"Performance-based design (PBD)" is based on designing a structure with choosing a performance target under design criteria to increase the structure's resistance against earthquake effect. The plastic hinge formation is determined as one of the fundamental data in finite elements nonlinear analysis to distinguish the condition of the structure where more significant potential damage could occur. If the number of plastic hinges in the structure is increased, the total horizontal load capability of the structure is increased, also. Theoretically, when the number of plastic hinges of the plane frame structure reaches "the degree of hyperstaticity plus one", the structure will reach the capability of the largest ultimate horizontal load. As the number of plastic hinges to be formed in the structure increases towards the theoretical plastic hinge number (TPHN), the total horizontal load capability of the structure increases, proportionally. In the previous studies of the authors, the features of examining the new performance criteria were revealed and it was formulated as follows "Increase the total number of plastic hinges to be formed in the structure to the number of theoretical plastic hinges as much as possible and keep the structure below its targeted performance with related codes". With this new performance criterion, it has been shown that the total lateral load capability of the building is higher than the total lateral load capability obtained with the traditional PBD method by the FEMA 440 and FEMA 356 design guides. In this study, PBD analysis results of structures with frame carrier systems are presented in the light of the Turkey Building Earthquake Code 2019. As a result of this study, it has been shown that the load capability of the structure in the examples of structures with frame carrier system increases by using this new performance criterion presented, compared to the results of the examination with the traditional PBD method in TBEC 2019.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.2
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pp.69-80
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2008
In this study, improved capacity spectrum method (CSM) is proposed. The method can account for higher mode contribution to the seismic response of MDOF systems. The CSM has been conveniently used for determining maximum roof displacement using both demand spectrum and capacity curve of equivalent SDOF system. Unlike the conventional CSM, the maximum roof displacement is determined without iteration using inelastic displacement ratio and R factor calculated from demand spectrum and capacity curve. Three moment resisting steel frames of 3-, 9- and 20-stories are considered to test the accuracy of the proposed method. Nonlinear response history analysis (NL-RHA) for three frames is also conducted, which is considered as an exact solution. SAC LA 10/50 and 2/50 sets of ground motions are used. Moreover, this study estimates maximum story drift ratios (IDR) using ATC-40 CSM and N2-method and compared with those from the proposed method and NL-RHA. It shows that the proposed CSM estimates the maximum IDR accurately better than the previous methods.
Pardalopoulos, Stylianos I.;Pantazopoulou, Stavroula J.;Ignatakis, Christos E.
Earthquakes and Structures
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v.11
no.2
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pp.195-215
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2016
Rehabilitation of historical unreinforced masonry (URM) buildings is a priority in many parts of the world, since those buildings are a living part of history and a testament of human achievement of the era of their construction. Many of these buildings are still operational; comprising brittle materials with no reinforcements, with spatially distributed mass and stiffness, they are not encompassed by current seismic assessment procedures that have been developed for other structural types. To facilitate the difficult task of selecting a proper rehabilitation strategy - often restricted by international treaties for non-invasiveness and reversibility of the intervention - and given the practical requirements for the buildings' intended reuse, this paper presents a practical procedure for assessment of seismic demands of URM buildings - mainly historical constructions that lack a well-defined diaphragm action. A key ingredient of the method is approximation of the spatial shape of lateral translation, ${\Phi}$, that the building assumes when subjected to a uniform field of lateral acceleration. Using ${\Phi}$ as a 3-D shape function, the dynamic response of the system is evaluated, using the concepts of SDOF approximation of continuous systems. This enables determination of the envelope of the developed deformations and the tendency for deformation and damage localization throughout the examined building for a given design earthquake scenario. Deformation demands are specified in terms of relative drift ratios referring to the in-plane and the out-of-plane seismic response of the building's structural elements. Drift ratio demands are compared with drift capacities associated with predefined performance limits. The accuracy of the introduced procedure is evaluated through (a) comparison of the response profiles with those obtained from detailed time-history dynamic analysis using a suite of ten strong ground motion records, five of which with near-field characteristics, and (b) evaluation of the performance assessment results with observations reported in reconnaissance reports of the field performance of two neoclassical torsionally-sensitive historical buildings, located in Thessaloniki, Greece, which survived a major earthquake in the past.
Steel plate shear walls (SPSWs) are effective lateral systems which have high initial stiffness, appropriate ductility and energy dissipation capability. Recently, steel plate shear walls with low yield point strength (LYP), were introduced and they attracted the attention of designers. Structures with this new system, besides using less steel, are more stable. In the present study, the effects of plates with low yield strength on the seismic design parameters of steel frames with steel plate shear walls are investigated. For this purpose, a variety of this kind of structures with different heights including the 2, 5, 10, 14 and 18-story buildings are designed based on the AISC seismic provisions. The structures are modeled using ANSYS finite element software and subjected to monotonic lateral loading. Parameters such as ductility (${\mu}$), ductility reduction ($R_{\mu}$), over-strength (${\Omega}_0$), displacement amplification ($C_d$) and behavior factor (R) of these structures are evaluated by carrying out the pushover analysis. Analysis results indicate that the ductility, over-strength and behavior factors decrease by increasing the number of stories. Also, the displacement amplification factor decreases by increasing the number of stories. Finally, the results were compared with the suggestions provided in the AISC code for steel plate shear walls. The results indicate that the values for over-strength, behavior and displacement amplification factors of LYP steel plate shear wall systems, are larger than those proposed by the AISC code for typical steel plate shear wall systems.
This study explores the inelastic behavior of systems with flexible base. The use of a single degree of freedom system (ESDOF) with equivalent ductility to represent the response of flexible base systems is discussed. Two different equations to compute equivalent ductility are proposed, one which includes the contribution of rigid body components, and other based on the overstrength of the structure. In order to asses the accuracy of ESDOF approach with the proposed equations, the behavior of a 10-story regular building with reinforced concrete (RC) moment resisting frames is studied. Local and global ductility capacity and demands are used to study the modifications introduced by base flexibility. Three soil types are considered with shear wave velocities of 70, 100 and 250 m/s. Soil-foundation stiffness is included with a set of springs on the base (impedance functions). Capacity curves of the building are computed with pushover analysis. In addition, non linear time history analysis are used to asses the ductility demands. Results show that ductility capacity of the soil-structure system including rigid body components is reduced. Base flexibility does not modify neither yield and maximum base shear. Equivalent ductility estimated with the proposed equations is fits better the results of the numerical model than the one considering elastoplastic behavior. Modification of beams ductility demand due to base flexibility are not constant within the structure. Some elements experience reduced ductility demands while other elements experience increments when flexible base is considered. Soil structure interaction produces changes in the relation between yield strength reduction factor and structure ductility demand. These changes are dependent on the spectral shape and the period of the system with fixed and flexible base.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.35-45
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2008
To investigate the effects of residual displacement, the structural responses of buckling-restrained braced frames (BRBF) and special moment-resisting frames (SMRF) were evaluated for design-based excitations following an application of initial residual drift. The initial residual drift was applied to the structure in two ways. The first way was to simply apply the same earthquake record to the structure twice, with an appropriate pause between applications to allow the structural response from the first record to return to zero. The second way to apply the initial residual drift was to apply a pushover to the structure until it arrives at the desired residual drift value. According to the analysis results, the initial residual drifts had a significant effect on the responses of steel BRBF and SMRF. The responses of BRBF were more highly dependent on the initial residual deformation than the responses of SMRF. Therefore, in order to minimize the post-event repair cost, a reduction of residual drift is required.
This study presents a new beam-column model comprising material nonlinearity and joint flexibility to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The nonlinear behavior of connections has an outstanding role on the nonlinear response of reinforced concrete structures. In presented research, the joint flexibility is considered applying a rotational spring at each end of the member. To derive the moment-rotation behavior of beam-column connections, the relative rotations produced by the relative slip of flexural reinforcement in the joint and the flexural cracking of the beam end are taken into consideration. Furthermore, the considered spread plasticity model, unlike the previous models that have been developed based on the linear moment distribution subjected to lateral loads includes both lateral and gravity load effects, simultaneously. To confirm the accuracy of the proposed methodology, a simply-supported test beam and three reinforced concrete frames are considered. Pushover and nonlinear dynamic analysis of three numerical examples are performed. In these examples the nonlinear behavior of connections and the material nonlinearity using the proposed methodology and also linear flexibility model with different number of elements for each member and fiber based distributed plasticity model with different number of integration points are simulated. Comparing the results of the proposed methodology with those of the aforementioned models describes that suggested model that only uses one element for each member can appropriately estimate the nonlinear behavior of reinforced concrete structures.
Incremental dynamic analysis (IDA) widely uses for the collapse risk assessment procedures of buildings. In this study, an IDA-based collapse risk assessment methodology is proposed, which employs a novel approach for detecting the near-collapse (NC) limit state. The proposed approach uses the modal pushover analysis results to calculate the maximum inter-story drift ratio of the structure. This value, which is used as the upper-bound limit in the IDA process, depends on the structural characteristics and global seismic responses of the structure. In this paper, steel midrise intermediate moment resisting frames (IMRFs) have selected as case studies, and their collapse risk parameters are evaluated by the suggested methodology. The composite action of a concrete floor slab and steel beams, and the interaction between the infill walls and the frames could change the collapse mechanism of the structure. In this study, the influences of the metal deck floor and autoclaved aerated concrete (AAC) masonry infill walls with uniform distribution are investigated on the seismic collapse risk of the IMRFs using the proposed methodology. The results demonstrate that the suggested modified IDA method can accurately discover the near-collapse limit state. Also, this method leads to much fewer steps and lower calculation costs rather than the current IDA method. Moreover, the results show that the concrete slab and the AAC infill walls can change the collapse parameters of the structure and should be considered in the analytical modeling and the collapse assessment process of the steel mid-rise intermediate moment resisting frames.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.2
s.54
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pp.11-17
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2007
In current seismic design practice, the response modification factor (R-factor) is used as a factor to reduce the elastic base shear demand to the design force level. As is well-known, the R-factor is a committee-consensus factor and, as such, highly qualitative and empirical. The relationship between the R-factor and the connection rotation capacity available in a particular structural system has remained a missing link. In this paper, a rational procedure to evaluate the R-factor is proposed. To this end, the relationship between the available connection rotation capacity and the R-factor is defined and quantified using nonlinear pushover analysis. An RRS steel frame designed according to IBC 2000 was used to illustrate and verify the proposed procedure. Nonlinear time history analysis results indicated that the R-factor definition proposed in this study is generally conservative from design perspective.
Lateral loading due to wind or earthquake is a major factor that affects the design of high-rise buildings. This paper highlights the problems associated with the seismic design of high-rise buildings in regions of strong wind and moderate seismicity. Seismic response analysis and performance evaluation were conducted for wind-designed concentrically braced steel high-rise buildings in order to check the feasibility of designing them per elastic seismic design criterion (or strength and stiffness solution) in such regions. Review of wind design and pushover analysis results indicated that wind-designed high-rise buildings possess significantly increased elastic seismic capacity due to the overstrength resulting from the wind serviceability criterion. The strength demand-to-capacity study showed that, due to the wind design overstrength, high-rise buildings with a slenderness ratio of larger than four or five can elastically withstand even the maximum considered earthquake (MCE) with the seismic performance level of immediate occupancy under the limited conditions of this study. A step-by-step seismic design procedure per the elastic criterion that is directly usable for practicing design engineers is also recommended.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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