STUDY OF PROGRESSIVE COLLAPSE OF BUILDINGS AFTER DAMAGE OF MILITARY NATURE

Authors

DOI:

https://doi.org/10.32782/2415-8151.2026.39.15

Keywords:

progressive collapse, monolithic reinforced concrete frame, reinforced concrete structures, local damage, military impacts, finite element method, physical nonlinearity, stress redistribution, structural robustness

Abstract

The aim of the study is to assess the stability of a monolithic reinforced concrete residential building against progressive collapse under an emergency scenario caused by local mechanical damage of a military nature, as well as to determine the redistribution patterns of internal forces in the load-bearing reinforced concrete elements of the frame after partial structural failure. An additional goal is to justify the feasibility of further operation and restoration of the building based on the results of numerical modeling. Methodology. The study was carried out using the finite element method in a physically nonlinear formulation. Calculations were performed taking into account the actual strength and deformation characteristics of concrete and reinforcement, as well as a realistic scenario of emergency failure of floor slabs, pylons, and diaphragm walls on levels 14–16. The spatial computational model of the building was created in the LIRA-SAPR software package. Special emergency load combinations and a dynamic coefficient were applied to simulate the sudden removal of individual structural elements. Results. The study revealed patterns of internal force redistribution in the vertical reinforced concrete elements of the frame following local damage. It was shown that in the zone of emergency impact, stresses in the pylons and diaphragm walls increase several times, forming local stress concentrations and pre-failure operating regimes. At the same time, in structural elements distant from the damaged area, stress increases are minor and do not lead to the loss of load-bearing capacity. Under the considered scenario, progressive collapse does not develop, and the overall spatial- rigid system of the building maintains its stability. Scientific novelty. The scientific novelty lies in the comprehensive physically nonlinear modeling of a real emergency scenario of military nature for a multi-story monolithic reinforced concrete building, taking into account the sequential removal of damaged elements and dynamic effects. New data were obtained regarding the localization of the stress-strain state and the mechanisms preventing the development of progressive collapse in such structural schemes. Practical relevance. The practical significance of the work lies in the possibility of using the obtained results to justify decisions on the further restoration and safe operation of damaged residential buildings. The proposed numerical analysis approach can be applied as an effective tool for assessing the survivability of buildings and structures in the absence or limitation of full-scale experimental studies. Keywords: progressive collapse, monolithic reinforced concrete frame, reinforced concrete structures, local damage, military impacts, finite element method, physical nonlinearity, stress redistribution, structural robustness.

References

Будівництво багатоквартирного 16-поверхового житлового будинку зі вбудовано-прибудованими приміщеннями соціального призначення по вул. Войкова, 27 у м. Чернігові : робоча документація. Шифр 010-06-АС / НІАЛПІ «Інтерархпроект». Чернігів, 2006. 160 с.

Вабіщевич М., Фесун І. Підходи до забезпечення стійкості будівель і споруд до прогресуючого обвалення: сучасний стан і перспективи. Опір матеріалів і теорія споруд. 2023. Вип. 110. С. 256–263. DOI: 10.32347/2410-2547.2023.110.256-263.

Водопьянов Р.Ю., Титок В.П., Артамонова А.Е, Ромашкина М.А. Під ред. академіка РААСН Городецкого А.С. Програмний комплекс ЛІРА-САПР. Керівництво користувача. Навчальні приклади. Електронне видання, 2017. 535 с.

ДСТУ Б В.2.7-220:2009. Бетони. Визначення міцності механічними методами неруйнівного контролю. [Чинний від 2010-04-01]. Вид. офіц. Київ : Мінрегіонбуд України, 2010. 24 с.

ДСТУ Б В.2.7-214:2009. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками. [Чинний від 01.09.2010]. Вид. офіц. Київ : Мінрегіонбуд України, 2009. 16 с.

ДБН В.1.2-14:2018. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд. [Чинний від 2019-01-01]. Вид. офіц. Київ : Мінрегіон України, 2018. 30 с.

ДБН В.1.2-2-2006. Навантаження і впливи. Норми проєктування. [Чинний від 2007-01-01]. Вид. офіц. Київ : Мінбуд України, 2006. 75 с.

ДБН В.2.2-41:2019. Висотні будівлі. Основні положення. [Чинний від 2020-01-01]. Вид. офіц. Київ : Мінрегіон України, 2019. 53 с.

ДСТУ 3760:2009. Прокат арматурний для залізобетонних конструкцій. Загальні технічні умови. [Чинний від 2010-01-01]. Вид. офіц. Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2010. 18 с.

ДСТУ 9273:2024. Настанова щодо обстеження будівель і споруд для визначення та оцінювання їхнього технічного стану. Механічний опір та стійкість. [Чинний від 2024-01-01]. Вид. офіц. Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2024. 73 с.

ДСТУ EN ISO 6892-1:2016. Матеріали металеві. Випробування на розтяг. Частина 1. Метод випробування за кімнатної температури (EN ISO 6892-1:2016, IDT; ISO 6892-1:2016, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2019. 69 с.

Звіт про детальне та інструментальне обстеження конструкцій житлового будинку по вул. В’ячеслава Чорновола, 15а у м. Чернігові, конструкції якого пошкоджено внаслідок бойових дій. Виконано за договором № 8459 з Управлінням житлово-комунального господарства Чернігівської міської ради / ДП НДІБК. Київ, 2022. 91 с.

Лозіцька А. О., Савицький В. В. Дослідження міцності бетону за допомогою молотка Шмідта. Студентський Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. 2021. Вип. 1 (15). С. 10–13.

Протокол №221-323/071/22. Випробування зразків арматурної сталі, що відібрані з будівлі по вул. В’ячеслава Чорновола, 15а, м. Чернігів.

Протокол №221-323/072/22. Визначення міцності бетону пілонів житлового будинку по вул. В’ячеслава Чорновола, 15а, м. Чернігів. [16] Протокол №221-323/086/22. Визначення міцності бетону на стиск методом пружного відскоку залізобетонних конструкцій житлового будинку по вул. В’ячеслава Чорновола, 15а, м. Чернігів.

Фесун І. Верифікація чисельних моделей прогресуючого обвалення сталевих рам за даними експериментального дослідження. Науковий вісник будівництва. 2025. Вип. 113, № 1. С. 176–186. DOI: 10.33042/2311-7257.2025.113.1.21.

Fu Q.-L., Tan L., Long B., Kang S.-B. Numerical investigations of progressive collapse behaviour of multistorey reinforced concrete frames. Buildings. 2023. Vol. 13. P. 285–286. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13020533

Xu L., Iyela P. M., Su Y., Atlaw M. M., Kang S.-B. Numerical predictions of progressive collapse in reinforced concrete beam-column sub-assemblages: A focus on 3D multiscale modeling. Engineering Structures. 2024. Vol. № 315. P. 56–78. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118485

Xu Q. et al. Numerical simulation study of progressive collapse of reinforced concrete frames with masonry infill walls under blast loading. Modelling and Simulation in Engineering. 2022. Volume 2022, Article ID 1781415, 16 pages. DOI: https://doi.org/10.1155/2022/1781415

Published

2026-04-24

How to Cite

Tabarkevich , O. (2026). STUDY OF PROGRESSIVE COLLAPSE OF BUILDINGS AFTER DAMAGE OF MILITARY NATURE. Theory and Practice of Design, (1 (39), 152–166. https://doi.org/10.32782/2415-8151.2026.39.15

Issue

Section

АRCHITECTURE AND CONSTRUCTION