lezione metalliche sismica parte_i

COSTRUZIONI METALLICHEIN ZONA SISMICA – PARTE ICOSTRUZIONI METALLICHEIN ZONA SISMICA – PARTE I

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CORSO DI COSTRUZIONI METALLICHE a.a. 2013/2014Prof. F. BontempiIng. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma www.francobontempi.org

1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA

2Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma

1.1 – Richiami sulla caratterizzazione delle azioni

AZIONI:Vento, Sisma, Neve, Carichi gravitazionali, Variazione di temperatura, ecc.

STATICHE DINAMICHECarichi gravitazionali? Vento?

Sisma?Variazione di temperatura?

Neve?Traffico veicolare?

QUESITO: Secondo quale criterio classifico un’azione come “DINAMICA” o “STATICA”?



LINEARE

NON LINEARE

DINAMICO

STATICO

1.2 – Azioni e risposta strutturale

EQUILIBRIOANALISI


Accelerazione max attesa in superficie Analisi statica lineare equivalenteSpettro di risposta atteso in superficie Analisi dinamica lineare

Accelerogramma Analisi dinamica lineare e non lineare

MODELLAZIONE DELL’AZIONE TIPOLOGIA DI ANALISI

1.3 – L’azione sismica secondo NTC2008


QUESITO: come si può dunque parlare diDISSIPAZIONE?DUTTILITÀ?ISOLAMENTO?


1.4 – ESEMPIO:Azione sismica come Spettro con le NTC 20081. Definire la vita nominale della costruzione2. Definire dove è situata la costruzione3. Scegliere lo stato limite da considerare (SLC, SLV… )4. Individuare la categoria di sottosuolo5. Individuare la categoria topografica6. ecc…

AZIONE: Spettro di risposta atteso in superficieANALISI: Dinamica LINEARE




1.5 – Sistema equivalenteL’approccio al progetto antisismico, per la maggior parte degli edifici, èbasato sulla resistenza richiesta dal terremoto ad un sistema elastico a unsol grado di libertà, equivalente in termini di rigidezza e di smorzamento alsistema strutturale reale che è inelastico e a più gradi di libertà (Mazzolaniet al. 2006)

1.6 – Esempi

QUESITO: Come si può valutare un sistema elastico lineare equivalentead un sistema reale marcatamente non lineare?

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PROGETTAZIONE SISMICA - BASI

[email protected] , [email protected]

FILOSOFIEDI PROGETTO

TRADIZIONALE(Stati limite)

INNOVATIVA(Performance Based

Design)

Comportamento dissipativo

Comportamento non dissipativo

A differenza dei metodi tradizionali di progettazione, nella progettazione prestazionale (Performance-BasedDesign – PBD), ci si basa come regola generale, solo sul soddisfacimento di criteri generali di prestazione. Ilprogettista ha totale libertà nel selezionare il sistema strutturale più adeguato, affinché per specificati livelli diintensità del sisma il danno possa essere contenuto entro limiti prefissati



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PROGETTAZIONE SISMICA – BASI


Per struttura con comportamento dissipativo si intende una struttura concepita in manieratale da avere elementi strutturali o parti di elementi strutturali in grado di dissipare partedell’energia sismica mediante cicli di deformazione inelastica.

Sotto l’azione del sisma vi saranno dunque elementi progettati per fornire uncomportamento plastico ed altri progettati per un comportamento di tipo elastico.

Il comportamento dissipativo

Costruzioni d’acciaio per le NTC2008

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PROGETTAZIONE SISMICA – BASI- abbattimento della energia


Per struttura con comportamento dissipativo si intende una struttura concepita in manieratale da avere elementi strutturali o parti di elementi strutturali in grado di dissipare partedell’energia sismica mediante cicli di deformazione inelastica.

Sotto l’azione del sisma vi saranno dunque elementi progettati per fornire uncomportamento plastico ed altri progettati per un comportamento di tipo elastico.

Il comportamento dissipativo

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500

Se [g

]

Periodo T [s]SLV SLD

Abbattimento dell’energia “sentita” dalla struttura

Nella progettazione classica la dissipazione avviene per plasticizzazione di zone (elementi) dedicate della struttura. Siccome tale dissipazione avviene per isteresi, le parti dissipative devono avere una opportuna duttilità

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PROGETTAZIONE SISMICA – CASO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO – requisiti per il conseguimento della duttilità


A livello di sistema Si deve progettare il sistema strutturale in modo da permettere, prima del collasso, la plasticizzazione de «la maggior parte possibile» di struttura. Esempi: a) strutture a telaio� prima della plasticizzazione delle colonne si devono plasticizzare tutte le travi; b) strutture con controventi � prima della plasticizz. Delle colonne si devono plasticizzare tutte le travi e tutti i controventi

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A livello di elementistrutturali

Gli elementi strutturali si dividono in «dissipativi» e «non dissipativi» (es. travi dissip. e colonne non dissip. Nelle strutture a telaio). Gli elementi dissipativi devono possedere adeguata duttilità. Esempio: nelle strutture a telaio le travi devono possedere adeguata capacità di rotazione plastica (alta curvatura ultima) e le connessioni devono avere una resistenza elastica maggiore della resistenza plastica delle travi connesse.

Questo richiede che

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A livello di elementistrutturali

Gli elementi strutturali si dividono in «dissipativi» e «non dissipativi» (es. travi dissip. e colonne non dissip. Nelle strutture a telaio). Gli elementi dissipativi devono possedere adeguata duttilità. Esempio: nelle strutture a telaio le travi devono possedere adeguata capacità di rotazione plastica (alta curvatura ultima) e le connessioni devono avere una resistenza elastica maggiore della resistenza plastica delle travi connesse.

A livello di materialestrutturali

Il materiale deve avere una alta duttilità εu >> εy.

Questo richiede che

Questo richiede che

2 – LE BASI DELLA PROGETTAZIONE ANTISISMICA


2.1 – Filosofie di progetto

FILOSOFIEDI PROGETTO

TRADIZIONALE(Stati limite)

INNOVATIVA(Performance Based Design)



Criteri più rigorosi per selezionare ilsistema strutturale più adeguato,affinché per specificati livelli diintensità del sisma il danno possaessere contenuto entro limitiprefissati


2.2 – Il comportamento dissipativo

Per struttura con comportamento dissipativo si intende una struttura concepitain maniera tale da avere elementi strutturali o parti di elementi strutturali ingrado di dissipare parte dell’energia sismica mediante cicli di deformazioneinelastica.Sotto l’azione del sisma vi saranno dunque elementi progettati per fornire uncomportamento plastico ed altri progettati per un comportamento di tipoelastico.2.2 – Punti critici1) Come progettare la struttura al fine di ottenere il comportamento

dissipativo voluto?2) Come valutare il fattore di struttura q, che deve essere rappresentativo

della duttilità globale della struttura?3) In che modo si può ottimizzare lo sfruttamento delle risorse plastiche?

(ad es. gerarchia delle resistenze GdR)

2 – LE BASI DELLA PROGETTAZIONE ANTISISMICA

3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO


3.1 – Costruzioni d’acciaio per le NTC2008


3.2 – Il materiale acciaio – Prescrizioni addizionali per le zone dissipative

�� ≥ 1.20 �� ≥ 20%

La resistenza del materiale, per le zone dissipative, deve essereamplificata con un coefficiente di sovraresistenza gov , dato dalrapporto tra il valore di resistenza medio fym e quello caratteristicofyk al fine di considerare l’aleatorietà di fy



3.3 – Le tipologie strutturali

ASSENZA DI CONTROVENTINUMEROSE ZONE DISSIPATIVE

VANTAGGICOLLEGAMENTI COSTOSIDIFFICOLTA’ PER LA GdR

SVANTAGGI

LA DISSIPAZIONE AVVIENE PER FLESSIONE O PRESSO-FLESSIONE DEGLI ELEMENTI


QUESITO: se il momento d’inerzia della trave risulta maggiore di quello dellacolonna, caso frequente per strutture metalliche progettate principalmenteper carichi verticali, come si può soddisfare la GdR?



LO SNERVAMENTO DEI DIAGONALI TESI DEVE PRECEDERE IL RAGGIUNGIMENTO DELL’INSTABILITA’ DEI DIAGONALI COMPRESSI

SPOSTAMENTI LATERALI CONTENUTI

ELEMENTI DEDICATI ALLA DISSIPAZIONE

VINCOLI ARCHITETTONICI


VANTAGGI SVANTAGGI



AD ESEMPIO I TELAI DI EDIFICI MONOPIANO, IN CUI IL 50% DELLAMASSA E’ CONCENTRATA NEL TERZO SUPERIORE DELL’ALTEZZADELL’EDIFICIO.



3.4 – Il fattore di struttura nelle NTC2008 - duttilità globale



3.4.1 – Il fattore q0



3.4.2 – Il rapporto au /a1


a1moltiplicatore che causa la prima plasticizzazione, definita con lo spostamento d1

aumoltiplicatore che causa il collasso, definito con lo spostamento du

ae moltiplicatore che provoca uno spostamento due=du nel sistema elasticoequivalente



3.4.2 – Il rapporto au /a1


3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – confronto sulle Norme


Ordinanza 3274 Classificazione delle membrature in categorie diduttilità sulla base della valutazione di un parametro disnellezza “s”, funzione di:• Snellezza delle diverse parti che compongono lasezione• Proprietà del materiale• Distribuzione del momento flettente lungo l’assedella membratura

EC3 e NTC2008 Classificazione delle membrature basata sullavalutazione di un parametro di snellezza “ ”, funzionedi:• Larghezza e spessore della sola parte compressadella sezione• Proprietà del materiale


3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274


Ordinanza 3274 Classificazione delle membrature in categoriedi duttilità basata sulla valutazione di unparametro di snellezza“s”

Il parametro “s” è definito come il rapporto tra la tensione fccorrispondente alla capacità portante ultima della sezione e la tensione disnervamento del materiale fy

Nel caso di profili a doppiaT, inflessi, esso è funzione di:• Snellezza delle flange e dell’anima• Proprietà del materiale• Distribuzione del momento flettente lungo l’asse della membratura




ESEMPIO – Profilo a doppiaT

- ft è la tensione di rottura del materiale




Mc è il momento flettente corrispondente al manifestarsi dell’instabilità localeN.B.Nel caso di membrature tese,“s” si determina con:

Poiché ft/fy deve essere >1.2 (cfr. slide 10) allora s>1.2 , dunque lemembrature tese sono sempre classificate come duttili



3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008




Cq=



Le classi si basano sulparametro di snellezza:

N.B.1 nelle NTC lalarghezza della partecompressa è indicatanel testo con “b”,mentre poi in tabella èindicata con “c”N.B.2 viene definito

Considerando E ugualeper tutti gli acciai





IPE tipo


4 – RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

Mazzolani, F.M., Landolfo, R., Della Corte, G., Faggiano, B. (2006) Edifici con Struttura di Acciaioin Zona Sismica. IUSS PRESS, Pavia.

Ordinanza della Presidenza del Consiglio dei Ministri, N. 3274 del 20/03/2003: Primi Elementiin Materia di Criteri Generali per la Classificazione Sismica del Territorio Nazionale e di NormativeTecniche per le Costruzioni in Zona Sismica.

prEN 1993-1:2003. Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1: General structural rules.

prEN 1998-1:2003. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1:General rules. CEN, January2003.

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