““SVILUPPO DI APPROCCI INNOVATIVI PER IL PROGETTO SVILUPPO DI APPROCCI INNOVATIVI PER IL PROGETTO DI STRUTTURE IN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIODI STRUTTURE IN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO--CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO ““
Progetto esecutivo 2005/2008Progetto esecutivo 2005/2008LINEALINEA 5 5
COORDINATORI: COORDINATORI: F.F. M. Mazzolani e R. M. Mazzolani e R. ZandoniniZandonini
RERETE DEI TE DEI LLABORATORI ABORATORI UUNIVERSITARI NIVERSITARI DI DI IINGEGNERIA NGEGNERIA SSISMICAISMICA
Rapporto attivitRapporto attivitàà –– Secondo AnnoSecondo AnnoFirenzeFirenze
Assemblea Generale ReluisAssemblea Generale Reluis1717--18 gennaio 200818 gennaio 2008
Oggetto: strutture di acciaio e composte acciaio-calcestruzzo Obiettivo generale: sviluppo di approcci innovativi per il progetto sismico associati al conseguimento di un miglioramento deiprincipi e delle regole di dettaglio, nonchèdelle metodologie per la valutazione della sicurezza sismica.Coordinamento affidato a Federico Mazzolani e Riccardo Zandonini
OBIETTIVI DELLA LINEA DI RICERCA 5
I TEMI DELLA LINEA DI RICERCA E LE 12 UNITÀ DI RICERCA
Piluso – UNISARisposta sismica e regole di progetto di ponti a struttura composta acciaio-calcestruzzo6
Responsabile scientificoArgomentoUnità
Salvatore – UNIPIRisposta sismica e regole di progetto di ponti di acciaio5
Mandara – SUNCriteri di progetto di strutture intelaiate in acciaio e metodi di analisi non lineare4
De Matteis – UNICHContributo dei pannelli irrigidenti nel controllo del comportamento degli edifici di acciaio a struttura intelaiata
3
Landolfo – UNINA-BCapacità rotazionale e criteri di classificazione delle membrature di acciaio2
Mazzolani – UNINAPrincipi e regole di progettazione di strutture controventate1
Castiglioni – POLIMIProcedure per l’analisi della fatica oligociclica di membrature e collegamenti7
Zandonini/Bursi – UNITN
Design by testing basato sul criterio del Capacity Design di elementi strutturali e giunti in strutture a telaio e strutture da ponte in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo
8
Pecce – UNISANNIOCapacità rotazionale e criteri di classificazione delle membrature composte9
Fabbrocino – UNIMOL
Procedure di analisi strutturale per tenere conto delle effettive caratteristiche di resistenza e deformabilità dei connettorinelle travi composte
10
Dezi – UNVPMTelai composti semicontinui con controventi dissipativi11
Amadio – UNITSModelli isteretici con degrado e curve di fragilità per i giunti composti12
ResponsabilescientificoArgomentoUnità
I TEMI DELLA LINEA DI RICERCA E LE 12 UNITÀ DI RICERCA
TELAI CONTROVENTATITELAI CONTROVENTATI
Metodi progettuali e dei dettagli costruttivi necessari per il soddisfacimento del criterio di “Capacity Design”.
Valutazione sperimentale della capacità dissipativa e dell'affidabilità delle prestazioni in zona sismica di strutture con controventi standard e controventi speciali caratterizzati da elevata duttilità.Sviluppo di dispositivi di controvento innovativi e di dettagli per la dissipazione energetica, quali dispositivi in gomma, in acciaioe sistemi di controvento “unbonded”.
I TEMI PRINCIPALII TEMI PRINCIPALI
STRUTTURE A STRUTTURE A TELAIO TELAIO
Metodi progettuali e dettagli costruttivi necessari per il soddisfacimento del criterio di “Capacity Design”.Determinazione di metodologie per la misura della rotazione plastica e di criteri di classificazione sismica delle membrature. Valutazione della capacità dissipativa e dell'affidabilità delle prestazioni in zona sismica di giunti a parziale e completo ripristino di resistenza.Sviluppo di sistemi strutturali e relative metodologie di progetto per l’ottimizzazione dei collegamenti trave-colonna e colonna-fondazione.Valutazione dell’influenza di pannelli di tamponamento sulla risposta sismica dei telai.
I TEMI PRINCIPALII TEMI PRINCIPALI
STRUTTURESTRUTTURE DA PONTEDA PONTE
Esame della risposta sismica dei ponti di acciaio e composti peruna definizione di regole di progetto da incorporare nella normativa sismica.Messa a punto di procedure per il design by testing con riferimento ai dettagli più critici quali i giunti trave-traverso e le connessioni a taglio acciaio-cls.Valutazione della capacità di resistenza in esercizio (fatica ad alto numero di cicli) ed in seguito ad eventi dinamici eccezionali (fatica oligociclica) mediante sviluppo e calibrazione di modelli di danno.Valutazione delle curve di fragilità, che esprimono la probabilitàcondizionale che la massima risposta ecceda un limite prestazionale per un'assegnata intensità dell'azione sismica.
I TEMI PRINCIPALII TEMI PRINCIPALI
Le attività condotte dalle unità di ricerca affrontano
le tematiche principali con diversi obiettivi:
Metodi di analisi e criteri di progetto
Prestazioni e modellazione di componenti e membrature
Prestazioni e modellazione dei collegamenti
Prestazioni e modellazione dei sistemi di controvento
ORGANIZZAZIONE DELLE ATTIVITA’
L’organizzazione dell’attività di ricerca ha privilegiato per:
una continua interazione tra le attività svolte dalle singole unità di ricerca;il coordinamento necessario a consentire l’efficienza di tale interazione.
In particolare sono stati concordati:
Protocolli relativo all’esecuzione delle prove sperimentali e alla validazione dei modelli analitici e numerici;La costituzione di un database per la raccolta e lo scambio dei dati sperimentali;Incontri semestrali tra i Responsabili delle Unità finalizzati alla verifica dei risultati intermedi ottenuti e la pianificazione delle fasi successive:
- I semestre: Napoli, 15 Marzo 2006- II semestre: Udine, 22 Novembre 2006 - III semestre: Trento, 28-29 giugno 2007
Redazione di report di ricerca semestrali.
ORGANIZZAZIONE DELLE ATTIVITA’
PROGRAMMAZIONE DELLEATTIVITÀ
Le attivita di ricerca sono state organizzate nell’arco dei tre anni secondo il seguente cronoprogramma:
Le attività condotte dalle diverse unità di ricerca sono state raggruppate nel seguito secondo le tematiche principali:
1. Strutture a telaio controventate (UNINA; UNICH; UNIVPM)
2. Strutture a telaio a momento resistente
Problematiche generali (SUN; UNINA-B; UNISANNIO)
Procedure di analisi sperimentale e modellazione numerica (POLIMI; UNITN; UNIMOL; UNITS)
3. Strutture da ponte (UNIPI; UNITN; UNISA)
ORGANIZZAZIONEDELLA PRESENTAZIONE
1. Strutture a telaio controventate
Principi e regole di progettazione (UO1 –UNINA)
Contributo pannelli irrigidenti (UO3 –UNICH)
Telai con controventi dissipativi (UO11 -UNIVPM)
UNITÀ DI RICERCA 1
Strutture a telaio controventate
Principi e regole di progettazione di strutture Principi e regole di progettazione di strutture controventatecontroventate
COORDINATORE: Prof. F.M. MAZZOLANICOORDINATORE: Prof. F.M. MAZZOLANIPARTECIPANTI: PARTECIPANTI: G. DELLA CORTE, M. G. DELLA CORTE, M. DD’’ANIELLOANIELLO
E. BARECCHIA, L. FIORINOE. BARECCHIA, L. FIORINO
DIPARTIMENTO DI ANALISI E PROGETTAZIONE STRUTTURALEDIPARTIMENTO DI ANALISI E PROGETTAZIONE STRUTTURALEUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI NAPOLI DI NAPOLI ““FEDERICO IIFEDERICO II””
1. Progetto del sistema BRB e prova sperimentale di spinta sull’edificio consolidato
2. Sviluppo e calibrazione di modelli numerici3. Analisi e valutazione della vulnerabilità4. Calibrazione e caratterizzazione degli aspetti chiave della
progettazione del BRB.
A tal fine è stata pianificata una campagna sperimentale su un edificio in c.a. rinforzato con BRB. La sperimentazione si articola nei passi seguenti:
OBIETTIVI
L’obbiettivo principale dell’Unità di ricerca 1 consiste nello studio della risposta
sismica di controventi speciali di acciaio per il miglioramento della capacità sismica di
strutture nuove ed esistenti. In particolare, ci si è soffermati sullo studio di un
controvento ad instabilità impedita (BRB) interamente in acciaio (leggerezza,
dimensioni contenute, facilità di manutenzione).
Attività 1
1. Progetto del sistema BRB e della prova sperimentale di spinta sull’edificio consolidato.
2. Realizzazione e posa in opera dei BRB.
3. Esecuzione della prova sperimentale
ATTIVITÀ DEL PERIODO 2006-07
Attività 2
1. Modellazione numerica della risposta strutturale della strutturaconsolidata
L’obiettivo principale consiste nello studio della risposta sismica di controventi di acciaio, sia tradizionali che innovativi, per la protezione sismica di strutture sia nuove che esistenti.
In particolare, lo studio è stato concentrato sui controventi innovativi ad instabilità impedita (BRB).
OBIETTIVI
Attività 1-Prova sperimentale al vero disposizione dei controventi BRB
I BRB sono statiprogettati per esserenascosti nella camera d’aria delle due foderedella tamponatura
digital theodolite to measure floor displacements
-1000
-500
0
500
1000
-2 -1 0 1 21st floor displacement (cm)
Bas
e Sh
ear (
kN)
Taglio alla base vs. spostamento di piano per i primi 3 cicli
Fessure diagonali e distaccco della tamponaturaosservato alla fine dei primi tre cicli
Attività 1-risultati sperimentali
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.51st interstory drift (%)
Bas
e Sh
ear (
kN)
average responsecurvepositive envelope
negative envelopeInstabilità locale-distorsionale del controvento, in corrispondenza di interstory drift = 1.2 il valore di progetto
Attività 2-Analisi numerica
0
500
1000
1500
2000
0 2 4 6 8 10Roof Displacement (cm)
Bas
e Sh
ear (
kN)
• Buon accordo tra I modelli numerici e I risultati sperimentali, considerata la difficoltà di modellare la struttura in c.a. danneggiata e riparata.
• L’effetto della tamponatura al primo piano è rappresentato dalla differemzatra la curva verde e quella blue. E’ evidente che tale effetto è trascurabile, giacchè la maggior parte dell’azione controventante è esercitata dai BRB.
CONCLUSIONI E FUTURI SVILUPPI
Una prova sperimentale di spinta ciclica è stata eseguita su un edificio rinforzato con BRB.
La sperimentazione ha evidenziato un notevole incremento di rigidezza (circa 11 volte) e resistenza (circa 2 volte).
Sono stati sviluppati modelli numerici tesi ad interpretare i risultati sperimentali.
Sono in corso i preparativi per eseguire una nuova prova al vero con un sistema BRB migliorativo del precedente.
UNITÀ DI RICERCA 3
Strutture a telaio controventate
CONTRIBUTO DEI PANNELLI IRRIGIDENTICONTRIBUTO DEI PANNELLI IRRIGIDENTINEL CONTROLLO DEL COMPORTAMENTONEL CONTROLLO DEL COMPORTAMENTODEGLI EDIFICI A STRUTTURA INTELAIATADEGLI EDIFICI A STRUTTURA INTELAIATA
COORDINATORE: Prof. G. DE MATTEIS COORDINATORE: Prof. G. DE MATTEIS PARTECIPANTI: A. FORMISANO, S. PANICO,PARTECIPANTI: A. FORMISANO, S. PANICO,
G. BRANDO, I. LANGONEG. BRANDO, I. LANGONE
DIPARTIMENTO PRICOSDIPARTIMENTO PRICOSUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI CHIETI/PESCARADI CHIETI/PESCARA
OBIETTIVI DELL’UNITÀ
Obiettivo
1. Valutazione del contributo offerto dalle pareti strutturali a taglio sul
comportamento degli edifici sismo-resistenti
Tipologie strutturali esaminate
1. Pareti irrigidenti, aventi limitata capacità portante
2. Sistemi con elevata rigidezza e resistenza nel piano
3. Pareti con funzione principalmente dissipativa
4. Pannelli per il rinforzo di telaio in c.a. esistenti
Metodi di analisi
1. Valutazione della risposta del singolo pannello (sperimentale e numerica)
2. Effetti globali sulla risposta della struttura-125
-100
-75
-50
-25
0
25
50
75
100
125
-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100
Slip [mm]
Load [kN]
ATTIVITÀ SVOLTE
Attività 1
Valutazione numerica della risposta a taglio di lastre sottili in acciaio con funzione
irrigidentePURE ALUMINIUM SHEAR PANEL
CONFIGURATION TYPE B
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-0.15 -0.12 -0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09shear strain (mm/mm)
shea
r str
ess
(MPa
)PURE ALUMINIUM SHEAR PANEL
CONFIGURATION TYPE F
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-0.1 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06shear strain (mm/mm)
shea
r str
ess
(MPa
)
PURE ALUMINIUM SHEAR PANELCONFIGURATION TYPE G
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-0.12 -0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09shear strain (mm/mm)
shea
r str
ess
(MPa
)
PURE ALUMINIUM SHEAR PANELCONFIGURATION TYPE H
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
-0.15 -0.12 -0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15shear strain (mm/mm)
shea
r str
ess
(MPa
)
BRACING TYPE PURE ALUMINIUM SHEAR PANELS-configuration 1
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80Displacement [mm]
Forc
e[kN
]
BRACING TYPE PURE ALUMINIUM SHEAR PANELS-configuration 2
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80displacement [mm]
Forc
e [k
N]
BRACING TYPE PURE ALUMINIUM SHEAR PANELS "type 3"
-300-250-200-150-100
-500
50100150200250300
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80Displacement [mm]
Forc
e[kN
]
BRACING TYPE PURE ALUMINIUM SHEAR PANELS "type 4"
-300-250-200-150-100
-500
50100150200250300
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80Displacement [mm]
Forc
e[kN
]
Attività 2
Valutazione sperimentale di pannelli irrigiditi in alluminio puro con funzione
dissipativa: tipologia “full-bay”
Attività 3
Valutazione sperimentale della risposta di telai in c.a. irrigiditi mediante pannelli in
acciaio ed alluminio
Attività 2
Valutazione sperimentale di pannelli irrigiditi in alluminio puro con funzione
dissipativa: tipologia “bracing type”
Attività 2
Modellazione numerica di pannelli irrigiditi in alluminio puro con funzione dissipativa:
Simulazione delle prove sperimentali
-250-200-150-100-50
050
100150200250
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80DISPLACEMENT [mm]
FOR
CE
[KN
]
EXPERIMENTALNUMERICAL
-160
-120
-80
-40
0
40
80
120
160
-50 -30 -10 10 30 50Displacement [mm]
Forc
e[kN
]
EXPERIMENTALNUMERICAL
Attività 1
Pannelli snelli di acciaio: Rapporti geometrici tra 0,8 e 2,5 garantiscono l’instaurarsi di
un meccanismo stabile a bande di trazione diagonali.
RISULTATI
Attività 2
Pannelli compatti in alluminio: tipologia full bay e bracing type; differente lega di
alluminio; irrigiditori saldati o bullonati. Importanza della scelta della lega di
alluminio nel garantire o un mero aumento di rigidezza o una forte capacità
dissipativa.
Attività 3
Adeguamento telai in c.a.: risultati positivi sia con pannelli in acciaio sia con pannelli
in alluminio puro.
Attività 1
Calibrazione di modelli FEM per la valutazione della risposta ciclica di pannelli di
alluminio (studio parametrico per la disposizione ottimale degli irrigidimenti)
SVILUPPI ATTESI
Attività 2
Analisi dinamiche globali per la valutazione della risposta di edifici di acciaio con
pannelli dissipativi in alluminio puro
Analisi dell’influenza del comportamento dinamico del materiale base e delle tensioni
residue dovute alle saldature sulla risposta strutturale dei pannelli
Attività 3
Analisi dinamiche globali per la valutazione della risposta di edifici in c.a. rinforzati
con pannelli metallici
UNITÀ DI RICERCA 11
Strutture a telaio controventate
TELAI COMPOSTI SEMICONTINUITELAI COMPOSTI SEMICONTINUICON CONTROVENTI DISSIPATIVICON CONTROVENTI DISSIPATIVI
COORDINATORE: Prof. L. DEZICOORDINATORE: Prof. L. DEZIPARTECIPANTI: S. ALBANESI, F. GARA,PARTECIPANTI: S. ALBANESI, F. GARA,
R. GIACCHETTI, L. RAGNIR. GIACCHETTI, L. RAGNI
DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA, COSTRUZIONI E STRUTTUREDIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA, COSTRUZIONI E STRUTTUREUNIVERSITUNIVERSITÀÀ POLITECNICA DELLE MARCHE (ANCONA)POLITECNICA DELLE MARCHE (ANCONA)
OBIETTIVI DELL’UNITÀ 11
Obiettivi inerenti dispositivi in gomma ad alto smorzamento (HDR)
2. Definizione di modelli non lineari e lineari semplificati per il progetto e la
verifica di strutture equipaggiate con dispositivi in gomma
3. Analisi di telai multipiano per la determinazione di un criterio di progetto
Obiettivi inerenti i dispositivi elastoplastici ad instabilità impedita (BRB)
1. Interpretazione dati prove sperimentali su:
- dispositivi BRB (dispostivi tipo BRAD della FIP industriale)
- sistema accoppiato telaio più dispositivi BRAD
2. Definizione di un criterio di progetto per strutture equipaggiate con
dispositivi BRB
ATTIVITÀ SVOLTE
Attività inerenti i dispositivi in gomma ad alto smorzamento (HDR)
1. Analisi parametriche su sistemi S-DoF soggetti a forzanti armoniche ed impulsive
per l’individuazione di modelli lineari limite (equivalenti alla risposta stabile e
transitoria). Verifica della loro affidabilità nel predire i limiti della risposta sismica
2. Predisposizione modello numerico agli elementi finiti per analisi parametriche su
telai multipiano dotati di controventi in gomma
Attività inerenti i disposistivi elastoplastici ad instabilità impedita (BRB)
1. Simulazione numerica tramite modelli classici elasto-plastici delle prove
sperimentali sui dispositivi BRAD e sul sistema accoppiato telaio - dissipatori
2. Criterio di progetto per strutture equipaggiate con dispositivi BRB basato su un
modello al continuo in cui viene imposta una deformazione a taglio costante della
prima forma modale
ATTIVITÀ SVOLTE:RISULTATI
Risultati inerenti i dispositivi in gomma ad alto smorzamento (HDR)
1. I due modelli lineari ottenuti sono significativamente diversi tra loro e si sono
mostrati in grado di predire forze massime e spostamenti massimi della risposta
sismica di sistemi S-Dof
Risultati inerenti i disposistivi elastoplastici ad instabilità impedita (BRB)
1. Il modello elasto-plastico tipo Bouc-Wen descrive
con sufficiente accuratezza il comportamento dei
dissipatori testati
2. Le prime analisi statiche e dinamiche non lineari
su telai multipiano dotati di controventi BRB distribuiti
secondo il criterio proposto e secondo distribuzioni
diverse hanno dimostrato l’efficacia del criterio di progetto
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
-15 -10 -5 0 5 10 15
displacement (mm)
forc
e (K
N)
data model
0
0.2
0.4
0.6
0 0.1 0.2 0.3 0.4 displacement (m)
a g/g
linear constant design
FUTURI SVILUPPI
Studio di dispositivi in gomma ad alto smorzamento con geometria diversa (tipo coassiali) ed estensione legame costitutivo ad altri tipi mescole
Approfondimento fatica oligociclica ed altre problematiche relative ai dispositivi BRB (in acciaio ed in alluminio)
Estensione del criterio di progetto sviluppato per i controventi elasto-plastici al caso di strutture con controventi in gomma ad alto smorzamento
Analisi parametriche al fine di individuare soluzioni progettuali ottimaliper
- strutture pendolari equipaggiate con dispositivi BRB o HDR- strutture a telaio equipaggiate con dispositivi BRB o HDR
2. STRUTTURE A TELAIO A MOMENTO RESISTENTEProblematiche generali
Criteri di progetto (UO4 - SUN)
Capacità rotazionale membrature acciaio (UO2 - UNINA-B)
Capacità rotazionale membrature composte (UO9 -UNISANNIO)
Procedure di analisi sperimentale e modellazione numerica
Fatica oligociclica (UO7 – POLIMI)
Progetto multi-obiettivo (UO8 – UNITN)
Collegamenti acciaio-cls. (UO10 – UNIMOL)
Metodi per l’analisi numerica (UO12 - UNITS)
UNITÀ DI RICERCA 4
Strutture a telaio a momento resistente
CRITERI DI PROGETTOCRITERI DI PROGETTODI STRUTTURE INTELAIATE IN ACCIAIODI STRUTTURE INTELAIATE IN ACCIAIOE METODI DI ANALISI NON LINEAREE METODI DI ANALISI NON LINEARE
COORDINATORE: Prof. A. MANDARACOORDINATORE: Prof. A. MANDARAPARTECIPANTI: PARTECIPANTI: M. FERRAIOLI, A. ZAMBRANO, A.M. AVOSSA, M. FERRAIOLI, A. ZAMBRANO, A.M. AVOSSA, A.A. LAVINO, F. RAMUNDO, G. SPINA, G. LAEZZA, G. DI LAUROLAVINO, F. RAMUNDO, G. SPINA, G. LAEZZA, G. DI LAURO
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESECONDA UNIVERSITSECONDA UNIVERSITÀÀ DI NAPOLIDI NAPOLI
OBIETTIVI DELL’UNITÀ 4
Obiettivo Generale
1. Definizione e messa a punto di criteri di progettocriteri di progetto per strutture sismoresistenti in acciaio basati sul performanceperformance--based based designdesign. ‘Ottimizzare ‘ il progetto limitando le sovra-resistenze nel rispetto dei livelli di prestazione, strutturale e non, definiti.
Obiettivi intermedi1. Analisi comparativa dei criteri di progettazione esistenti.2. Messa a punto e validazione del metodometodo dello spettro di capacitspettro di capacitàà e
degli spettri inelasticispettri inelastici con valutazione degli effetti del danno cumulato (Metodo ICSM).
3. Determinazione dei parametri strutturali significativi ai fini delle prestazioni sismicheprestazioni sismiche (Acceptance Criteria).
4. Impiego del Metodo ICSM per correlare i livelli prestazionali con i livelli d’intensità dell’azione sismica (Performance Matrix).
ATTIVITÀ SVOLTE
1. Analisi pushover e caratterizzazione dello spettro di capacitspettro di capacitàà bilineare equivalente.
2. Individuazione di parametri prestazionali parametri prestazionali specificispecifici basati sui criteri della rigidezza, della resistenza e della duttilità.
3. Definizione degli spettri di risposta inelasticispettri di risposta inelasticiattraverso fattori di riduzione opportunamente tarati mediante l’analisi statistica condotta su segnali accelerometrici reali spettro-compatibili.
4. Messa a punto di una procedura incrementale procedura incrementale ma non iterativama non iterativa basata sul metodo dello Spettro di Capacità e degli Spettri Inelastici per la valutazione delle prestazioni sismiche delle strutture intelaiate in acciaio.
5.5. Analisi comparativa dei criteri di progettazioneAnalisi comparativa dei criteri di progettazioneesistentiesistenti in termini prestazionali.
IO
LS
CP
CPLS
0.000
0.100
0.200
0.300
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
SPOSTAMENTO IN SOMMITA' / ALTEZZA (%)
TAGL
IANT
E AL
LA B
ASE
/ PES
O
PLASTIC DESIGN + SLDPLASTIC DESIGN
ORDINANZA 3274
BEVAGNA
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
OPERATIONAL LIFE SAFETY COLLAPSEPREVENTION
LIVE
LLO
D'IN
TENS
ITA'
AZI
ONE
SISM
ICA
(PGA
/g)
LIVELLO PRESTAZIONALE
ORDINANZA 3274
PLASTIC
DESIGN+S
LD
PLASTIC DESIG
N
ATTIVITÀ SVOLTE NEL PERIODO
SCHEMI STRUTTURALI ESAMINATI
ATTIVITÀ SVOLTE NEL PERIODO
PERFORMANCE MATRIX
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
OPERATIONAL LIFE SAFETY COLLAPSEPREVENTION
LIVE
LLO
D'IN
TENS
ITA'
AZI
ONE
SISM
ICA
(PGA
/g)
LIVELLO PRESTAZIONALE
ORDIN
ANZA
3274
PLAS
TIC DE
SIGN
PLAS
TIC DES
IGN
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
OPERATIONAL LIFE SAFETY COLLAPSEPREVENTION
LIVE
LLO
D'IN
TENS
ITA'
AZI
ONE
SISM
ICA
(PGA
/g)
LIVELLO PRESTAZIONALE
ORDINANZA 3274
PLASTIC
DESIGN+S
LD
PLASTIC DESIG
N0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
OPERATIONAL LIFE SAFETY COLLAPSEPREVENTION
LIVE
LLO
D'IN
TENS
ITA'
AZI
ONE
SISM
ICA
(PGA
/g)
LIVELLO PRESTAZIONALE
PLASTIC
DESIGN+S
LD
PLASTIC DESIG
NORDINANZA 32
74
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0 20 40 60 80
Sd (cm)
Sa/g
IDRS
CP
PLASTIC DESIGN
PLASTIC DESIGN+SLD
BEVAGNA
FUTURI SVILUPPI
Validazione del Metodo ICSM mediante confronto con le prestazioni sismiche ottenute attraverso l’analisi dinamica non lineare di tipo incrementale (Incremental Response History Analysis).
Affinamento del modello non lineare adottato considerando anche il degrado di rigidezza e di resistenza e la deformabilità dei pannelli nodali.
Valutazione della sensibilità dei risultati ai diversi fattori che influenzano la risposta: resistenza del materiale, strain-hardening, smorzamento strutturale, degrado di rigidezza e di resistenza.
Estrapolazione dei risultati delle analisi al fine di mettere a punto una metodologia di carattere generale per la progettazione strutturale su base prestazionale di strutture intelaiate in acciaio.
UNITÀ DI RICERCA 2
Strutture a telaio a momento resistente
CAPACITCAPACITÀÀ ROTAZIONALEROTAZIONALEE CRITERI DI CLASSIFICAZIONEE CRITERI DI CLASSIFICAZIONE
DELLE MEMBRATURE DI ACCIAIODELLE MEMBRATURE DI ACCIAIO
COORDINATORE: Prof. R. LANDOLFOCOORDINATORE: Prof. R. LANDOLFOPARTECIPANTI: M. BRESCIA, O. MAMMANAPARTECIPANTI: M. BRESCIA, O. MAMMANA
DIP. DI COSTRUZIONI E METODI MATEMATICI IN ARCHITETTURA DIP. DI COSTRUZIONI E METODI MATEMATICI IN ARCHITETTURA UNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI NAPOLI DI NAPOLI ““FEDERICO IIFEDERICO II””
39
OBIETTIVI DELL’UNITÀ
L’ATTIVITÀ DELL'UNITÀ DI RICERCA 2 È FINALIZZATA A:
Studio del comportamento flessionale delle membrature soggette ad azioni sismiche, con riferimento alla valutazione della capacitàrotazionale di membrature di acciaio e alla formulazione di idonei criteri di classificazione delle stesse in differenti categorie di duttilità e sovraresistenza
qmax
MMp
pMM
1
1
Sovraresistenza
Duttilita’
qy
qqy
qmax
MMp
pMM
1
1
Sovraresistenza
Duttilita’
qy
qqy
ATTIVITA’ SVOLTE
1. Studio sistematico dello stato dell’arte inerente la duttilità locale disponibile delle strutture in acciaio
2. Messa a punto di un database di prove sperimentali su tre e quattro punti su membrature inflesse
3. Analisi numeriche preliminari
4. Ricalibrazione del fattore di sovraresistenza s per membrature con sezione a doppio T e generalizzazione dello stesso per membrature del tipo RHS, SHS
5. Confronto tra i modelli di classificazione adottati dall’EC3 (2004), OPCM 3274 (2005), Norme Tecniche per le Costruzioni (2005)
6. Pianificazione della campagna di prove sperimentali
t
d
b
dw
t
c
2 2 ff w
b1 0.83 0.51 0.009 0.34s L *
= + λ + λ −
2 2 ff w *
b1 0.568 0.33 0.063 0.27s L
= + λ + λ −
t
D
wb
bfc
dw
t
ftbLt
b
LCb
2 f*
b1 2.566 0.0035 1.69s L
= − λ +
2 2f w
1 1.66 1.042 1.31s
= − λ + λ
41
Simulazione numerica di prove sperimentali su tre e quattro punti
ATTIVITÀ SVOLTE
- Modellazione ritegni torsionali
- Analisi di buckling per fenomeni di instabilità locale
Le prove sperimentali su profili IPE ed a cassone sono state simulate mediante modelli FEM (Abaqus 6.4):
42
ATTIVITÀ SVOLTE
Progettazione ed esecuzione delle indagini numerico-sperimentali sulle membratureE’ stata pianificata l’esecuzione di 18 prove di differente tipologia suddivise in monotone e cicliche :- prove sulle membrature finalizzate allo studio della capacità rotazionale e quindi alla valutazione dei fattori di duttilità e sovraresistenza- prove sull’intera struttura (trave-colonna) finalizzate allo studio dell’influenza della colonna e del collegamento sulla capacità rotazionale delle membrature.
profili L/hIPE 240 16.67IPE 300 13.33
HEB 240 16.67HEA 160 26.32HEA 240 17.39HEM 160 22.22
150x100x4 26.67160x80x5 25.00
200x100x8 20.00250x100x10 16.00
300x100x12.5 13.33300x200x14.2 13.33
150x150x5 26.67160x160x6.3 25.00200x200x10 20.00250x250x8 16.00250x250x5 16.00
300x300x10 13.33
43
ATTIVITÀ SVOLTE
Progettazione ed esecuzione delle indagini numerico-sperimentali sulle membrature
HEA160
FUTURI SVILUPPI
Conclusione campagna prove sperimentali sullemembrature
Elaborazione, interpretazione dei risultati e svolgimento di analisi parametriche sulle grandezze prese in esame
Regressioni sperimentali multiple atte a fornireun’espressione in forma chiusa del parametro di duttilitàcosì come fatto per il parametro di sovraresistenza
Ridefinizione dei limiti di snellezza di anima e flangiaproposti dall’EC3 mediante il tracciamento di curve iso-rotazionali
UNITÀ DI RICERCA 9
Strutture a telaio a momento resistente
CAPACITCAPACITÀÀ ROTAZIONALEROTAZIONALEE CRITERI DI CLASSIFICAZIONEE CRITERI DI CLASSIFICAZIONE
DELLE MEMBRATURE COMPOSTEDELLE MEMBRATURE COMPOSTE
COORDINATORE: Prof. M.R. PECCECOORDINATORE: Prof. M.R. PECCEPARTECIPANTI: F. CERONI, L. DI SARNOPARTECIPANTI: F. CERONI, L. DI SARNO
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIADIPARTIMENTO DI INGEGNERIAUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DEL SANNIO DEL SANNIO –– BENEVENTOBENEVENTO
Il comportamento sismico delle strutture intelaiate composte acciaio-calcestruzzo è significativamente influenzato dalla capacità rotazionale delle membrature (travi e/o colonne).
Si evidenzia una completa assenza di indicazioni specifiche per il calcolo della capacità rotazionale delle membrature per le strutture composte acciaio-calcestruzzo.
Un ulteriore aspetto di notevole interesse applicativo è quello legato alla classificazione delle sezioni, funzionale alla caratterizzazione dei coefficienti correttivi per la determinazione semplificata delle capacità resistenti di sezioni con elementi aventi diversa snellezza.
OBIETTIVO: estendere con analisi teorico-sperimentali l’espressione per la valutazione delle rotazioni plastiche anche per le sezioni composte. Tale espressione deve tenere conto delle caratteristiche meccaniche dei materiali costituenti la sezione composta, in particolare tipo di acciaio e calcestruzzo, nonché della tipologia e grado di connessione.
OBIETTIVI DELL’UNITÀ
Messa a punto del set-up ed esecuzione di alcune prove di aderenza acciaio-
calcestruzzo (monotone e cicliche) su elementi di colonne composte di tipo
parzialmente rivestite (con/senza armatura e con/senza olio);
Progettazione e realizzazione dei campioni delle prove su travi composte acciaio-
calcestruzzo con presenza di soletta in c.a. (connessione sia totale che parziale:70-
80%);
Prima fase di sviluppo di un modello agli elementi finiti tridimensionale della trave
composta introducendo l’aderenza tra barre di armatura e calcestruzzo ed il
legame dei connettori;
Prima fase di sviluppo di un modello agli elementi finiti tridimensionale per l’analisi
del collegamento di tipo a bicchiere tra colonna composta di tipo parzialmente
rivestita e plinto di fondazione;
Progettazione di prove sul collegamento alla base di colonne composte di tipo
riempito.
ATTIVITÀ SVOLTE NEL PERIODO
ADERENZA NELLE COLONNE
0
20
40
60
80
100
120
140
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50Deformazione (mm)
Car
ico
(KN
)
Senza olio
Con Olio
Con Armatura Senza Armatura
TrazioneCompressione
0,00E+00
1,00E-05
2,00E-05
3,00E-05
4,00E-05
5,00E-05
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
strain9 strain11
Carico (KN)
Def
orm
azio
ne (m
m/m
m)
Ali: lati interni
9
11
0,00E+00
1,00E-05
2,00E-05
3,00E-05
4,00E-05
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
strain3 strain4
Carico (KN)
Def
orm
azio
ne (m
m/m
m)
Ali: lati interni3
4
PROGETTO TRAVI COMPOSTE
Diagramma carico-freccia
0
50
100
150
200
250
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Freccia [mm]
Caric
o [k
N]
ModelloPrevisione
PROGETTO TRAVI COMPOSTE
F
q
F
M
IPE 360 IPE 360 –– S275 S275 –– L = 4.0 m da provare a momento negativoL = 4.0 m da provare a momento negativo
Larghezza collaboranteLarghezza collaborante
Grado di connessioneGrado di connessione
I CAMPIONI DI TRAVE
COLLEGAMENTI DI BASE
235
[MPa]
[%]
[%]
COMPRESSIONE
20
37,5
[MPa]
0
100
200
300
400
500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Sperimentale-Plinto a bicchiere
Simulazione-senza rotazione d'estremità
Drift, d/H (%)
Car
ico
Tras
vers
ale
(kN
)
0
100
200
300
400
500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
a) Sperimentale-Plinto a bicchiere
b) Simulazione-senza rotazione d'estremità
c)Colonna non composta fy=235Mpa
d) Colonna composta con fondazione: fy=350MPa; fu=450Mpa; Ecls=17500Mpa
e) Colonna composta senza blocco con incastri laterali: fy=350MPa; fu=450Mpa defcu=0,35
f) Colonna composta modellata con il programma di calcolo
Drift, d/H (%)
Car
ico
Tras
vers
ale
(kN
)
FUTURI SVILUPPI
Completare prove di aderenza sulle colonne composte;
Eseguire prove di flessione sulle travi composte;
Messa a punto del modello FE delle travi ed effettuare i confronti con la sperimentazione;
Esecuzione di analisi parametriche per il calcolo della capacità rotazionedelle travi mediante il modello FE;
Messa a punto del modello FE del collegamento colonna-plinto ed esecuzione di analisi parametriche;
Utilizzo dei dati relativi alla capacità rotazionale nell’analisi sismica di telai composti multipiano (legame duttilità locale e globale).
UNITÀ DI RICERCA 7
Strutture a telaio a momento resistente
PROCEDURE PER LPROCEDURE PER L’’ANALISIANALISIDELLA FATICA OLIGOCICLICADELLA FATICA OLIGOCICLICA
DI MEMBRATURE E COLLEGAMENTIDI MEMBRATURE E COLLEGAMENTI
COORDINATORE: Prof. C.A. CASTIGLIONICOORDINATORE: Prof. C.A. CASTIGLIONIPARTECIPANTI: C. BERNUZZI, G. VASDRAVELLIS, J. BRESCIANINIPARTECIPANTI: C. BERNUZZI, G. VASDRAVELLIS, J. BRESCIANINI
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALEPOLITECNICO DI MILANOPOLITECNICO DI MILANO
Studio e codificazione di procedure standard per procedure standard per ll’’analisianalisi sperimenale disperimenale di
membrature e collegamenti soggetti a fatica oligociclica.membrature e collegamenti soggetti a fatica oligociclica.
Analisi sperimentale, elaborazione dei risultati sperimentali e modellazione
numerica. Si farà riferimento ad alcuni documenti esistenti, come il report
n.45 ECCS del 1986 (Recommended Testing Procedures for the Steel
Structures under Cyclic Loading) e l’ATC-24.
L’obiettivo è quello di fornire una serie di documenti che consentano una
standardizzazione non solo delle procedure di prova ma anche l’analisi dei
risultati.
OBIETTIVI DELL’UNITÀ
1. Analisi delle procedure per l’analisi della fatica oligociclica di
membrature e collegamenti. L’analisi ha riguardato non solo lo
stato dell’arte nazionale e/o europeo, ma anche l’attività svolta in
questo campo sia negli USA che in Giappone.
2. Messa a punto e validazione di una procedura per l'esecuzione di
prove cicliche ibrida, parzialmente in controllo di carico e
parzialmente in controllo di spostamento. Tale procedura
consente di tenere in conto gli effetti dei carichi sulle travi, anche
nel caso in cui la configurazione di prova sia del tipo a "T
rovescia", (con colonna orizzontale e trave verticale)
ATTIVITÀ SVOLTE NEL PERIODO
LA PROCEDURA DI PROVA A CONTROLLO IBRIDO.
FyFg
Forc
eco
ntro
lled
Forcecontrolled
Displacement-controlled
Displacement-controlled
F
d
LE SEQUENZA DI FORZE E SPOSTAMENTI IMPRESSI PERMETTE DI TENER CONTO DELL’INFLUENZE DEI CARICHI VERTICALI SULLA
RISPOSTA DEL NODO
PROCEDURA DI PROVA
FailureFyFg
Forc
eco
ntro
lled
F
dd d
FDisplacement-controlled
cont
rolle
dFo
rce
FgFy
Failure
Possible failure of specimen. (other) Possible failure of specimen
ATTIVITÀ SVOLTE
EXPERIMENTAL RESULTS
-8.00
-6.00
-4.00
-2.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
-20.00 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00
F 130Fy25-1 [kN]F 130Fy75-1 [kN]Series3Series4
F [kN]
d [mm]
ECCS Cyclic TestsSpecimen 130x45x1.5 mm
Fg=0.75 Fy
Fg=0.25 Fy
Innovative cyclic testing procedure results for tests F130Fy25-1 and F130Fy75-1
ATTIVITÀ SVOLTE
Analisi comparativa e integrazione dei due documenti: ECCS 45 e ATC24
Analisi comparativa dei metodi di rielaborazione dei risultatisperimentali
Definizione di un modello di danno
Estensione del lavoro di validazione e stesura di una Raccomandazione per l'esecuzione delle prove cicliche su componenti strutturali in acciaio e composti di acciaio e calcestruzzo
ATTIVITÀ FUTURE
UNITÀ DI RICERCA 8
Strutture a telaio a momento resistente
DESIGN BY TESTING BASATO SUL CRITERIO DI DESIGN BY TESTING BASATO SUL CRITERIO DI CAPACITY DESIGN DI ELEMENTI STRUTTURALICAPACITY DESIGN DI ELEMENTI STRUTTURALI
E GIUNTI IN STRUTTURE A TELAIOE GIUNTI IN STRUTTURE A TELAIOIN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIOIN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO--CALCESTRUZZOCALCESTRUZZO
COORDINATORE: Prof. R. ZANDONINI COORDINATORE: Prof. R. ZANDONINI –– Prof. Prof. O.SO.S. BURSI. BURSIPARTECIPANTI: F. FERRARIO, N. TONDINI, A. BONELLIPARTECIPANTI: F. FERRARIO, N. TONDINI, A. BONELLI
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E STRUTTURALEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E STRUTTURALEUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI TRENTODI TRENTO
OBIETTIVI
L’attività dell'Unità di Ricerca 8 (UNITN) si incentra sulla valutazione della realizzabilità e dell'efficacia di giunti in acciaio e composti acciaio-calcestruzzo in:
strutture a telaio soggette a terremoti e successivamente ad incendio;
strutture da ponte soggette a fatica a basso e ad alto numero di cicli.
STRUTTURE A TELAIO: esaminare i dettagli critici di unioni bullonate e saldate ai fini della durabilità, della resistenza e della capacità dissipativa.
Inquadramento delle problematiche teorico-sperimentali, mediante l’esame dello stato dell’arte e delle norme e raccomandazioni del settore;
pianificazione delle indagini sperimentali su giunti trave-colonna composti acciaio-calcestruzzo;
sviluppo di regole e strumenti necessari per la progettazione di nuove strutture composte a telaio.
APPROCCIO PRESTAZIONALE
Sviluppo di procedure di progettazione basate sul concettodel “Multi-objective performance-based design”
Progetto sismico
Progetto al fuoco
PROGETTAZIONE TRADIZIONALE
SECONDO L’ATTUALE NORMATIVA EUROPEA
Le azioni eccezionali sono considerate nella
progettazionecome eventi indipendenti
PROGETTAZIONE INNOVATIVAPROPOSTA NEL
PROGETTO MIUR2004
Progetto sismico
Progetto al fuoco
Gli elementi strutturali dovranno garantire soddisfacenti prestazioni in presenza di azioni
sismiche e al contempo assicurare un adeguato comportamento al successivo incendio
Utilizzo di giunti trave-colonna con colonne circolari riempite di cls. e solette realizzate con getto su lamiera grecata e su lastra predalles:
1) analisi numerica sismica e a fuoco con modelli EF;
2) esecuzione di prove sperimentali in campo ciclico sui nodi trave-colonna.
ATTIVITÀ SVOLTE NEL PERIODO
Giunti composti in strutture a telaio
Curva forza-spostamento del martinetto
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14
Spostamento [e/ey]
For
za [k
N]
FUTURI SVILUPPI
Calibrazione del modello agli elementi finiti del nodo trave-colonna sulla base dei risultati sperimentali;
studio, tramite modello ad elementi finiti e analisi sperimentale, dei meccanismi di trasmissione degli sforzi, in particolare tra soletta e colonna;
definizione, attraverso l’analisi dei dati sperimentali e numerici, di un criterio per il calcolo del danneggiamento del giunto sottoposto a carico sismico;
sviluppo di un nuovo approccio progettuale che combini l’azione del sisma con quella del fuoco in strutture a telaio.
UNITÀ DI RICERCA 10
Strutture a telaio a momento resistente
PROCEDURE DI ANALISI STRUTTURALEPROCEDURE DI ANALISI STRUTTURALEPER TENERE CONTO DELLE EFFETTIVE PER TENERE CONTO DELLE EFFETTIVE
CARATTERISTICHE DI RESISTENZA E DEFORMABILITCARATTERISTICHE DI RESISTENZA E DEFORMABILITÀÀDEI CONNETTORI NELLE TRAVI COMPOSTEDEI CONNETTORI NELLE TRAVI COMPOSTE
COORDINATORE: Prof. G. FABBROCINOCOORDINATORE: Prof. G. FABBROCINOPARTECIPANTI: L. DESERIPARTECIPANTI: L. DESERI
DIPARTIMENTO SAVADIPARTIMENTO SAVAUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DEL MOLISEDEL MOLISE
Stato dell’arte sulla risposta strutturale dei sistemi di
connessione;
Analisi numerica della risposta di travi composte acciaio-
calcestruzzo;
Validazione del modello numerico;
Sviluppo di linee guida sull’analisi sismica di strutture
composte acciaio-calcestruzzo;
Utilizzo dell’acciaio inossidabile nelle strutture composte
acciaio-calcestruzzo.
ATTIVITÀ SVOLTE
SISTEMI DI CONNESSIONE
0
20
40
60
80
100
120
0.0 2.0 4.0 6.0
Slippage (mm)
Load (kN)
Average
Φ 16 mmPlain concrete
0
20
40
60
80
100
120
0.0 2.0 4.0 6.0
Slippage (mm)
Load (kN)
Average
Φ 16 mmConcrete under tension
Influenza dello sforzo di trazione sulla risposta della connessione:
6 prove su connettori a piolo mediante atrezzatura progettata appositamente.
SISTEMI DI CONNESSIONE
Influenza dello sforzo di trazione sulla risposta della connessione: prove su travi composte (insieme a UNISANNIO)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Interaction force (kN)
Load (kN)
Es timated Beam A2inte rac tio n fo rce
Inte rac tio n fo rce a fte rmo dified P us h-o ut te s ts
Cracked section Jourawski theory
Uncracked section Jourawski theory
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20
Deflection (mm )
Load (kN )Uncracked
section
Cracked section
Bare steel
section
Theoretical span 361 cm
20 shear studs - spacing 19 cm
Beam Type A
Theoretical span 361 cm
20 shear studs - spacing 19 cm
Beam Type A
ACCIAIO INOX PER PANNELLIA TAGLIO
Cyclic2020400400SP400x20C
Cyclic4010400400SP400x10C
Cyclic508400400SP400x8C
Cyclic805400400SP400x5C
Monotonic2020400400SP400x20M
Monotonic4010400400SP400x10M
Monotonic508400400SP400x8M
Monotonic805400400SP400x5M
LoadingSlenderness Ratio
Thickness (mm)
Height (mm)
Width (mm)Specimen
-600
-400
-200
0
200
400
600
-15 -10 -5 0 5 10 15
Displacements (millimeters)
Shea
r (kN
)
UNITÀ DI RICERCA 12
Strutture a telaio a momento resistente
MODELLI ISTERETICI CON DEGRADOMODELLI ISTERETICI CON DEGRADOE CURVE DI FRAGILITE CURVE DI FRAGILITÀÀ PER I GIUNTI COMPOSTIPER I GIUNTI COMPOSTI
COORDINATORE: Prof. C. AMADIOCOORDINATORE: Prof. C. AMADIOPARTECIPANTI: S. NOPARTECIPANTI: S. NOÈÈ, L. MACORINI,, L. MACORINI,
M. FRAGIACOMO, C. FEDRIGOM. FRAGIACOMO, C. FEDRIGO
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILEUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DEGLI STUDI DI TRIESTEDEGLI STUDI DI TRIESTE
OBIETTIVI
Obiettivo 1Obiettivo 1
a Sviluppare un modellomodello per componentiper componenti in grado di simulare la risposta ciclica di un
giunto compostogiunto composto acciaio-calcestruzzo di tipo interno o esterno, tenendo conto dei
fenomeni di degrado della risposta delle singole componenti.
b Analizzare la risposta ciclica di un intero telaiorisposta ciclica di un intero telaio sotto un’azione statica di pushover
o un’azione di tipo dinamica.
ObiettivoObiettivo 22
a Al fine di valutare la reale vulnerabilitvulnerabilitàà sismica di telai compostisismica di telai composti acciaio-
calcestruzzo con utilizzo dello stesso tipo di giunto, verrà effettuata un’ampia
analisi probabilistica, basata sull’uso del metodo di MonteCarlo, dapprima sul
giunto composto e successivamente su un intero telaio, determinando le curve di curve di
fragilitfragilitàà di quest’ultimo.
Modello per componentiModello per componenti
•• Consente un controllo locale del danno.Consente un controllo locale del danno.
•• IlIl modellomodello non deve necessariamente essere calibrato sulla risposta non deve necessariamente essere calibrato sulla risposta sperimentale del nodo.sperimentale del nodo.
Ogni componente attiva del nodo Ogni componente attiva del nodo èè modellata con una legge non lineare.modellata con una legge non lineare.
MODELLAZIONE DEL GIUNTOMODELLAZIONE DEL GIUNTO
AttivitAttivitàà 11
1. Analisi delle criticitcriticitàà del metodo per componentidel metodo per componenti attualmente sviluppatosviluppato ed
individuazione di nuove modellazioni per le componenti più significative del giunto
(pannello d’anima, T-stub)
2. Individuazione di modellazioni semplificatemodellazioni semplificate del giunto da adottare nella
modellazione del telaio.
3.3. Comparazione tra risposta numerica e sperimentaleComparazione tra risposta numerica e sperimentale per un numero significativo di
strutture in acciaio e composte, anche accoppiate a controventi dissipativi.
ATTIVITÀ SVOLTE NEL PERIODO
AttivitAttivitàà 22
1. Sviluppo di una procedura automatica basata sul metodo di Monte Carlometodo di Monte Carlo (Latin-
Hypercube).
2. Individuazione dei parametri di parametri di aleatorietaleatorietàà più importanti sulla risposta.
3. Analisi della risposta probabilistica del giuntorisposta probabilistica del giunto..
Legame ciclico per elementi Legame ciclico per elementi TT--stubstubI parametri di degrado I parametri di degrado α, γ, δ, εα, γ, δ, ε sono stati ottenuti per interpolazione dei sono stati ottenuti per interpolazione dei risultati sperimentali.risultati sperimentali.
0 4 8 12 16 20Δ [mm]
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
F [k
N]
experimentalnumerical
α = 0.1; γ = 0.9; δ = 4; ε = 6
0 4 8 12 16 20cycles
0
5
10
15
20
25
30
E [k
J]
experimentalnumerical
ConfrontiConfronti numericonumerico--sperimentalisperimentali elemento T200Lelemento T200L
MODELLAZIONE DEL GIUNTOMODELLAZIONE DEL GIUNTO
Proprietà meccaniche dei materiali
Parametri che caratterizzano la capacità portante delle travi composte
Parametri che descrivono il comportamento del collegamento strutturale
Geometria degli elementi strutturaliIntensità e permanenza dell’azioni verticali
Valori assunti in senso deterministico
Variabili aleatorie assunte:
Tensione di snervamento per gli acciai da carpenteria metallicaTensione di snervamento per gli acciai da cemento armato Tensione ultima relativa ai bulloni ed ai pioli di collegamentoTensione di compressione del calcestruzzo
Le caratteristiche di rigidezza dei materiali sono state assunte come deterministiche.
Fonti di Fonti di aleatorietaleatorietàà per la strutturaper la struttura
ProprietProprietàà meccaniche dei materialimeccaniche dei materiali
ANALISI PROBABILISTICAANALISI PROBABILISTICA
Progetto ed individuazione del modello computazionale della
struttura
Progetto ed individuazione del modello computazionale della
struttura
Selezione del parametro di danno
Selezione del parametro di danno
Selezione degli indicatori di pericolosità sismica
Selezione degli indicatori di pericolosità sismica
Metodologia per la definizione delle curve di Metodologia per la definizione delle curve di FragilitFragilitàà
Selezione del set di terremoti rappresentativo
Selezione del set di terremoti rappresentativo Definizione dei parametri aleatori
della strutturaDefinizione dei parametri aleatori
della struttura
Analisi di Push-overAnalisi di Push-over
Sint
etic
iSi
ntet
ici
Rea
liR
eali
Selezione del metodo per la generazione dei terremoti
sintetici
Selezione del metodo per la generazione dei terremoti
sintetici
Generazione dei terremoti sintetici
Generazione dei terremoti sintetici
Simulazione di Monte Carlo(Latin Hypercube):
Generazione random di telai geometricamente uguali ma
strutturalmente diversi
Simulazione di Monte Carlo(Latin Hypercube):
Generazione random di telai geometricamente uguali ma
strutturalmente diversi
Analisi dinamiche non lineari
Analisi dinamiche non lineari
Definizione degli stati limite
Definizione degli stati limite
Selezione della metodologia per le analisi dinamiche non lineari
Selezione della metodologia per le analisi dinamiche non lineari
Interpretazione statistica dei risultati: determinazione delle densità di probabilità di danno
Interpretazione statistica dei risultati: determinazione delle densità di probabilità di danno
Curve di Fragilità
Probabilità di Collasso
ANALISI PROBABILISTICAANALISI PROBABILISTICA
FUTURI SVILUPPIFUTURI SVILUPPI
Validazione finale del modelloValidazione finale del modello per componenti del giunto e taraturataratura del modello semplificatomodello semplificato per l’analisi di un telaio composto.
Valutazione dei parametri più significativi della risposta di telai composti mediante analisi di sensibilitanalisi di sensibilitàà..
Analisi probabilistica completa dell’intero telaio ed individuazione delle curve di fragilitcurve di fragilitàà..
Valutazione del grado di affidabilitgrado di affidabilitàà della attuale progettazione antisismica.
3. Strutture da ponte
RISPOSTA SISMICA E REGOLE DI PROGETTO (UO5 - UNIPI)
CAPACITY DESIGN PER STRUTTURE DA PONTE (UO8 - UNITN)
RISPOSTA SISMICA E REGOLE DI PROGETTO (UO6 - UNISA)
UNITÀ DI RICERCA 5
Strutture da ponte
RISPOSTA SISMICA E REGOLE DI PROGETTORISPOSTA SISMICA E REGOLE DI PROGETTODI PONTI IN ACCIAIODI PONTI IN ACCIAIO
COORDINATORE: Prof. W. SALVATORECOORDINATORE: Prof. W. SALVATOREPARTECIPANTI: D. LUCCHESI, G. CHELLINIPARTECIPANTI: D. LUCCHESI, G. CHELLINI
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALEUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI PISADI PISA
OBIETTIVI
Protezione sismica di impalcati in acciaio e composti acciaio-calcestruzzocon attenzione ai nuovi criteri introdotti dall’Ordinanza 3431/2005Ordinanza 3431/2005
1. Individuazione delle principali tipologie di impalcato adottate sia nelle reti stradali che ferroviarie e dei relativi dettagli critici in fase di sisma
2. Formulazione di criteri per la messa a punto di modelli numerici globali e locali per la valutazione degli effetti tensionali e deformativi dovuti al terremoto
3. Valutazione delle problematiche correlate all’applicazione delle metodologie proposte dall’Ordinanza 3431/05 per queste tipologie strutturali
Utilizzo di tecniche dinamiche sperimentali per la validazione e la successiva calibrazione di modelli numerici
1. Verifica della capacità dei modelli formulati di stimare le effettive proprietàdinamiche di strutture esistenti (frequenze, smorzamenti, forme modali)
2. Impiego di modelli aggiornati per la valutazione degli effetti sismici
Sviluppo di modelli numerici per i casi studio selezionati
1. Sviluppo di modelli numerici utilizzando diverse strategie di modellazione (di tipo complesso e semplificato) per i casi studio selezionati nel primo anno
2. Valutazione delle proprietà dinamiche strutturali (frequenze, forme modali) dei diversi modelli numerici implementati
3. Confronto dei risultati ed analisi dell’efficacia delle varie strategie per l’analisi sismica dei ponti in struttura composta acciaio-calcestruzzo a travi parallele.
Applicazione delle tecniche di Analisi Dinamica Sperimentale e “Model Updating”al secondo caso di studio (ponte ferroviario nuove linee AV)
1. Valutazione delle effettive proprietà dinamiche attraverso tecniche di Analisi Modale Operativa
2. Calibrazione dei modelli numerici ottimizzandone la risposta dinamica
Verifica del comportamento in fase di sisma sulla base delle indicazioni dell’OPCM 3431/05 del primo caso studio (ponte stradale)
ATTIVITÀ SVOLTE
• Modellazione Shell/3DSolid Modellazione Beam/Shell
Shell
Collegamento Trave/Soletta
Beam
CASO CASO STUDIOSTUDIO 1:1: PONTE STRADALE:PONTE STRADALE:
SVILUPPO DI MODELLI NUMERICI
SVILUPPO DI MODELLI NUMERICI
CASO STUDIO 2: PONTE FERROVIARIO NUOVE LINEE AV/AC
• Modellazione Shell/3DSolid Modellazione Beam/Shell
Viadotto sul Torrente ELVO (Carisio, NO)
ANALISI DINAMICA SPERIMENTALE2° CASO STUDIO: PONTE FERROVIARIO
Mode 1f = 4.97 Hz; ξ = 5.4%
Mode 2f = 6.60 Hz; ξ = 3.2%
Mode 3f = 14.15 Hz; ξ = 4.5%
Mode 4f = 15.23 Hz; ξ = 4.3%
Confronto tra i modi globali verticali numerici e sperimentali:
Modo 1 – 4.992 Hz(Flessionale)
Modo 2 – 6.435 Hz (Torsionale)
Modo 4 - 14.409 Hz (Flessionale)
Modo 5 – 15.232 Hz (Torsionale)
Analisi Modale Numerica:
Analisi Modale Sperimentale:
VALUTAZIONE DELL’AZIONE SISMICA:1° CASO STUDIO: PONTE STRADALE
Modo 2 (torsionale)
Modo 1 (verticale)
Modo 3 (trasversale)
• Forme modali in corrispondenza dei traversi sugli appoggi
Modo lateraleMaggiori effetti dell’azione sismica sul traverso
FUTURI SVILUPPI
Valutazione delle sollecitazioni dovute all’ azione sismica anche per il caso ferroviario utilizzando spettri di risposta normativi
Valutazione dell’ azione sismica mediante l’utilizzo di accelerogramminaturali e spettro - compatibili
Confronto dei risultati derivanti dai due approcci di verifica
Confronto con i risultati derivanti da approcci di verifica di tipo semplificato (Analisi Statica Equivalente) contenuti nell’Ordinanza
Valutazione delle problematiche relative alla applicazione delle regole di progetto contenute all’interno dell’Ordinanza alle tipologie analizzate
UNITÀ DI RICERCA 8
Strutture da ponte
DESIGN BY TESTING BASATO SUL CRITERIO DI DESIGN BY TESTING BASATO SUL CRITERIO DI CAPACITY DESIGN DI ELEMENTI STRUTTURALICAPACITY DESIGN DI ELEMENTI STRUTTURALIE GIUNTI IN STRUTTURE DA PONTE IN ACCIAIOE GIUNTI IN STRUTTURE DA PONTE IN ACCIAIO
E COMPOSTE ACCIAIOE COMPOSTE ACCIAIO--CALCESTRUZZOCALCESTRUZZO
COORDINATORI:COORDINATORI: Prof.Prof. R. ZANDONINI R. ZANDONINI –– Prof.Prof. O.S.O.S. BURSIBURSIPARTECIPANTI: PARTECIPANTI: F.F. FERRARIO, N. TONDINI, A. BONELLIFERRARIO, N. TONDINI, A. BONELLI
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E STRUTTURALEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E STRUTTURALEUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI TRENTODI TRENTO
OBIETTIVI DELL’UNITÀ
L’attività dell'Unità di Ricerca 8 (UNITN) si incentra sulla valutazione della realizzabilitàe dell'efficacia di giunti in acciaio e composti acciaio-calcestruzzo in:
strutture a telaio soggette a terremoti e successivamente ad incendio;
strutture da ponte soggette a fatica a basso e ad alto numero di cicli.
OBIETTIVO: esaminare i dettagli critici di unioni bullonate e saldate ai fini della durabilità, della resistenza e della capacità dissipativa.
Inquadramento delle problematiche teorico-sperimentali, mediante l’esame dello stato dell’arte e delle norme e raccomandazioni del settore;
pianificazione delle indagini sperimentali su campioni rappresentativi dei dettagli più critici delle strutture da ponte mediante tecnica della sottostrutturazione;
sviluppo di regole e strumenti necessari per la progettazione di nuove strutture composte da ponte e per l'adeguamento di ponti esistenti mediante l'impiego di materiali altamente prestazionali.
Viadotto Viadotto MontevideoMontevideo (ponte a cassone di 7 campate semplicemente appoggiate ognuna di luce 75 m, larghezza dell’impalcato di 18 m, altezza di 4.10 m:
1) Analisi dello stato di fatto del viadotto (avanzato stato di corrosione dovuto a condizioni ambientali fortemente sfavorevoli);
2) Analisi numerica sismica e a fatica con modelli ad EF;3) Validazione del modello EF mediante prove ambientali
di tipo “output-only” senza interruzione del traffico.
ATTIVITÀ SVOLTE
4100
1000 16000 1000
60003000 3000
3000 6000 6000 3000
300
Acquisition system position
Reference accelerometer
Transversal or longitudinal accelerometer
Vertical accelerometer
East
9.28 10.07 9.67 9.72 9.75 9.62 9.759.88
West
Experimental Frequency [Hz] Numerical Frequency [Hz]1.73 2.19
3.92 – 5.10 3.21 - 5.78
9.01 8.48 9.26 9.80 11.91 15.03
Connessioni negli impalcati da ponte acciaio-calcestruzzo
Analisi della resistenza ad instabilitAnalisi della resistenza ad instabilitàà dei dei correnti inferiori di tralicci tipo correnti inferiori di tralicci tipo ““BaustradaBaustrada””:
1) Calcolo della resistenza di progetto mediante formulazioni di uso corrente.
2) Progettazione ed esecuzione delle prove su elementi singoli (travetti) e lastre in vera grandezza.
3) Messa a punto di un modello EF da calibrare sulla base dei risultati delle prove sperimentali
ATTIVITÀ SVOLTE
Instabilità di tralicci in acciaio in solette predalles durante le fasi di getto
ASOLA
118002000 600 6600 600 2000
F
FUTURI SVILUPPI
Progettazione ed esecuzione di prove su campioni rappresentativi dei dettagli critici delle strutture da ponte basate sull’ impiego di tecniche di sottostrutturazione.
Calibrazione dei modelli EF dei dettagli rappresentativi da ponte sottoposti a prova sperimentale per la validazione di formule diprogettazione avanzate.
PICCOLO 243.60
PICC
OLO 24
3.60
PICCOLO
243.6
0
1000 16000 1000
60003000 3000
3000 6000 6000 3000
300
4100
UNITÀ DI RICERCA 6
Strutture da ponte
RISPOSTA SISMICA E REGOLE DI PROGETTORISPOSTA SISMICA E REGOLE DI PROGETTODI PONTI A STRUTTURA COMPOSTADI PONTI A STRUTTURA COMPOSTA
ACCIAIOACCIAIO--CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO
COORDINATORE: Prof. V. PILUSOCOORDINATORE: Prof. V. PILUSOPARTECIPANTI: PARTECIPANTI: G.G. RIZZANO, R. MONTUORI, RIZZANO, R. MONTUORI, L.L. MASTRANDEA,MASTRANDEA,
A.A. LONGO, LONGO, I.I. TOLONE, TOLONE, M.A.M.A. CONTI, CONTI, L.L. DE MITADE MITA
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILEUNIVERSITUNIVERSITÀÀ DI SALERNODI SALERNO
OBIETTIVI DELL’UNITÀ
Obiettivo 1
1. Determinazione dei legami momento-curvatura e forza-spostamento di
pile da ponte del tipo CFT
2. Prove sperimentali per la validazione dei modelli
3. Previsione del comportamento ultimo
Obiettivo 2
1. Valutazione della risposta di un ponte a travata in sistema composto
2. Stima del coefficiente di struttura
1. Definizione di una procedura di calcolo per la determinazione del legame
momento-curvatura di una sezione composta del tipo CFT (Concrete Filled Tube)
2. Definizione e implementazione di una procedura di calcolo per la determinazione
della curva forza-spostamento di una membratura composta del tipo CFT
3. Allestimento delle apparecchiature per l’esecuzione di prove sperimentali del tipo
three-point bending test monotone e cicliche
ATTIVITÀ SVOLTE
• confinamento del calcestruzzo
• regime tensionale biassiale nel tubo
• instabilità locale
OBIETTIVI DELL’UNITÀ
OBIETTIVI: a) Determinazione dei legami momento-curvatura della sezione e
forza - spostamento di pile da ponte del tipo CFTb) Prove sperimentali per la validazione dei modellic) Previsione del comportamento ultimo
Per il raggiungimento degli obbiettivi proposti è fondamentale:
1) L’interpretazione degli effetti caratteristici della interazione calcestruzzo-acciaio
2) Modellazione della sezione composta del tipo CFT (Concrete Filled Tube)
3) Caratterizzazione del legame momento-curvatura in campo monotono e ciclico
• regime tensionale biassiale nel tubo
• confinamento del calcestruzzo
• instabilità locale
ATTIVITÀ SVOLTE
Sviluppo software per il calcolo del legame momento-curvatura
DEFINIZIONE
Discretizzazione della sezioneAssegnazione del legame costitutivo agli elementini di calcestruzzo (modelli di confinamento)Assegnazione del legame costitutivo agli elementini di acciaio (funzione del regime tensionale biassiale)Assegnazione dello sforzo assiale prefissato N
t
D
B
COSTRUZIONE DELLA CURVA PER PUNTI
Imposizione del valore di calcolo della curvatura χIndividuazione della posizione dell’asse neutro che soddisfa l’equilibrio alla traslazione per il prefissato N (gli elementini di acciaio in compressione partecipano solo se interni alla larghezza efficace)Calcolo del momento ultimo rispetto al baricentro geometrico della sezione
χ
M
vn
vi
NH
M0
htot
hi
momento delprimo ordine
momento delsecondo ordine
Sviluppo software per il calcolo del legame forza-spostamento
DEFINIZIONE
Discretizzazione dell’astaAssegnazione del legame momento-curvatura ad ogni elementoAssegnazione dello sforzo normale preassegnatoAssegnazione del valore iniziale della azione orizzontale
METODO DI CALCOLO
Analisi matriciale
Metodo della rigidezza secante:
In controllo di spostamento
δ= KF
secsec E IK = per ogni elemento
fv FFF +α=
ATTIVITÀ SVOLTE
300 / 8
300 / 8
300 / 5
300 / 5
220 / 8
220 / 8
220 / 5
220 / 5
SHS – B / t [mm]
8
8
num.
244.5 / 9
244.5 / 9
329.6 / 6
329.6 / 6
244.5 / 6
244.5 / 6
329.6 / 9prove cicliche
329.6 / 9prove monotone
CHS - D / t [mm]
Programma prove sperimentali
FUTURI SVILUPPI
FUTURI SVILUPPI
Allestimento attrezzature, preparazione provini e conduzione del programma di prove;Validazione dei modelli di calcolo.
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