The present paper investigates the collapse pressure of cylinders with intermediate thickness subjected to external pressure based on detailed elastic-plastic finite element (FE) analyses. The effect of the initial ovality of the tube on the collapse pressure was explicitly considered in the FE analyses. Based on the present FE results, the analytical yield locus, considering the interaction between the plastic collapse and local instability due to initial ovality, was also proposed. The collapse pressure values based on the proposed yield locus agree well with the present FE results; thus, the validity of the proposed yield locus for the thickness range of interest was verified. Moreover, the partial safety factor concept based on the structural reliability theory was also applied to the proposed collapse pressure estimation model, and, thus, the priority of importance of respective parameter constituting for the collapse of cylinders under external pressure was estimated in this study. From the application of the partial safety factor concept, the yield strength was concluded to be the most sensitive, and the initial ovality of tube was not so effective in the proposed collapse pressure estimation model. The present deterministic and probabilistic results are expected to be utilized in the design and maintenance of cylinders subjected to external pressure with initial ovality, such as the once-through type steam generator.
Khatami, Alireza;Heshmati, Mahdi;Aghakouchak, Ali Akbar
Earthquakes and Structures
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제19권3호
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pp.197-214
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2020
Diagrid structures have been introduced as a fairly modern lateral load-resisting system in the design of high-rise buildings. In this paper, a novel diagrid system called tube-in-tube diagrid building is introduced and assessed through pushover and incremental dynamic analyses. The main objectives of this paper are to find the optimum angle of interior and exterior diagrid tube and evaluate the efficiency of diagrid core on the probability of collapse comparing to the conventional diagrid system. Finally, the seismic performance factors of the proposed system are validated according to the FEMA P695 methodology. To achieve these, 36-story diagrid buildings with various external and internal diagonal angles are designed and then 3-D nonlinear models of these structures developed in PERFORM-3D. The results show that weight of steel material highly depends on diagonal angle of exterior tube. Adding diagrid core generally increases the over-strength factor and collapse margin ratio of tall diagrid buildings confirming high seismic safety margin for tube-in-tube diagrid buildings under severe excitations. Collapse probabilities of both structural systems under MCE records are less than 10%. Finally, response modification factor of 3.0 and over-strength factor of 2.0 and 2.5 are proposed for design of typical diagrid and tube-in-tube diagrid buildings, respectively.
Huang, Ying;Wu, Yan;Chen, Changhong;Huang, Zhaohui;Yao, Yao
Steel and Composite Structures
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제31권6호
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pp.617-628
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2019
As an extremely destructive accident, progressive collapse is defined as the spread of an initial local failure from element to element, resulting eventually in the collapse of an entire structure or disproportionately large of it. To prevent the occurrence of it and evaluate the ability of structure resisting progressive collapse, the nonlinear static procedure is usually adopted in the whole structure design process, which considered dynamic effect by utilizing Dynamic Increase Factor (DIF). In current researches, the determining of DIF is performed in full-rigid frame, however, the performance of beam-column connection in the majority of existing frame structures is not full-rigid. In this study, based on the component method proposed by EC3 guideline, the expression of extended endplate connection performance is further derived, and the connection performance is taken into consideration when evaluated the performance of structure resisting progressive collapse by applying the revised plastic P-M hinge. The DIF for structures with extended endplate beam-column connection have been determined and compared with the DIF permitted in current GSA guideline, the necessity of considering connection stiffness in determining the DIF have been proved.
This paper investigates the effects of the tensile catenary action on dynamic increase factor (DIF) in the nonlinear static analysis for progressive collapse of steel-frame buildings. Numerical analyses were performed to verify the accuracy of the empirical and analytical expressions proposed in the literature in cases where the catenary action is activated. For this purpose, nonlinear static and dynamic analyses of a series of steel moment frame buildings with a different number of spans and stories were carried out following the alternate path method. Different column removal scenarios were considered as separate load cases. The dynamic increase factor that approximately compensates for the dynamic effects in the nonlinear static analysis was selected so to match results from the nonlinear dynamic analysis. The study results showed that the many expressions in literature may not work in cases where the catenary stage is fully developed.
The precast reinforced concrete frame system is a method for industrialization of construction. However, the seismic performance factor of this structural system is not explicitly clarified in some existing building codes. In this paper, the seismic performance factor for the existing precast concrete building frame systems with cast-in-situ reinforced shear walls were evaluated. Nonlinear behavior of the precast beam-column joints and cast-in-situ reinforced shear walls were considered in the modeling of the structures. The ATC-19's coefficient method was used for calculating the seismic performance factor and the FEMA P-695's approach was adopted for evaluating the accuracy of the computed seismic performance factor. The results showed that the over-strength factor varies from 2 to 2.63 and the seismic performance factor (R factor) varies from 5.1 to 8.95 concerning the height of the structure. Also, it was proved that all of the examined buildings have adequate safety against the collapse at the MCE level of earthquake, so the validity of R factors was confirmed. The obtained incremental dynamic analysis (IDA) results indicated that the minimum adjusted collapse margin ratio (ACMR) of the precast buildings representing the seismic vulnerability of the structures approximately equaled to 2.7, and pass the requirements of FEMA P-695.
비탈면 붕괴와 관련된 대부분의 연구는 안정화되어 공용 중인 사면에서 발생되는 붕괴사례를 중심으로 이루어져 왔으며, 안정화가 이루어지지 않은 시공 중에 발생되는 비탈면의 붕괴특성에 대한 연구는 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 충청지역을 대상으로 시공 중 또는 시공 직후의 비탈면에서 붕괴가 발생된 79개소를 대상으로 정밀조사를 수행하고 그 결과를 통해 기하학적인 특성과 파괴특성, 설계 및 보강방법 등의 특성을 평가하였다. 분석결과 충북권은 평면형 붕괴와 표층 붕락이 두드러지며, 충남권은 평면형 붕괴가 대다수이나 충북권에 비해 퇴적암의 표층부 붕락이나 유실이 큰 것으로 나타났다. 또한 주된 파괴인자는 충북권이 절리의 교호(53%)와 풍화(25%)로 나타났고 다방향 절리로 인한 블록화와 천매암 지역의 엽리가 영향을 미치고 있으며, 충남권도 발달된 절리(55%)가 주요요인이나 단층, 탄질셰일 등 퇴적암의 지질학적 성인(36%)도 상당한 영향을 미치고 있어 지질학적, 기후적, 환경적 특성이 비탈면의 안정에 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
RMR은 국내터널의 지보재 설계를 위해 가장 빈번하게 사용되는 암반분류 방법이다. 그러나 설계당시의 검토된 지반조사를 통한 RMR값은 지반을 정확하게 대변할 수 없다. 터널 시공시 발생하는 붕괴 및 낙반사고를 사전에 예방하고 효율적인 지보 설계를 위해 붕괴위험도에 따라 기존 RMR 점수에 가중치를 적용한 Weighted-RMR(W-RMR)을 제안하고 터널에 적용하였다. 비재터널 현장에 W-RMR을 적용한 결과 막장 붕괴의 위험도에 따라 지보 설계를 탄력적으로 변경할 수 있었다.
According to the definition, progressive collapse could occur due to the initial partial failure of the structural members which by spreading to the adjacent members, could result in partial or overall collapse of the structure. Up to now, most researchers have investigated the progressive collapse due to explosion, fire or impact loads. But new research has shown that the seismic load could also be a factor for initiation of the progressive collapse. In this research, the progressive collapse capacity for the 5 and 15-story steel special moment resisting frames using push-down nonlinear static analysis, and nonlinear dynamic analysis under the gravity loads specified in the GSA Guidelines, were studied. After identifying the critical members, in order to investigate the seismic progressive collapse, the 5-story steel special moment resisting frame was analyzed by the nonlinear time history analysis under the effect of earthquakes with different characteristics. In order to account for the initial damage, one of the critical columns was weakened at the initiation of the earthquake or its Peak Ground Acceleration (PGA). The results of progressive collapse analyses showed that the potential of progressive collapse is considerably dependent upon location of the removed column and the number of stories, also the results of seismic progressive collapse showed that the dynamic response of column removal under the seismic load is completely dependent on earthquake characteristics like Arias intensity, PGA and earthquake frequency contents.
In this paper, the effect of damping ratio on nonlinear dynamic analysis response and dynamic increase factor (DIF) in nonlinear static analysis of structures against column removal are investigated and a modified empirical DIF is presented. To this end, series of low and mid-rise moment frame structures with different span lengths and number of storeys are designed and the effect of damping ratio in DIF is investigated, performing several nonlinear static and dynamic analyses. For each damping ratio, a nonlinear dynamic analysis and a step by step nonlinear static analysis are carried out and the modified empirical DIF formulas are derived. The results of the analysis reveal that DIF is decreased with increasing damping ratio. Finally, an empirical formula is recommended that relates to damping ratio. Therefore, the new modified DIF can be used with nonlinear static analysis instead of nonlinear dynamic analysis to assess the progressive collapse potential of moment frame buildings with different damping ratios.
This paper carries out the progressive collapse analysis of stainless steel composite beam-to-column joint sub-models and moment-resisting frames under column removal scenarios. The static flexural response of composite joint sub-models with damaged columns was initially explored via finite element methods, which was validated by independent experimental results and discussed in terms of moment-rotation relationships, plastic hinge behaviour and catenary actions. Simplified finite element methods were then proposed and applied to the frame analysis which aimed to elaborate the progressive collapse response at the frame level. Nonlinear static and dynamic analysis were employed to evaluate the dynamic increase factor (DIF) for stainless steel composite frames. The results suggest that the catenary action effect plays an important role in preventing the damaged structure from dramatic collapse. The beam-to-column joints could be critical components that influence the capacity of composite frames and dominate the determination of dynamic increase factor. The current design guidance is non-conservative to provide proper DIF for stainless steel composite frames, and thus new DIF curves are expected to be proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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