Progressive Collapse Resistance of Facilities Experienced to Localized Structural Damage - An Analytical Review

Abstract

During the entire life cycle, the facilities are experienced to force and environmental actions of various nature and intensity. In some cases, such influences can lead to a loss of the bearing capacity of the structural elements of a building, which in turn can lead to a disproportionate failure of the entire structural system. Such phenomenon was called progressive collapse. Major accidents at facilities, such as the collapse of a section of the Ronan Point high-rise residential building (London, 1968), the Sampoong department store (Seoul, 1995), the Transvaal Park pavement (Moscow, 2004), the World Trade Center (New York, 2011) and others, clearly demonstrated the urgency of this problem. In this regard, the regulatory documents of the USA, Great Britain, EU, China, Australia, Russia and other countries established requirements for the need to calculate structural systems of buildings for resist to progressive collapse after sudden localized structural damage. However, the steady increase in the number of new publications on the problem of progressive collapse observed in the world scientific literature indicates that the results of such studies do not yet provide exhaustive answers to all questions related to this phenomenon. In this regard, the proposed review article is aimed at systematizing, generalizing and analyzing new research results on resistance to progressive collapse of facilities, identifying new trends and proposing new research directions and tasks to improve the level of structural safety of design solutions for buildings and structures. In order to achieve this goal, the following aspects were considered: the nature of the impacts leading to progressive collapse; features of modeling the progressive collapse of structural systems of buildings and structures; mechanisms of resistance to progressive collapse and criteria for evaluation of a progressive collapse resistance. Particular attention in the scientific review is paid to the analysis of works related to a new direction of research in the area under consideration, associated with the assessment of the bearing capacity of eccentrically compressed elements of structural systems, the effect on their resistance to progressive collapse of the parameters of the loading mode, degradation of material properties and the topology of the structural system. The significance of the proposed scientific review is that, along with the well-known and new results presented in the English-language scientific literature, it summarizes and analyzes the original approaches, methods and research results published in Russian-language scientific publications, primarily included in the RSCI Web of Science.

Устойчивость Железобетонных Каркасов Зданий В Запредельныхсостояниях

“…Тогда систему уравнений (19) с учётом (20) для i-ой точки рассматриваемого плосконапряжённого элемента (за исключением угловых точек) перепишем в виде: (22) Для угловых точек контура вместо (20) в уравнения (19) следует подставить выражения (21). При выводе уравнений (22) были приняты следующие обозначения: a i , b i , c i , d iкоэффициенты приведения параметров деформативности материалов в узлах, пересекаемых арматурными стержнями, а также в произвольных узлах рассматриваемого элемента в деформированном состоянии, определяемые из соотношений: (23) где E b , E s -модули деформаций бетона и арматуры соответственно; A sx , A sy -площадь поперечного сечения арматурных стержней вдоль осей OX и OY соответственно, оси которых проходят через i-ый узел сетки; b col -ширина поперечного сечения колонны; Δ -шаг, с которым линии сетки разбивают область рассматриваемого сопряжения; k -коэффициент, учитывающий передачу сдвигающих усилий с бетона на поверхность арматурных стержней и принимаемый в интервале от 0 до 1, где 1 -соответствует полной передаче усилий, а 0 -полному отсутствию сцепления между арматурой и бетоном.…”

“…В известных исследованиях по этому направлению [19][20][21] решены лишь отдельные теоретические задачи, часто только постановочного характера, без одновременного учёта проявления физической, конструктивной и геометрической нелинейности, детализации содержания расчётных моделей и тем более без реализации алгоритмов расчёта. Обзоры российских и зарубежных работ по рассматриваемой проблеме [22][23][24][25][26] показали, что подавляющее большинство исследований в этом направлении проведено с использованием численных методов и программных комплексов и, следовательно, полученным в них результатам присущи известные для этих методов недостатки, главные из которых -невозможность качественного анализа исследуемых параметров и отсутствие инженерной обозримости получаемых решений. При этом точность результатов часто зависит от квалификации исследователя.…”