• Steel and Composite Structures
• /
• 제36권4호
• /
• pp.427-446
• /
• 2020

This paper carries out the progressive collapse analysis of stainless steel composite beam-to-column joint sub-models and moment-resisting frames under column removal scenarios. The static flexural response of composite joint sub-models with damaged columns was initially explored via finite element methods, which was validated by independent experimental results and discussed in terms of moment-rotation relationships, plastic hinge behaviour and catenary actions. Simplified finite element methods were then proposed and applied to the frame analysis which aimed to elaborate the progressive collapse response at the frame level. Nonlinear static and dynamic analysis were employed to evaluate the dynamic increase factor (DIF) for stainless steel composite frames. The results suggest that the catenary action effect plays an important role in preventing the damaged structure from dramatic collapse. The beam-to-column joints could be critical components that influence the capacity of composite frames and dominate the determination of dynamic increase factor. The current design guidance is non-conservative to provide proper DIF for stainless steel composite frames, and thus new DIF curves are expected to be proposed.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제31권6호
• /
• pp.617-628
• /
• 2019

As an extremely destructive accident, progressive collapse is defined as the spread of an initial local failure from element to element, resulting eventually in the collapse of an entire structure or disproportionately large of it. To prevent the occurrence of it and evaluate the ability of structure resisting progressive collapse, the nonlinear static procedure is usually adopted in the whole structure design process, which considered dynamic effect by utilizing Dynamic Increase Factor (DIF). In current researches, the determining of DIF is performed in full-rigid frame, however, the performance of beam-column connection in the majority of existing frame structures is not full-rigid. In this study, based on the component method proposed by EC3 guideline, the expression of extended endplate connection performance is further derived, and the connection performance is taken into consideration when evaluated the performance of structure resisting progressive collapse by applying the revised plastic P-M hinge. The DIF for structures with extended endplate beam-column connection have been determined and compared with the DIF permitted in current GSA guideline, the necessity of considering connection stiffness in determining the DIF have been proved.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제21권3호
• /
• pp.267-275
• /
• 2009

본 논문에서는 기둥이 손실된 철골모멘트골조의 2경간 보의 동적거동 특성을 고찰하고 철골모멘트골조의 연쇄붕괴 예비평가를 위한 비선형 동적 근사해석법을 제안하였다. 기둥이 손실된 2경간 부분골조 모델의 동적거동의 분석을 통하여, 2경간 보의 중력하중과 보스팬-대-보춤 비가 최대 동적 변형요구의 지배적인 요소임을 확인하였다. 이를 토대로 2경간 보의 중력하중 변수와 최대 현회전각과의 관계를 기술하는 붕괴스펙트럼 개념을 새로이 제안하고 이의 활용법을 예시하였다. 3차원 비선형 동적 유한요소해석결과와 비교하여, 본 연구에서 제안한 방안이 용접 철골모멘트골조의 비선형 연쇄붕괴거동을 신속히 평가하는데 정확하면서도 매우 효율적임을 입증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제14권6호
• /
• pp.238-245
• /
• 2010

연쇄붕괴는 구조부재의 국부적인 파괴가 주변부재로 이어지고 이 파괴가 또 다른 주변부재의 파괴로 이어지는 붕괴를 의미한다. 현재 국내에서는 연쇄붕괴 방지를 위한 설계지침이 마련되어 있지 않은 형편이다. 특히 구조설계 시 연쇄붕괴 저항성능의 평가를 할 필요가 있을 때 연쇄붕괴 방법 및 절차에 대한 기준이 없어 엔지니어들이 많은 어려움을 느끼고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연쇄붕괴 저항성능평가에 가장 많이 사용되는 GSA 가이드라인을 이용하여 정적 및 동적해석에 의해 평가하는 방법 및 절차를 소개하고, 철근콘크리트 모멘트저항골조에 대해 연쇄붕괴 성능평가를 수행하여 각 해석방법에 의한 결과를 비교, 분석하였다. 연구의 결과 국내 설계기준에 의해 내진 설계된 해석모델의 철근콘크리트 모멘트저항골조 시스템은 DCR 값이 2를 초과하여 연쇄붕괴에 충분한 대체하중 경로를 제공하지 못하며, 연쇄붕괴를 고려하기 위해서는 추가적인 보강이 고려되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 선형동적해석과 선형정적해석의 수직 처짐 및 DCR 값을 비교한 결과, 정적해석에 의한 평가결과보다 보수적인 결과를 나타내어 실용적인 방법으로서 현재 제안되고 있는 하중조합의 2배를 고려하는 동적계수를 고려한 선형정적해석의 사용이 가능할 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제23권2호
• /
• pp.245-252
• /
• 2011

현재 한국에서는 연쇄 붕괴에 대한 설계지침이 적용되고 있지 않으며, 특히 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능에 대한 연구는 초기단계라고 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 철근콘크리트 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능을 평가하기위하여 3가지 해석법을 수행하였다. 선형 정적 해석을 통하여 GSA의 대체경로법에 의한 DCR 값의 차이를 비교하였고, 선형 동적 해석을 통하여 기둥 제거 이후의 수직 변위를 비교하였으며, 비선형 정적 해석을 통하여 최대 하중 계수를 판단하였다. 유효 보폭 모델과 판 유한 요소 해석 모델의 차이점을 분석하기 위하여 여러 변수들에 따라 유한 요소 해석이 수행되었다. 무량판 구조에서 실무에서 많이 사용되고 있는 유효 보폭으로 모델링하는 방법은 슬래브의 강성 기여도를 반영하고 있지 못해 연쇄 붕괴 성능 평가는 상세 유한 요소 해석이 적절할 것으로 판단된다. 여러 변수들을 종합 모서리 기둥(CC)을 제거할 경우가 가장 불리한 조건이고, 내부 기둥(IC)이 제거될 경우가 가장 유리한 조건으로 나타났다. 이 연구에서 제시된 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능 결과로부터 향후 무량판 구조의 성능을 합리적으로 평가하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제54권1호
• /
• pp.35-54
• /
• 2015

The performance of a newly generated steel connection known as SidePlateTM moment connection for seismic loading and progressive collapse phenomenon has been investigated in this paper. The seismic evaluation portion of the study included a thorough study on of interstory drift angles and flexural strengths based on 2010 AISC Seismic Provisions while the acceptance criteria provided in UFC 4-023-03 guideline to resist progressive collapse must be satisfied by the rotational capacity of the connections. The results showed that the SidePlate moment connection was capable of attaining adequate rotational capacity and developing full inelastic capacity of the connecting beam. Moreover, the proposed connection demonstrated an exceptional performance for keeping away the plastic hinges from the connection and exceeding interstory drift angle of 0.06 rad with no fracture developments in beam flange groove-welded joints. The test results indicated that this type of connection had strength, stiffness and ductility to be categorized as a rigid, full-strength and ductile connection.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
• /
• 제9권4호
• /
• pp.401-413
• /
• 2015

In this study the progressive collapse resisting capacity of a RC beam-column subassemblage with and without strengthening was investigated. Total of five specimens were tested; two unreinforced specimens, the one designed as gravity load-resisting system and the other as seismic load-resisting system, and three specimens reinforced with: (i) bonded strand, (ii) unbonded strand, and (iii) side steel plates with stud bolts. The two-span subassemblages were designed as part of an eight-story RC building. Monotonically increasing load was applied at the middle column of the specimens and the force-displacement relationships were plotted. It was observed that the gravity load-resisting specimen failed by fractures of re-bars in the beams. In the other specimens no failure was observed until the maximum displacement capacity of the actuator was reached. Highest strength was observed in the structure with unbonded strand. The test result of the specimen with side steel plates in beam-column joints showed that the force-displacement curve increased without fracture of re-bars. Based on the test results it was concluded that the progressive collapse resisting capacity of a RC frame could be significantly enhanced using unbonded strands or side plates with stud bolts.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제36권3호
• /
• pp.301-319
• /
• 2010

The paper seeks to explore some aspects of the current state of knowledge on progressive collapse in the technical literature covering blast loads and structural analysis procedure applicable to reinforced concrete (RC) buildings. The paper describes the progressive collapse analysis of a commercial RC building located in the city of Riyadh and subjected to different blast scenarios. A 3-D finite element model of the structure was created using LS-DYNA, which uses explicit time integration algorithms for solution. Blast loads were treated as dynamic pressure-time history curves applied to the exterior elements. The inherent shortcomings of notional member removal have been taken care of in the present paper by simulating the damage of structural elements through the use of solid elements with the provision of element erosion. Effects of erosion and cratering are studied for different scenarios of the blast.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제21권2호
• /
• pp.155-164
• /
• 2009

본 논문에서는 용접철골모멘트골조의 비선형 동적 연쇄붕괴 해석을 위해 인장-휨 거동을 반영한 효율적인 병렬 소성힌지를 제안하였다. 본 목적을 위해 재료적/기하학적 비선형 유한요소해석을 이용한 변수연구를 통해 기둥이 손실된 2경간 보의 항복후 휨거동과 모멘트-축인장력 상호작용을 살펴보았다. 유한요소해석결과를 토대로 보의 모멘트-축인장력 상호작용 관계를 일련의 선형으로 근사화한 소성힌지모델을 제안하고, 이를 OpenSees 프로그램에 적용하여 용접철골모멘트골조의 비선형 동적 연쇄붕괴해석을 수행하였다. 비선형 동적 유한요소해석을 통하여 본 연구에서 제안한 힌지모델의 효율성과 정확도를 검증하였다. 또한 본 연구 결과는 연쇄붕괴 해석 및 설계에 적절한 현수작용효과의 포함여부가 중요함을 보여준다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제20권3호
• /
• pp.239-246
• /
• 2007

본 논문에서는 한두 부재의 순간적 결손에 따른 동적 거동을 정적해석을 통하여 합리적이고 효율적으로 해석할 수 있는 등가정적 연쇄붕괴 해석기법을 제시한다. 제시된 기법은 부재 결손에 따른 구조물 강성 변화 및 순간적 결손에 따른 동적거동 확대 효과를 등가의 하중으로 치환한 강성등가하중을 초기 구조물에 적용하여 해석하는 방법으로서 기둥을 하나씩 제거해 가며 반복해석을 수행해야 하는 연쇄붕괴해석 특성에 매우 효율적이면서도 신뢰성이 높은 장점을 갖는다. 제시한 강성등가하중에 의한 해석결과를 시간이력해석결과 및 GSA에 의한 해석결과와 비교한 결과, 휨모멘트, 축력, 및 수직변위 등의 측면에서 GSA에 의한 해석결과에 비해 시간이력해석결과에 상당히 근접하는 결과를 나타냈다. 이를 통해 강성등가 하중에 의한 해석기법이 GSA에 의한 정적해석방법을 대체하는 새로운 정적해석기법으로서 효용성이 있음을 확인하였다.