Mixed structures consist of two parts: a lower part and an upper part. The lower part is usually made of concrete while the upper part is made of steel. Analyzing these structures is complicated and code-based design of them has many associated problems. In this research, the seismic behavior of mixed structures which have reinforced concrete frames and shear walls in their lower storeys and steel frames with bracing in their upper storeys were studied. For this purpose, seventeen structures in three groups of 5, 9 and 15 storey structures with different numbers of concrete and steel storeys were designed. Static pushover analysis, linear dynamic analysis and incremental dynamic analysis (IDA) using 15 earthquake records were performed by OpenSees software. Seismic parameters such as period, response modification factor and ductility factor were then obtained for the mixed (hybrid) structures using more than 4600 nonlinear dynamic analysis and used in the regression analysis for achieving proper formula. Finally, some formulas, effective in designing such structures, are presented for the mentioned parameters. According to the results obtained from this research, the response modification factor values of mixed structures are lower compared to those of steel or concrete ones with the same heights. This fact might be due to the irregularities of stiffness, mass, etc., at different heights of the structure. It should be mentioned that for the first time, the performance and seismic response of such structures were studied against real earthquake accelerations using nonlinear dynamic analysis, andresponse modification factor was obtained by IDA.
Cantilever retaining wall movements generally depend on the intensity and duration of ground motion, the response of the soil underlying the wall, the response of the backfill, the structural rigidity, and soil-structure interaction (SSI). This paper investigates the effect of material properties on seismic response of backfill-cantilever retaining wall-soil/foundation interaction system considering SSI. The material properties varied include the modulus of elasticity, Poisson's ratio, and mass density of the wall material. A series of nonlinear time history analyses with variation of material properties of the cantilever retaining wall are carried out by using the suggested finite element model (FEM). The backfill and foundation soil are modelled as an elastoplastic medium obeying the Drucker-Prager yield criterion, and the backfill-wall interface behavior is taken into consideration by using interface elements between the wall and soil to allow for de-bonding. The viscous boundary model is used in three dimensions to consider radiational effect of the seismic waves through the soil medium. In the seismic analyses, North-South component of the ground motion recorded during August 17, 1999 Kocaeli Earthquake in Yarimca station is used. Dynamic equations of motions are solved by using Newmark's direct step-by-step integration method. The response quantities incorporate the lateral displacements of the wall relative to the moving base and the stresses in the wall in all directions. The results show that while the modulus of elasticity has a considerable effect on seismic behavior of cantilever retaining wall, the Poisson's ratio and mass density of the wall material have negligible effects on seismic response.
Domizio, Martin;Ambrosini, Daniel;Curadelli, Oscar
Smart Structures and Systems
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v.16
no.4
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pp.725-742
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2015
Tuned mass dampers (TMD) are devices employed in vibration control since the beginning of the twentieth century. However, their implementation for controlling the seismic response in civil structures is more recent. While the efficiency of TMD on structures under far-field earthquakes has been demonstrated, the convenience of its employment against near-fault earthquakes is still under discussion. In this context, the study of this type of device is raised, not as an alternative to the seismic isolation, which is clearly a better choice for new buildings, but rather as an improvement in the structural safety of existing buildings. Seismic records with an impulsive character have been registered in the vicinity of faults that cause seismic events. In this paper, the ability of TMD to control the response of structures that experience inelastic deformations and eventually reach collapse subject to the action of such earthquakes is studied. The results of a series of nonlinear dynamic analyses are presented. These analyses are performed on a numerical model of a structure under the action of near-fault earthquakes. The structure analyzed in this study is a steel frame which behaves as a single degree of freedom (SDOF) system. TMD with different mass values are added on the numerical model of the structure, and the TMD performance is evaluated by comparing the response of the structure with and without the control device.
The main purpose of this work is to compare different criteria for the seismic strengthening of RC framed buildings in order to find the optimal combinations of these retrofitting techniques. To this end, a numerical investigation is carried out with reference to the town hall of Spilinga (Italy), an RC framed structure with an L-shaped plan built at the beginning of the 1960s. Five structures are considered, derived from the first by incorporating: carbon fibre reinforced polymer (FRP)-wrapping of all columns; base-isolation, with high-damping-laminated-rubber bearings (HDLRBs); added damping, with hysteretic damped braces (HYDBs); FRP-wrapping of the first storey columns combined with base-isolation or added damping. A three-dimensional fibre model of the primary and retrofitted structures is considered; bilinear and trilinear laws idealize, respectively, the behaviour of the HYDB, providing that the buckling be prevented, and the FRP-wrapping, without resistance in compression, while the response of the HDLRB is simulated by using a viscoelastic linear model. The effectiveness of the retrofitting solutions is tested with nonlinear dynamic analyses based on biaxial accelerograms, whose response spectra match those in the Italian seismic code.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.327-336
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2006
Site coefficients in IBC and KBC codes have some limits to predict the rational seismic responses of a structure, because they consider only the effect of the soil amplification without the effects of the structure-soil interaction. In this study, upper and lower limits of site coefficients are estimated through the pseudo 3-D elastic seismic response analyses of structures built on linear or nonlinear soil layers considering the structure-soil interaction effects. Soil characteristics of site classes of A, B, and C were assumed to be linear, and those of site classes of D and E were done to be nonlinear and the Ramberg-Osgood model was used to evaluate shear modulus and damping ratio of a soil layer depending on the shear wave velocity of a soil layer. Seismic analyses were performed with 12 weak or moderate earthquake records, scaled the peak acceleration to 0.1g or 0.2g and deconvoluted as earthquake records at the bedrock 30m beneath the outcrop. With the study results of the elastic seismic response analyses of structures, new standard response spectrum and upper and lower limits of the site coefficients of Fa and Fv at the short period range and the period of 1 second are suggested Including the structure-soil interaction effects.
As a practical and effective seismic resisting technology, the base isolation system has seen extensive applications in buildings and bridges. However, a few problems associated with conventional lead-rubber bearings have been identified after historical strong earthquakes, e.g., excessive permanent deformations of bearings and potential unseating of bridge decks. Recently the applications of shape memory alloys (SMA) have received growing interest in the area of seismic response mitigation. As a result, a variety of SMA-based base isolators have been developed. These novel isolators often lead to minimal permanent deformations due to the self-centering feature of SMA materials. However, a rational design approach is still missing because of the fact that conventional design method cannot be directly applied to these novel devices. In light of this limitation, a displacement-based design approach for highway bridges with SMA isolators is proposed in this paper. Nonlinear response spectra, derived from typical hysteretic models for SMA, are employed in the design procedure. SMA isolators and bridge piers are designed according to the prescribed performance objectives. A prototype reinforced concrete (RC) highway bridge is designed using the proposed design approach. Nonlinear dynamic analyses for different seismic intensity levels are carried out using a computer program called "OpenSees". The efficacy of the displacement-based design approach is validated by numerical simulations. Results indicate that a properly designed RC highway bridge with novel SMA isolators may achieve minor damage and minimal residual deformations under frequent and rare earthquakes. Nonlinear static analysis is also carried out to investigate the failure mechanism and the self-centering ability of the designed highway bridge.
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.
The seismic behavior of a framed structure with chevron-type buckling restrained braces was investigated and their behavior factors, such as overstrength, ductility, and response modification factors, were evaluated. Two types of structures, building frame systems and dual systems, with 4, 8, 12, and 16 stories were designed per the IBC 2003, the AISC LRFD and the AISC Seismic Provisions. Nonlinear static pushover analyses using two different loading patterns and incremental dynamic analysis using 20 earthquake records were carried out to compute behavior factors. Time history analyses were also conducted with another 20 earthquakes to obtain dynamic responses. According to the analysis results, the response modification factors turned out to be larger than what is proposed in the provision in low-rise structures, and a little smaller than the code-values in the medium-rise structures. The dual systems, even though designed with smaller seismic load, showed superior static and dynamic performances.
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.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.10a
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pp.193-200
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1997
Current seismic design code is based of the assumption that the designed structures would be behaved inelastically during a severe earthquake ground motion. For this reason, seismic design forces calculated by seismic codes are much lower than the forces generated by design earthquakes which makes structures responding elastically. Present procedures for calculating seismic design forces are based on the use of elastic spectra reduced by a strength reduction factors known as "response modificaion factor". Because these factors were determined empirically, it is difficult to know how much inelastic behaviors of the structures exhibit. In this study, base shear forces required to maintain target ductility ratio were first calculated from nonlinear dynamic analysis on the single degree of freedom system. And then, base shear foeces specified in seismic design code compare with above results. If the strength(base shear) required strength should be filled by overstrength and/or redundancy. Therefore, overstrength of moment resisting frame structure will be estimated from the results of static nonlinear analysis(push-over analysis).analysis).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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