This paper deals with steel braced frame as increasing the lateral strength and ductility in order to seismic retrofit of existing buildings and discusses the designing criteria and calculation method of retrofitted buildings. The addition of steel braced frame can be effective for increasing the lateral strength and ductility of existing buildings. However, There is a problem in utilizing this method. It is the approach to provide an adequate connection between the existing RC frame and the installed steel braced frame, because global strength by failure mode(three type) depends on detail of connection and strength of existing RC frame. So, the designer must be confirmed if it satisfies the required performance or not. Failure mode of type I is the most appropriate for increasing the lateral strength and ductility. Seismic performance evaluation and strength calculation of seismic retrofit are performed by guideline by KISTEC(Korea Infrastructure Safety & Technology)'s "seismic performance evaluation and rehabilitation of existing buildings" and Japan Building Disaster Prevention Association. Buildings are modeled and non-linear pushover analysis are performed using MIDAS program.
Nonlinear analysis for seismic performance evaluation of existing building usually takes 4~5 times more than linear analysis based on KBC code. To obtain accurate results from the nonlinear analysis, there are a lot of things to be considered for nonlinear analysis modeling. For example, reinforcing layout, applied load and seismic details affect behavior of structural members for the existing building. Engineer-oriented computerized system was developed for engineers to evaluate effective seismic performance of existing buildings with abiding by seismic design principles. Using the engineer-oriented program, seismic performance evaluation of reinforced concrete building was performed. Nonlinear hinge properties were applied with real time multiple consideration such as section layout, section analysis result, applied load and performance levels. As a result, the building was evaluated to satisfy LS(Life Safety) performance level. A comparison between engineer-oriented and program-oriented results is presented to show how important the role of structural engineer is for seismic performance evaluation of existing buildings.
Force based design (FBD) approach is prevalent in most of the national seismic design codes world over. Direct displacement based design (DDBD) and energy based design (EBD) approaches are relatively new methods of seismic design which claims to be more rational and predictive than the FBD. These three design approaches are conceptually distinct and imparts different strength, stiffness and ductility property to structural members for same plan configuration. In present study behavioural assessment of frame of six storey RC building designed using FBD, DDBD and EBD approaches has been performed. Lateral storey forces distribution, reinforcement design and results of nonlinear performance using static and dynamic methods have been compared. For the three approaches, considerable difference in lateral storey forces distribution and reinforcement design has been observed. Nonlinear pushover analysis and time history analysis results show that in FBD frame plastic deformation is concentrated in the lower storey, in EBD frame large plastic deformation is concentrated in the middle storeys though the inelastic hinges are well distributed over the height and, in DDBD frame plastic deformation is approximately uniform over the height. Overall the six storey frame designed using DDBD approach seems to be more rational than the other two methods.
This paper presents a multimodal adaptive nonlinear static method of analysis that, differently from the nonlinear static methods suggested in seismic codes, does not require the definition of the equivalent Single-Degree-Of-Freedom (SDOF) system to evaluate the seismic response of structures. First, the proposed method is formulated for the assessment of r.c. plane frames and then it is extended to 3D framed structures. Furthermore, the proposed nonlinear static approach is re-elaborated as a displacement-based design method that does not require the use of the behaviour factor and takes into account explicitly the plastic deformation capacity of the structure. Numerical applications to r.c. plane frames and to a 3D framed structure with inplan irregularity are carried out to illustrate the attractive features as well as the limitations of the proposed method. Furthermore, the numerical applications evidence the uncertainty about the suitability of the displacement demand prediction obtained by the nonlinear static methods commonly adopted.
An energy-based approach for determining earthquake safety of reinforced concrete frame structures is presented. The developed approach is based on comparison of plastic energy capacities of the structures with plastic energy demands obtained for selected earthquake records. Plastic energy capacities of the selected reinforced concrete frames are determined graphically by analyzing plastic hinge regions with the developed equations. Seven earthquake records are chosen to perform the nonlinear time history analyses. Earthquake plastic energy demands are determined from nonlinear time history analyses and hysteretic behavior of earthquakes is converted to monotonic behavior by using nonlinear moment-rotation relations of plastic hinges and plastic axial deformations in columns. Earthquake safety of selected reinforced concrete frames is assessed by using plastic energy capacity graphs and earthquake plastic energy demands. The plastic energy dissipation capacities of the frame structures are examined whether these capacities can withstand the plastic energy demands for selected earthquakes or not. The displacements correspond to the mean plastic energy demands are obtained quite close to the displacements determined by using the procedures given in different seismic design codes.
The aim of this study is to determine the earthquake performances of reinforced concrete (R/C) residential buildings in Turkey and to analyze the parameters that affect the performance. The performance of Turkish residential buildings, determined by their levels of damage, directly relates to their structural systems. Damage parameters observed from previous earthquakes define structural parameters selected to be used in the present study. Five different types of frame R/C buildings were modeled. For the analysis, the model buildings vary according to the number of stories, column sizes, and reinforcement and concrete strength parameters. The analyses consider gravity forces and earthquake loads through 1975 and 2007 Turkish design codes. In a total of 720 different R/C buildings were investigated for the analysis to obtain capacity curves. A performance evaluation was employed by considering the Turkish design code (TDC-2007). The current study ignores irregularities such as soft stories or short columns. The study's analysis considers a comparison of the parameters' influence on the structural performance of the model buildings.
A parametric study on the nonlinear seismic response of isolated reinforced concrete structural frame is presented. Three prototype frames designed according to the 1954 Hellenic seismic code, with number of floor ranging from 1 to 3 were considered. These low rise frames are representative of many existing reinforced concrete buildings in Greece. The efficacy of the implementation of both lead rubber bearings (LRB) and friction pendulum isolators (FPI) base isolation systems were examined. The selection of the isolation devices was made according to the ratio $T_{is}/T_{fb}$, where Tis is the period of the base isolation system and $T_{bf}$ is the period of the fixed-base building. The main purpose of this comprehensive study is to investigate the effect of the isolation system period on the seismic response of inadequately designed low rise buildings. Thus, the implementation of isolation systems which correspond to the ratio $T_{is}/T_{fb}$ that values from 3 to 5 is studied. Nonlinear time history analyses were performed to investigate the response of the isolated structures using a set of three natural seismic ground motions. The evaluation of each retrofitting case was made in terms of storey drift and storey shear force while in view of serviceability it was made in terms of storey acceleration. Finally, the maximum developed displacements and the residual displacements of the isolation systems are presented.
In the recent years, rehabilitation of structures, strengthening and increasing the ductility of them under seismic loads have become so vital that many studies has been carried out on the retrofit of steel and concrete members so far. Bridge piers are very important members concerning rehabilitation, in which the plastic hinging zone is very vulnerable. Pier is usually confined by special stirrups predicted in the design procedure; moreover, fiber-reinforced polymers (FRP) jackets are used after construction to confine the pier. FRP wrapping of the piers is one of the most effective ways of increasing moment and ductility capacity of them, which has a growing application due to its relative advantages. In many earthquake-resistant bridges, reinforced concrete columns have a major defect which could be retrofitted in different ways like using FRP. After rehabilitation, it is important to check the strengthening adequacy by dynamic nonlinear analysis and precise modeling of material properties. If the plastic hinge properties are simplified for the strengthened members, as the simplified properties which FEMA 356 proposes for non-strengthened members, static nonlinear analysis could be performed more easily. Current paper involves this matter and it is intended to determine the plastic hinge properties for static nonlinear analysis of the FRP-strengthened circular columns.
Giarlelis, Christos;Lekka, Despina;Mylonakis, George;Karabalis, Dimitris L.
Earthquakes and Structures
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제2권3호
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pp.257-277
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2011
An evaluation is presented of the response of a 3-storey R/C structure during the destructive Lefkada earthquake of 14/08/2003. Key aspects of the event include: (1) the unusually strong levels of ground motion (PGA = 0.48 g, $SA_{max}$ = 2.2 g) recorded approximately 10 km from fault, in downtown Lefkada; (2) the surprisingly low structural damage in the area; (3) the very soft soil conditions ($V_{s,max}$ = 150 m/s). Structural, geotechnical and seismological aspects of the earthquake are discussed. The study focuses on a 3-storey building, an elongated structure of rectangular plan supported on strip footings, that suffered severe column damage in the longitudinal direction, yet minor damage in the transverse one. Detailed spectral and time-history analyses highlight the interplay of soil, foundation and superstructure in modifying seismic demand in the two orthogonal directions of the building. It is shown that soil-structure interaction may affect inelastic seismic response and alter the dynamic behavior even for relatively flexible systems such as the structure at hand.
This study focuses on seismic behaviour of tall piers characterized by high slender ratio. Two analysis models were developed based on elastic-plastic hinged beam element and elastic-plastic fiber beam element, respectively. The effect of the division density of elastic-plastic hinged beam element on seismic demand was discussed firstly to seek a rational analysis model for tall piers. Then structural seismic behaviour such as the formation of plastic hinges, the development of plastic zone, and the displacement at the top of the tall piers were investigated through incremental dynamic analysis. It showed that the seismic behaviour of a tall pier was quite different from that of a lower pier due to higher modes contributions. In a tall pier, an additional plastic zone may occur at the middle height of the pier with the increase of seismic excitation. Moreover, the maximum curvature reaction at the bottom section and maximum lateral displacement at the top turned out to be seriously out of phase for a tall pier due to the higher modes effect, and thus pushover analysis can not appropriately predict the local displacement capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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