In the present study, three-dimensional motion analyses were performed to determine biomechanics of the lower extremity in unexpected missing foot steps for ten healthy young volunteers. In unexpected missing foot steps, the whole plantar surface of the foot or the heel contacted to the ground. A rapid ankle dorsiflexion was found right after missing foot steps and an increased plantarflexion moment was noted during loading response. After the unexpected situation, the breaking force increased rapidly. At this time, both tibialis anterior and soleus were simultaneously activated. Moreover, the range of motion at ankle, knee and hip significantly decreased during stance. In pre-swing, rectus femoris and biceps femoris prevented the collapse of the lower limbs. During late stance, propulsive forces decreased and thus, both plantarflexion moment and power generation were significantly reduced. On the opposite side, hip extension and pelvic upward motion during terminal swing were significant. Due to the shortened pre-swing, the energy generation at the ankle to push sufficiently off the ground was greatly reduced. This preliminary study would be helpful to understand the biomechanics of unexpected dynamic perturbations and valuable to prevent frequent falling of the elderly and patients with gait disorders.
The aim of this work is to provide some insights into the elasto-plastic behaviour of plate girder web square and rectangular panels with centred and eccentric holes under both compression and in-plane bending moment. The numerical study was validated comparing the numerical results obtained for one simple steel plate configuration with the corresponding experimental results, obtained at the University of Padova, observing the influence of the initial out-of-plane imperfections on the force vs. displacement relationship and ultimate strength. Once validated the numerical approach, the effect of bending moment on the stability of the plate is studied and some differences with respect to the uniform compression load case are shown. The influence of dimension and position of the hole, the plate aspect ratio and the steel grade on elasto-plastic behaviour is observed. Some indications regarding the critical slenderness (at which transition from elastic to plastic collapse occurs) are given for square and rectangular plates with symmetric and eccentric holes having small, medium and large diameter.
In this paper, experimental and theoretical investigations on the response and collapse of 310 stainless steel tubes with different diameter-to-thickness ratios subjected to cyclic bending are discussed. The tube-bending device and curvature-ovalization measurement apparatus were used to conduct the experiment. The endochronic theory combined with the principle of virtual work and finite element software, ANSYS, were used to simulate the moment-curvature and ovalization-curvature relationships. It is shown that although the two methods lead to good simulation of the moment-curvature relationship, the endochronic theory combined with the principle of virtual work has the better simulation of the ovalization-curvature response when compared with experimental data and the simulation by ANSYS. In addition, the theoretical formulations proposed by Kyriakides and Shaw (1987) and Lee et al. (2001) were used to simulate the controlled curvature-number of cycles to produce buckling relationship. It is shown that the theoretical formulations effectively simulate the experimental data.
Soleimani-Babakamali, Mohammad Hesam;Nasrollahzadeh, Kourosh;Moghadam, Amin
Steel and Composite Structures
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제42권1호
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pp.59-74
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2022
This study introduces a general reliability-based, performance-based design framework to design frames regarding their uncertainties and user-defined design goals. The Iterative-R method extracted from the main framework can designate a proper R (i.e., response modification factor) satisfying the design goal regarding target reliability index and pre-defined probability of collapse. The proposed methodology is based on FEMA P-695 and can be used for all systems that FEMA P-695 applies. To exemplify the method, multiple three-dimensional, four-story steel special moment-resisting frames are considered. Closed-form relationships are fitted between frames' responses and the modeling parameters. Those fits are used to construct limit state functions to apply reliability analysis methods for design safety assessment and the selection of proper R. The frameworks' unique feature is to consider arbitrarily defined probability density functions of frames' modeling parameters with an insignificant analysis burden. This characteristic enables the alteration in those parameters' distributions to meet the design goal. Furthermore, with sensitivity analysis, the most impactful parameters are identifiable for possible improvements to meet the design goal. In the studied examples, it is revealed that a proper R for frames with different levels of uncertainties could be significantly different from suggested values in design codes, alarming the importance of considering the stochastic behavior of elements' nonlinear behavior.
The primary objective of the current study is to optimize and evaluate the seismic performance of steel momentresisting frame (MRF) structures considering soil-structure interaction (SSI) effects. The structural optimization is implemented in the context of performance-based design in accordance with FEMA-350 at different confidence levels from 50% to 90% by taking into account fixed- and flexible-base conditions using an efficient metaheuristic algorithm. Nonlinear response-history analysis (NRHA) is conducted to evaluate the seismic response of structures, and the beam-on-nonlinear Winkler foundation (BNWF) model is used to simulate the soil-foundation interaction under the MRFs. The seismic performance of optimally designed fixed- and flexible-base steel MRFs are compared in terms of overall damage index, seismic collapse safety, and interstory drift ratios at different performance levels. Two illustrative examples of 6- and 12-story steel MRFs are presented. The results show that the consideration of SSI in the optimization process of 6- and 12-story steel MRFs results in an increase of 1.0 to 9.0 % and 0.5 to 5.0 % in structural weight and a slight decrease in structural seismic safety at different confidence levels.
Damages to buildings affected by a near-fault strong ground motion are largely attributed to the vertical component of the earthquake resulting in column failures, which could lead to disproportionate building catastrophic collapse in a progressive fashion. Recently, considerable interests are awakening to study effects of earthquake vertical components on structural responses. In this study, detailed modeling and time-history analyses of a 12-story code-conforming reinforced concrete moment frame building carrying the gravity loads, and exposed to once only the horizontal component of, and second time simultaneously the horizontal and vertical components of an ensemble of far-field and near-field earthquakes are conducted. Structural responses inclusive of tension, compression and its fluctuations in columns, the ratio of shear demand to capacity in columns and peak mid-span moment demand in beams are compared with and without the presence of the vertical component of earthquake records. The influences of the existence of earthquake vertical component in both exterior and interior spans are separately studied. Thereafter, the correlation between the increase of demands induced by the vertical component of the earthquake and the ratio of a set of earthquake record characteristic parameters is investigated. It is shown that uplift initiation and the magnitude of tensile forces developed in corner columns are relatively more critical. Presence of vertical component of earthquake leads to a drop in minimum compressive force and initiation of tension in columns. The magnitude of this reduction in the most critical case is recorded on average 84% under near-fault ground motions. Besides, the presence of earthquake vertical components increases the shear capacity required in columns, which is at most 31%. In the best case, a direct correlation of 95% between the increase of the maximum compressive force and the ratio of vertical to horizontal 'effective peak acceleration (EPA)' is observed.
원자력발전소의 확률론적 지진취약도 분석을 수행하기 위해서는 실제 중대 사고를 표현할 수 있는 파괴모드와 파괴기준의 정의가 중요하다. 그러나 배관시스템의 내진설계기준은 소성붕괴로서 실제 한계상태인 누수를 표현하지 못하므로 중대 사고를 충분히 반영하지 못하고 있다. 따라서 신뢰성 있는 확률론적 지진취약도 분석을 위해서는 한계상태를 명확히 정의할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 배관시스템의 취약부위인 SCH80 3인치 강재배관엘보의 한계상태를 누수로 정의하고 면내반복가력시험을 수행하였다. 또한 모멘트-변형각의 관계의 소산 에너지에 기반을 둔 손상도를 이용하여 강재배관엘보의 파괴기준을 정량화하고자 하였다.
Flat plate is susceptible to punching shear failure at the slab-column connection, which may cause catastrophic structural collapse. To prevent such brittle failure, strength and ductility of the connection should be ensured. However, since it is very difficult to experimentally simulate the actual load and boundary conditions of the flat plate system, it is not easy to obtain reliable information and data regarding to the strength and ductility of the flat plate-column edge connection. In the present study, numerical studies were performed for edge connections of continuous flat plate. The results were compared with the existing experiments, and the variations of bending moment, drift, effective width around the connection were investigated. Based on tile findings of the numerical studies, the disadvantages of current design methods were discussed.
This study proposes a joint model consisting of different types of members as a new structural system, and then investigates the resulting structural behavior. The joint model consists of a concrete-filled steel tube column (CFT) together with a steel reinforced concrete at the end plus reinforced concrete beam at the center. For comparison, two other joint models were designed, that are, a CPT with a reinforced concrete beam, and a CFT with a steel reinforced concrete at the end plus steel concrete beam at the center, then their joint capacity and rigidity, energy absorption capacity, etc., were all investigated. From the results, the CFT column with a steel reinforced concrete at the end plus steel concrete beam at the center was outstanding in terms of its capacity and rigidity. The results of this analysis demonstrate that an adequate connection type and reinforcement method with different materials of increasing the rigidity, thereby producing a capacity improvement along with protection from pre-fractures.
In the design of ductile moment-resisting frames (DMRFs) following the strong column-weak beam dsign philosophy, it is desirable that the joint and column remain essentially elastic in order to insure proper energy dissipation and lateral stability of the structure. The joint has been identified as the "weak link" in DMRFs because any stiffness or strength deterioration in this region can lead to substantial drifts and the possibility of collapse due to P-delta effects. Moreover, the engineer is faced with the difficult task of detailing an element whose size is determined by the framing members, but which must resist a set of loads very different from those used in the design of the beams and columns. Four 2/3-scale beam-column-slab joint assemblies were designed according to existing code requirements of ACI 318-89, representing interior joints of DMRFs with reinforced high strength concrete. The influence on aseismic behavior of beam-column joints due to monolithic slab, has been investigated.estigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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