In this paper the progressive collapse potential of building structures designed for real construction projects were evaluated based on arbitrary column removal scenario using various alternate path methods specified in the GSA guidelines. The analysis model structures are a 22-story reinforced concrete moment frames with core wall building and a 44-story interior concrete core and exterior steel diagrid structure. The progressive collapse resisting capacities of the model structures were evaluated using the linear static, nonlinear static, and nonlinear dynamic analyses. The linear static analysis results showed that progressive collapse occurred in the 22-story model structure when an interior column was removed. However the structure turned out to be safe according to the nonlinear static and dynamic analyses. Similar results were observed in the 44-story diagrid structure. Based on the analysis results, it was concluded that, compared with nonlinear analysis procedures, the linear static method is conservative in the prediction of progressive collapse resisting capacity of building structure based on arbitrary column removal scenario.
The Incremental Dynamic Analysis (IDA) procedure is currently known as a robust tool for estimation of seismic collapse capacity. However, the procedure is time-consuming and requires significant computational efforts. Recently some simplified methods have been developed for rapid estimation of seismic collapse capacity using pushover analysis. However, a comparative review and assessment of these methods is necessary to point out their relative advantages and shortcomings, and to pave the way for their practical use. In this paper, four simplified pushover analysis-based methods are selected and applied on four regular RC intermediate moment-resisting frames with 3, 6, 9 and 12 stories. The accuracy and performance of the different simplified methods in estimating the median seismic collapse capacity are evaluated through comparisons with the results obtained from IDAs. The results show that reliable estimations of the summarized 50% fractile IDA curve are produced using SPO2IDA and MPA-based IDA methods; however, the accuracy of the results for 16% and 84% fractiles is relatively low. The method proposed by Shafei et al. appears to be the most simple and straightforward method which gives rise to good estimates of the median sidesway collapse capacity with minimum computational efforts.
The prediction of impending collapse of deep tunnel is one of the most difficult problems. Collapse mechanism of deep tunnel in layered soils is derived using a new curved failure mechanism within the framework of upper bound theorem, and effects of seepage forces are considered. Nonlinear failure criterion is adopted in the present analysis, and the possible collapse shape of deep tunnel in the layered soils is discussed in this paper. In the layered soils, the internal energy dissipations along velocity discontinuity are calculated, and the external work rates are produced by weight, seepage forces and supporting pressure. With upper bound theorem of limit analysis, two different curve functions are proposed for the two different soil stratums. The specific shape of collapse surface is discussed, using the proposed curve functions. Effects of nonlinear coefficient, initial cohesion, pore water pressure and unit weight on potential collapse are analyzed. According to the numerical results, with the nonlinear coefficient increase, the shape of collapse block will increase. With initial cohesion of the upper soil increase, the shape of failure block will be flat, and with the lower soil improving, the size of collapsing will be large. Furthermore, the shape of collapsing will decrease with the unit weight decrease.
Design of safe structures with resistance to progressive collapse is of paramount importance in structural engineering. In this paper, an efficient optimization technique is used for optimal design of steel moment frames subjected to progressive collapse. Seismic design specifications of AISC-LRFD code together with progressive collapse provisions of UFC are considered as the optimization constraints. Linear static, nonlinear static and nonlinear dynamic analysis procedures of alternate path method of UFC are considered in design process. Three design examples are solved and the results are discussed. Results show that frames, which are designed solely considering the AISC-LRFD limitations, cannot resist progressive collapse, in terms of UFC requirements. Moreover, although the linear static analysis procedure needs the least computational cost with compared to the other two procedures, is the most conservative one and results in heaviest frame designs against progressive collapse. By comparing the results of this work with those reported in literature, it is also shown that the optimization technique used in this paper significantly reduces the required computational effort for design. In addition, the effect of the use of connections with high plastic rotational capacity is investigated, whose results show that lighter designs with resistance to progressive collapse can be obtained by using Side Plate connections in steel frames.
Fusarium graminearum, the causal agent of Fusarium head blight (FHB) in cereal crops, employs the production of sexual fruiting bodies (perithecia) on plant debris as a strategy for overwintering and dissemination. In an artificial condition (e.g., carrot agar medium), the F. graminearum Z3643 strain was capable of producing perithecia predominantly in the central region of the fungal culture where aerial hyphae naturally collapsed. To unravel the intricate relationship between natural aerial hyphae collapse and sexual development in this fungus, we focused on 699 genes differentially expressed during aerial hyphae collapse, with 26 selected for further analysis. Targeted gene deletion and quantitative real-time PCR analyses elucidated the functions of specific genes during natural aerial hyphae collapse and perithecium formation. Furthermore, comparative gene expression analyses between natural collapse and artificial removal conditions reveal distinct temporal profiles, with the latter inducing a more rapid and pronounced response, particularly in MAT gene expression. Notably, FGSG_09210 and FGSG_09896 play crucial roles in sexual development and aerial hyphae growth, respectively. Taken together, it is plausible that if aerial hyphae collapse occurs on plant debris, it may serve as a physical cue for inducing perithecium formation in crop fields, representing a survival strategy for F. graminearum during winter. Insights into the molecular mechanisms underlying aerial hyphae collapse provides offer potential strategies for disease control against FHB caused by F. graminearum.
It was shown in the previous study (Lee and Bertero 1993) that incremental collapse can lead to the exhaustion of the plastic rotation capacity at critical regions in a structure when subjected to the number of load cycles and load intensities as expected during maximum credible earthquakes and that this type of collapse can be predicted using the shakedown analysis technique. In this study, a minimum-weight design methodology, which takes into account not only the prevention of this incremental collapse but also the requirements of the serviceability limit states, is proposed by using the shakedown analysis technique and a nonlinear programming algorithm (gradient projection method).
This paper deals with direct voltage stability analysis using a power system energy function. The structure preserved energy function is proposed as an energy function for voltage stability analysis. With the use of the proposed energy function voltage collapse conditions are derived, which yields the exactly same results with the Jacobian matrix approach. The voltage collapse phenomenon is analyzed by several methods, which shows that all of the methods produce the same voltage condition. This study also investigates the voltage collapse dynamics by using the proposed energy function. As a result, it has been found that the voltage collapse can be classified into two categories: static and dynamic instablilties which have quite different behaviors. In addition a new method is presented to calculate the power capacity limit of transmission lines with respect to voltage stability. The proposed method is tested for a 2-bus sample system, which shows the characteristics of voltage collapse phenomenon via the energy function.
Evaluation on the sidesway seismic collapse capacity of the widely used low- and medium-height structures is meaningful. These structures with such type of collapse are recognized that behave as inelastic deteriorating single-degree-of-freedom (SDOF) systems. To incorporate the deteriorating effects, the hysteretic loop of the nonlinear SDOF structural model is represented by a tri-linear force-displacement relationship. The concept of collapse capacity spectra are adopted, where the incremental dynamic analysis is performed to check the collapse point and a normalized ground motion intensity measure corresponding to the collapse point is used to define the collapse capacity. With a large amount of earthquake ground motions, a systematic parameter study, i.e., the influences of various ground motion parameters (site condition, magnitude, distance to rupture, and near-fault effect) as well as various structural parameters (damping, ductility, degrading stiffness, pinching behavior, accumulated damage, unloading stiffness, and P-delta effect) on the structural collapse capacity has been performed. The analytical formulas for the collapse capacity spectra considering above influences have been presented so as to quickly predict the structural collapse capacities.
본 논문에서는 강판벽이 설치된 골조 구조물의 연쇄붕괴 거동을 비선형 정적 pushdown 해석을 이용하여 평가하였다. 해석모델은 중력하중에 대해서 설계된 2층 2경간 철골구조물이며, 중앙 기둥을 제거하고 하중을 서서히 증가시키며 하중-변위 관계를 구하였다. 구조물의 전체적인 거동뿐만 아니라 부분적인 응력과 변형을 파악하기 위하여 ABAQUS를 이용한 유한요소해석을 수행하였다. 해석을 통해서 구조물의 경간 길이 및 설치된 강판의 두께의 변화에 따른 연쇄붕괴 거동을 평가하였으며, 샛기둥을 이용하여 강판을 분할하고 분할된 강판의 위치에 따른 연쇄붕괴 성능의 변화를 관찰하였다. 해석결과에 따르면 경간의 길이가 증가할수록 연쇄붕괴를 방지하기 위하여 요구되는 강판의 두께 또한 증가하며, 분할된 강판의 수가 증가할수록 연쇄붕괴에 대한 저항성능이 약간 증가하지만 그 영향은 그리 크지 않은 것으로 나타났다. 또한 개구부로 인하여 일부 경간에만 강판이 설치된 경우에도 연쇄붕괴 저항성능이 어느 정도 증가하는 것으로 나타났다.
One of the most important issues in structural systems is evaluation of the margin of safety in low and mid-rise buildings against the progressive collapse mechanism due to the earthquake loads. In this paper, modeling of collapse propagation in structural elements of RC frame buildings is evaluated by tracing down the collapse points in beam and column structural elements, one after another, under earthquake loads and the influence of column removal is investigated on how the collapse expansion in beam and column structural members. For this reason, progressive collapse phenomenon is studied in 3-story and 5-story intermediate moment resisting frame buildings due to the corner and edge column removal in presence of the earthquake loads. In this way, distribution and propagation of the collapse in progressive collapse mechanism is studied, from the first element of the structure to the collapse of a large part of the building with investigating and comparing the results of nonlinear time history analyses (NLTHA) in presence of two-component accelograms proposed by FEMA_P695. Evaluation of the results, including the statistical survey of the number and sequence of the collapsed points in process of the collapse distribution in structural system, show that the progressive collapse distribution are special and similar in low-rise and mid-rise RC buildings due to the simultaneous effects of the column removal and the earthquake loads and various patterns of the progressive collapse distribution are proposed and presented to predict the collapse propagation in structural elements of similar buildings. So, the results of collapse distribution patterns and comparing the values of collapse can be utilized to provide practical methods in codes and guidelines to enhance the structural resistance against the progressive collapse mechanism and eventually, the value of damage can be controlled and minimized in similar buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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