Details

This study investigates the impact of soil-structure interaction (SSI) on the progressive collapse behavior of a 12-story monolithic reinforced concrete building, analyzed using the nonlinear direct dynamic method in LIRA-SAPR 2024. The research addresses the ambiguity in SP 385.1325800.2018 regarding the necessity of SSI consideration in progressive collapse design. The objectives addressed in this work include: Adapting finite element models of a multi-story reinforced concrete building with slab and pile foundations, incorporating both physical and geometric nonlinearity. Performing direct dynamic simulations to model progressive collapse by removing a critical corner column. Evaluating the effects of SSI on structural responses, including displacements, internal forces, and load redistribution, across various soil conditions. Assessing differences between models with and without SSI to determine its impact and pinpoint factors influencing structural performance. Developing guidelines for integrating SSI into progressive collapse analysis and enhancing the precision of numerical models. The finite element model represents a 12-story building (27 m × 17 m, 3 m story height) with 250 mm × 600 mm columns, 200 mm slabs, and 200–250 mm core walls. The analysis considered special load combinations per SP 385.1325800.2018, with construction staging modeled via the “Montage” system. Results indicate that SSI increases displacements and forces by up to 50% in weak or tilted soil conditions, while rigid base models yield a 5–7% difference in most cases, providing a small safety margin. Reinforcement consumption remains largely consistent across models. A key finding is the necessity of recalibrating damping parameters (Rayleigh coefficients α,β) for rigid base models through new modal analysis to avoid underestimating forces. The study utilized LIRA-SAPR 2024 for modeling and analysis, with data storage on local servers. The findings highlight the importance of SSI consideration for weak soils, tilted bases, or high-rise structures (>75 m) and propose practical guidelines to enhance progressive collapse design under Russian standards. This research contributes to clarifying the application of SP 385.1325800.2018 and improving structural safety in multi-story buildings. The following information technologies were used in the work: LIRA-SAPR 2024 software for performing direct dynamic analysis with nonlinearity considerations, SCAD Office (satellites) for preliminary assessment of building settlement and foundation analysis, MS Word for preparing the textual part of the graduate qualification work, MS Excel for processing and analyzing calculation results (energy analysis, summary tables), and MATLAB for writing scripts to visualize data. Cloud services: Yandex Cloud was used for storing and sharing materials. Scientific literature was sourced and analyzed using the eLibrary, ASCE, and Scopus databases.

Исследование посвящено анализу влияния взаимодействия грунта и конструкции на поведение 12-этажного монолитного железобетонного здания при прогрессирующем обрушении, рассчитанном с использованием нелинейного прямого динамического метода в ЛИРА-САПР 2024. Работа направлена на устранение неопределенности в СП 385.1325800.2018 относительно необходимости учета грунтового основания при расчете на прогрессирующее обрушение. Цели исследования включают: 1.Модификацию конечно-элементных моделей многоэтажного железобетонного здания с плитным и свайным фундаментами, учитывающих физическую и геометрическую нелинейность. 2.Проведение прямого динамического анализа для моделирования сценариев прогрессирующего обрушения путем удаления критической угловой колонны. 3.Изучение влияния взаимодействия грунтового основания на ключевые параметры конструкции, такие как перемещения, внутренние усилия и перераспределение нагрузок. 4.Сравнение результатов расчетов с учетом и без учета грунтового основания для оценки его значимости и выявления факторов, влияющих на поведение конструкции. 5. Формулировку рекомендаций по включению грунтового основания в анализ прогрессирующего обрушения и повышению точности моделирования. Расчетная модель представляет 12-этажное здание (27 м × 17 м, высота этажа 3 м) с колоннами 250 мм × 600 мм, плитами перекрытия 200 мм и стенами ядра жесткости 200–250 мм. Расчет выполнен с учетом особого сочетания нагрузок по СП 385.1325800.2018, с моделированием поэтапного строительства через систему «Монтаж». Результаты показывают, что SSI увеличивает перемещения и усилия до 50% при слабых грунтах или сильном крене, тогда как модели с жестким основанием дают разницу в 5–7%, обеспечивая небольшой запас прочности. Расход арматуры остается практически неизменным. Важным выводом является необходимость перерасчета коэффициентов демпфирования Рэлея (α, β) на основе нового модального анализа для моделей с жестким основанием, чтобы избежать занижения усилий. Для расчетов использовался ЛИРА-САПР 2024, данные хранились на локальных серверах. Исследование подчеркивает важность учета взаимодействия с грунтовым основанием при слабых грунтах, сильном крене или для высотных зданий (>75 м) и предлагает рекомендации для совершенствования проектирования на прогрессирующее обрушение в рамках российских стандартов. Работа вносит вклад в уточнение применения СП 385.1325800.2018 и повышение безопасности многоэтажных зданий. В процессе работы использовались следующие информационные технологии: программное обеспечение LIRA-SAPR 2024 для проведения прямого динамического анализа с учетом нелинейности, SCAD Office (сателлиты) — для предварительной оценки осадки здания и анализа работы основания, MS Word — для оформления текстовой части выпускной квалификационной работы, MS Excel — для обработки и анализа результатов расчетов (энергетический анализ, сводные таблицы), MATLAB — написание скриптов для визуализации данных. Облачные сервисы: Yandex Cloud— для хранения и совместного доступа к материалам. Для поиска и анализа научной литературы применялись базы данных eLibrary ASCE и Scopus.

• 0_Dissertation_Beggining
  • РЕФЕРАТ
• 0_Dissertation
  • Introduction
  • CHAPTER 1. Theoretical background and literature review
    • 1.1. Development of rules and regulations for progressive collapse
      • 1.1.1. Historical events shaping progressive collapse standards
      • 1.1.2. Foreign modern codes and regulations
      • 1.1.3. Modern codes and regulations in the Russian Federation
    • 1.2. Methods of progressive collapse Analysis
      • 1.2.1. Kinematic method of limit equilibrium
      • 1.2.2. Static method
      • 1.2.3. Quasi-static methods
      • 1.2.4. Dynamic method
    • 1.3. Literature review on progressive collapse
    • 1.4. Overview of software for progressive collapse analysis
    • 1.5. Literature review on the influence of soil-structure interaction in progressive collapse analysis
    • 1.6. Conclusions on the first chapter and the formulation of research objectives
  • CHAPTER 2. Input data and numerical modeling methodology
    • 2.1. Introduction to numerical modeling of progressive collapse
    • 2.2. Finite element model of the building
      • 2.2.1. Geometry and structural features of the building
      • 2.2.2. Foundation types: slab and pile
      • 2.2.3. Finite element types and mesh configuration
      • 2.2.4. Software used
    • 2.3. Modeling of soil foundation
      • 2.3.1. Description of soil calculation models
      • 2.3.2. Soil Parameters and their determination
    • 2.4. Nonlinear material properties
      • 2.4.1. Nonlinear characteristics of concrete
      • 2.4.2. Nonlinear characteristics of steel
    • 2.5. Modal analysis
      • 2.5.1. Time of removal of the load-bearing element
      • 2.5.2. Damping parameters
      • 2.5.3. Results of modal analysis
      • 2.5.4. Incorporation of damping in dynamic analysis
    • 2.6. Loads acting on the FE scheme
      • 2.6.1. The «Montage» system
      • 2.6.2. Description of loading scheme
    • 2.7. Setup of direct dynamic analysis
      • 2.7.1. Column removal setup
      • 2.7.2. Creation of dynamic loading
      • 2.7.3. Key parameters of dynamic analysis
    • 2.8. Conclusions on numerical modeling methodology
  • CHAPTER 3. Results of numerical modeling and their analysis
    • 3.1. Modeling results for the slab foundation
      • 3.1.1. Displacements of the node above the removed column
      • 3.1.2. Kinetic energy of the system
      • 3.1.3. Forces in structural element
      • 3.1.4. Reinforcement consumption
    • 3.2. Modeling results for the pile foundation
      • 3.2.1. Displacements of the node above the removed column
      • 3.2.2. Kinetic energy of the system
      • 3.2.3. Forces in structural elements
      • 3.2.4. Reinforcement consumption
    • 3.3. Conclusion on the modeling results
  • CONCLUTION
  • LIST OF REFERENCES
  • APPENDIX A.
  • APPENDIX B.