A Method to Assess the Progressive Collapse Vulnerability of Frame Structures

Barni, Francesco

Every structure can suffer a localized Damage because of some unforeseen event. This localized Damage can either remain confined or spread up to a final wider extent. The latter case is commonly known as Progressive Collapse, and can produce important Losses. For over forty years building regulations have been asking to avoid or limit this phenomenon, and several mitigation techniques have been identified. Yet research on Progressive Collapse mitigation is still in a primordial state. In particular, a reliable and practical method to quantify the propensity to Progressive Collapse of a given structure, as well as to quantify an acceptable level of this propensity, still does not exist. In other words, the tools to mitigate are available, but a reliable and practical methodology to decide if and how much they need to be applied is not. The present work is an attempt to solve this problem by incorporating Progressive Collapse in a probabilistic Risk Framework. The first part of the work provides information useful to understand what the problem consists of, as well as to better understand the approach proposed to solve it. The second part presents the proposed approach, test applications of it and ideas for further developments. The analyses do not show elements to confute the validity of the chosen approach. It is concluded that the presented work represents the first steps towards the achievement of the proposed target, and that the developed methodologies are to be considered as prototypes that need further improvement to actually be usable. Several aspects that need to be further considered to improve the proposed methodologies are listed and discussed.

Jede Struktur kann einen lokalen Schaden aus unvorhergesehenen Ereignissen erleiden. Dieser lokale Schaden kann entweder begrenzt bleiben oder sich weiter ausbreiten. Der zweite Fall wird im allgemeinen als Progressiver Kollaps bezeichnet und kann erhebliche Folgen haben. Seit mehr als vierzig Jahren fordern Konstruktionsnormen dieses Phänomen zu vermeiden oder einzuschränken. Verschiedene Möglichkeiten zur Reduzierung der Konsequenzen aus diesem Phänomen sind seither ermittelt worden. Trotzdem ist die Forschung über die Verminderung von Progressivem Kollaps noch am Anfang. Im Einzelnen gibt es noch keine verlässliche und praktische Methode um die Anfälligkeit einer bestimmten Struktur gegenüber Progressivem Kollaps zu bestimmen, sowie eine akzeptable Größe dieser Anfälligkeit zu quantifizieren. Mit anderen Worten, die Instrumente zur Reduzierung sind vorhanden, aber eine verlässliche und praktische Methodologie zur Bestimmung, ob und in welchem Umfang sie angewendet werden müssen, ist nicht verfügbar. In dieser Arbeit wird der Versuch unternommen, dieses Problem durch Einbeziehung des Progressiven Kollaps in den Rahmen einer Risikobetrachtung zu lösen. Der erste Teil der Arbeit behandelt die Problemstellung und gibt nötige Informationen, um den vorgeschlagenen Lösungsansatz zu verstehen. Der zweite Teil behandelt den vorgeschlagenen Ansatz und durchgeführte Anwendungen sowie einen Ausblick für weitere Entwicklungen. Die Ergebnisse der Analysen stellen die Gültigkeit des gewählten Ansatzes nicht in Frage. Es wird herausgearbeitet, dass die vorliegende Arbeit ein erster Schritt zur Erreichung des ausgegebenen Ziels ist und die entwickelten Methodologien als Prototypen anzusehen sind, die noch weiter verbessert werden müssen, um in der Praxis angewendet werden zu können. Es werden Aspekte dieser notwendigen weiteren Entwicklungen zur Verbesserung der Methodologien aufgezeigt und diskutiert.

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Barni, Francesco: A Method to Assess the Progressive Collapse Vulnerability of Frame Structures. 2011.

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