This paper presents a brief overview of the recently developed performance-control method of moment frame design subjected to monotonously increasing lateral loading. The final product of any elastic-plastic analysis is a nonlinear loaddisplacement diagram associated with a progressive failure mechanism, which may or may not be as desirable as expected. Analytically derived failure mechanisms may include such undesirable features as soft story failure, partial failure modes, overcollapse, etc. The problem is compounded if any kind of performance control, e.g., drift optimization, material savings or integrity assessment is also involved. However, there is no reason why the process can not be reversed by first selecting a desirable collapse mechanism, then working backwards to select members that would lead to the desired outcome. This article provides an overview of the newly developed Performance control methodology of design for lateral resisting frameworks with a view towards integrity control and prevention of premature failure due to propagation of plasticity and progressive P-delta effects.
Stainless steel exhibits high ductility and strain hardening capacity in comparison with carbon steel widely used in constructions. To analyze the particular behaviour of stainless steel cover-plate joints, an experimental study was conducted. It showed large ductility and complex failure modes of the joints. A non-linear finite element model was developed to predict the main parameters influencing the behaviour of these joints. The results of this deterministic model allow us to built a meta-model by using the quadratic response surface method, in order to allow for efficient reliability analysis. This analysis is then applied to the assessment of design formulae in the currently used codes of practice. The reliability analysis has shown that the stainless steel joint design according to Eurocodes leads to much lower failure probabilities than the Eurocodes target reliability for carbon steel, which incites revising the resisting model evaluation and consequently reducing stainless steel joint costs. This approach can be used as a basis to evaluate a wide range of steel joints involving complex failure modes, particularly bearing failure.
The capability of a multi-directional fixed smeared crack constitutive model to simulate the flexural/punching failure modes of fiber reinforced concrete (FRC) laminar structures is discussed. The constitutive model is implemented in a computer program based on the finite element method, where the FRC laminar structures were simulated according to the Reissner-Mindlin shell theory. The shell is discretized into layers for the simulation of the membrane, bending and out-of-plane shear nonlinear behavior. A stress-strain softening diagram is proposed to reproduce, after crack initiation, the evolution of the normal crack component. The in-plane shear crack component is obtained using the concept of shear retention factor, defined by a crack-strain dependent law. To capture the punching failure mode, a softening diagram is proposed to simulate the decrease of the out-of-plane shear stress components with the increase of the corresponding shear strain components, after crack initiation. With this relatively simple approach, accurate predictions of the behavior of FRC structures failing in bending and in shear can be obtained. To assess the predictive performance of the model, a punching experimental test of a module of a façade panel fabricated with steel fiber reinforced self-compacting concrete is numerically simulated. The influence of some parameters defining the softening diagrams is discussed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.3
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pp.1007-1015
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2013
A stochastic probability model based on the non-homogeneous Poisson process is represented that can correctly analyze the time-dependent linear and nonlinear behaviors of total damage over the occurrence process of loads. Introducing several types of damage intensity functions, the probability of failure and the total damage with respect to mean time to failure has been investigated in detail. Taking particularly the limit state to be the random variables followed with a distribution function, the uncertainty of that would be taken into consideration in this paper. In addition, the stochastic probability model has been straightforwardly applied to the rubble-mound breakwaters with the definition of damage level about the erosion of armor units. The probability of failure and the nonlinear total damage with respect to mean time to failure has been analyzed with the damage intensity functions for armor units estimated by fitting the expected total damage to the experimental datum. Based on the present results from the stochastic probability model, the preventive management for the armor units of the rubble-mound breakwaters would be suggested to make a decision on the repairing time and the minimum amounts repaired quantitatively.
The Generalized Hoek-Brown (GHB) criterion is a nonlinear failure criterion specialized for rock engineering applications and has recently seen increased usage. However, the GHB criterion expresses the relationship between minimum and maximum principal stresses at failure, and when GSI≠100, it has disadvantage of being difficult to express as an explicit relationship between the normal and shear stresses acting on the failure plane, i.e., as a Mohr failure envelope. This disadvantage makes it challenging to apply the GHB criterion in numerical analysis techniques such as limit equilibrium analysis, upper-bound limit analysis, and the critical plane approach. Consequently, recent studies have attempted to express the GHB Mohr failure envelope as an approximate analytical formula, and there is still a need for continued interest in related research. This study presents improved formulations for the approximate GHB Mohr failure envelope, offering higher accuracy in predicting shear strength compared to existing formulas. The improved formulation process employs a method to enhance the approximation accuracy of the tangential friction angle and utilizes the tangent line equation of the nonlinear GHB failure envelope to improve the accuracy of shear strength approximation. In the latter part of this paper, the advantages and limitations of the proposed approximate GHB failure envelopes in terms of shear strength prediction accuracy and calculation time are discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.365-372
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2004
A new finite element model will be presented to analyze the nonlinear behavior of not only RC beams and slabs, but also RC beams strengthened by a patch repair. The numerical approach is based on the p-version degenerate shell element including theory of anisotropic laminated composites, theory of materially and geometrically nonlinear plates. In the nonlinear formulation of this model, the total Lagrangian formulation is adopted with large deflections and moderate rotations being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The material model is based on hardening rule, crushing condition, plate-end debonding strength model and so on. The Gauss-Lobatto numerical quadrature is applied to calculate the stresses at the nodal points instead of Gauss points. The validity of the proposed p-version finite element model is demonstrated through several numerical examples for the load-deflection curves, the ultimate loads, and the failure modes of reinforced connote slabs and RC beams bonded with steel plates or FRP plates compared with available experimental and numerical results.
Kim, Jong-Min;Chang, Jin-Won;Park, Jong-Sup;Kang, Young-Jong
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.337-340
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2008
There were two transmission tower collapses due to Typhoon 'Maemi' in 2003. The reason that a collapse was happened was excessive wind load. One was buckled in the leg part and the other was buckled in the middle bracing part. To investigate a steel transmission tower failure mechanism, 2nd order nonlinear analysis should be performed. Considering the effect of initial imperfection and theresidual stress of angle section during nonlinear analysis, this study can estimate the ultimate strength and the ultimate behavior of the transmission tower.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.23
no.2
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pp.249-260
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1997
The manufacturing environment is rife with nonlinear processes. In this context, an intelligent production controller should be able to predict the dynamic behavior of various subsystems as they react to transient environmental conditions, the varying internal condition of the manufacturing plant, and the changing demands of the production schedule. This level of adaptive capability may be achieved through a coherent methodology for a learning coordinator to predict nonlinear and stochastic processes. The system is to serve as a real time, online supervisor for routine activities as well as exceptional conditions such as damage, failure, or other anomalies. The complexity inherent in a learning coordinator can be managed by a modular architecture incorporating case based reasoning. In the interest of concreteness, the concepts are presented through a case study involving a knowledge based robotic system.
In this study, analysis and design programs of bending of RC beams strengthened with fiber sheets are developed by using Visual Basic Language. The program consists two groups, ultimate strength method and nonlinear flexural analysis method. Ultimate strength method regards concrete compressive stress as a rectangular stress block and do not consider tensile stress of concrete and load-deflection curves. On the other hand, nonlinear flexural analysis considers tensile stress of concrete, load-deflection curves, state of stress distribution and failure strain of strengthening material. Also, the analysis method used in this study regards nonlinear flexural stress as compressive stress of concrete. This program can be a good tool for determining the bending strength of strengthened RC beams and estimating the amount of fiber sheets for practical use.
There were two transmission tower collapses due to Typhoon 'Maemi' in 2003. The reason that a collapse was happened was excessive wind load. One was buckled in the leg part and the other was buckled in the middle bracing part. To investigate a steel transmission tower failure mechanism, 2nd order nonlinear analysis should be performed. Considering the effect of initial imperfection and theresidual stress of angle section during nonlinear analysis, this study can estimate the ultimate strength and the ultimate behavior of the transmission tower.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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