The capacity of pipelines to resist collapse under external pressure and bending moment is a major aspect of deepwater pipeline design. Existing design codes present interaction equations that quantify pipeline capacities under such loadings, although reasonably accurate, are based on empirical data fitting of the bending strain, and assumed simplistic interaction with external pressure collapse. The rational model for collapse of deepwater pipelines, which are relatively thick with a diameter-to-thickness ratio less than 40, provides a unique theoretical basis since it is derived from first principles such as force equilibrium and compatibility equations. This paper presents the rational model methodology and compares predicted results and recently published full scale experimental data on the subject. Predictive capabilities of the rational model are shown to be excellent. The methodology is extended for the problem of pipeline collapse under point load, longitudinal bending and external pressure. Due to its rational derivation and excellent prediction capabilities, it is recommended that design codes adopt the rational model methodology.
Joshi, Digesh D.;Patel, Paresh V.;Rangwala, Husain M.;Patoliya, Bhautik G.
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.235-248
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2020
Progressive collapse in a structure occurs when load bearing members are failed and the adjoining structural elements cannot resist the redistributed forces and fails subsequently, that leads to complete collapse of structure. Recently, construction using precast concrete technology is adopted increasingly because it offers many advantages like faster construction, less requirement of skilled labours at site, reduced formwork and scaffolding, massive production with reduced amount of construction waste, better quality and better surface finishing as compared to conventional reinforced concrete construction. Connections are the critical elements for any precast structure, because in past, major collapse of precast structure took place because of connection failure. In this study, behavior of four different precast wet connections with U shaped reinforcement bars provided at different locations is evaluated. Reduced 1/3rd scale precast beam column assemblies having two span beam and three columns with removed middle column are constructed and examined by performing experiments. The response of precast connections is compared with monolithic connection, under column removal scenario. The connection region of test specimens are filled by cast-in-place micro concrete with and without polypropylene fibers. Performance of specimen is evaluated on the basis of ultimate load carrying capacity, maximum deflection at the location of removed middle column, crack formation and failure propagation. Further, Finite element (FE) analysis is carried out for validation of experimental studies and understanding the performance of structural components. Monolithic and precast beam column assemblies are modeled using non-linear Finite Element (FE) analysis based software ABAQUS. Actual experimental conditions are simulated using appropriate boundary and loading conditions. Finite Element simulation results in terms of load versus deflection are compared with that of experimental study. The nonlinear FE analysis results shows good agreement with experimental results.
To elucidate the differences in the collapse behavior between a single-story beam-column assembly and multi-story frame, two 1/3-scale two-bay composite frames, including a single-story composite beam-column assembly and a three-story composite sub-frame, were designed and quasi-statically tested. The load-displacement responses, failure modes, and internal force development of the two frames were analyzed and compared in detail. Furthermore, the resistance mechanisms of the two specimens were explored, and the respective contributions of different load-resisting mechanisms to the total resistances were quantitatively separated to gain deeper insights. The experimental tests indicated that Vierendeel action was present in the two-dimensional multi-story frames, which led to an uneven internal force distribution among the three stories. The collapse resistance of TSDWA-3S in the flexural stage was not significantly increased by the structural redundancy provided by the additional story, as compared to that of TSDWA-1S. Although the development of the load response was similar in the two specimens at flexural stage, the collapse mechanisms of the multi-story composite frame were much more complicated than those of the single-story beam-column assembly, and the combined action between stories was critical in determining the internal force redistribution and rebalancing of the remaining structure.
Zheng Tan;Wei-hui Zhong;Bao Meng;Li-min Tian;Yao Gao;Yu-hui Zheng;Hong-Chen Wang
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.107-122
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2024
Following an internal column failure, adjacent double-span beams above the failed column will play a critical role in the load transfer and internal force redistribution within the remaining structure, and the span-to-depth ratios of double-span beams significantly influence the structural resistance capacity against progressive collapse. Most existing studies have focused on the collapse-resistant performances of single-story symmetric structures, whereas limited published works are available on the collapse resistances of multi-story steel frames with unequal spans. To this end, in this study, numerical models based on shell elements were employed to investigate the structural behavior of multi-story steel frames with unequal spans. The simulation models were validated using the previous experimental results obtained for single- and two-story steel frames, and the load-displacement responses and internal force development of unequal-span three-story steel frames under three cases were comprehensively analyzed. In addition, the specific contributions of the different mechanism resistances of unequal-span, double-span beams of each story were separated quantitatively using the energy equilibrium theory, with an aim to gain a deeper level of understanding of the load-resistance mechanisms in the unequal-span steel frames. The results showed that the axial and flexural mechanism resistances were determined by the span ratio and linear stiffness ratio of double-span beams, respectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.1
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pp.19-26
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2012
In this study the progressive collapse behavior of a moment frame with infill steel panels is evaluated using nonlinear static pushdown analysis. The analysis model is a two story two span structure designed only for gravity load, and the load-displacement relationship is obtained with the center column removed. To obtain local stress and strain as well as the global structural behavior, finite element analysis is conducted using ABACUS. Through the analysis the effect of the span length and the thickness of the steel plate on the progressive collapse behavior of the structure is investigated, and the effect of the dividing the infill panel using stud columns is also studied. According to the analysis results, the thickness of the panels required to prevent progressive collapse increases as the span length increases, and as the number of panel division increases the progressive collapse resisting capacity increases slightly but the effect is not significant. It is also observed that when the infill panel is installed in only a part of the span the progressive collapse resisting capacity is somewhat increased.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.650-654
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1995
In this study, in order to measure energy-absorbing charactistics in collapse test of CFRP thin-walled laminates and interpretate the cause of decreasing age when collapse test is carried out under the environments of high temperatures and hygrothermals, the moisture absorbing behavior according to the variety of orientation angel is observed and collapse characteristics is compared with the influence of high temperatures and hygrothermals. Especially, we supposed to clearly understand reationship between collapse characteristics in proportion to the variety of orientation angel and moisture absorbing. The value of the maximum loading, mean loading,rate of energy absorption energy per unit volume and mass in CFRP thin-walled laminates on the high temperatures and hygrothermals is measured lower than under no moisture absorbing. The maximum collapse loading in dynamic impact test is taken measurement lower than in static collapse test regarding compared with collapse characteristics conformity with the variety of the CFRP circular laminates in high temperatures and hygrothermals. But the absorbed energy per unit mass and volume is almost same and the biggest amount of energy is shown in the CFRP circular laminates with orientation angel of 15 .deg.. Therefore, in the case of use to CFRP circular laminates with axisymmetric mode, CFRP thin-walled structal members with orientation angel of 10 .deg. , 15 . deg. are generally useful.
Limit analysis of upper and lower bound solutions has been well developed to provide the stability numbers for shallow tunnels in cohesive soil ($c_u$ material), cohesive-frictional soil (c'-$\phi$' material) and cohesionless soil ($\phi$'material). However, an extension of these methods to relatively deep circular tunnels in the cohesionless soil has been explored rarely to date. For this reason, the closed-form analytical solutions including lower bound solution based on the stress discontinuity concept and upper bound solution based on the kinematically admissible failure mechanism were proposed for assessing tunnel collapse load in this study. Consequently, the tunnel collapse load from those solutions was compared with both the finite element analysis and the previous analytical bound solutions and shown to be in good agreement with the FE results, in particular with the FE soil elements located on the horizontal tunnel axis.
In this paper, experimental investigation into the behavior of reinforced concrete (RC) columns tested under large lateral displacement with four different types of loading arrangements is presented. Each loading arrangement has a different system for controlling the consistency of the loading condition. One of the loading arrangements used three units of link mechanism to control the parallelism of the top and bottom stub of column during testing, and the remaining employed eight hydraulic jacks for the same purpose. The loading systems condition used in this investigation were similar to the actual case in a moment-resisting frame where the tested column was displaced in a double curvature. Ten model column specimens, divided into four series were prepared. Two columns were tested monotonically until collapse, and unless failure took place at an earlier stage of loading, the remaining eight columns were tested under cyclic loading. Test results indicated that the proposed system to keep the top and bottom stubs parallel during testing performed well.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.5
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pp.195-201
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2000
The fundamental spot welded sections of automobiles (hat-shaped and double hat-shaped sections) absorb most of the energy in a front impact collision. The sections of various thickness, shape and weld width on the flange lave been tested on axial impact crush load (Mass 40kg, Velocity 7.19m/sec) using a vertical air pressure crash est device Characteristics of impact collapse have been reviewed and a structure of optimal energy absorbing capacity is suggested.
Orlando, Maurizio;Lavacchini, Giovanni;Ortolani, Barbara;Spinelli, Paolo
Steel and Composite Structures
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v.24
no.2
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pp.201-211
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2017
This study evaluates the reliability of present European codes in predicting the collapse load of columns made with perforated cold-formed steel (CFS) profiles under combined axial load and bending. To this aim, a series of experimental tests on slender open-section specimens have been performed at varying load eccentricity. Preliminarily, stub column tests have also been performed to calculate the effective section properties of the investigated profile. By comparison of experimental data with code-specified M-N strength domains, the authors demonstrate that present code formulations may underestimate the collapse load of thin-walled perforated open sections. The study is the first step of a wider experimental and numerical study aimed at better describing strength domains of perforated CFS open sections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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