Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.7
no.1
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pp.43-50
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2014
Based on the reliability theory, the risk assessment of steel beams is performed by the determination of failure probability. In the calculation, bending, shearing and combined (bending + shearing) modes are examined. The resistance and the loads on the beam are assumed to be normal distribution. To investigate the failure probability changes, total load applied at the mid span of beam is divided into 1 to 1 and 1 to 2 ratio and then these divided loads are placed on the trisected points on beam. The change of boundary conditions at beam ends are also included in the investigation. It shows that failure is governed by the combined mode for the present beams and the second order bound analysis of failure probability is not crucial. On the whole failure probability decreases with increasing end restraints at the beam ends with some exception.
In order to investigate the accuracy and applicability of steel equivalent constitutive model, the calculated results were compared with typical tests of steel frames under static and dynamic loading patterns firstly. Secondly, four widely used models for time history analysis of steel frames were compared to discuss the applicability and efficiency of different methods, including shell element model, multi-scale model, equivalent constitutive model (ECM) and traditional beam element model (especially bilinear model). Four-story steel frame models of above-mentioned finite element methods were established. The structural deformation, failure modes and the computational efficiency of different models were compared. Finally, the equivalent constitutive model was applied in seismic incremental dynamic analysis of a ten-floor steel frame and compared with the cyclic hardening model without considering damage and degradation. Meanwhile, the effects of damage and degradation on the seismic performance of steel frame were discussed in depth. The analysis results showed that: damages would lead to larger deformations. Therefore, when the calculated results of steel structures subjected to rare earthquake without considering damage were close to the collapse limit, the actual story drift of structure might already exceed the limit, leading to a certain security risk. ECM could simulate the damage and degradation behaviors of steel structures more accurately, and improve the calculation accuracy of traditional beam element model with acceptable computational efficiency.
The objective of this present work is to estimate the failure loads, associated maximum transverse displacements, locations and the modes of failure, including the onset of delamination, of thin, square symmetric laminates under the action in-plane positive (+ve) shear load. Two progressive failure analyses, one using the Hashin criterion and the other using a Tensor polynomial criterion, are used in conjunction with finite element method. First order shear deformation theory along with geometric non-linearity in the von Karman sense have been employed. Variation of failure loads and failure characteristics with five type of lay-ups and three types of boundary conditions has been investigated in detail. It is observed that the maximum difference between failure loads predieted by various criteria depends strongly on the laminate lay-up and the flexural boundary restraint. Laminates with clamped edges are found to be more susceptible to failure due to transverse shear (ensuing from the out of plane bending) and delamination, while those with simply supported edges undergo total collapse at a load slightly higher than the fiber failure load. The investigation on negative (-ve) in-plane shear load is in progress and will be communicated as part-II of the present work.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.228-240
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1991
Many experimental data of fatigue crack propagation show that the fatigue crack propagation process is stochastic. Therefore, the study on the crack propagation must be based on the probabilistic approach. In the present paper, fatigue crack propagation process is assumed to be a discrete Markov process and the method is developed, which can evaluate the reliability of the structural component by using Markov chain model(Unit step B-model) suggested by Bogdanoff. In this method, leak failure, plastic collapse and brittle fracture of the critical component are taken as failure modes, and the effects of initial crack distribution, periodic and non-periodic inspection on the probability of failure are considered. In this method, an equivalent load value for random loading such as wave load is used to facilitate the analysis. Finally some calculations are carried out in order to show the usefulness and the applicability of this method. And then some remarks on this method are mentioned.
Parke, G.A.R.;Toy, N.;Savory, E.;Abedi, K.;Chenaghlou, R.
Wind and Structures
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v.1
no.4
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pp.317-336
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1998
In this paper the appraisal of a folding dome structure under the influence of wind loading is discussed. The foldable structure considered is constructed from an assembly of interconnected elements, together with a flexible membrane, all of which are initially store in a compact form and on deployment expand, like an umbrella, into a dome structure. Loading on the dome was obtained from a wind tunnel analysis of the pressure distribution over the roof of a 1:10 scale model of the structure. The critical loading obtained from the wind tunnel investigation was used, together with individual member and material tests, to form a series of numerical non-linear finite element models which were, in turn, used to investigate the forces within the structure. The numerical analysis was used to determine the critical wind loading that the structure can sustain, as well as providing a method by which to investigate the failure modes of the structure. In order to enhance the load carrying capacity of the dome it was found that both the strength and stiffness of the structural nodes needed to be enhanced and in addition, changes were necessary to substantially increase the stiffness of the individual member and caps.
Kim, Janghwan;Kee, Seong-Hoon;Youn, Heejung;Kim, Dae Young
Steel and Composite Structures
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v.29
no.4
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pp.437-450
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2018
A bridge comprising of two girders, such as a twin steel box-girder bridge, is classified as fracture critical (i.e., non-redundant). In this study, the various bridge components of the twin steel box-girder bridge are investigated to determine if these could be utilized to improve bridge redundancy. Detailed finite-element (FE) models, capable of simulating prominent failure modes observed in a full-scale bridge fracture test, are utilized to evaluate the contributions of the bridge components on the ultimate behavior and redundancy of the bridge sustaining a fracture on one of its girders. The FE models incorporate material nonlinearities of the steel and concrete members, and are capable of capturing the effects of the stud connection failure and railing contact. Analysis results show that the increased tensile strength of the stud connection and (or) concrete strength are effective in improving bridge redundancy. By modulating these factors, redundancy could be significantly enhanced to the extent that the bridge may be excluded from its fracture critical designation.
This paper aims to investigate vibration frequency decrease (vibration period elongation) of reinforced concrete (RC) structure with unreinforced infill wall and reinforced infill wall exposed to progressively increased artificial earthquake load on shaking table. For this purpose, two shaking table experiments were selected as a case study. Shaking table experiments were carried on 1:1 scaled prototype one bay one storey RC structure with infill walls. The purpose of this shaking table experiment sequence is to assess local behavior and progressive collapse mechanism. Frequency decrease and eigen-vector evolution are directly related to in-plane and out-of-plane bearing capacities of infill wall enclosure with reinforced concrete frame. Firstly, frequency decrease-damage relationship was evaluated on the base of experiment results. Then, frequency decrease and stiffness degradation were evaluated with applied Peak Ground Acceleration (PGA) by considering strength deterioration. Lastly, eigenvector evolution-local damage and eigenvector evolution-frequency decrease relationship was investigated. Five modes were considered while evaluating damage and frequency decrease of the tested specimens. The relationship between frequency decrease, stiffness degradation and damage level were presented while comparing with Unreinforced Brick Infill (URB) and Reinforced Infill wall with Bed Joint Reinforcement (BJR) on the base of natural vibration frequency.
Pushover analysis captures the behavior of a structure from fully elastic to collapse. In this analysis, the structure is subjected to increasing lateral load with constant gravity one. Neglecting the effects of the higher modes and the changes in the vibration characteristics during the nonlinear analysis are the main obstacles of the proposed lateral load patterns. To overcome these drawbacks, whereas some methods have been presented to achieve updated lateral load distribution, these methods are not precisely capable to predict the response of structures, precisely. In this study, a new method based on optimization procedure is developed to obtain a lateral load pattern for which the difference between the floor displacements of pushover and Nonlinear Dynamic Analyses (NDA) is minimal. For this purpose, an optimization problem is considered and the genetic algorithm is applied to calculate optimal lateral load pattern. Three special moment resisting steel frames with different dynamic characteristics are simulated and their optimal load patterns are derived. The floor displacements of these frames subjected to the proposed and conventional load patterns are acquired and the accuracy of them is evaluated via comparing with NDA responses. The outcomes reveal that the proposed lateral load distribution is more accurate than the previous ones.
Flexural capacity prediction is a challenging problem for externally prestressed concrete beams (EPCBs) due to the unbonded phenomenon between the concrete beam and external tendons. Many prediction equations have been provided in previous research but typically ignored the differences in deformation mode between internal and external unbonded tendons. The availability of these equations for EPCBs is controversial due to the inconsistent deformation modes and ignored second-order effects. In this study, the deformation characteristics and collapse mechanism of EPCB are carefully considered, and the ultimate deflected shape curves are derived based on the simplified curvature distribution. With the compatible relation between external tendons and the concrete beam, the equations of tendon elongation and eccentricity loss at ultimate states are derived, and the geometric interpretation is clearly presented. Combined with the sectional equilibrium equations, a rational and simplified flexural capacity prediction method for EPCBs is proposed. The key parameter, plastic hinge length, is emphatically discussed and determined by the sensitivity analysis of 324 FE analysis results. With 94 collected laboratory-tested results, the effectiveness of the proposed method is confirmed, and comparisons with the previous formulas are made. The results show the better prediction accuracy of the proposed method for both stress increments and flexural capacity of EPCBs and the main reasons are discussed.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.2
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pp.29-37
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2022
The collapse of reinforced concrete (RC) frame buildings is mainly caused by the failure of columns. To prevent brittle failure of RC column, numerous studies have been conducted on the seismic performance of strengthened RC columns. Concrete jacketing method, which is one of the retrofitting method of RC members, can enhance strength and stiffness of original RC column with enlarged section and provide uniformly distributed lateral load capacity throughout the structure. The experimental studies have been conducted by many researchers to analyze seismic performance of seismic strengthened RC column. However, structures which have plan and vertical irregularities shows torsional behavior, and therefore it causes large deformation on RC column when subjected to seismic load. Thus, test results from concentric cyclic loading can be overestimated comparing to eccentric cyclic test results, In this paper, two kinds of eccentric loading pattern was suggested to analyze structural performance of RC columns, which are strengthened by concrete jacketing method with new details in jacketed section. Based on the results, it is concluded that specimens strengthened with new concrete jacketing method increased 830% of maximum load, 150% of maximum displacement and changed the failure modes of non-strengthened RC columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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