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Development and validation of a metallic haunch seismic retrofit solution for existing under-designed RC frame buildings / Pampanin, Stefano in Earthquake engineering structural dynamics, Vol. 35 N° 14 (Novembre 2006) 

Public ISBD [article]  in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 35 N° 14 (Novembre 2006) . - 1739 - 1766 p. Titre : Development and validation of a metallic haunch seismic retrofit solution for existing under-designed RC frame buildings Type de document : texte imprimé Auteurs : Pampanin, Stefano, Auteur ; Christopoulos, Constantin, Auteur ; Chen, Te-Hsiu, Auteur Article en page(s) : 1739 - 1766 p. Note générale : Génie civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Existing  buildings  Seismic  retrofit  Under-designed  frames  Haunch  Sshear  hinge  Beam-column  Joints  bâtiments  existants  Modification  séismique  Armatures  insuffisantes  Hanche  Charnière  de  cisaillement  Joints  de  faisceau-colonne Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : The feasibility and efficiency of a seismic retrofit solution for existing reinforced concrete frame systems, designed before the introduction of modern seismic-oriented design codes in the mid 1970s, is conceptually presented and experimentally investigated. A diagonal metallic haunch system is introduced at the beam-column connections to protect the joint panel zone from extensive damage and brittle shear mechanisms, while inverting the hierarchy of strength within the beam-column subassemblies and forming a plastic hinge in the beam. A complete step-by-step design procedure is suggested for the proposed retrofit strategy to achieve the desired reversal of strength hierarchy. Analytical formulations of the internal force flow at the beam-column-joint level are derived for the retrofitted joints. The study is particularly focused on exterior beam-column joints, since it is recognized that they are the most vulnerable, due to their lack of a reliable joint shear transfer mechanism. Results from an experimental program carried out to validate the concept and the design procedure are also presented. The program consisted of quasi-static cyclic tests on four exterior, scaled, beam-column joint subassemblies, typical of pre-1970 construction practice using plain round bars with end-hooks, with limited joint transverse reinforcement and detailed without capacity design considerations. The first (control specimen) emulated the as-built connection while the three others incorporated the proposed retrofitted configurations. The experimental results demonstrated the effectiveness of the proposed solution for upgrading non-seismically designed RC frames and also confirmed the applicability of the proposed design procedure and of the analytical derivations. La praticabilité et l'efficacité d'une solution séismique de modification pour les systèmes concrets renforcés existants d'armature, conçue avant que l'introduction des codes séismique-orientés modernes de conception dans les mi années 70, soit conceptuellement présentée et expérimentalement étudiée. Un système métallique diagonal de hanche est présenté aux raccordements de faisceau-colonne pour protéger la zone commune de panneau contre des dommages étendus et des mécanismes fragiles de cisaillement, tout en inversant la hiérarchie de la force dans les montages partiels de faisceau-colonne et formant une charnière en plastique dans le faisceau. Un procédé de conception étape-par-étape complet est suggéré pour que la stratégie proposée de modification réalise l'inversion désirée de la hiérarchie de force. Des formulations analytiques de l'écoulement interne de force au niveau de faisceau-colonne-joint sont dérivées pour les joints montés en rattrapage. L'étude est en particulier concentrée sur les joints extérieurs de faisceau-colonne, puisqu'on l'identifie qu'elles sont les plus vulnérables, en raison de leur manque d'un mécanisme commun fiable de transfert de cisaillement. Des résultats d'un programme expérimental effectué pour valider le concept et le procédé de conception sont également présentés. Le programme s'est composé des essais cycliques quasistatiques sur quatre montages partiels communs extérieurs, mesuré, de faisceau-colonne, typiques de la pratique en matière de la construction pre-1970 en utilisant les barres rondes plates avec des extrémité-crochets, avec le renfort transversal commun limité et détaillé sans considérations de conception de capacité. D'abord (spécimen de commande) émulé le raccordement comme-construit tandis que les trois autres incorporaient les configurations montées en rattrapage proposées. Les résultats expérimentaux ont démontré l'efficacité de la solution proposée pour améliorer les armatures non-seismically conçues de RC et ont également confirmé l'applicabilité du procédé de conception proposé et des dérivations analytiques ISSN : 0098-8847 En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/11277 [article] Development and validation of a metallic haunch seismic retrofit solution for existing under-designed RC frame buildings [texte imprimé] / Pampanin, Stefano, Auteur ; Christopoulos, Constantin, Auteur ; Chen, Te-Hsiu, Auteur . - 1739 - 1766 p. Génie civil Langues : Anglais (eng) in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 35 N° 14 (Novembre 2006) . - 1739 - 1766 p. Mots-clés : Existing  buildings  Seismic  retrofit  Under-designed  frames  Haunch  Sshear  hinge  Beam-column  Joints  bâtiments  existants  Modification  séismique  Armatures  insuffisantes  Hanche  Charnière  de  cisaillement  Joints  de  faisceau-colonne Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : The feasibility and efficiency of a seismic retrofit solution for existing reinforced concrete frame systems, designed before the introduction of modern seismic-oriented design codes in the mid 1970s, is conceptually presented and experimentally investigated. A diagonal metallic haunch system is introduced at the beam-column connections to protect the joint panel zone from extensive damage and brittle shear mechanisms, while inverting the hierarchy of strength within the beam-column subassemblies and forming a plastic hinge in the beam. A complete step-by-step design procedure is suggested for the proposed retrofit strategy to achieve the desired reversal of strength hierarchy. Analytical formulations of the internal force flow at the beam-column-joint level are derived for the retrofitted joints. The study is particularly focused on exterior beam-column joints, since it is recognized that they are the most vulnerable, due to their lack of a reliable joint shear transfer mechanism. Results from an experimental program carried out to validate the concept and the design procedure are also presented. The program consisted of quasi-static cyclic tests on four exterior, scaled, beam-column joint subassemblies, typical of pre-1970 construction practice using plain round bars with end-hooks, with limited joint transverse reinforcement and detailed without capacity design considerations. The first (control specimen) emulated the as-built connection while the three others incorporated the proposed retrofitted configurations. The experimental results demonstrated the effectiveness of the proposed solution for upgrading non-seismically designed RC frames and also confirmed the applicability of the proposed design procedure and of the analytical derivations. La praticabilité et l'efficacité d'une solution séismique de modification pour les systèmes concrets renforcés existants d'armature, conçue avant que l'introduction des codes séismique-orientés modernes de conception dans les mi années 70, soit conceptuellement présentée et expérimentalement étudiée. Un système métallique diagonal de hanche est présenté aux raccordements de faisceau-colonne pour protéger la zone commune de panneau contre des dommages étendus et des mécanismes fragiles de cisaillement, tout en inversant la hiérarchie de la force dans les montages partiels de faisceau-colonne et formant une charnière en plastique dans le faisceau. Un procédé de conception étape-par-étape complet est suggéré pour que la stratégie proposée de modification réalise l'inversion désirée de la hiérarchie de force. Des formulations analytiques de l'écoulement interne de force au niveau de faisceau-colonne-joint sont dérivées pour les joints montés en rattrapage. L'étude est en particulier concentrée sur les joints extérieurs de faisceau-colonne, puisqu'on l'identifie qu'elles sont les plus vulnérables, en raison de leur manque d'un mécanisme commun fiable de transfert de cisaillement. Des résultats d'un programme expérimental effectué pour valider le concept et le procédé de conception sont également présentés. Le programme s'est composé des essais cycliques quasistatiques sur quatre montages partiels communs extérieurs, mesuré, de faisceau-colonne, typiques de la pratique en matière de la construction pre-1970 en utilisant les barres rondes plates avec des extrémité-crochets, avec le renfort transversal commun limité et détaillé sans considérations de conception de capacité. D'abord (spécimen de commande) émulé le raccordement comme-construit tandis que les trois autres incorporaient les configurations montées en rattrapage proposées. Les résultats expérimentaux ont démontré l'efficacité de la solution proposée pour améliorer les armatures non-seismically conçues de RC et ont également confirmé l'applicabilité du procédé de conception proposé et des dérivations analytiques ISSN : 0098-8847 En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/11277

Effectiveness of simple approaches in mitigating residual deformations in buildings / Didier Pettinga in Earthquake engineering structural dynamics, Vol. 36 N°12 (Octobre 2007) 

Public ISBD [article]  in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 36 N°12 (Octobre 2007) . - 1763-1783 p. Titre : Effectiveness of simple approaches in mitigating residual deformations in buildings Type de document : texte imprimé Auteurs : Didier Pettinga, Auteur ; Christopoulos, Constantin, Auteur ; Pampanin, Stefano, Auteur Article en page(s) : 1763-1783 p. Note générale : Génie Civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : residual  displacement  permanent  deformations  performance-based  design  post-yield  stiffnessDéplacement  résiduel  déformations  permanentes  performance  rendement  de  raideur Index. décimale : 624.151 Résumé : Developments in performance-based seismic design and assessment approaches have emphasized the importance of considering residual deformations. Recent investigations have also led to a proposed direct displacement-based design (DDBD) approach which includes an explicit consideration of the expected residual deformations as an integral part of the design process. Having estimated the expected residual deformations in a structure, engineers are faced with the problem of reducing them to meet the targeted performance levels under pre-defined seismic hazard levels. Previous studies have identified the post-yield stiffness as a primary factor influencing the magnitude of residual deformations in single degree of freedom and multiple degree of freedom structures. In this paper, a series of simple approaches to increase the post-yield stiffness of traditional framed and braced systems for the purpose of reducing residual deformations are investigated. These methods do not utilize recentring post-tensioned technology. This contribution addresses the feasibility of altering the lateral post-yield stiffness of structural systems by: (i) using different reinforcement materials with beneficial features in their stress-strain behaviour; (ii) re-designing the section geometry and properties of primary seismic-resisting elements; and (iii) introducing a secondary elastic frame to act in parallel with the primary system. The efficiency of each of these techniques is investigated through monotonic and cyclic moment-curvature and non-linear time-history analyses. Of these approaches the design and introduction of an elastic secondary system was found to be most effective and consistent in reducing residual deformations. A simplified design approach for achieving the desired increase of a system's post-yield stiffness is also presented. Développements dans la conception basée sur la performance sismique et approches de l'évaluation ont souligné l'importance de tenir compte des déformations résiduelles. De récentes enquêtes ont aussi donné lieu à un projet de conception basés sur le déplacement direct (DDBD) qui comprend une approche explicite examen de la résiduels prévus déformations en tant que partie intégrante du processus de conception. Après avoir évalué les déformations résiduels prévus dans une structure, les ingénieurs sont confrontés au problème de la réduction de satisfaire les niveaux de performance ciblés pré-définis en vertu des niveaux de risque sismique. Des études antérieures ont identifié l'après-rendement raideur comme principal facteur influant sur l'ampleur des déformations résiduelles dans le seul degré de liberté et de multiples structures de degré de liberté. Dans le présent document, une série d'approches simples pour accroître la rigidité du poste de rendement traditionnelles encadrées et calées systèmes dans le but de réduire les déformations résiduelles sont étudiés. Ces méthodes n'utilisent pas la technologie recentrage poste tendus. Cette contribution porte sur la faisabilité de modifier la rigidité latérale poste rendement des systèmes structurels par: (i) le renforcement utilisant différents matériaux avec leurs caractéristiques bénéfiques stress souche comportement, (ii) à une nouvelle conception de la section de géométrie et les propriétés des éléments sismiques primaires résister, et (Iii) l'introduction d'un cadre secondaire élastique à agir en parallèle avec le système principal. L'efficacité de chacune de ces techniques est l'objet de travaux monotones et cycliques instant courbure et non linéaire du temps historique analyses. De ces approches, la conception et la mise en place d'un système élastique secondaire a été jugée la plus efficace et cohérente en matière de réduction des déformations résiduelles. Une approche simplifiée de conception pour atteindre l'augmentation d'un poste de rendement du système de raideur est également présenté. DEWEY : 551.2 ISSN : 0098-8847 RAMEAU : Séisme En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/114281561/ABSTRACT [article] Effectiveness of simple approaches in mitigating residual deformations in buildings [texte imprimé] / Didier Pettinga, Auteur ; Christopoulos, Constantin, Auteur ; Pampanin, Stefano, Auteur . - 1763-1783 p. Génie Civil Langues : Anglais (eng) in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 36 N°12 (Octobre 2007) . - 1763-1783 p. Mots-clés : residual  displacement  permanent  deformations  performance-based  design  post-yield  stiffnessDéplacement  résiduel  déformations  permanentes  performance  rendement  de  raideur Index. décimale : 624.151 Résumé : Developments in performance-based seismic design and assessment approaches have emphasized the importance of considering residual deformations. Recent investigations have also led to a proposed direct displacement-based design (DDBD) approach which includes an explicit consideration of the expected residual deformations as an integral part of the design process. Having estimated the expected residual deformations in a structure, engineers are faced with the problem of reducing them to meet the targeted performance levels under pre-defined seismic hazard levels. Previous studies have identified the post-yield stiffness as a primary factor influencing the magnitude of residual deformations in single degree of freedom and multiple degree of freedom structures. In this paper, a series of simple approaches to increase the post-yield stiffness of traditional framed and braced systems for the purpose of reducing residual deformations are investigated. These methods do not utilize recentring post-tensioned technology. This contribution addresses the feasibility of altering the lateral post-yield stiffness of structural systems by: (i) using different reinforcement materials with beneficial features in their stress-strain behaviour; (ii) re-designing the section geometry and properties of primary seismic-resisting elements; and (iii) introducing a secondary elastic frame to act in parallel with the primary system. The efficiency of each of these techniques is investigated through monotonic and cyclic moment-curvature and non-linear time-history analyses. Of these approaches the design and introduction of an elastic secondary system was found to be most effective and consistent in reducing residual deformations. A simplified design approach for achieving the desired increase of a system's post-yield stiffness is also presented. Développements dans la conception basée sur la performance sismique et approches de l'évaluation ont souligné l'importance de tenir compte des déformations résiduelles. De récentes enquêtes ont aussi donné lieu à un projet de conception basés sur le déplacement direct (DDBD) qui comprend une approche explicite examen de la résiduels prévus déformations en tant que partie intégrante du processus de conception. Après avoir évalué les déformations résiduels prévus dans une structure, les ingénieurs sont confrontés au problème de la réduction de satisfaire les niveaux de performance ciblés pré-définis en vertu des niveaux de risque sismique. Des études antérieures ont identifié l'après-rendement raideur comme principal facteur influant sur l'ampleur des déformations résiduelles dans le seul degré de liberté et de multiples structures de degré de liberté. Dans le présent document, une série d'approches simples pour accroître la rigidité du poste de rendement traditionnelles encadrées et calées systèmes dans le but de réduire les déformations résiduelles sont étudiés. Ces méthodes n'utilisent pas la technologie recentrage poste tendus. Cette contribution porte sur la faisabilité de modifier la rigidité latérale poste rendement des systèmes structurels par: (i) le renforcement utilisant différents matériaux avec leurs caractéristiques bénéfiques stress souche comportement, (ii) à une nouvelle conception de la section de géométrie et les propriétés des éléments sismiques primaires résister, et (Iii) l'introduction d'un cadre secondaire élastique à agir en parallèle avec le système principal. L'efficacité de chacune de ces techniques est l'objet de travaux monotones et cycliques instant courbure et non linéaire du temps historique analyses. De ces approches, la conception et la mise en place d'un système élastique secondaire a été jugée la plus efficace et cohérente en matière de réduction des déformations résiduelles. Une approche simplifiée de conception pour atteindre l'augmentation d'un poste de rendement du système de raideur est également présenté. DEWEY : 551.2 ISSN : 0098-8847 RAMEAU : Séisme En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/114281561/ABSTRACT

Quasi-static and pseudo-dynamic testing of unbonded post-tensioned rocking bridge piers with external replaceable dissipaters / Dion Marriott in Earthquake engineering structural dynamics, Vol. 38 N°3 (Mars 2009) 

Public ISBD [article]  in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 38 N°3 (Mars 2009) . - pp. 331-354 Titre : Quasi-static and pseudo-dynamic testing of unbonded post-tensioned rocking bridge piers with external replaceable dissipaters Type de document : texte imprimé Auteurs : Dion Marriott, Auteur ; Pampanin, Stefano, Auteur ; Alessandro Palermo, Auteur Article en page(s) : pp. 331-354 Note générale : Génie Civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Bridge  piers;  Unbonded  post-tensioning;  Cyclic  tests;  Pseudo-dynamic;  External  replaceable  dissipaters;  Energy  dissipation Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : It has been well documented that following a major earthquake a substantial percentage of economic loss results from downtime of essential lifelines in and out of major urban centres. This has thus led to an improvement of both performance-based seismic design philosophies and to the development of cost-effective seismic structural systems capable of guaranteeing a high level of protection, low structural damage and reduced downtime after a design-level seismic event. An example of such technology is the development of unbonded post-tensioned techniques in combination with rocking-dissipating connections. In this contribution, further advances in the development of high-performance seismic-resistant bridge piers are achieved through the experimental validation of unbonded post-tensioned bridge piers with external, fully replaceable, mild steel hysteretic dissipaters. The experimental response of three 1 : 3 scale unbonded, post-tensioned cantilever bridge piers, subjected to quasi-static and pseudo-dynamic loading protocols, are presented and compared with an equivalently reinforced monolithic benchmark. Minimal physical damage is observed for the post-tensioned systems, which exhibit very stable energy dissipation and re-centring properties. Furthermore, the external dissipaters can be easily replaced if severely damaged under a major (higher than expected) earthquake event. Thus, negligible residual deformations, limited repair costs and downtime can be achieved for critical lifeline components. Satisfactory analytical-experimental comparisons are also presented as a further confirmation of the reliability of the design procedure and of the modelling techniques. ISSN : 0098-8847 En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/journal/121502265/abstract [article] Quasi-static and pseudo-dynamic testing of unbonded post-tensioned rocking bridge piers with external replaceable dissipaters [texte imprimé] / Dion Marriott, Auteur ; Pampanin, Stefano, Auteur ; Alessandro Palermo, Auteur . - pp. 331-354. Génie Civil Langues : Anglais (eng) in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 38 N°3 (Mars 2009) . - pp. 331-354 Mots-clés : Bridge  piers;  Unbonded  post-tensioning;  Cyclic  tests;  Pseudo-dynamic;  External  replaceable  dissipaters;  Energy  dissipation Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : It has been well documented that following a major earthquake a substantial percentage of economic loss results from downtime of essential lifelines in and out of major urban centres. This has thus led to an improvement of both performance-based seismic design philosophies and to the development of cost-effective seismic structural systems capable of guaranteeing a high level of protection, low structural damage and reduced downtime after a design-level seismic event. An example of such technology is the development of unbonded post-tensioned techniques in combination with rocking-dissipating connections. In this contribution, further advances in the development of high-performance seismic-resistant bridge piers are achieved through the experimental validation of unbonded post-tensioned bridge piers with external, fully replaceable, mild steel hysteretic dissipaters. The experimental response of three 1 : 3 scale unbonded, post-tensioned cantilever bridge piers, subjected to quasi-static and pseudo-dynamic loading protocols, are presented and compared with an equivalently reinforced monolithic benchmark. Minimal physical damage is observed for the post-tensioned systems, which exhibit very stable energy dissipation and re-centring properties. Furthermore, the external dissipaters can be easily replaced if severely damaged under a major (higher than expected) earthquake event. Thus, negligible residual deformations, limited repair costs and downtime can be achieved for critical lifeline components. Satisfactory analytical-experimental comparisons are also presented as a further confirmation of the reliability of the design procedure and of the modelling techniques. ISSN : 0098-8847 En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/journal/121502265/abstract