Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.317-324
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2006
Performance-based design concept is needed to evaluate the seismic capacity of building. In this study, the method estimating the performance point of the spatial structures based on capacity spectrum method (CSM) is proposed. And for efficient evaluation for the performance point of the spatial structures, the algorithm to convert spatial structural system to ESDOF system is simulated Its efficiency is confirmed by comparing with time history analysis of full model. And dynamic behaviors of spatial structures are examined by using this method. At last, evaluation of structural performance according to variation of stiffness after plastic deformation on the substructures is carried out.
While fiber-reinforced plastic (FRP) materials have been largely used in the retrofitting of concrete buildings, its application has been limited because of some problems such as de-bonding of FRP layers from the concrete surface. This paper is the part of a wide experimental and analytical investigation about flexural retrofitting of reinforced concrete (RC) columns using FRP and mechanical fasteners (MF). A new generation of MF is proposed, which is applicable for retrofitting of RC columns. Furthermore, generally, to evaluate a retrofitted structure the nonlinear static and dynamic analyses are the most accurate methods to estimate the performance of a structure. In the nonlinear analysis of a structure, accurate modeling of structural elements is necessary for estimation the reasonable results. So for nonlinear analysis of a structure, modeling parameters for beams, columns, and beam-column joints are essential. According to the concentrated hinge method, which is one of the most popular nonlinear modeling methods, structural members shall be modeled using concentrated or distributed plastic hinge models using modeling parameters. The nonlinear models of members should be capable of representing the inelastic response of the component. On the other hand, in performance based design to make a decision about a structure or design a new one, numerical acceptance should be determined. Modeling parameters and numerical acceptance criteria are different for buildings of different types and for different performance levels. In this paper, a new method was proposed for FRP retrofitted columns to avoid FRP debonding. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and a good composition of FRP and RC column was achieved. Moreover, the modeling parameters and acceptance criteria were presented, which were derived from the experimental study in order to use in nonlinear analysis and performance-based design approach.
Rama, J.S. Kalyana;Sivakumar, M.V.N.;Kubair, K. Sai;Vasan, A.
Computers and Concrete
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v.23
no.1
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pp.37-47
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2019
In view of the increasing utility of concrete as a construction material, the major challenge is to improve the quality of construction. Nowadays the common problem faced by many of the concrete plants is the shortage of river sand as fine aggregate material. This led to the utilization of locally available materials from quarries as fine aggregate. With the percentage of fines present in Crushed Rock Fines (CRF)or crushed sand is more compared to river sand, it shows a better performance in terms of fresh properties. The present study deals with the formulation of SCC mix design based on the chosen plastic viscosity of the mix and the measured plastic viscosity of cement pastes incorporating supplementary cementitious materials with CRF and river sand as a fine aggregate. Four different combinations including two binary and one ternary mix are adopted for the current study. Influence of plastic viscosity of the mix on the fresh and hardened properties are investigated for SCC mixes with varying water to cement ratios. It is observed that for an increasing plastic viscosity of the mix, slump flow, T500 and J-ring spread increased but V-funnel and L-box decreased. Compressive, split tensile and flexural strengths decreased with the increase in plastic viscosity.
A large number of available concrete buildings designed only considering gravity load that require seismic rehabilitation because of failure to meet plasticity criteria. Using steel bracings are a common type of seismic rehabilitation. The eccentric bracings with vertical link reduce non-elastic deformation imposed on concrete members as well as elimination of probable buckling problems of bracings. In this study, three concrete frames of 10, 15, and 20 stories designed only for gravity load have been considered for seismic improvement using performance-based plastic design. Afterwards, nonlinear time series analysis was employed to evaluate seismic behavior of the models in two modes including before and after rehabilitation. The results revealed that shear link can yield desirable performance with the least time, cost and number of bracings of concrete frames. Also, it was found that the seismic rehabilitation can reduce maximum relative displacement in the middle stories about 40 to 80 percent. Generally, findings of this study demonstrated that the eccentric bracing with vertical link can be employed as a suitable proxy to achieve better seismic performance for existing high rise concrete frames.
Sisi Chao;Guanqi Lan;Hua Huang;Huiping Liu;Chenghua Li
Steel and Composite Structures
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v.51
no.3
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pp.289-304
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2024
The seismic performance of traditional steel frame-shear wall structures was significantly improved by the application of self-centering steel-reinforced concrete (SRC) wall-panel structures in the steel frames. This novel resilience functionality can rapidly restore the structure after an earthquake. The presented steel frame with steel-reinforced concrete self-centering wall-panel structures (SF-SCW) was validated, indicating its excellent seismic performance. The seismic design method based on bear capacity cannot correctly predict the elastic-plastic performance of the structure, especially certain weak floors that might be caused by a major fracture. A four-level seismic performance index, including intact function, continued utilization, life safety, and near-collapse, was established to achieve the ideal failure mode. The seismic design method, based on structural displacement, was proposed by considering performance objectives of the different seismic action levels. The pushover analysis of a six-floor SF-SCW structure was carried out under the proposed design method and the results showed that this six-floor structure could achieve the predicted failure mode.
The seismic analysis of structures without applying the effects of soil can undermine functional objectives of structure so that it can affect all the desired purposes at the design and control stages of the structure. In this research, employing OpenSees and MATLAB software simultaneously and developing a definite three-dimensional finite element model of a high-rise concrete structure, designed using performance-based plastic design approach, the performance of Tuned Mass Damper (TMD) and Active Mass Damper (AMD) is both examined and compared. Moreover some less noted aspects such as nonlinear interaction of soil and structure, uplift, nonlinear behavior of structure and structural torsion have received more attention. For this purpose, the analysis of time history on the structural model has been performed under 22 far-field accelerogram records. Examining a full range of all structural seismic responses, including lateral displacement, acceleration, inter-story drift, lost plastic energy, number of plastic hinges, story shear force and uplift. The results indicate that TMD performs better than AMD except for lateral displacement and inter-story drift to control other structural responses. Because on the one hand, nonlinear structural parameters and soil-structure interaction have been added and on the other hand, the restriction on the control force applied that leads up to saturation phenomenon in the active control system affect the performance of AMD. Moreover, the control force applied by structural control system has created undesirable acceleration and shear force in the structure.
Alinejad, Hamidreza;Jeong, Seung Yong;Kang, Thomas H.K.
Wind and Structures
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v.31
no.2
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pp.153-164
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2020
In the design of buildings, lateral loading is one of the most important factors considered by structural designers. The concept of performance-based design (PBD) is well developed for seismic load. Whereas, wind design is mainly based on elastic analysis for both serviceability and strength. For tall buildings subject to extreme wind load, inelastic behavior and application of the concept of PBD bear consideration. For seismic design, current practice primarily presumes inelastic behavior of the structure and that energy is dissipated by plastic deformation. However, due to analysis complexity and computational cost, calculations used to predict inelastic behavior are often performed using elastic analysis and a response modification factor (R). Inelastic analysis is optionally performed to check the accuracy of the design. In this paper, a framework for application of an R factor for wind design is proposed. Theoretical background on the application and implementation is provided. Moreover, seismic and wind fatigue issues are explained for the purpose of quantifying the modification factor R for wind design.
In this paper, seismic performance of Kozyatagi Bridge is evaluated by employing nonlinear elasto-plastic dynamic analysis and the deformation-based performance. The time-history records of the 1999 Izmit, 1971 San Fernando and 1989 Loma Prieta earthquakes are modified by adopting a probability of exceedance of 2% in 50 years corresponding to the return period of 2475 years. The analysis is carried out for three different bearing cases which are movable bearings, restrained bearings, and movable bearings with viscous fluid dampers in the radial direction. The analysis results show that the bridge can be retrofitted with viscous fluid dampers. In this case the reinforced concrete piers need not be strengthened by any jacketing techniques in order to preserve the original architectural appearance of the bridge. The retrofitting design of the bridge with viscous fluid dampers is also presented in detail.
Supplemental passive dampers are widely employed to improve the structural performance of buildings under seismic excitations. Nevertheless, the added damping could be counter-productive if the axial forces induced by the damper reaction forces are not routed properly in the columns. A few researchers engaged to optimize the width-wise damper arrangement to improve the delivered path of the axial column forces. However, most of these studies are limited under the design-based seismic level and few of them has evaluated the collapse performance of buildings under strong earthquakes. In this paper, the strategic width-wise placement method of viscous dampers is explored regarding the building performance under collapse state. Two realistic steel buildings with different storeys are modelled and compared to explore higher mode effects. Each building is designed with four different damper arrangement scenarios based on a classic damper distribution method. Both a far-fault and a near-fault seismic environment are considered for the buildings. Incremental Dynamic Analysis (IDA) is performed to evaluate the probability of collapse and the plastic mechanism of the retrofitted steel buildings.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.3
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pp.169-181
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2019
Seismic performance of ordinary reinforced concrete shear wall systems commonly used in high-rise residential buildings is evaluated. Three types of shear walls exceeding 60m in height are designed by performance-based seismic design. Then, incremental dynamic analysis is performed collapse probability is assessed in accordance with the procedure of FEMA P695. As a result, story drift, plastic rotation, and compressive strain are observed to be major failure modes, but shear failure occur little. Collapse probability and collapse margin ratio of performance groups do not meet requirement of FEMA P695. It is observed that critical wall elements fail due to excessive compressive strain. Therefore, the compressive strain of concrete at the boundary area of the shear wall needs to be evaluated with more conservative acceptance criteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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