, Bijan
Structural Engineering and Mechanics
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제45권3호
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pp.311-321
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2013
In this study, to have a better judgment on the structural performance, the effects of dynamic Soil-Structure Interaction (SSI) on seismic behaviour and lateral structural response of mid-rise moment resisting building frames are studied using Finite Difference Method. Three types of mid-rise structures, including 5, 10, and 15 storey buildings are selected in conjunction with three soil types with the shear wave velocities less than 600m/s, representing soil classes $C_e$, $D_e$ and $E_e$, according to Australian Standard AS 1170.4. The above mentioned frames have been analysed under two different boundary conditions: (i) fixed-base (no soil-structure interaction), and (ii) flexible-base (considering soil-structure interaction). The results of the analyses in terms of structural lateral displacements and drifts for the above mentioned boundary conditions have been compared and discussed. It is concluded that the dynamic soil-structure interaction plays a considerable role in seismic behaviour of mid-rise building frames including substantial increase in the lateral deflections and inter-storey drifts and changing the performance level of the structures from life safe to near collapse or total collapse. Thus, considering soil-structure interaction effects in the seismic design of mid-rise moment resisting building frames, particularly when resting on soft soil deposit, is essential.
In this study, seismic performance of low and medium-rise RC buildings with wide-beam and ribbed-slab were evaluated numerically. Moment resisting systems consisting of moment and dual frame were selected as structural system of the buildings. Sufficiency of moment resisting wide-beam frames designed with high ductility requirements were evaluated. Upon necessity frames were stiffen with shear-walls. The buildings were designed in accordance with the Turkish Earthquake Code (TEC 2007) and were evaluated by using the strain-based nonlinear static method specified in TEC. Second order (P-delta) effects on the lateral load capacity of the buildings were also assessed in the study. The results indicated that the predicted seismic performances were achieved for the low-rise (4-story) building with the high ductility requirements. However, the moment resisting frame with high ductility was not adequate for the medium-rise building. Addition of sufficient amount of shear-walls to the system proved to be efficient way of providing the target performance of structure.
Due to a high level of system ductility, steel moment resisting frames have been widely used for lateral force resisting structural systems in high seismic zones. Earthquake field investigations after Northridge earthquake in 1994 and Kobe earthquake in 1995 have reported that many steel moment resisting frames designed before 1990's had suffered significant damages and structural collapse. In this research, seismic performance assessment of steel moment resisting frames designed in accordance with the previous seismic provisions before 1990's was performed. Buckling-restrained braces and shear walls are considered for seismic retrofit of the reference buildings. Increasing stiffness and strength of the buildings using buckling-restrained braces and shear walls are considered as options to rehabilitate the damaged buildings. Probabilistic seismic performance assessment using fragility analysis results is used for the criteria for determining an appropriate seismic retrofit strategy. The fragility contour method can be used to provide an intial guideline to structural engineers when various structural retrofit options for the damaged buildings are available.
In common structural systems, there are some limitations to provide adequate lateral stiffness, high ductility, and architectural openings simultaneously. Consequently, the concept of T-Resisting Frame (TRF) has been introduced to improve the performance of structures. In this study, Configuration of TRF is a Vertical I-shaped Plate Girder (V.P.G) which is placed in the middle of the span and connected to side columns by two Horizontal Plate Girders (H.P.Gs) at each story level. System performance is improved by utilizing rigid connections in link beams (H.P.Gs). Plastic deformation leads to tension field action in H.P.Gs and causes energy dissipation in TRF; therefore, V.P.G. High plastic deformation in web of TRF's members affects the ductility of system. Moreover, in order to prevent shear buckling in web of TRF's members and improve overall performance of the system, appropriate criteria for placement of web stiffeners are presented in this study. In addition, an experimental study is conducted by applying cyclic loading and using finite element models. As a result, hysteresis curves indicate adequate lateral stiffness, stable hysteretic behavior, and high ductility factor of 6.73.
This study investigates the reliability of the performance levels of moment resisting steel frames subjected to lateral loads such as wind and earthquake. The reliability assessment has been performed with respect to three performance levels: serviceability, damageability, and ultimate limit states. A four-story moment resisting frame is used as a typical example. In the reliability assessment the uncertainties in the loadings and in the capacity of the frame have been considered. The wind and earthquake loads are assumed to have lognormal distribution, and the frame resistance is assumed to have a normal distribution. In order to obtain an appropriate limit state function a linear relation between the loading and the deflection is formed. For the reliability analysis an algorithm has been developed for determination of limit state functions and iterations of the first order reliability method (FORM) procedure. By the method presented herein the multivariable analysis of a complicated reliability problem is reduced to an S-R problem. The procedure for iterations has been tested by a known problem for the purpose of avoiding convergence problems. The reliability indices for many cases have been obtained and also the effects of the coefficient of variation of load and resistance have been investigated.
Lemonis, Minas E.;Asteris, Panagiotis G.;Zitouniatis, Dimitrios G.;Ntasis, Georgios D.
Structural Engineering and Mechanics
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제70권4호
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pp.421-429
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2019
This paper presents an analytical model for the estimation of initial lateral stiffness of steel moment resisting frames with masonry infills. However, rather than focusing on the single bay-single storey substructure, the developed model attempts to estimate the global stiffness of multi-storey and multi-bay frames, using an assembly of equivalent springs and taking into account the shape of the lateral loading pattern. The contribution from each infilled frame panel is included as an individual spring, whose properties are determined on the basis of established diagonal strut macro-modeling approaches from the literature. The proposed model is evaluated parametrically against numerical results from frame analyses, with varying number of frame stories, infill openings, masonry thickness and modulus of elasticity. The performance of the model is evaluated and found quite satisfactory.
The seismic performance and failure modes of the dual system of moment resisting frames and thin steel plate shear walls (TSPSWs) without and with one or two outrigger trusses are studied in this paper. These structural systems were utilized to resist vertical and lateral loads of 40-storey buildings. Detailed Finite element models associated with nonlinear time history analyses were used to examine seismic capacity and plastic mechanism of the buildings. The analyses were performed under increased levels of earthquake intensities. The models with one and two outriggers showed good performance during the maximum considered earthquake (MCE), while the stress of TSPSWs in the model without outrigger reached its ultimate value under this earthquake. The best seismic capacity was in favour of the model with two outriggers, where it is found that increasing the number of outriggers not only gives more reduction in lateral displacement but also reduces stress concentration on thin steel plate shear walls at outrigger floors, which caused the early failure of TSPSWs in model with one outrigger.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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