"Reciprocal Frame" refers to a self-supporting grid structure used both for floor and roof. Using Finite Element Methods for non-linear solid mechanics and frictional-contact, this paper intends to analytically and numerically investigate the collapse behaviour of a reciprocal frame structure made of fibre-reinforced concrete. Considering a simple 3-beam structure, it has been investigated using a solid finite element model. Once defined the collapse behaviour of the simple structure, the analysis has been generalized using a concentrated plasticity finite element method. Results provided will be useful for studying generic reciprocal frame structures with several beams.
Montuori, Rosario;Gabbianelli, Giammaria;Nastri, Elide;Simoncelli, Marco
Steel and Composite Structures
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v.32
no.1
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pp.1-19
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2019
The aim of the paper is the prediction of the seismic collapse mode of steel storage pallet racks under seismic loads. The attention paid by the researchers on the behaviour of the industrial steel storage pallets racks is increased over the years thanks to their high dead-to-live load ratio. In fact, these structures, generally made by cold-formed thin-walled profiles, present very low structural costs but can support large and expensive loads. The paper presents a prediction of the seismic collapse modes of multi-storey racks. The analysis of the possible collapse modes has been made by an approach based on the kinematic theorem of plastic collapse extended to the second order effects by means of the concept of collapse mechanism equilibrium curve. In this way, the dissipative behaviour of racks is determined with a simpler method than the pushover analysis. Parametric analyses have been performed on 24 racks, differing for the geometric layout and cross-section of the components, designed in according to the EN16618 and EN15512 requirements. The obtained results have highlighted that, in all the considered cases, the global collapse mechanism, that is the safest one, never develops, leading to a dangerous situation that must be avoided to preserve the structure during a seismic event. Although the studied racks follow all the codes prescriptions, the development of a dissipative collapse mechanism is not achieved. In addition, also the variability of load distribution has been considered, reflecting the different pallet positions assumed during the in-service life of the racks, to point out its influence on the collapse mechanism. The information carried out from the paper can be very useful for designers and manufacturers because it allows to better understand the racks behaviour in seismic load condition.
Cold-formed channel sections are used in a variety of applications in which they are required to absorb deformation energy. This paper investigates the collapse behaviour and energy absorption capability of cold-formed steel channels with flange edge stiffeners under large deformation major-axis bending. The Yield Line Mechanism technique is applied using the energy method, and based upon measured spatial plastic collapse mechanisms from experiments. Analytical solutions for the collapse curve and in-plane rotation capacity are developed, and used to model the large deformation behaviour and energy absorption. The analytical results are shown to compare well with experimental values. Due to the complexities of the yield line model of the collapse mechanism, a simplified procedure to calculate the energy absorbed by channel sections under large bending deformation is developed and also shown to compare well with the experiments.
Cao, Vui Van;Vo, Cuong Trung;Nguyen, Phuoc Trong;Ashraf, Mahmud
Earthquakes and Structures
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v.21
no.5
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pp.445-460
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2021
This study experimentally explored the behaviour of 12 concrete filled steel tube (CFST) and steel tube columns subjected to lateral cyclic loading. The L/D ratio was 12.3 while D/t ratios were 45.4, 37.8 and 32.4, classifying these 12 specimens into 3 groups. Each group included 3 CFST and 1 steel tube columns and were tested to failure. The experimental results indicated that CFST specimens reached the state of 'collapse prevention' (drift 4%) prior to the occurrence of local buckling. Strength degradation of CFST specimens did not occur up to the failure by buckling. This showed the favourable characteristic of CFST columns in preventing collapse of structures subjected to earthquakes. The high energy absorption capability in the post collapse limit state was appropriate for dissipating energy in structures. Compared to steel tube columns, CFST columns delayed local buckling and prevented inward buckling. Consequently, CFST columns exhibited their outstanding seismic performance in terms of the increased ultimate resistance, capacity to sustain 2-3 additional load cycles and significantly higher drift. A simple and reasonably accurate model was proposed to predict the ultimate strength of CFST columns under lateral cyclic loading.
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.
The paper investigates the dynamic buckling behaviour of a laminated composite stiffened cylindrical shell using the commercial finite element code ABAQUS. The numerical model of the composite shell is validated by static tests. In particular, the experimental collapse test is numerically simulated by a quasi static analysis carried out by both ABAQUS/Standard and ABAQUS/Explicit. The behaviour in the post-buckling field and the collapse load obtained by the analyses are close to the experimental data. The validated model is then used to study the dynamic buckling behaviour with ABAQUS/Explicit. The effects of the loading magnitude and of the loading duration are investigated, implementing in the analysis also first-ply failure criteria. It is observed that the dynamic buckling load is highly affected by the loading duration.
The analysis and tests of thin-walled channel frames including nonlinear flexible or semi-rigid connection behaviour is presented. The semi-rigid connection behaviour is modelled using a mathematical approximation of the connection flexibility-moment relationship. Local instability such as local buckling and torsional flexural buckling of the member are included in the analysis. The full response of the frame, up to the collapse load, can be predicted. Experimental investigation was carried out on a series of simple double storey symmetrical frames with the purpose of verifying the accuracy and validity of the analysis. Agreement between the theoretical and experimental results is acceptable. The investigation also shows that connection flexibility and local instability such as local buckling and torsional flexural buckling can affect the behaviour and strength of thin-walled frames significantly. The results can also provide further insight into the advanced study of practical structures where interaction between flexible connections and phenomenon associated with thin-walled members are present.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.307-312
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2008
Local damage may cause sequential collapse of structure, which is called progressive collapse. Current progressive collapse analysis is based on the mean value of design variables. This deterministic approach has a low reliability as it doesn't consider uncertainty of variables. In this study the sensitivity of design variables for progressive collapse of structure is evaluated by Monte Calro simulation and Tornado diagram. The analysis results show that the behaviour of model structures is highly sensitive to variation of the yield force of beams and the structural damping ratio.
This paper concerns the development and implementation of an orthotropic, stress resultant elasto-plastic finite element model for the collapse load analysis of reinforced concrete plates. The model implements yield line plasticity theory for reinforced concrete. The behaviour of the yield functions are studied, and modifications introduced to ensure a robust finite element model of cases involving bending and twisting stress resultants ($M_x$, $M_y$, $M_{xy}$). Onset of plasticity is always governed by the general yield-line-model (YLM), but in some cases a switch to the stress resultant form of the von Mises function is used to ensure the proper evolution of plastic strains. Case studies are presented, involving isotropic and orthotropic plates, to assess the behaviour of the yield line approach. The YLM function is shown to perform extremely well, in predicting both the collapse loads and failure mechanisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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