Effect of Catenary Action on Dynamic Increase Factor in Progressive Collapse Analysis

Progressive collapse refers to the phenomenon whereby the global structural failure initiates by disproportional local damage of structural elements caused by abnormal loads. The failure of such structural members under extreme loads events is a nonlinear and dynamic phenomenon, mobilizing different mechanisms to resist collapse. The “catenary action” refers to the ability of beams to resist vertical loads by developing a string-like mechanism and its activation depends on the geometrical nonlinear behaviour of the structure. The paper investigates the effects of the tensile catenary action on dynamic increase factor in the nonlinear static analysis for progressive collapse of steel frame buildings. Nonlinear static and dynamic analyses of a series of steel moment frame buildings with a different number of spans and stories are carried out. The dynamic increase factor that approximately compensates for the dynamic effects in the nonlinear static analysis is selected so to match results from the nonlinear dynamic analysis. The study results showed that the many expressions in literature might not work in cases where the catenary action is activated.

Il collasso progressivo è una modalità di collasso che ha inizio con il danneggiamento prodotto in pochi elementi strutturali da condizioni di carico anomale. Il collasso di tali elementi strutturali in presenza di eventi eccezionali è un fenomeno non lineare e dinamico che mobilita diversi mec-canismi resistenti. L’effetto catenaria si riferisce alla capacità delle travi di resistere ai carichi ver-ticali sviluppando il meccanismo caratteristico di una fune. La sua attivazione dipende dal com-portamento geometrico non lineare della struttura. Questo lavoro approfondisce gli aspetti relati-vi all’influenza dell'effetto catenaria sul fattore di amplificazione dinamica da impiegare per l’analisi a collasso progressivo degli edifici in acciaio. A tale scopo, sono stati considerati una se-rie di edifici intelaiati in acciaio con diverso numero di piani e di campate e sono state eseguite analisi non lineari statiche e dinamiche. Il fattore di amplificazione dinamica da impiegare per compensare gli effetti dinamici è stato caratterizzato mediante il confronto con i risultati dell'a-nalisi dinamica non lineare. I risultati ottenuti hanno evidenziato che le espressioni disponibili in letteratura risultano essere poco accurate in tutti i casi in cui si attiva l’effetto catenaria prodotto dagli sforzi di trazione nelle travi.