Resistance to progressive collapse of monolithic frames of buildings at localized damage of nodes from push-through

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. When designing buildings and structures it is necessary to ensure mechanical safety throughout the life cycle of the object. During the operation of buildings, situations arise in which monolithic load-bearing structures acquire defects in the area of the slab-column connection (SCC) in girderless slabs. These are, first of all, cracks caused by bending of slabs and slab pushing through by columns. The problem of taking into account the operation of structures with regard to such data of local damages in emergency situations is not sufficiently studied. In a number of cases the loss of bearing capacity of nodes is of brittle nature, which is not allowed by normative documents, as it can lead to progressive, including avalanche-like, destruction of neighboring elements.Materials and methods. The bearing capacity of elements and the degree of resistance to progressive failure of a 9-storey monolithic girderless frame under different scenarios of initial local damages are determined. Three levels of such damage are introduced, and the slab and column connection nodes are modeled by volumetric finite elements. Verification of the computational model is performed experimentally by in-situ pushover tests of the SCC under central load application. Simulia Abaqus software package is used for the purpose of calculations. The CDP model is used for modelling of concrete deformations, and bilinear diagrams with hardening are used for modelling of reinforcement deformations.Results. Experimental data on the deformations of the slab-column connection under longitudinal force loading and realization of the push-through mode are obtained. Taking into account the selected damage levels and experimental data, calculations of the monolithic frame with different damage scenarios in the investigated nodes are carried out. The nature of force redistribution for frames with different levels of such damage and the degree of their danger in the realization of progressive failure are established.Conclusions. It is determined that damages in the nodes of column and girderless slabs interfaces can lead to redistribution of forces and changes in the character of slab operation. These changes can initiate progressive failure in emergency situations in case of structural solutions of nodes with two-sided and three-sided design contours in terms of CP 63.13330 for push-through calculations. Additional design justification is required for such nodes.

About the authors

A. V. Alekseytsev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: aalexw@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4765-5819
SPIN-code: 3035-5571

M.  D. Antonov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: mishany96969@mail.ru
SPIN-code: 6327-7406

References

  1. Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century // Engineering Structures. 2018. Vol. 173. Pp. 122–149. doi: 10.1016/j.engstruct.2018.06.082
  2. Тамразян А.Г., Алексейцев А.В. Оптимальное проектирование несущих конструкций зданий с учетом относительного риска аварий // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 7. С. 819–830. doi: 10.22227/1997-0935.2019.7.819-830. EDN HUIEAL.
  3. Тамразян А.Г. К анализу узла сопряжения монолитных плит и колонн при продавливании // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения : мат. Междунар. академических чтений. 2020. С. 101–109. EDN HSMPUN.
  4. Залесов А.С., Дорофеев В.С., Шеховцов И.В. Прочность и деформативность плит на продавливание // Бетон и железобетон. 1992. № 8. С. 14–17. EDN OUCCKB.
  5. Филатов В.Б., Бубнов Е.П. Экспериментальные исследования прочности плоских железобетонных плит при продавливании // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 2. С. 86–91. EDN YFPWRB.
  6. Muttoni A. Punching shear strength of reinforced concrete slabs without transverse reinforcement // ACI structural Journal. 2008. Vol. 105. Issue 4. doi: 10.14359/19858
  7. Gardner N.J., Huh J., Chung L. Lessons from the Sampoong department store collapse // Cement and Concrete Composites. 2002. Vol. 24. Issue 6. Pp. 523–529. doi: 10.1016/s0958-9465(01)00068-3
  8. Wood J.G.M. Pipers row car park collapse: Identifying risk // Concrete. 2003. Vol. 37. Issue 9. Pp. 29–31.
  9. Кабанцев О.В., Горбатов С.В., Песин К.О. Оценка влияния локальных дефектов перекрытия на основе учета поэтапного изменения расчетной схемы под нагрузкой // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 2 (49). С. 89–108. EDN TOLUXH.
  10. Liu J., Tian Y., Orton S.L., Said A.M. Resistance of flat-plate buildings against progressive collapse. I: Modeling of slab-column connections // Journal of Structural Engineering. 2015. Vol. 141. Issue 12. doi: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0001294
  11. Yi W.J., Zhang F.Z., Kunnath S.K. Progressive collapse performance of RC flat plate frame structures // Journal of Structural Engineering. 2014. Vol. 140. Issue 9. doi: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0000963
  12. Russell J.M., Owen J.S., Hajirasouliha I. Experimental investigation on the dynamic response of RC flat slabs after a sudden column loss // Engineering Structures. 2015. Vol. 99. Pp. 28–41. doi: 10.1016/j.engstruct.2015.04.040
  13. Кабанцев О.В., Митрович Б. К выбору характеристик предельных состояний монолитных железобетонных несущих систем для режима прогрессирующего обрушения // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2018. № 6 (378). С. 234–241. EDN TTXZYZ.
  14. Колчунов В.И., Клюева Н.В., Бухтиярова А.С. Сопротивление пространственных узлов сопряжения железобетонных каркасов многоэтажных зданий при запроектных воздействиях // Строительство и реконструкция. 2011. № 5 (37). С. 21–32. EDN OIRNVV.
  15. Трекин Н.Н., Саркисов Д.Ю., Крылов В.В., Евстафьева Е.Б., Андрян К.Р. Несущая способность монолитных железобетонных плит на продавливание при статическом и динамическом нагружении // Строительство и реконструкция. 2022. № 5 (103). С. 67–79. doi: 10.33979/2073-7416-2022-103-5-67-79. EDN HCBULC.
  16. Micallef K., Sagaseta J., Ruiz M.F., Muttoni A. Assessing punching shear failure in reinforced concrete flat slabs subjected to localised impact loading // International Journal of Impact Engineering. 2014. Vol. 71. Pp. 17–33. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2014.04.003
  17. Ulaeto N. Numerical modelling of symmetric and asymmetric punching and post-punching shear responses of RC flat slabs // 11th European LS-DYNA Conference 2017. 2017.
  18. Melo G., Regan P.E. Post-punching resistance of connections between flat slabs and interior columns // Magazine of Concrete Research. 1998. Vol. 50. Issue 4. Pp. 319–327. doi: 10.1680/macr.1998.50.4.319
  19. Fernández Ruiz M., Mirzaei Y., Muttoni A. Post-punching behavior of flat slabs // ACI Structural Journal. 2013. Vol. 110. Issue 5. doi: 10.14359/51685833
  20. Тамразян А.Г. Концептуальные подходы к оценке живучести строительных конструкций, зданий и сооружений // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 3. № 3. С. 62–74. doi: 10.22227/2949-1622.2023.3.62-74. EDN IKRNWX.
  21. Kolchunov V.I., Savin S.Yu. Survivability criteria for reinforced concrete frame at loss of stability // Magazine of Civil Engineering. 2018. Nо. 4 (80). Pp. 73–80. doi: 10.18720/MCE.80.7. EDN XYLDTF.
  22. Lubliner J., Oliver J., Oller S., Onate E. A plastic-damage model for concrete // International Journal of Solids and Structures. 1989. Vol. 25. Issue 3. Pp. 299–326. doi: 10.1016/0020-7683(89)90050-4
  23. Rasoul Z.M.R.A., Mtaher H.M.A. Accuracy of concrete strength prediction behavior in simulating punching shear behavior of flat slab using finite element approach in Abaqus // Periodicals of Engineering and Natural Sciences. 2019. Vol. 7. Issue 4. P. 1933. doi: 10.21533/pen.v7i4.943
  24. Genikomsou A.S., Polak M.A. Finite element analysis of punching shear of concrete slabs using damaged plasticity model in ABAQUS // Engineering Structures. 2015. Vol. 98. Pp. 38–48. doi: 10.1016/j.engstruct.2015.04.016
  25. Алексейцев А.В., Антонов М.Д. Динамика безбалочных железобетонных каркасов сооружений при повреждениях плит продавливанием // Строительство и реконструкция. 2021. № 4 (96). С. 23–34. doi: 10.33979/2073-7416-2021-96-4-23-34. EDN UJXFML.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».