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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


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


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


Strutture a pannelliStrutture a pannelli


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)


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


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


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


IPE160 e=1000mm

IPE220 e=1000mm

IPE240 e=1000mm

IPE270 e=1000mm

IPE270 e=1000mm

HEB240HEB260HEB240BracesHEB200


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


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


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


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


AttivitAttivitàà del secondo annodel secondo annoIndagini sperimentali:Indagini sperimentali:


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


Capacità rotazionale di travi composte acciaio-calcestruzzo

nodo esternotrave

nodo interno colonna

collegamento alla base della colonna

trave



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


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


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


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


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


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


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


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.



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]


Hysteretic Curve M-θ TSJ-XS-CYC 07

Serie1


-150

-100

-50

0

50

100

150

-0,060 -0,035 -0,010 0,015 0,040

Mom

ent

[kN

m]


Hysteretic Curve M-θ TS-M2-460-CYC 09


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



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


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 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


MODELLO COMPLETO UTILIZZATO PER IL NODO MODELLAZIONE SOLETTA


Modellazione semplificata del nodo per componentiModellazione semplificata del nodo per componenti

Giunto saldato Giunto Flangiato


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


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)


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.


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


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


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).


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


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.


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””


X bracing


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



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


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


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


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


Beha

viou

r Fac

tor STATIC

DYNAMIC

MIXED

q=6.5

REGULARFRAMES

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00


Beha

viou

r Fac

tor STATIC

DYNAMICMIXED

q=5.2

IRREGULARFRAMES

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00


Beha

viou

r Fac

tor STATIC

DYNAMIC

MIXED

q=6.5

REGULARFRAMES

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00


Beha

viou

r Fac

tor STATIC

DYNAMICMIXED

q=5.2

IRREGULARFRAMES


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


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.


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


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


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


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


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

Grazie per Grazie per ll’’attenzioneattenzione

coordinatori: r. landolfo, r. zandonini - reluis.it · osservazioni sperimentali dati sperimentali...

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