Akbar Nikzad;Alireza Kiani;Seyed Alireza Kazerounian
Structural Engineering and Mechanics
/
제88권5호
/
pp.463-480
/
2023
The buckling-restrained braced frames with eccentric configurations (BRBF-Es) exhibit stable cyclic behavior and possess a high energy absorption capacity. Additionally, they offer architectural advantages for incorporating openings, much like Eccentrically Braced Frames (EBFs). However, studies have indicated that significant residual drifts occur in this system when subjected to earthquakes at the Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard level. Consequently, in order to mitigate these residual drifts, it is recommended to employ self-centering systems alongside the BRBF-E system. In our current research, we propose the utilization of the Direct Displacement-Based Seismic Design method to determine the design base shear for a hybrid system that combines BRBF with an eccentric configuration and a self-centering frame. Furthermore, we present a methodology for designing the individual components of this composite system. To assess the effectiveness of this design approach, we designed 3-, 6-, and 9-story buildings equipped with the BRBF-E-SCF system and developed finite element models. These models were subjected to two sets of ground motions representing the Maximum Considered Earthquake (MCE) and Design Basis Earthquake (DBE) seismic hazard levels. The results of our study reveal that although the combined system requires a higher amount of steel material compared to the BRBF-E system, it substantially reduces residual drift. Furthermore, the combined system demonstrates satisfactory performance in terms of story drift and ductility demand.
The self-centering capacity and energy dissipation performance have been recognized critically for increasing the seismic performance of structures. This paper presents an innovative steel moment frame with self-centering steel reinforced concrete (SRC) wall panel incorporating replaceable energy dissipation devices (SF-SCWD). The self-centering mechanism and energy dissipation mechanism of the structure were validated by cyclic tests. The earthquake resilience of wall panel has the ability to limit structural damage and residual drift, while the energy dissipation devices located at wall toes are used to dissipate energy and reduce the seismic response. The oriented post-tensioned strands provide additional overturning force resistance and help to reduce residual drift. The main parameters were studied by numerical analysis to understand the complex structural behavior of this new system, such as initial stress of post-tensioning strands, yield strength of damper plates and height-width ratio of the wall panel. The static push-over analysis was conducted to investigate the failure process of the SF-SCWD. Moreover, nonlinear time history analysis of the 6-story frame was carried out, which confirmed the availability of the proposed structures in permanent drift mitigation.
Self-centering wall (SCW) is a resilient and sustainable structural system which incorporates unbonded posttensioning (PT) tendons to provide self-centering (SC) capacity along with supplementary dissipators to dissipate seismic energy. Hysteretic energy dissipators are usually placed at two sides of SCWs to facilitate ease of postearthquake examination and convenient replacement. To achieve a good prediction for the skeleton curve of the wall, this paper firstly developed an analytical investigation on lateral load responses of self-centering walls with distributed vertical dampers (VD-SCWs) using the concept of elastic theory. A simplified method for the calculation of limit state points is developed and validated by experimental results and can be used in the design of the system. Based on the analytical results, parametric analysis is conducted to investigate the influence of damper and tendon parameters on the performance of VD-SCWs. The results show that the proposed approach has a better prediction accuracy with less computational effects than the Perez method. As compared with previous experimental results, the proposed method achieves up to 60.1% additional accuracy at the effective linear limit (DLL) of SCWs. The base shear at point DLL is increased by 62.5% when the damper force is increased from 0kN to 80kN. The wall stiffness after point ELL is reduced by 69.5% when the tendon stiffness is reduced by 75.0%. The roof deformation at point LLP is reduced by 74.1% when the initial tendon stress is increased from $0.45f_{pu}$ to $0.65f_{pu}$.
Masoum M. Gharagoz;Seungho Chun;Mohamed Noureldin;Jinkoo Kim
Steel and Composite Structures
/
제51권2호
/
pp.173-183
/
2024
This study investigates a new seismic retrofit system that utilizes rotational friction dampers and axial springs. The retrofit system involves a steel frame with rotational friction dampers (RFD) at beam-column joints and linear springs at the corners, providing energy dissipation and self-centering capabilities to existing structures. The axial spring acts as a self-centering mechanism that eliminates residual deformations, while the friction damper mitigates seismic damage. To evaluate the seismic performance of the proposed retrofit system, a series of cyclic loading tests were carried out on a steel beam-column subassembly equipped with the proposed devices. An analytical model was then developed to validate the experimental results. A performance point ratio (PPR) was presented to optimize the design parameters of the retrofit system, and a performance-based seismic design strategy was developed based on the PPR. The retrofit system's effectiveness and the presented performance-based design approach were evaluated through case study models, and the analysis results demonstrated that the developed retrofit system and the performance-based design procedure were effective in retrofitting structures for multi-level design objectives.
최근 새로운 지진하중 저항시스템으로 셀프센터링(SCED) 가새 시스템이 개발되었다. 진보된 가새 시스템인 비좌굴 가새(BRB) 시스템과는 달리 큰 지진이 발생한 후 구조물의 잔류 변형을 줄이거나 없앨 수 있는 셀프센터링 능력은 SCED 가새 시스템의 장점이다. 본 논문에서는 SCED 가새와 BRB 가새 시스템의 거동에 비틀림의 영향을 조사하기 위하여 세 가지 다른 편심을 가진 3차원 구조물의 응답을 비선형 동적해석을 수행하여 비교하였다. 해석결과에 따르면 층간변위의 높이방향의 변화는 비정형성에 관계없이 SCED 가새골조의 응답이 BRB 가새골조보다 일정하였으며, 잔류 층간변위와 잔류 회전 응답은 비정형성이 증가함에 따라 감소하였다. 중층 구조물에서 SCED 가새골조의 변형집중계수(DCF)는 BRB 가새골조보다 작은 것으로 나타났다. 이것은 SCED 가새골조가 건물 높이에 따라 보다 일정하게 변형함을 의미한다. DCF의 크기에 대한 비틀림 비정형의 효과는 작았다.
In most self-center braces, decreasing residual deformation is possible only by increasing pretension force, which results in lower energy dissipation capacity. On the other hand, increasing energy dissipation capacity means higher values of residual deformation. The goal of this research was to find the best design for a self-centering buckling restrained brace (SC-BRB) system by balancing self-centering capability and energy dissipation. Three, six, and nine-story structures were investigated using OpenSees software and the TCL programming language to achieve this goal. For each height, 62 different SC-BRBs were considered using different values for the pretension force of cables, the area of the buckling restrained brace (BRB) core plate, and the yield stress of the core plate. The residual deformation and dissipated energy of all the models were calculated using nonlinear analyses after cyclic loading was applied. The optimum design for each height was determined among all the models and was compared to the structure equipped with the usual BRB. The residual deformation of the framed buildings was significantly reduced, according to the findings. Also the reduction of the energy dissipation was acceptable. The optimum design of SC-BRB in 6-story building has the most reduction percent in residual deformation, it can reduce residual deformation of building 83% while causing only a 57% of reduction in dissipated energy. The greatest reduction in residual deformation versus dissipated energy reduction was for the optimum SC-BRB design of 9-story building, results indicated that it can reduce residual deformation of building 69% while causing only a 42% of reduction in dissipated energy.
Self-centering concentrically braced frames (SCCBFs) are emerging as high performance seismically resistant braced framing system, due to the capacity of withstanding strong earthquake attacks and promptly recovering after events. To get a further insight into the seismic performance of SCCBFs, systematical evaluations are currently conducted from the perspective of modal contributions. In this paper, the modal pushover analysis (MPA) approach is utilized to obtain the realistic seismic demands by summarizing the contribution of each single vibration mode. The MPA-based results are compared with the exact results from nonlinear response history analysis. The adopted SCCBFs originate from existing buckling-restrained braced frames (BRBF), which are also analyzed for purpose of comparison. In the analysis of these comparable framing systems, interested performance indices that closely relate to the structural damage degree include the interstory drift ratio, floor acceleration, and absorbed hysteretic energy. The study shows that the MPA approach produces acceptable predictions in comparison to the exact results for SCCBFs. In addition, the high-modes effect on the seismic behavior increases with the building height, and is more evident in the SCCBFs than the BRBFs.
Buckling restrained bracing (BRB) was firstly introduced in Japan construction industry in year 1989. With time, BRB performance has been advanced to self-centering BRB (SC-BRB) which has exceptional energy dissipation, addressing the improvement in the structure performance in post-seismic affect. Although the BRB performance specifications are defined in design codes of several countries, specific design provisions are not generally provided since BRBs are usually considered a manufactured device. Furthermore, most of review papers focused on BRB rather than SC-BRB. Thus, this paper explores the background of both BRB and SC-BRB. The importance of self-centering components in BRB and literature related to it have been studied. This review study also highlights the significance of corrosion-resistance materials in the configuring BRB and SC-BRB since most of such members are made of carbon steel that is susceptible to corrosion.
Seismic resisting self-centering bridge piers with high energy dissipation and negligible residual displacement after an earthquake event are focus topics of current structural engineering. The energy dissipation components of typical bridge piers are often relatively single; and exhibit a certain level of damage under earthquakes, leading to large residual displacements and low cumulative energy dissipation. In this paper, a novel socket self-centering bridge pier with a hybrid energy dissipation system is proposed. The seismic resilience of bridge piers can be improved through the rational design of annular grooves and rubber cushions. The seismic response was evaluated through the finite element method. The effects of rubber cushion thickness, annular groove depth, axial compression ratio, and lateral strength contribution ratio of rubber cushion on the seismic behavior of bridge piers are systematically studied. The results show that the annular groove depth has the greatest influence on the seismic performance of the bridge pier. Especially, the lateral strength contribution ratio of the rubber cushion mainly depends on the depth of the annular groove. The axial compression ratio has a significant effect on the ultimate bearing capacity. Finally, the seismic design method is proposed according to the influence of the above research parameters on the seismic performance of bridge piers, and the method is validated by an example. It is suggested that the range of lateral strength contribution ratio of rubber cushion is 0.028 ~ 0.053.
A modified mechanical model of pre-pressed spring self-centering energy dissipation (PS-SCED) brace is proposed, and the hysteresis band is distinguished by the indication of relevant state variables. The MDOF frame system equipped with the braces is formulated in an incremental form of linear acceleration method. A multi-objective genetic algorithm (GA) based brace parameter optimization method is developed to obtain an optimal solution from the primary design scheme. Parameter sensitivities derived by the direct differentiation method are used to modify the change rate of parameters in the GA operator. A case study is conducted on a steel braced frame to illustrate the effect of brace parameters on node displacements, and validate the feasibility of the modified mechanical model. The optimization results and computational process information are compared among three cases of different strategies of parameter change as well. The accuracy is also verified by the calculation results of finite element model. This work can help the applications of PS-SCED brace optimization related to parameter sensitivity, and fulfill the systematic design procedure of PS-SCED brace-structure system with completed and prospective consequences.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.