In this study, a probabilistic framework of the damage assessment of pipelines subjected to extreme hazard scenario was developed to mitigate the risk and enhance design reliability. Nonlinear 3D finite element models of T-joint systems were developed based on experimental tests with respect to leakage detection of black iron piping systems, and a damage assessment analysis of the vulnerability of their components according to nominal pipe size, coupling type, and wall thickness under seismic wave propagations was performed. The analysis results showed the 2-inch schedule 40 threaded T-joint system to be more fragile than the others with respect to the nominal pipe sizes. As for the coupling types, the data indicated that the probability of failure of the threaded T-joint coupling was significantly higher than that of the grooved type. Finally, the seismic capacity of the schedule 40 wall thickness was weaker than that of schedule 10 in the 4-inch grooved coupling, due to the difference in the prohibition of energy dissipation. Therefore, this assessment can contribute to the damage detection and financial losses due to failure of the joint piping system in a liquid pipeline, prior to the decision-making.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.657-666
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2020
A reliable and cost-effective technique for the development of corrosion damage model is introduced to predict nonlinear time-dependent corrosion wastage of steel structures. A detailed explanation on how to propose a generalised mathematical formulation of the corrosion model is investigated in this paper (Part I), and verification and application of the developed method are covered in the following paper (Part II) by adopting corrosion data of a ship's ballast tank structure. In this study, probabilistic approaches including statistical analysis were applied to select the best fit probability density function (PDF) for the measured corrosion data. The sub-parameters of selected PDF, e.g., the largest extreme value distribution consisting of scale, and shape parameters, can be formulated as a function of time using curve fitting method. The proposed technique to formulate the refined time-dependent corrosion wastage model (TDCWM) will be useful for engineers as it provides an easy and accurate prediction of the 1) starting time of corrosion, 2) remaining life of the structure, and 3) nonlinear corrosion damage amount over time. In addition, the obtained outcome can be utilised for the development of simplified engineering software shown in Appendix B.
The importance of ensuring the inherent safety and security has been more emphasized in recent years to demonstrate the integrity of nuclear facilities under external human-induced events (e.g. aircraft crashes). This work suggests a simulation methodology to effectively evaluate the impact of a commercial aircraft engine onto a dry storage facility. A full-scale engine model was developed and verified by Riera force-time history analysis. A reinforced concrete (RC) structure of a dry storage facility was also developed and material behavior of concrete was incorporated using three constitutive models namely: Continuous Surface Cap, Winfrith, and Karagozian & Case for comparison. Strain-based erosion limits for concrete were suitably defined and the local responses were then compared and analyzed with empirical formulas according to variations in impact velocity. The proposed methodology reasonably predicted such local damage modes of RC structure from the engine missile, and the analysis results agreed well with the calculations of empirical formulas. This research is expected to be helpful in reviewing the dry storage facility design and in the probabilistic risk assessment considering diverse impact scenarios.
Korkmaz, Kasim Armagan;Kayhan, Ali Haydar;Ucar, Taner
Computers and Concrete
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v.12
no.5
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pp.681-695
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2013
In 1999 Marmara and 2011 Van earthquakes in Turkey, majority of the existing buildings either sustained severe damage or collapsed. These buildings include masonry infill walls in both the interior and exterior R/C frames. The material of the masonry infill is the main variant, ranging from natural stones to bricks and blocks. It is demanding to design these buildings for satisfactory structural behavior. In general, masonry infill walls are considered by its weights not by interaction between walls and frames. In this study, R/C buildings with infill walls are considered in terms of structural behavior. Therefore, 5 and 8-story R/C buildings are regarded as the representative models in the analyses. The R/C representative buildings, both with and without infill walls were analyzed to determine the effects of structural behavior change. The differences in earthquake behavior of these representative buildings were investigated to determine the effects of infill walls leading structural capacity. First, pushover curves of the representative buildings were sketched. Aftermath, time history analyses were carried out to define the displacement demands. Finally, fragility analyses were performed. Throughout the fragility analyses, probabilistic seismic assessment for R/C building structures both with and without infill walls were provided. In this study, besides the deterministic assessment methodology, a probabilistic approach was followed to define structural effect of infill walls under seismic loads.
This article details a bridge-specific fragility method developed to enhance the seismic design and resilience of bridges. Current seismic design processes provide guidance for the design of a bridge that will not collapse during a design hazard event. However, they do not provide performance information of the bridge at different hazard levels or due to design changes. Therefore, there is a need for a supplement to this design process that will provide statistical information on the performance of a bridge, beyond traditional emphases on collapse prevention. This article proposes a bridge-specific parameterized fragility method to enable efficient estimation of various levels of damage probability for alternative bridge design parameters. A multi-parameter demand model is developed to incorporate bridge design details directly in the fragility estimation. Monte Carlo simulation and Logistic regression are used to determine the fragility of the bridge or bridge component. The resulting parameterized fragility model offers a basis for a bridge-specific design tool to explore the influence of design parameter variation on the expected performance of a bridge. When used as part of the design process, these tools can help to transform a prescriptive approach into a more performance-based approach, efficiently providing probabilistic performance information about a new bridge design. An example of the method and resulting fragility estimation is presented.
CHOI IN-KlL;KIM MIN KYU;CHOUN YOUNG-SUN;SEO JEONG-MOON
Nuclear Engineering and Technology
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v.37
no.2
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pp.191-200
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2005
Shaking table tests of the seismic behavior of a steel frame structure model were performed. The purpose of these tests was to estimate the effects of a near-fault ground motion and a scenario earthquake based on a probabilistic seismic hazard analysis for nuclear power plant structures. Three representative kinds of earthquake ground motions were used for the input motions: the design earthquake ground motion for the Korean nuclear power plants, the scenario earthquakes for Korean nuclear power plant sites, and the near-fault earthquake record from the Chi-Chi earthquake. The probability-based scenario earthquakes were developed for the Korean nuclear power plant sites using the PSHA data. A 4-story steel frame structure was fabricated to perform the tests. Test results showed that the high frequency ground motions of the scenario earthquake did not damage the structure at the nuclear power plant site; however, the ground motions had a serious effect on the equipment installed on the high floors of the building. This shows that the design earthquake is not conservative enough to demonstrate the actual danger to safety related nuclear power plant equipment.
In this paper, probabilistic seismic performance assessment of a typical non-seismic RC frame building representative of a large inventory of existing buildings in developing countries is conducted. Nonlinear time-history analyses of the sample building are performed with 20 large-magnitude medium distance ground motions scaled to different levels of intensity represented by peak ground acceleration and 5% damped elastic spectral acceleration at the first mode period of the building. The hysteretic model used in the analyses accommodates stiffness degradation, ductility-based strength decay, hysteretic energy-based strength decay and pinching due to gap opening and closing. The maximum inter story drift ratios obtained from the time-history analyses are plotted against the ground motion intensities. A method is defined for obtaining the yielding and collapse capacity of the analyzed structure using these curves. The fragility curves for yielding and collapse damage levels are developed by statistically interpreting the results of the time-history analyses. Hazard-survival curves are generated by changing the horizontal axis of the fragility curves from ground motion intensities to their annual probability of exceedance using the log-log linear ground motion hazard model. The results express at a glance the probabilities of yielding and collapse against various levels of ground motion intensities.
Pressure tubes made of Zr-2.5 wt% Nb alloy are important components consisting reactor coolant pressure boundary of a pressurized heavy water reactor, in which unanticipated through-wall cracks and rupture may occur due to a delayed hydride cracking (DHC). The Canadian Standards Association has provided deterministic and probabilistic structural integrity evaluation procedures to protect pressure tubes against DHC. However, intuitive understanding and subsequent assessment of flaw behaviors are still insufficient due to complex degradation mechanisms and diverse influential parameters of DHC compared with those of stress corrosion cracking and fatigue crack growth phenomena. In the present study, a deterministic flaw assessment program was developed and applied for systematic integrity assessment of the pressure tubes. Based on the examination results dealing with effects of flaw shapes, pressure tube dimensional changes, hydrogen concentrations of pressure tubes and plant operation scenarios, a simple and rough method for effective cooldown operation was proposed to minimize DHC risks. The developed deterministic assessment program for pressure tubes can be used to derive further technical bases for probabilistic damage frequency assessment.
In this paper, a new intensity measure of earthquakes for probabilistic seismic analysis is presented for skewed highway bridges. Three different cases of skewed bridges with different skew angles ($0^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$) are considered. Well-known intensity measures (e.g., PGA, $S_a$) are evaluated and critically discussed based on sensitivity analysis: efficiency, practically, proficiency and sufficiency of intensity measures are considered in detail. The analyses demonstrated that the intensity measures have to take into account structural acceleration on a wide range of periods so that a new seismic intensity measure is proposed showing that it has less dispersion compared to others. Since the proposed intensity represents the average value of the $S_a$ (between a lower and upper structural period) it has been called Averaged Spectral Acceleration (ASA). Based on performed incremental dynamic analysis (IDA), the seismic analytical fragility curves of typical skewed highway bridges have been evaluated for different states of damage controlling the low dispersion of the ASA index as well as its proficiency and sufficiency.
House load operation (HLO) occurs when the generator supplies power to the house load without triggering reactor trips during grid disturbances. In Korea, the HLO capability of optimized power reactor 1000 (OPR1000) plants has prevented several reactor trips. Operational experiences demonstrate the difference in the reactor trip incidence due to grid disturbances between OPR1000 plants and Westinghouse plants in Korea, attributable to the availability of the HLO capability. However, probabilistic safety assessments (PSAs) for OPR1000 plants have not considered their specific design features in the initiating event analyses. In an at-power PSA, the HLO capability can affect the initiating event frequencies of general transients (GTRN) and loss of offsite power (LOOP), resulting from transients within the grid system. The initiating event frequencies of GTRN and LOOP for an OPR1000 plant are reduced by 17.7% and 78.7%, respectively, compared to the Korean industry-average initiating event frequencies, and its core damage frequency from internal events is reduced by 15.2%. The explicit consideration of the HLO capability in initiating event analyses makes significant changes in the risk contributions of the initiating events. Consequently, for more realistic at-power PSAs in Korea, we recommend incorporating plant-specific HLO-related design features when estimating initiating event frequencies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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