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Progetto esecutivo 2009/2012AT-2 Innovazioni normative e tecnologiche in ingegneria sismica
Linea 2.1. Aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioni
Task 2.1.2 Strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo
Coordinatori: Coordinatori:
R. Landolfo, R. ZandoniniR. Landolfo, R. ZandoniniSeconda riunione di coordinamento
Bologna, 10-11 Settembre 2012
1.1. UniversitUniversitàà di Napoli Federico II di Napoli Federico II –– IngegneriaIngegneria ((UNINAUNINA--INGING))2. Universit2. Universitàà di Trento (di Trento (UNITNUNITN))3.3. UniversitUniversitàà di Napoli Federico IIdi Napoli Federico II––Architettura Architettura ((UNINAUNINA--ARCH)ARCH)4. Univerist4. Univeristàà di Salerno (di Salerno (UNISAUNISA) ) 5. Universit5. Universitàà del Sannio (del Sannio (UNISANNIOUNISANNIO))6. Universit6. Universitàà di Chietidi Chieti““Gabriele DGabriele D’’AnnunzioAnnunzio”” ((UNICHUNICH))7. Universit7. Universitàà di Trieste (di Trieste (UNITSUNITS))8. Seconda Universit8. Seconda Universitàà di Napoli (di Napoli (UNINA2UNINA2))9. Universit9. Universitàà Politecnica delle Marche (Politecnica delle Marche (POLIMAPOLIMA))10. Universit10. Universitàà di Pisa (di Pisa (UNIPIUNIPI))
Composizione del gruppo di ricercaComposizione del gruppo di ricerca
BackgroundBackground
Il Task 2.1.2 del progetto Il Task 2.1.2 del progetto Reluis 2009/2012 ha come Reluis 2009/2012 ha come basi lbasi l’’attivitattivitàà di ricerca di ricerca svolta nella linea 5 del svolta nella linea 5 del precedente progetto precedente progetto (2005(2005--2008). 2008).
Formulazione di proposte per lFormulazione di proposte per l’’aggiornamento delle aggiornamento delle NTC NTC per quanto concerne le strutture di acciaio e miste per quanto concerne le strutture di acciaio e miste acciaioacciaio--calcestruzzo in zona sismica, ovvero: calcestruzzo in zona sismica, ovvero:
Modifica e/o integrazione delle regole progettuali Modifica e/o integrazione delle regole progettuali esistenti esistenti sia per le tipologie strutturali al presente gisia per le tipologie strutturali al presente giààconsiderate dalla Norma che con riferimento a tipologie considerate dalla Norma che con riferimento a tipologie strutturali innovativestrutturali innovative..
ObiettiviObiettivi
Il materialeIl materiale:Analisi degli effetti della Analisi degli effetti della variabilitvariabilitàà delle proprietdelle proprietààmeccaniche dellmeccaniche dell’’acciaio sulla acciaio sulla risposta strutturalerisposta strutturale
Tematiche di ricercaTematiche di ricerca
Acciai ad alta resistenza – HSS (High Strength Steel)
Le membratureLe membratureRisposta di Profili sottili Cold Formed e Profili Cavi Risposta di Profili sottili Cold Formed e Profili Cavi
Tematiche di ricercaTematiche di ricerca
Membrature composte acciaioMembrature composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
I collegamenti:I collegamenti:Risposta di nodi traveRisposta di nodi trave--colonna e colonna fondazione interamente di acciaiocolonna e colonna fondazione interamente di acciaio
Tematiche di ricercaTematiche di ricerca
Risposta di nodi composti acciaioRisposta di nodi composti acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
I sistemi strutturali:I sistemi strutturali:Strutture a controventi tradizionali (concentrici, eccentrici) eStrutture a controventi tradizionali (concentrici, eccentrici) ed innovativi (ad instabilitd innovativi (ad instabilitàà impedita)impedita)
Strutture a telaioStrutture a telaio
Tematiche di ricercaTematiche di ricerca
Strutture a pannelliStrutture a pannelli
Tematiche di ricercaTematiche di ricerca
Sistemi in coldSistemi in cold--formedformed
Ponti ad impalcato composto acciaioPonti ad impalcato composto acciaio--calcestruzzo calcestruzzo
I sistemi strutturali:I sistemi strutturali:
I sistemi strutturaliI sistemi strutturali
(UNINA(UNINA--ARCH)ARCH)
(POLIMA)(POLIMA)
(UNINA(UNINA--ING)ING)(UNINA2)(UNINA2)
(UNICH)(UNICH)
Compiti delle UnitCompiti delle Unitàà di ricercadi ricerca
I collegamentiI collegamenti(UNITS)(UNITS)(UNISA)(UNISA)
Le membratureLe membrature(UNISANNIO)(UNISANNIO)(UNITN)(UNITN)
Il materialeIl materiale (UNIPI)(UNIPI)
AttivitAttivitàà e prodotti delle Unite prodotti delle Unitàà di ricercadi ricerca
IL MATERIALEIL MATERIALEUR: UNIPIUR: UNIPI
Titolo: Titolo: Analisi degli effetti della variabilitAnalisi degli effetti della variabilitàà delle proprietdelle proprietàà meccaniche dei meccaniche dei materialimaterialiResp. scientifico: Resp. scientifico: Walter SalvatoreWalter SalvatoreProblematiche da investigareProblematiche da investigare::Caratterizzazione probabilistica della variabilitCaratterizzazione probabilistica della variabilitàà delle delle proprietproprietàà meccaniche dei prodotti in acciaio per le meccaniche dei prodotti in acciaio per le costruzioni (lamiera, profili ad I ed H) e armonizzazione costruzioni (lamiera, profili ad I ed H) e armonizzazione della norma di progetto con le norme di prodotto.della norma di progetto con le norme di prodotto.
ObiettiviObiettivi::Valutazione della variabilitValutazione della variabilitàà reale delle proprietreale delle proprietàà
meccaniche dei prodotti in acciaio.meccaniche dei prodotti in acciaio.‘‘OttimizzazioneOttimizzazione’’ delle regole di progettazione sismica delle regole di progettazione sismica
per strutture a telaio/controventate.per strutture a telaio/controventate.Armonizzazione della norma di progettazione con le Armonizzazione della norma di progettazione con le
norme di produzione dei prodotti in acciaio.norme di produzione dei prodotti in acciaio.
UnitUnitàà di ricerca 10 (UNIPI)di ricerca 10 (UNIPI)
UnitUnitàà di ricerca 10 (UNIPI)di ricerca 10 (UNIPI)
Il problema della sovraresistenza del materiale: il valore medio della tensione di snervamento può essere molto maggiore del valore di progetto
Problematica da investigare
NTC 11.3.4.9(acciaio per zonedissipative): 20.1≥
yk
tk
ff
yky ff ⋅≤ 2.1max, EN 10025-2:2005:(Tensione di snervamento nominale)
alpha-numeric numerical ≤16
S235JR 1.0038 235S235J0 1.0114 235S235J2 1.0117 235S275JR 1.0044 275S275J0 1.0143 275S275J2 1.0145 275S355JR 1.0045 355S355L0 1.0553 355S355J2 1.0577 355S355K2 1.0596 355
25.1
1.1max,
=
⋅⋅≤
Ov
yOvy ff
γ
γEurocode 8: NTC 7.5.1:
yk
myRd f
f ,=γ
UnitUnitàà di ricerca 10 (UNIPI)di ricerca 10 (UNIPI)
1. Caratterizzazione statistica e modellazione delle proprietà meccaniche dell’acciaio (tensione di snervamento, di rottura e allungamento ultimo)
Attività del primo anno
0
50
100
150
200
250
300
277 292 307 323 338 353 368 384 399 414 430 445 460Tensione di Snervamento [MPa]
Oss
erva
zion
i spe
rimen
tali
Dati sperimentali
Distribuzione Normale
Distribuzione Log-Normale
f ym: 358.93 MPaσ fy : 20.78 MPa
0
50
100
150
200
250
437 444 451 458 465 472 479 486 493 500 507 513 520 527
Dati sperimentaliDistribuzione NormaleDistribuzione Log-Normale
f tm : 477.58 MPaDat
i spe
rimen
tali
Tensione di Rottura [MPa]
0
50
100
150
200
250
300
350
27.8 28.8 29.7 30.7 31.7 32.6 33.6 34.6 35.6 36.5 37.5 38.5 39.4 40.4 41.4Allungamento ultimo a rottura A%
Dat
i spe
rimen
tali
A : 34.13%
Dati sperimentaliDistribuzione NormaleDistribuzione Log-Normale
Rm = 0.3007Re + 369.65R2 = 0.2922
400
420
440
460
480
500
520
540
560
580
250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450Tensione di Snervamento [Mpa]
Tens
ione
di R
ottu
ra [M
pa]
Rm Limite superiore EN 10025
Rm lower limit EN 10025
Re limite inferiore
EN 100251.15X1.1=1.265
1.431
1.15
0
50
100
150
200
250
1.10 1.14 1.18 1.21 1.25 1.29 1.32 1.36 1.39 1.43 1.47 1.50 1.54 1.58 1.61 1.65
Snervamento: Reale/Nominale = γOV
Dat
i spe
rimen
tali
Dati sperimentali
Distribuzione Normale
Distribuzione Log-Normale
Re/Renom (0.95)
HEA; 30.3%
HEB; 27.7%
UPN; 17.7%
IPE; 12.4%
HEA; 644
HEB; 589
UPN; 377
IPE; 264
Sistemi EBF: casi studioSistemi EBF: casi studio
350
350
350
350
350
1750
600 600 600 6002400
HEB300 HEB300 HEB300
HEB100 e=250mm
HEB140 e=350mm
HEB160 e=450mm
HEB200 e=600mm
HEB200 e=600mm
BracesHEB240
Beams withoutlink IPE360
350
350
350
350
350
1750
700 700 700
HEB300 HEB300HEB280 HEB280BracesHEB240
Beams withoutlink IPE500
HEB120 e=450mm
HEB140 e=450mm
HEB160 e=550mm
HEB180 e=700mm
HEB200 e=700mm
2100
350
350
350
350
350
1750
600 600 600 6002400
700 7002100
350
350
350
350
350
1750
700
HEB240 HEB240
IPE160 e=1000mm
IPE220 e=1000mm
IPE240 e=1000mm
IPE270 e=1000mm
IPE270 e=1000mm
BracesHEB200
Beams withoutlink IPE500
IPE160 e=1000mm
IPE220 e=1000mm
IPE240 e=1000mm
IPE270 e=1000mm
IPE270 e=1000mm
HEB240HEB260HEB240BracesHEB200
Beams withoutlink IPE360
400
40080
01000 800 800 1000800 800 800
400
800
1050 1050 1050105010506300
1050
400
HEB320 e=600mm
HEB360 e=600mm
Braces HEB280 Beams without link IPE360
HEB300 e=700mm
HEB320 e=700mm
Columns HEB240
6000
Braces HEB260 Beams without link IPE600 Columns HEB240
UnitUnitàà di ricerca 10 (UNIPI)di ricerca 10 (UNIPI)
AttivitAttivitàà del 2.o annodel 2.o anno
È stata eseguita una dettagliata analisi del rischio sismico, con definizione dell’input sismico e applicazione del metodo Monte Carlo.Le analisi IDA sono state condotte per 500 campioni, preparando la base dati per correlare la domanda sismica (PGA) e la risposta strutturale (modo di collasso).
AttivitAttivitàà previste per il 3.o anno previste per il 3.o anno
•Definizione delle curve di fragilità per ogni modalità di collasso identificata. •Messa a punto linee guida di progetto.•Proposta armonizzazione norme progetto e prodotto.
LE MEMBRATURELE MEMBRATUREUR: UNITN E UNISANNIOUR: UNITN E UNISANNIO
AttivitAttivitàà e prodotti delle Unite prodotti delle Unitàà di ricercadi ricerca
Titolo: Titolo: Analisi delle prestazioni sismiche di strutture di Analisi delle prestazioni sismiche di strutture di controvento concentriche con colonne in acciaio controvento concentriche con colonne in acciaio ad alta resistenzaad alta resistenzaResp. scientifico: Resp. scientifico: Prof. Ing. Riccardo ZandoniniProf. Ing. Riccardo Zandonini
Problematiche da investigare:Problematiche da investigare:•• Progettazione secondo il criterio della gerarchia delle Progettazione secondo il criterio della gerarchia delle resistenze;resistenze;•• Comportamento allComportamento all’’instabilitinstabilitàà di elementi in HSS;di elementi in HSS;•• DuttilitDuttilitàà di controventi in strutture con colonne in di controventi in strutture con colonne in HSS;HSS;•• Classificazione delle sezioni trasversali per colonne Classificazione delle sezioni trasversali per colonne circolari in HSS;circolari in HSS;Obiettivi:Obiettivi:
Sviluppare un approccio di progettazione basato Sviluppare un approccio di progettazione basato sulle prestazioni (Performance Based Design) in cui il sulle prestazioni (Performance Based Design) in cui il Capacity Design si estenda a strutture in acciaio Capacity Design si estenda a strutture in acciaio tubolare HSS;tubolare HSS;
UnitUnitàà di ricerca 2 (UNITN)di ricerca 2 (UNITN)
UnitUnitàà di ricerca 2 di ricerca 2 (UNITN)(UNITN)
AttivitAttivitàà del primo annodel primo annoCaso Studio: Caso Studio: Costruzione adibita ad uffici di 5 piani fuori terra e Costruzione adibita ad uffici di 5 piani fuori terra e altezza di interpiano pari a 3,5 m, a pianta quadrata 24 x altezza di interpiano pari a 3,5 m, a pianta quadrata 24 x 24 m, composta da maglie quadrate di luce 6 m. 24 m, composta da maglie quadrate di luce 6 m. Controventata con controventi concentrici (q=3.2) Controventata con controventi concentrici (q=3.2)
Gerarchia delle resistenze (capacity design) per travi Gerarchia delle resistenze (capacity design) per travi e colonne dei telai controventati .e colonne dei telai controventati .Diagonali: Diagonali: γ= + ⋅ ⋅Ω ⋅, ,1,1Ed Ed G Rd Ed EN N N γRd=1
Ωmin=1,57
UnitUnitàà di ricerca 2 di ricerca 2 (UNITN)(UNITN)
AttivitAttivitàà del primodel primo-- secondo annosecondo annoCaso Studio: Caso Studio: Conduzione di analisi non lineari:Conduzione di analisi non lineari:
Analisi statica non lineare (pushover)Analisi statica non lineare (pushover)-- una distribuzione uniforme una distribuzione uniforme -- una distribuzione modale una distribuzione modale
Analisi dinamica non lineare (IDA)Analisi dinamica non lineare (IDA)-- si sono considerati gli effetti pisi sono considerati gli effetti piùù
gravosi causati dallgravosi causati dall’’implemenimplemen--tazione di tazione di tretre accelerogrammi accelerogrammi spettro compatibili. spettro compatibili.
ANALISI STATICA NON LINEARE
UNIFORME PRIMO MODO
αu / α1 μunif qstat,unif αu / α1 μmode qstat,mode
1,5 2,6 3,89 1,42 3,18 4,52
TIME HISTORY (MAX) TIME HISTORY (MIN)
qdyn 8 6
Ωd,dyn 2,45 2,45
UnitUnitàà di ricerca 2 di ricerca 2 (UNITN)(UNITN)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo annoIndagini sperimentali:Indagini sperimentali:
Colonna Tubo 139.7x7.72
ControventoUPN 180 –S275
Trave IPE400 - S355
CAMPIONI CON CONTROVENTI‘STANDARD’
1- Prova Monotona con N= 0.50Npl,Rd2 - Prova ECCS con N= 0.50Npl,Rd3 - Prova Amp. Cost. D=8ey con N= 0.50Npl,Rd4 - Prove Random1 (*) con N=0.25Npl,Rd5 - Prove Random2 (*) con N=0.50Npl,RdCAMPIONI CON CONTROVENTIINDEBOLITI
6 - Prova ECCS con N=0.50Npl,Rd7 - Prova Random (*) con N=0.50Npl,Rd
(*) spostamenti di interpiano del telaio situatoall’ultimo piano ottenuti dall’IDA per a=1.2g
UnitUnitàà di ricerca 2 di ricerca 2 (UNITN)(UNITN)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo annoIndagini sperimentali:Indagini sperimentali:
UnitUnitàà di ricerca 2 di ricerca 2 (UNITN)(UNITN)
AttivitAttivitàà pianificate per il 3.o annopianificate per il 3.o annoCompletamento dell’attività sperimentale.Rielaborazionedati sperimentali .Calibrazione modello FEM dell’intero campione sottoposto ad indagine sperimentale e successiva conduzione di analisi parametriche.
Sviluppo di modelli FEM di dettaglio relativi ai collegamenti diagonale-colonna sottoposti ad indagini sperimentali al fine di valutare i meccanismi locali.
Proposta di regole progettuali da inserire nella normativa italiana ed europea.
UnitUnitàà di ricerca 5 (UNISANNIO)di ricerca 5 (UNISANNIO)
Titolo: Titolo: Membrature composte acciaioMembrature composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzoResp. scientifico: Resp. scientifico: Maria Rosaria PecceMaria Rosaria Pecce
Problematiche da investigareProblematiche da investigare::CapacitCapacitàà deformativa plastica di travi composte deformativa plastica di travi composte acciaioacciaio--calcestruzzo calcestruzzo Progettazione di collegamenti tipo socket per colonne Progettazione di collegamenti tipo socket per colonne partially encased e concrete filledpartially encased e concrete filled
ObiettiviObiettivi::Indicazioni sulla capacitIndicazioni sulla capacitàà rotazionale delle travi rotazionale delle travi
composte e del collegamento della colonna in composte e del collegamento della colonna in fondazione e della loro influenza sul fattore di struttura fondazione e della loro influenza sul fattore di struttura
Indicazioni progettuali per il collegamento alla base Indicazioni progettuali per il collegamento alla base di tipo socketdi tipo socket
UnitUnitàà di ricerca 5 (UNISANNIO)di ricerca 5 (UNISANNIO)
Capacità rotazionale di travi composte acciaio-calcestruzzo
nodo esternotrave
nodo interno colonna
collegamento alla base della colonna
trave
Problematica da investigare
UnitUnitàà di ricerca 5 (UNISANNIO)di ricerca 5 (UNISANNIO)
Nodo rigido
PILASTRO COMPOSTO
TRAVE COMPOSTA
Lunghezza cerniera plastica
acciaio
travi composte mom. negativo
È stato progettato conNTC2008 un telaio composto di riferimentoAttivitAttivitàà del primo annodel primo anno
UnitUnitàà di ricerca 5 (UNISANNIO)di ricerca 5 (UNISANNIO)
AttivitAttivitàà 2.o anno:2.o anno:Progetto e analisi non lineare di un telaio composto
considerando diverse formulazioni per la capacitàrotazionale e l’effetto della deformabilità dei nodi (con UNITS).
Sviluppo di un modello non lineare mediante DIANA per il collegamento alla base tipo socket e stima della capacità rotazionale.
Sviluppo di un modello non lineare mediante DIANA per le travi composte soggette a momento negativo.
Preparazione di due campioni di collegamenti trave-colonna (progettati con UNITS)
trave colonna
connessione a taglio a completo ripristino
Expressions Parameters Bibliography 1 0.2
2pd zl
d= + d: height of cross-section
z: shear span length Corley, W. G, 1966
2 0.052pdl z= + d: height of cross-section
z: shear span length Mattock, A. H., 1967
3 0.08 6p bl L d= + L : element length db: long. steel bar diameter
Priestley, M. J. N., and Park, R., 1987
4 0.4pl h= h : height of cross-section Park, R.; Priestley, M. J. N.; Gill,W.D., 1982
5 0.08 0.022p b yl L d f= + L: element length db: long. steel bar diameter fy: yielding strenght of bars
Paulay, T., and Priestley, M. J. N., 1992
6 1.0pl h= h: height of cross-section Sheikh, S. A., and Khoury, S. S., 1993 7 0,1 0,17 0, 24 bL y
p Vc
d fL L h
f= + + Lv: shear span length
h : height of cross-section dbL: long. steel bar diameter fy: yielding strength of bars fc: concrete cylindrical strength
Circolare NTC #C8A.6
Formule di lunghezze di cerniera plastica esaminateFormule di lunghezze di cerniera plastica esaminate
Expressions Parameters Bibliography 8 h: height of steel cross-section Bruneau et al., 1998
9 h: height of composite cross-section Chen, S. and Jia, Y., 2007
10 h: height of steel cross-section Kemp, A. R., Nethercot, D.A., 2000
UnitUnitàà di ricerca 5 (UNISANNIO)di ricerca 5 (UNISANNIO)
Effetto della deformabilitEffetto della deformabilitàà del nodo sulldel nodo sull’’analisi non lineareanalisi non lineare
Capacità rotazionalevalutata con le formule relative alle travi composte e alle colonne in acciaio
UnitUnitàà di ricerca 5 (UNISANNIO)di ricerca 5 (UNISANNIO)
Modello del nodo sviluppato da UNITS
Il modello 3D consente l’analisi della distribuzione delle tensioni all’interno della colonna e del plinto
confronto teorico-sperimentale
F
Kθ
F
Kθ
Modello 1D
58.0cs BE146.0k −⋅⋅=
modello 3D
mediante analisi parametrica è stato calibrato un modello 1D con plasticitàconcentrata
collegamento colonna composta fondazione tipo socket
UnitUnitàà di ricerca 5 (UNISANNIO)di ricerca 5 (UNISANNIO)
AttivitAttivitàà pianificate per il prossimo annopianificate per il prossimo anno
1000
2000610
170909090
120
7070
70
3F 14
3F 14
3F 20
HE280B
IPE240
330
IPE240
HE280B
HE280B
2000
piatti sp. 10
1550
120
1730
3400
330
passo pioli150 mm
300
300 Ø50
Ø50
420
2405565
15
Prove su due nodi composti progettati con UNITS (nodi già realizzati)
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100 120
senza tensioni residuecon tensioni residue costanti fytrave 1trave 2trave 3
beam 1beam 2
beam 3F [kN]
deflection [mm]
Completamento modello 3D trave composta e analisi parametriche
Analisi dinamiche non lineari di telai composti→→ Raccomandazioni progettualiRaccomandazioni progettuali
UnitUnitàà di ricerca UNISANNIOdi ricerca UNISANNIO
Compiti delle UnitCompiti delle Unitàà di ricercadi ricerca
I COLLEGAMENTII COLLEGAMENTIUNISA E UNITSUNISA E UNITS
Titolo: Titolo: CRITERI DI PROGETTAZIONE E METODOLOGIE CRITERI DI PROGETTAZIONE E METODOLOGIE PER LA PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO PER LA PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO ULTIMO DEI COLLEGAMENTI TRAVEULTIMO DEI COLLEGAMENTI TRAVE--COLONNA E COLONNACOLONNA E COLONNA--FONDAZIONE SOTTO FONDAZIONE SOTTO AZIONI SISMICHEAZIONI SISMICHEResp. scientifico: Resp. scientifico: Prof. Vincenzo PilusoProf. Vincenzo PilusoProblematiche da investigare:Problematiche da investigare:Progettazione a resistenza e duttilitProgettazione a resistenza e duttilitàà controllata controllata di collegamenti per strutture sismodi collegamenti per strutture sismo--resistenti in resistenti in acciaio attraverso criteri di gerarchia al livello acciaio attraverso criteri di gerarchia al livello delle singole componenti nodali. delle singole componenti nodali. Obiettivi:Obiettivi:
sperimentazione e modellazione di collegamenti travesperimentazione e modellazione di collegamenti trave--colonna, sia di tipo colonna, sia di tipo tradizionale che di tipo innovativo, e colonnatradizionale che di tipo innovativo, e colonna--fondazione;fondazione;
sviluppo di criteri di progettazione per collegamenti sia a parsviluppo di criteri di progettazione per collegamenti sia a parziale che a completo ziale che a completo ripristino di resistenza;ripristino di resistenza;
identificazione di nuove raccomandazioni e sviluppo di linee guidentificazione di nuove raccomandazioni e sviluppo di linee guida per la ida per la progettazione.progettazione.
UnitUnitàà di Ricerca 4 (UNISA)di Ricerca 4 (UNISA)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno ObiettiviObiettiviValutazione dell’affidabilità del modello meccanico proposto dall’EC3 per la previsione di rigidezza e resistenza di nodi di base.I test, sono stati eseguiti imponendo preliminarmente carichi e scarichi a differenti valori di sforzo normale (1%-20% dello “squash load”) e successivamente sono stati condotti a rottura applicando uno sforzo normale pari al 20% dello “squash load”.
Test eseguitiTest eseguiti
Barre M20
HE 240 Bsf
sw
tpiatto
e2 e2
e1e1
B0
B0
B
L0
L
e2
L
e1B
0B
e2L0
e1
tpiatto
sf
Barre M20
HE 160 A
sw
Provino n° barre tpiatto [mm]
B [mm]
L [mm]
B0 [mm]
L0 [mm]
e1 [mm]
e2 [mm]
sf [mm]
sw [mm]
HE 240 B -15 6 15 340 500 90 380 80 60 10 8 HE 240 B -25 6 25 340 540 80 440 90 50 10 8 HE 160 A -15 4 15 280 335 160 245 60 45 8 6
UnitUnitàà di Ricerca 4 (UNISA)di Ricerca 4 (UNISA)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno
Rigidezza Resistenza
Prova sperimentale Epl,EC3/Epl,exp Eu,EC3/Eu,exp HE240B-15 1.11 0.75 HE240B-25 1.34 0.80
HE160A-15-33 1.31 0.87 HE160A-15-233 1.10 0.60
media 1.21 0.76
Standard Deviation = 0.35Standard Deviation = 0.35 Mean Value = 1.35Mean Value = 1.35 Standard Deviation = 0.24Standard Deviation = 0.24 Mean value = 0.89Mean value = 0.89
UnitUnitàà di Ricerca 4 (UNISA)di Ricerca 4 (UNISA)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno ObiettiviObiettiviProposta di approcci innovativi per il miglioramento del comportamento isteretico di collegamenti a parziale ripristino di resistenza attraverso dispositivi dissipativi del tipo ADAS o ad attrito.
Confronto, mediante analisi sperimentale, tra il comportamento ciclico di collegamenti trave-colonna di tipo tradizionale e il comportamento di collegamenti dissipativi di tipo innovativo.
Minimizzazione del danneggiamento strutturale sotto azioni sismiche.
UnitUnitàà di Ricerca 4 (UNISA)di Ricerca 4 (UNISA)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno
Hysteretic Curve M-θ TS-CYC 04
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
-0,100 -0,075 -0,050 -0,025 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100
Joint Rotation [rad]
Mom
ent
[kN
m]
Envelope
Mmax = 186.3 kNmMmin = -197.5 kNm
-300
-200
-100
0
100
200
300
-0,12 -0,10 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
Mom
ent
[kN
m]
Joint Rotation [rad]
Hysteretic Curve M-θ TSJ-XS-CYC 07
Serie1
Mmax = 237.1 kNmMmin = -257.4 kNm
-150
-100
-50
0
50
100
150
-0,060 -0,035 -0,010 0,015 0,040
Mom
ent
[kN
m]
Joint Rotation [rad]
Hysteretic Curve M-θ TS-M2-460-CYC 09
Mmax = 116.6 kNmMmin = -124.6 kNm
T-stub Classico (TS-CYC 04) T-stub ad X (TS-XS-CYC 07) T-stub ad Attrito (TS-M2-460-CYC 09)
Fine Prova – Frattura piattoFine Prova – Nessun danno
UnitUnitàà di Ricerca 4 (UNISA)di Ricerca 4 (UNISA)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46
En
erg
y [k
Nm
]
n° cycles
Energy dissipation
TS-M2-460-CYC 09TS-CYC 04TS-M1-CYC 08TS-B-CYC 11TS-M2-DS-460-CYC 10
DST with brass
M2 friction material with disc springs
END OF TEST
Traditional DST connection
M1 friction material
M2 frictionMaterial
UnitUnitàà di Ricerca 4 (UNISA)di Ricerca 4 (UNISA)
AttivitAttivitàà pianificate per il prossimo annopianificate per il prossimo annoCompletamento della campagna sperimentale su collegamenti trave-colonna sia innovativi che tradizionali:
Test ciclici su nodi di base e proposta di un modello meccanico ciclico per componenti;Proposta di regole di progettazione per nodi di base a completo e a parziale ripristino di resistenza;Proposta di regole di progettazione per nodi innovativi trave-colonna;Sviluppo di linee guida per la progettazione dei collegamenti per le strutture intelaiate sismo-resistenti.
Ulteriori prove su nodi con TS ad attrito Prove su collegamenti con travi «alte»
UnitUnitàà di Ricerca 4 (UNISA)di Ricerca 4 (UNISA)
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNITS)di ricerca 6 (UNITS)
Titolo: Titolo: Collegamenti in strutture composte acciaioCollegamenti in strutture composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzoResp. scientifico: Resp. scientifico: Claudio AmadioClaudio Amadio
Problematiche da investigareProblematiche da investigare::Criteri di progetto dei nodi e delle strutture composte Criteri di progetto dei nodi e delle strutture composte acciaioacciaio--calcestruzzo.calcestruzzo.Valutazione del reale fattore di struttura di un edificio a Valutazione del reale fattore di struttura di un edificio a telai compostitelai composti
ObiettiviObiettivi::Definizione di modelli semplificati per lo studio del nodo Definizione di modelli semplificati per lo studio del nodo
e del telaio compostoe del telaio compostoFattori di struttura per telai compostiFattori di struttura per telai compostiMetodi semplificati valutazione punti di performance Metodi semplificati valutazione punti di performance
curva di capacitcurva di capacitàà
MODELLAZIONE DEL NODO COMPOSTO E DETERMINAZIONE DEL MODELLAZIONE DEL NODO COMPOSTO E DETERMINAZIONE DEL FATTORE DI STRUTTURAFATTORE DI STRUTTURA
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNITS)di ricerca 6 (UNITS)
MODELLO COMPLETO UTILIZZATO PER IL NODO MODELLAZIONE SOLETTA
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNITS)di ricerca 6 (UNITS)
Modellazione semplificata del nodo per componentiModellazione semplificata del nodo per componenti
Giunto saldato Giunto Flangiato
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNITS)di ricerca 6 (UNITS)
Valutazione dellValutazione dell’’influenza della deformabilitinfluenza della deformabilitàà del nodo sulla risposta di del nodo sulla risposta di un telaio composto e sul fattore di strutturaun telaio composto e sul fattore di struttura
Telaio analizzato Confronto tra risposta con giuntoconsiderato rigido o deformabile
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNITS)di ricerca 6 (UNITS)
Modellazione semplificata del nodo utilizzata nello studio del tModellazione semplificata del nodo utilizzata nello studio del telaioelaio
AttivitAttivitàà pianificate per il 3.0 annopianificate per il 3.0 annoCalibrazione modello su campioni, già realizzati e che verranno sottoposti a prova presso UNISANNIO, e conduzione analisi parametriche.
Definizione raccomandazioni progettuali (con UNISANNIO)
Compiti delle UnitCompiti delle Unitàà di ricercadi ricerca
I SISTEMI STRUTTURALII SISTEMI STRUTTURALIUNINAUNINA--ING, UNINAING, UNINA--ARCH, UNINA2ARCH, UNINA2
UNICH, POLIMAUNICH, POLIMA
Titolo: Titolo: OTTIMIZZAZIONE DEI CRITERI DI PROGETTO PER LE STRUTTURE DI OTTIMIZZAZIONE DEI CRITERI DI PROGETTO PER LE STRUTTURE DI ACCIAIO ANTISISMICHE CON CONTROVENTIACCIAIO ANTISISMICHE CON CONTROVENTI
UnitUnitàà di ricerca 1 (UNINAdi ricerca 1 (UNINA--ING)ING)linea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzlinea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioniionitask 2. strutture in acciaio e composte acciaiotask 2. strutture in acciaio e composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
Resp. scientifico: Resp. scientifico: Prof. F.M. Mazzolani, Prof. F.M. Mazzolani, Dott. Ing. Faggiano BeatriceDott. Ing. Faggiano Beatrice
Problematiche da investigare:Problematiche da investigare:Strutture controventate: Strutture controventate: Parte 1Parte 1 –– Esame critico dei criteri di progetto per i sistemi strutturaliEsame critico dei criteri di progetto per i sistemi strutturali con controventicon controventiParte 2Parte 2 –– Valutazione della duttilitValutazione della duttilitàà rotazionale dei nodi nelle strutture controventate rotazionale dei nodi nelle strutture controventate
pendolari pendolari
Obiettivi:Obiettivi:1.1. Proposta di miglioramenti delle norme di progetto antisismico deProposta di miglioramenti delle norme di progetto antisismico delle strutture lle strutture
controventate di acciaio.controventate di acciaio.
2.2. Definizione di adeguati limiti di capacitDefinizione di adeguati limiti di capacitàà rotazionale dei nodi pendolari nelle rotazionale dei nodi pendolari nelle strutture controventate di acciaio.strutture controventate di acciaio.
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno
Parte 1 – Confronto tra gli approcci progettuali:
1) “FBD” Force Based Design2) “DBD” Displacement Based
Design
Parte 2 – Rivisitazione dello stato dell’arte relativo alla valutazione della capacitàrotazionale dei tipici nodi pendolari con riferimento a due diversi schemi:
1) Collegamento a cerniera
2) Collegamento semi-Rigido
UnitUnitàà di ricerca 1 (UNINAdi ricerca 1 (UNINA--ING)ING)linea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzlinea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioniionitask 2. strutture in acciaio e composte acciaiotask 2. strutture in acciaio e composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
6m
6m
6m 6m 6m 6m 6m
12m
30m
Pianta piano tipo
telaio controventato progettato
3,5m
6m
4m
3,5m
3,5m
3,5m
35,50
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno
Parte 1 - Confronto tra gli approcci progettualiSistema strutturale piano a campata singola con controventi in acciaio a V rovescia, appartenente ad un edificio con pianta rettangolare di dimensioni 30x12 m, 5 campate in dir. X e 2 campate in dir. Y, quattro sistemi di controvento in ciascuna direzione.
• la struttura FBD ha un peso totale di circa 5% maggiore della DBD (Fig. 1a), sul quale incide il maggiore peso delle diagonali di controvento, circa il 40% in più (Fig. 1b).
• la struttura FBD è più resistente della DBD.
• la struttura DBD presenta un danneggiamento inelastico degli elementi sismo-resistenti più uniforme all’interno della struttura, in quanto evidentemente il dato progettuale di partenza è proprio il massimo profilo di spostamento ammissibile dalla struttura.
• la struttura FBD offre un grado di sicurezza maggiore della DBD, essendo l’indice di vulnerabilità della prima (0.62) minore di quello della seconda (0.89) (Fig. 1c).
UnitUnitàà di ricerca 1 (UNINAdi ricerca 1 (UNINA--ING)ING)linea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzlinea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioniionitask 2. strutture in acciaio e composte acciaiotask 2. strutture in acciaio e composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
239.26
228.61
200peso
kN
telaio fbd
telaio dbd
0
400
800
1200
1600
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
telaio fbd
telaio dbd
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40Sdu fbd
Sdu dbd
Sd* fbdSd* dbd
m/s2
m
DSDL CO
CODSDL
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40Sdu fbd
Sdu dbd
Sd* fbdSd* dbd
m/s2
m
DSDL CO
CODSDL
telaio fbd
telaio dbd
Attività del secondo annodel secondo anno
Parte 2 - Rivisitazione dello stato dell’arte relativo alla valutazione della capacitàrotazionale dei tipici nodi ‘a cerniera’
Dallo studio delle prove sperimentali reperite, nonostante la grande variabilità della tipologia e geometria dei collegamenti, si è dedotto che il limite convenzionale, 0.03rad, risulta essere una sottostima della capacità rotazionale massima
Schematizzando il nodo come cerniera
UnitUnitàà di ricerca 1 (UNINAdi ricerca 1 (UNINA--ING)ING)linea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzlinea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioniionitask 2. strutture in acciaio e composte acciaiotask 2. strutture in acciaio e composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
sono state valutate le rotazioni massime sotto l’effetto di diversi accelerogrammi in campo non lineare per edifici da 3 a 54 piani; ed è stato possibile ottenere una prima stima della domanda costatando l’insufficienza del limite di rotazione convenzionale (0.03 rad)
Schematizzando il nodo come semirigido sono state valutate le rotazioni massime con analisi statiche non lineari relative a collegamenti di tipo “single plate”, a 3, 5 e 7 bulloni, ottenendo una ulteriore stima della domanda e valutando il rapporto domanda su capacità
Y X Y X Y X Y XY X Y X Y X Y X
Rotazione limite
DOMANDA[rad]
CAPACITA'[rad] D/C
3 BULLONI 0.065 0.051 1.275 BULLONI 0.052 0.046 1.137 BULLONI 0.043 0.021 2.05
Single Plate
Single Angle
DoubleAngle
SeatedBeam
Single Plate
Single Angle
DoubleAngle
SeatedBeam
Rotazione limite
AttivitAttivitàà pianificate per il prossimo annopianificate per il prossimo anno
Parte 1: Esame critico dei criteri di progetto per i sistemi strutturali con controventiSi procederà ad un’ampia campagna di analisi parametriche, per conseguire un quadroesaustivo delle prestazioni al variare dei parametri di progetto e di comportamento fondamentali, che consenta di soppesare la bontà delle attuali indicazioni normative, relative ad esempio ai limiti di snellezza dimensionale, al fattore di sovra-resistenza delle membrature strutturali, al fattore di struttura, e conseguentemente di formulare possibili proposte di miglioramento alla norma.
Parte 2: Valutazione della duttilità rotazionale dei nodi pendolari nelle strutture controventateSi svolgerà attività sperimentale volta a conoscere il legame momento-rotazione dei nodi pendolari comunemente usati nella pratica progettuale. Si metterà a punto un modello numerico agli elementi finiti dei nodi esaminati, calibrato sulla base delle prove sperimentali, allo scopo di eseguire analisi time-history per il calcolo della richiesta richiesta a tali tipologie di giunzione. Tale attività consentirà di definire, attraverso l’esame dei rapporti domanda/capacità, un limite minimo di capacità che tali sistemi di giunzione devono possedere, prevedendone l’inserimento nella normativa vigente.
UnitUnitàà di ricerca 1 (UNINAdi ricerca 1 (UNINA--ING)ING)linea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzlinea 1. aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioniionitask 2. strutture in acciaio e composte acciaiotask 2. strutture in acciaio e composte acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
Titolo: Titolo: Sistemi costruttivi e membrature in acciaio cold formedSistemi costruttivi e membrature in acciaio cold formed
UnitUnitàà di ricerca 3 (di ricerca 3 (UNINAUNINA--ARCHARCH))
Resp. scientifico: Resp. scientifico: Raffaele LandolfoRaffaele LandolfoProblematiche da investigare:Problematiche da investigare:Progettazione sismica per di sistemi costruttivi realizzati Progettazione sismica per di sistemi costruttivi realizzati con profili in acciaio coldcon profili in acciaio cold--formedformed
Obiettivi:Obiettivi:Studio del comportamento globale di pareti con Studio del comportamento globale di pareti con
controventi ad X mediante sperimentazione in scala controventi ad X mediante sperimentazione in scala reale;reale;
Studio del comportamento locale mediante Studio del comportamento locale mediante sperimentazione di materiali e componenti che sperimentazione di materiali e componenti che influenzano la risposta sismica;influenzano la risposta sismica;
Proposta di indicazioni progettuali finalizzate Proposta di indicazioni progettuali finalizzate allall’’introduzione del sistema strutturale nella norma introduzione del sistema strutturale nella norma tecnica.tecnica.
UnitUnitàà di ricerca 3 (UNINAdi ricerca 3 (UNINA--ARCH)ARCH)
Analisi del comportamento sismico di pareti in profili formati aAnalisi del comportamento sismico di pareti in profili formati a freddo freddo progettate in accordo ad un approccio progettate in accordo ad un approccio ““All SteelAll Steel”” e e ““Sheathing Braced Sheathing Braced DesignDesign””
Problematica da investigare
X bracing
UnitUnitàà di ricerca 3 (di ricerca 3 (UNINAUNINA--ARCHARCH))
Analisi del comportamento sismico di pareti in acciaio formato aAnalisi del comportamento sismico di pareti in acciaio formato a freddo con freddo con controventi ad X, sia in termini di risposta globale, mediante lcontroventi ad X, sia in termini di risposta globale, mediante l’’esecuzione di esecuzione di prove su prototipi in scala reale, che locale, analizzando i matprove su prototipi in scala reale, che locale, analizzando i materiali e le eriali e le principali componenti della parete che ne influenzano la rispostprincipali componenti della parete che ne influenzano la risposta sismica. a sismica.
Problematiche
X bracing
Collegamento diagonale guida
Diagonale
Parete Leggera Dissipativa
(L. D.)
Parete Leggera Elastica (L. E.)
Parete Pesante Dissipativa
(P. D.) Prove a trazione sul
materiale Provino Tipo A Provino Tipo B Provino Tipo C
N. di prove 3 VS 3VA 3 VS 3 VA 3 VS 3 VA
Prove su unioni Provino 1.5-2-48Φ= 48mm
Provino 1.5-1.5-63Φ= 63mm
Provino 1.5-2-63Φ= 63mm
N. di prove 3 VS 3 VS 3 VS
Prove su collegamenti Provino configurazioneL. D.
Provino Configurazione L. E.
Provino ConfigurazioneP. D.
Disposizione 1 2 3 4 1 1 2 3 4
N. di prove3 VS3 VA
2VS
2VS
2VS
3 VS3 VA
2 VS2 VA
2VS
2VS
2VS
Prove su Pareti Parete Leggera dissipativa Parete Leggera elastica Parete Pesante Dissipativa
N. Prove Monotone 2 2 2
N. Prove Cicliche 2 2 2
Prove a trazione sul materiale e analisi della risposta locale Prove a trazione sul materiale e analisi della risposta locale di unioni e di unioni e collegamenti collegamenti
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno
UnitUnitàà di ricerca 3 (di ricerca 3 (UNINAUNINA--ARCHARCH))
Velocità Standard (VS) v= 0.05 mm/s Velocità alta (VA) v=50mm/s
Prove a trazione sul materiale e analisi della risposta locale Prove a trazione sul materiale e analisi della risposta locale di unioni e collegamenti di unioni e collegamenti AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo anno
UnitUnitàà di ricerca 3 (di ricerca 3 (UNINAUNINA--ARCHARCH))
Tot tests18/18
Tot tests9/9
Tot tests28/28
S350 (1,5mm)
S235 (2mm)
Tecfi CI 01 48 016
Tecfi AB 04 63 040
Prove su materiale
Prove su unioni Prove su connessioni
AttivitAttivitàà pianificate per il prossimo annopianificate per il prossimo annoPianificazione di prove su pareti in scala reale per la valutazione sismica.
Legenda collegamenti:- T (ancoraggi a taglio - M8 classe 10.9)- AB (collegamento hold down con trave di base -M24 classe 10.9)- AM (collegamento hold down con montanti - M18 classe 10.9)
Ingombro struttura di contrasto
Attuatore
PistoneCella di carico
Forchetta di collegamento Attuatore trave superioreProfilo tubolare
cavo, diametro minimo 70mmlunghezza 2120mm
Profilo tubolare diametro 50 mm
Piastra spessore
15mm
TAM
AB
2880mm
3180mm2400 mm
2700 mm
UnitUnitàà di ricerca 3 (di ricerca 3 (UNINAUNINA--ARCHARCH))
Titolo: Titolo: Fattori di struttura per edifici a telaio in acciaioFattori di struttura per edifici a telaio in acciaioResp. scientifico: Resp. scientifico: Alberto MandaraAlberto MandaraProblematiche da investigare:Problematiche da investigare:Analisi e criteri di progetto antisismici di strutture di Analisi e criteri di progetto antisismici di strutture di acciaioacciaio
Obiettivi:Obiettivi:LL’’attivitattivitàà di tipo analitico e numerico di tipo analitico e numerico èè finalizzata a finalizzata a valutare lvalutare l’’efficacia dellefficacia dell’’analisi elastica lineareanalisi elastica lineare
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
con con fattore di struttura per la valutazione approssimata fattore di struttura per la valutazione approssimata della risposta inelastica dei sistemi MDOF. A tale della risposta inelastica dei sistemi MDOF. A tale scopo, sono applicati metodi di tipo sia statico sia scopo, sono applicati metodi di tipo sia statico sia dinamico per la caratterizzazione del fattore di dinamico per la caratterizzazione del fattore di struttura struttura telai in acciaio regolari ovvero irregolari in telai in acciaio regolari ovvero irregolari in elevazioneelevazione. Nell. Nell’’analisi parametrica sono considerati analisi parametrica sono considerati gli effetti del numero di piani e di campate, e della gli effetti del numero di piani e di campate, e della regolaritregolaritàà in elevazione. Sulla base dei risultati ottenuti in elevazione. Sulla base dei risultati ottenuti saranno infine proposte significative variazioni delle saranno infine proposte significative variazioni delle regole pratiche di progettazione.regole pratiche di progettazione.
Vy
Vd
Δy Δu
VeElastic Strength
Design Strength
Actual Strength
BilinearEnvelope
V
Δ
V1First Yielding
Rμ
Rρ
RΩ
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
Formulazione di una procedura basata sull’analisi di spinta per la valutazione della risposta inelastica delle strutture in acciaio (Adaptive Capacity Spectrum Method - ACSM).
Aspetti critici dell’applicazione dell’analisi di pushover alle strutture in acciaio, analisi multimodale, analisi adattiva in spostamento, variante adattiva del metodo dello spettro di capacità e degli spettri inelastici, valutazione dell’accuratezza delle procedure statiche non lineari (nsps), analisi parametrica.
Definizione dei fattori di struttura per le strutture in acciaioApproccio statico, approccio dinamico, approccio misto, analisi
parametrica
AttivitAttivitàà del primo annodel primo anno
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo annoDEFINIZIONE DEI FATTORI DI STRUTTURA PER LE STRUTTURE IN DEFINIZIONE DEI FATTORI DI STRUTTURA PER LE STRUTTURE IN ACCIAIOACCIAIO
Approccio Statico. Approccio Dinamico. Approccio Misto.Valutazione del Fattore di Duttilità, di Sovraresistenza e di Ridondanza.Analisi parametrica: Strutture Regolari e Strutture Irregolari.Capacità rotazionale delle cerniere plastiche delle colonne in funzione dello sforzo normale.Definizione di regole normative.Analisi comparativa con le altre tipologie strutturali.
Ω⋅⋅=⋅⋅== RRRVV
VV
VV
VVq
d
y
y
e
d
eρμ
1
1
Ductility reduction factorRedundancy reduction factorOverstrength reduction factor
Rμ
Rρ
RΩ
APPROCCIO STATICOAPPROCCIO STATICO
APPROCCIO DINAMICOAPPROCCIO DINAMICOu
yd
PGAqPGA
= * *1
1
u
d
PGA VR RPGA V
μ Ω= ⋅ = ⋅
APPROCCIO MISTOAPPROCCIO MISTOPGAu = Peak ground acceleration at collapsePGAyd = Peak ground acceleration corresponding to first design yielding. Vd = base shear force as specified
in the earthquake loading code.
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Over
stren
gth F
acto
r RΩ FMD - ROT. FEMA 356
UD - ROT. FEMA 356FMD - ROT=0.03 RadUD - ROT=0.03 Rad
REGULARFRAMES
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Over
stren
gth F
acto
r RΩ FMD - ROT. FEMA 356
UD - ROT. FEMA 356FMD - ROT=0.03 RadUD - ROT=0.03 Rad
IRREGULARFRAMES
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Redu
ndan
cy Fa
ctor R
ρ FMD - ROT. FEMA 356UD - ROT. FEMA 356FMD - ROT=0.03 RadUD - ROT=0.03 Rad
REGULARFRAMES
αu/α1=1.3
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Redu
ndan
cy Fa
ctor R
ρ FMD - ROT. FEMA 356UD - ROT. FEMA 356FMD - ROT=0.03 RadUD - ROT=0.03 Rad
IRREGULARFRAMES
αu/α1=1.3
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Ducti
lity F
acto
r Rμ
FMD - ROT. FEMA 356UD - ROT. FEMA 356FMD - ROT=0.03 RadUD - ROT=0.03 Rad
REGULARFRAMES
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Ducti
lity F
acto
r Rμ
FMD - ROT. FEMA 356UD - ROT. FEMA 356FMD - ROT=0.03 RadUD - ROT=0.03 Rad
IRREGULARFRAMES
Redundancy Redundancy Reduction factor RReduction factor Rρρ
Overstrength Overstrength Reduction factor RReduction factor RΩΩ
Ductility Reduction Ductility Reduction factor Rfactor Rμμ
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
Fattore di struttura per telai regolari e per telai irregolari in elevazione. Capacità rotazionale FEMA 356
Fattore di struttura per telai regolari e per telai irregolari in elevazione. Capacità rotazionale θu=0.03 rad
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Beha
viou
r Fac
tor STATIC
DYNAMIC
MIXED
q=6.5
REGULARFRAMES
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Beha
viou
r Fac
tor STATIC
DYNAMICMIXED
q=5.2
IRREGULARFRAMES
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Beha
viou
r Fac
tor STATIC
DYNAMIC
MIXED
q=6.5
REGULARFRAMES
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C 7P5C 9P5C
Beha
viou
r Fac
tor STATIC
DYNAMICMIXED
q=5.2
IRREGULARFRAMES
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
Capacità rotazionale in funzione dello sforzo assiale adimensionalizzato
Fattore di struttura per telai regolati progettati adottando il criterio di duttilità locale N/NPL<0.3
3P3C
5P3C
7P3C=7P5C
9P3C=9P5C
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
ROTA
TION
u
(rad)
DIMENSIONLESS AXIAL FORCE ρ=Ν/Νpl
θu = 0.03 rad
REGULARFRAMES
3P3C
5P3C
7P3C=7P5C
9P3C=9P5C
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
ROTA
TION
u
(rad)
DIMENSIONLESS AXIAL FORCE ρ=Ν/Νpl
IRREGULARFRAMES
θu = 0.03 rad
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C
Beha
viou
r Fac
tor NTC 08
NTC 08 + LOCAL DUCTILITY
q=6.5STATIC
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
3P3C 5P3C 7P3C 9P3C
Beha
viou
r Fac
tor NTC 08
NTC 08 + LOCAL DUCTILITY
q=6.5DYNAMIC
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
I risultati ottenuti evidenziano che l’EC8 e la normativa italiana definiscono in maniera conservativa la componente dipendente dalla sovraresistenza. Al contrario, la componente dipendente dalla duttilità e, conseguentemente, il fattore di struttura contenuto in tali documenti normativi non sono definiti in maniera conservativa. Tale risultato deriva dal valore elevato dello sforzo assiale che al crescere del numero di piani riduce sensibilmente la capacità di rotazione plastica nelle colonne dei piani bassi. Sulla base di questi risultati è stato proposto un criterio di duttilità locale basato sulla limitazione del livello di sforzo assiale per controllare la duttilità delle colonne e garantire, così, caratteristiche di duttilità globale compatibili con i valori adottati per il fattore di struttura. Tale criterio può essere utilmente applicato per migliorare la coerenza tra il valore di progetto del fattore di struttura e il valore definito dall’effettivo comportamento non lineare della struttura.
UnitUnitàà di ricerca 7 (UNINA2)di ricerca 7 (UNINA2)
AttivitAttivitàà pianificate per il 3.0 annopianificate per il 3.0 anno
DEFINIZIONE DEI FATTORI DI STRUTTURA PER LE STRUTTURE IN DEFINIZIONE DEI FATTORI DI STRUTTURA PER LE STRUTTURE IN ACCIAIO. ACCIAIO.
Analisi parametrica: Strutture progettate per bassa
duttilità
Definizione di regole normative
Analisi comparativa con le strutture intelaiate in c.a.
Approccio agli spostamenti per la progettazione sismica su base prestazionale.
MESSA A PUNTO DI UNA METODOLOGIA PER LA MESSA A PUNTO DI UNA METODOLOGIA PER LA PROGETTAZIONE SU BASE PRESTAZIONALE DELLE PROGETTAZIONE SU BASE PRESTAZIONALE DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO.STRUTTURE IN ACCIAIO.
Titolo: Titolo: Strutture con pannelli a taglioStrutture con pannelli a taglioResp. scientifico: Resp. scientifico: Gianfranco De MatteisGianfranco De Matteis
Problematiche da investigare:Problematiche da investigare:Analisi del comportamento non lineare di telai in Analisi del comportamento non lineare di telai in acciaio protetti mediante pannelli a taglio metallici con acciaio protetti mediante pannelli a taglio metallici con funzione dissipativafunzione dissipativa
Obiettivi:Obiettivi:Esecuzione di Esecuzione di prove sperimentali prove sperimentali
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNICH)di ricerca 6 (UNICH)
su lastre metalliche su lastre metalliche (acciaio e alluminio) rese dissipative attraverso diverse (acciaio e alluminio) rese dissipative attraverso diverse strategie (tradizionali ed innovative)strategie (tradizionali ed innovative)
Definizione di adeguate Definizione di adeguate regole progettualiregole progettuali
Proposta di Proposta di fattori di strutturafattori di struttura per progettazione per progettazione semplificatasemplificata
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNICH)di ricerca 6 (UNICH)
PROPOSTA DI FATTORI DI STRUTTURA - ANALISI DINAMICHE NON LINEARI
0123456789
1 01 11 21 31 41 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5
d/dy
a /a y
3 s to r e y -5 s p a n f r a m e w i th a lu m in iu m s h e a r p a n e ls
drift 1.56%
q =10
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
q-Fac
tor
maximum storey drift [%]
3 storey-5 span frame with aluminium shear panelsEl centro Earthquake
q=7.9
Frames equipped with shear panels
SPESSORI PANNELLIPrimo piano: 5mm; Secondo piano: 4 mm; Terzo piano: 3mm
UnitUnitàà di ricerca n.6 (UNICH)di ricerca n.6 (UNICH)
PROVE SPERIMENTALI SU SISTEMI DISSIPATIVI INNOVATIVI
Lastre sottili in alluminio ad instabilità parzialmente impedita p-BIP impedita
Lastre sottili in alluminio ad instabilità completamente impedita t-BIP
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNICH)di ricerca 6 (UNICH)
PROVE SPERIMENTALI – CONFRONTO CON PANNELLI DI ACCIAIO
Prove sperimentali su lastre sottili in acciaio (spessori 0.8 mm e 2.5 mm)
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
-10% -8% -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 8%
Shea
r stre
ss (M
Pa)
Shear strain (%)
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
-10% -8% -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 8%
Shea
r stre
ss (M
Pa)
Shear strain (%)
S=0.8 mm S=2.5 mm
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNICH)di ricerca 6 (UNICH)
RISULTATI DELLE PROVE
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
0 .0 6 0 .1 1 0 .2 1 0 .4 4 0 .6 6 1 .1 0 2 .2 2 4 .4 7 6 .7 4 9 .0 4
CYCLE by CYCLE DISSIPATED ENERGY(kN m)
SHEAR STRAIN (% )
BTPASP typ e1 BTPASP typ e 3
p -BIP t -BIP
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
0 .0 6 0 .1 1 0 .2 1 0 .4 4 0 .6 6 1 .1 0 2 .2 2 4 .4 7 6 .7 4 9 .0 4
CUMULATED ENERGY (kN m)
SHEAR STRAIN (% )
BTPASPtyp e1 BTPASPtyp e3
p -BIP t -BIP
Confronto delle prestazioni di pannelli in alluminio ad instabilità impedita (p-BIP e t-BIP)
e pannelli in alluminio irrigiditi (BTPSAS) studiati durante il programma “RELUIS 1”
Energia dissipata per ciclo
Energia dissipata cumulata
ULTERIORI ANALISI AGLI ELEMENTI FINITI SU TELAI CON PANNELLI CONDIFFERENTE CAPACITÀ DISSIPATIVA ED INDIVIDUAZIONE DEI RELATIVI FATTORI DI STRUTTURA
UnitUnitàà di ricerca 6 (UNICH)di ricerca 6 (UNICH)
ATTIVITATTIVITÀÀ PIANIFICATE PER IL PROSSIMO ANNOPIANIFICATE PER IL PROSSIMO ANNO
F
v
F
v
F
v
F
v
q(λ)
λ
~10
~6Valore AISC per pannelli snelli
REGOLE PER LA PROGETTAZIONE SISMICA DI TELAI CON PANNELLI SULLA BASE DI UN APPROCCIO AGLI SPOSTAMENTI
ULTERIORI PROVE SPERIMENTALI SU LASTRE METALLICHE NON NERVATE RESE DISSIPATIVE MEDIANTE STRATEGIE DI INIBIZIONE DEI FENOMENI DI INSTABILITÀ
UnitUnitàà di ricerca 9 (POLIMA)di ricerca 9 (POLIMA)
Titolo: Titolo: Comportamento sismico degli impalcati da ponte continui in sezioComportamento sismico degli impalcati da ponte continui in sezione ne composta acciaiocomposta acciaio--calcestruzzocalcestruzzo
Resp. scientifico: Resp. scientifico: Luigino DeziLuigino Dezi
Problematiche da investigare:Problematiche da investigare:••Comportamento trasversale dellComportamento trasversale dell’’impalcato nella impalcato nella valutazione della risposta sismica dvalutazione della risposta sismica d’’assiemeassieme
••Progettazione sismica dei ponti con impalcato Progettazione sismica dei ponti con impalcato continuo composto acciaiocontinuo composto acciaio--calcestruzzo .calcestruzzo .
Obiettivi:Obiettivi:Definizione di metodi semplificati per lDefinizione di metodi semplificati per l’’analisi lineare analisi lineare della risposta sismica di ponti con impalcati continui della risposta sismica di ponti con impalcati continui composticomposti
UnitUnitàà di ricerca 9 (POLIMA)di ricerca 9 (POLIMA)
AttivitAttivitàà del primo annodel primo anno
1. Selezione e progetto di tipologie ricorrenti di impalcato
Ponti con pile dissipative e vincolo trasversale sulle spallePonti con pile dissipative e vincolo trasversale sulle spalle
- Comportamento elastico:regolato dal rapporto rigidezze pila-impalcato
- Comportamento post-elastico:Cambiamento schema statico dopo snervamento pile
- Condizioni ultime (SLU): Crisi pile o snervamento impalcato
Impalcato (Elastic path)
dc
Pile (Inelastic path)
• Dual load path system (pile+impalcato composto)
F
Pile
dc
Risposta globale
Impalcato
N.B. Il progetto in campo lineare con fattore di struttura unico non è possibile
Sezioni ricorrenti
Risposta globaleequivalente
Modello analitico non lineare ad 1 grado di libertModello analitico non lineare ad 1 grado di libertàà
α2
β=1
μ eq
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15
μp=2
μp=3
μp=5
μp=4
pile tozzepile snelle
( ),y x t
x
ix,p im
,p if
,py if
Duttilità globale ponte μeq = f(α2,β,μp)(impalcato infinitamente elastico)
3, ,
124
pN
c el ii
d
k L
EIα
π=
⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠=∑
1/ pNβ =
Rapporto rigidezza pile-impalcato
Distribuzione rigidezza
pμ Duttilità pile
β=1/2
α2=2
Parametri caratteristici sistema ad 1 g.d.l. equivalente
A causa del comportamento elastico dell’impalcatola duttilità globale è molto inferiore a quella delle pile:
μp=4 μeq= 1.5
Ipotesi semplificative:- Deformata sinusoidale- Impalcato infinitamente elastico- pile omogenee a comportam. elasto-plastico
Deformata limite impalcatoDeformata limite impalcato
- Tiene conto delle tensioni indotte da ritiro, viscosità, carichi perm. e sequenza costruzione.• Procedura numerica per calcolo curvatura a snervamento impalcato
- Determina per via iterativa i valori di εd0, φdx e φdy che portano allo snervamento della trave o delle armature in soletta in un tratto esteso 0.1B (EC8-2)
Deformata limite impalcato f(φdy)
2
3p
dd p
dp
xsen
LC L L DxC B H HsenL
πνμ μ
ππ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= ⋅ ⋅ ≥⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
x
y
L
2
2
3 /pd dcr
p p
xC L D xH sen senC B L L
ν πππ μ
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
Altezza critica pile: per H>Hcr la crisi dell’impalcato limita la duttilità globale
Sez.A
φdy
0.1B
φy [1/m]
My
[kN
m]
EId,gross
,dy
d effdy
MEI
φ=
( ),dy dyMφ
Con la curvatura di snervamento si determina la deformata limite dell’impalcato, la duttilità sfruttabile dalle pile μd, e quindi la duttilità globale del sistema
B
AffidabilitAffidabilitàà delle indicazioni progettuali modello 1 g.d.ldelle indicazioni progettuali modello 1 g.d.l
50m40m 40m
H/D=3
H/D=5
H/D=9
H/D=3
H/D=5
H/D=9
40m 40m
H/D=3
H/D=5
H/D=9
Vb[k
N]
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
IDA EQH/D =3H/D =5H/D =9
pier failuredeck yielding
3 span deck
AN FE AN FE AN FET el [s] 0.64 0.58 1.01 0.98 1.41 1.38μ eq [-] 1.72 1.46 1.26 1.18 1.07 1.03
AN FE AN FE AN FET el [s] 0.45 0.42 0.55 0.53 0.61 0.60μ eq [-] 1.14 1.12 1.06 1.04 1.00 1.03
Two-span H /D =3 Two-span H /D =5 Two-span H /D =9
Three-span H /D =3 Three-span H /D =5 Three-span H /D =9
•• Validazione mediante modello elementi finiti (IDA)Validazione mediante modello elementi finiti (IDA)
Curve pushover dinamico (IDA) Confronto periodi di vibrazione e duttilità equivalente
yxz Impalcato
(Rigidezza efficace variabile EId,eff)
Modello FE OpenSees
*
* = crisi lato impalcato che precede crisi pile
***
*
Problema locale trasmissione forze su sottostruttureProblema locale trasmissione forze su sottostrutture
Traverso a metà altezza delle travi, connettori concentrati all’attaco trave-soletta
ATTIVITAATTIVITA’’ 3.o ANNO:3.o ANNO:
- Modellazione locale
- effetti interazione suolo-struttura in corrispondenza delle spalle.
- analisi parametriche estensive
Traverso collegato alla soletta mediante connettori diffusi
Le principali attivitLe principali attivitàà della linea di della linea di ricerca rispecchiano la complessitricerca rispecchiano la complessitàà dei dei problemi affrontati e la conseguente problemi affrontati e la conseguente articolazione degli approcci articolazione degli approcci sperimentali, teoricosperimentali, teorico--numerici e di numerici e di modellazione progettuale.modellazione progettuale.
Sintesi delle AttivitSintesi delle Attivitàà
Le principali attivitLe principali attivitàà sperimentali della linea di sperimentali della linea di ricerca sono le seguenti:ricerca sono le seguenti:
1.1. Prove su collegamenti traveProve su collegamenti trave--colonna e colonnacolonna e colonna--fondazione per telai in acciaio e composti. fondazione per telai in acciaio e composti.
2.2. Prove su collegamenti controventoProve su collegamenti controvento--travetrave--colonna e colonna e sottostrutture semplici di telai con controventi. sottostrutture semplici di telai con controventi.
3.3. Prove su elementi in profilo sottile formato a freddo.Prove su elementi in profilo sottile formato a freddo.
4.4. Prove su travi composte soggette a momento Prove su travi composte soggette a momento negativo e a carichi ciclicinegativo e a carichi ciclici
Sintesi delle AttivitSintesi delle Attivitàà SperimentaliSperimentali
Le principali attivitLe principali attivitàà numeriche della linea di ricerca numeriche della linea di ricerca sono le seguenti:sono le seguenti:
Sintesi delle AttivitSintesi delle Attivitàà NumericheNumeriche
1.1. Analisi statiche non lineari su strutture progettate come casi sAnalisi statiche non lineari su strutture progettate come casi studiotudio
2.2. Analisi dinamiche incrementali non lineari IDA su strutture Analisi dinamiche incrementali non lineari IDA su strutture progettate come casi studioprogettate come casi studio
3.3. Modelli FEM di prototipi oggetto di sperimentazione.Modelli FEM di prototipi oggetto di sperimentazione.
Tutte le UR hanno interagito tra loroTutte le UR hanno interagito tra loro
Alcune Alcune URUR aventi tematiche affini hanno lavorato in sinergia:aventi tematiche affini hanno lavorato in sinergia:
Interazioni tra le URInterazioni tra le UR
1.1. UNINAUNINA--ING + UNINAING + UNINA--ARCH+ UNISA ARCH+ UNISA = per la revisione = per la revisione delldell’’EC8EC8 e della e della NTCNTC. .
2.2. UNISANNIO + UNITS UNISANNIO + UNITS = Mettere a punto modelli per = Mettere a punto modelli per sviluppare sviluppare analisi non lineari a plasticitanalisi non lineari a plasticitàà concentrata concentrata e e valutare i valutare i fattori di strutturafattori di struttura tenendo conto delltenendo conto dell’’effetto effetto composto.composto.
Interazioni con altre linee di ricerca: Interazioni con altre linee di ricerca: Linea 1.2 (Sviluppo di approcci agli spostamenti per la valutaziLinea 1.2 (Sviluppo di approcci agli spostamenti per la valutazione della one della vulnerabilitvulnerabilitàà) dell) dell’’AT1 AT1 Task 1.2.5 Task 1.2.5 ««Strutture in acciaio e miste acciaioStrutture in acciaio e miste acciaio--calcestruzzocalcestruzzo»»..
Prodotti della ricercaProdotti della ricerca
I prodotti della ricerca previsti dal progetto:I prodotti della ricerca previsti dal progetto:
AttivitAttivitàà delle URdelle UR nel primo annonel primo anno
NellNell’’ambito del secondo anno, tutte le UR ambito del secondo anno, tutte le UR hanno sostanzialmente rispettato il hanno sostanzialmente rispettato il
cronoprogramma delle attivitcronoprogramma delle attivitàà
AttivitAttivitàà delle URdelle UR nel primo annonel primo anno
PRODOTTI OTTENUTI NEL SECONDO ANNOPRODOTTI OTTENUTI NEL SECONDO ANNO•Il secondo anno di attività ha permesso di condurre le analisi sperimentali e numeriche necessarie per la messa a punto di ‘strumenti’ e linee guida di progetto, sulla base dei quali proporre raccomandazioni normative.•Alcuni prodotti ‘preliminari’ interessanti sono i modelli per l’analisi di progetto che sono stati sviluppati nell’ambito sia delle componenti (membrature, collegamenti e pannelli di controvento) sia dei sistemi (edifici e ponti).
TC13: Technical Committee 13 TC13: Technical Committee 13 ““Seismic DesignSeismic Design”” of the of the European Convention for Constructional Steelwork (ECCS)European Convention for Constructional Steelwork (ECCS)
• Material overstrength• Selection of steel toughness • Local ductility• Connections in dissipative zones• Behaviour factors • Capacity-design rules• Design of moment resisting frames • Design of concentrically braced frames • New links in eccentrically braced frames • Dual structures – MRFs with CBFs/EBFs • Drift limitations and second-order effects• New structural types • Low-dissipative structures • Displacement Based Design
Ricaduta InternazionaleRicaduta Internazionale
Chairman: Raffaele Landolfo