Masonry infill has a significant effect on stiffness contribution, strength and ductility of masonry-infilled frames. These effects may cause damage of weak floor, torsional damage or short-column failure in structures. This article presents experiments of 1/2.5-scale steel reinforced recycled aggregates concrete (SRRC) frames. Three specimens, with different infill rates consisted of recycled concrete hollow bricks (RCB), were subjected to static cyclic loads. Test phenomena, hysteretic curves and stiffness degradation of the composite structure were analyzed. Furthermore, effects of axial load ratio, aspect ratio, infill thickness and steel ratio on the share of horizontal force supported by the frame and the infill were obtained in the numerical example.
The bearing capacities resisted by the two-bay beams of multi-story planar frames with unequal spans under column removal scenarios differ considerably owing to the asymmetric stress on the left and right beams connected to the failed column and cause the potential for beams with larger span-to-depth ratios to be unable to exert effectively, which is disadvantageous for resisting the vertical load in unequal-span frame structures. To address this problem, the structural measure of adding braces to the weak bays of multi-story unequal-span frames was proposed, with the objective of achieving a coordinated stress state in two-bay beams with unequal spans, thereby improving the collapse resistance of unequal-span frame structures. Before conducting the numerical simulation, the modeling methods were verified by previous experimental results of two multi-story planar frames with and without steel braces. Thereafter, the effects of the tensile and compressive braces on the collapse behavior of the frame structures were elucidated. Then, based on the mechanical action laws of the braces throughout the collapse process, a detailed design method for improving the collapse resistance of unequal-span frame structures was proposed. Finally, the proposed design method was verified by using sufficient example models, and the results demonstrated that the design method has good application prospects and high practical value.
This study aims at investigating the hysteretic performance of a novel composite wall panel fabricated by infilling aerated concrete blocks into a novel light-steel frame used for low-rise residential buildings. The novel light-steel frame is consisted of two thin-wall rectangular hollow section columns and a truss-beam assembled using patented U-shape connectors. Two bare light-steel frames and two composite wall panels have been tested to failure under horizontal cyclic loading. Hysteretic curves, lateral resistance and stiffness of four specimens have been investigated and analyzed. Based on the testing results, it is found that the masonry infill can significantly increase the lateral resistance and stiffness of the novel light-steel frame, about 2.3~3 and 21.2~31.5 times, respectively. Failure mode of the light-steel frame is local yielding of the column. For the composite wall panel, firstly, masonry infill is crushed, subsequently, local yielding may occur at the column if loading continues. Hysteretic curve of the composite wall panel obtained is not plump, implying a poor energy dissipation capacity. However, the light-steel frame of the composite wall panel can dissipate more energy after the masonry infill is crushed. Therefore, the composite wall panel has a much higher energy dissipation capacity compared to the bare light-steel frame.
A semi-active control platform comprising the mechanical model of magnetorheological (MR) dampers, the bang-bang control law and damage material models is developed, and the simulation method of steel plate shear wall (SPSW) and optimization method for capacity design of MR dampers are proposed. A 15-story steel frame-SPSW structure is analyzed to evaluate the seismic performance of nonlinear semi-active controlled structures with optimal designed MR dampers, results indicate that the control platform and simulation method are stable and fast, and the damage accumulation effects of uncontrolled structure are largely reduced, and the seismic performance of controlled structures has been improved.
This study is intended to predict the seismic behavior of the down-scaled 3-story steel frame structures subjected to the real ground motion, and evaluate their structural damage through advanced finite element (FE) analysis results. The FE frame models are designed by considering the effect of the soft story. In addition, the effect of structural asymmetry is also taken into consideration during the nonlinear dynamic analyses. After observing the analysis results, it is reconfirmed that the damage of the steel frame building under the ground motion should be governed by the soft story column rather than the structural mass asymmetry.
In this study, the effect of presence and distribution of masonry infill walls on the mid-rise steel frame structures having soft ground storey was evaluated by implementing finite element (FE) methods. Masonry infill walls were distributed randomly in the upper storey keeping the ground storey open without any infill walls, thus generating the worst case scenario for seismic events. It was observed from the analysis that there was an increase in the seismic design forces, moments and base shear in presence of randomly distributed masonry infill walls which underlines that these design values need to be amplified when designing a mid-rise soft ground storey steel frame with randomly distributed masonry infill. In addition, it was found that the overstrength related force modification factor increased and the ductility related force modification factor decreased with the increase in the amount of masonry infilled bays and panels. These must be accounted for in the design of mid-rise steel frames. Based on the FE analysis results on two mid-rise steel frames, design equations were proposed for determining the over strength and the ductility related force modification factors. However, it was recommended that these equations to be generalized for other steel frame structure systems based on an extensive analysis.
The paper investigates the seismic performance of a Partially-Restrained (PR) steel-concrete composite frame using the probabilistic approach. The analysed frame was tested at the ELSA laboratory of the Joint Research Centre of Ispra (Italy), while the representative beam-to-column composite connections were tested at the Universities of Pisa, Milan and Trento (Italy). The component modelling of both interior and exterior composite joints is described first, including the experimental-numerical validation. The Latin Hypercube method has been used to draw the probabilistic distribution curves of joints, and then the whole PR composite frame has been analysed. Pushover and incremental dynamic analyses have been carried out using the non-linear FE code SAP2000 version 9.1. The fragility and performance curves of the PR composite frame have been determined for four damage limit states.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.1
s.19
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pp.45-54
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2006
A steel frame is one of the most commonly used structural systems due to its resistance to various types of applied loads. Many studies have been conducted to investigate the effects of connection flexibility, support conditions, and beam-to-column stiffness ratio on the story drift of a frame. Based on the results of these studies, several design guides have been proposed. This research has been conducted to predict the actual behavior of a double angle connection, and to establish its effect on the story drift and the maximum allowable load of a steel frame. For these purposes, several experimental tests were conducted and a simplified analytical model was proposed. This simplified analytical model consists of four spring elements as well as a column member. In addition, a point bracing system was proposed to control the excessive story drift of an unbraced steel frame.
A damage-based seismic design procedure for steel frame structures is formulated as an optimization problem, in which minimization of the initial construction cost is treated as the objective of the problem. The performance constraint of the design procedure is to achieve "repairable" damage state for earthquake demands that are less severe than the design ground motions. The Park-Ang damage index is selected as the seismic damage measure for the quantification of structural damage. The charged system search (CSS) algorithm is employed as the optimization algorithm to search the optimum solutions. To improve the time efficiency of the solution algorithm, two simplifying strategies are adopted: first, SDOF idealization of multi-story building structures capable of estimating the actual seismic response in a very short time; second, fitness approximation decreasing the number of fitness function evaluations. The results from a numerical application of the proposed framework for designing a twelve-story 3D steel frame structure demonstrate its efficiency in solving the present optimization problem.
Hadianfard, Mohammad Ali;Hashemi, Ali;Gholami, Mohammad
Earthquakes and Structures
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v.12
no.4
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pp.449-455
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2017
Using X-braced frames in steel structures is a current procedure to achieve good strength against lateral loads. Study on mid-connections of X-braces and their effects on frame behavior is a subject whose importance has been more or less disregarded by researchers. Experimentally inspecting models involves considerable expense and time; however, computer models can be more suitable substitutes. In this research, a numerical model of X-braced frame has been analyzed using finite element software. The results of pushover analysis of this frame are compared with those of the experimental test. With the help of computer model, the effects of different mid-connection details on ductility and lateral strength of the frame are inspected. Also performances of bolted and welded connections are compared. Taking into account ductility and strength, this study suggests details of a decent pattern for the mid-connection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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