The reliability-based seismic design of steel frames is a complex process that incorporates seismic demand with a structural capacity to attain safe buildings aligned with specified constraints. This paper introduces an efficient base shear force formulation to support the reliability-based design process of steel frames. The introduced base shear force equation combines the seismic demand statistics with the reliability objective to calculate a fictitious base shear force for linear static analysis. By concentrating on the seismic demand and promising to meet a certain level of reliability, the equation converts the reliability-based seismic design problem to a deterministic one. Two code-compliant real-size steel moment frames are developed according to different reliability objectives to demonstrate the competency of the proposed formula. The nonlinear dynamic analysis method is used to assess the seismic reliability of the constructed frames, and the numerical results validate the credibility of the suggested formulation. The base shear force calculation method regarding seismic reliability is the main finding of this study. The ease of use makes this approach a potent tool for design professionals and stakeholders to make rapid risk-informed decisions regarding steel moment frame design.
Currently, few studies have been conducted to comprehend the seismic reliability of post-tensioned (PT) CLT shear wall structures, due to the complexity of this kind of structural system as well as due to lack of a reliable structural model. In this paper, a set of 4-, 8-, 12-, and 16-storey benchmark PT CLT shear wall structures (PT-CLTstrs) were designed using the direct displacement-based design method, and their calibrated structural models were developed. The seismic reliability of each PT-CLTstr was assessed based on the fragility analysis and based on the response surface method (RSM), respectively. The fragility-based reliability index and the RSM-based reliability index were then compared, for each PT-CLTstr and for each seismic hazard level. Results show that the RSM-based reliabilities are slightly less than the fragility-based reliabilities. Overall, both the RSM and the fragility-based reliability method can be used as efficient approaches for assessing the seismic reliabilities of the PT-CLTstrs. For these studied mid- and high-rise benchmark PT-CLTstrs, following their fragility-based reliabilities, the 8-storey PT-CLTstr is subjected to the least seismic vulnerability; while, following their RSM-based reliabilities, the 4-storey PT-CLTstr is subjected to the least seismic vulnerability
Gaxiola-Camacho, J. Ramon;Haldar, Achintya;Reyes-Salazar, Alfredo;Valenzuela-Beltran, Federico;Vazquez-Becerra, G. Esteban;Vazquez-Hernandez, A. Omar
Earthquakes and Structures
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제14권4호
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pp.361-377
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2018
In this paper, an alternative reliability-based methodology is developed and implemented on the safety evaluation of structures subjected to seismic loading. To effectively elaborate the approach, structures are represented by finite elements and seismic loading is applied in time domain. The accuracy of the proposed reliability-based methodology is verified using Monte Carlo Simulation. It is confirmed that the presented approach provides adequate accuracy in calculating structural reliability. The efficiency and robustness in problems related to performance-based seismic design are verified. A structure designed by experts satisfying all post-Northridge seismic design requirements is studied. Rigidities related to beam-to-column connections are incorporated. The structure is excited by three suites of ground motions representing three performance levels: immediate occupancy, life safety, and collapse prevention. Using this methodology, it is demonstrated that only hundreds of deterministic finite element analyses are required for extracting reliability information. Several advantages are documented with respect to Monte Carlo Simulation. To showcase an applicability extension of the proposed reliability-based methodology, structural risk is calculated using simulated ground motions generated via the broadband platform developed by the Southern California Earthquake Center. It is validated the accuracy of the broadband platform in terms of structural reliability. Based on the results documented in this paper, a very solid, sound, and precise reliability-based methodology is proved to be acceptable for safety evaluation of structures excited by seismic loading.
케이슨식 안벽의 Level I 신뢰성설계를 위한 부분안전계수를 산정하였다. 일계신뢰도법에 의한 부분안전계수는 한계상태함수의 확률변수에 대한 민감도, 목표신뢰도지수, 확률특성치 및 설계특성치 등의 함수로써 표현하였으며 전면조위와 잔류수위에 대해서는 현행설계법과의 연계성을 유지하기 위하여 수정부분안전계수를 새롭게 정의하였다. 수치해석을 통하여 목표신뢰도지수에 대한 부분안전계수를 산정하였으며 지진계수의 확률분포는 극치분포를 사용하였다. 지진계수의 설계치를 적용함에 있어서 재현주기가 길수록 부분안전계수가 작게 산정됨을 확인하였다.
Seismic design provisions in Korea has developed based on seismic provisions in United States (e.g., ATC 3-06). Current seismic design provisions in U .S. is moving toward adopting enhanced concept for design. Federal Emergence Management Agency (FEMA) Provides the NEHRP recommended Provisions for the Development of Seismic Regulations for New Buildings which can be used as a source document for use by any interested members of the building community. Current seismic design provisions in U .S. generally use a uni-level force. These provisions can not be satisfied if the limit state design is concerned. Limit state can be defined as a state causing undesirable performance o( a structure (e .g., serviceability, ultimate, buckling, etc.). Even if there are provision for controlling drift by two levels, it is still difficult to satisfy limit states using uni-level force. Architectural Institute of Japan (AIJ) uses a hi-level forces Int seismic loadings which can satisfy serviceability and ultimate limit state. However, the seismic parameters used in AIJ guideline are basically determined by subjective manner of code committee member and professions. These parameters need to be determined based on target quantities (target reliability, target energy dissipation, target displacement, target stress level, etc.). This study develops the method to determine the sesmic design parameters based on a certain taget level. Reliability is used as a target level and load factors in ANSI/ASCE 7-88 are selected as design parameters to be determined.
This paper presents seismic performance and reliability evaluation on steel-timber hybrid shear wall systems composed of steel moment resisting frames and infill light frame wood shear walls. Based on experimental observations, damage assessment was conducted to determine the appropriate damage-related performance objectives for the hybrid shear wall systems. Incremental time-history dynamic analyses were conducted to establish a database of seismic responses for the hybrid systems with various structural configurations. The associated reliability indices and failure probabilities were calculated by two reliability methods (i.e., fragility analysis and response surface method). Both methods yielded similar estimations of failure probabilities. This study indicated the greatly improved seismic performance of the steel-timber hybrid shear wall systems with stronger infill wood shear walls. From a probabilistic perspective, the presented results give some insights on quantifying the seismic performance of the hybrid system under different seismic hazard levels. The reliability-based approaches also serve as efficient tools to assess the performance-based seismic design methodology and calibration of relative code provisions for the proposed steel-timber hybrid shear wall systems.
Non-stationary random seismic response and reliability of multi-degree of freedom hysteretic structure system are studied based on the cumulative damage failure mechanism. First, dynamic Eqs. of multi-degree of freedom hysteretic structure system under earthquake action are established. Secondly, the random seismic response of a multi-degree freedom hysteretic structure system is investigated by the combination of virtual excitation and precise integration. Finally, according to the damage state level of structural, the different damage state probability of high-rise frame structure is calculated based on the boundary value of the cumulative damage index in the seismic intensity earthquake area. The results show that under the same earthquake intensity and the same floor quality and stiffness, the lower the floor is, the greater the damage probability of the building structure is; if the structural floor stiffness changes abruptly, the weak layer will be formed, and the cumulative damage probability will be the largest, and the reliability index will be relatively small. Meanwhile, with the increase of fortification intensity, the reliability of three-level structure fortification is also significantly reduced. This method can solve the problem of non-stationary random seismic response and reliability of high-rise buildings, and it has high efficiency and practicability. It is instructive for structural performance design and estimating the age of the structure.
석유화학 플랜트에는 여러 설비 및 구조물이 서로 연계되어 운전성을 확보한다. 석유화학 플랜트의 생산활동은 국가 경제에 큰 영향을 미치므로, 구조적인 안전성뿐만 아니라 시설의 운전성을 유지하는 것이 매우 중요하다. 그러나 현행 내진설계 기준은 주로 붕괴방지를 목표로 시설의 설계요건을 제시하고 있으며, 시설의 운전성을 확보하는 요건을 제시하지 못하고 있다. 시설의 거동특성에 따라, 붕괴방지수준 이외의 내진성능수준에 의해서도 시설의 운전성이 확보될 수 있으므로, 다양한 내진성능수준을 적용할 수 있는 내진설계 방법의 제시가 필요하다. 구형(볼) 저장탱크는 여러 개의 기둥과 브레이스로 지지되어 브레이스와 기둥의 좌굴 및 항복 등으로 지진 시 복잡한 비선형거동을 보인다. 이 연구에서는 비선형거동 특성을 통계적으로 분석하여 신뢰도 기반의 성능기반 내진설계 방법을 새롭게 제시하였다.
Investigations on seismic performance of eccentrically braced frames equipped with dual vertical links have received little attention. Therefore, the main goal of this paper is to describe design steps for such frames and evaluate nonlinear performance of this system according to the reliability analysis. In this study, four and eight story frame structures are analyzed and the response modification factors for different intensity and damage levels are derived in a matrix form based on a new approach. According to the obtained results, the system has high ductility and acceptable seismic performance. Moreover, it is concluded that using response modification factor equal to 8 in the design of system provides desirable seismic reliability under the design and maximum probable hazard levels. Due to desirable performance and significant advantages of the dual vertical links, this system can be used as a main lateral load bearing system, in addition to its application for rehabilitation of damaged structures.
The concept of performance based seismic design has been gradually accepted by the earthquake engineering profession recently, in which the cost-effectiveness criterion is one of the most important principles and more attention is paid to the structural performance at the inelastic stage. Since there are many uncertainties in seismic design, reliability analysis is a major task in performance based seismic design. However, structural reliability analysis may be very costly and time consuming because the limit state function is usually a highly nonlinear implicit function with respect to the basic design variables, especially for the complex large-scale structures for dynamic and nonlinear analysis. Understanding statistical properties of the structural inelastic deformation, which is the aim of the present paper, is helpful to develop an efficient approximate approach of reliability analysis. The present paper studies the statistical properties of the maximum elastoplastic story drift of steel frames subjected to earthquake load. The randomness of earthquake load, dead load, live load, steel elastic modulus, yield strength and structural member dimensions are considered. Possible probability distributions for the maximum story are evaluated using K-S test. The results show that the choice of the probability distribution for the maximum elastoplastic story drift of steel frames is related to the mean value of the maximum elastoplastic story drift. When the mean drift is small (less than 0.3%), an extreme value type I distribution is the best choice. However, for large drifts (more than 0.35%), an extreme value type II distribution is best.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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