Kailash Chaudhary;Kshitij C. Shrestha;Ojaswi Acharya
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.79-87
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2023
Special moment resisting steel frame structures are now being used commonly in highly seismic regions as seismically reliable structures. However, a very important parameter describing the dynamics of steel structures during earthquake loading, Soil Structure Interaction (SSI), is generally neglected. In this study, the significance of consideration of flexibility of soil in being able to obtain a result closer to reality is asserted. The current paper focuses on calculation of seismic fragility curves special moment resisting steel frame structures under different earthquake loadings for fixed-base and SSI models. The observation of obtained fragility curves lead to the conclusion that the SSI has a considerable effect on component fragility for the steel structures, with its effects decreasing for higher peak ground acceleration. The results show that the structures when considered SSI have a higher probability of exceeding a damage limit state. This observation attests the role of SSI in the accurate study of structural performance.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.235-242
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2001
Inelastic seismic response of steel moment frame structures, which are usually quite gravity load and subject to large displacement under severe earthquake, may be severly influenced by the structure P-Δ effects. The P-Δ effect may have an important impact on the dynamic behavior of the structure in the nonlinear seismic analysis. In multi degree of freedom systems P-Δ effects may significantly affect only a subset of stories or a single story alone. Therefore, a story drift amplification of structure is happened by P-Δeffects and such nonlinear dynamic behaviors are very difficult to evaluate in the structures. In this study, two systems having different design methods of steel moment frame structures are investigated to evaluate the P-Δ effects due to gravity load. The plastic hinge formations, maximum rotational ductility demands, and energy distribution will be compared and evaluated following whether the P-Δ effects are considered or not. And design methods are proposed for the prevention of the instability of structures which due to the P-Δ effects.
Ahn, Jin Hee;Kim, Jun Hwan;Kim, Tae Yeon;Kim, Sang Hyo;Lee, Sang Woo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.611-620
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2007
The beam-column connection is the critical design section of general steel frame structures owing to the behavioral characteristics of the structural system. As most members of a frame structure are composed of rolled section beams, the cross-section of the beam members is governed by the negative bending moment near beam-column connections. Such a design concept leaves a redundant load-carrying capacity at the positive bending regions of the beam members leading to design inefficiency. Therefore, it is of utmost importance to redistribute the beam end moments and reduce the stresses at the beam-column connections for a more efficient design of steel frame structures. In this study, reaction-moment prestressing method (RMPM) was proposed for the innovative design and construction of steel frame structures. The RMPM is a prestressing method utilizing the elastic bending deformation of a beam member induced by temporary prestressing for the distribution of a relatively large bending moment to other sections for the efficient use of the beam section. By the application of the RMPM, the negative bending moment at the beam-column connections can be significantly reduced, ultimately leading to possible use of smaller beam sections. Through a series of model tests and numerical analyses of steel frame structures, the moment distributing effect and feasibility of the RMPM was verified.
This study experimentally evaluated the seismic performance of steel knee braced frame structures with energy dissipation mechanism. A series of cyclic load tests were conducted on the steel moment resisting frames and the proposed knee braced frames. Test results validated that the demand in the beam-to-column connection designs was alleviated by the proposed design method. Test results also showed that the strength and stiffness of the proposed design were effectively enhanced. Comparisons in energy dissipation between the steel moment resisting frames and the steel knee braced frames further justified the applicability of the proposed method.
The paper presents an innovative steel moment frame with the replaceable reinforced concrete wall panel (SRW) structural system, in which the replaceable concrete wall can play a role to increase the overall lateral stiffness of the frame system. Two full scale specimens composed of the steel frames and the replaceable reinforced concrete wall panels were tested under the cyclic horizontal load. The failure mode, load-displacement response, deformability, and the energy dissipation capacity of SRW specimens were investigated. Test results show that the two-stage failure mode is characterized by the sequential failure process of the replaceable RC wall panel and the steel moment frame. It can be found that the replaceable RC wall panels damage at the lateral drift ratio greater than 0.5%. After the replacement of a new RC wall panel, the new specimen maintained the similar capacity of resisting lateral load as the previous one. The decrease of the bearing capacity was presented between the two stages because of the connection failure on the top of the replaceable RC wall panel. With the increase of the lateral drift, the percentage of the lateral force and the overturning moment resisted by the wall panel decreased for the reason of the reduction of its lateral stiffness. After the failure of the wall panel, the steel moment frame shared almost all the lateral force and the overturning moment.
This research proposed a particle swarm optimization (PSO) based seismic retrofit design of moment frame structures using a steel frame assembly. Two full scale specimens of the steel frame assembly with different corner details were attached to one-story RC frames for seismic retrofit, and the lateral load resisting capacities of the retrofitted frames subjected to cyclic loads were compared with those of a bare RC frame. The open source software framework Opensees was used to develop an analytical model for validating the experimental results. The developed analytical model and the optimization scheme were applied to a case study structure for economic seismic retrofit design, and its seismic performance was assessed before and after the retrofit. The results show that the developed steel frame assembly was effective in increasing seismic load resisting capability of the structure, and the PSO algorithm could be applied as convenient optimization tool for seismic retrofit design of structures.
As steel is highly sensitive to temperature variations, fire exposure is more destructive in the case of steel structures in comparison to the concrete ones. The performance of an intermediate three-story steel moment frame with 4 spans was studied under the service load, thermal load and post-earthquake fire in this paper. Also, the effects of passive fire-protection materials such as ordinary cement-based and fire-retardant coatings were investigated. To model and analyze the structure; Abaqus software is utilized. In order to apply the earthquake effect, the push-over analysis method is employed. Changes in the stories deflection, endurance time and growth of nonlinear regions due to losses in the steel stiffness and strength, are among the issues considered in this study. As an interesting finding, the beams protected by ordinary cement-based coating could sustain the fire exposure at least for 30 minutes in all cases. The mentioned time is increased by employing a new fire-retardant protection, which could prevent significant loss in the structure resistance against fire, even after 60 minutes of exposure to fire.
Ghalandari, Akram;Ghasemi, Mohammad Reza;Dizangian, Babak
Steel and Composite Structures
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v.28
no.2
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pp.139-147
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2018
Moment frames have considerable ductility against cyclic lateral loads and displacements; however, sometimes this feature causes the relative displacement to exceed the permissible limits. This issue can bring unfavorable hysteretic behavior on the frame due to the reduction in the stiffness and resistance against lateral loads. Most of common bracing systems usually control lateral displacements through increasing stiffness while result in decreasing the capacity for energy absorption. This has direct effect on hysteresis curves of moment frames. Therefore, a system that is capable of both having the capacity of energy absorption as well as controlling the displacements without a considerable increase in the stiffness is quite important. This paper investigates retrofitting of a single-storey steel moment frame using a delayed wire-rope bracing system equipped with the ductile middle steel plate. The steel plate is considered at the middle intersection of wire ropes, where it causes cables to be continuously in tension. This integrated system has the advantage of reducing considerable stiffness of the frame compared to cross bracing systems as a result of which it could also preserve the frame's energy absorption capacity. In this paper, FEM models of a delayed wire-rope bracing system equipped by steel plates with different geometries have been studied, validated, and compared with other researchers' laboratory test results.
Implementation of openings in beams web has been introduced as an innovative method for improving seismic performance of steel moment frames. In this paper, several steel moment frames have been studied in order to evaluate the effect of openings in beams web. The beam sections with web opening have been modeled as a simplified super-element to be used in designing frames and to determine opening configurations. Finite element models of designed frames were generated and nonlinear static pushover analysis was conducted. The efficient location for openings along the beam length was discovered and the effects of beams with web openings on local and global behavioral characteristics of frames were discussed. Base on the results, seismic performance of steel moment frames was improved by creating openings in beams web, in terms of reduction in stress level of frame sensitive areas such as beam to column connections and panel zones.
Tabebordbar, Amir;Dehghan, Seyed Mehdi;Fathi, Farshid;Najafgholipour, Mohammad Amir
Steel and Composite Structures
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v.41
no.5
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pp.747-759
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2021
Built-up Double-I (BD-I) columns have been commonly used for mid-rise steel-frame structures in Iran. These columns consist of two hot rolled IPE sections which are connected by two cover plates and fillet welds. Until 2017, BD-I columns were employed in intermediate moment resisting frames (MRF) using welded flange plate (WFP) connections. To evaluate the seismic behavior of the connections, four samples were made and tested based on cyclic loading according to AISC 341-16. It was concluded that typical samples cannot satisfy the seismic provisions related to intermediate MRFs. In contrast, the proposed connections retrofitted with two-part external diaphragms were able to satisfy not only the seismic requirements related to intermediate MRFs but also those related to special MRFs according to AISC. The numerical modeling of these samples was performed using ABAQUS finite element software. This study compared the hysteresis moment-rotation curves, plastic strains, and behavior modes in both experimental samples and numerical models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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