A shaking table test was conducted at the E-Defense shaking table facility to investigate the damage and collapse behavior of a steel high-rise building under exceedingly large ground motions. The specimen is a one-third scale 18-story steel moment frame designed and constructed according to design specifications and practices used in the 1980s and 1990s. The shaking table tests used a long-duration, long-period ground motion simulated for a sequential Tokai, Nankai, and Nankai earthquake scenario. The building specimen was subjected to a series of progressively increasing scaled motions until it completely collapsed. The damage to the steel frame began through the yielding of beams along lower stories and column bases of the first story. After several excitations by increasing scaled motions, cracks initiated at the welded moment connections and fractures in the beam flanges spread to the lower stories. As the shear strength of each story decreased, the drifts of lower stories increased and the frame finally collapsed and settled on the supporting frame. From the test, a typical progression of collapse for a tall steel moment frame was obtained, and the hysteretic behavior of steel structural members including deterioration due to local buckling and fracture were observed. The results provide important information for further understanding and an accurate numerical simulation of collapse behavior.
During the recent years, resistance mechanisms of reinforced concrete (RC) buildings against progressive collapse are investigated extensively. Although a general agreement is observed about their qualitative behavior in technical literature, there is not such a comprehensive point of view regarding the quantitative methods for predicting collapse resistance of RC members. Therefore, in the present study a simplified theoretical method is developed in order to predict general behavior of RC frames under the column removal scenario. In the introduced method, the robustness of the frame is extracted based on the capacity of the beams. The proposed method expresses ultimate arching and catenary capacities of the beams and also obtains the corresponding vertical displacements. Based on the calculated capacities, the introduced method also provides a quantitative assessment of structural robustness and determines whether or not the collapse occurs. The capability of the method is evaluated using experimental results in the literature. The evaluation study indicates that the proposed theoretical procedure can establish a reliable foundation for progressive collapse assessment of RC frame structures.
This study is conducted to clarify the effect of internal pressure on the deformation and collapse behaviors of wall thinned elbow under in-plane bending moment. Thus the nonlinear three-dmensional finite element analyses were performed to obtain the moment-rotation curve of elbow contatining various wall thinning defects located at intrados and extrados under in-plane bending (closing and opening modes) with internal pressure of $0{\sim}15MPa.$ From the results of analysis, the effect of internal of collapse moment of elbow on the global deformation behavior of wall thinned elbow was discussed, and the dependence of collapse moment of elbow on the magnitude of internal pressure was investigated under different loading mode, defect location, and defect shape.
An experimental program of isotropic loading tests on a compacted kaolin using a conventional triaxial equipment modified for testing unsaturated soils was perform to investigate a loading collapse curve of unsaturated soils along wetting and drying paths. The test data are presented in terms of effective stress on a range of constant suction. The suction hardening behavior was observed for both wetted and dried samples. With the use of an appropriate effective stress parameter, the unique relationship for loading collapse curve for wetting and drying processes was obtained.
The purpose of this study is to analyze the collapse characteristics of widely used spot welded section members (hat and double hat section, nembers of vehicles) which possess the greatest energy absorbing capacity In an axial impact collapse. This study also suggests how the collapse load and deformation mode are obtained under impact. In the program system presented in this study, an explicit finite element code, LS-DY7A3D, is adopted for simulating complicated collapse behavior of the hat and double hat shaped section members with respect to section dimensions and spot weld pitches. Comparing the results with experiments, the simulation has been verified under a velocity of 7.19 m/sec (impact energy of 1034J)
This paper presents an experimental investigation into the progressive collapse behavior of composite steel-concrete frames under various column removal scenarios. This study involves testing two two-bay, two-story composite frames featuring CFST columns and profiled steel decking composite slabs. Two removal scenarios, involving the corner column and middle column, are examined. The paper reports on the overall and local failure modes, vertical force-deformation responses, and strain development observed during testing. Findings indicate that structural failure initiates due to fracture and local buckling of the steel beam. Moreover, the collapse resistance and ductility of the middle column removal scenario surpass those of the corner column removal scenario. Subsequent numerical analysis reveals the significant contribution of the composite slab to collapse resistance and capacity. Additionally, it is found that horizontal boundary conditions notably influence the collapse resistance in the middle column removal scenario only. Finally, the paper proposes a simplified calculation method for collapse resistance, which yields satisfactory predictions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.3
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pp.239-246
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2007
In this paper a new equivalent static analysis method of dynamic behavior during progressive collapse is presented. The proposed analysis method uses the equivalent nodal load for the element stiffness which represents the dynamic behavior influence caused by the deletion of elements during progressive collapse analysis. The proposed analysis method improves the efficiency of progressive collapse analysis haying the iterative characteristic because the inverse of the structural stiffness matrix is roused in the reanalysis. By comparing the results obtained by this analysis method with those of GSA code analysis and time history analysis, it is shown that the results obtained by this analysis method more closely approach to those of time history analysis than by GSA code analysis.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.50-56
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2005
Aluminum member absorbs energy by stable plastic deformation under axial loading. While CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) member absorbs energy by unstable brittle failure but its specific strength and stiffness is higher than those of aluminum member. In this study, for complement of detects and synergy effect by combination with the advantages of each member, the axial collapse tests were performed for aluminum CFRP members which are composed of aluminum members wrapped with CFRP outside aluminum circular members. Based on the respective collapse characteristics of aluminum and CFRP members, crushing behavior and energy absorption characteristics were analyzed for aluminum CRRP members which have different CFRP fiber orientation angle and thickness Test results showed that aluminum CFRP members supplemented the unstable brittle failure of CFRP members due to ductile nature of inner aluminum members. It turned out that the CFRP fiber orientation angle and thickness influence energy absorption capability together with the collapse mode of the members.
Sarmasti, Hadi;Abedi, Karim;Chenaghlou, Mohammad Reza
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.509-522
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2020
Wind load is the principal cause for a large number of the collapse of transmission lines around the world. The transmission line is traditionally designed for wind load according to a linear equivalent method, in which dynamic effects of wind are not appropriately included. Therefore, in the present study, incremental dynamic analysis is utilized to investigate the stability behavior of a 400 kV transmission line under wind load. In that case, the effects of vibration of cables and aerodynamic damping of cables were considered on the stability behavior of the transmission line. Superposition of the harmonic waves method was used to calculate the wind load. The corresponding wind speed to the beginning of the transmission line collapse was determined by incremental dynamic analysis. Also, the effect of the yawed wind was studied to determine the critical attack angle by the incremental dynamic method. The results show the collapse mechanisms of the transmission line and the maximum supportable wind speed, which is predicted 6m/s less than the design wind speed of the studied transmission line. Based on the numerical modeling results, a retrofitting method has been proposed to prevent failure of the tower members under design wind speed.
Lee, Cheol Ho;Kim, Seon Woong;Lee, Kyung Koo;Han, Kyu Hong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.3
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pp.267-275
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2009
This paper presents the behavior of column-removed double-span beams in welded steel moment frames and proposes a simplified nonlinear dynamic analysis method for the preliminary evaluation of progressive collapse potential. The nonlinear finite element analysis and the associated analytical study showed that the column gravity load and the beam span-to-depth ratio govern the maximum dynamic deformation demand of the double-span beams. Based on these results, the concept of a collapse spectrum, which describes the relationship between the gravity load parameter and the maximum chord rotation of the double-span beams, was newly proposed. A procedure for the application of the collapse spectrum to multi-story welded steel moment frames was then suggested. The inelastic dynamic finite element analysis results showed that the proposed method gives satisfactory prediction of the nonlinear progressive collapse behavior of welded steel moment frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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