Experimental and Analytical Validation of an Innovative Seismic Retrofit System


Dimitrios G. Lignos, Ph.D. Assistant Professor McGill University Montreal, Quebec, Canada

Daniel Mauricio Moreno-Luna Ph.D. Student Stanford University Stanford, California, United States

Sarah L. Billington, Ph.D. Associate Professor Stanford University Stanford, California, United States

Experimental and Analytical Validation of an Innovative Seismic Retrofit System for Existing Steel Moment-Resisting Frames

Recent breakthroughs in fiber reinforced concrete technology have made it possible to utilize High Performance Fiber Reinforced Cementitious (HPFRC) materials for structural applications including seismic retrofit. 

For this purpose, an innovative retrofit system that consists of HPFRC infill panels that are acting as energy dissipation fuses has been developed. The seismic performance evaluation of the infill panel retrofit system was validated through large scale hybrid simulation testing series of a 2-story steel moment-resisting frame, designed based on older
seismic provisions in California. These tests were conducted at the Network for Earthquake Engineering Simulation (NEES) facility at the University of California at Berkeley. The proposed
retrofit system was proven to be able to reduce the absolute maximum story drift ratios as well as the residual deformations of the retrofitted steel moment resisting frame relative to bare frame performance.

This paper summarizes the experimental validation of the proposed HPFRC retrofit system. The available experimental data is also utilized for the development of phenomenological analytical models that are implemented in the OpenSees simulation platform and permit the seismic assessment of retrofitted steel moment resisting frames in a Performance Based Earthquake Engineering context.


Recent earthquakes around the world have demonstrated that steel moment frame structures designed based on older seismic provisions (UBC 1994) might be seismically deficient due to premature fracture of beam-to-column connections at fused zone or column flange often noted as “divot” zone (FEMA 351). Further important facilities such as hospitals that have been designed in the 1980s and it is likely that their seismic vulnerability is high, should remain operational to minimize human casualties and economic losses after a major earthquake.

Seismic retrofit is an economic solution to upgrade the existing infrastructure. In 1990s the Federal Emergency Management Agency (FEMA) and the State of California developed a program for seismic rehabilitation strategies summarized in FEMA 356 (2000). The main strategies of these rehabilitation techniques in the United States typically involve (1) global modification of the structural system and (2) local modifications of isolated components of the structural and nonstructural system (e.g. steel, fiber reinforced composite jackets, beam-to-column connection modification improvements).

The emphasis was on global modification techniques that involve: (a) the use of reduced steel thickness shear walls (Bruneau 2005) that allow shear buckling and act as an energy dissipation mechanism; (b) ductile fuse elements that move plastic deformation ways from beam-to-column connections (Leelataviwat et al. 1998); (c) self-centering systems (Ricles et al. 2001, Christopoulos et al. 2002, 2008, Tremblay et al. 2008); (d) buckling restrained braces that primarily enhance the strength of  the structural system (Clark et al. 1999, Wada et al. 1998, Lopez et al. 2002, Uang and Kiggins 2003); (e) passive energy dissipation devices including various types of dampers (Constantinou and Symans 1992, Soong and Spencer 2002, Kasai et al. 2010). 

Recently, infill panels have become popular for structural applications including seismic retrofitting. Jung and Aref (2005) using polymer matrix composite (PMC) infill panels showed that damping as well as lateral resistance of existing steel frames can be increased. Using recent breakthroughs in fiber reinforced concrete technology, Kesner and Billington (2005) utilized High Performance Fiber-Reinforced cementitious (HPFRC) composites to seismically retrofit vulnerable steel moment frame structures. 

This system was redesigned and evaluated extensively through an experimental program that included a large number of infill panel component tests (see Olsen and Billington 2009, Hanson and Billington 2009) and a series of large-scale hybrid simulation tests of a 2-story steel moment frame designed in 1980s in California. These tests were conducted at the Network for Earthquake Engineering Simulation (NEES) facility at University of California at Berkeley. This paper discusses the experimental and analytical validation of the proposed retrofit system for existing steel moment frame structures subjected to earthquakes.

Full article here




Ξεπερνούν τα 7 δισ. τα μεγάλα υπό δημοπράτηση έργα

erga construction 2
Πάνω από 7 δισ.ευρώ σε έργα υπό δημοπράτηση ή που μόλις έχουν ξεκινήσε υπάρχουν αυτή τη στιγμή στη χώρα. Διάσπαρτα σε Φορείς Υλοποίησης από το Υπουργείο Υποδομών μέχρι


Απαραίτητη η ενίσχυση του ρόλου των Συμβουλίων Αρχιτεκτονικής

ktimatologio poleodomiko sxedio
Προτάσεις που αφορούν στον εκσυγχρονισμό της Χωροταξικής και Πολεοδομικής Νομοθεσίας με έμφαση στους τρόπους ενίσχυσης του ρόλου των


Ιδού το νέο ΟΑΚΑ – Μεγάλα έργα ΣΔΙΤ για ξενοδοχεία, κτίρια, ανακαίνιση στεγάστρων και εγκαταστάσεων

Μεγάλα έργα για να αναβαθμιστεί η εμβληματικότερη αθλητική υποδομή της χώρας, το ΟΑΚΑ, έχει βάλει μπρος το υπουργείο Πολιτισμού και Αθλητισμού. Συνολικά πάνω από


Αυτοί ειναι οι ΚΑΔ από δραστηριότητες μηχανικών που προστέθηκαν στις πληττόμενες επιχειρήσεις

michanikos 2020
Οι δραστηριότητες με ΚΑΔ «7111 Δραστηριότητες αρχιτεκτόνων» και «7112 Δραστηριότητες μηχανικών και συναφείς δραστηριότητες παροχής τεχνικών συμβουλών», που αφορούν κυρίως τους


Με εγκρίσεις 4δισ.ευρώ σε έξι μήνες, η Ελλάδα από ουραγός, πρωταγωνίστρια για νέες επενδύσεις

ependyseis ellada
Πως μπορεί κάποιος να ρίξει την διαδικασία ελέγχου του Αναπτυξιακού Νομου από 2-3 χρόνια σε 2-3 μήνες, πως προσελκύει μεγάλες στρατηγικές επενδύσεις με


Στην αγκαλιά της Mohegan το Καζίνο στο Ελληνικό
ELLINIKO Reort casino
Ένα μεγάλο βήματα επιτεύχθηκε στον διαγωνισμό για το Καζίνο στο Ελληνικό αλλά και γενικά στην εκκίνηση των έργων καθώς σύμφωνα με


Ολυμπία Οδός: Το 2020 η λειτουργία του υβριδικού αναλογικού συστήματος διοδίων

diodia toll 2017

Το 2020 αναμένεται να λειτουργήσει το πρώτο υβριδικό σύστημα διοδίων στη χώρα. Η Ολυμπία Οδός, θα είναι η πρώτη από όλους τους αυτοκινητόδρομους της χώρας που θα


Κομισιόν: Επενδύσεις 4 δισ.ευρώ για 25 μεγάλα έργα, ποια αφορούν την Ελλάδα

komision L

Σήμερα η πολιτική συνοχής της ΕΕ επενδύει ενωσιακά κονδύλια ύψους 4 δισ. ευρώ σε 25 μεγάλα έργα υποδομής σε 10 κράτη μέλη.


Τι αλλάζει με το Στρατηγικό Σχέδιο σε οδικές, σιδηροδρομικές, θαλάσσιες και αεροπορικές μεταφορές
metafores L

Σημαντικές επενδύσεις στα λιμάνια, τον σιδηρόδρομο αλλά και τα αεροδρόμια μέχρι το 2037 που θα αποφέρουν ετήσια εξοικονόμηση της τάξης των


Θεσσαλονίκη: Συνεργασία ΟΣΕΘ - ΕΡΓΟΣΕ για τον δυτικό Προαστιακό Σιδηρόδρομο

Η πορεία του έργου του δυτικού Προαστιακού Σιδηροδρόμου και ο ρόλος του στον χάρτη των αστικών συγκοινωνιών της Θεσσαλονίκης του αύριο βρέθηκαν στο


Έργα Μετρό 3,8δισ.ευρώ προτείνονται για το ΕΣΠΑ 2021-2027
metro espa 2021 2027 L

Η προετοιμασία για το επόμενο ΕΣΠΑ 2021-2027 είναι σε πλήρη εξέλιξη αν και η τρέχουσα προγραμματική περίοδος 2014-2020 είναι


ΥΠΕΝ: δόθηκε άδεια στο Δήμο Αλεξανδρούπολης για αξιοποίηση γεωθερμίας
geothermia L

Tην επιλογή της θέρμανσης από γεωθερμία θα έχουν πλέον οι κάτοικοι της Αλεξανδρούπολης. Με απόφαση του Υπουργείου Περιβάλλοντος και Ενέργειας, την οποία υπογράφει


Χρήση μη καταστρεπτικών ελέγχων στις μεταλλικές κατασκευές σύμφωνα με την σειρά προτύπων εν 1090

mi katastrofikoi elegxoi metallika ktiria magazine MKT

Σύμφωνα με τον κανονισμό (ΕΕ) αριθ. 305/2011, από 01.07.2013 είναι υποχρεωτική η σήμανση CE των δομικών προϊόντων που καλύπτονται από


Fespa για μεταλλικές κατασκευές

fespa metallika autonomo programma 350x197

Στατικό πρόγραμμα για την ανάλυση και διαστασιολόγηση μεταλλικών κατασκευών

Το πρόγραμμα Fespa παρέχει την δυνατότητα ανάλυσης και 


Το μέλλον της συντήρησης βρίσκεται εδώ σήμερα με την υπηρεσία πραγματικού χρόνου TRUCONNECT


Η υπηρεσία τηλεμετρίας TRUCONNECT, που έχει αναπτυχθεί από την

Μεταλλικές και Σύμμικτες Κατασκευές
sofi logo web
Η σειρά προγραμμάτων SOFiSTiK είναι ένα δυναμικό και αξιόπιστο πακέτο ανάλυσης και

FespaM – Υπολογισμός κατασκευών από δομικό χάλυβα

Το FespaΜ είναι το στατικό πρόγραμμα της LH Λογισμική για την ανάλυση, διαστασιολόγηση, απεικόνιση, έλεγχο και σχεδίαση δομημάτων τριών


logo2 Metallemporiki Makris



panel petrovamvaka

Οι τεχνικές κατασκευής των ψυκτικών θαλάμων στην Ελλάδα μέχρι και πριν από περίπου σαράντα χρόνια ήταν



Αυτόματη συγκόλληση για μεταλλικά κτίρια


Τι θα ισχύσει για τις εισφορές όσων έχουν πολλαπλή απασχόληση

Βγήκε εγκύκλιος που δίνει αναλυτικές οδηγίες και παραδείγματα για τον τρόπο υπολογισμού των εισφορών, όσων έχουν πολλαπλή απασχόληση.




xrhmata3103 625 1

Η νέα κλίμακα στην εισφορά αλληλεγγύης

Greek Bulgarian Czech English French German Italian Romanian Russian Serbian Turkish

self webdesign banner

Είναι Online
Έχουμε 7 επισκέπτες συνδεδεμένους
Το συμπέρασμα που προέκυψε από το επιτυχημένο Συνέδριο ήταν ότι ο Χάλυβας, αυτό το εξαιρετικό υλικό, θα διαδραματίσει πρωταγωνιστικό ρόλο στον τομέα των κατασκευών.

Εδώ παρουσιάζουμε αποσπάσματα από τις ομιλίες των συνέδρων και φωτογραφικό υλικό κατά τη διεξαγωγή του Συνεδρίου από το panel του βήματος και τον εκθεσιακό χώρο.