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PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE ANTISIMICA:PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE ANTISIMICA:PROBLEMI SPECIFICI PER LE COSTRUZIONI IN ACCIAIOPROBLEMI SPECIFICI PER LE COSTRUZIONI IN ACCIAIO
Walter Salvatore, e-mail [email protected]
Dipartimento di Ingegneria CivileUniversità di Pisa
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenzeApplicabilità EC8 e gerarchia resistenze
Le azioni sismiche utilizzate nel progetto sono ridotte tramite il fattore distruttura (q factor EC8) in modo da obbligare la “struttura” ad assorbire lestruttura (q factor – EC8) in modo da obbligare la struttura ad assorbire leazioni sismiche in campo plastico
3
2
2,5
ELASTIC SPECTRUM
1
1,5
S(T)
/g
0,5
1
DESIGN SPECTRUM q=6
00 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
T [s]
2
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenzeApplicabilità EC8 e gerarchia resistenze
La struttura “sopravvive” dissipando l’energia fornita dal sisma tramitecicli di deformazione plastica in zone opportunamente localizzate( i l ti h ) i f tt l tt i ti h di “d ttilità” d ll(cerniere plastiche): si sfruttano le caratteristiche di “duttilità” dellastruttura piuttosto che quelle di “resistenza”
250
kNm
]
Cerniera Plastica
100
-50
0
50
100
150
200
Mom
ento
Fle
ttent
e [kCerniera Plastica
-250
-200
-150
-100
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50Rotazione Cerniera Plastica [mrad]
L’energia introdotta dal sisma è dissipata dai cicli flessionali anelastici nelle zone “preposte”
gx (t )
preposte
3
terremoto
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Criteri di Progetto: duttilità strutturaleCriteri di Progetto: duttilità strutturale
I livelli di duttilitàI livelli di duttilità
E’ possibile definire differenti “livelli” di duttilità, ognuno riferito ad un diverso E’ possibile definire differenti “livelli” di duttilità, ognuno riferito ad un diverso elemento strutturale, tra i quali esistono delle relazioni di dipendenza:elemento strutturale, tra i quali esistono delle relazioni di dipendenza:
-- duttilità del materialeduttilità del materiale, m, mee, intesa come massima deformazione plastica che un , intesa come massima deformazione plastica che un materiale può subire prima della rottura; materiale può subire prima della rottura; ate a e può sub e p a de a ottu a;ate a e può sub e p a de a ottu a;-- duttilità delle sezioni trasversaliduttilità delle sezioni trasversali, m, mcc, intesa come massima curvatura plastica , intesa come massima curvatura plastica raggiungibile, dipendente dalla forma della sezione e dalla duttilità dei materiali raggiungibile, dipendente dalla forma della sezione e dalla duttilità dei materiali
h l tit ih l tit iche la costituiscono; che la costituiscono; -- duttilità di elementi strutturaliduttilità di elementi strutturali (nodi trave(nodi trave--colonna, travi, colonne, …) mcolonna, travi, colonne, …) mff, , dipendente dalla duttilità dei materiali utilizzati e dalla duttilità delle sezioni dipendente dalla duttilità dei materiali utilizzati e dalla duttilità delle sezioni trasversali degli elementi;trasversali degli elementi;-- duttilità strutturaleduttilità strutturale, m, mdd, derivante dalla duttilità dei singoli elementi strutturali e , derivante dalla duttilità dei singoli elementi strutturali e dalla loro disposizione relativa all’interno del telaiodalla loro disposizione relativa all’interno del telaio
4
dalla loro disposizione relativa all interno del telaio.dalla loro disposizione relativa all interno del telaio.
CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Criteri di Progetto: duttilità strutturaleCriteri di Progetto: duttilità strutturale
I livelli di duttilitàI livelli di duttilità
M
YYM
Y U Y U
U
εεμε =
Y
U
χχμε =
Yε YχDuttilità del materialeDuttilità del materiale Duttilità della sezioneDuttilità della sezione
5
5CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Criteri di Progetto: duttilità strutturaleCriteri di Progetto: duttilità strutturale
I livelli di duttilitàI livelli di duttilità
M
M
M F
MY F Y
Y U Y UY
U
ϕϕμϕ =
Y
U
δδμδ =
Duttilità di elementi strutturaliDuttilità di elementi strutturali Duttilità della strutturaDuttilità della struttura
Yϕ Yδ
6
6CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
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Criteri di Progetto: duttilità strutturaleCriteri di Progetto: duttilità strutturale
Poiché il comportamento sismico della struttura èsismico della struttura è largamente dipendente dal comportamento delle sue zone critiche, esse debbono formarsi ove previsto e mantenere, in presenza dimantenere, in presenza di azioni cicliche, la capacità di trasmettere le necessarie
ll it i i di di isollecitazioni e di dissipare energia.
Tali fini possono ritenersi conseguiti qualora le parti non dissipative ed i collegamenti delle parti dissipative al resto della struttura possiedano, nei confronti delle zone dissipative, una
i t ffi i t ti l il i d ll l ti i i i li
7CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica.
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Criteri di Progetto: duttilità strutturaleCriteri di Progetto: duttilità strutturale
Tali fini possono ritenersi conseguiti qualora le parti non dissipative ed i collegamenti delle parti dissipative al resto della struttura possiedano, nei confronti delle zone dissipative, una sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica.
La sovraresistenza è valutata moltiplicando la resistenza nominale di calcolo delle zone dissipative per un opportuno coefficiente di sovraresistenza γRd, assunto pari, ove non diversamente specificato, ad 1,3 per CD”A” e ad 1,1 per CD”B”.
8CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
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Applicabilità EC8 e gerarchia resistenzeApplicabilità EC8 e gerarchia resistenze
Nel caso dei telai non controventati le deformazioni plastiche devono essereconcentrate nelle travi, preservando la colonna da deformazioni plastiche inmodo da: coinvolgere il maggior numero di travi distribuendo così lamodo da: coinvolgere il maggior numero di travi, distribuendo così ladeformazione plastiche in modo “omogeneo” nella struttura e preveniremodalità di collasso “poco efficienti” o fragili
Controllo meccanismo di collasso Capacity design
Incremento sollecitazioni agenti negli elementi “protetti”
9Rd,Colonne Rd,TraviM 1.3 M≥ ×∑ ∑ Sd,Colonna Sd,G ov Sd,EE E 1.1 Eγ Ω= + ⋅ ⋅ ⋅
negli elementi protetti
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Applicabilità EC8 e gerarchia resistenzeApplicabilità EC8 e gerarchia resistenze
Incongruenze tra norme di produzione e norme di progettazione strutturaleEN10025 - EN10080 e gli Eurocodici 3, 4 e 8, ad esempio, oppure fenomeni di“sovraresistenza” eccessivi da parte degli elementi preposti a deformarsisovraresistenza eccessivi da parte degli elementi preposti a deformarsiplasticamente potrebbero portare ad un comportamento strutturale diverso daquello previsto in sede progettuale
snervamentosnervamento S235J0S235J0snervamentosnervamentominmin
sovraresistenzsovraresistenzaa
S235J0S235J0aa
y,misuratoov
f1.25 (EC8)
fγ = =
10
y,nominalef
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EC8EC8 Steel PlatesSteel PlatesS235 – 7 16mm
500
520
[N/m
m2 ]
EN10025-2
480
500
Stre
ngth
[
EN1993-1-1: Rm/Re>1,10(a) fy,act≤1,10 γov fy,nom
requirement (b)
440
460
Tens
ile
N10
025-
2 EN1993-1-1Materials EN1998-1-1
Dissipative zone: S235
400
420 EN
γ 1 25
p
Protected zone: S355
y = 0,4444x + 274,25R2 = 0,3684380
400 γov = 1,25
requirement (a)
340
360
215 265 315 365 415 465 515
EN10025-2Materials EN1998-1-1
11
215 265 315 365 415 465 515Yielding Stress [N/mm2]
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
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EC8EC8 Steel PlatesSteel PlatesS275 – 7 16mm
580
600
h [N
/mm
2 ]
EN10025-2
EN1993-1-1: Rm/Re>1,10
540
560
e S
treng
th
025-
2EN1993-1-1
requirement (b)
EN1998-1-1
500
520
540
Tens
ile
EN
100
γ 1 25
Dissipativa zone: S275
Protected zone: S420
y = 0,6778x + 218,56R2 = 0,7577
460
480
500 γov = 1,25
requirement (a)
440
460
EN10025-2
EN1998-1-1
400
420
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
12
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
Yielding Stress [N/mm2]COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
EC8EC8 Steel PlatesSteel PlatesS355 – 7 16mm
650
[N/m
m2 ] EN1993-1-1: Rm/Re>1,10
EN10025-2
610
e S
treng
th EN10025 2
EN1993-1-1
570Tens
ile
0025
-2
requirement (a)
γ = 1 25
y = 0,636x + 255,88530 E
N10γov = 1,25
Material EN1998-1-1y , ,
R2 = 0,6959490
450300 350 400 450 500 550 600 650
EN10025-2
13
300 350 400 450 500 550 600 650
Yielding Stress [N/mm2]COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
DM2008 Steel PlatesDM2008 Steel PlatesS235 – 7 16mm
650
[N/m
m2 ]
EN10025-2
(a) fy,act≤1,10 γRd fy,nom
610
e S
treng
th EN10025 2
S235
γRd=1,20
570Tens
ile
0025
-2γRd 1,20
y = 0,636x + 255,88530 E
N10
R2 = 0,6959490
EN10025 2
450300 350 400 450 500 550 600 650
EN10025-2
14
300 350 00 50 500 550 600 650
Yielding Stress [N/mm2]
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
DM2008 Steel PlatesDM2008 Steel PlatesS275 – 7 16mm
580
600
[N/m
m2 ]
EN10025-2
(a) fy,act≤1,10 γRd fy,nom
540
560
580
e S
treng
th
25-2
S275
γRd=1,15
500
520
540
Tens
ile
EN
100
y = 0,6778x + 218,56R2 = 0,7577
460
480
500
440
460
EN10025-2
400
420
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
15
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
Yielding Stress [N/mm2]COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
DM2008 Steel PlatesDM2008 Steel PlatesS355 – 7 16mm
650
[N/m
m2 ]
EN10025-2
(a) fy,act≤1,10 γRd fy,nom
610
e S
treng
th EN10025 2
S355
γRd=1,10
570Tens
ile
0025
-2
y = 0,636x + 255,88530 E
N10
y 0,636x 255,88R2 = 0,6959
490
450300 350 400 450 500 550 600 650
EN10025-2
16
300 350 400 450 500 550 600 650
Yielding Stress [N/mm2]COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Progettazione sismicaProgettazione sismica
Caratteristiche dei materialiCaratteristiche dei materiali
L’acciaio strutturale deve essere conforme ai requisiti del § 11.3.4.9.q §
Il coefficiente di sovraresistenza del materiale, γRd, è definito come il rapporto fra il valore medio fy,m
della tensione di snervamento e il valore caratteristico fyk nominale. In assenza di valutazioni specifiche si possono assumere i valori indicati in tabellasi possono assumere i valori indicati in tabella
Acciaio Rd y,m ykf / fγ =S 235 1,20
S 275 1,15
S 355 1 10Fattori di sovraresistenza γRd
S 355 1,10
S 420 1,10
S 460 1,10
Se la tensione di snervamento fyk dell’acciaio delle zone non dissipative e delle connessioni è superiore alla fy,max dell’acciaio delle zone dissipative, è possibile assumere γRd=1,00.
17
Infine se si determina mediante prove la fym dell’acciaio si può adottare un γRd=fym/fyk.
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore