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.
Incremental dynamic analysis (IDA) widely uses for the collapse risk assessment procedures of buildings. In this study, an IDA-based collapse risk assessment methodology is proposed, which employs a novel approach for detecting the near-collapse (NC) limit state. The proposed approach uses the modal pushover analysis results to calculate the maximum inter-story drift ratio of the structure. This value, which is used as the upper-bound limit in the IDA process, depends on the structural characteristics and global seismic responses of the structure. In this paper, steel midrise intermediate moment resisting frames (IMRFs) have selected as case studies, and their collapse risk parameters are evaluated by the suggested methodology. The composite action of a concrete floor slab and steel beams, and the interaction between the infill walls and the frames could change the collapse mechanism of the structure. In this study, the influences of the metal deck floor and autoclaved aerated concrete (AAC) masonry infill walls with uniform distribution are investigated on the seismic collapse risk of the IMRFs using the proposed methodology. The results demonstrate that the suggested modified IDA method can accurately discover the near-collapse limit state. Also, this method leads to much fewer steps and lower calculation costs rather than the current IDA method. Moreover, the results show that the concrete slab and the AAC infill walls can change the collapse parameters of the structure and should be considered in the analytical modeling and the collapse assessment process of the steel mid-rise intermediate moment resisting frames.
Quantitative estimation of seismic response of various structural systems at the collapse limit state is one of the most significant objectives in Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE). Assessing the effects of uncertainties, due to variability in ground motion characteristics and random nature of earthquakes, on nonlinear structural response is a pivotal issue regarding collapse safety prediction. Incremental Dynamic Analysis (IDA) and fragility curves are utilized to estimate demand parameters and seismic performance levels of structures. Since producing these curves based on a large number of nonlinear dynamic analyses would be time-consuming, selection of appropriate earthquake ground motion records resulting in reliable responses with sufficient accuracy seems to be quite essential. The aim of this research study is to propose a methodology to assess the seismic behavior of reinforced concrete frames at collapse limit state via accurate estimation of seismic fragility curves for different Engineering Demand Parameters (EDPs) by using a limited number of ground motion records. Research results demonstrate that accurate estimating of structural collapse capacity is feasible through applying the proposed method offering an appropriate suite of limited ground motion records.
This paper investigates the probability of failure of reinforced concrete beams for limit state of collapse for flexure and shear. The influence of randomness of the variables on the failure probability is also examined. The Indian standard code for plain and reinforced concrete IS456:2000 is used for the design of beams. Probabilistic models are developed for flexure and shear according to IS456:2000. The loads considered acting on the beam are live load and dead load only. Random variables associated with the limit state equation such as grade of concrete, grade of steel, live load and dead load are identified. Probability of failure is evaluated based on the limit state equation using First Order Reliability Method (FORM). Importance of the random variables on the limit state equations are observed and the variables are accordingly reduced. The effect of the reduced parameters is checked on the probability of failure. The results show the role of each parameter on the design of beam. Thus, the Indian standard guidelines for plain and reinforced concrete IS456:2000 is investigated with the probabilistic and risk-based analysis and design for a simple beam. The results obtained are also compared with the literature and accordingly some suggestions are made.
Lakhade, Suraj O.;Kumar, Ratnesh;Jaiswal, mprakash R.
Structural Engineering and Mechanics
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제67권6호
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pp.587-601
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2018
Elevated water tanks are inverted pendulum type structures where drift limit is an important criterion for seismic design and performance evaluation. Explicit drift criteria for elevated water tanks are not available in the literature. In this study, probabilistic approach is used to determine maximum drift limit for damage state of yielding and damage state of collapse for the elevated water tanks supported on RC frame staging. The two damage states are defined using results of incremental dynamic analysis wherein a total of 2160 nonlinear time history analyses are performed using twelve artificial spectrum compatible ground motions. Analytical fragility curves are developed using two-parameter lognormal distribution. The maximum allowable drifts corresponding to yield and collapse level requirements are estimated for different tank capacities. Finally, a single fragility curve is developed which provides maximum drift values for the different probability of damage. Further, for rational consideration of the uncertainties in design, three confidence levels are selected and corresponding drift limits for damage states of yielding and collapse are proposed. These values of maximum drift can be used in performance-based seismic design for a particular damage state depending on the level of confidence.
A steel plated is typically composed of plate panels. The overall failure of the structure is certainly affected and can be governed by the bulking and plastic collapse of these individual members In the ultimate limit state design. therefore. a primary task is to accurately calculate the budding and plastic collapse strength of such structural members. Structural elements making up steel palated structures do not work separately. resulting in high degree of redundancy and complexity in contrast to those of steel framed structures. To enable the behavior of such structures to be analyzed, simplifications or idealizations must essentially be made considering the accuracy need and degree of complexity of the analysis to be used Generally the more complex the analysis the greater is the accuracy that may be obtained. The aim of this study is the investigation of the effect of the tripping behaviour including section characteristic for a plate under uniaxial compression.
도로교설계기준 내진설계편은 붕괴방지수준의 확보를 설계절차에 의해 규정하고 있는 반면 기능수행수준의 확보에 대한 요구사항은 명확하게 제시하고 있지 않다. 붕괴방지수준의 확보를 위해 기본적으로 제시된 설계방법은 응답수정계수를 사용하는 스펙트럼해석법으로, 기능수행수준은 설계과정에 적용되는 위험도계수와 응답수정계수에 의해 결정 되어진다. 위험도계수는 교량의 중요도에 따라 단순하게 적용할 수 있으나 중약진지역에서의 응답수정계수 적용은 설계조건에 따라 다른 결과를 갖게 된다. 이 연구에서는 중약진지역의 일반 도로교량을 대상으로 내진설계를 수행하여 기능수행수준의 결정과정을 검토하고, 이 결과를 토대로 기능수행수준의 확보와 관련하여 내진설계편에 보완해야 하는 사항을 제시하였다.
Until now, there are different kinds of design and evaluation method criteria for ship hulls and ship strength based on allowable stress design using past experiences. But for many sinking accidents of large ships in operation, it has also a doubt about allowable stress design. It is recognized that structural plastic collapse caused by large external force is a main cause of that accidents. Therefore, there is the need for new design criteria based on ultimate limit state with a consideration about progressive collapse behavior as a safety assessment of ship hulls. Also many aluminum alloy ships is built for the purposes of lightweight of ship hulls, with that, a developing of criteria based on ultimate limit state should be made. In this study, the ultimate strength characteristics of aluminum ship hull are investigated by the ALPS/USAS program using already developed design formula for aluminum plate and stiffened panel.
The objective of this paper is to summarize current ultra-deepwater (i.e., up to 3,500 meters water depth) pipeline mechanical design methodologies as part of the limit state design. The standard mechanical design for ultra-deepwater pipelines in the Gulf of Mexico (GOM) is based on API RP 1111. API code also has been used for deepwater projects in west Africa. DNV code OS-F101 was mostly used for deepwater projects in offshore Brazil and Europe. Some pipeline designs in the GOM have started to incorporate parts of the DNV design methodology. A discussion of failure under collapse only and combined loading (i.e. pressure + bending) is presented. The best design criteria are obtained from physical full-scale collapse testing. The comparison of the physical test data and collapse calculations using the DNV and API codes will be presented. It was found that the conservatism still exists in the collapse prediction for ultra-deepwater pipeline using modem design codes such as DNV OS-F101 and API RP 1111.
Seismic design method based on bearing capacity has been widely adopted in building codes around the world, however, damage and collapse state of structure under strong earthquake can not be reflected accurately. This paper aims to present a deformation-based seismic design method based on the research of RC component deformation index limit, which combines with the feature of Chinese building codes. In the proposed method, building performance is divided into five levels and components are classified into three types according to their importance. Five specific design approaches, namely, "Elastic Design", "Unyielding Design", "Limit Design", "Minimum Section Design" and "Deformation Assessment", are defined and used in different scenarios to prove whether the seismic performance objectives are attained. For the components which exhibit ductile failure, deformation of components under strong earthquake are obtained quantitatively in order to identify the damage state of the components. For the components which present brittle shear failure, their performance is guaranteed by bearing capacity. As a case study, seismic design of an extremely irregular twin-tower high rise building was carried out according to the proposed method. The results evidenced that the damage and anti-collapse ability of structure were estimated and controlled by both deformation and bearing capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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