Sharifi, Behroozeh;Nouri, Gholamreza;Ghanbari, Ali
Earthquakes and Structures
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v.18
no.6
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pp.667-675
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2020
The current study compares the effect of structure-soil-structure interaction (SSSI) on the dynamic responses of adjacent buildings and isolated structures including soil-structure interaction (SSI) with the responses of fixed-base structures. Structural responses such as the relative acceleration, displacement, drift and shear force were considered under earthquake ground motion excitation. For this purpose, 5-, 10- and 15-story structures with 2-bay moment resisting frames resting on shallow foundations were modeled as a group of buildings in soft soil media. Viscous lateral boundaries and interface elements were applied to the soil model to simulate semi-infinite soil media, frictional contact and probable slip under seismic excitation. The direct method was employed for fully nonlinear time-history dynamic analysis in OpenSees using 3D finite element soil-structure models with different building positions. The results showed that the responses of the grouped structures were strongly influenced by the adjacent structures. The responses were as much as 4 times greater for drift and 2.3 times greater for shear force than the responses of fixed-base models.
In the present study, the behavior of steel plate shear walls (SPSW) with variable column flexural stiffness is experimentally and numerically investigated. Altogether six one-bay one-story specimens, three moment resisting frames (MRFs) and three SPSWs, were designed, fabricated and tested. Column flexural stiffness of the first specimen pair (one MRF and one SPSW) corresponded to the value required by the design codes, while for the second and third pair it was reduced by 18% and 36%, respectively. The quasi-static cyclic test result indicate that SPSW with reduced column flexural stiffness have satisfactory performance up to 4% story drift ratio, allow development of the tension field over the entire infill panel, and cause negligible column "pull-in" deformation which indicates that prescribed minimal column flexural stiffness value, according to AISC 341-10, might be conservative. In addition, finite element (FE) pushover simulations using shell elements were developed. Such FE models can predict SPSW cyclic behavior reasonably well and can be used to conduct numerical parametric analyses. It should be mentioned that these FE models were not able to reproduce column "pull-in" deformation indicating the need for further development of FE simulations with cyclic load introduction which will be part of another paper.
This paper contains detailed descriptions of a dynamic time-history modal analysis to calculate deflection, inter-storey drift and storey shear demand in single-storey and multi-storey buildings using an EXCEL spreadsheet. The developed spreadsheets can be used to obtain estimates of the dynamic response parameters with minimum input information, and is therefore ideal for supporting the conceptual design of tall building structures, or any other structures, in the early stages of the design process. No commercial packages, when customised, could compete with spreadsheets in terms of simplicity, portability, versatility and transparency. An innovative method for developing the stiffness matrix for the lateral load resistant elements in medium-rise and high-rise buildings is also introduced. The method involves minimal use of memory space and computational time, and yet allows for variations in the sectional properties of the lateral load resisting elements up the height of the building and the coupling of moment frames with structural walls by diaphragm action. Numerical examples are used throughout the paper to illustrate the development and use of the spreadsheet programs.
Evaluating nonlinear response of a MDOF system under dynamic stochastic loads such as seismic excitation usually requires excessive computational efforts. To alleviate this computational difficulty, an approximation is developed in which the MDOF inelastic system is replaced by a simple nonlinear equivalent system(ENS).Me ENS retains the most important properties of the original system such as dynamic characteristics of the first two modes and the global yielding behavior of the MDOF system. The system response is described by the maximum global(building) and local(interstory) drifts. The equivalency is achieved by two response scaling factors, a global response scaling factor R/sub G/, and a local response scaling factor R/sub L/, applied to the responses of the ENS to match those of the original MDOF system. These response scaling factors are obtained as functions of ductility and mass participation factors of the first two modes of structures by extensive regression analyses based on results of responses of the MDOF system and the ENS to actual ground accelerations recorded in past earthquakes. To develop the ENS with two response scaling factors, Special Moment Resisting Steel Frames are considered. Then, these response scaling factors are applied to the response of ENS to obtain the nonlinear response of MDOF system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.6
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pp.33-39
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2002
Response Modification Factor(R-factor) approach is currently implemented to reflect inelastic ductile behavior of the structures and to reduce elastic spectral demands from earthquakes to the design level. However R factors were set empirically and simply based on the professional committee consensus on observed performance of building structures during past earthquakes. Consequently some major shortcomings linked to the current R factor approach have been pointed out. Using reinforced concrete intermediate moment-resisting frames(RC IMRFs), an analytical procedure is presented in this paper to establish R factor rationally. To this end, analytical R values were evaluated based on N2 Method and compared with the values recommended by IBC 2000. Overall, the analytical results correlated well with the code values. However the results also revealed that R factor might strongly depend on the system fundamental period. As evidenced by the interstory drift index(IDI) analysis results of this study, current R-factor based(or, Life Safety based) design tends to fail in fulfilling other implicit and hopeful performance objectives such as immediate Occupancy and Collapse Prevention. Performance based design(PBD) appears to be a promising approach to meet the multi level seismic performance objectives assigned to the building structures of nowadays.
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.
The reliability or the safety index is a measure of how far a structure is from the state of collapse. Also it defined as the probability that a structure will not fail in its lifetime. Having any increase in the reliability index is typically interpreted as increasing in the safety of structures. On the other hand most of researchers acknowledged that one of the most effective means of increasing both the reliability and the safety of structures is to increase the structural redundancy. They also acknowledged that increasing the number of vertical seismic framing will make structural system more reliable and safer against stochastic events such as earthquakes. In this paper the reliability index and the behavior factor of a numbers of three dimensional RC moment resisting frames with the same story area, equal lateral resistant as well as different redundancy has been evaluated numerically using both deterministic and probabilistic approaches. Study on the reliability index and the behavior factor in the case study models of this research illustrated that the changes of these two factors do not have always the same manner due to the increasing of the structural redundancy. In some cases, structures with larger reliability index have smaller behavior factor. Also assuming the same ultimate lateral resistance of structures which causes an increase to a certain level of redundancy can enhance behavior factor of structures. However any further increase in the redundancy of that certain level might decrease the behavior factor. Furthermore, the results of this study illustrate that concerning any increase in the structural redundancy will make the reliability index of structure to be larger.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.69-77
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2003
This paper presents test results on eight reduced beam section(RBS) steel moment connections. The testing program addressed bolted versus welded web connection and panel zone(PZ) strength as key variables, Specimens with medium PZ strength were designed to promote energy dissipation from both PZ and RBS regions such that the requirement for expensive doublet plates could be reduced. Both strong and medium PZ specimens with a welded web connection were able to provide satisfactory connection rotation capacity for special moment-resisting frames. On the other hand, specimens with a bolted web connection performed poorly due to premature brittle fracture of the beam flange of the weld access hole. If fracture within the beam flange groove weld was avoided using quality welding, the fracture tended to move into the beam flange base metal of the weld access hole. Plausible explanation of a higher incidence of base metal fracture in bolted web specimens was presented. The measured strain data confirmed that the classical beam theory dose not provide reliable shear transfer prediction in the connection. The practice of providing web bolts uniformly along the beam depth was brought into question. Criteria for a balanced PZ strength improves the plastic rotation capacity while reduces the amount of beam distortion ore also proposed.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.25-33
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2004
To evaluate the seismic capacity of a multistorey building structures in performance based seismic design, it is needed to convert MDOF model into equivalent SDOF model. This paper presents predictions for interstory drift of multistorey structures using method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model. The principal objective of this investigation is to evaluate appropriateness of converting method through performing nonlinear time history analysis of a multistory building structures and an equivalent SDOF model. Comparing the interstory drift of multistorey structures calculated by time history analysis and those evaluated by an equivalent SDOF model, the adequacy and the validity of converting method is verified. The conclusion of this study is following; A method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model through the nonlinear time history response analysis is valid. Inelastic first mode shapes are expected to be more accurate than elastic first mode shapes in obtaining interstory drift of multistorey structures from equivalent SDOF model.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.2
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pp.74-85
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2016
Seismic design of modular structures is usually carried out under the assumption that their load-carrying mechanism is similar to that of traditional steel moment-resisting frames(SMRFs). However, the load carry mechanism of modular structures would be different with that of traditional SMRFs because of their overlapped structural elements and complicated details of connections for the assembly of the unit-modules. In this study, nonlinear static analyses of 3 and 5-story prototype modular structures have been carried out with four different analytical models, which are established in consideration for the effects of overlapped elements and the hysteretic behavior of connections. Prototype structures present different lateral stiffness and strength depending on the modeling of overlapped elements and the rotational behavior of connections. For modular structures designed under assumption that overlapped structural elements are fully composite each other and connections between unit-modules are fixed, their lateral strength and stiffness can be over-estimated. Furthermore, it is known from the analysis results that modular structures with more than 3-stories would possess relatively low overstrength compared to traditional SMRFs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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