progetto esecutivo 2005/2008 linea 5 - reluis.it · oggetto: strutture di acciaio e composte ......

““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.


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.


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


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


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


PERFORMANCE MATRIX

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00


LIVE

LLO

D'IN

TENS

ITA'

AZI

ONE

SISM

ICA

(PGA

/g)


ORDIN

ANZA

3274

PLAS

TIC DE

SIGN

PLAS

TIC DES

IGN

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00


LIVE

LLO

D'IN

TENS

ITA'

AZI

ONE

SISM

ICA

(PGA

/g)


ORDINANZA 3274

PLASTIC

DESIGN+S

LD

PLASTIC DESIG

N0.00

0.50

1.00

1.50

2.00


LIVE

LLO

D'IN

TENS

ITA'

AZI

ONE

SISM

ICA

(PGA

/g)


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


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


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


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.


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.


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


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.


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)


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


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.


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.



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




Monotonic2020400400SP400x20M




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

)



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.


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


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


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: 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.

progetto esecutivo 2005/2008 linea 5 - reluis.it · oggetto: strutture di acciaio e composte ......

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