FE models for complex or large-scaled structures that need detailed modeling of structural components are usually constructed using commercial analysis softwares. Updating of such FE model by conventional sensitivity-based methods is difficult since repeated computation for perturbed parameters and manual calculations are needed to obtain sensitivity matrix in each iteration. In this study, an FE model updating procedure avoiding such difficulties by using response surface (RS) method and a Pareto-based multiobjective optimization (MOO) was formulated and applied to FE models constructed with a commercial analysis package. The test building is a low-rise reinforced concrete building that has been seismically retrofitted. Dynamic properties of the building were extracted from vibration tests performed before and after the seismic retrofits, respectively. The elastic modulus of concrete and masonry, and spring constants for the expansion joint were updated. Two RS functions representing the errors in the natural frequencies and mode shape, respectively, were obtained and used as the objective functions for MOO. Among the Pareto solutions, the best compromise solution was determined using the TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) procedure. A similar task was performed for retrofitted building by taking the updating parameters as the stiffness of modified or added members. Obtained parameters of the existing building were reasonably comparable with the current code provisions. However, the stiffness of added concrete shear walls and steel section jacketed members were considerably lower than expectation. Such low values are seemingly because the bond between new and existing concrete was not as good as the monolithically casted members, even though they were connected by the anchoring bars.
Al-Kashif, M.A.;Ramadan, H.;Rashed, A.;Haroun, M.A.
Steel and Composite Structures
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v.10
no.4
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pp.361-371
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2010
Enhancement in the seismic buckling capacity of steel tanks caused by the addition of fiber reinforced polymers (FRP) retrofit layers attached to the outer walls of the steel tank is investigated. Three-dimensional non-linear finite element modeling is utilized to perform such analysis considering non linear material properties and non-linear large deformation large strain analysis. FRP composites which possess high stiffness and high failure strength are used to reduce the steel hoop stress and consequently improve the tank capacity. A number of tanks with varying dimensions and shell thicknesses are examined using FRP composites added in symmetric layers attached to the outer surface of the steel shell. The FRP shows its effectiveness in carrying part of the hoop stresses along with the steel before steel yielding. Following steel yielding, the FRP restrains the outward bulging of the tank and continues to resist higher hoop stresses. The percentage improvement in the ultimate base moment capacity of the tank due to the addition of more FRP layers is shown to be as high as 60% for some tanks. The percentage of increase in the tank moment capacity is shown to be dependent on the ratio of the shell thickness to the tank radius (t/R). Finally a new methodology has been explained to calculate the location of Elephant foot buckling and consequently the best location of FRP application.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.3
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pp.51-60
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2021
As earthquakes continue to occur in Korea in recent years, seismic evaluation and retrofit of existing school buildings have been carried out. Many domestic school buildings were built using or referring to standard drawings. Therefore, if the overall structural characteristics of a school building can be known first based on standard drawings, it can be provided as valuable data for detailed seismic evaluation. For this reason, this study investigated the weak structural components and failure modes by comparing the strength of beams, columns, and joints constituting standard school buildings constructed in the 1980s. The evaluation was performed for different types of standard drawings and different material strengths. The results showed that the joint was mainly the weakest due to the eccentricity, and the failure modes were partially changed depending on the material strength.
Steel shear walls are used to strengthen steel and concrete structures. One such system is Partial Attached Steel Shear Walls (PASSW), which are only connected to frame beams. This system offers both structural and architectural advantages. This study first calibrated the numerical model of RC frames with and without PASSW using an experimental sample. The seismic performance of the RC frame was evaluated by 30 non-linear static analyses, which considered stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation, to investigate the effect of PASSW width and column axial load. Based on numerical results and a curve fitting technique, a lateral stiffness equation was developed for frames equipped with PASSW. The effect of the shear wall location on the concrete frame was evaluated through eight analyses. Nonlinear dynamic analysis was performed to investigate the effect of the shear wall on maximum frame displacement using three earthquake records. The results revealed that if PASSW is designed with appropriate stiffness, it can increase the energy dissipation and ductility of the frame by 2 and 1.2 times, respectively. The stiffness and strength of the frame are greatly influenced by PASSW, while axial force has the most significant negative impact on energy dissipation. Furthermore, the location of PASSW does not affect the frame's behavior, and it is possible to have large openings in the frame bay.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.2
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pp.65-73
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2024
In this study, we propose an optimal design method by applying the Prefabricated Buckling Restrained Brace (PF-BRB) to structures with asymmetrically rigidity plan. As a result of the PF-BRB optimal design of a structure with an asymmetrically rigidity plan, it can be seen that the reduction effect of dynamic response is greater in the case of arrangement considering the asymmetric distribution of stiffness (Asym) than in the case of arrangement in the form of a symmetric distribution (Sym), especially It was confirmed that at an eccentricity rate of 20%, the total amount of reinforced PF-BRBs was also small. As a result of analyzing the dynamic response characteristics according to the change in eccentricity of the asymmetrically rigidity plan, the distribution of the reinforced PF-BRB showed that the larger the eccentricity, the greater the amount of damper distribution around the eccentric position. Additionally, when comparing the analysis models with an eccentricity rate of 20% and an eccentricity rate of 12%, the response reduction ratio of the 20% eccentricity rate was found to be large.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.86-93
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2020
The demand for maintenance in Korea infrastructure facilities constructed since the 1970s has increased significantly compared to the demand for new construction. Moreover, after the Gyeongju and Pohang earthquakes, seismic performance evaluation, repair, and retrofitting projects have been carried out. Therefore, in this study, a specimen was designed following the L-type GFRP Plate Externally Bonded Retrofit method, one among other retrofit methods. The L-type GFRP Plate was bonded to the specimen by epoxy and a washered steel nail. A four-point bending test was performed to confirm the strengthening effect of the Externally Bonded Retrofit method using an L-type GFRP Plate. The strengthening effect of the L-type GFRP plate was proven experimentally, and the behavior of the beam designed following the L-type GFRP Plate Externally Bonded Retrofit method was evaluated according to Korea's "Design Manual & Specification for Strengthening of RC Structures by Advanced Composites System". Furthermore, the effectiveness of the bonding method, a combination of epoxy and washered steel nail, was also checked. The results showed that the design, according to the guidelines mentioned above, predicted the strength of the member well, but the failure mode did not satisfy the design assumption because of unexpected damage to the GFRP plate due to the fixing method, washered steel nail.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.3
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pp.37-43
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2011
Reliability of piping systems is essential to the safety of any important industrial facilities. During an earthquake, damage to the piping system can occur. It can also cause considerable economic losses and the loss of life following earthquakes. Traditionally, the study of the secondary system was less important than primary structure system, however it has recently been emerging as a key issue for the effective maintenance of the structural system and to help reduce nonstructural earthquake damage. The primary objectives of this study are to evaluate seismic design requirements and the seismic performance of gas and fire protection piping systems installed in reinforced concrete (RC) buildings. In order to characterize the seismic behavior of the existing piping system in an official building, 10 simulated earthquakes and 9 recorded real earthquakes were applied to ground level and the building system by the newmark average acceleration time history method. The results developed by this research can be used for the improvement of new seismic code/regulatory guidelines of secondary systems as well as the improvement of seismic retrofitting or the strengthening of the current piping system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.3
s.55
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pp.87-96
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2007
A new Energy-Dissipating Sacrificial Device (EDSD) is developed for steel plate girders, which can effectively dissipate the energy stored in the structures during seismic actions. To verify the performance of the EDSD, various seismic responses of a sample bridge with the EDSD are analyzed in terms of energy, member forces and deformation. The full scale model tests are conducted to certify the performance of the EDSD when it is applied on existing bridges. Using the improved hysteretic model of the sacrificial member, the seismic analysis for an example bridge is performed. The results show that the proposed EDSD under seismic excitations can significantly decrease the energy stored in the bridge structures and reduce the relative displacements of each superstructure to the ground. The EDSD is also found to function as a structural fuse under strong ground motions, sacrificing itself to absorb the excessive energy. Consequently, economical enhancement of the seismic performance of bridges can be achieved by employing the newly developed energy-dissipating sacrificial device.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.52-62
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2015
This study aims at developing a new seismic resistant method by using precast concrete wall panels for existing low-rise, reinforced concrete beam-column buildings such as school buildings. Three quasi-static hysteresis loading tests were performed on one unreinforced beam-column specimen and two reinforced specimens with U-type precast wall panels. Top shear connection of the PC panel was required to show the composite strength of RC column and PC wall panel. However, the strength of the connection did not influence directly on the ultimate loading capacities of the specimens in the positive loading because the loaded RC column push the side of PC wall panel and it moved horizontally before the shear connector receive the concentrated shear force in the positive loading process. Under the positive loading sequence(push loading), the reinforced concrete column and PC panel showed flexural strength which is larger than 97% of the composite section because of the rigid binding at the top of precast panel. Similar load-deformation relationship and ultimated horizontal load capacities were shown in the test of PR1-LA and PR1-LP specimens because they have same section dimension and detail at the flexural critical section. An average of 4.7 times increase in the positive maximum loading(average 967kN) and 2.7 times increase in the negative maximum loading(average 592.5kN) had resulted from the test of seismic resistant specimens with anchored and welded steel plate connections than that of unreinforced beam-column specimen. The maximum drift ratios were also shown between 1.0% and 1.4%.
Shape memory alloy (SMA)-based Superelasticity-assisted Slider (SSS) is proposed as an engineering solution to practically exploit the well-accepted advantages of both sliding isolation and SMA-based recentering. Self-centering capability in SSS is provided by austenitic SMA cables (or wire ropes), recently attracting a lot of interest and attention in earthquake engineering and seismic isolation. The cables are arranged in various novel and conventional configurations to make SSS versatile for aseismic design and retrofit of structures. All the configurations are detailed with thorough technical drawings. It is shown that SSS is applicable without the need for Isolation Units (IUs). IUs, at the same time, are devised for industrialized applications. The proof-of-concept study is carried out through the examination of mechanical behavior in all the alternative configurations. Force-displacement relations are determined. Isolation capabilities are predicted based on the decreases in seismic demands, estimated by the increases in effective periods and equivalent damping ratios. Restoring forces normalized relative to resisting forces are assessed as the criteria for self-centering capabilities. Lengths of SMA cables required in each configuration are calculated to assess the cost and practicality. Practical implementation is realized by setting up a small-scale IU. The effectiveness of SSS under seismic actions is evaluated using an innovative computer model and compared to those of well-known Isolation Systems (ISs) protecting a reference building. Comparisons show that SSS seems to be an effective IS and suitable for earthquake protection of both structural and non-structural elements. Further research aimed at additional validation of the system are outlined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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