Serror, M. Hassanien;Diab, R. Adel;Mourad, S. Ahmed
Earthquakes and Structures
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v.7
no.6
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pp.1171-1186
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2014
Damping is one of the parameters that control the performance of structures when they are subjected to seismic, wind, blast or other transient shock and vibration disturbances. By adding supplemental viscous dampers, the energy input from a transient deformation is absorbed, not only by the structure itself, but also by the supplemental dampers. The aim of this study is to evaluate the values of both damping and ductility reduction factors for steel moment resisting frames with supplemental linear viscous dampers. Two-dimensional finite element models have been established for a range of low to mid rise buildings with different parameters: number of floors; number of bays; and number of dampers with different supplemental damping ratios (from 5% to 30%). A parametric study has been performed using time history analyses and a well-documented research method (N2-method). In addition, an equation has been proposed for each reduction factor based on regression analysis for the obtained results. The results of the Time history analyses are compared with those of a modified N2-method. Moreover, a comparison with values specified in the European code EC8 and the Egyptian code ECP-201 has been performed.
Predictive demand and collapse fragility functions are two essential components of the probabilistic seismic demand analysis that are commonly developed based on statistics with enormous, costly and time consuming data gathering. Although this approach might be justified for research purposes, it is not appealing for practical applications because of its computational cost. Thus, in this paper, Bayesian regression-based demand and collapse models are proposed to eliminate the need of time-consuming analyses. The demand model developed in the form of linear equation predicts overall maximum inter-story drift of the lowto mid-rise regular steel moment resisting frames (SMRFs), while the collapse model mathematically expressed by lognormal cumulative distribution function provides collapse occurrence probability for a given spectral acceleration at the fundamental period of the structure. Next, as an application, the proposed demand and collapse functions are implemented in a seismic fragility analysis to develop fragility and consequently seismic demand curves of three example buildings. The accuracy provided by utilization of the proposed models, with considering computation reduction, are compared with those directly obtained from Incremental Dynamic analysis, which is a computer-intensive procedure.
Caterino, Nicola;Zoppo, Marta Del;Maddaloni, Giuseppe;Bonati, Antonio;Cavanna, Giovanni;Occhiuzzi, Antonio
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.1
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pp.77-90
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2017
Glazed curtain walls are façade systems frequently chosen in modern architecture for mid and high-rise buildings. From recent earthquakes surveys it is observed the large occurrence of non-structural components failure, such as storefronts and curtain walls, which causes sensitive economic losses and represents an hazard for occupants and pedestrians safety. In the present study, the behavior of curtain wall stick systems under seismic actions has been investigated through experimental in-plane racking tests conducted at the laboratory of the Construction Technologies Institute (ITC) of the Italian National Research Council (CNR) on two full-scale aluminium/glass curtain wall test units. A finite element model has been calibrated according to experimental results in order to simulate the behavior of such components under seismic excitation. The numerical model investigates the influence of the interaction between glass panels and aluminium frame, the gasket friction and the stiffness degradation of aluminium-to-glass connections due to the high deformation level on the curtain walls behavior. This study aims to give a practical support to researchers and/or professionals who intend to numerically predict the lateral behavior of similar façade systems, so as to avoid or reduce the need of performing expensive experimental tests.
Damages to buildings affected by a near-fault strong ground motion are largely attributed to the vertical component of the earthquake resulting in column failures, which could lead to disproportionate building catastrophic collapse in a progressive fashion. Recently, considerable interests are awakening to study effects of earthquake vertical components on structural responses. In this study, detailed modeling and time-history analyses of a 12-story code-conforming reinforced concrete moment frame building carrying the gravity loads, and exposed to once only the horizontal component of, and second time simultaneously the horizontal and vertical components of an ensemble of far-field and near-field earthquakes are conducted. Structural responses inclusive of tension, compression and its fluctuations in columns, the ratio of shear demand to capacity in columns and peak mid-span moment demand in beams are compared with and without the presence of the vertical component of earthquake records. The influences of the existence of earthquake vertical component in both exterior and interior spans are separately studied. Thereafter, the correlation between the increase of demands induced by the vertical component of the earthquake and the ratio of a set of earthquake record characteristic parameters is investigated. It is shown that uplift initiation and the magnitude of tensile forces developed in corner columns are relatively more critical. Presence of vertical component of earthquake leads to a drop in minimum compressive force and initiation of tension in columns. The magnitude of this reduction in the most critical case is recorded on average 84% under near-fault ground motions. Besides, the presence of earthquake vertical components increases the shear capacity required in columns, which is at most 31%. In the best case, a direct correlation of 95% between the increase of the maximum compressive force and the ratio of vertical to horizontal 'effective peak acceleration (EPA)' is observed.
The domestic research of the steel plate concrete structures have been focused on the nuclear structures requiring much strong resistance. There are many advantages in the steel plate-concrete structures such as the possibility of prefabricated production and modular construction. This research tried to establish some basic design information of SC structures toward mid to low-rise general buildings with low strength. To reduce the strength mentioned, the some of the cement in weight was replaced by the soils which are traditional and environmental oriented material where the new system can be used to general buildings. This paper studied on the compressive characteristics, effective length factors, buckling loading, steel plate buckling, and stud strength using the compression member subjected to the concentrated compression loadings.
A lateral load resisting system is a necessary structural element for the mid- to high-rise modular buildings and concrete cores are known as the most typical lateral load resisting systems in 10- to 20-story modular buildings. It is difficult to construct a concrete core simultaneously with the installation and finishing work of modular units because concrete placed using wet methods might contaminate or destroy the modular unit. Therefore, we have developed a hybrid PC (precast concrete) panel construction method that can construct a concrete core together with the installation of modular units. The hybrid PC panel is a load-bearing element in which a pair of C-shaped beams are combined at the top and bottom of a concrete wall. Concrete cores can be constructed by dry method to connect the hybrid PC panels with bolts. In this study, the details and connection of hybrid PC panels are improved to have the lateral performance comparable to reinforced concrete structural walls and are verified through FE analysis.
A set of mid-rise bare and uniformly infilled reinforced-concrete frame buildings are analyzed for two different seismic intensities of ground-motions (i.e., 'Design Basis Earthquake' and 'Maximum Considered Earthquake') to study their floor response. The crucial parameters affecting seismic design force for acceleration-sensitive non-structural components are studied and compared with the guidelines of the European and the United States standards, and also with the recently developed NIST provisions. It is observed that the provisions of both the European and the United States standards do not account for the effects of the period of vibration of the supporting structure and seismic intensity of ground-motions and thereby provides conservative estimates of the in-structure amplification. In case of bare frames, the herein derived component amplification factors for both the design basis earthquake and the maximum considered earthquake exceeds with their recommended values in the European and the United States standards for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration, whereas, in case of infilled frames, component amplification factors exceeds with their recommended value in the European standard for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration, and only for the design basis earthquake. As a consequence of these observations, as well as capping on the design force (in case of United states standard and NIST provisions), in case of the design basis earthquake, the combined amplification factor is underestimated for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, and also for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration of infilled frames. At the maximum considered earthquake demand, excepting non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, all provisions generally provide conservative estimates of the design floor accelerations.
Applying nonlinear statistical analysis methods in estimating the performance of structures in earthquakes is strongly considered these days. This is due to the methods' simplicity, timely lower cost and reliable estimation in seismic responses in comparison with time-history nonlinear dynamic analysis. Among nonlinear methods, simplified to be incorporated in the future guidelines, Modal Pushover Analysis, known by the abbreviated name of MPA, simply models nonlinear behavior of structures; and presents a very proper estimation of nonlinear dynamic analysis using lateral load pattern appropriate to the mass. Mostly, two kinds of connecting joints, 'hinge' and 'rigid', are carried out in different type of steel structures. However, it should be highly considered that nominal hinge joints usually experience some percentages of fixity and nominal rigid connections do not employ totally rigid. Therefore, concerning the importance of these structures and the significant flexibility effect of connections on force distribution and elements deformation, these connections can be considered as semi-rigid with various percentages of fixity. Since it seems, the application and implementation of MPA method has not been studied on moment-resistant steel frames with semi rigid connections, this research focuses on this topic and issue. In this regard several rigid and semi-rigid steel bending frames with different percentages of fixity are selected. The structural design is performed based on weak beam and strong column. Followed by that, the MPA method is used as an approximated method and Nonlinear Response History Analysis (NL-RHA) as the exact one. Studying the performance of semi-rigid frames in height shows that MPA technique offers reasonably reliable results in these frames. The methods accuracy seems to decrease, when the number of stories increases and does decrease in correlation with the semi-rigidity percentages. This generally implies that the method can be used as a proper device in seismic estimation of different types of low and mid-rise buildings with semi-rigid connections.
Lee, Sang Sup;Bae, Kyu Woong;Park, Keum Sung;Hong, Sung Yub
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.6
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pp.537-547
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2014
A steel modular unit structural system has been used increasingly for mid and high-rise buildings, since the building can be easily constructed by assembling the pre-made modular unit structures. For this structural system, each modular unit structures have to be properly connected to the foundation to transfer the axial force and the bending moment that are generated from external load to the ground. In this study, a new type of the embedded steel column-to-foundation connection was proposed, and its flexural behavior was evaluated through a series of experimental study. Five full scale specimens for the proposed connections were constructed and tested. The effect of the main parameters that affect the flexural behavior of the proposed connection, such as embedment length and shape of end plate, were studied. From the results, it was found that the flexural stiffness of the proposed connection was higher than that of the semi-rigid connection for all test specimens, and 200 mm of embedment length was proper for the given test specimens in this study.
Incremental dynamic analysis (IDA) widely uses for the collapse risk assessment procedures of buildings. In this study, an IDA-based collapse risk assessment methodology is proposed, which employs a novel approach for detecting the near-collapse (NC) limit state. The proposed approach uses the modal pushover analysis results to calculate the maximum inter-story drift ratio of the structure. This value, which is used as the upper-bound limit in the IDA process, depends on the structural characteristics and global seismic responses of the structure. In this paper, steel midrise intermediate moment resisting frames (IMRFs) have selected as case studies, and their collapse risk parameters are evaluated by the suggested methodology. The composite action of a concrete floor slab and steel beams, and the interaction between the infill walls and the frames could change the collapse mechanism of the structure. In this study, the influences of the metal deck floor and autoclaved aerated concrete (AAC) masonry infill walls with uniform distribution are investigated on the seismic collapse risk of the IMRFs using the proposed methodology. The results demonstrate that the suggested modified IDA method can accurately discover the near-collapse limit state. Also, this method leads to much fewer steps and lower calculation costs rather than the current IDA method. Moreover, the results show that the concrete slab and the AAC infill walls can change the collapse parameters of the structure and should be considered in the analytical modeling and the collapse assessment process of the steel mid-rise intermediate moment resisting frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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