This paper investigates the change of structural characteristics of steel cable-stayed bridges after cable failure. Cables, considered as the intermediate supports of cable-stayed bridges, can break or fail for several reasons, such as fire, direct vehicle clash accident, extreme weather conditions, and fatigue of cable or anchorage. Also, the replacement of cables can cause temporary disconnection. Because of the structural characteristics with various geometric nonlinearities of cable-stayed bridges, cable failure may cause significant change to the structural state and ultimate behavior. Until now, the characteristics of structural behavior after cable failure have rarely been studied. In this study, rational cable failure analysis is suggested to trace the new equilibrium with structural configuration after the cable failure. Also, the sequence of ultimate analysis for the structure that suffers cable failure is suggested, to study the change of ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions. Using these analysis methods, the statical behavior after individual cable failure is studied based on the change of structural configuration, and distribution of internal forces. Also, the change of the ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions is investigated, using the proposed analysis method. According to the study, significant change of the statical behavior and ultimate capacity occurs although just one cable fails.
The performance of a rig tie-down system on a TLP (Tension Leg Platform) is investigated for 10-year, 100-year, and 1000-year hurricane environments. The inertia loading on the derrick is obtained from the three-hour time histories of the platform motions and accelerations, and the dynamic wind forces as well as the time-dependent heel-induced gravitational forces are also applied. Then, the connection loads between the derrick and its substructure as well as the substructure and deck are obtained to assess the safety of the tie-down system. Both linear and nonlinear inertia loads on the derrick are included. The resultant external forces are subsequently used to calculate the loads on the tie-down clamps at every time step with the assumption of rigid derrick. The exact dynamic equations including nonlinear terms are used with all the linear and second-order wave forces considering that some dynamic contributions, such as rotational inertia, centripetal forces, and the nonlinear excitations, have not been accounted for in the conventional engineering practices. From the numerical simulations, it is seen that the contributions of the second-order sum-frequency (or springing) accelerations can be appreciable in certain hurricane conditions. Finally, the maximum reaction loads on the clamps are obtained and used to check the possibility of slip, shear, and tensile failure of the tie-down system for any given environment.
Cocco, Leonardo;Suarez, Luis E.;Matheu, Enrique E.
Structural Engineering and Mechanics
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제36권3호
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pp.321-341
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2010
The seismic-induced failure of a dam could have catastrophic consequences associated with the sudden release of the impounded reservoir. Depending on the severity of the seismic hazard, the characteristics and size of the dam-reservoir system, preventing such a failure scenario could be a problem of critical importance. In many cases, the release of water is controlled through a reinforced-concrete intake tower. This paper describes the application of a static nonlinear procedure known as the Capacity Spectrum Method (CSM) to evaluate the structural integrity of intake towers subject to seismic ground motion. Three variants of the CSM are considered: a multimodal pushover scheme, which uses the idea proposed by Chopra and Goel (2002); an adaptive pushover variant, in which the change in the stiffness of the structure is considered; and a combination of both approaches. The effects caused by the water surrounding the intake tower, as well as any water contained inside the hollow structure, are accounted for by added hydrodynamic masses. A typical structure is used as a case study, and the accuracy of the CSM analyses is assessed with time history analyses performed using commercial and structural analysis programs developed in Matlab.
Won, Jeong-Hun;Lee, Hyung Do;Choi, Myeong-Ki;Park, Man Cheol
Journal of the Korean Society of Safety
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제33권4호
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pp.46-53
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2018
This study examined the maximum resistant moment and nonlinear rotational stiffness of wedge joint between the vertical and horizontal members of system supports. To examine the maximum resistant moment and propose the nonlinear rotation stiffness of wedge joint, 6 specimens were tested and additional 3 specimens, where the horizontal member was welded to the vertical member, were tested to compare the moment capacity of wedge joints. The average maximum moment in the tested wedge joint was 1.183 kNm which represented about 70 % of the maximum moment developed in the welded specimens. And, as simulating nonlinear rotational stiffness of the wedge joint, a tri-linear model was suggested. The rotational stiffness was estimated as 23.095 kNm/rad in first stage, 7.945 kNm/rad in second stage, and 3.073 kNm/rad in third stage. For the failure mode, the specimen with the wedge joint showed the failure of joint between vertical and horizontal members. However, the specimen with welded joint represented the yielding of horizontal members.
Zhang, Rulin;Cheng, Xudong;Guan, Youhai;Tarasenko, Alexander A.
Earthquakes and Structures
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제13권1호
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pp.67-77
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2017
Oil storage tanks are vital life-line structures, suffered significant damages during past earthquakes. In this study, a numerical model for an unanchored vertical vaulted-type tank was established by ANSYS software, including the tank-liquid coupling, nonlinear uplift and slip effect between the tank bottom and foundation. Four actual earthquakes recorded at different soil sites were selected as input to study the dynamic characteristics of the tank by nonlinear time-history dynamic analysis, including the elephant-foot buckling, the liquid sloshing, the uplift and slip at the bottom. The results demonstrate that, obvious elephant-foot deformation and buckling failure occurred near the bottom of the tank wall under the seismic input of Class-I and Class-IV sites. The local buckling failure appeared at the location close to the elephant-foot because the axial compressive stress exceeded the allowable critical stress. Under the seismic input of Class-IV site, significant nonlinear uplift and slip occurred at the tank bottom. Large amplitude vertical sloshing with a long period occurred on the free surface of the liquid under the seismic wave record at Class-III site. The seismic properties of the storage tank were affected by site class and should be considered in the seismic design of large tanks. Effective measures should be taken to reduce the seismic response of storage tanks, and ensure the safety of tanks.
Concrete-filled steel tubes are among the most efficient compressive structural members because the strength of the concrete is enhanced given that the surrounding steel tube confines the concrete laterally and the steel tube is restrained with regard to inward deformation due to the concrete existing inside. Accurate estimations of the ultimate compressive strength of CFT are important for efficient designs of CFT members. In this study, an analytical procedure that directly formulates the interaction between the concrete and steel tube by considering the nonlinear Poisson effect and stress-strain curve of the concrete including the confinement effect is proposed. The failure stress of concrete and von-Mises failure yield criterion of steel were used to consider multi-dimensional stresses. To verify the prediction capabilities of the proposed analytical procedure, 99 circular CFT experimental data instances from other studies were used for a comparison with AISC, Eurocode 4, and other researchers' predictions. From the comparison, it was revealed that the proposed procedure more accurately predicted the ultimate compressive strength of a circular CFT regardless of the range of the design variables, in this case the concrete compressive strength, yield strength of the steel tube and diameter relative to the thickness ratio of the tube.
The Finite Element (FE) modeling of Reinforced Concrete (RC) under seismic loading has a sensitive impact in terms of getting good contribution compared to experimental results. Several idealized model types for simulating the nonlinear response have been developed based on the plasticity distribution alone the model. The Continuum Models are the most used category of modeling, to understand the seismic behavior of structural elements in terms of their components, cracking patterns, hysteretic response, and failure mechanisms. However, the material modeling, contact and nonlinear analysis strategy are highly complex due to the joint operation of concrete and steel. This paper presents a numerical simulation of a chosen RC column under monotonic and cyclic loading using the FE Abaqus, to assessthe hysteretic response and failure mechanisms in the RC columns, where the perfect bonding option is used for the contact between concrete and steel. While results of the numerical study under cyclic loading compared to experimental tests might be unsuccessful due to the lack of bond-slip modeling. The monotonic loading shows a good estimation of the envelope response and deformation components. In addition, this work further demonstrates the advantage and efficiency of the damage distributions since the obtained damage distributions fit the expected results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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제29권5C호
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pp.183-190
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2009
It is necessary to predict the deformation and stresses on soils to establish the nonlinear stress-strain relationship of geomaterials at various strain levels. Especially, a need exists to establish the pre-failure nonlinear characteristic of cemented granular geomaterials used in road constructions. In this paper, therefore, conventional granular soils were mixed with various cementing materials, such as cement and fly ash from coal combustion by-products. Then, the normalized nonlinear behavior of cemented geomaterials was assessed using unconfined compression test. In addition, various constitutive models of soils were evaluated for estimating pre-failure non-linear behavior of cemented geomaterials from the test results.
Kim Seong Hwan;Kim Dong Ho;Choi Sung Yong;Yun Kyung Ku
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2005년도 추계 학술발표회 제17권2호
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pp.61-64
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2005
Recently to repair the structure of deteriorated concrete, LMC rehabilitation method is introduced. however, this method has the possible risks of brittle failure depending on bond performance of the interface. the prediction of interfacial behavior becomes essential to protect the failure. all of the studies which have been done about this field are only about material property such as strength, durability, bond. there is not enough data and studies about structural behavior and numerical analysis. therefore, in this study A flexural nonlinear analysis model of ABAQUS was proposed to predict the load-deflection response, interfacial stress, and ultimate strength. The parameter study showed that overlay thickness was a main influencing factor to the behavior of RC beam overlayed by LMC.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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한국콘크리트학회 2003년도 가을 학술발표회 논문집
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pp.173-176
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2003
Progressive failure analysis of steel composite double T-beam is performed to investigate the mechanical effects of steel composite fabricated in the webs of double-T beam to replace concrete placing forms. The analysis is based on nonlinear finite element scheme considering material nonlinearities of concrete, reinforcing bar and PS steel. Four-parameter strength envelope defines the hardening and softening phenomena of concrete with consideration of the various levels of confining pressures. Rankine maximum strength criterion defines the elasto-plasticity of PS steel and reinforcing bar, and Von Mises $J_2$ failure criterion for steel plate which wraps the concrete webs of double T-beam. A 6m long two-span steel composite double T-beam is analyzed and compared with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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