Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.4
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pp.45-54
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2011
A simple model for reinforced concrete shear walls with boundary elements is proposed, which is a macro-model composed of spring elements representing flexure and shear behaviors. The flexural behaviour is represented by vertical springs at the wall ends, where the moment strength and rotational capacity of the wall are based on section analysis. The shear behaviour is represented by a horizontal spring at the wall center, where the key parameters for the shear behavior are based on the flexural behaviour since the shear walls with boundary elements are governed by the flexure. The proposed model was prepared with the results of hysteretic tests of the shear walls, and then the reliability of the hysteretic rule and variables was investigated by nonlinear dynamic analyses. Using parametric study with nonlinear dynamic analyses, the effect of the variables on demand and capacity, which are major parameters in seismic performance evaluation, are investigated. Results show that the measured and calculated shear forces versus the shear distortion relationships are slightly different, but the global response is well simulated. Furthermore, the demand and capacity are also changed in a similar way to the change in the major parameters so that the proposed model may be appropriate for reinforced concrete shear walls with boundary elements.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.2
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pp.69-80
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2008
In this study, improved capacity spectrum method (CSM) is proposed. The method can account for higher mode contribution to the seismic response of MDOF systems. The CSM has been conveniently used for determining maximum roof displacement using both demand spectrum and capacity curve of equivalent SDOF system. Unlike the conventional CSM, the maximum roof displacement is determined without iteration using inelastic displacement ratio and R factor calculated from demand spectrum and capacity curve. Three moment resisting steel frames of 3-, 9- and 20-stories are considered to test the accuracy of the proposed method. Nonlinear response history analysis (NL-RHA) for three frames is also conducted, which is considered as an exact solution. SAC LA 10/50 and 2/50 sets of ground motions are used. Moreover, this study estimates maximum story drift ratios (IDR) using ATC-40 CSM and N2-method and compared with those from the proposed method and NL-RHA. It shows that the proposed CSM estimates the maximum IDR accurately better than the previous methods.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.6
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pp.629-636
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2011
It has been suggested that buildings designed for strong ground motions will also have improved resistance to air blast loads. As an initial attempt to quantify this behavior, the responses of a ten story steel building, designed for the 1994 building code, with lateral resistance provided by perimeter moment frames, is considered. An analytical model of the building is developed and the magnitude and distribution of blast loads on the structure are estimated using available computer software that is based on empirical methods. To obtain the relationship between pressure, time duration, and standoff distance, these programs are used to obtain an accurate model of the air blast loading. A hemispherical surface burst for various explosive weights and standoff distances is considered for generating the air blast loading and determining the structural response. Linear and nonlinear analyses are conducted for these loadings. Air blast demands on the structure are compared to current seismic guidelines. These studies present the displacement responses, story drifts, demand/capacity ratio and inelastic demands for this structure.
Damages to buildings affected by a near-fault strong ground motion are largely attributed to the vertical component of the earthquake resulting in column failures, which could lead to disproportionate building catastrophic collapse in a progressive fashion. Recently, considerable interests are awakening to study effects of earthquake vertical components on structural responses. In this study, detailed modeling and time-history analyses of a 12-story code-conforming reinforced concrete moment frame building carrying the gravity loads, and exposed to once only the horizontal component of, and second time simultaneously the horizontal and vertical components of an ensemble of far-field and near-field earthquakes are conducted. Structural responses inclusive of tension, compression and its fluctuations in columns, the ratio of shear demand to capacity in columns and peak mid-span moment demand in beams are compared with and without the presence of the vertical component of earthquake records. The influences of the existence of earthquake vertical component in both exterior and interior spans are separately studied. Thereafter, the correlation between the increase of demands induced by the vertical component of the earthquake and the ratio of a set of earthquake record characteristic parameters is investigated. It is shown that uplift initiation and the magnitude of tensile forces developed in corner columns are relatively more critical. Presence of vertical component of earthquake leads to a drop in minimum compressive force and initiation of tension in columns. The magnitude of this reduction in the most critical case is recorded on average 84% under near-fault ground motions. Besides, the presence of earthquake vertical components increases the shear capacity required in columns, which is at most 31%. In the best case, a direct correlation of 95% between the increase of the maximum compressive force and the ratio of vertical to horizontal 'effective peak acceleration (EPA)' is observed.
A roller compacted concrete (RCC) dam should be analyzed under seismic ground motions for different conditions such as empty reservoir and full reservoir conditions. This study presents three-dimensional earthquake response and performance of a RCC dam considering materially non-linearity. For this purpose, Cine RCC dam constructed in Aydın, Turkey, is selected in applications. The three-dimensional finite element model of Cine RCC dam is obtained using ANSYS software. The Drucker-Prager material model is considered in the materially nonlinear time history analyses for concrete and foundation rock. Furthermore, hydrodynamic effect was investigated in linear and non-linear dynamic analyses. Researchers observe that how the tensile and compressive stresses change by hydrodynamic pressure effect. The hydrodynamic pressure of the reservoir water is modeled with the fluid finite elements based on the Lagrangian approach. In this study, dam body and foundation are modeled with welded contact. The displacements and principle stress components obtained from the linear and non-linear analyses with and without reservoir water are compared each other. Principle stresses during earthquake were obtained at the most critical point in the upstream face of dam body. Besides, the change of displacements and stresses by crest length were investigated. Moreover demand-capacity ratio criteria were also studied under linear dynamic and nonlinear analysis. Earthquake performance analyses were carried out for different cases and evaluated. According to linear and nonlinear analysis, hydrodynamic water effect is obvious in full reservoir situation. On the other hand, higher tensile stresses were observed in linear analyses and then non-linear analyses were performed and compared with each other.
For Special Concentrically Braced Frame (SCBF), it is common that the damage concentrates at a certain story instead of spreading over all stories. Once the damage occurs, the soft-story mechanism is likely to take place and possibly to result in the failure of the whole system with more damage accumulation. In this study, we use a strongback column which is an additional structural component extending along the height of the building, to redistribute the excessive deformation of SCBF and activate more structural members to dissipate energy and thus avoid damage concentration and improve the seismic performance of SCBF. We tested one-third-scaled, three-story, double-story X SCBF specimens with static cyclic loading procedure. Three specimens, namely S73, S42 and S0, which represent different combinations of stiffness and strength factors ${\alpha}$ and ${\beta}$ for the strongback columns, were designed based on results of numerical simulations. Specimens S73 and S42 were the specimens with the strongback columns, and S0 is the specimen without the strongback column. Test results show that the deformation distribution of Specimen S73 is more uniform and more brace members in three stories perform nonlinearly. Comparing Drift Concentration Factor (DCF), we can observe 29% and 11% improvement in Specimen S73 and S42, respectively. This improvement increases the nonlinear demand of the third-story braces and reduces that of the first-story braces where the demand used to be excessive, and, therefore, postpones the rupture of the first-story braces and enhances the ductility and energy dissipation capacity of the whole SCBF system.
Lu Deng;Min Zhu;Michael C.H. Yam;Ke Ke;Zhongfa Zhou;Zhonghua Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.589-605
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2023
This paper investigates the ductility demands of steel frames equipped with self-centring fuses under near-fault earthquake motions considering multiple yielding stages. The study is commenced by verifying a trilinear self-centring hysteretic model accounting for multiple yielding stages of steel frames equipped with self-centring fuses. Then, the seismic response of single-degree-of-freedom (SDOF) systems following the validated trilinear self-centring hysteretic law is examined by a parametric study using a near-fault earthquake ground motion database composed of 200 earthquake records as input excitations. Based on a statistical investigation of more than fifty-two (52) million inelastic spectral analyses, the effect of the post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio on the mean ductility demand of the system is examined in detail. The analysis results indicate that the increase of post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio reduces the ductility demands of the self-centring oscillators responding in multiple yielding stages. A set of empirical expressions for quantifying the ductility demands of trilinear self-centring hysteretic oscillators are developed using nonlinear regression analysis of the analysis result database. The proposed regression model may offer a practical tool for designers to estimate the ductility demand of a low-to-medium rise self-centring steel frame equipped with self-centring fuses progressing in the ultimate stage under near-fault earthquake motions in design and evaluation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.439-445
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2013
The soil-structure interaction(SSI) effect should be considered to accurately assess the seismic response of structure constructed on soft soil site other than the hard bedrock. Recently, the demand of SSI analysis has increased due to strengthening of the regulatory guidelines of nuclear power plant such as the USNRC SRP 3.7.2. In this study an accuracy and running time of the KIESSI-3D program for large-scale 3D SSI analysis were investigated. The seismic SSI analysis using the KIESSI-3D program was performed for several examples of large-scale three-dimensional soil-structure interaction system. The analysis results were compared with those of the ACS/SASSI program. Good agreements in transfer functions at selected locations showd that KIESSI-3D yields accurate solution for large-scale SSI problem. Moreover, it was found that running speed of the KIESSI-3D for large-scale 3D SSI analysis is much faster than that of the ACS/SASSI about 30~2000 times.
Kim, Jong Rak;Oh, Young Suk;Baek, Ki Youl;Chang, Sung Yun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.783-792
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2008
While the recent high demand for mega-tall buildings has led to the development of high-performance and high-strength steels, the requirements for architectural-structure-performance steel have been raised as engineers recognize the potential damage that an earthquake can wreak on a tall building. A 600MPa-class steel has emerged to meet such need, and many studies are currently exploring its practical applications on civil engineering works and mega-tall buildings. The available data on the horizontal-force behaviors of structures built with such new steel, however, are still insufficient. There is an urgent need to look into its design data, especially its toughness, and to compare the plastic strain ratios of column-to-beam connections using high-strength steel and regular steel. One of the first studies on the behavior of a column-to-beam connection using 600MPa-class steel (SM570 TMC), this thesis analyzes such steel's structural performance by conducting a structural test on seismic resistance on a full-scale column-to-beam welded connection with non-scallop and recommended-scallop details. Compared with the previous studies on SM490, this thesis evaluates the weldability of SM570 TMC and presents the latter's seismic design data for use in testing its practical application.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.57-64
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2006
Seismic design codes are mainly based on the research results for the inelastic response of structures in high seismicity regions. Since wind loads and gravity loads may govern the design in low seismicity regions in many cases, structures subjected to design seismic loads will have larger overstrength compared to those of high seismicity regions. Therefore, it is necessary to verify if the response modification factor based on high seismicity would be adequate for the design of structures in low seismicity regions. In this study, the adequacy of the response modification factor was verified based on the ductility and overstrength of building structures estimated from the result of nonlinear static analysis. Framed structures are designed for the seismic zones 1, 2A, 4 in UBC-97 representing the low, moderated and high seismicity regions and the overstrength factors and ductility demands of the example structures are investigated. When the same response modification factor was used in the design, inelastic response of structures in low seismicity regions turned out to be much smaller than that in high seismicity regions because of the larger overstrength of structures in low seismicity regions. Demands of plastic rotation in connections and ductility in members were much lower in the low seismicity regions compared to those of the high seismicity regions when the structures are designed with the same response modification factor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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