In order to improve the efficiency of the Reinforced Concrete, RC, structures against progressive collapse, this paper proposes a procedure using alternate path and specific local resistance method to resist progressive collapse in intermediate RC frame structures. Cap truss consists of multiple trusses above a suddenly removed structural element to restrain excessive collapse and provide an alternate path. Steel strut is used as a brace to resist compressive axial forces. It is similar to knee braces in the geometry, responsible for enhancing ductility and preventing shear force localization around the column. In this paper, column removals in the critical position at the first story of two 5 and 10-story regular buildings strengthened using steel strut or cap truss are studied. Based on nonlinear dynamic analysis results, steel strut can only decrease vertical displacement due to sudden removal of the column at the first story about 23%. Cap truss can reduce the average vertical displacement and column axial force transferred to adjacent columns for the studied buildings about 56% and 61%, respectively due to sudden removal of the column. In other words, using cap truss, the axial force in the removed column transfers through an alternate path to adjacent columns to prevent local or general failure or to delay the progressive collapse occurrence.
This paper examines the seismic responses of a reinforced concrete (RC) frame core-tube building with pre-pressed spring self-centering energy dissipation (PS-SCED) braces. The PS-SCED brace system consists of friction devices for energy dissipation, pre-pressed combination disc springs for self-centering and tube members as guiding elements. A constitutive model of self-centering flag-shaped hysteresis for PS-SCED brace is developed to better simulate the seismic responses of the RC frame core-tube building with PS-SCED braces, which is also verified by the tests of two braces under low cyclic reversed loading. Results indicate that the self-centering and energy dissipation capabilities are well predicted by the proposed constitutive model of the PS-SCED brace. The structure with PS-SCED braces presents similar peak story drift ratio, smaller peak acceleration, smaller base shear force and much smaller residual deformations as compared to the RC frame core-tube building with bucking-restrained braces (BRBs).
Reinforced concrete structural walls are widely known to provide an efficient lateral load resistance and drift control. However, many reported researches on them are mostly limited to the RC structural walls reinforced according to seismic details. When the pushover analysis technique is used for the prediction of inelastic behavior of frame-wall structures for the seismic evaluation of existing buildings having non-seismic details, the reliability of this analysis method should be checked by the test results. The objective of this study is to verify the correlation between the experimental and analytical responses of a high-rise reinforced concrete frame-wall structure having non-seismic details by using DRAIN-2DX program[11] and the test results performed previously[1]. It is concluded that the behavior of the frame-wall model is mainly affected by the fixed-end rotation(uplift at base) and bending deformation of the wall and that the analysis with the LINKS model[10] in DRAIN-2DX describes them with good reliability.
Kamanli, Mehmet;Korkmaz, Hasan H.;Unal, Alptug;Balik, Fatih S.;Bahadir, Fatih;Cogurcu, Mustafa T.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.3
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pp.761-778
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2015
The objective of this paper is to report the result of an experimental program conducted on the strengthening of nonductile RC frames by using external mesh reinforcement and plaster application. The main objective was to test an alternative strengthening technique for reinforced concrete buildings, which could be applied with minimum disturbance to the occupants. Generic specimen is two floors and one bay RC frame in 1/2 scales. The basic aim of tested strengthening techniques is to upgrade strength, ductility and stiffness of the member and/or the structural system. Six specimens, two of which were reference specimens and the remaining four of which had deficient steel detailing and poor concrete quality were strengthened and tested in an experimental program under cyclic loading. The parameters of the experimental study are mesh reinforcement ratio and plaster thickness of the infilled wall. The effects of the mesh reinforced plaster application for strengthening on behavior, strength, stiffness, failure mode and ductility of the specimens were investigated. Premature and unexpected failure mode has been observed at first and second specimens failed due to inadequate plaster thickness. Also third strengthened specimen failed due to inadequate lap splice of the external mesh reinforcement. The last modified specimen behaved satisfactorily with higher ultimate load carrying capacity. Externally reinforced infill wall composites improve seismic behavior by increasing lateral strength, lateral stiffness, and energy dissipation capacity of reinforced concrete buildings, and limit both structural and nonstructural damages caused by earthquakes.
Present paper deals with the cost effective design of reinforced concrete building frame employing unified particle swarm optimization (UPSO). A building frame with G+8 stories have been adopted to demonstrate the effectiveness of the present algorithm. Effect of seismic loads and wind load have been considered as per Indian Standard (IS) 1893 (Part-I) and IS 875 (Part-III) respectively. Analysis of the frame has been carried out in STAAD Pro software.The design loads for all the beams and columns obtained from STAAD Pro have been given as input of the optimization algorithm. Next, cost optimization of all beams and columns have been carried out in MATLAB environment using UPSO, considering the safety and serviceability criteria mentioned in IS 456. Cost of formwork, concrete and reinforcement have been considered to calculate the total cost. Reinforcement of beams and columns has been calculated with consideration for curtailment and feasibility of laying the reinforcement bars during actual construction. The numerical analysis ensures the accuracy of the developed algorithm in providing the cost optimized design of RC building frame considering safety, serviceability and constructional feasibilities. Further, Monte Carlo simulations performed on the numerical results, proved the consistency and robustness of the developed algorithm. Thus, the present algorithm is capable of giving a cost effective design of RC building frame, which can be adopted directly in construction site without making any changes.
The fundamental period is an important parameter for seismic design and seismic risk assessment of building structures. In this paper, a simplified theoretical method to predict the fundamental period of masonry infilled reinforced concrete (RC) frame is developed based on the basic theory of engineering mechanics. The different configurations of the RC frame as well as masonry walls were taken into account in the developed method. The fundamental period of the infilled structure is calculated according to the integration of the lateral stiffness of the RC frame and masonry walls along the height. A correction coefficient is considered to control the error for the period estimation, and it is determined according to the multiple linear regression analysis. The corrected formula is verified by shaking table tests on two masonry infilled RC frame models, and the errors between the estimated and test period are 2.3% and 23.2%. Finally, a probability-based method is proposed for the corrected formula, and it allows the structural engineers to select an appropriate fundamental period with a certain safety redundancy. The proposed method can be quickly and flexibly used for prediction, and it can be hand-calculated and easily understood. Thus it would be a good choice in determining the fundamental period of RC frames infilled with masonry wall structures in engineering practice instead of the existing methods.
Due to the influence of nonlinearity and time-variation, it is difficult to establish an accurate model of concrete frame structures that adopt active controllers. Fuzzy theory is a relatively appropriate method but susceptible to human subjective experience to decrease the performance. To guarantee the stability of multi-time delays complex system with multi-interconnections, a delay-dependent criterion of evolved design is proposed in this paper. Based on this criterion, the sector nonlinearity which converts the nonlinear model to multiple rule base of the linear model and a new sufficient condition to guarantee the asymptotic stability via Lyapunov function is implemented in terms of linear matrix inequalities (LMI). A numerical simulation for a three-layer reinforced concrete frame structure subjected to earthquakes is demonstrated that the proposed criterion is feasible for practical applications.
A new type of precast CFST column to RC beam braced frame is proposed in this paper. A series of shake table tests were conducted to excite a one-third scale six-story model for investigating the global seismic performance of this type of structure against earthquake actions. Particular emphasis was given to its dynamic property, global seismic responses and failure path. Correspondingly, a numerical model built on the basis of fiber-beam-element model, multi-layer shell model and element-deactivation method was developed to simulate the seismic performance of the prototype structure. Numerical results were compared with the measured values from shake table tests to verify the validity and reliability of the numerical model. The results demonstrated that the proposed novel precast CFST column to RC beam braced frame performs excellently under strong earthquake excitations; the "strong CFST column-weak RC beam" and "strong connection-weak member" anti-seismic design principles can be easily achieved; the maximum deflections of precast CFSTC-RCB braced frame satisfied the deflection limitations proposed in national code; the numerical model can properly simulate the dynamic property and responses of the precast CFSTC-RCB braced frame that are highly concerned in engineering practice.
In this paper, a parallel algorithm of nonlinear dynamic analysis of three-dimensional (3D) reinforced concrete (RC) frame structures based on the platform of graphics processing unit (GPU) is proposed. Time integration is performed using Newmark method for nonlinear implicit dynamic analysis and parallelization strategies are presented. Correspondingly, a parallel Preconditioned Conjugate Gradients (PCG) solver on GPU is introduced for repeating solution of the equilibrium equations for each time step. The RC frames were simulated using fiber beam model to capture nonlinear behaviors of concrete and reinforcing bars. The parallel finite element program is developed utilizing Compute Unified Device Architecture (CUDA). The accuracy of the GPU-based parallel program including single precision and double precision was verified in comparison with ABAQUS. The numerical results demonstrated that the proposed algorithm can take full advantage of the parallel architecture of the GPU, and achieve the goal of speeding up the computation compared with CPU.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.3
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pp.131-139
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2001
Experimental programs were accomplished to improve and evaluate the structural performance of RC frame structures with masonry infilled wall, such as the hysteretic behavior, the maximum horizontal strength, crack propagation, and ductility etc. Test variables are restraining factors of frame, with or without masonry infilled wall, and masonry method. Six reinforced concrete rigid frame and masonry infilled wall were tested and constructed in one-third scale size under vertical and cyclic loads simultaneously. Based on the test results, the following conclusions can be made. For masonry infilled wall with restraining factors of frame(IFWB-1~3), cumulated energy dissipation capacities were increased by 1.35~1.60 times in comparision with that of masonry infilled wall(IFB-1) at final stage of testing. For masonry infilled wall with restraining factors of frame, maximum horizontal capacities were increased by 1.91~2.24 times in comparision with that of rigid frame.
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