Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.4
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pp.351-359
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2015
In order to exactly evaluate the seismic collapse capacity of a structure, probabilistic approach is required by considering uncertainties related to its structural properties and ground motion. Regardless of the types of uncertainties, they influence on the seismic response of a structures and their effects are required to be estimated. An incremental dynamic analysis(IDA) is useful to investigate uncertainty-propagation due to ground motion. In this study, a 3-story steel moment-resisting frame is selected for a prototype frame and analyzed using the IDA. The uncertainty-propagation is assessed with categorized parameters representing epistemic uncertainties, such as the seismic weight, the inherent damping, the yield strength, and the elastic modulus. To do this, the influence of the uncertainty-propagation to the seismic collapse capacity of the prototype frame is probabilistically evaluated using the incremental dynamic analyses based on the Monte-Carlo simulation sampling with the Latin hypercube method. Of various parameters related to epistemic uncertainty-propagation, the inherent damping is investigated to be the most influential parameter on the seismic collapse capacity of the prototype frame.
This paper investigates the progressive collapse behavior of 3D steel-framed gravity buildings under fires with a cooling phase. The effect of fire protections and bracing systems on whether, how, and when a gravity building collapses is studied. It is found that whether a building collapses or not depends on the duration of the heating phase, and it may withstand a "short-hot" fire, but collapses under a mild fire or a "long-cool" fire. The collapse time can be conservatively determined by the time when the temperature of steel columns reaches a critical temperature of 550 ℃. It is also found that the application of a higher level of fire protection may prevent the collapse of a building, but may also lead to its collapse in the cooling phase due to the delayed temperature increment in the heated members. The tensile membrane action in a heated slab can be resisted by a tensile ring around its perimeter or by tensile yielding lines extended to the edge of the frame. It is recommended for practical design that hat bracing systems should be arranged on the whole top floor, and a combination of perimeter and internal vertical bracing systems be used to mitigate the fire-induced collapse of gravity buildings. It is also suggested that beam-to-column connections should be designed to resist high tensile forces (up to yielding force) during the cooling phase of a fire.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.1
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pp.19-26
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2012
In this study the progressive collapse behavior of a moment frame with infill steel panels is evaluated using nonlinear static pushdown analysis. The analysis model is a two story two span structure designed only for gravity load, and the load-displacement relationship is obtained with the center column removed. To obtain local stress and strain as well as the global structural behavior, finite element analysis is conducted using ABACUS. Through the analysis the effect of the span length and the thickness of the steel plate on the progressive collapse behavior of the structure is investigated, and the effect of the dividing the infill panel using stud columns is also studied. According to the analysis results, the thickness of the panels required to prevent progressive collapse increases as the span length increases, and as the number of panel division increases the progressive collapse resisting capacity increases slightly but the effect is not significant. It is also observed that when the infill panel is installed in only a part of the span the progressive collapse resisting capacity is somewhat increased.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.1-8
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2013
Constitutive modeling of constituent materials is very important for reinforced concrete (RC) frames. Cyclic constitutive behavior of unconfined concrete, confined concrete and reinforcing steel should be well defined in fiber-based discretization of RC sections. This study performs nonlinear dynamic analyses of RC frame structures to investigate the sensitivity of seismic behavior of such frames to different constitutive models of constituent materials. The study specifically attempts to examine confinement effects in concrete modeling and degrading effects in steel modeling, which substantially affects the monotonic, cyclic and seismic responses of RC members and frames. Based on the system level analysis, it is shown that the response of non-ductile frames is less sensitive to confined concrete models while the modeling of reinforcing steel is quite influential to the inelastic response of both non-ductile and ductile frames.
A building structural system of moment resisting frame (MRF) with concrete filled steel tubular (CFST) columns and wide flange H beams, is one of the most conveniently constructed structural systems. However, there were few studies on evaluating seismic performance of full-scale CFST columns under high axial compression. In addition, some existing famous design codes propose various limits of width-to-thickness ratio (B/t) for steel tubes of the ductile CFST composite members. This study was intended to investigate the seismic behavior of CFST columns under high axial load compression. Four full-scale square CFST column specimens with a B/t of 42 were carried out that were subjected to horizontal cyclic-reversal loads combined with constantly light, medium and high axial loads and with a linearly varied axial load, respectively. Test results revealed that shear strength and deformation capacity of the columns significantly decreased when the axial compression exceeded 0.35 times the nominal compression strength of a CFST column, P0. It was obvious that the higher the axial compression, the lower both the shear strength and deformation capacities were, and the earlier and faster the shear strength degradation occurred. It was found as well that higher axial compressions resulted in larger initial lateral stiffness and faster degradation of post-yield lateral stiffness. Meanwhile, the lower axial compressions led to better energy dissipation capacities with larger cumulative energy. Moreover, the study implied that under axial compressions greater than 0.35P0, the CFST column specimens with B/t limits recommended by AISC 360 (2016), ACI 318 (2014), AIJ (2008) and EC4 (2004) codes do not provide ultimate interstory drift ratio of more than 3% radian, and only the limit in ACI 318 (2014) code satisfies this requirement when axial compression does not exceed 0.35P0.
Zhou, Tie G.;Wei, Shuai S.;Zhao, Xiang;Ma, Le W.;Yuan, Yi M.;Luo, Zheng
Steel and Composite Structures
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v.32
no.6
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pp.807-819
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2019
In recent earthquakes, the failure of ceiling systems has been one of the most widely reported damage and the major cause of functionality interruption in some buildings. In an effort to mitigate this damage, some scholars have studied a series of ceiling systems including plaster ceilings and mineral wool ceilings. But few studies have involved the backdrop metal ceiling used in some important constructions with higher rigidity and frequency such as the main control area of nuclear power plants. Therefore, in order to evaluate its seismic performance, a full-scale backdrop metal ceiling system, including steel runners and metal panels, was designed, fabricated and installed in a steel frame in this study. And the backdrop metal ceiling system with two perimeter attachments variants was tested: (i) the ends of the runners were connected with the angle steel to form an effective lateral constraint around the backdrop metal ceiling, (ii) the perimeter attachments of the main runner were retained, but the perimeter attachments of the cross runner were removed. In the experiments, different damage of the backdrop metal ceiling system was observed in detail under various earthquakes. Results showed that the backdrop metal ceiling had good integrity and excellent seismic performance. And the perimeter attachments of the cross runner had an adverse effect on the seismic performance of the backdrop metal ceiling under earthquakes. Meanwhile, a series of seismic construction measures and several suggestions that need to be paid attention were proposed in the text so that the backdrop metal ceiling can be better applied in the main control area of nuclear power plants and other important engineering projects.
Kim, Bum-Ki;Suk, Sung-Joon;Lee, Ung-Kyun;An, Sung-Hoon;Kang, Kyung-In
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.5
no.1
s.15
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pp.89-96
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2005
The increase of hish-rise residential-commercial buildings is required to cut down a term of works and the cost of construction. Reinforced concrete structures and steel framed reinforcement concrete that are commonly used have the difficulty in reducing them. Therefore, the purpose of this study is to propose a new precast concrete complex system and to analyze its economical feasibility. The economic analysis is performed through comparing the cost of a high-rise reinforced building that was already constructed with that of the new proposed precast concrete system, which is limited to structural frame work of typical floors. This study shows that the proposed precast concrete complex system is economical. Further research should be directed at including the influence of a term of works.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.103-110
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2004
Recently, performance based seismic design (PBSD) methods in numerous forms have been suggested and widely studied as a new concept of seismic design. The PBDSs are far from being practical due to complexity of algorithms resided in the design philosophy In this paper, optimal seismic design method based on displacement coefficient method (DCM) described in FEMA 273 is developed. As an optimizer simple genetic algorithms are used for implementations. In the optimization problem formulated in this paper, strength design criteria, stiffness design criteria, and nonlinear response criteria specified in DCM are included in design constraints. The optimal performance based design(OPBD) method is applied to seismic design of a 9-story two-dimensional steel frame structures.
The purpose of this study is to investigate the effectiveness of damped cable systems (DCS) to mitigate the earthquake-induced responses of a building frame structure. The seismic performance of the DCS is investigated using the fragility analysis and life cycle cost evaluation of an existing building retrofitted with the DCS, and the results are compared with the structure retrofitted with conventional fluid viscous dampers. The comparison of the analysis results reveals that, due to the self-centering capability of the DCS, residual displacement approximately reaches to zero for the structure retrofitted with the DCS. The fragility analysis shows that the structure retrofitted with the DCS has the least probability of reaching the specific limit states compared to the bare structure and the structure with the conventional fluid viscous damper (VD), especially under the severe ground motions. It is also observed that both the initial and the life cycle costs of the DCS seismic retrofitting technique is lesser compare to the structure retrofitted with the VD.
Fragility and loss functions are developed to predict damage and economic losses due to earthquake loading in Reinforced Concrete (RC) structural components with smooth rebars. The attention is focused on external/internal beam-column joints and ductile/brittle weak columns, designed for gravity loads only, using low-strength concrete and plain steel reinforcing bars. First, a number of damage states are proposed and linked deterministically with commonly employed methods of repair and related activities. Results from previous experimental studies are used to develop empirical relationships between damage states and engineering demand parameters, such as interstory and column drift ratios. Probability distributions are fit to the empirical data and the associated statistical parameters are evaluated using statistical methods. Repair costs for damaged RC components are then estimated based on detailed quantity survey of a number of pre-70 RC buildings, using Italian costing manuals. Finally, loss functions are derived to predict the level of monetary losses to individual RC components as a function of the experienced response demand.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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