Global or partial damage to a structure due to the failure of gravity or lateral load-bearing elements is called progressive collapse. In the present study, the alternate load path (ALP) method introduced by GSA and UFC 4-023-03 guidelines is used to evaluate the progressive collapse in special steel moment-resisting frame (SMRF) buildings. It was assumed that the progressive collapse is due to the earthquake force and its effects after the removal of the elements still remain on the structures. Therefore, nonlinear dynamic time history analysis employing 7 earthquake records is used to investigate this phenomenon. Internal and external column removal scenarios are investigated and the stiffness of the connections is changed from semi-rigid to rigid. The results of the analysis performed in the OpenSees program show that the loss of the bearing capacity of an exterior column due to a seismic event and the occurrence of progressive collapse can increase the inter-story drift of the structure with semi-rigid connections by more than 50% and make the structure unable to satisfy the life safety performance level. Furthermore, connection stiffness severely affects the redistribution of forces and moments in the adjacent elements of the removed column.
Constitutive modeling that could reasonably predict and effectively evaluate the post-peak structural behavior while eliminating the mesh-dependency in numerical simulation remains to be developed for general engineering applications. Based on the previous work, a simple one-dimensional modeling procedure is proposed to predict and evaluate the post-peak response, as characterized by the evolution of localized strain field, of a steel member to monotonically uniaxial tension. The proposed model extends the classic one-dimensional softening with localization model as introduced by (Schreyer and Chen 1986) to account for the localization length, and bifurcation and rupture points. The new findings of this research are as follows. Two types of strain-softening functions (bilinear and nonlinear) are proposed for comparison. The new failure criterion corresponding to the constitutive modeling is formulated based on the engineering strain inside the localization zone at rupture. Furthermore, a new mathematical expression is developed, based on the strain rate inside and outside the localization zone, to describe the displacement field at which bifurcation occurs. The model solutions are compared with the experimental data on four low-carbon cylindrical steel bars of different lengths. For engineering applications, the model solutions are also compared to the experimental data of a cylindrical steel bar system (three steel bars arranged in series). It is shown that the bilinear and nonlinear softening models can predict the energy dissipation in the post-peak regime with an average difference of only 4%.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.39-48
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2022
The energy dissipation of inverted V-type eccentric steel braced frames can be achieved through the yielding of a slit link, through yielding of a number of strips between slits when the frame is subjected to inelastic cyclic deformation. On the other hand, the development of seismic resistance system without residual deformation is obtained by applying the superelasdtic shape memory alloy (SMA) material into the brace and link elements. This paper presents results from a systematic three-dimensional nonlinear finite element analysis on the structural behavior of the eccentric bracing systems subjected to cyclic loadings. A wide scope of structural behaviors explains the horizontal stiffness, hysteretic behaviors, and failure modes of the recentering eccentric bracing system. The accurate results presented here serve as benchmark data for comparison with results obtained using modern experimental testing and alternative theoretical approaches.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.05a
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pp.151-152
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2021
The sale price of apartment buildings is a key factor in the success or failure of apartment projects, and the factors that affect the sale price of apartments vary widely, including location, environmental factors, and economic conditions. Existing methods of predicting the sale price do not reflect the nonlinear characteristics of apartment prices, which are determined by the complex impact factors of reality, because statistical analysis is conducted under the assumption of a linear model. To improve these problems, a new analysis technique is needed to predict apartment sales prices by complex nonlinear influencing factors. Using machine learning techniques that have recently attracted attention in the field of engineering, it is possible to predict the sale price reflecting the complexity of various factors. Therefore, this study aims to conduct a basic study for the development of a machine learning-based prediction model for apartment sale prices.
Iman Hakamian;Kianoosh Taghikhani;Navid Manouchehri;Mohammad Mahdi Memarpour
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.99-112
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2023
This paper investigates the influences of Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic behavior of two-dimensional reinforced concrete moment-resisting frames subjected to Far-Field Ground Motion (FFGM) and Near-Field Ground Motion (NFGM). For this purpose, the nonlinear modeling of 7, 10, and 15-story reinforced concrete moment resisting frames were developed in Open Systems for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) software. Effects of SSI were studied by simulating Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) and the soil type as homogenous medium-dense. Generally, the building resistance to seismic loads can be explained in terms of Incremental Dynamic Analysis (IDA); therefore, IDA curves are presented in this study. For comparison, the fragility evaluation is subjected to NFGM and FFGM as proposed by Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695). The seismic performance of Reinforced Concrete (RC) buildings with fixed and flexible foundations was evaluated to assess the probability of collapse. The results of this paper demonstrate that SSI and NFGM have significantly influenced the probability of failure of the RC frames. In particular, the flexible-base RC buildings experience higher Spectral acceleration (Sa) compared to the fixed-base ones subjected to FFGM and NFGM.
This study examines the seismic vulnerability of vertically irregular reinforced concrete (RC) frame buildings, focusing on the effectiveness of retrofitting techniques such as rocking walls (RWs) in mitigating soft story mechanisms. Utilizing a seven-story residential apartment as a prototype in a high-seismicity urban area, this research performs detailed nonlinear simulations to evaluate both regular and irregular structures, both before and after retrofitting. Pushover and nonlinear time history analyses were conducted using OpenSees software, with a suite of nine ground motion records to capture diverse seismic scenarios. The findings indicate that retrofitting with RWs significantly improves seismic performance: for instance, roof displacements at the Collapse Prevention (CP) level decreased by up to 23% in the irregular structure with retrofitting compared to its non-retrofitted counterpart. Additionally, interstory drift ratios were more uniform post-retrofit, with Drift Concentration Factor (DCF) values approaching 1.0 across all performance levels, reflecting reduced variability in seismic response. The global ductility of the retrofitted buildings improved, with displacement ductility ratios increasing by up to 29%. These results underscore the effectiveness of RWs in enhancing global ductility, mitigating soft story failures, and providing a more predictable deformation pattern during seismic events. The study thus provides valuable insights into the robustness and cost-effectiveness of using rocking walls for retrofitting irregular RC buildings.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.4
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pp.375-387
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2004
A new finite element model will be presented to analyze the nonlinear behavior of RC beams and slabs 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 nonlinear finite element model is demonstrated through the load-deflection curves, the ultimate loads, and the failure modes of RC beams or slabs bonded with steel plates or FRP plates compared with available result of experiment and other numerical methods.
Basaga, Hasan Basri;Bayraktar, Alemdar;Kaymaz, Irfan
Structural Engineering and Mechanics
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v.42
no.2
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pp.175-189
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2012
This paper presents an algorithm for structural reliability with the response surface method. For this aim, an approach with three stages is proposed named as improved response surface method. In the algorithm, firstly, a quadratic approximate function is formed and design point is determined with First Order Reliability Method. Secondly, a point close to the exact limit state function is searched using the design point. Lastly, vector projected method is used to generate the sample points and Second Order Reliability Method is performed to obtain reliability index and probability of failure. Five numerical examples are selected to illustrate the proposed algorithm. The limit state functions of three examples (cantilever beam, highly nonlinear limit state function and dynamic response of an oscillator) are defined explicitly and the others (frame and truss structures) are defined implicitly. ANSYS finite element program is utilized to obtain the response of the structures which are needed in the reliability analysis of implicit limit state functions. The results (reliability index, probability of failure and limit state function evaluations) obtained from the improved response surface are compared with those of Monte Carlo Simulation, First Order Reliability Method, Second Order Reliability Method and Classical Response Surface Method. According to the results, proposed algorithm gives better results for both reliability index and limit state function evaluations.
In this paper, postbuckling behavior of laminated composite-stringer stiffened-curved panels loaded in local compression is analyzed using the finite element program developed. Postbuckling Analysis is performed in dividing the panel behavior into three basic parts. The eight node degenerated shell element is used in modelling both panel and stiffeners, and the updated Lagrangian description method based on the 2nd Piola-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor is used for the nonlinear finite element formulation. The progressive failure analysis is adopted in order to grasp the failure characteristics. The postbuckling experiment of the laminated composite-stiffened-curved panel had been done to verify the finite element analysis. The buckling load and the postbuckling ultimate load are compared in parametric study.
The strength of glass/epoxy fabric joints under pin-loading is estimated based on the characteristics length method and experiment. To investigate the effect of finite element idealization for the contact between pin and laminate, three modeling cases are analyzed; assuming the cosine load distribution around the contact area, constraining the radial displacement at the hole boundary, and using the contact element. To study the effect of failure criteria, Tsai-Wu and Yamada-Sun methods are applied on the characteristic curve. The results of the nonlinear analysis using the contact element showed good agrements with experimental data in both laminates made of uni-directional prepreg tapes and fabrics. In terms of failure criteria, Tsai-Wu method showed better agreement with experimental results than the one by Yamada-Sun laminate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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