Cable-stayed bridges are attractive due to their beauty, reducing material consumption, less harm to the environment and so on, in comparison with other kinds of bridges. As a massive structure with long period and low damping (0.3 to 2%) under many dynamic loads, these bridges are susceptible to fatigue, serviceability disorder, damage or even collapse. Tuned Mass Damper (TMD) is a suitable controlling system to reduce the vibrations and prevent the threats in such bridges. In this paper, Multi Tuned Mass Damper (MTMD) system is added to the Ahvaz cable stayed Bridge in Iran, to reduce its seismic vibrations. First, the bridge is modeled in SAP2000 followed with result verification. Dead and live loads and the moving loads have been assigned to the bridge. Then the finite element model is developed in OpenSees, with the goal of running a nonlinear time-history analysis. Three far-field and three near-field earthquake records are imposed to the model after scaling to the PGA of 0.25 g, 0.4 g, 0.55 g and 0.7 g. Two MTMD systems, passive and active, with the number of TMDs from 1 to 8, are placed in specific points of the main span of bridge, adding a total mass ratio of 1 to 10% to the bridge. The parameters of the TMDs are optimized using Genetic Algorithm (GA). Also, the optimum force for active control is achieved by Fuzzy Logic Control (FLC). The results showed that the maximum displacement of the center of the bridge main span reduced 33% and 48% respectively by adding passive and active MTMD systems. The RMS of displacement reduced 37% and 47%, the velocity 36% and 42% and also the base shear in pylons, 27% and 47%, respectively by adding passive and active systems, in the best cases.
This paper describes experimental results on the seismic performance of SHCC (strain-hardening cement composite) infill wall for improving damage tolerance capacity of non-ductile frame. To investigate the effect of tensile strain capacity and cracking behavior of SHCC materials on the shear behavior of SHCC infill wall, three infill walls were fabricated and tested under cyclic loading. The test parameter in this study is a type of cement composites; concrete and SHCCs. The two types of SHCC materials were prepared for infill walls. In order to induce crack damages into the mid-span of the infill wall, each infill wall had two 100-mm-deep-notches on both sides. Test results indicated that SHCC infill walls showed superior crack control capacities and much larger drift ratios at the peak loads than RC (reinforced concrete) infill wall, as expected. In particular, due to the bridging actions of the reinforcing fibers, SHCC matrix used in this study would delay the stiffness degradation of infill wall after the first inclined cracking. Moreover, from the damage classes based on the cracks' maximum width in the infill walls, it was observed that PIW-SHD specimen possessed nearly threefold seismic capacities compared to PIW-SLD specimen. Also, from the results on the strain of diagonal reinforcements, it can be concluded that the SHCC matrix would resist a part of tensile stresses transferred along steel rebar in the infill wall.
Despite its disadvantages, soft story can reduce the damage to the upper floors by concentrating drift in that specific story provided that large drifts are avoided. Gapped-Inclined Brace (GIB) with reduced P-delta effects and the control of soft story stiffness makes it possible to take advantage of the soft story in buildings and increase their capacity for energy dissipation. OpenSees software is used in this study to validate and modify the GIB model's shortcomings. Also, the analysis method for this element is changed for design. The modified element is evaluated in 3D analysis. Finally, to retrofit an existing building, this element is used. Based on the Iranian seismic code, a six-story reinforced concrete building is modelled and studied with 3D analysis. In this building, the construction shortcomings and elimination of infills on the ground floor cause the formation of a soft story. Results of nonlinear static analysis, nonlinear dynamic, and incremental dynamic analysis using both components of seismic acceleration applied to the structure at different angles and the fragility curves indicate the improvement of the retrofitted structure's performance using the modified element to reach the required performance level following the retrofit code.
The bracing members capable of active control against seismic loads to reduce earthquake damage have been widely utilized in construction projects. Effectively reducing the structural damage caused by earthquake events, bracing systems equipped with retrofitting damper devices, which take advantage of the energy dissipation and impact absorption, have been widely used in practical construction sites. Shape Memory Alloys (SMAs) are a new generation of smart materials with the capability of recovering their predefined shape after experiencing a large strain. This is mainly due to the shape memory effects and the superelasticity of SMA. These properties make SMA an excellent alternative to be used in passive, semi-active, and active control systems in civil engineering applications. In this research, a new system in diagonal braces with slit damper combined with SMA is investigated. The diagonal element under the effect of tensile and compressive force turns to shear force in the slit damper and creates tension in the SMA. Therefore, by creating shear forces in the damper, it leads to yield and increases the energy absorption capacity of the system. The purpose of using SMA, in addition to increasing the stiffness and strength of the system, is to create reversibility for the system. According to the results, the highest capacity is related to the case where the ratio of the width of the middle section to the width of the end section (b1/b) is 1.0 and the ratio of the height of the middle part to the total height of the damper (h1/h) is 0.1. This is mainly because in this case, the damper section has the highest cross-section. In contrast, the lowest capacity is related to the case where b1/b=0.1 and the ratio h1/h=0.8.
Seismic pounding between adjacent buildings with inadequate separation and different dynamic characteristics can cause severe damage to the colliding buildings. Efficient estimation of the maximum pounding force is required to control the extent of damage in adjacent structures or develop an appropriate mitigation method. In this paper, an analytical approach on the basis of statistical relations is presented for approximate computation of extreme value of pounding force between two adjacent structures with equal or unequal heights subjected to stationary and non-stationary excitations. The nonlinearity of adjacent structures is considered using Bouc-Wen model of hysteresis and the pounding effect is simulated by applying the nonlinear viscoelastic model. It is shown that the proposed approach can significantly save computational costs by obviating the need for performing dynamic analysis. To assess the reliability and accuracy of the proposed approach, the results are compared with those obtained from nonlinear dynamic analysis.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.4
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pp.89-96
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2023
The seismic retrofits of existing structures have been focused on the control of structural responses which can be achieved by providing displacement capacity through inelastic ductile action at supplemental devices. Due to their hysteretic characteristics, it is expected to sustain damage through repeated inelastic behaviors including residual deformation which might increase repair costs. To solve such drawbacks of existing yielding devices, this study proposes a self-centering disc spring brace that sustains large axial deformation without structural damage while providing stable energy dissipation capacity. The hysteretic behaviors of suggested brace are first investigated based on the quasi-static cyclic test procedure. Experimental results present the effective self-centering behavior and an analytical model is then suggested in order to reasonably capture the flag-shaped hysteretic behavior of the disc spring brace.
The Retrofit Yield Spectrum (RYS) is a new spectrum-based device that relates seismic demand of a retrofitted structure with the fundamental design parameters of the retrofit. This is obtained from superposition of Yield Point Spectra with design charts that summarize in pertinent spectrum-compatible coordinates the attributes of a number of alternative retrofit scenarios. Therefore, once the requirements for upgrading a given structure have been determined, the RYS enable direct insight of the sensitivity of the seismic response of the upgraded structure to the preliminary design decisions made while establishing the retrofit plan. By virtue of their spectrum-based origin, RYS are derived with reference to a single mode of structural vibration; a primary objective is to control the contribution of this mode in the retrofit design so as to produce a desirable distribution of damage at the ultimate limit state by removing soft storey formations and engaging the maximum number of structural members in deformation, in response to the input motion. Calculations are performed with reference to the yield-point, where secant stiffness is proportional to the flexural strength of reinforced concrete members. Derivation and use of the Retrofit Yield Spectra (RYS) refers to the seismic demand expressed either in terms of spectral acceleration, spectral displacement or interstory drift, at yield of the first storey. A reinforced concrete building that has been tested in full scale to a sequence of simulated earthquake excitations is used in the paper as a demonstration case study to examine the effectiveness of the proposed methodology.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.83-91
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2021
In this study, to improve the connection performance between the existing reinforced concrete (R/C) frame and the strengthening member, we proposed a new H-section steel frame with elastic pad (HSFEP) system for seismic rehabilitation of existing medium-to-low-rise reinforced concrete (R/C) buildings. This HSFEP strengthening system exhibits an excellent connection performance because an elastic pad is installed between the existing structure and reinforcing frame. The method shows a strength design approach implemented via retrofitting, to easily increase the ultimate lateral load capacity of R/C buildings lacking seismic data, which exhibit shear failure mechanism. Two full-size two-story R/C frame specimens were designed based on an existing R/C building in Korea lacking seismic data, and then strengthened using the HSFEP system; thus, one control specimen and one specimen strengthened with the HSFEP system were used. Pseudodynamic tests were conducted to verify the effects of seismic retrofitting, and the earthquake response behavior with use of the proposed method, in terms of the maximum response strength, response displacement, and degree of earthquake damage compared with the control R/C frame. Test results revealed that the proposed HSFEP strengthening method, internally applied to the R/C frame, effectively increased the lateral ultimate strength, resulting in reduced response displacement of R/C structures under large scale earthquake conditions.
This paper highlights the role of innovative vibration control system based on two promising properties in a parallel configuration. Hybrid device consists of two main components; recentering wires of shape memory alloy (SMA) and steel pipe section as an energy dissipater element. This approach concentrates damage in the steel pipe and prevents the main structural members from yielding. By regulation of the main adjustable design parameter, an optimum performance of the device is obtained. The effectiveness of the device in passive control of structures is evaluated through nonlinear time history analyses of a five-story steel frame with and without the hybrid device. Comparing the results proves that the hybrid device has a considerable potential to mitigate the residual drift ratio, peak absolute acceleration and peak interstory drift of the structure.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.10
no.1
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pp.85-90
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2017
The purpose of this study is to investigate the effect of vertical and horizontal refraction on the lower part of the power supply and control system of various facilities and machinery that use electricity, so that the power distribution system, which is an important electric facility installed in buildings and public facilities, Type earthquake resistant pads to protect the substructure and prevent short-circuiting on the upper part of the system. The GR-63-CORE (Scale 8.3 class) It is earthquake disaster prevention and disaster prevention technology that satisfies seismic performance. As a research result, it is possible to protect the electricity and communication infrastructure, which can contribute to shortening the time for recovering the electric facilities to the normal state in case of an earthquake, and preventing the fire caused by the destruction of the electricity supply facility in case of an earthquake. As a result, it is possible to minimize the spread of fire that occurs when a large-scale earthquake occurs and to minimize the damage of people and damage to property, and it can contribute to the securing of electric infrastructure that enables citizens to quickly recover to daily life even after suffering a major earthquake. In addition, the technology can be applied to ensure the seismic resistance of the equipment in the communication and computer room, and it can be applied to various fields where the facility function can be stopped due to the shaking of the earthquake base.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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