It was shown in the previous study (Lee and Bertero 1993) that incremental collapse can lead to the exhaustion of the plastic rotation capacity at critical regions in a structure when subjected to the number of load cycles and load intensities as expected during maximum credible earthquakes and that this type of collapse can be predicted using the shakedown analysis technique. In this study, a minimum-weight design methodology, which takes into account not only the prevention of this incremental collapse but also the requirements of the serviceability limit states, is proposed by using the shakedown analysis technique and a nonlinear programming algorithm (gradient projection method).
Sarmasti, Hadi;Abedi, Karim;Chenaghlou, Mohammad Reza
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.509-522
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2020
Wind load is the principal cause for a large number of the collapse of transmission lines around the world. The transmission line is traditionally designed for wind load according to a linear equivalent method, in which dynamic effects of wind are not appropriately included. Therefore, in the present study, incremental dynamic analysis is utilized to investigate the stability behavior of a 400 kV transmission line under wind load. In that case, the effects of vibration of cables and aerodynamic damping of cables were considered on the stability behavior of the transmission line. Superposition of the harmonic waves method was used to calculate the wind load. The corresponding wind speed to the beginning of the transmission line collapse was determined by incremental dynamic analysis. Also, the effect of the yawed wind was studied to determine the critical attack angle by the incremental dynamic method. The results show the collapse mechanisms of the transmission line and the maximum supportable wind speed, which is predicted 6m/s less than the design wind speed of the studied transmission line. Based on the numerical modeling results, a retrofitting method has been proposed to prevent failure of the tower members under design wind speed.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.40
no.2
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pp.140-147
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1998
Since a structure carries out its given functions and purposes while it is always resisting against the external load, the capacity of the resistance in the structure within the range that will not collapse the structure itself becomes the important factor in the design of the structures. Therefore, many suggestions were proposed and noted for determining method of the collapse load. Some of the methods from the suggestions have been commonly used due to the considerations on their distinctive advantages such as the compactness of the conceptions and the convenience in the computation. However, in case when the variation becomes huge in the materials and load, the results would carry(have or contain) many uncertain elements. On the other hand, load incremental method which regards the characteristics of the probability must be more attainable method even though it might complicate the calculation. This study intends to develop a finite element model that uses the probabilistic load incremental method to estimate the collapse load, and also to compare the result of the analysis with the linear load incremental method and Turkstra's Rule.
For the collapse of structures due to the variable repeated load, two types of collapse mechanisms, i.e., incremental collapse and alternating plasticity, exist. Under the similar variable repeated loading conditions there exists shakedown state in the structures. In shakedown state, the number of plastic hinges are not increased and all further loading will be resulted in the elastic moment changes. Namely, under the shakedown state, structures do not collapse. In this investigation, shakedown analysis are performed by composing new computer programs. Basic theories employed to compose the programs are as follows. 1. Newton-Raphson methods are added to the existing matrix method for the plastic analysis. 2. An effort to construct the stiffness of axial and bending springs attached at both ends of the member has been made. By using the programs developed, it is possible to anticipate the collapse mechanisms (Incremental collapse, alternating plasticity). Lastly for the verification of performance of the program, demonstration examples have been solved and the results are compared with other sources.
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.
This article presents a comparative analysis of seismic behavior in steel-beam reinforced concrete column (RCS) frames versus steel and reinforced concrete frames. The study evaluates the seismic response and collapse behavior of RCS frames of varying heights through nonlinear modeling. RCS, steel, and reinforced concrete special moment frames are considered in three height categories: 5, 10, and 20 stories. Two-dimensional frames are extracted from the three-dimensional structures, and nonlinear static analyses are conducted in the OpenSEES software to evaluate seismic response in post-yield regions. Incremental dynamic analysis is then performed on models, and collapse conditions are compared using fragility curves. Research findings indicate that the seismic intensity index in steel frames is 1.35 times greater than in RCS frames and 1.14 times greater than in reinforced concrete frames. As the number of stories increases, RCS frames exhibit more favorable collapse behavior compared to reinforced concrete frames. RCS frames demonstrate stable behavior and maintain capacity at high displacement levels, with uniform drift curves and lower damage levels compared to steel and reinforced concrete frames. Steel frames show superior strength and ductility, particularly in taller structures. RCS frames outperform reinforced concrete frames, displaying improved collapse behavior and higher capacity. Incremental Dynamic Analysis results confirm satisfactory collapse capacity for RCS frames. Steel frames collapse at higher intensity levels but perform better overall. RCS frames have a higher collapse capacity than reinforced concrete frames. Fragility curves show a lower likelihood of collapse for steel structures, while RCS frames perform better with an increase in the number of stories.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.3
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pp.54-62
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1998
In this study, collapse behavior of frame composed of thin-walled rectangular tube is investigated. Considering the collapse of frame, the bending and compression members undergo large deformation. The stiffness of the compound element is obtained from analytical moment-rotation relationship and approximated load-deflection relationsh- ip of thin-walled rectangular tube. A computer program is developed for the large deformation analysis of frame. An incremental displacement method is used in the program and at each incremental stage, the stiffness matrix of the total structure is checked with the state of each element for bending and compression.
In this research the effect of seismic design level as a practical approach for progressive collapse mitigation and reaching desired structural safety against it in seismically designed concentric braced frame buildings was investigated. It was achieved by performing preliminary and advanced progressive collapse analysis of several split-X braced frame buildings, designed for each seismic zone according to UBC 97 and by applying various Seismic Load Factors (SLFs). The outer frames of such structures were studied for collapse progression while losing one column and connected brace in the first story. Preliminary analysis results showed the necessity of performing advanced element loss analysis, consisting of Vertical Incremental Dynamic Analysis (VIDA) and Performance-Based Analysis (PBA), in order to compute the progressive collapse safety of the structures while increasing SLF for each seismic zone. In addition, by sensitivity analysis it became possible to introduce the equation of structural safety against progressive collapse for concentrically braced frames as a function of SLF for each seismic zone. Finally, the equation of progressive collapse safety as a function of bracing member capacity was presented.
The main objective of seismic codes is to prevent structural collapse and ensure life safety. Collapse probability of a structure is usually assessed by making a series of analytical model assumptions. This paper investigates the effect of finite element modeling (FEM) assumptions on the estimated collapse capacity of a reinforced concrete (RC) frame building and points out the modeling limitations. Widely used element formulations and hysteresis models are considered in the analysis. A full-scale, three-story RC frame building was utilized as the experimental model. Alternative finite element models are established by adopting a range of different modeling strategies. Using each model, the collapse capacity of the structure is evaluated via Incremental Dynamic Analysis (IDA). Results indicate that the analytically estimated collapse capacities are significantly sensitive to the utilized modeling approaches. Furthermore, results also show that models that represent stiffness degradation lead to a better correlation between the actual and analytical responses. Results of this study are expected to be useful for in developing proper models for assessing the collapse probability of RC frame structures.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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