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.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.9
no.3
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pp.75-82
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2009
This paper investigates the variation of post-buckling behaviours of spatial structures after sizing optimization with linear assumptions. The mathematical programming technique is used to produce the optimum member size of spatial structures against external load. Total weight of structure is considered as the objective function to be minimized and the displacement occurred at loading point and member stresses of structures are used as the constraint functions. The finite difference method is used to calculate the design sensitivity of objective function with respect to design variables. The post-buckling analysis carried out by using the geometrically nonlinear finite element analysis code ISADO-GN. It is found to be that there is a huge difference between the post buckling behaviours of the initial and optimized structures. Therefore, the stability of optimized spatial structures with linear assumption should be throughly checked by appropriate nonlinear analysis techniques. Finally, the present numerical results are provided as benchmark test suite for future study of large spatial structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.2
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pp.29-37
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2002
The purpose of this study is to provide a fundamental data of earthquake resistant design through the estimation of the response modification factor and nonlinear displacement for moment resisting reinforced concrete frames by linear and nonlinear static analysis. The analysis models are designed in accordance with AIK code and then, estimated the response modification factor and nonlinear displacement of the buildings. The parameters such as story numbers(10, 20, 30), plan ratios(1:1, 1:2) and analysis types(2D, 3D) of building structure are chosen for use in this study. After comparing the results of linear and nonlinear static analysis, the response modification factor is obtained as the product of four factors: ductility factor, strength factor, damping factor and redundancy factor. The response modification factor are close to 3.5 in case of 2 span, 4.3 in case of 3 span and 5.0 in case 4 or more span models regardless number of stories and plan ratios. The nonlinear displacement is evaluated from the ratio of story drift angle(nonlinear drift/linear drift). The ratio of story drift angle increases as story numbers increase and the value varies from 5.85 to 9.34.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.6
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pp.279-291
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2013
The seismic damage of non-structural components, such as communication facilities, causes direct economic losses as well as indirect losses which result from social chaos occurring with downtime of communication and financial management network systems. The current Korean seismic code, KBC2009, prescribes the design criteria and requirements of non-structural components based on their elastic response. However, it is difficult for KBC to reflect the dynamic characteristics of structures where non-structural components exist. In this study, both linear and nonlinear time history analyses of structures with various analysis parameters were carried out and floor acceleration spectra obtained from analyses were compared with both ground acceleration spectra used for input records of the analyses and the design floor acceleration spectrum proposed by National Radio Research Agency. Also, this study investigates to find out the influence of structural dynamic characteristics on the floor acceleration spectra. The analysis results show that the acceleration amplification is observed due to the resonance phenomenon and such amplification increases with the increase of building heights and with the decrease of structure's energy dissipation capacities.
Five previously-tested reinforced concrete frames were modelled using a nonlinear finite element analysis procedure to demonstrate the accurate response simulations for seismically-deficient frames through pushover analyses. The load capacities, story drifts, and failure modes were simulated. This procedure accounts for the effects of shear failures and the shear-axial force interaction, and thus is suitable for modeling seismically-deficient frames. It is demonstrated that a comprehensive analysis method with a capability of simulating material constitutive response and significant second-order mechanisms is essential in achieving a satisfactory response simulation. It is further shown that such analysis methods are invaluable in determining the expected seismic response, safety, and failure mode of the frame structures for a performance-based seismic evaluation. In addition, a new computer program was developed to aid researchers and engineers in the direct displacement-based seismic design process by assessing whether a frame structure meets the code-based performance requirements by analyzing the analysis results. As such, the proposed procedure facilitates the performance-based design of new buildings as well as the numerical assessment and retrofit design of existing buildings. A sample frame analysis was presented to demonstrate the application and verification of the approach.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.1
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pp.298-303
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2016
Owing to the advantages of reduced weight and wind effect, the space-framed towers that consist of vertical and horizontal members of circular hollow tubular sections have been adopted widely for various purposes. It is critical to guarantee the strengths of tubular joints where vertical and horizontal members are connected structurally to make the entire space-framed system behave as a single tower structure. In this study, a strength evaluation was conducted for T-type tubular joints subjected to the concurrent action of compression and bending. Three of the available design codes, i.e., AISC, Eurocode 3, ISO 19902 were investigated and a design equation was suggested for an ultimate strength interaction between the axial force and bending moment based on nonlinear finite element analyses by selecting the slenderness ratios at the joints as major parameters.
Skewed bridges, being irregular structures with complicated dynamic behavior, are more susceptible to earthquake damage. Reliable seismic-resistant design of skewed bridges can be achieved by accurate determination of nonlinear seismic demands. However, the effect of geometric characteristics on the response modification factor (R-factor) is not accounted for in bridge design practices. This study attempts to investigate the effects of changes in the number of spans, skew angle and bearing stiffness on R-factor values and to assess the seismic fragility of skewed bridges. Results indicated that changes in the skew angle had no significant effect on R-factor values which were in consonance with code-prescribed R values. Also, unlike the increase in the number of spans that resulted in a decrease in the R-factor, the increase in bearing stiffness led to higher R-factor values. Findings of the fragility analysis implied that although the increase in the number of spans, as well as the increase in the skew angle, led to a higher failure probability, greater values of bearing stiffness reduced the collapse probability. For practicing design engineers, it is recommended that maximum demands on substructure elements to be calculated when the excitation angle is applied along the principal axes of skewed bridges.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.5
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pp.493-504
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2008
This paper presents a computation of nonlinear elastic strains that may occur in the leaflet of the Edwards MIRA mechanical heart valve by the applied high blood pressure using the finite element analysis methodology. By adopting numerical analysis techniques of the commercial finite element analysis code, NISA, structural analyses of the Edwards MIRA mechanical heart valve are performed for the slight variation of leaflet thickness to get the elastic strains occurring in the leaflet while the high blood fluid pressures are applied to the leaflet surface in order that the maximum stress occurring in the leaflet may be less than the yield stress of the leaflet material(Si-Alloyed PyC). And so, only the geometric non-linearity is assumed because large geometric nonlinear elastic strains are expected rather than material nonlinear strains due to the applied high blood pressure. Computed linear and nonlinear elastic strains are compared to make sure the non-linearity of the computed elastic strain. The comparison result shows that large elastic strains occur clearly in the very thin leaflets as high blood pressures are applied. However, only the linear elastic strains occur for low blood pressures, and also for thick leaflets even for the high blood pressures. Hence the nonlinear structural analysis is very required in the structural design of a mechanical heart valve.
In this paper, a three elastic body sliding contact problem is modeled to investigate more precise wear mechanisms related with the sealing surface. A 3-D finite element contact model, a small spherical elastic particle, PTFE seal and steel surface, is solved using a nonlinear finite element code MARC. The deformed seal and steel surface shapes, von-Mises and principal stress distributions are obtained for different seal sliding distances. The entrapped small particle within PTFE seal results in very high stresses on the steel surface which exceeded its yield strength and produce plastic deformation such as groove and torus. The sealing surface could also be worn down by sub-surface fatigue due to intervening small particles together with the well-known abrasive wear. Therefore the proposed contact model adopted in this paper can be applied in design of various sealing systems, and further studies are required.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.10a
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pp.90-95
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1991
The Uniform Building Code (UBC) is the most widely used requirements for earthquake resistant design in the United States. In this paper, a mid-rise steel building is analyzed by applying 12 sets of actual strong-motion earthquake data that have been scaled to acne 2B levels. The simply extrapolated ground motion displacements are used for the dynamic loads. The results of dynamic analyses for a 10-story steel building are compared with the static and dynamic analysis requirements of UBC-88. It was found that computed lateral fortes using UBC-88 static procedure differed by about 60 percent depending on whether the natural period was computed using the UBC empirical method or the UBC recommended Rayleigh's method. The lateral fortes computed from the UBC response spectra were more than 10 times greater than those computed by UBC static procedures. The lateral forces obtained from both linear and nonlinear analyses using 1989 Loma Prieta ground mot ions compared very well with UBC response spectra results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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