Wpływ szybkości utraty słupa na dynamiczną odpowiedź konstrukcji żelbetowej

• Autorzy: Kokot S.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2017.55

Warianty tytułu

EN

Dynamic response of a reinforced concrete structure under sudden column removal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W konstrukcjach ramowych, nagła utrata słupa spowodowana na przykład eksplozją ładunku wybuchowego czy uderzeniem pojazdu powoduje dynamiczną odpowiedź, która w przypadku niewystarczającej odporności konstrukcji może prowadzić do częściowej lub całkowitej katastrofy. Pojęcie "nagłości" jest nieprecyzyjne i dlatego warto zbadać jak szybkość utraty słupa wpływa na maksymalne przemieszczenie i jak to przemieszczenie odnosi się do przemieszczenia statycznej utraty słupa. W tym celu przeprowadzono symulacje numeryczne odpowiedzi żelbetowego budynku słupowo-belkowego, który wcześniej został poddany eksperymentalnej quasi-statycznej utracie słupów. Symulacje polegają na stopniowym wydłużeniu czasu trwania utraty słupa od zera do wartości, która asymptotycznie zbliża się do odpowiedzi statycznej. Ze względu na różne rozpiętości przęseł, rozważono trzy scenariusze utraty słupa. Stwierdzono, że wpływ szybkości utraty słupa zależy od możliwości przeniesienia obciążeń przez pozostałą część konstrukcji, a to przejawia się w wartościach okresu drgań własnych dla postaci w kierunku pionowym konstrukcji bez danego słupa. Podano także czasy trwania utraty słupa, dla których odpowiedź jest na umownym poziomie 95% maksymalnej odpowiedzi dynamicznej oraz wartości znormalizowanego czasu w stosunku do odpowiedniego okresu drgań własnych, co może posłużyć jako wskazówka przy dobieraniu kroku czasowego całkowania równań ruchu w obliczeń dynamicznych przy użyciu metody elementów skończonych.

EN

In frame structures, a sudden column removal, which can be triggered by a blast of an explosive material or a vehicle impact, causes dynamic response, which in case of insufficient structural capacity can lead to partial or total progressive collapse. The notion of suddenness is imprecise and therefore it is worth to evaluate how the rate of column removal influences the maximum displacement and how this displacement refers to the displacement produced by static column removal. To this end, the response from numeric simulations of a reinforced concrete column-beam structure has been evaluated. This real structure had been earlier tested experimentally for quasistatic column removals. The numerical simulations consist in progressive increase of time of column removal from zero to the value, which asymptotically approaches the static response. Since the lengths of frame spans are not equal, three column removal scenarios have been investigated. It should be noted that the impact of rate of column removal depends on the ability of the remaining structure to withstand the lack of column and this reflects in the natural period for mode corresponding to the vertical downward motion of the model without the column. It is also interesting to compare the time duration of column removal for which the response is in the range of 95% of maximum dynamic response for three column removal scenarios and the normalized time related to the corresponding natural period. This indication can be useful when selecting the time step in numerical integration of equations of motion in dynamic analysis using finite element method.

Słowa kluczowe

PL

katastrofa postępująca; obciążenie wyjątkowe; modelowanie; konstrukcja żelbetowa; współczynnik dynamiczny

EN

progressive collapse; accidental loading; modelling; reinforced concrete structures; dynamic factor

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 64, nr 2/I
• Strony: 97--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kokot S.

• Politechnika Opolska, Katedra Mechaniki, Konstrukcji Budowlanych i Inżynierskich, ul. Katowicka 48, 45-061 Opole; tel. [phone]

Bibliografia

• [1] DoD UFC Guidelines., Design of Buildings to Resist Progressive Collapse, Unified Facilities Criteria (UFC) 4-023-03. Department of Defence (DoD), 2005.
• [2] PN-EN 1991-1-7, Eurokod 1 - PN-EN 1991-1-7: Oddziaływania na konstrukcje - Część 1-7: Oddziaływania ogólne - Oddziaływania wyjątkowe, 2006.
• [3] GSA Guidelines., GSA Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Modernizations Projects. General Services Administration (GSA), 2003.
• [4] Kokot S.: Literature survey on current methodologies of assessment of building robustness and avoidance of progressive collapse. JRC Scientific and Technical Reports JRC 5598, European Commission, Joint Research Centre, 2009.
• [5] Kokot S., Anthoine A., Negro P., Solomos G.: Static and dynamic analysis of a reinforced concrete flat slab frame building for progressive collapse. Engineering Structures, vol. 40, 2012, pp. 205-217.
• [6] Kokot, S., Analiza ramy żelbetowej na obciążenia wyjątkowe według metody zastępczej ścieżki obciążenia, Inżynieria i Budownictwo, 8, 2012, pp. 444-446.
• [7] Neuenhofer A., Filippou, F. C., Evaluation of nonlinear frame finite element models, Journal of Structural Engineering, vol. 123, 7, 1997, pp. 958-966.
• [8] Scott B. D., Park R., Priestley M. J. N., Stress-strain behavior of concrete confined by overlapping hoops at low and high strain rates, ACI Journal, 1982, vol = 79, 1, pp. 13-27.
• [9] Filippou F. C., Popov E. P., Bertero V. V., Effects of bond deterioration on hysteretic behavior of reinforced concrete joints, University of California, Berkeley, 1983.
• [10] Crisfield M., Nonlinear finite element analysis of solids and structures, Wiley, 1991, New York.
• [11] McKenna F.,Fenves G. L., Scott M. H., OpenSees - Open system for earthquake engineering simulation, Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, CA., http://opensees.berkeley.edu.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)