In some current procedures, ground motions from different sources have been scaled by their peak ground accelerations and combined to obtain smoothed response spectra for specific regions. As consideration of the inelastic deformation capacity of structure, inelastic deformations are permitted under seismic ground excitation in all codes. In the ATC(Applied Technology Council) and UBC(Uniform Building Code), the inelastic design spectrum is obtained by reducing the elastic design spectrum by a factor that is independent of structural period. In this study, the average of nonlinear response spectra calculated from a sample of 20 records for each event are constructed to obtain the smoothed response spectra. These response spectra are used to examine the effects of structural strength factors such as the yield strength ratio and damping value. Through the regression analysis of nonlinear response of system for a given damping value and yield strength ratio, the required yield strength for seismic design can be estimated for a certain earthquake event. And a response modification coefficient depending on the natural period for current seismic design specifications are proposed.
Soleimani-Babakamali, Mohammad Hesam;Nasrollahzadeh, Kourosh;Moghadam, Amin
Steel and Composite Structures
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v.42
no.1
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pp.59-74
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2022
This study introduces a general reliability-based, performance-based design framework to design frames regarding their uncertainties and user-defined design goals. The Iterative-R method extracted from the main framework can designate a proper R (i.e., response modification factor) satisfying the design goal regarding target reliability index and pre-defined probability of collapse. The proposed methodology is based on FEMA P-695 and can be used for all systems that FEMA P-695 applies. To exemplify the method, multiple three-dimensional, four-story steel special moment-resisting frames are considered. Closed-form relationships are fitted between frames' responses and the modeling parameters. Those fits are used to construct limit state functions to apply reliability analysis methods for design safety assessment and the selection of proper R. The frameworks' unique feature is to consider arbitrarily defined probability density functions of frames' modeling parameters with an insignificant analysis burden. This characteristic enables the alteration in those parameters' distributions to meet the design goal. Furthermore, with sensitivity analysis, the most impactful parameters are identifiable for possible improvements to meet the design goal. In the studied examples, it is revealed that a proper R for frames with different levels of uncertainties could be significantly different from suggested values in design codes, alarming the importance of considering the stochastic behavior of elements' nonlinear behavior.
In this paper, the seismic performance evaluation was performed on 100 existing open-cut power cable tunnels, including ones that did not consider seismic design, in order to verify that the government's demand level (seismic special grade, 0.22 g). The results of the seismic performance evaluation show that most of the tunnels have seismic performance of 0.3 to 1 g, satisfying the level of the seismic special grade and securing the seismic safety. Meanwhile, the earthquake response analysis and structural test were performed to verify the validity of the method and the results of the seismic performance evaluation of the tunnels by the response displacement method, and to verify their seismic safety. As a result, the relative displacement due to the response displacement method under the 0.22 g earthquake was conservative than the results of the earthquake response analysis, and the results of load-displacement curves and response modification coefficient calculation by real scale structural tests showed the safety of the tunnels.
The paper presents a simplified force-based seismic design procedure for the preliminary design of steel haunch retrofitting for the seismic upgrade of deficient RC frames. The procedure involved constructing a site-specific seismic design spectrum for the site, which is transformed into seismic base shear coefficient demand, using an applicable response modification factor, that defines base shear force for seismic analysis of the structure. Recent experimental campaign; involving shake table testing of ten (10), and quasi-static cyclic testing of two (02), 1:3 reduced scale RC frame models, carried out for the seismic performance assessment of both deficient and retrofitted structures has provided the basis to calculate retrofit-specific response modification factor Rretrofitted. The haunch retrofitting technique enhanced the structural stiffness, strength, and ductility, hence, increased the structural response modification factor, which is mainly dependent on the applied retrofit scheme. An additional retrofit effectiveness factor (ΩR) is proposed for the deficient structure's response modification factor Rdeficient, representing the retrofit effectiveness (ΩR=Rretrofitted /Rdeficient), to calculate components' moment and shear demands for the retrofitted structure. The experimental campaign revealed that regardless of the deficient structures' characteristics, the ΩR factor remains fairly the unchanged, which is encouraging to generalize the design procedure. Haunch configuration is finalized that avoid brittle hinging of beam-column joints and ensure ductile beam yielding. Example case study for the seismic retrofit designs of RC frames are presented, which were validated through equivalent lateral load analysis using elastic model and response history analysis of finite-element based inelastic model, showing reasonable performance of the proposed design procedure. The proposed design has the advantage to provide a seismic zone-specific design solution, and also, to suggest if any additional measure is required to enhance the strength/deformability of beams and columns.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.4
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pp.65-77
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2007
Site response analyses were performed based on equivalent linear technique using shear wave velocity profiles of 162 sites collected around the Korean peninsula. The site characteristics, particularly the shear wave velocities and the depth to the bedrock, are compared to those in the western United States. The results show that the site-response coefficients based on the mean shear velocity of the top 30m ($V_{S30}$) suggested in the current code underestimates the motion in short-period ranges and overestimates the motion in mid-period ranges. The current Korean code based on UBC is required to be modified considering site characteristics in Korea for the reliable estimation of site amplification. From the results of numerical estimations, new regression curves were derived between site coefficients ($F_{a}\;and\;F_{v}$) and the fundamental site periods, and site coefficients were grouped based on site periods with reasonable standard deviations compared to site classification based on $V_{S30}$. Finally, new site classification system and modification of design response spectra are recommended considering geotechnical characteristics in Korea.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.2
s.48
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pp.63-71
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2006
In the companion paper (II, Development of Site Classification System), new size classification system based on site periods $(T_G)$ was recommended for legions of shallow bedrock depth in Korea. Despite the site classification method was improved, the response spectrum would be required to be modified by adjusting the integration interval to calculate the site coefficients because the response spectra did not match well the average spectral accelerations obtained by site response analyses in the range of long periods. In this paper, new response spectra for each site categories were determined by adjusting the integration interval of long period site coefficient $F_v\;from\;0.4{\sim}2.0\;to\;0.4{\sim}1.5$ second. It matched well the average spectral accelerations and new response spectrum, and it was also improved compared to the current she classification system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.2
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pp.39-48
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2003
This paper present a summary of the results of statistical study of the ductility factor which is key component of response modification factor(R). To compute the ductility factor, a group of 1,860 ground motions recorded from various earthquake was considered. Based on the local site conditions at the recording station, ground motions were classified into four groups according to average shear wave velocity. Inleastic spectrum were computed for elastic perfectly plastic SDOF systems undergoing different level of inelastic deformation and period. Ductility factors were calculated by deviding elastic response spectrum by inelastic response spectrum. The influence f displacement ductility ratio, site condition, magnitude and epicentral distance on ductility factors were studied. The coefficient of variation was computed to evaluated the dispersion of ductility factors as the defined ratio of the standard deviation to the mean.
In this study, a five-story steel frame was designed in accordance with KBC2005 to evaluate the effect of the beam-column connection on the structural behavior. The connections were designed as a fully rigid connection and as a semirigid connection. A fiber model was utilized to describe the moment-curvature relationship of the steel beam and column, and a three-parameter power model was adopted for the moment-rotation angle of the semirigid connection. To evaluate the effects of higher modes on structural behavior, the structure was subjected to a KBC2005-equivalent lateral load and lateral loads considering higher modes. The structure was idealized as a separate 2D frame and as a connected 2D frame. The pushover analysis of 2D frames for the lateral load yielded the top displacement-base shear force, design coefficients such as overstrength factor, ductility ratio, and response modification coefficient, demanded ductility ratio for the semirigid connection,and distribution of plastic hinges. The sample structure showed a greater response modification coefficient than KBC2005, the higher modes were found to have few effects on the coefficient, and the lateral load of KBC2005 was found to be conservative. The TSD connection was estimated to secure economy and safety in the sample structure.
Khan, Faisal Zaman;Ahmad, Muhammad Ejaz;Ahmad, Naveed
Earthquakes and Structures
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v.20
no.2
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pp.149-160
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2021
Buildings made using the locally available clay materials are amongst the least expensive forms of construction in many developing countries, and therefore, widely popular in remote areas. It is despite the fact that these low-strength masonry structures are vulnerable to seismic forces. Since transporting imported materials like cement and steel in areas inaccessible by motorable roads is challenging and financially unviable. This paper presents, and experimentally investigates, adobe masonry structures that utilize the abundantly available local clay materials with moderate use of imported materials like cement, aggregates, and steel. Shake-table tests were performed on two 1:3 reduce-scaled adobe masonry models for experimental seismic testing and verification. The model AM1 was confined with vertical lightly reinforced concrete columns provided at all corners and reinforced concrete horizontal bands (i.e., tie beams) provided at sill, lintel, and eave levels. The model AM2 was confined only with the horizontal bands provided at sill, lintel, and eave levels. The models were subjected to sinusoidal base motions for studying the damage evolution and response of the model under dynamic lateral loading. The lateral forcedeformation capacity curves for both models were developed and bi-linearized to compute the seismic response parameters: stiffness, strength, ductility, and response modification factor R. Seismic performance levels, story-drift, base shear coefficient, and the expected structural damages, were defined for both the models. Seismic performance assessment of the selected models was carried out using the lateral seismic force procedure to evaluate their safety in different seismic zones. The use of vertical columns in AM1 has shown a considerable increase in the lateral strength of the model in comparison to AM2. Although an R factor equal to 2.0 is recommended for both the models, AM1 has exhibited better seismic performance in all seismic zones due to its relatively high lateral strength in comparison to AM2.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.113-124
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2006
Despite the site classification method was improved in the previous study, the response spectrum would be required to be modified by adjusting the integration interval to calculate the site coefficients because the response spectra did not match well the average spectral accelerations obtained by site response analyses in the range of long periods. In this paper, new response spectra for each site categories were determined by adjusting the integration interval of long-period site coefficient $F_{v}$ from $0.4{\sim}2.0$ to $0.4{\sim}1.5$ second. It matched well the average spectral accelerations and new response spectrum, and it was also improved compared to the current site classification system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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