The primary aim of the present study is to propose new design formulae that can be used to evaluate the structural performance of breakwaters installed on container carriers under green water impact loads. A series of numerical analyses for green water impact loads inducing breakwater collapse have been carried out. The well-known fluid-structure interaction analysis technique has been adopted realistically to consider the phenomenon of green water impact loads. The structural behavior of these breakwaters under green water impact loads has also been carried out simultaneously throughout the transient analysis. A verification study of the numerical results was performed using the actual collapse incidents of breakwaters on container carriers. It would be expected that the proposed design formulae, based on the obtained insights, could be used as practical guidelines for the design of breakwaters on container carriers.
Aim of this paper is to apply to a steel truss bridge a methodology that takes into account the consequences of extreme loads on structures, focusing on the influence that the loss of primary elements has on the structural load bearing capacity. In this context, the topic of structural robustness, intended as the capacity of a structure to withstand damages without suffering disproportionate response to the triggering causes while maintaining an assigned level of performance, becomes relevant. In the first part of this study, a brief literature review of the topics of structural robustness, collapse resistance and progressive collapse takes place, focusing on steel structures. In the second part, a procedure for the evaluation of the structural response and robustness of skeletal structures under impact loads is presented and tested in simple structures. Following that, an application focuses on a case study bridge, the extensively studied I-35W Minneapolis steel truss bridge. The bridge, which had a structural design particularly sensitive to extreme loads, recently collapsed for a series of other reasons, in part still under investigation. The applied method aims, in addition to the robustness assessment, at increasing the collapse resistance of the structure by testing alternative designs.
For the grillage which is common types of structures in marine and land-based structural system, the elastic response and design methods are usually applied. However, plastic analysis and design methods are considered Tn those structures to maintain the structural stability at the limit states. In grillage design, the central intersection point load may be used as a worst loading condition. However, a point load may often move around on the grid system. in such case, the worst load point would not necessarily be at the central point. To investigate the variation of plastic collapse load according to the location of moving load between intersections, the plastic collapse loads are obtained for the three types of grillages with simply-supported ends. From the result of each case, it is confirmed that the worst load point is located between intersections. General formulae related with plastic collapse loads for the three groups of grillages with simply-supported boundaries are derived. Those plastic collapse formulae for the grillages are applied to the design of pontoon deck, and optimum design procedure is illustrated. Consequently, general formulae for the plastic collapse of grillages derived from this study can be easily applied to the plastic analysis and optimum design of similar grillages.
The collapse of structures due to snow loads on roofs occurs frequently for steel structures and rarely for reinforced concrete structures. Since the most significant difference between these structures is related to their ability to handle dead loads, dead loads are believed to play an important part in the collapse of structures by snow loads. As such, the effect of dead loads on displacements and stress couples produced by live loads is presented for plates with different edge conditions. The governing equation of plates that takes into account the effect of dead loads is formulated by means of Hamilton's principle. The existence and effect of dead loads are proven by numerical calculations based on the Galerkin method. In addition, a closed-form solution for simply supported plates is proposed by solving, in approximate terms, the governing equation that includes the effect of dead loads, and this solution is then examined. The effect of dead loads on static live loads can be explained explicitly by means of this closed-form solution. A method that reflects the effects of dead loads on live loads is presented as an example. The present study investigates an additional factor in lightweight roof structural elements, which should be considered due to their recent development.
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.
To ensure that fire induced collapse of a building is prevented it is important to understand the sequence of events that can lead to this event. In this paper, the initiation of collapse mechanisms of generic a multi-storey steel frame subjected to vertical and horizontal travelling fires are analysed computationally by tracking the formation of plastic hinges in the frame and generation of fire induced loads. Both uniform and travelling fires are considered. In total 58 different cases are analysed using finite element software LS-DYNA. For the frame examined with a simple and generic structural arrangement and higher applied fire protection to the columns, the results indicate that collapse mechanisms for singe floor and multiple floor fires can be each split into two main groups. For single floor fires (taking place in the upper floors of the frame (Group S1)), collapse is initiated by the pull-in of external columns when heated beams in end bays go into catenary action. For single floor fires occurring on the lower floors(Group S2), failure is initiated (i.e. ultimate strain of the material is exceeded) after the local beam collapse. Failure in both groups for single floor fires is governed by the generation of high loads due to restrained thermal expansion and the loss of material strength. For multiple floor fires with a low number of fire floors (1 to 3) - Group M1, failure is dominated by the loss of material strength and collapse is mainly initiated by the pull-in of external columns. For the cases with a larger number of fire floors (5 to 10) - Group M2, failure is dominated by thermal expansion and collapse is mainly initiated by swaying of the frame to the side of fire origin. The results show that for the investigated frame initiation of collapse mechanisms are affected by the fire type, the number of fire floors, and the location of the fire floor. The findings of this study could be of use to designers of buildings when developing fire protection strategies for steel framed buildings where the potential for a multifloor fire exists.
Karimiyan, Somayyeh;Moghadam, Abdolreza S.;Karimiyan, Morteza;Kashan, Ali Husseinzadeh
Earthquakes and Structures
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제5권6호
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pp.753-779
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2013
One of the most important issues in progressive collapse mechanism of the buildings is evaluation of the collapse distribution in presence of the earthquake loads. Here, collapse propagation is investigated by tracking down the location and type of the collapsed beam and column elements, from the first element to the entire buildings. 6-story reinforced concrete ordinary moment resisting frame buildings with one directional mass eccentricity of 0%, 5%, 15% and 25% are studied to investigate differences among the progressive collapse mechanism of the regular and irregular buildings. According to the results of the nonlinear time history analyses, there are some patterns to predict progressive collapse scenarios in beam and column elements of the similar regular and irregular buildings. Results also show that collapse distribution patterns are approximately independent of the earthquake records.
Montuori, Rosario;Gabbianelli, Giammaria;Nastri, Elide;Simoncelli, Marco
Steel and Composite Structures
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제32권1호
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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.
Number of studies on the buckling of thin cylindrical pressure vessels, such as submarine pressure hull and pipe with a large ratio of diameter/thickness, have been carried out in the naval and ocean engineering. However, research about thick cylinder pressure vessel has not been active except for the specific application in nuclear area. There are not many papers for the estimation of buckling and ultimate load capacity of thick cylinders for the deep sea usage. Thus, it is important to understand the theoretical bases of the buckling and collapse process and the derivation process of such loads for the proper design and structural analysis. The objective of this study is to survey the collapse behavior, to analyse and clarify the derivation procedure and to estimate the ultimate collapse load for thick cylinder by analyzing relevant books and papers. It is found that the yielding begins at the internal surface of the thick cylinder and plasticity develops from the internal surface to the external surface to generate collapse. Also the initial imperfection of cylinder develops flattening and consequently accelerates buckling and finally ultimate collapse. By comparing the collapse loads of aluminum thick cylinder by applying equations herein, it is shown that the equations analyzed are appropriate to obtain collapse load for thick cylinder.
This paper is to investigate collapse mechanisms of CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)composite tubes and to evaluate collapse characteristics on the change of interlaiminar number and ply orientation angle of outer under static and impact axial compression loads. When a CFRP composite tube is crushed, static/impact energy is consumed by friction between the loading plate and the splayed fronds of the tube, by fracture of the fibers, matrix and their interface. These are associated with the energy absorption capability. In general, CFRP tube with 6 interlaminar number(C-type), absorbed more energy than other tubes(A, B, D-types). The maximum collapse load seemed to increase as the interlaminar number of such tubes increases. The collapse mode depended upon orientation angle of outer of CFRP tubes and loading status(static/impact). Typical collapse modes of CFRP tubes are wedge collapse mode, splaying collapse mode and fragmentation collapse mode. The wedge collapse mode was shown in case of CFRP tubes with 0° orientation angle of outer under static and impact loadings. The splaying collapse mode was shown in only case of CFRP tubes with 90°orientation angle of outer under static loadings, however in Impact tests those were collapsed in fragmentation mode .
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[게시일 2004년 10월 1일]
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