Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.5
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pp.23-29
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2008
This study investigates the dynamic instability of strength-limited bilinear single degree of freedom (SDF) systems under seismic excitation. The strength-limited bilinear hysteretic model best replicates the hysteretic behavior of the steel moment resisting frames. To estimate the dynamic instability of SDF systems, the collapse strength ratio is used, which is the yield-strength reduction factor when collapse occurs. Statistical studies are carried out to estimate median collapse strength ratios and those dispersions of strength-limited bilinear SDF systems with given natural periods, hardening stiffness ratios, post-capping stiffness ratios, ductility and damping ratios ranging from 2 to 20% subjected to 240 earthquake ground motions recorded on stiff soil sites. Equations to calculate median and standard deviation of collapse strength ratios in strength-limited bilinear SDF systems are obtained through nonlinear regression analysis. By using the proposed equations, this study estimated the probabilistic distribution of collapse strength ratios, and compared this with the exact values from which the accuracy of the proposed equations was verified.
This paper presents a review on progressive collapse mechanism of steel framed buildings exposed to fire. The influence of load ratios, strength of structural members (beam, column, slab, connection), fire scenarios, bracing systems, fire protections on the collapse mode and collapse time of structures is comprehensively reviewed. It is found that the key influencing factors include load ratio, fire scenario, bracing layout and fire protection. The application of strong beams, high load ratios, multi-compartment fires will lead to global downward collapse which is undesirable. The catenary action in beams and tensile membrane action in slabs contribute to the enhancement of structural collapse resistance, leading to a ductile collapse mechanism. It is recommended to increase the reinforcement ratio in the sagging and hogging region of slabs to not only enhance the tensile membrane action in the slab, but to prevent the failure of beam-to-column connections. It is also found that a frame may collapse in the cooling phase of compartment fires or under travelling fires. This is because that the steel members may experience maximum temperatures and maximum displacements under these two fire scenarios. An edge bay fire is more prone to induce the collapse of structures than a central bay fire. The progressive collapse of buildings can be effectively prevented by using bracing systems and fire protections. A combination of horizontal and vertical bracing systems as well as increasing the strength and stiffness of bracing members is recommended to enhance the collapse resistance. A protected frame dose not collapse immediately after the local failure but experiences a relatively long withstanding period of at least 60 mins. It is suggested to use three-dimensional models for accurate predictions of whether, when and how a structure collapses under various fire scenarios.
Structural safety has always been a key preoccupation for engineers responsible for the design of civil engineering projects. One of the mechanisms of structural failure, which has gathered increasing attention over the past few decades, is referred to as 'progressive collapse' which happens when one or several structural members suddenly fail, whatever the cause (accident, attack, seismic loading(.Any weakness in design or construction of structural elements can induce the progressive collapse in structures, during seismic loading. Masonry infill panels have significant influence on structure response against the lateral load. Therefore in this paper, seismic performance and shear strength of R.C frames with brick infill panel under various lateral loading patterns are investigated. This evaluation is performed by nonlinear static analysis. The results provided important information for additional design guidance on seismic safety of RC frames with brick infill panel under progressive collapse.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.2
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pp.77-93
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1999
The twin aims of the paper are to investigate the collapse strength characteristics of ship plating subject to impact pressure loads and to develop a simple structural design formula considering impact load effects. The general purpose nonlinear finite element program STARDYNE together with existing experimental results is used to investigate the collapse behavior of plating under impact pressure loads. The rigid plastic theory taking into account large deflection effects is applied to the development of the design formulation. In the theoretical method, the collapse strength formulation for plating subject to hydrostatic pressure is first derived using the rigid plastic theory. By including the strain rate erects in the formulation it can be applied to impact pressure problems. As illustrative examples, the collapse behavior of steel unstiffened plates and aluminum alloy stiffened panels subject to impact pressure loads is analyzed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.83-86
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2005
The front-end side members of automobiles, such as the hat-shaped section member, absorb most of the energy during the front-end collision. The side members absorb more energy in collision if they have higher strength and stiffness, and stable folding capacity (local buckling). Using the above characteristics on energy absorption, vehicle should be designed light-weight to improve fuel combustion ratio and reduce exhaust gas. Because of their specific strength and stiffness, CFRP are currently being considered for many structural (aerospace vehicle, automobiles, trains and ships) applications due to their potential for reducing structural weight. Although CFRP members exhibit collapse modes that are significantly different from the collapse modes of metallic materials, numerous studies have shown that CFRP members can be efficient energy absorbing materials. In this study, the CFRP side members were manufactured using a uni-directional prepreg sheet of carbon/Epoxy and axial static collapse tests were performed for the members. The collapse mode and the energy absorption capability of the members were analyzed under the static load.
The hat shaped section members, spot welded strength resisting structures are the most energy absorbing ones of automobile components during the front-end collision. Under the static axial collapse load in velocity of 10mm/min and quasi-static collapse load in velocity of 1000mm/min, the collapse characteristics of the hat shaped section and double hat shaped section member have been analyzed by axial collapse tests with respect to the variations of spot weld pitches on the flanges. In addition, the quasi-static collapse simulations have been implemented in the same condition to the experiment's using FEM package, LS-DYNA3D. The simulated results have been verified in comparison with these from the quasi-static axial collapse tests. With the computational approaches the optimal energy absorbing structures can be suggested. Simulations are so helpful that the optimized data be supplied in designing vehicles in advance.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.2
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pp.141-154
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1993
In this paper, a method to calculate the ultimate compressive strength of welded one-sided stiffened plates simply supported along all edges is proposed. At first initial imperfections such as distortions and residual stresses due to welding are predicted by using simplified methods. Then, the collapse modes of the stiffened plate are assumed and collapse loads for each mode are calculated. Among these loads, the lowest value is selected as the ultimate strength of the plate. Collapse modes are assumed as follows ; (1) Overall buckling of the stiffened plate$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener bending (2) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener yielding (3) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener berthing (4) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener tripping. The elastic large deflection analysis based on the Rayleigh-Ritz method is carried out, and plastic analysis assuming hinge lines is also carried out. Collapse load is defined as the cross point of the two analysis curves. This method enables the utimate strength to be calculated with small computing time and a good accuracy. Using the present method, characteristics of the stiffener including torsional rigidity, bending and tripping can also be clarified.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.117-124
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1991
In this paper, a method to overcome inefficiency of the finite element method in the calculation of compressive strength of one-sided stiffened plates, is proposed. In this method the collapse modes of stiffened plates are assumed as follows. a) Overall buckling $\rightarrow$ Overall collapse b) Local buckling $\rightarrow$ Overall collapse c) Local buckling $\rightarrow$ Local collapse In each collapse mode, shape of deflection is assumed, and then elastic large deformation analysis based on the Rayleigh-Ritz method is carried out. One-sided stiffening effect is considered by taking into account of the moment due to eccentricity. Plastic analysis by assuming hinge lines is also carried out. The ultimate strength of a stiffened plate is obtained as the point of intersection of the elastic analysis curve and the plastic one. From this study, it is concluded that the angles between the plastic hinge lines in plastic collapse mode are determined as the ones which give the minimum collapse load, and these angles are different from the ones assumed in the previous studies. Minimum stiffness ratios can also be calculated. Calculated results according to this method show good agreements with the results by the finite element method.
To ensure that fire induced collapse of a building is prevented it is important to understand the sequence of events that can lead to this event. In this paper, the initiation of collapse mechanisms of generic a multi-storey steel frame subjected to vertical and horizontal travelling fires are analysed computationally by tracking the formation of plastic hinges in the frame and generation of fire induced loads. Both uniform and travelling fires are considered. In total 58 different cases are analysed using finite element software LS-DYNA. For the frame examined with a simple and generic structural arrangement and higher applied fire protection to the columns, the results indicate that collapse mechanisms for singe floor and multiple floor fires can be each split into two main groups. For single floor fires (taking place in the upper floors of the frame (Group S1)), collapse is initiated by the pull-in of external columns when heated beams in end bays go into catenary action. For single floor fires occurring on the lower floors(Group S2), failure is initiated (i.e. ultimate strain of the material is exceeded) after the local beam collapse. Failure in both groups for single floor fires is governed by the generation of high loads due to restrained thermal expansion and the loss of material strength. For multiple floor fires with a low number of fire floors (1 to 3) - Group M1, failure is dominated by the loss of material strength and collapse is mainly initiated by the pull-in of external columns. For the cases with a larger number of fire floors (5 to 10) - Group M2, failure is dominated by thermal expansion and collapse is mainly initiated by swaying of the frame to the side of fire origin. The results show that for the investigated frame initiation of collapse mechanisms are affected by the fire type, the number of fire floors, and the location of the fire floor. The findings of this study could be of use to designers of buildings when developing fire protection strategies for steel framed buildings where the potential for a multifloor fire exists.
A steel plated is typically composed of plate panels. The overall failure of the structure is certainly affected and can be governed by the bulking and plastic collapse of these individual members In the ultimate limit state design. therefore. a primary task is to accurately calculate the budding and plastic collapse strength of such structural members. Structural elements making up steel palated structures do not work separately. resulting in high degree of redundancy and complexity in contrast to those of steel framed structures. To enable the behavior of such structures to be analyzed, simplifications or idealizations must essentially be made considering the accuracy need and degree of complexity of the analysis to be used Generally the more complex the analysis the greater is the accuracy that may be obtained. The aim of this study is the investigation of the effect of the tripping behaviour including section characteristic for a plate under uniaxial compression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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