Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.5
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pp.429-437
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2008
In this study the progressive collapse potential of braced frames were investigated using the nonlinear static and dynamic analyses. All of nine different brace types were considered along with a special moment-resisting frame for comparison. According to the pushdown analysis results, most braced frames designed per current design codes satisfied the design guidelines for progressive collapse initiated by loss of a first story mid-column; however most model structures showed brittle failure mode. This was caused by buckling of columns after compressive braces buckled. Among the braced frames considered, the inverted- V type braced frames showed superior ductile behavior during progressive collapse. The nonlinear dynamic analysis results showed that all the braced frame model structures remained in stable condition after sudden removal of a column, and their deflections were less than that of the moment-resisting frame.
When the vertical load-bearing members in high-rise structures fail locally, the beam-column joints play an important role in the redistribution of the internal forces. In this paper, a static laboratory test of three full-scale flush flange beam-reinforced connections with side and cover plates (CP-FBSP connection) with double half-span steel beams and single L-shaped columns composed of concrete-filled steel tubes (L-CFST columns) was conducted. The influence of the side plate width and cover plate thickness on the progressive collapse resistance of the substructure was thoroughly analyzed. The failure mode, vertical force-displacement curves, strain variation, reaction force of the pin support and development of internal force in the section with the assumed plastic hinge were discussed. Then, through the verified finite element model, the corresponding analyses of the thickness and length of the side plates, the connecting length between the steel beam flange and cover plate, and the vertical-force eccentricity were carried out. The results show that the failure of all the specimens occurred through the cracking of the beam flange or the cover plate, and the beam chord rotations measured by the test were all greater than 0.085 rad. Increasing the length, thickness and width of the side plates slightly reduced the progressive collapse resistance of the substructures. The vertical-force eccentricity along the beam length reduced the progressive collapse resistance of the substructure. An increase in the connecting length between the beam flange and cover plate can significantly improve the progressive collapse resistance of substructures.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.569-576
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2011
In this paper a new analysis procedure for evaluation of progressive collapse resisting capacity of a structure was proposed based on the nonlinear static analysis procedure. The proposed procedure produces analysis results identical to those obtained by the linear static analysis procedure specified in the GSA guidelines without iteration, therefore saving a lot of computation time and excluding the possibility of human errors during the procedure. To verify the validity of the proposed procedure, the two methods were applied to the analysis of a reinforced concrete moment frame and a steel braced frame subjected to loss of a first story column and the results were compared. According to the analysis results, the two methods produce identical results in the prediction of progressive collapse and the hinge formation. As iterative analysis is not required in the proposed method, significant amount of analysis time is saved in the proposed analysis procedure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.3
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pp.211-216
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2008
Recently a lot of researches have been conducted on the progressive collapse of structures which is the total collapse of structures initiated by localized damage. Most of the previous studies on the field of progressive collapse have followed deterministic approach without considering uncertainty involved in design variables, which results in unknown reliability of the analysis results. In this study the sensitivity analyses are carried out with design variables such as yield strength, live load, damping ratio, and elastic modulus on the vertical deflection of the joint from which a column is suddenly removed. The Monte Calro simulation, tornado diagram method, and the first order second moment method(FOSM) are applied for the sensitivity study. According to the nonlinear static analysis results, the vertical deflection is most affected by the variation of yield strength of beams. The nonlinear dynamic analyses show that the behaviour of model structures is highly sensitive to variation of the yield strength of beams and the structural damping ratio.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.2
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pp.19-28
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2018
The progressive collapse resistance performance of a steel structure constructed using the moment frame with the WUF-B connection and the composite slabs was evaluated. GSA 2003 was adapted for the evaluation. Additionally the structural robustness and the sensitivity against the progressive collapse were analyzed. In the numerical analysis, a reduced model comprised of the beam and spring elements for WUF-B connection was adapted. The composite slab was modeled using the composite-shell element. Instead of the time-consuming dynamic analysis for the effect of the sudden column removal, the equivalent energy-based static analysis was effectively applied. The analysis results showed that the structure was the most vulnerable to in the case of the internal column removal, however it satisfied the chord rotation criterion of GSA 2003 due to the contribution of the composite slab which improved the stiffness of structure. In the robustness evaluation, the structural performance showed more than 2.5 times of the requirement according to GSA 2003, and the structural sensitivity analysis indicated the decrease of 33% of the initial structural performance.
In this study, a new empirical method is presented to obtain Dynamic Increase Factor (DIF) in nonlinear static analysis of structures against sudden removal of a gravity load-bearing element. In this method, DIF is defined as a function of minimum ratio of difference between maximum moment capacity ($M_u$) and moment demand ($M_d$) to plastic moment capacity ($M_p$) under unamplified gravity loads of elements. This function determines the residual strength of a damaged building before amplified gravity loads. For each column removal location, a nonlinear dynamic analysis and a step-by-step nonlinear static analysis are carried out and the modified empirical DIF formulas are derived, which correspond to the ratio min $[(M_u-M_d)/M_p]$ of beams in the bays immediately adjacent to the removed column, and at all floors above it. Therefore, the new DIF can be used with nonlinear static analysis instead of nonlinear dynamic analysis to assess the progressive collapse potential of a moment frame structure. The proposed DIF formulas can estimate the real residual strength of a structure based on critical member.
This study focuses on a novel procedure for the robustness assessment of reinforced concrete (RC) framed structures under threat-independent damage scenarios. The procedure is derived from coupled dynamic and non-linear static analyses. Two robustness indicators are defined and the method is applied to two RC frame buildings. The first building was designed for gravity load and earthquake resistance in accordance with Eurocode 8. The second was designed according to the tie force (TF) method, one of the design quantitative procedures for enhancing resistance to progressive collapse. In addition, in order to demonstrate the suitability and applicability of the TF method, the structural robustness and resistance to progressive collapse of the two designs is compared.
Kim, Sung-Hyun;Kang, Joon-Hee;Hwang, Hyeon-Jong;Choi, Ha-Jin;Kang, Su-Min
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.6
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pp.417-426
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2021
Recently, use of the precast concrete (PC) system, which can increase economy by minimizing field work, has rapidly increased. However, the PC system cannot exhibit structural performance under construction, specifically before integration between members. Furthermore, since it is difficult to secure the structural integrity of beam-column joints even after construction, the PC system is vulnerable to progressive collapse. In the PC system, various types of details for PC beam-column joints have been proposed, while the structural/construction details of PC system generally used in Korea differ from those of overseas PC systems. However, studies on the progressive collapse of the domestic PC system are limited. Thus, in this study, we investigated the structural/construction details of PC beam-column joints mainly used in Korea. Based on the investigation, for the prototype PC system with typical joint details, a nonlinear finite element analysis was carried out to evaluate its structural performance under progressive collapse. Further, a parametric study was performed, and the effect of the design parameters was investigated, to recommend a method to improve the progressive collapse resistance of the PC system.
In this paper, internal blast effect of reinforced concrete core structure were investigated using Ansys Autodyn, which is a specialized hydrocode for the analysis of explosion and impact. It is expected that internal blast case can give additional damage to the structure because it causes rebound of blast loads. Therefore, in this paper, the hazard of internal blast effect is demonstrated using UFC 3-340-02 criteria. In addition, analysis result of Autodyn, experimental result regarding rebound of blast load, and example of UFC 340-02 are compared to verify that Autodyn can analyze internal blast effect properly. Furthermore, progressive collapse mechanism of core structure which is one of the most important parts in high rise buildings is also analyzed using Autodyn. When internal blasts are loaded to core structure, the core structure is mostly damaged on its corner and front part of core wall from explosives. Therefore, if the damaged parts of core wall are demolished, progressive collapse of the core structure can be initiated.
The occurrence of progressive collapse induced by the removal of the vertical load-bearing element in the structure, because of fire or earthquake, has been a significant challenge between structural engineers. Progressive collapse is defined as the complete failure or failure of a part of the structure, initiating with a local rupture in a part of the building and can threaten the stability of the structure. In the current study, the behavior of the structures equipped with a cylindrical friction damper, when the vertical load-bearing elements are eliminated, is considered in two cases: 1-The load-bearing element is removed under the gravity load, and 2-The load-bearing element is removed due to the earthquake lateral forces. In order to obtain a generalized result in the seismic case, 22 pair motions presented in FEMA p 695 are applied to the structures. The study has been conducted using the vertical push down analysis for the case (1), and the nonlinear time-history analysis for the second case using OpenSEES software for 5,10, and 15-story steel frames. Results indicate that, in the first case, the load coefficient, and accordingly the strength of the structure equipped with cylindrical friction dampers are increased considerably. Furthermore, the results from the second case demonstrate that the displacements, and consequently the forces imposed to the structure in the buildings equipped with the cylindrical friction damper substantially was reduced. An optimum slip load is defined in the friction dampers, which permits the damper to start its frictional damping from this threshold load. Therefore, the optimum slip load of the damper is calculated and discussed for both cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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