In underground retreating longwall coal mining, hard roof collapse is one of the most challenging safety problems for mined-out areas. Identifying precursors for hard roof collapse is of great importance for the development of warning systems related to collapse geohazards and ground control. In this case study, the Xinhe mine was chosen because it is a standard mine and the minable coal seam usually lies beneath hard strata. Real-time monitoring of hard roof collapse was performed in longwall face 5301 of the Xinhe mine using support resistance and microseismic (MS) monitoring; five hard roof collapse cases were identified. To reveal the characteristics of MS activity during hard roof collapse development and to identify its precursors, the change in MS parameters, such as MS event rate, energy release, bursting strain energy, b value and the relationships with hard roof collapse, were studied. This research indicates that some MS parameters showed irregularity before hard roof collapse. For the Xinhe coalmine, a substantial decrease in b value and a rapid increase in MS event rate were reliable hard roof collapse precursors. It is suggested that the b value has the highest predictive sensitivity, and the MS event rate has the second highest.
Purpose: In this study, the safety management method supplementing the field displacement prediction management technique was performed using the numerical analysis. Method: The analysis was performed using MIDAS GTS / NX program based on the finite element method (FEM). Approximating the displacement data and displacement trend as close as possible to the collapse site, the collapse prevention method was applied after estimating the cause of collapse. Result: The cause of the collapse was estimated by soil parametar, one of the results obtained by performing the Back-analysis. As a result, it was confirmed that the free length of the anchor was insufficient, and the free length of the anchor was changed by the collapse prevention method, and the displacement was significantly reduced. Conclusion: If Back-analysis technique is used in field management, estimating the cause of collapse and suggesting a reasonable collapse prevention measure will help to reduce collase.
Maddah, Mohammad M.;Eshghi, Sassan;Garakaninezhad, Alireza
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.5
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pp.667-678
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2022
Moment-resisting frames (MRFs) are among the most conventional steel structures for mid-rise buildings in many earthquake-prone cities. Here, a simplified performance-based methodology is proposed for the seismic collapse capacity assessment of these buildings. This method employs a novel multi-mode pushover analysis to determine the engineering demand parameters (EDPs) of the regular steel MRFs up to the collapse prevention (CP) performance level. The modal combination coefficients used in the proposed pushover analysis, are obtained from two metaheuristic optimization algorithms and a fitting procedure. The design variables for the optimization process are the inter-story drift ratio profiles resulting from the multi-mode pushover analyses, and the objective values are the outcomes of the incremental dynamic analysis (IDA). Here, the collapse capacity of the structures is assessed in three to five steps, using a modified IDA procedure. A series of regular mid-rise steel MRFs are selected and analyzed to calculate the modal combination coefficients and to validate the proposed approach. The new methodology is verified against the current existing approaches. This comparison shows that the suggested method more accurately evaluates the EDPs and the collapse capacity of the regular MRFs in a robust and easy to implement way.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.4
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pp.209-220
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2012
Post-earthquake fire (PEF) can lead to a rapid collapse of buildings that have been partially damaged as a result of a prior earthquake. Almost all standards and codes for the design of structures against earthquake ignore the risk of PEF, and thus buildings designed using those codes could be too weak when subjected to a fire after an earthquake. An investigation based on sequential analysis inspired by FEMA356 is performed here on the immediate occupancy (IO), life safety (LS) and collapse prevention (CP) performance levels of two portal frames, after they are pushed to arrive at a certain level of displacement corresponding to the mentioned performance level. This investigation is followed by a fire analysis of the damaged frames, examining the time taken for the damaged frames to collapse. As a point of reference, a fire analysis is also performed for undamaged frames and before the occurrence of earthquake. The results indicate that while there is minor difference between the fire resistances of the fire-alone situation and the frames pushed to the IO level of performance, a notable difference is observed between the fire-alone analysis and the frames pushed to arrive at LS and CP levels of performance and exposed to PEF. The results also show that exposing only the beams to fire results in a higher decline of the fire resistance, compared to exposing only the columns to fire. Furthermore, the results show that the frames pushed to arrive at LS and CP levels of performance collapse in a global collapse mode laterally, whereas at the IO level of performance and fire-alone situation, the collapse mechanism is mostly local through the collapse of beams. Whilst the investigation is conducted for a certain class of portal frames, the results confirm the need for the incorporation of PEF into the process of analysis and design, and provide some quantitative measures on the level of associated effects.
Park, Jin-Young;Kim, Seo-Yeon;Hong, Suk-Jae;Kim, Hyung-Joon
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.249-257
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2015
The KBC2009 first introduces the requirements about vertical unbalanced forces into the design for steel ordinary concentrically braced frames(steel OCBFs), which forces them to easily meet the target seismic performance, called as the life safety performance objective under design based earthquakes(DBEs) pursuing in the KBC2009. However, there is little information on the effects of vertical unbalanced forces to the collapse prevention performance objective under maximum considered earthquakes(MCEs) which is another target seismic performance level implicitly prescribed in ASCE 7-10. It is valuable that the collapse capacities of steel OCBFs designed according to the KBC2009 are investigated. In this paper, the collapse modes of inverted V shaped steel OCBFs excited by MCEs are investigated. The prototype buildings of 5 story steel OCBFs are designed with different site conditions and three types of unbalanced forces are considered in the design stages. The prototype buildings are evaluated their seismic performances and collapse modes by nonlinear static analyses and nonlinear dynamic analyses. Analysis results show that the unbalanced forces significantly affect the seismic performance of the prototype buildings and proper considerations of unbalanced forces are required to achieve the desirable collapse mode and the collapse prevention performance objective.
The near-collapse performance limit is defined as the deformation at the 20% drop of maximum base shear in the decreasing region of the pushover curve for ductile framed buildings. Although monotonic pushover analysis is preferred due to the simple application procedure, this analysis gives rise to overestimated results by neglecting the cumulative damage effects. In the present study, the acceptabilities of monotonic and cyclic pushover analysis results for the near-collapse performance limit state are determined by comparing with Incremental Dynamic Analysis (IDA) results for a 5-story Reinforced Concrete framed building. IDA is performed to obtain the collapse point, and the near-collapse drift ratios for monotonic and cyclic pushover analysis methods are obtained separately. These two alternative drift ratios are compared with the collapse drift ratio. The correlations of the maximum tensile and compression strain at the base columns and beam plastic rotations with interstory drift ratios are acquired using the nonlinear time history analysis results by the simple linear regression analyses. It is seen that these parameters are highly correlated with the interstory drift ratios, and the results reveal that the near-collapse point acquired by monotonic pushover analysis causes unacceptably high tensile and compression strains at the base columns, as well as large plastic rotations at the beams. However, it is shown that the results of cyclic pushover analysis are acceptable for the near-collapse performance limit state.
The progressive collapse phenomenon in structures has been interested by civil engineers and the building standards organizations. This is particularly true for the tall and special buildings ever since local collapse of the Ronan Point tower in UK in 1968. When initial or secondary defects of main load carrying elements, overloads or unpredicted loads occur in the structure, a local collapse may be arise that could be distributed through entire structure and cause global collapse. One is not able to prevent the reason of failure as well as the prevention of propagation of the collapse. Also, one is not able to predict the start point of collapse. Therefore we should generalize design guides to whole or the part of structure based on the risk analysis and use of load carrying elements removal scenario. There are some new guides and criteria for elements and connections to be designed to resist progressive collapse. In this paper, codes and recommendations by various researchers are presented, classified and compared for steel structures. Two current design methods are described in this paper and some retrofitting methods are summarized. Finally a steel building with special moment resistant frame is analyzed as a case study based on two standards guidelines. This includes consideration of codes recommendations. It is shown that progressive collapse potential of the building depends on the removal scenario selection and type of analysis. Different results are obtained based on two guidelines.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.34
no.1
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pp.19-28
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1985
As is well known, the power equations of the N-node system have 2N-1 voltage solutions at most. The vlotage solutions are characterized by the introduction of the mode concept in this paper. There are two mode voltages at one node. One is defined as the (+) mode voltage and the other is defined as the (-) mode one. In this paper, we show that the (-) mode voltage responds to the increase of the power condenser almost adversly to the response of the (+) one. We study how to prevent the voltage collapse in the system with the induction motor load. The critical values of the gain and the time constant in case of the continuous power condenser control, and of the unit power condenser and the closing time delay in case of the discontinuous control for the prevention of the voltage collapse, are calculated. The effect of the composition ratio of the impedance load to the induction moter load on the above critical values are also investigated.
In this paper, the incremental nonlinear dynamic analysis is used to evaluate the seismic performance of steel moment frame structures. To this purpose, three special moment frame structure with 5, 10 and 15 stories are designed according to the Iran's national building code for steel structures and the provisions for design of earthquake resistant buildings (2800 code). Incremental Nonlinear Analysis (IDA) is performed for 15 different ground motions, and responses of the structures are evaluated. For the immediate occupancy and the collapse prevention performance levels, the probability that seismic demand exceeds the seismic capacity of the structures is computed based on FEMA350. Also, fragility curves are plotted for three high-code damage levels using HASUS provisions. Based on the obtained results, it is evident that increase in the height of the frame structures reduces the reliability level. In addition, it is concluded that for the design earthquake the probability of exceeding average collapse prevention level is considerably larger than high and full collapse prevention levels.9.
Progressive building collapse occurs when failure of a structural component leads to the failure and collapse of surrounding members, possibly promoting additional failure. Global system collapse will occur if the damaged system is unable to reach a new static equilibrium configuration. The most common type of primary failure which led to the progressive collapse phenomenon, is the sudden removal of a column by various factors. In this study, a method is proposed to prevent progressive collapse phenomena in structures subjected to removal of a single column. A vierendeel peripheral frame at roof level is used to redistribute the removed column's load on other columns of the structure. For analysis, quasi-static approach is used which considers various load combinations. This method, while economically affordable is easily applicable (also for new structures as well as for existing structures and without causing damage to their architectural requirements). Special emphasis is focused on the evolution of vertical displacements of column removal point. Even though additional stresses and displacements are experienced by removal of a structural load bearing column, the proposed method considerably reduces the displacement at the mentioned point and prevents the collapse of the structural frame.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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