For economical earthquake resistant design of cable-stayed bridge tower, the use of energy dissipation systems for the earthquake protection of steel structures represents an alternative seismic design method where the tower structure could be constructed to dissipate a large amount of earthquake input energy through inelastic deformations in certain positions, which could be easily retrofitted after damage. The design of energy dissipation systems for bridges could be achieved as the result of two conflicting requirements: no damage under serviceability limit state load condition and maximum dissipation under ultimate limit state load condition. A new concept for cable-stayed bridge tower seismic design that incorporates sacrificial link scheme of low yield point steel horizontal beam is introduced to enable the tower frame structure to remain elastic under large seismic excitation. A nonlinear dynamic analysis for the tower model with the proposed energy dissipation systems is carried out and compared to the response obtained for the tower with its original configuration. The improvement in seismic performance of the tower with supplemental passive energy dissipation system has been measured in terms of the reduction achieved in different response quantities. Obtained results show that the proposed energy dissipation system of low yield point steel seismic link could strongly enhance the seismic performance of the tower structure where the tower and the overall bridge demands are significantly reduced. Low yield point steel seismic link effectively reduces the damage of main structural members under earthquake loading as seismic link yield level decreases due their exceptional behavior as well as its ability to undergo early plastic deformations achieving the concentration of inelastic deformation at tower horizontal beam.
In 2017, an intraplate earthquake of Mw 7.1 occurred 120 km from Mexico City (CDMX). Most collapsed structural buildings stroked by the earthquake were flat slab systems joined to reinforced concrete (RC) columns, unreinforced masonry, confined masonry, and dual systems. This article presents the simulated response of an actual six-story RC frame building with masonry infill walls that did not collapse during the 2017 earthquake. It has a structural system similar to that of many of the collapsed buildings and is located in a high seismic amplification zone. Five 3D numerical models were used in the study to model the seismic response of the building. The building dynamic properties were identified using an ambient vibration test (AVT), enabling validation of the building's finite element models. Several assumptions were made to calibrate the numerical model to the properties identified from the AVT, such as the presence of adjacent buildings, variations in masonry properties, soil-foundation-structure interaction, and the contribution of non-structural elements. The results showed that the infill masonry wall would act as a compression strut and crack along the transverse direction because the shear stresses in the original model (0.85 MPa) exceeded the shear strength (0.38 MPa). In compression, the strut presents lower stresses (3.42 MPa) well below its capacity (6.8 MPa). Although the non-structural elements were not considered to be part of the lateral resistant system, the results showed that these elements could contribute by resisting part of the base shear force, reaching a force of 82 kN.
Cristhian C. Mendoza-Bolanos;Andres Salas-Montoya;Oscar H. Moreno-Torres;Arturo I. Villegas-Andrade
Earthquakes and Structures
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v.25
no.1
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pp.27-41
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2023
This study focused on nonlinear effective stress site response analysis using two coupled constitutive models, that is, the DM model (Dafalias and Manzari 2004), which incorporated a simple plasticity sand model accounting for fabric change effects, and the PMDY03 model (Khosravifar et al. 2018), that is, a 3D model for earthquake-induced liquefaction triggering and postliquefaction response. A detailed parametric study was conducted to validate the effectiveness of nonlinear site response analysis and porewater pressure (PWP) generation through a true coupled formulation for assessing the initiation of liquefaction at ground level. The coupled models demonstrated accurate prediction of liquefaction triggering, which was in line with established empirical liquefaction triggering relations in published databases. Several limitations were identified in the evaluation of liquefaction using the cyclic stress method, despite its widespread implementation for calculating liquefaction triggering. Variations in shear stiffness, represented by changes in shear wave velocity (Vs1), exerted the most significant influence on site response. The study further indicated that substantial differences in response spectra between nonlinear total stress and nonlinear effective stress analyses primarily occurred when liquefaction was triggered or on the verge of being triggered, as shown by excess PWP ratios approaching unity. These differences diminished when liquefaction occurred towards the later stages of intense shaking. The soil response was predominantly influenced by the higher stiffness values present prior to liquefaction. A key contribution of this study was to validate the criteria used to assess the triggering of level-ground liquefaction using true coupled effective-stress constitutive models, while also confirming the reliability of numerical approximations including the PDMY03 and DM models. These models effectively captured the principal characteristics of liquefaction observed in field tests and laboratory experiments.
Meshmesha, Hussam M.;Kennedy, John B.;Sennah, Khaled;Moradi, Saber
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.5
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pp.567-577
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2019
Guyed steel lattice towers (or guyed masts) are widely used for supporting antennas for telecommunications and broadcasting. This paper presents a numerical study on the static and dynamic response of guyed towers. Three-dimensional nonlinear finite-element models are used to simulate the response. Through performing static pushover analyses and free-vibration (modal) analyses, the effect of different bracing configurations is investigated. In addition, seismic analyses are performed on towers of different heights to study the influence of earthquake excitation time-lag (or the earthquake travel distance between tower anchors) and antenna weight on the seismic response of guyed towers. The results show that the inclusion of time lag in the seismic analysis of guyed towers can influence shear and moment distribution along the height of the mast. Moreover, it is found that the lateral response is insensitive to bracing configurations. The results also show that, depending on the mast height, an increased antenna weight can reduce the tower maximum base shear while other response quantities, such as cables tension force are found to be insensitive to variation in the antenna weight.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.53-60
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2002
It has been recognized that damage control must become a more explicit design consideration. In an effort to develop design methods based on performance it is clear that the evaluation of the inelastic response is required. The methods available to the design engineer today are nonlinear time history analyses, or monotonic static nonlinear analyses, or equivalent static analyses with simulated inelastic influences. Some codes proposed the capacity spectrum method based on the nonlinear static(pushover) analysis to determine earthquake-induced demand given the structure pushover curve. This procedure is conceptually simple but iterative and time consuming with some errors. This paper presents a nonlinear direct spectrum method to evaluate seismic Performance of structure, without iterative computations, given the structural initial elastic period and yield strength from the pushover analysis, especially for multi degree of freedom structures. The purpose of this paper is to investigate accuracy and confidence of this method from a point of view of various earthquakes and unloading stiffness degradation parameters.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.4
s.44
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pp.11-18
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2005
Inelastic seismic analysis is necessary for the seismic design due to the nonlinear behavior of a structure-soil system, and the importance of the performance based design considering the soil-structure interaction is recognized for the reasonable seismic design. In this study, elastic and inelastic seismic response analyses of a single degree of freedom system on the soft soil layer were peformed considering the nonlinearity of the soil for the 11 weak or moderate, and 5 strong earthquakes scaled to the nominal peak acceleration of 0.075g, 0.15g, 0.2g and 0.3g. Seismic response analyses for the structure-soil system were peformed in one step applying the earthquake motions to the bedrock In the frequency domain, using a pseudo 3-D dynamic analysis software. Study results indicate that it is necessary to consider the nonlinear soil-structure interaction effects and to perform the performance based seismic design for the various soil layers rather than to follow the routine procedures specified in the seismic design codes. Nonlinearity of the soft soil excited with the weak earthquakes also affected significantly to the elastic and inelastic responses due to the nonlinear soil amplification of the earthquake motions, and it was pronounced especially for the elastic ones.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.322-329
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2000
Current seismic design codes for building structures are based on the methods which can provide enough capacity to satisfy objected performance level and exactly evaluate the seismic performance of buildings. Pushover analysis of fast becoming an accepted method for the seismic evaluation of building structures. The popularity of this approximate, nonlinear static analysis method is due to its conceptual simplicity and ability to graphically describe a capacity and demand of structure. However, some of the shortcomings of the pushover analysis, especially for longer period and irregular buildings, is the inability of method to identify failure mechanisms due to effects of higher modes. In this paper proposed lateral load pattern which includes the contribution of higher modes of vibration for irregular building structure and compared to seismic response obtained by time history.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.459-466
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2002
In this study magneto-rheological damper, a kind of semi-active device, is used to reduce the response of pier and girder of bridge structure subjected to seismic excitation and as a effective semi-active control method fuzzy control technique considering nonlinear behavior of the damper dynamics. By Numerical simulations of a nine span continuous bridge system subjected to various earthquakes, fuzzy control technique is compared with existing clipped optimal control technique in control performance which reduces displacement of pier and girder simultaneously. In the comparison of the control performance within a control force limit, it is confirmed that presented fuzzy control technique more efficiently reduce the pier and girder displacement than clipped optimal control technique based on optimal control theory.
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.
Post-earthquake reconnaissance and experimental research indicate that squat reinforced concrete (RC) columns in existing buildings or bridge piers are vulnerable to non-ductile shear failure. Recently, several experimental studies were conducted to investigate upgrading the shear resistance capacity of such columns in order to modify their failure mode to ductile one. Among these upgrading methods is the use of fibre-reinforced polymer (FRP) jackets. One of the preferred analytical tools to simulate the response of frame structures to earthquake loading is the lumped plasticity macromodels due to their computational efficiency and reasonable accuracy. In these models, the columns' nonlinear response is lumped at its ends. The most important input data for such type of models is the element's lateral force-displacement backbone curve. The objective of this study is to verify an analytical method to predict the lateral force-displacement ductility relationship of axially and laterally loaded rectangular RC squat columns retrofitted with FRP composites. The predicted relationship showed good accuracy when compared with tests available in the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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