Progetto esecutivo 2005/2008 LINEA 5

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1 RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI INGEGNERIA SISMICA Progetto esecutivo 2005/2008 LINEA 5 SVILUPPO DI APPROCCI INNOVATIVI PER IL PROGETTO DI STRUTTURE IN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO COORDINATORI: F. M. Mazzolani e R. Zandonini Assemblea annuale 2006 UDINE Aula Magna dell Universit Università Novembre 2006

2 OBIETTIVI DELLA LINEA DI RICERCA Sviluppo di approcci innovativi per il progetto di strutture in acciaio e strutture composte acciaio-calcestruzzo al fine di conseguire un miglioramento dei principi e delle regole di dettaglio per la progettazione e la valutazione della sicurezza sismica: Strutture a telaio a momento resistente: Sviluppo di sistemi strutturali e relative metodologie di progetto, supportate da specifica sperimentazione, per l ottimizzazione dei collegamenti trave-colonna e colonna-fondazione; Valutazione sperimentale della capacità dissipativa e dell'affidabilità delle prestazioni in zona sismica di giunti a parziale e completo ripristino di resistenza con colonne partially encased e nodi di base mediante la definizione di nuove procedure per il design by testing ; Determinazione di metodologie per la misura della rotazione plastica offerta nelle travi e nei collegamenti; Definizione di criteri di classificazione sismica delle membrature in accordo con la classificazione delle sezioni proposta dall Eurocodice 3 (EN , 2004); Valutazione dei metodi progettuali e dei dettagli costruttivi necessari per il soddisfacimento del criterio di Capacity Design. Valutazione dell influenza delle tamponature sulla risposta sismica dei telai;

3 OBIETTIVI DELLA LINEA DI RICERCA Telai controventati: Valutazione sperimentale della capacità dissipativa e dell'affidabilità delle prestazioni in zona sismica di strutture con controventi standard caratterizzati da elevata duttilità; e controventi speciali Sviluppo di innovativi dispositivi di controvento e dettagli di dissipazione energetica, quali dispositivi in gomma, in acciaio e controventi unbonded in sistemi strutturali controventati. Valutazione dei metodi progettuali e dei dettagli costruttivi necessari per il soddisfacimento del criterio di Capacity Design. Strutture da ponte: Definizione di procedure per il Design by testing ed esecuzione di prove sperimentali su campioni rappresentativi dei dettagli più critici in strutture da ponte ai fini della fatica e delle eccitazioni dinamiche di giunti travi-traversi e delle connessioni a taglio acciaio-cls; Esame delle peculiarità della risposta sismica dei ponti di acciaio e composti, con relativi suggerimenti per la definizione di regole di progetto da incorporare nella normativa sismica;

4 OBIETTIVI DELLA LINEA DI RICERCA Valutazione della capacità di resistenza in esercizio (fatica ad alto numero di cicli) ed in seguito ad eventi dinamici eccezionali (fatica oligociclica) di ponti in acciaio e composti acciaio-calcestruzzo mediante sviluppo e calibrazione di modelli di danno. La localizzazione e la quantificazione del danno saranno effettuate attraverso l uso di tecniche di misura innovative basate sull utilizzo di fibre ottiche e sistemi microelettro-meccanici (MEMS); Valutazione delle curve di fragilità, che esprimono la probabilità condizionale che la massima risposta ecceda un limite prestazionale per un'assegnata intensità dell'azione sismica;

5 TEMI DELLA LINEA DI RICERCA Unità Argomento Principi e regole di progettazione di strutture controventate Capacità rotazionale e criteri di classificazione delle membrature di acciaio Contributo dei pannelli irrigidenti nel controllo del comportamento degli edifici di acciaio a struttura intelaiata Criteri di progetto di strutture intelaiate in acciaio e metodi di analisi non lineare Risposta sismica e regole di progetto di ponti di acciaio Risposta sismica e regole di progetto di ponti a struttura composta acciaio-calcestruzzo Procedure per l analisi della fatica oligociclica di membrature e collegamenti Responsabile scientifico Mazzolani UNINA Landolfo UNINA-B De Matteis UNICH Mandara SUN Salvatore UNIPI Piluso UNISA Castiglioni POLIMI

6 TEMI DELLA LINEA DI RICERCA Unità Argomento 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 Capacità rotazionale e criteri di classificazione delle membrature composte Procedure di analisi strutturale per tenere conto delle effettive caratteristiche di resistenza e deformabilità dei connettori nelle travi composte Telai composti semicontinui con controventi dissipativi Modelli isteretici con degrado e curve di fragilità per i giunti composti Responsabile scientifico Zandonini/Bursi UNITN Pecce UNISANNIO Fabbrocino UNIMOL Dezi UNVPM Amadio UNITS

7 ORGANIZZAZIONE DELLA LINEA DI RICERCA Le 12 Unità di Ricerca svilupperanno le loro attività nell arco dei tre anni secondo il seguente cronoprogramma:

8 ORGANIZZAZIONE DELLA LINEA DI RICERCA L attività di ricerca si caratterizza per: una continua interazione tra le attività svolte dalle singole unità di ricerca; un forte coordinamento che ha consentito a tale interazione di esplicarsi in maniera efficiente e sinergica. In particolare è stato concordato: Un protocollo standard relativo alla modalità di esecuzione delle prove sperimentali; La costituzione di un database per la raccolta e lo scambio dei dati sperimentali; Una procedura standard di validazione dei modelli analitici e numerici; 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 II semestre: Udine, 22 Novembre 2006 Redazione di report di ricerca semestrali, che consentono un controllo interno ed esterno dello stato di avanzamento del progetto e del grado di soddisfacimento degli obiettivi stabiliti per le varie fasi operative.

9 ORGANIZZAZIONE DELLA PRESENTAZIONE Le attività condotte dalle diverse unità di ricerca sono state raggruppate nel seguito secondo le tematiche principali: A) Strutture a telaio a momento resistente Problematiche generali (SUN; UNINA-B; UNISANNIO) Procedure di analisi sperimentale e modellazione numerica (POLIMI; UNITN; UNIMOL; UNITS) B) Strutture a telaio controventate (UNINA; UNICH; UNIVPM) C) Strutture da ponte (UNITN; UNIPI; UNISA)

10 UNITÀ DI RICERCA 4 Strutture a telaio a momento resistente CRITERI DI PROGETTO DI STRUTTURE INTELAIATE IN ACCIAIO E METODI DI ANALISI NON LINEARE COORDINATORE: Prof. A. MANDARA PARTECIPANTI: M. FERRAIOLI, A. ZAMBRANO, A.M. AVOSSA, A. LAVINO, F. RAMUNDO, G. SPINA, G. LAEZZA, G. DI LAURO DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE SECONDA UNIVERSITÀ DI NAPOLI

11 OBIETTIVI DELL UNITÀ Definizione e messa a punto di criteri di progetto per strutture sismoresistenti in acciaio basati sul performance-based design. In dettaglio: 1. Analisi comparativa dei criteri di progettazione esistenti. 2. Messa a punto e validazione del metodo dello spettro di capacità e degli spettri inelastici con valutazione degli effetti del danno cumulato (Metodo ICSM). 3. Determinazione dei parametri strutturali significativi ai fini delle prestazioni sismiche (Performance Criteria). 4. Impiego del Metodo ICSM per correlare i livelli prestazionali con i livelli d intensità dell azione sismica (Performance Matrix). 5. 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.

12 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO DISTRIBUZIONE DELLE SPINTE SISMICHE (UNIMODALE, MULTIMODALE, ADATTIVA) SPETTRO DI CAPACITÀ E SISTEMA SDOF BILINEARE EQUIVALENTE. δ V Mode 1 EQUIVALENT SDOF 1 EQUIVALENT SDOF 2 T=cost Bilinear Model Mode 2 a(t) Sa/g Capacity Spectrum Mode 1 Mode 2 V δ t Sd Sa/g EDRS IDRS Sd (cm) DEFINIZIONE DEGLI SPETTRI DI RISPOSTA INELASTICI ATTRAVERSO FATTORI DI RIDUZIONE OPPORTUNAMENTE TARATI R μ ( T) α μ ( ) ( ) ( ) β( μ) SV T SD T = 1+ μ 1 PGV PGD Sae Sa = R μ μ Sde S = S V (T) = Velocità spettrale. S D (T) = Spostamento spettrale PGV = Velocità di picco al suolo PGD = Spostamento di picco al suolo d ( ) R μ

13 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Performance-based Assessment PERFORMANCE CURVE PERFORMANCE MATRIX BASE SHEAR / TOTAL WEIGHT EARTHQUAKE LEVEL (PGA/g) IO FO LS LS CP CP BEVAGNA TOP DISPLACEMENT / TOTAL HEIGHT(%) BEVAGNA FO IO LS FULL OPERATIONAL LIFE SAFETY COLLAPSE OPERATIONAL PREVENTION PERFORMANCE LEVEL CP Performance criteria 1. Stiffness criterion: - Interstorey ratio - Roof drift ratio 2. Strength criterion: - Residual permanent drift ratio 3. Ductility criterion: - Plastic hinge criterion 4. Low-cycle fatigue criterion: - Minimun damage index Performance levels Full Operational (FO) Operational (O) Life Safety (LF) Collapse Prevention (CP)

14 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). Analisi comparativa dei criteri di progettazione esistenti in termini di prestazioni sismiche. 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. Modellazione non lineare delle strutture intelaiate in acciaio 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.

15 UNITÀ DI RICERCA 2 Strutture a telaio a momento resistente CAPACITÀ ROTAZIONALE E CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE MEMBRATURE DI ACCIAIO COORDINATORE: Prof. R. LANDOLFO PARTECIPANTI: M. BRESCIA, O. MAMMANA DIP. DI COSTRUZIONI E METODI MATEMATICI IN ARCHITETTURA UNIVERSITÀ DI NAPOLI FEDERICO II

16 OBIETTIVI DELL UNITÀ Valutazione della capacità rotazionale di membrature di acciaio. Formulazione di idonei criteri di classificazione delle stesse in differenti categorie di duttilità. Analisi sistematica dello stato dell arte e inquadramento della problematica teorico-sperimentale. Ricalibrazione e generalizzazione della formulazione analitica del parametro di sovraresistenza s (prima proposta). Pianificazione delle successive indagini numerico-sperimentali.

17 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Ai fini sismici nella progettazione è richiesto un criterio di classificazione che consenta la suddivisione in: classi di duttilità classi di sovraresistenza M M p M M p 1 Sovraresistenza Duttilita 1 qmax qy q qy

18 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Allo stato attuale il parametro di sovraresistenza s presente nell OPCM 3274 per i profili IPE e HE ha la seguente espressione: s = λ 2 f 1 u Dove l f e l w sono I parametri di b λw L f * σ σ y snellezza delle flange e dell anima Aspetti da investigare: - Necessità di ricalibrare e generalizzare la formulazione del parametro di sovraresistenza s - Necessità di introdurre un parametro di duttilità che consenta il calcolo dell effettiva capacità rotazionale e la valutazione dell influenza dello stesso sul fattore di struttura q

19 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI È stato individuato nella letteratura tecnica un database di prove sperimentali finalizzato alla ricalibrazione del parametro di sovraresistenza per i profili a doppio T, nonchè all ottenimento di una nuova formulazione di s per altre tipologie di sezioni. DATABASE PROVE SPERIMENTALI PROFILI AUTORI N.RO PROVE IPE-HE KUHLMANN 24 SPANGEMACHER 35 KEMP 4 ITO-KARATANI-KOMURO 12 ITO-NOZAKA-SHIROSAKI 6 BOAREAVE-LOGNARD 5 LUKEY-ADAMS 12 TOT. 98 CASSONI WILKINSON 59 CROCE-BURATTI-TACCOLA 20 TOT. 79 CIRCOLARI JIAO-ZHAO 12 ELCHALAKANI 12 TOT. 24 SOTTILI A C SEAH-FOK-TAN 16 TOT. 16

20 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI A partire dalla curve sperimentali a disposizione è stata eseguita una regressione multipla dei parametri di seguito indicati che ha consentito la formulazione del parametro s - Snellezza flangia l f t f b f t w d w - Snellezza anima l w - Gradiente del momento lungo la membratura L - Proprietà del materiale E h E

21 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Espressioni del parametro s 1. SEZIONI A DOPPIO t b 2 2 f E ε h 1 / s = λ f λ w * L E ε h y t d d w b 2. SEZIONI SCATOLARI 2 2 E ε h 1/ s = λ f λw E ε h y t D 3. SEZIONI TUBOLARI 2 E ε h 1/ s = λ ε E h y b fc b w d w b ft t b LC b Lt 4. SEZIONI SOTTILI A C 2 2 E ε h 1/ s = λ f λ w E ε h y

22 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Dal confronto emerge che le espressioni ottenute interpretano correttamente i dati sperimentali a disposizione, con scarti non superiori al 10% SEZIONI A CASSONE SEZIONI CIRCOLARI SEZIONI SOTTILI A C valori sperimentali valori sperimentali valori calcolati valori calcolati fattore fattore di sovraresistenza di "s" "s" BS01B BS02B BS02A BS03A BS03C BS04C BS16A BS05B BS06B BS06A BS8 BS07B BS9 BS08B BS10 BS09B BS11 BS09A BS10C BS12 BS11C B1 BS20B B2 BS12C B3 BS13C B4 BS21A BS19B B5 BJ07 B6 N40X40X2 B7 N80X80X2 N100X50X2 B8 N120X60X2 B9 H40X40X2 B10 H150X150X3 B11 H140X80X3 B12 H200X110X4 0 0 valori sperimentali valori calcolati ERRORE % TOT=10.2% TOT=4.4% TOT=8.0% BS1 BS2 BS3 BS4 BS5 BS6 BS7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16

23 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Pianificazione delle indagini numerico-sperimentali 1. Esecuzione di una campagna di prove sperimentali su tre punti che consenta l investigazione dei parametri di interesse 2. Definizione di un parametro di duttilità che consenta la valutazione della capacità rotazionale massima M Mp M Mp Mu Mp 1 My Mp Mu Mp 1 My Mp Ru Rmax 1 ϑu ϑ ϑmax ϑ y y ϑ ϑ y 1 ϑmax ϑ y ϑ ϑy 3. Valutazione dell influenza del parametro di duttilità sul fattore di struttura q

24 UNITÀ DI RICERCA 9 Strutture a telaio a momento resistente CAPACITÀ ROTAZIONALE E CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE MEMBRATURE COMPOSTE COORDINATORE: Prof. M.R. PECCE PARTECIPANTI: F. CERONI, L. DI SARNO DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA UNIVERSITÀ DEL SANNIO BENEVENTO

25 OBIETTIVI DELL UNITÀ 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.

26 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE: TRAVI Beam type A 800 mm #20 shear studs Spacing 190 mm 120 mm Beam type B 180 mm 4 Φ14 mm HEB 180 #2*10 shear studs Spacing 190 mm Beam type C #8 shear studs Spacing 515 mm Span length 3610 mm Load (kn) Beam Type A Beam Type B 100 Beam Type C 50 0 Deflection (mm)

27 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE: COLONNE Valori di snellezze per membrature composte acciaio-calcestruzzo calcestruzzo Effetto confinamento cls: Caso RHs- Flessione CHS-flessione RHS-compressione CHS-compressione Rapporto ( c t) ( 1,riempito,statico d t) ( 1,riempito,statico c t) ( d t) 3,riempito,statico ( c t) 1,EC3 ( d t) 1,EC3 ( c t) 3,EC3 3,riempito,statico ( d t) 3,EC3 Valori 1,6 [Bergmann et al., 1995; EC4,2004] 1,8 [Bergmann et al., 1995; EC4,2004] 1,5 [Elchalakani et al., 2001] 1,2 [Bergmann et al., 1995; EC4,2004] 1,5 [Matsui et al., 1997] 1,7 [AIJ, 1987] 1,2-1,5 [Uy, 2000] 1,2-1,7 [Wright, 1995] 1,0 [Bergmann et al., 1995; EC4,2004] 1,7 [AIJ, 1987] Effetto azioni cicliche: Caso RHs- Flessione CHS-flessione RHS-compressione CHS-compressione Rapporto ( c t) ( 1,riempito,ciclico d t) ( 1,riempito,ciclico c t) ( d t) 3,riempito,ciclico ( c t) 1,EC3 ( d t) 1,EC3 ( c t) 3,EC3 3,riempito,ciclico ( d t) 3,EC3 Valori 0,7-1,5 [EC8,2004] 1,6 [ EC8,2004] 0,7-1,0 [Elchalakani et al., 2004] 0,6-1,2 [EC8,2004] 1,0 [AISC, 2002] 0,9 [ EC8,2004]

28 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Parametri geometrico/meccanici La capacità rotazionale delle membrature composte acciaio-calcestruzzo è influenzata dai seguenti parametri: Travi: - Tipo profilato metallico; - Grado connessione; - Tipo soletta; - Larghezza collaborante; Colonne: - Tipo profilato metallico; - Tipo sezione composta; - Presenza di armatura longitudinale/trasversale; - Collegamento alla base;

29 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Progettazione delle prove sperimentali Progettazione di prove su travi composte acciaio-calcestruzzo con presenza di soletta in c.a. (soletta in lamiera grecata connessione totale). Le prove saranno eseguite al laboratorio CETMA di Brindisi e presso il laboratorio LAMAS di Benevento; Progettazione di prove su travi composte acciaio-calcestruzzo con presenza di soletta in c.a. (soletta in lamiera grecata connessione parziale: 70-80%). Le prove saranno eseguite presso il laboratorio CETMA di Brindisi; Progettazione di prove su colonne composte acciaio-calcestruzzo (tipo parzialmente rivestite/riempite). Le prove saranno eseguite presso il laboratorio DAPS di Napoli.

30 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Progettazione delle prove sperimentali Prove su colonne composte (c/o Laboratorio DAPS/Napoli) Pos D E F 9.6 Pos Pos. 5 Pos G4 Y X G3 550 Pos. 7 Pos G1 G Pos. 10 Pos. 4 C Pos. 8 B A Pos. 6 Pos. 11 Pos. 5 Pos. 12 Pos. 2 Pos. 9 Pos. 6 D E F Pos. 3 Pos. 4 Pos. 8 Pos. 3 Pos. 10 Pos. 13=tirafondi A B C 160 SEZIONE F-F Pos. 5 Pos. 12 Pos. 7 Pos Pos. 12 Pos. 7 Pos Pos. 1 Pos. 2 Pos Pos Pos. 3 Pos

31 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Progettazione delle prove sperimentali Prove su travi composte (c/o Laboratorio CETMA/Brindisi) Rete elettrosaldata Ø10/25 A Calcestruzzo Rck 250 Lamiera grecata tipo A 55/P 600 HI-BOND t = 1.5 mm Fe 430 hp =55 mm Costolature (s=10mm) saldate Fe430 IPE 360 (Fe 430) (saldatura a completa penetrazione) Costolature (s=10mm) saldate Fe430 (saldatura a completa penetrazione) A 5000 Prove a momento negativo su travi di luce L=4m (IPE 360) con connessione totale e parziale Sezione A-A Costolature (s=10mm) saldate Fe R18 IPE ,7 334,6 12,7 Lamiera grecata tipo A 55/P 600 HI-BOND t = 1.5 mm Fe 430 hp =55 mm 61,5 88,5 Rete elettrosaldata Ø10/ Solaio composto calcestruzzo-lamiera grecata Valutazione effetti: (i) Larghezza efficace; (ii ) Grado di connessione; (iii) Effetto ciclico

32 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Legame duttilità locale e globale (e.g. rotazioni e spostamento d/h) Per le strutture intelaiate per edifici il meccanismo di collasso (di progetto) è di tipo globale e quindi il profilo di spostamenti è noto (lineare). N Vc V c V Ft b Sotto-strutturazione Ft V b H Η L L V Vc c N Δ = Δ hog beam + Δ sag beam + Δ col + Δ jo int

33 UNITÀ DI RICERCA 7 Strutture a telaio a momento resistente PROCEDURE PER L ANALISIL DELLA FATICA OLIGOCICLICA DI MEMBRATURE E COLLEGAMENTI COORDINATORE: Prof. C.A. CASTIGLIONI PARTECIPANTI: C. BERNUZZI, G. VASDRAVELLIS, J. BRESCIANINI DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE POLITECNICO DI MILANO

34 OBIETTIVI DELL UNITÀ Studio e codificazione di procedure standard per l analisi di 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.

35 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE Analisi delle procedure di prova per la valutazione della fatica oligociclica di membrature e collegamenti sia a livello nazionale e/o europeo; Analisi dell attività svolta in questo campo sia negli USA che in Giappone; E stata identificata una carenza dal punto di vista operativo nelle (poche) raccomandazioni per l esecuzione di prove cicliche che è stato possibile reperire. ANALISI NUMERICHE E SPERIMENTALI Definizione di una innovativa procedura di prova in campo ciclico per la valutazione della fatica oligociclica e dei modi di rottura di sottostrutture, prendendo in considerazione gli effetti dei carichi gravitazionali agenti simultaneamente alle azioni sismiche; Applicazione della procedura di prova ad una campagna sperimentale riguardante prove cicliche su connessioni trave-colonna di scaffali in acciaio.

36 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI An Innovative cyclic Testing Procedure F Displacement-controlled Fy Fg Force controlled Force controlled d Displacement-controlled Typical positive and subsequent negative cycles (positive force induces negative bending moments at critical beam-to-column connection).

37 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI An Innovative cyclic Testing Procedure F Fy Fg Force controlled Failur F Fy Fg Force controlled Displacement-controlled Failure d d Possible failure of specimen. (other) Possible failure of specimen

38 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI EXPERIMENTAL PROGRAMME

39 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI EXPERIMENTAL PROGRAMME TEST Beam width - 70 mm Beam width mm Monotonic bottom 70MB-1 70MB-3 70MB-4 130MB-2 130MB-3 130MB-4 Monotonic top 70MT-3 70MT-5 70MT-6 130MT-2 130MT-3 130MT-5 Cyclic ECCS Cyclic Fy25 Cyclic Fy50 Cyclic Fy66 70ECCS-1 70ECCS-2 70Fy Fy Fy Fy Fy Fy ECCS-2 130ECCS-3 130Fy Fy Fy Fy Fy Fy66-2 Cyclic Fy75 70Fy Fy75-1

40 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI EXPERIMENTAL PROGRAMME Failure mode for monotonic bottom tests Failure mode for cyclic tests

41 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI EXPERIMENTAL RESULTS F [kn] Monotonic Bottom Tests Specimens 130x45x1.5 mm F 130MB-2 [kn] F 130MB-3 [kn] F 130MB-4 [kn] d [mm] Monotonic bottom results for 130 mm height beam specimens

42 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI EXPERIMENTAL RESULTS 8.00 F [kn] d [mm] ECCS Cyclic Tests Specimen 130x45x1.5 mm F 130ECCS-2 [kn] ECCS cyclic test results for 130 mm height beam specimen

43 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI EXPERIMENTAL RESULTS 8.00 F [kn] 6.00 Fg=0.75 Fy Fg=0.25 Fy d [mm] F 130Fy25-1 [kn] F 130Fy75-1 [kn] Series3 Series4 ECCS Cyclic Tests Specimen 130x45x1.5 mm Innovative cyclic testing procedure results for tests F130Fy25-1 and F130Fy75-1

44 UNITÀ DI RICERCA 8 Strutture a telaio a momento resistente DESIGN BY TESTING BASATO SUL CRITERIO DI CAPACITY DESIGN DI ELEMENTI STRUTTURALI E GIUNTI IN STRUTTURE A TELAIO IN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO COORDINATORE: Prof. R. ZANDONINI Prof. O.S. BURSI PARTECIPANTI: F. FERRARIO, N. TONDINI, A. BONELLI DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E STRUTTURALE UNIVERSITÀ DI TRENTO

45 OBIETTIVI DELL UNITÀ L attività si incentra sulla valutazione della realizzabilità e dell'efficacia di giunti composti: -in strutture a telaio soggette a terremoti e successivamente ad incendio. 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 da sviluppare: i) prove cicliche quasi-statiche su giunti trave-colonna;

46 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE [] Normativa Europea: l Eurocodice 0 (EN 1990) e l Eurocodice 1 (EN , EN ). specificano i carichi e le combinazioni di carico da utilizzarsi per la verifica al fuoco delle strutture; La filosofia alla base delle verifiche da effettuare consiste nel considerare l incendio come un carico accidentale, cui corrisponde una probabilità di collasso più alta di quella associata alle normali situazioni di carico. Il carico fuoco non viene combinato con altre situazioni di carico accidentali e/o eccezionali, quali il sisma; Gli elementi strutturali possono essere verificati attraverso diversi metodi: utilizzo di valori tabellati, metodi di calcolo semplificati, metodi di calcolo analitici. [] Normativa Italiana: il carico d incendio è trattato nel capitolo 4.1 del D.M. 14/09/05 (Norme Tecniche per le Costruzioni) per quanto riguarda la definizione dei criteri e delle procedure di progetto. Nulla di specifico è scritto in merito alla verifica ad incendio delle strutture composte acciaio-calcestruzzo, né agli scenari di carico da considerare.

47 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Sviluppo di procedure di progettazione per giunti trave-colonna composti acciaio-calcestruzzo soggetti ad azioni eccezionali (SISMA e FUOCO), basati sul concetto del Multi-objective performance-based design Progettazione a fuoco e sisma degli elementi strutturali principali: trave composta a completo riprisitino di resistenza con solette realizzate con getto su lamiera grecata e su lastra tipo predalles e colonna composta tubolare fullyencased secondo EC-4 ed EC-8; Progettazione del nodo trave-colonna con il metodo per componenti; Analisi termica del nodo mediante modellazione agli elementi finiti; Progettazione del set-up di prova, strumentazione di prova e assemblaggio dei campioni da sottoporre a prova.

48 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Sviluppo di procedure di progettazione basate sul concetto del Multi-objective performance-based design PROGETTAZIONE TRADIZIONALE SECONDO L ATTUALE NORMATIVA EUROPEA PROGETTAZIONE INNOVATIVA PROPOSTA NEL PROGETTO MIUR2004 Progetto sismico Progetto al fuoco Le azioni eccezionali sono considerate nella progettazione come eventi indipendenti 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

49 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Sviluppo di procedure di progettazione basate sul concetto del Multi-objective performance-based design Momento negativo Momento positivo 30 min 30 min 30 min

50 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Sviluppo di procedure di progettazione basate sul concetto del Multi-objective performance-based design Lay-out del nodo composto con colonna filled encased (interno ed esterno)

51 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Sviluppo di procedure di progettazione basate sul concetto del Multi-objective performance-based design Modellazione del nodo trave-colonna mediante un approccio per componenti con molle equivalenti dotate di caratteristiche proprie in termini di: Rigidezza Resistenza Capacita deformativa Soletta o barre d armatura Piatto orizzontale superiore z Parte superiore piatto verticale Parte inferiore piatto verticale Piatto orizzontale inferiore

52 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Sviluppo di procedure di progettazione basate sul concetto del Multi-objective performance-based design Analisi ad elementi finiti (ABAQUS 6.4.1) per tempi di esposizione di 30 e 60 minuti d incendio al fine di ottenere la relazione momento-rotazione del nodo travecolonna al variare del tempo di esposizione e quindi della temperatura Momento resistente del nodo a momento negativo [knm] ,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 [mrad] 20 C Esposizione al fuoco di 30' Esposizione al fuoco di 60'

53 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Progettazione del set-up e della strumentazione di prova Vista frontale Vista laterale

54 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Realizzazione dei campioni da sottoporre a prova

55 UNITÀ DI RICERCA 10 Strutture a telaio a momento resistente PROCEDURE DI ANALISI STRUTTURALE PER TENERE CONTO DELLE EFFETTIVE CARATTERISTICHE DI RESISTENZA E DEFORMABILITÀ DEI CONNETTORI NELLE TRAVI COMPOSTE COORDINATORE: Prof. G. FABBROCINO PARTECIPANTI: L. DESERI DIPARTIMENTO SAVA UNIVERSITÀ DEL MOLISE

56 OBIETTIVI DELL UNITÀ L analisi di strutture intelaiate composte acciaio-calcestruzzo si presenta piuttosto complessa, dal momento che per le applicazioni sismiche la progettazione deve essere orientata a garantire livelli di duttilità globale e locale capaci di dissipare energia in campo anelastico. Tale circostanza obbliga ad effettuare accurate valutazioni dei meccanismi di interazione tra le membrature (collegamenti trave-colonna e colonna-fondazione) e a livello più locale (travi, colonne) tra acciaio e calcestruzzo. OBIETTIVI: Analisi del contributo della parziale interazione alla capacità di spostamento e di dissipazione delle travi composte; Modellazione della risposta di travi composte; Risposta dei sistemi di connessione in zone soggette a momento negativo.

57 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE La valutazione della risposta dei connettori nelle zone di momento negativo è un tema poco esaminato: [] Sotto azioni monotone: Prove sperimentali opportunamente progettate possono fornire informazioni interessanti; L effetto della trazione del calcestruzzo sulla resistenza appare modesto nel caso delle solette non tese; Nel caso di solette con una pretensione minore aumenta la duttilità del sistema di connessione e di carico ultimo; Un aspetto importante è la valutazione della capacità di scorrimento, che decresce nel caso di soletta non sollecitata; Gli spostamenti relativi trasversali tra soletta e profilo (uplift) presentano valori non dissimili da quelli ottenuti da prove a flessione su travi. [] Sotto azioni cicliche: Non ci sono prove e/o informazioni specifiche.

58 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE I connettori a piolo 90 Mean load (kn) Mean slip (mm) Resistenza a trazione MPa Limite elastico > 350 MPa Allungamento > 15% Economicità della loro produzione e della istallazione Abbondanti analisi sperimentali reperibili in letteratura

59 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE Tipologie di prova su connettori a piolo Q Zona scarica Compressioni intermedie Compressione massima La prova di push-out standard Q Minima trazione Massima trazione La prova di push-out modificata per le zone di momento negativo

60 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Progettazione delle prove sperimentali Calcestruzzo: Rcm= 25 MPa Profilo: HEB 160 Fe430

61 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Progettazione delle prove sperimentali

62 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Progettazione delle prove sperimentali Tipologie di prova previste sui connettori a piolo: - Prove su solette tese - Prove su solette scariche SOLETTE TESE a a Listelli d'acciaio Q/2 Q/2 Q/2 Q/2 a a b b Q Q

63 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Esecuzione delle prove sperimentali Soletta tesa (connettore φ 16 mm) Carico [kn] Soletta 2 Media Soletta 1 Φ16 Φ19 Φ22 γ v =1 γ v =1.25 γ v =1 γ v =1.25 γ v =1 γ v =1.25 Steel Conc Steel Conc Steel Conc Steel Conc Steel Conc Steel Conc kn kn kn kn kn kn Scorrimento [mm]

64 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Esecuzione delle prove sperimentali Soletta non tesa (connettore φ 16 mm) Carico [kn] Soletta 2 Media Soletta 1 Φ16 Φ19 Φ22 γ v =1 γ v =1.25 γ v =1 γ v =1.25 γ v =1 γ v =1.25 Steel Conc Steel Conc Steel Conc Steel Conc Steel Conc Steel Conc 55.3 kn 45.0 kn 79.4 kn 63.5 kn kn 85.1 kn Scorrimento [mm]

65 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Esecuzione delle prove sperimentali Prove di Uplift (connettore φ 19 mm) SOLETTE TESE Carico [kn] Q/2 T T Q T Zone di cls interessata dalla flessione SOLETTE SCARICHE x Tx T σco Q/2 Φ 19 tesa Scorrimento [mm] σco T T x T Q/2 T Zone di cls interessata dalla flessione Q

66 UNITÀ DI RICERCA 12 Strutture a telaio a momento resistente MODELLI ISTERETICI CON DEGRADO E CURVE DI FRAGILITÀ PER I GIUNTI COMPOSTI COORDINATORE: Prof. C. AMADIO PARTECIPANTI: S. NOÈ,, L. MACORINI, M. FRAGIACOMO, C. FEDRIGO DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE

67 OBIETTIVI DELL UNITÀ Approfondimento delle problematiche concernenti la modellazione ciclica di giunti composti acciaio-calcestruzzo; Analisi di una particolare tipologia caratterizzata dalla presenza di un giunto flangiato semi-rigido con soletta collaborante a completa interazione. Calibrazione di un modello per componenti del giunto composto in grado di cogliere anche in condizioni cicliche i complessi fenomeni isteretici che si verificano in questa tipologia. Determinazione del degrado ciclico delle componenti più importanti del giunto (Tstub flangia trave e ala colonna, soletta in calcestruzzo) al fine di cogliere adeguatamente la risposta ciclica complessiva dello stesso. Al fine di valutare la reale vulnerabilità sismica di telai composti acciaiocalcestruzzo 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 fragilità di quest ultimo.

68 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Modellazione del nodo trave colonna mediante macromodello meccanico (1) Individuazione delle componenti Zona soggetta a trazione (3) Determinazione dei legami costitutivi F Fpl Kpl Fy Kh Zona soggetta a taglio Zona soggetta a compressione Kel u (4) Assemblaggio del modello (2) Calcolo delle rigidezze e delle resistenze delle singole componenti del giunto Cerniera Nodo

69 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Modellazione del nodo trave colonna mediante macromodello meccanico Principali caratteristiche del modello isteretico per elementi T-Stub: Modello isteretico poligonale Legame costitutivo di base trilineare Degrado di rigidezza Degrado di resistenza Infinitamente rigido F Fy ΔF a compressione K el K + d K deg Fmax Fmax u Fmax Kel K d - ΔF = Fy γ 1 1 E Energia um E p + E p ε u 1 Δ Def. Max. max um δ

70 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del macromodello meccanico La validazione del modello è stata effettuata mediante la simulazione numerica di prove di laboratorio eseguite sia su singoli componenti T-stub sia su giunti trave colonna completi, in cui si sono fatti variare alcuni parametri H = altezza dell anima B = larghezza del T-Stub φ 2 = diametro dei bulloni t f, t w = spessore dei piatti collegati Caratteristiche dei provini T-stub L Bullonato Saldato Laminato t w φ 2 φ 2 φ 2 φ 2 H t f t w t w t f t f t f φ 1 φ 1 φ 1 φ 1 B B B

71 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del macromodello meccanico FORZA [kn] Provino T120S SPOSTAMENTO [mm] SPERIMENTALE DEGRADO RIG E RES

72 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del macromodello meccanico Prove eseguite su giunti isolati presso Il Politecnico di Milano da Ballio et al.

73 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del macromodello meccanico 150 Momento [knm] SPERIMENTALE NUMERICO SENZA DEGRADO numerico UEL100 Sperimentale Rotazione [mrad] Confronto Sperimentale Numerico giunto B1

74 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del macromodello meccanico Momento [knm] Rotazione [mrad] SPERIMENTALE NUMERICO CON DEGRADO numerico UEL120 Sperimentale Confronto Sperimentale Numerico giunto B1

75 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Modellazione del modello PIVOT Principali caratteristiche del modello isteretico Pivot Modello isteretico Poligonale Degrado di rigidezza elastica secondo la regola del fulcro proposta da Park Legame costitutivo di base trilineare Modellazione del pincing Degrado di rigidezza in fase di ricarico α 2 F yp F pp F yp β 2 F yp K hp K pp Δ F K ep K en β 1 F yn Degrado di resistenza multiparametrico Δ F K pn K hn F yn F pn α1 α 1 F yn E p ΔF' = Fy' γ ' 1 1 Eum' + E p E p ΔF'' = Fy'' γ '' 1 1 Eum'' + E p δ ' u 1 Δ δ '' max um u 1 Δ ε ' ' ' max um '' '' ε ''

76 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del modello meccanico La validazione del modello è stata effettuata mediante la simulazione numerica di prove di laboratorio eseguite su giunti trave colonna composti presso l Università di Pisa e presso l Istituto tecnico superiore di Lisbona da Calado et al.(2002) Caratteristiche dei giunti trave-colonna Apparato di prova Nodo interno Prove eseguite su giunti isolati presso L Università di Pisa da Caramelli et al. (2003)

77 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI F Validazione del modello meccanico Cerniera Nodo Cerniera Nodo 1 C-SUP Collegamento metallico superiore 2 C-ANI Collegamento metallico d'anima 3 C-INF Collegamento metallico inferiore 4 COL-SUP/INF Anima della colonna compressione e trazione 5 COL-ANI Anima della colonna compressione trazione 6 PANN Pannello d'anima della colonna a taglio 7 SOL Soletta C.A. 8 SCORR Scorrimento collegamento trave soletta 9 RIDIR Ridirezione Colonna-soletta

78 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del modello meccanico Momento [knm] Rotazione [mrad] SPERIMENTALE PANN. TRILINEARE PANN. PIVOT Confronto Sperimentale Numerico Nodo esterno

79 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Validazione del modello meccanico Momento [knm] Rotazione [mrad] SPERIMENTALE SENZA DEGRADO CLS CON DEGRADO CLS Confronto Sperimentale Numerico Nodo esterno

80 UNITÀ DI RICERCA 1 Strutture a telaio controventate STRUTTURE CON CONTROVENTI IN ACCIAIO COORDINATORE: Prof. F.M. MAZZOLANI PARTECIPANTI: G. DELLA CORTE, M. D ANIELLO E. BARECCHIA, L. FIORINO DIPARTIMENTO DI ANALISI E PROGETTAZIONE STRUTTURALE UNIVERSITÀ DI NAPOLI FEDERICO II

81 OBIETTIVI DELL UNITÀ Caratterizzazione della capacità sismica di strutture con controventi attraverso l analisi di soluzioni strutturali innovative, come controventi eccentrici o concentrici ad instabilità impedita, e confronto con soluzioni classiche. Determinazione della risposta sismica di strutture controventate mediante esecuzione di prove di laboratorio componenti dissipative principali. su sottostrutture rappresentative delle Caratterizzazione delle differenti tipologie analizzate in termini di prestazioni attese per sollecitazioni sismiche mediante analisi numeriche con modelli ad elementi finiti. Confronto tra le capacità misurate e le richieste di deformazione deducibili dai risultati dei modelli numerici e dalle prove sperimentali eseguite.

82 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE Analisi accurata dello stato dell arte e delle conoscenze in tema di progettazione antisismica di strutture in acciaio con controventi. Selezione di diverse tipologie di controventi, come possibili settori di approfondimento per le attività future: 1. controventi concentrici classici; 2. controventi eccentrici; 3. controventi concentrici speciali ad instabilità impedita. ANALISI NUMERICHE E SPERIMENTALI Progettazione di tipici edifici multipiano in acciaio, equipaggiati con controventi concentrici classi e ad instabilità impedita, secondo Eurocodice 8 e la normativa sismica italiana OPCM Sviluppo di modelli agli elementi finiti, nei quali il legame forza-spostamento assiale delle aste di controvento è rappresentato sia attraverso regole basate sull evidenza sperimentale di letteratura, sia attraverso regole semplificate.

83 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Full-scale tests on RC structures seismic upgraded by dissipative bracing systems Two different RC buildings have been used for this purpose: building (A) two RC units; (B) a real RC

84 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Several tests have been performed on two similar prototypes equipped by: 1. Eccentric Bracing System 2. Buckling Restrained Braces Eccentric Bracing System Buckling Restrained Braces

85 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI - The loading condition reproduces a lateral load pattern as close as possible to the inverted triangular distribution; The lateral load is applied by means of a vertical steel beam, used for distributing the applied lateral force between the two stories of the structure to be tested. The strengthened structure is subjected to a cyclic loading history up to the development of a clear collapse mechanism. The reacting structure View of position of hydraulic jacks N.B: The displacements of each floor have been measured by means of a videocamera

86 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI V st 1 test =432 kn V nd 2 test =637 kn V rd 3 test =621 kn V RC = 76,4 kn K st 1 test =19286 kn/m K nd 2 test =42631 kn/m K rd 3 test =26025 kn/m K RC =1006 kn/m Comparison on EBFs tests Base Shear (kn) positive evelope - first test positive evelope - second test positive evelope - third test original RC structure Top displacement (m) All tests show an important increase of lateral strength with respect to the bare RC structure. The maximum link shear force reaches an estimated value of 5V p, corresponding to an estimated shear deformation of 0.30rad.

87 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Comparison on BRBs tests V RC = 76.4 kn V st 1 test = 312 kn V nd 2 test = 378 kn K RC =1570 kn/m K st 1 test =18000 kn/m K nd 2 test = kn/m Base Shear (kn) 1 st test 2 nd test original RC structure Displacement (cm) All tests show an important increase of lateral strength with respect to the bare RC structure. The lateral displacement capacity of the BRB system No. 2 is about 2 times the one measured on the bare RC structure.

88 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Test on Masonry-infilled RC building 1850 (+9.45) 1200 OFFICE 60 ENTRANCE OFFICE AIR CONDITIONING (+5.10) OFFICE WC OFFICE 615 (+0.60) (+0.70) (-0.50) 1270

89 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Test on Masonry-infilled RC building The building was previously tested as it is. The cyclic pushover test shows a soft story mechanism at first floor and a very significant contribution of non structural elements (external walls, internal partitions) max sway final status

90 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Test on Masonry-infilled RC building After reparation, the building will be equipped with BRBs (+2.90) BRBs are hidden in the masonry infill wall BRBs are only placed at 1 floor In the next months the strengthened structure will be tested.

91 UNITÀ DI RICERCA 3 Strutture a telaio controventate CONTRIBUTO DEI PANNELLI IRRIGIDENTI NEL CONTROLLO DEL COMPORTAMENTO DEGLI EDIFICI A STRUTTURA INTELAIATA COORDINATORE: Prof. G. DE MATTEIS PARTECIPANTI: A. FORMISANO, S. PANICO, G. BRANDO, I. LANGONE DIPARTIMENTO PRICOS UNIVERSITÀ DI CHIETI/PESCARA

92 OBIETTIVI DELL UNITÀ Valutazione dell effetto dei pannelli a taglio sulla prestazione sismica dei telai in acciaio e la codificazione si tale effetto nella progettazione antisismica. Interpretazione ed previsione del comportamento globale di edifici in acciaio per i quali i pannelli di tamponamento sono considerati elementi strutturali già in fase di progetto. In particolare si farà riferimento a due differenti tipologie di sistemi: Pannelli a taglio costituiti dagli elementi di chiusura verticali dell edificio, realizzati mediante lamiera di acciaio di tipo leggero; Specifici pannelli a taglio concepiti per incrementare lo smorzamento e le capacità dissipative dell intera struttura; Studio del controllo della risposta sismica di telai in acciaio mediante pannelli a taglio per mezzo di adeguati modelli di comportamento isteretico.

93 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE Approfondimento della tematica mediante un dettagliato esame del consistente stato dell arte. Le tipologie di pareti a taglio con piastre in acciaio possono sinteticamente classificarsi in tre principali categorie: quelle cosiddette irrigidenti, aventi limitata capacità portante; quelle tendenti a migliorare sia la rigidezza che la resistenza della struttura principale; quelle che svolgono una funzione principalmente dissipativa nei riguardi della energia introdotta dalle azioni esterne, con protezione delle membrature della struttura principale. ANALISI NUMERICHE E SPERIMENTALI Analisi del comportamento di telai di acciaio muniti di speciali pannelli compatti, costituiti da lastre nervate realizzate mediante materiali metallici a basso snervamento (LYS oppure alluminio puro), con la funzione di dissipazione energetica, ciò in virtù del loro ottimo comportamento isteretico.

94 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Previsione numerica della risposta di pannelli snelli a taglio e definizione di criteri di progettazione b/d = 0.50 b/d = 0.67 b/d = 0.8 b/d = 1 b/d = 2 b/d = 1 b/d = 2 b/d = 0.8 b/d = 0.67 b/d = 0.50 Theoretical Intermediate beam connected to the frame Stiffening plates

95 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Prove sperimentali cicliche su pannelli a taglio irrigiditi in alluminio 50 PURE ALUMINIUM SHEAR PANEL CONFIGURATION TYPE B 50 PURE ALUMINIUM SHEAR PANEL CONFIGURATION TYPE F shear stress (MPa) shear stress (MPa) shear strain (mm/mm) shear strain (mm/mm) Panel type B (b/t=100) Panel type F (b/t=50) 50 PURE ALUMINIUM SHEAR PANEL CONFIGURATION TYPE G 60 PURE ALUMINIUM SHEAR PANEL CONFIGURATION TYPE H shear stress (MPa) shear strain (mm/mm) shear stress (MPa) shear strain (mm/mm) Panel type G (b/t=50-25) Panel type H (b/t=50)

96 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Panel type B (b/t=100) shear force [kn] numerical simulation data -180 experimental data -220 shear displacement [mm] Panel type F (b/t=50) shear force [kn] numerical simulation data -180 experimental data -220 shear displacement [mm]

97 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Struttura in c.a. provvista di pannelli a taglio in alluminio F (KN) cycle number S [mm] F [KN] The final panel deformed shape

98 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI Struttura in c.a. provvista di pannelli a taglio in alluminio THE NUMERICAL MODEL F (KN) Cycle number F [kn] S [mm] The final panel deformed shape

99 ATTIVITÀ NUMERICO-SPERIMENTALI 1) b/t=100 Pannelli a taglio in alluminio con funzione irrigidente (btpasp) 2) b/t=50

100 UNITÀ DI RICERCA 11 Strutture a telaio controventate TELAI COMPOSTI SEMICONTINUI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI COORDINATORE: Prof. L. DEZI PARTECIPANTI: S. ALBANESI, F. GARA, R. GIACCHETTI, L. RAGNI DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA, COSTRUZIONI E STRUTTURE UNIVERSITÀ POLITECNICA DELLE MARCHE (ANCONA)

101 OBIETTIVI DELL UNITÀ Nel caso di edifici esistenti viene introdotta la possibilità di operare il miglioramento o l adeguamento sismico impiegando dispositivi in grado di dissipare energia sotto forma di calore attraverso vari meccanismi (attrito, isteresi plastica, viscoelasticità, etc.). Appare di notevole interesse l impiego di tali dispositivi nelle strutture di nuova costruzione in modo da modulare la risposta strutturale in funzione degli stati limite che devono essere presi in considerazione in fase di verifica: Affidare ai controventi allo stato limite di danno (SLD) Affidare all ossatura principale il compito di dissipare completamente l energia in eccesso allo stato limite ultimo (SLU) OBIETTIVO: elaborare criteri di progetto e di analisi di strutture equipaggiate con sistemi dissipativi giungendo alla definizione di metodi semplificati.

102 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE Dispositivi di dissipazione in gomma ad alto smorzamento (HDR) vantaggiosi - ricentranti - piccole deformazioni, - numero elevato di cicli comportamento complesso - pochi lavori ( taglio puro) - prove sperimentali (PRIN 2002) Dispositivi di dissipazione isteretici ad instabilità impedita (BRB) comportamento semplice - elasto-plastico - effetti secondari (attrito, confinamento) deformazioni residue Metodologie di analisi e di progetto delle strutture equipaggiate (poche indicazioni, molte questioni ancora aperte)

103 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO PREDISPOSIZIONE MODELLI NUMERICI Dissipatori isteretici assiali ad instabilità impedita (BRB) - comportamento elastoplastico 150 σ = k( ε ε ) p ε & - effetti secondari trascurati p = ε& σ σ d y force (kn) displacement (mm) Dissipatori in gomma ad alto smorzamento (HDR) - comportamento viscoelastico non-lineare degradante τ = τ 0 + τ m τ 0 =τ 0( γ, γ v 1, γ v2) τ = τ m m ( γ, γ v3, qe, qv ) risp. stabile risp. transitoria Force (kn) ,5-2 -1,5-1 -0, ,5 1 1,5 2 2, strain

104 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Modellazione del sistema S-DoF Frame DISS. m - telaio composto: elastico - elastoplastico - dissipatore : HDR - BRB displacement (mm) Model Test time (s) Validazione del modello S-DoF con HDR

105 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI Costruzione di spettri di risposta non-lineari mediante analisi parametriche - diversi livelli di duttilità del telaio (livelli di danno) - diversi valori di rigidezza del telaio originale (T) - diversi rapporti di rigidezza dissipatori-telaio (s d ) Sd(m) sd=1.0 sd=0.5 sd=0.25 no HDR spostamenti T(s) forza elastica telaio sd=1.0 sd=0.5 sd=0.25 no HDR forza sul dispositivo sd=1.0 sd=0.5 sd=0.25 Sfs(kN) Sfd(KN) T(s) T(s)

106 UNITÀ DI RICERCA 8 Strutture da ponte DESIGN BY TESTING BASATO SUL CRITERIO DI CAPACITY DESIGN DI ELEMENTI STRUTTURALI E GIUNTI IN STRUTTURE DA PONTE IN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO COORDINATORE: Prof. R. ZANDONINI Prof. O.S. BURSI PARTECIPANTI: F. FERRARIO, N. TONDINI, A. BONELLI DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E STRUTTURALE UNIVERSITÀ DI TRENTO

107 OBIETTIVI DELL UNITÀ L attività si incentra sulla valutazione della realizzabilità e dell'efficacia di giunti composti: -in 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 da sviluppare: prove di fatica a basso e ad alto numero di cicli con tecnica della sottostrutturazione su campioni rappresentativi dei dettagli più critici delle strutture da ponte; individuazione delle opportune tecniche di rilevamento, localizzazione e valutazione del danneggiamento mediante prove di identificazione dinamica.

108 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE [] Tra i ponti di media lunghezza ( m) quelli a struttura mista acciaiocalcestruzzo rappresentano una delle tipologie strutturali più competitive. Questa tendenza è dovuta a molti fattori: l introduzione di acciai ad alta resistenza; lo sviluppo di tecniche computazionali avanzate agli EF; l utilizzo dell approccio di progetto agli stati limite; l incremento della resistenza alla corrosione utilizzando nuove tecnologie; l ottimizzazione del progetto dell impalcato. [] Le strutture da ponte composte sono soggette a problematiche relative alla conoscenza ed alle conseguenze degli effetti dinamici, con particolare attenzione alle zone d appoggio. [] La presenza del sistema di connessione trave-soletta costituisce un ulteriore elemento critico nei confronti delle sollecitazioni cicliche.

109 ATTIVITÀ SVOLTE E IN PROGRESSO ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI La ricerca è orientata allo sviluppo di regole e strumenti necessari per la progettazione di nuovi ponti stradali composti acciaio-calcestruzzo e per l'adeguamento di ponti esistenti mediante l'impiego di materiali altamente prestazionali. Partendo da 2 soluzioni strutturali differenti: Un ponte a cassone esistente, caso studio A Un ponte nuovo a travata, caso studio B sono stati identificati gli elementi più critici che possono influenzare il comportamento globale della struttura. In particolare: sono state esaminate le attuali norme progettuali in riferimento alle azioni naturali ed antropiche; sono stati identificati i livelli prestazionali per ogni sistema e dettaglio costruttivo, anche con riferimento alla durabilità; saranno analizzati i giunti traverso-trave e le connessioni a taglio acciaio-cls che sono tra i dettagli maggiormente critici nei ponti.

110 ATTIVITÀ SVOLTE E IN PROGRESSO I 2 casi studio sono stati individuati con lo scopo di sviluppare soluzioni progettuali innovative per i dettagli maggiormente critici per i ponti in struttura composta acciaio-calcestruzzo: un viadotto a cassone in struttura composta, il viadotto Montevideo, con 7 campate semplicemente appoggiate di luce 75 m. un ponte a travata reticolare, il ponte Rocchetta, con campata unica di 105 m.

111 PICCOLO ATTIVITÀ SVOLTE E IN PROGRESSO Stato di fatto Viadotto Montevideo (Caso studio A) Il viadotto presenta un avanzato stato di corrosione nel cassone di acciaio causato prevalentemente da un ambiente fortemente aggressivo. Parallelamente, l opera è oggetto di adeguamento mediante precompressione esterna. Analisi numerica È stato sviluppato un modello agli elementi finiti al fine di identificare i dettagli maggiormente critici nei confronti delle sollecitazioni dinamiche. Diaframma reticolare di testata PICCOLO PICCOLO Configurazione per prova a fatica con tecniche di sottostrutturazione

112 PICCOLO PICCOLO ATTIVITÀ SVOLTE E IN PROGRESSO Ponte Rocchetta (Caso studio B) Stato di fatto Il ponte è stato realizzato recentemente nel Lo schema statico è di doppio incastro con appoggi scorrevoli sotto una spalla per assorbire le deformazioni termiche. Analisi numerica È stato sviluppato un modello agli elementi finiti al fine di identificare i dettagli maggiormente critici nei confronti delle sollecitazioni dinamiche. PICCOLO PICCOLO Configurazione per prova a fatica con tecniche di sottostrutturazione Giunto della travata reticolare vicino all appoggio

113 UNITÀ DI RICERCA 5 Strutture da ponte RISPOSTA SISMICA E REGOLE DI PROGETTO DI PONTI IN ACCIAIO COORDINATORE: Prof. W. SALVATORE PARTECIPANTI: D. LUCCHESI, G. CHELLINI DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE UNIVERSITÀ DI PISA

114 OBIETTIVI DELL UNITÀ Valutazione delle problematiche relative alla protezione sismica di ponti in acciaio e con impalcato composto in struttura mista acciaio-calcestruzzo. Individuazione dei dettagli critici per questa tipologia strutturale durante il sisma. Formulazione di criteri per la messa a punto di modelli numerici globali e locali dei dettagli critici per questa in modo da poterne valutare le storie tensionali dovute alle azioni di tipo sismico. Utilizzo delle tecniche dinamiche sperimentali per la validazione dei modelli numerici utilizzati per l analisi delle sollecitazioni strutturali durante il sisma. Valutazione delle problematiche correlate all applicazione delle metodologie proposte dall Ordinanza 3274/03 per questa tipologia strutturale.

115 ATTIVITÀ SVOLTE NEL PRIMO ANNO STATO DELL ARTE Analisi delle principali tipologie di danno prodotte nei passati eventi sismici. Raccolta ed analisi dei risultati di precedenti studi e ricerche sull argomento (NCHRP, MCEER). Studio delle indicazioni fornite dagli attuali strumenti normativi nazionali ed internazionali (Eurocodici, Ordinanza 3274/2003). ANALISI NUMERICHE E SPERIMENTALI Selezione dei casi studio per le analisi numeriche e sperimentali Ponte stradale a due travi parallele. Ponte ferroviario a quattro travi parallele: il viadotto ferroviario AV sul torrente Elvo (Carisio, VC). Sviluppo dei modelli numerici da utilizzare nelle successive fasi di analisi. Analisi dinamica sperimentale del ponte ferroviario e valutazione delle principali proprietà dinamiche (frequenze, smorzamenti, forme modali) da utilizzare per la successiva fase di validazione.

116 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI ANALISI NUMERICA PONTE STRADALE Ponte stradale bi-trave con schema continuo su due appoggi intermedi. (il ponte selezionato è stato oggetto di precedenti studi numerici, non legati a valutazioni sismiche, disponibili in letteratura). Modellazione FEM con ANSYS, utilizzando elementi SHELL per le parti in Pianta acciaio e SOLID per le parti in calcestruzzo. 1200,00 Sezione 75, ,00 75,00 35,00 80,00 35,00 25,00 130,00 130,00 80,00 Sezione longitudinale 190,00 190,00 35,00 15,00 35,00 6,00 7,00 7,00 7,00 7,00 6,00 5,50 6,50 6,50 6,50 6,50 6,50 6,50 5,50 6,00 7,00 7,00 7,00 7,00 6,00 100,00 100,00 40,00 300,00 300,00 50,00 300,00 300,00 40,00

117 ANALISI NUMERICO-SPERIMENTALI ANALISI NUMERICA E SPERIMENTALE PONTE FERROVIARIO Ponte viadotto ferroviario AV sul torrente Elvo (Carisio, VC). PIANTA 600 Modello FEM implementato nel codice ANSYS L Acciaio: n 9286 SHELL63 Ponte sul Controventi: Torrente ELVO Carisio (VC) n 201 LINK8 D C B A D C B A 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 NOVARA L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 Calcestruzzo e Ballast: n SOLID45 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 UPN UPN UPN UPN UPN UPN 240 TORINO 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 2 L 100 x 10 PROSPETTO