Massumi, Ali;Mahboubi, Behnam;Ameri, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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v.8
no.6
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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.
Aknouche, Hassan;Airouche, Abdelhalim;Bechtoula, Hakim
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.329-348
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2019
The main objective of this experimental research was to investigate the Seismic performance of reinforced concrete frames infilled with perforated clay brick masonry wall of a type commonly used in Algeria. Four one story-one bay reinforced concrete infilled frames of half scale of an existing building were tested at the National Earthquake Engineering Research Center Laboratory, CGS, Algeria. The experiments were carried out under a combined constant vertical and reversed cyclic lateral loading simulating seismic action. This experimental program was performed in order to evaluate the effect and the contribution of the infill masonry wall on the lateral stiffness, strength, ductility and failure mode of the reinforced concrete frames. Numerical models were developed and calibrated using the experimental results to match the load-drift envelope curve of the considered specimens. These models were used as a bench mark to assess the effect of normalized axial load on the seismic performance of the RC frames with and without masonry panels. The main experimental and analytical results are presented in this paper.
A reinforced concrete (RC) framed structure detailed according to non-seismic detailing provisions as per Indian Standard was tested on shake table under dynamic loads. The structure had 3 main storeys and an additional storey to simulate the footing to plinth level. In plan the structure was symmetric with 2 bays in each direction. In order to optimize the information obtained from the tests, tests were planned in three different stages. In the first stage, tests were done with masonry infill panels in one direction to obtain information on the stiffness increase due to addition of infill panels. In second stage, the infills were removed and tests were conducted on the structure without and with tuned liquid dampers (TLD) on the roof of the structure to investigate the effect of TLD on seismic response of the structure. In the third stage, tests were conducted on bare frame structure under biaxial time histories with gradually increasing peak ground acceleration (PGA) till failure. The simulated earthquakes represented low, moderate and severe seismic ground motions. The effects of masonry infill panels on dynamic characteristics of the structure, effectiveness of TLD in reducing the seismic response of structure and the failure patterns of non-seismically detailed structures, are clearly brought out. Details of design and similitude are also discussed.
Although it is widely accepted that the interaction -between masonry infill and structural members significantly affects the seismic response of reinforced concrete (RC) frames, this interaction is generally neglected in current design-oriented seismic analyses of structures. Moreover, the role of masonry infill is expected to be even more relevant in the case of existing frames designed only for gravitational loads, as infill walls can significantly modify both lateral strength and stiffness. However, the additional contribution to both strength and stiffness is often coupled to a modification of the global collapse mechanisms possibly resulting in brittle failure modes, generally related to irregular distributions of masonry walls throughout the frame. As a matter of principle, accurate modelling of masonry infill should be at least carried out by adopting nonlinear 2D elements. However, several practice-oriented proposals are currently available for modelling masonry infill through equivalent (nonlinear) strut elements. The present paper firstly outlines some of the well-established models currently available in the scientific literature for modelling infill panels in seismic analyses of RC frames. Then, a parametric analysis is carried out in order to demonstrate the consequences of considering such models in nonlinear static and dynamic analyses of existing RC structures. Two bay-frames with two-, three- and four-storeys are considered for performing nonlinear analyses aimed at investigating some critical aspects of modelling masonry infill and their effects on the structural response. Particularly, sensitivity analyses about specific parameters involved in the definition of the equivalent strut models, such as the constitutive force-displacement law of the panel, are proposed.
In order to perform a step-by-step force-displacement response analysis or dynamic time-history analysis of large buildings with masonry infilled R/C frames, a continuous force-deformation model based on an equivalent strut approach is proposed for masonry infill panels containing openings. The model, which is applicable for degrading elements, can be implemented to replicate a wide range of monotonic force-displacement behaviour, resulting from different design and geometry, by varying the control parameters of the model. The control parameters of the proposed continuous model are determined using experimental data. The experimental program includes fifteen 1/3-scale, single-story, single-bay reinforced concrete frame specimens subjected to lateral cyclic loading. The parameters investigated include the shape, the size, the location of the opening and the infill compressive strength. The actual properties of the infill and henceforth the characteristics needed for the diagonal strut model are based on the assessment of its lateral resistance by the subtraction of the response of the bare frame from the response of the infilled frame.
In many structures, the masonry infill panels have been used for architectural reasons and their influence on the structure is often ignored by engineers. However, it has been recognized that the presence of masonry infills may debates. Recently, the pushover analysis technique is used for the prediction of the inelastic behaviors of structures in the seismic evaluation of existing buildings. However, the reliability of this analysis method has not been fully checked with the test results, particularly in the case of masonry-infilled frames. The objective of this study is to verify the correlation between the experimental and analytical reponses of a high-rise masonry-infilled reinforced concrete frame using DRAIN-2DX program and the test results performed previously. It is concluded from this comparison that the strength and stiffness of members can be predicted with quite high reliability while the ductility capacity of members can not be described reasonably.
The effects of infill panels on the response of r.c. frames subjected to seismic action are widely recognized. Numerous experimental investigations were effected and several analytical models were developed on this subject. This work, which is part of a larger project dealing with specific materials and structures commonly used in Italy, discusses experimental tests on masonry and samples of bare and infilled portals. The experimental activity includes tests on elemental materials, and 12 wall samples. Finally, three one-bay one-story reinforced concrete frames, designed according to the outdated Italian technical code D.M. 1996 without seismic details, were tested (bare and infilled) under constant vertical and cyclic lateral load. The first cracks observed on the framed walls occurred at a drift of about 0.3%, reaching its maximum capacity at a drift of 0.5% while retaining its capacity up to a drift of 0.6%. Infill contributed to both the stiffness and strength of the bare reinforced concrete frame at small drifts thus improving overall system behavior. In addition to the experimental activities, previously mentioned, the recalibration of a model proposed by Comberscue (1996) was evaluated. The accuracy of an OpenSees non linear fiber based model of the prototype tested, including a strut element was verified through a comparison with the final experimental results. This work has been partially supported by research grant DPC-ReLUIS 2014.
Structural safety has always been a key preoccupation for engineers responsible for the design of civil engineering projects. One of the mechanisms of structural failure, which has gathered increasing attention over the past few decades, is referred to as 'progressive collapse' which happens when one or several structural members suddenly fail, whatever the cause (accident, attack, seismic loading(.Any weakness in design or construction of structural elements can induce the progressive collapse in structures, during seismic loading. Masonry infill panels have significant influence on structure response against the lateral load. Therefore in this paper, seismic performance and shear strength of R.C frames with brick infill panel under various lateral loading patterns are investigated. This evaluation is performed by nonlinear static analysis. The results provided important information for additional design guidance on seismic safety of RC frames with brick infill panel under progressive collapse.
Despite the fact that the fundamental period appears to be one of the most critical parameters for the seismic design of structures according to the modal superposition method, the so far available in the literature proposals for its estimation are often conflicting with each other making their use uncertain. Furthermore, the majority of these proposals do not take into account the presence of infills walls into the structure despite the fact that infill walls increase the stiffness and mass of structure leading to significant changes in the fundamental period numerical value. Toward this end, this paper presents a detailed and indepth analytical investigation on the parameters that affect the fundamental period of reinforce concrete structure. The calculated values of the fundamental period are compared against those obtained from the seismic code and equations proposed by various researchers in the literature. From the analysis of the results it has been found that the number of storeys, the span length, the stiffness of the infill wall panels, the location of the soft storeys and the soil type are crucial parameters that influence the fundamental period of RC buildings.
This paper investigates the fundamental period of vibration of RC buildings by means of finite element macro-modelling and modal eigenvalue analysis. As a base study, a number of 14-storey RC buildings have been considered "according to code designed" and "according to code non-designed". Several parameters have been studied including the number of spans; the span length in the direction of motion; the stiffness of the infills; the percentage openings of the infills and; the location of the soft storeys. The computed values of the fundamental period are compared against those obtained from seismic code and equations proposed by various researchers in the literature. From the analysis of the results it has been found that the span length, the stiffness of the infill wall panels and the location of the soft storeys are crucial parameters influencing the fundamental period of RC buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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