Numerical simulation of the non-linear behavior of (RC) structural walls subjected to severe earthquake ground motions requires a reliable modeling approach that includes important material characteristics and behavioral response features. The objective of this paper is to optimize a simplified method for the assessment of the seismic response and damage development analyses of an RC structural wall building using macro-element model. The first stage of this study investigates effectiveness and ability of the macro-element model in predicting the flexural nonlinear response of the specimen based on previous experimental test results conducted in UCLA. The sensitivity of the predicted wall responses to changes in model parameters is also assessed. The macro-element model is next used to examine the dynamic behavior of the structural wall building-all the way from elastic behavior to global instability, by applying an approximate Incremental Dynamic Analysis (IDA), based on Uncoupled Modal Response History Analysis (UMRHA), setting up nonlinear single degree of freedom systems. Finally, the identification of the global stiffness decrease as a function of a damage variable is carried out by means of this simplified methodology. Responses are compared at various locations on the structural wall by conducting static and dynamic pushover analyses for accurate estimation of seismic performance of the structure using macro-element model. Results obtained with the numerical model for rectangular wall cross sections compare favorably with experimental responses for flexural capacity, stiffness, and deformability. Overall, the model is qualified for safety assessment and design of earthquake resistant structures with structural walls.
The pushover analysis technique is now attracting the world-wide interest for the prediction of elastic and inelastic behavior of structures in the seismic evaluation of existing buildings. However, the reliability of this analysis technique has not been fully checked by the test results in the case of structures with nonseismic details. The objective of this study is to verify the correlation between the experimental and analytical responses of a 1:12 scale 10-story reinforced concrete frame with non-seismic details by using DRAIN-2DX program and the test results performed previously. It is concluded from this comparison that the overall responses such as the relations between story shear versus interstory drift and the local deformations such as plastic rotations can be predicted with quite high reliability.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2A
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pp.131-143
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2009
Under transverse earthquake shaking, arching action of bridge structures develops along the deck between the abutments thus providing the so-called deck resistance. The magnitude of the arching action for bridge structures is dependent on the number of spans, connection condition between deck and abutment or piers, and stiffness ratio between superstructure and substructure. In order to investigate the arching action effects for inelastic seismic responses of PSC Box bridges, seismic responses evaluated by pushover analysis, capacity spectrum analysis and nonlinear time-history analysis are compared for 18 example bridge structures with two types of span numbers (short bridge, SB and long bridge, LB), three types of pier height arrangement (regular, semi-regular and irregular) and three types of connection condition between superstructure and substructure (Type A, B, C). The arching action effects (reducing inelastic displacement and increasing resistance capacity) for short bridge (SB) is more significant than those for long bridge (LB). Semi-regular and irregular bridge structures have more significant arching action than regular bridges.
Structural seismic tests usually need to simulate the gravity load borne by the structure, the gravity load application devices should keep the force value and direction unchanged, and can adapt to the structural deformation. At present, there are two main ways to simulate gravity load in laboratory: roller group and prestress. However, there are few differential analysis between these two ways in the existing experimental studies. In this paper, the simulation software ABAQUS is used to simulate the static pushover analysis of reinforced concrete column and frame, which are the most common models in structural seismic tests. The results show that the horizontal restoring force of the model using prestressed loading method is significantly greater than roller group, and the difference between the two will increase with the increase of the horizontal deformation. The reason for the difference is that the prestressed loading method does not take the adverse effects of gravity second-order effect (P-Delta effect) into account. Therefore, the restoring force obtained under prestressed loading method should be corrected and the additional shear force caused by P-Delta effect should be deducted. After correction, the difference of restoring force between the two gravity load application methods is significantly reduced (when storey-drift is 1/550, the relative error is within 1%; and when storey-drift is 1/50, the relative error is about 3%). The research results of this research can provide reference for the selection and data processing of gravity load simulation devices in structural seismic tests.
In this study, a five-story steel frame was designed in accordance with KBC2005 to evaluate the effect of the beam-column connection on the structural behavior. The connections were designed as a fully rigid connection and as a semirigid connection. A fiber model was utilized to describe the moment-curvature relationship of the steel beam and column, and a three-parameter power model was adopted for the moment-rotation angle of the semirigid connection. To evaluate the effects of higher modes on structural behavior, the structure was subjected to a KBC2005-equivalent lateral load and lateral loads considering higher modes. The structure was idealized as a separate 2D frame and as a connected 2D frame. The pushover analysis of 2D frames for the lateral load yielded the top displacement-base shear force, design coefficients such as overstrength factor, ductility ratio, and response modification coefficient, demanded ductility ratio for the semirigid connection,and distribution of plastic hinges. The sample structure showed a greater response modification coefficient than KBC2005, the higher modes were found to have few effects on the coefficient, and the lateral load of KBC2005 was found to be conservative. The TSD connection was estimated to secure economy and safety in the sample structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.5
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pp.47-56
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2008
This study was performed to evaluate the effect of Response modification factors (R-factor) in 3-, 9- and 20- story steel Moment Resisting Frame (MRF) buildings. Each structure was designed using a R-factor of 8, as tabulated in the 2000 International Building Code provision (IBC 2000) and Korea Building Code (KBC) 2008. In order to evaluate the maximum and minimum performance expected for such structures, an upper bound and lower bound design were adopted for each model. Next, each analytical model was designed using different R-factors (8, 9, 10, 11, 12) and four different structural periods with the original fundamental period. For a detailed case study, a total of 150 analytical models were subjected to 20 ground motions representing a hazard level with a 2% probability of being exceeded in 50 years. In order to evaluate the performance of the structures, static push-over and non-linear time history analysis (NTHA) were performed, and displacement ductility demand was investigated to consider the ductility capacity of the structures. The results show that the dynamic behaviors for the 3- and 9-story buildings are relatively stable and conservative, while the 20-story buildings show a large displacement ductility demand due to dynamic instability factors. (e.g. P-delta effect and high mode effect)
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.2
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pp.43-52
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2024
In this study, we evaluated the seismic performance of a masonry building that was not designed to be earthquake-resistant and attempted to improve the seismic performance by adopting a seismic reinforcement method on the exterior of the building. In addition, the building seismic design standards and commentary(KDS 41 17 00:2019) and existing facility(building) seismic performance evaluation methods were applied to evaluate seismic performance, and a pushover analysis was performed using non-linear static analysis. As the result of this study, it was determined that seismic reinforcement was urgent because the distribution rate of earthquake-resistant design of houses in Korea was low and masonry structures accounted for a large proportion of houses. When reinforcing the steel beam-column+brace frame in a masonry building, the story drift angle was 0.043% in the X direction and 0.047% in the Y direction, indicating that it satisfied the regulations. The gravity load resistance capacity by performance level was judged to be a safe building because it was habitable in both X and Y directions. In conclusion, it is believed that the livability and convenience of the house can be secured by reinforcing the exterior of the building and the seismic performance and behavior of the structure can be clearly predicted.
Vaghei, Ramin;Hejazi, Farzad;Taheri, Hafez;Jaafar, Mohd Saleh;Ali, Abang Abdullah Abang
Computers and Concrete
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v.17
no.1
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pp.1-27
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2016
Final construction project cost is significantly determined by construction rate. The Industrialized Building System (IBS) was promoted to enhance the importance of prefabrication technology rather than conventional methods in construction. Ensuring the stability of a building constructed by using IBS is a challenging issue. Accordingly, the connections in a prefabricated building have a basic, natural, and essential role in providing the best continuity among the members of the building. Deficiencies of conventional precast connections were observed when precast buildings experience a large induced load, such as earthquakes and other disasters. Thus, researchers aim to determine the behavior of precast concrete structure with a specific type of connection. To clarify this problem, this study investigates the capacity behavior of precast concrete panel connections for industrial buildings with a new type of precast wall-to-wall connection (i.e., U-shaped steel channel connection). This capacity behavior is compared with the capacity behavior of precast concrete panel connections for industrial buildings that used a common approach (i.e., loop connection), which is subjected to monotonic loading as in-plane and out-of-plane loading by developing a finite element model. The principal stress distribution, deformation of concrete panels and welded wire mesh (BRC) reinforcements, plastic strain trend in the concrete panels and connections, and crack propagations are investigated for the aforementioned connection. Pushover analysis revealed that loop connections have significant defects in terms of strength for in-plane and out-of-plane loads at three translational degrees of freedom compared with the U-shaped steel channel connection.
Historical buildings in seismically active regions are severely damaged by earthquakes, since they certainly were not designed by the original builders to withstand seismic effects. In particular the reports after major ground motions indicate that earthquake-induced pounding between buildings may lead to substantial damage or even collapse of colliding structures. The research on structural pounding during earthquakes has been recently much advanced, although most of the studies are conducted on simplified single degree of freedom systems. In this paper a detailed pounding-involved response analysis of three adjacent structures is performed, concerning the main bodies of the "Quinto Orazio Flacco" school. The construction includes a main masonry building, with an M-shaped plan, and a reinforced concrete building, separated from the masonry one and realized along its free perimeter. By the analysis of the capacity curves obtained by suitable pushover procedures performed separately for each building, it emerges that masonry and reinforced concrete buildings are vulnerable to earthquake-induced structural pounding in the longitudinal direction. In particular, due to the geometric configuration of the school, a special case of impact between the reinforced concrete structure and two parts of the masonry building occurs. In order to evaluate the pounding-involved response of three adjacent structures, in this paper a numerical procedure is proposed, programmed using MATLAB software. Both a non-linear viscoelastic model to simulate impact and an elastic-perfectly plastic approximation of the storey shear force-drift relation are assumed, differently from many commercial softwares which admit just one non-linearity.
Lakhade, Suraj O.;Kumar, Ratnesh;Jaiswal, Omprakash R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.2
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pp.209-224
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2017
Elevated water tanks are considered as important structures due to its post-earthquake requirements. Elevated water tank on reinforced concrete frame staging is widely used in India. Different response reduction factors depending on ductility of frame members are used in seismic design of frame staging. The study on appropriateness of response reduction factor for reinforced concrete tank staging is sparse in literature. In the present paper a systematic study on estimation of key components of response reduction factors is presented. By considering the various combinations of tank capacity, height of staging, seismic design level and design response reduction factors, forty-eight analytical models are developed and designed using relevant Indian codes. The minimum specified design cross section of column as per Indian code is found to be sufficient to accommodate the design steel. The strength factor and ductility factor are estimated using results of nonlinear static pushover analysis. It was observed that for seismic design category 'high' the strength factor has lesser contribution than ductility factor, whereas, opposite trend is observed for seismic design category 'low'. Further, the effects of staging height and tank capacity on strength and ductility factors for two different seismic design categories are studied. For both seismic design categories, the response reduction factors obtained from the nonlinear static analysis is higher than the code specified response reduction factors. The minimum dimension restriction of column is observed as key parameter in achieving the desired performance of the elevated water tank on frame staging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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