There are many studies in the literature conducted on the subject of ensuring earthquake safety of reinforced concrete and steel structures using steel braced frames, but no detailed study concerning individual behavior of steel braced frames under earthquake loads and strengthening of reinforced concrete structures with out-of-plane steel braced frames has been encountered. In this study, in order to evaluate behaviors of "Concentrically Steel Braced Frames" types defined in TEC-2007 under lateral loads, dimensional analysis of Concentrically Steel Braced Frames designed with different scales and dimensions was conducted, the results were controlled according to TEC-2007, and after conducting static pushover analysis, behavior and load capacity of the Concentrically Steel Braced Frames and hinges sequence of the elements constituting the Concentrically Steel Braced Frames were tested. Concentrically Steel Braced Frames that were tested analytically consist of 2 storey and one bay, and are formed as two groups with the scales 1/2 and 1/3. In the study, Concentrically Steel Braced Frames described in TEC-2007 were designed, which are 7 types in total being non-braced, X-braced, V- braced, $\wedge$- braced, $\backslash$- braced, /- braced and K- braced. Furthermore, in order to verify accuracy of the analytic studies performed, the 1/2 scaled concentrically steel X-braced frame test element made up of box profiles and 1/3 scaled reinforced concrete frame with insufficient earthquake resistance were tested individually under lateral loads, and test results were compared with the results derived from analytic studies and interpreted. Similar results were obtained from both experimental studies and pushover analyses. According to pushover analysis results, load-carrying capacity of 1/3 scaled reinforced concrete frames increased up to 7,01 times as compared to the non-braced specimen upon strengthening. Results acquired from the study revealed that reinforced concrete buildings which have inadequate seismic capacity can be strengthened quickly, easily and economically by this method without evacuating them.
In recent years, the composite columns have been widely used in the structures. These columns are mainly used to construct the structures with a large span and high floor height. Concrete filled tubes (CFTs) are a type of composite column, which are popular nowadays due to their numerous benefits. The purpose of this study is to investigate such frames at elevated temperatures. The method used in this research is based on section 2.2 of Eurocode 4. First, for the verification purpose, a comparison was made between the experimental results and the numerical model of the concrete filled tube. Then a composite frame was analyzed under fire temperature with different parameters. The results showed that the failure time decreased with increasing the friction of different models. Moreover, investigation of the concrete moisture content revealed that an increase in the concrete moisture content from 3% to 10% led to extended failure time for different models. For instance, in the second frame model, the failure time has increased up to 8%.
To make direct comparisons regarding the cyclic behavior of thin steel plate shear walls (TSPSWs) with different infill-to-boundary frame connections, two TSPSWs were tested under quasi-static conditions, one having the infill plate attached to the boundary frame members on all edges and the other having the infill plate connected only to the beams. Also, the bare frame that was used in the TSPSW specimens was tested to provide data for the calibration of numerical models. The connection of infill plates to surrounding frames was achieved through the use of self-drilling screws to fish plates that were welded to the frame members. The behavior of TSPSW specimens are compared and discussed with emphasis on the characteristics important in seismic response, including the initial stiffness, ultimate strength and deformation modes observed during the tests. It is shown that TSPSW specimens achieve significant ductility and energy dissipation while the ultimate failure mode resulted from infill plate fracture at the net section of the infill plate-to-boundary frame connection after substantial infill plate yielding. Experimental results are compared to monotonic pushover predictions from computer analysis using strip models and the models are found to be capable of approximating the monotonic behavior of the TSPSW specimens.
Kim, Jin-Kwang;Yoo, Moo-Young;Ham, Nam-Hyuk;Kim, Jae-Jun;Choi, Chang-Shik
Journal of KIBIM
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v.8
no.2
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pp.41-50
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2018
The current study focused on the utilization of building information modeling (BIM) data in steel-frame structures, which help to reduce project durations because they employ prefabricated structural members that are assembled on-site. In addition, a business process model was proposed using BIM data collected during the preconstruction, structural steel fabrication, and on-site construction phases of an actual steel-frame project. The ultimate expectation is that BIM data support at each phase, as well as the increased understanding among project participants, will result in an increase in project management productivity. The results from the current study are summarized as follows: To implement a BIM capable of application to steel-frame projects and data utilization, existing theories were studied to develop the construction project steps, both generally into the preconstruction (A1), steel fabrication (A2), and on-site construction phases, (A3) and specifically into 19 BIM-applicable phases. Based on the derived BIM-applicable phases, the model elements of the BIM object were identified, and the shortcomings of existing steel-frame projects were ameliorated, resulting in an improved data flow model. Moreover, for the proposed BIM data flow to progress efficiently, the BIM specialist needs to be well-acquainted with the phase-specific three-dimensional (3D) model output, and the infrastructure to construct an error-free 3D model must be provided. Based on the actual construction example, the BIM data utilized steel-frame projects - via production reports, clash checks, two-dimensional (2D) drawings, four-dimensional (4D) simulations, and 3D scanning - to make cooperation and communication among participants easier.
In this study, recently developed swarm intelligence algorithm called Social Spider Optimization (SSO) approach and its enhanced version of SSO algorithm with spider jump techniques is used to develop a structural optimization technique for steel space structures. The improved version of SSO uses adaptive randomness probability in generating new solutions. The objective function of the design optimization problem is taken as the weight of a steel space structure. Constraints' functions are implemented from American Institute of Steel Construction-Load Resistance factor design (AISC-LRFD) and Ad Hoc Committee report and practice which cover strength, serviceability and geometric requirements. Three steel space structures are optimized using both standard SSO and SSO with spider jump (SSO_SJ) algorithms and the results are compared with those available in the literature in order to investigate the performance of the proposed algorithms.
The design variables for structural systems, in most practical designs, are chosen from a list of discrete values, which are commercially available sizing. This paper presents the application of Genetic Algorithms for determining the optimum design for two-dimensional structures with discrete and pseudocontinuous design variables. Genetic Algorithms are heuristic search algorithms and are effective tools for finding global solutions for discrete optimization. In this paper, Genetic Algorithms are used as the method of Elitism and penalty parameters, in order to improve fitness in the reproduction process. Examples in this paper include: 10 bar planar truss and 1 bay 8-story frame. Truss with discrete and pseudoucontinuous design variables and steel frame with W-sections are used for the design of discrete optimization.
Earthquakes of 5.8 and 5.4 Richter scale recently occurred one after another in Korea, changing the Korean peninsula from an earthquake safe zone but 'earthquake danger zone'. Therefore, seismic reinforcements must expand to include structures with low seismic resistance in order to prepare for earthquakes on a larger scale in the future. This study investigated the performances of various seismic reinforcement systems such as X-braced steel rod reinforcement, steel shear wall with circular opening reinforcement, and slit damper reinforcement using shaking table test and computational analyses of seismic data in order to establish a proper seismic reinforcement plan. These three seismic reinforcement systems could increase the stiffness and strength of existing structures and reduce maximum drift ratio in the event of an earthquake.
This study presents the strength of braced and unbraced cold-formed steel wall frames consisting of several wall studs acting as columns, top and bottom tracks, and bracing members. The strength and the buckling mode of steel wall frames were found to be different due to the change of bracing type. In addition, the spacing of wall studs is a crucial factor to the strength of steel wall frames. The comparisons were made between the test results and the predictions computed based on AISI Code. The related specifications do not clearly provides the effective length factors for the member of cold-formed steel frame under compression. This paper proposes effective length factors for the steel wall frames based on the test results. A theoretical model is also derived to obtain the modulus of elastic support provided by the bracing at mid-height of steel wall frames in this research.
The primary objectives of this research are to investigate the energy factor response of steel moment resisting frame (MRF) systems equipped with fuses subject to ground motions and to develop an energy-based evaluation approach for evaluating the damage-control behavior of the system. First, the energy factor of steel MRF systems with fuses below the resilience threshold is derived utilizing the energy balance equation considering bilinear oscillators with significant post-yielding stiffness ratio, and the effect of structural nonlinearity on the energy factor is investigated by conducting a parametric study covering a wide range of parameters. A practical transformation approach is also proposed to associate the energy factor of steel MRF systems with fuses with classic design spectra based on elasto-plastic systems. Then, the energy balance is extended to structural systems, and an energy-based procedure for damage-control evaluation is proposed and a damage-control index is also derived. The approach is then applied to two types of steel MRF systems with fuses to explore the applicability for quantifying the damage-control behavior. The rationality of the proposed approach and the accuracy for identifying the damage-control behavior are demonstrated by nonlinear static analyses and incremental dynamic analyses utilizing prototype structures.
This paper presents the results of an experimental study investigating the effects of anchorage systems used in externally bonded steel plates on the strength and ductility of reinforced concrete structures. In the literature, diagonal steel plates bonded to frames were designed to be more flexible than the connections to eliminate the possible effect of the connection flexibility. However, to better evaluate the performance of the strengthened structures, the strength and behavior of connections should also be considered. The purpose of this study was to experimentally investigate the effects of different connection types of steel plates bonded to the frame using anchors on the strengthened RC structures. For this purpose, eleven specimens were designed to simulate the interior and exterior connection behavior. Two of these were used as the control beams and remaining nine for the investigation of the functionality of the end steel plates. Experimental results show that the load carrying capacity of the strengthened beams is directly related to the connection types of the steel plates. For the interior connections, L-shaped end plates that were strengthened using steel anchors must have adequate stiffness to prevent its shape. While, for the exterior connections, the connection with three anchors carried more load than the other exterior connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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