The current study explores the soil-structure interaction (SSI) effect on the potential seismic damage of mid-rise non-seismically designed reinforced concrete frames retrofitted by Fibre Reinforced Polymer (FRP). An 8-storey reinforced concrete frame poorly-confined due to transverse reinforcement deficiency is selected and then retrofitted by FRP wraps to provide external confinement. The poorly-confined and FRP retrofitted frames with/without SSI are modelled using hysteretic nonlinear elements. Inelastic time history and damage analyses are performed for these frames subjected to different seismic intensities. The results show that the FRP confinement significantly reduces one or two damage levels for the poorly-confined frame. More importantly, the SSI effect is found to increase the potential seismic damage of the retrofitted frame, reducing the effectiveness of FRP retrofitting. This finding, which is contrary to the conventionally beneficial concept of SSI governing for decades in structural and earthquake engineering, is worth taking into account in designing and evaluating retrofitted structures.
Dzolev, Igor M.;Cvetkovska, Meri J.;Ladinovic, Dorde Z.;Radonjanin, Vlastimir S.
Computers and Concrete
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제21권6호
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pp.637-647
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2018
Numerical approach using finite element method has been used to evaluate the behaviour of reinforced concrete frame structure subjected to fire. The structure is previously designed in accordance with Eurocode standards for the design of structures for earthquake resistance, for the ductility class M. Thermal and structural response are obtained using a commercially available software ANSYS. Temperature-dependent nonlinear thermal and mechanical properties are adopted according to Eurocode standards, with the application of constitutive model for the triaxial behaviour of concrete with a smeared crack approach. Discrete modelling of concrete and reinforcement has enabled monitoring of the behaviour at a global, as well as at a local level, providing information on the level of damage occurring during fire. Critical regions in frame structures are identified and assessed, based on temperatures, displacements, variations of internal forces magnitudes and achieved plastic deformations of main reinforcement bars. Parametric analyses are conducted for different fire scenarios and different types of concrete aggregate to determine their effect on global deformations of frame structures. According to analyses results, the three-dimensional finite element model can be used to evaluate the insulation and mechanical resistance criteria of reinforced concrete frame structures subjected to nominal fire curves.
This work addresses the optimization controller design problem combining the AI evolution bat (EB) optimization algorithm with a fuzzy controller in the practical application of a reinforced concrete frame structure. This article explores the use of an intelligent EB strategy to reduce the dynamic response of Lead Rubber Bearing (LRB) composite reinforced concrete frame structures. Recently developed control units for plant structures, such as hybrid systems and semi-active systems, have inherently non-linear properties. Therefore, it is necessary to develop non-linear control methods. Based on the relaxation method, the nonlinear structural system can be stabilized by properly adjusting the parameters. Therefore, the behavior of a closed-loop system can be accurately predicted by determining the behavior of a closed-loop system. The performance and durability of the proposed control method are demonstrated by numerical simulations. The simulation results show that the proposed method is a viable and feasible control strategy for seismically tuned composite reinforced concrete frame structures.
Massumi, Ali;Mahboubi, Behnam;Ameri, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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제8권6호
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pp.1435-1452
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2015
The performance of masonry infilled frames during the past earthquakes shows that the infill panels play a major role as earthquake-resistant elements. Experimental observations regarding the influence of infill panels on increasing stiffness and strength of reinforced concrete structures reveal that such panels can be used in order to strengthen reinforced concrete frames. The present study examines the influence of infill panels on seismic behavior of RC frame structures. For this purpose, several low- and mid-rise RC frames (two-, four-, seven-, and ten story) were numerically investigated. Reinforced masonry infill panels were then placed within the frames and the models were subjected to several nonlinear incremental static and dynamic analyses. In order to determine the acceptance criteria and modeling parameters for frames as well as reinforced masonry panels, the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Masonry Buildings (Issue No. 376), the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Structures (Issue No. 360) and FEMA Guidelines (FEMA 273 and 356) were used. The results of analyses showed that the use of reinforced masonry infill panels in RC frame structures can have beneficial effects on structural performance. It was confirmed that the use of masonry infill panels results in an increment in strength and stiffness of the framed buildings, followed by a reduction in displacement demand for the structural systems.
This paper investigates earthquake response of reinforced concrete regular frames subjected to rebar corrosion. A typical four-story reinforced concrete frame is designed according to Turkish Earthquake Code in order to examine earthquake response. Then different levels of rebar corrosion scenarios are applied to this frame structure. The deteriorated conditions as a result of these scenarios are included loss in cross sectional area of rebar, loss of mechanical properties of rebar, loss in bond strength and variations in damage limits of concrete sections. The frame is evaluated using a nonlinear static analysis in its sound as well as deteriorated conditions. The rebar corrosion effect on the structural response is investigated by comparing the response of the frame in each scenario with respect to the sound condition of the frame. The results shows that the progressive deterioration of the frame over time cause serious reductions on the base shear and top displacement capacity and also structural ductility of the corroded frames. The propagation time, intensity, and extensity of rebar corrosion on the frame are important parameters governing the effect of rebar corrosion on earthquake response of the frame.
This paper proposes an automated procedure for optimum seismic design of reinforced concrete (RC) frame structures. This procedure combines a smart pre-processing using a Tree Classification Method (TCM) and a nonlinear optimization technique. First, the TCM automatically creates sections database and assigns sections to structural members. Subsequently, a real valued model of Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm is employed in solving the optimization problem. Numerical examples on design optimization of three low- to high-rise RC frame structures under earthquake loads are presented with and without considering strong column-weak beam (SCWB) constraint. Results demonstrate the effectiveness of the TCMin seismic design optimization of the structures.
The objective of the research stated herein is to observe the elastic and inelastic behaviors and ultimate capacity of 1:5 scale 3-story reinforced concrete frame. Pushover tests were performed to 1:5 scale 3-story reinforced concrete frames with and without infilled masonry. To simulate the earthquake effect, the lateral force distribution was maintained by an inverted triang1e by using the whiffle tree. From the test results, the relation ships between the total lateral load and the roof drift, the distribution of column shears, the relation between story shear and story drift, and the angular rotations at the critical portions of structures were obtained. The effects of infilled masonry were investigated with regards to the stiffness, strength, and ductility of structures. Final collapse modes of structures with and without infilled masonry were compared.
In reality, masonry infill modifies the seismic response of reinforced concrete (r.c.) frame structures by increasing the overall rigidity of structure which results in: increasing of total seismic load value, decreasing of deformations and period of vibration, therefore masonry infill frame structures have larger capacity of absorbing and dissipating seismic energy. The aim of the paper is to explore and assess actual influence of masonry infill on seismic response of r.c. frame structures, to determine whether it's justified to disregard masonry infill influence and to determine appropriate way to consider infill influence by design. This was done by modeling different structures, bare frame structures as well as masonry infill frame structures, while varying masonry infill to r.c. frame stiffness ratio and seismic intensity. Further resistance envelope for those models were created and compared. Different structures analysis have shown that the seismic action on infilled r.c. frame structure is almost always twice as much as seismic action on the same structure with bare r.c. frames, regardless of the seismic intensity. Comparing different models resistance envelopes has shown that, in case of lower stiffness r.c. frame structure, masonry infill (both lower and higher stiffness) increased its lateral load capacity, in average, two times, but in case of higher stiffness r.c. frame structures, influence of masonry infill on lateral load capacity is insignificant. After all, it is to conclude that the optimal structure type depends on its exposure to seismic action and its masonry infill to r.c. frame stiffness ratio.
Non-uniform reinforced concrete brace facade systems are newly considered to improve seismic performance of reinforced concrete frame buildings under lateral load. For normal and high strength concrete of 30MPa, 80MPa, and 120MPa, the cross-sections of reinforced concrete brace facade systems were designed as different size with same amount of reinforcements. The strengthened frame systems were analyzed by a non-linear two-dimensional finite element technique which was considering material non-linearities of concrete and reinforcing bars under monotonic and cyclic loadings. From the study of non-linear analysis of the systems, therefore, it was provided that the proposed braced facade systems were reliable to improve laterally load-carrying capacity and minimize damages of concrete members through comparisons of load-displacement curves, crack patterns, and stress distributions of reinforcing bars predicted by current non-linear finite element analysis of frame specimens.
In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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