Formulation and Validation of a Modal Pushdown Procedure for Progressive Collapse Analysis of Steel Frame Buildings

A modal pushdown analysis procedure was developed for progressive collapse assessment of multi-storey steel frame buildings under sudden removal of a column due to catastrophic events. The target displacement of the column-removed point was estimated from the nonlinear re-sponse-history analysis of a modal inelastic single degree-of-freedom (SDOF) system under a rectangular pulse force that simulates the abrupt column removal. The properties of this SDOF system were calculated from the nonlinear static (pushdown) analysis of the damaged structure using the modal properties of the first bending mode shape. The accuracy of the proposed pro-cedure was estimated by comparison with nonlinear dynamic analysis. For this reason, a series of three-dimensional steel frame buildings with varying number of spans and storeys were con-sidered in the analysis. Different loading levels and column removal scenarios were investigated. The study results show that the modal pushdown procedure gives accurate solution, accounting for both real plastic deformation demand and catenary stiffening action in steel beams.

É stata sviluppata una procedura di pushdown modale per la valutazione del collasso progressi-vo di edifici multipiano intelaiati in acciaio a seguito dell’improvvisa rimozione di una colonna prodotta da eventi catastrofici. Lo spostamento target del punto di rimozione della colonna è stato stimato dall'analisi dinamica non lineare di un sistema modale inelastico a un solo grado di libertà (SDOF) soggetto a una forza impulsiva che simula l’improvvisa rimozione della colonna. Le proprietà meccaniche del sistema SDOF sono state calcolate dall'analisi statica non lineare della struttura danneggiata utilizzando le proprietà modali della prima forma modale verticale. L'accuratezza della procedura proposta è stata valutata mediante il confronto con i risultati dell’analisi dinamica non lineare. A tale scopo, è stata esaminata una serie di edifici tridimensio-nali in acciaio con un numero variabile di campate e di piani, soggetti a diversi scenari di rimo-zione della colonna e a diversi livelli di carico. I risultati ottenuti hanno evidenziato che la proce-dura di pushdown modale è in grado di fornire soluzioni accurate tenendo conto dell’effettiva domanda di deformazione plastica e dell’irrigidimento prodotto dall’effetto catenaria nelle travi in acciaio.