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Pietro Simone
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1 Innovative Earthquake Resistant Design The "InERD" Project Technical Advisory Italy - ArcelorMittal Commercial Long Italia Dott. Ing. Mauro SOMMAVILLA mauro.sommavilla@arcelormittal.com PRF208 INERDSOFT User friendly software for INERD Earthquake Design InERD Research: InERD Software: Start : End : Start : End :

- Turchia 1999 - PROBLEMA riscontrato: Soft-storey mechanism = meccanismo di piano debole Danni

2 - Turchia PROBLEMA riscontrato: Soft-storey mechanism = meccanismo di piano debole Danni osservati: cedimento delle colonne di base Filmato estratto da Ballarò RaiTre puntata del 14/04/2009 1

3 InERD concept: sistema addizionale & indipendente di verifica alle azioni eccezionali che può essere applicato alle strutture a telaio (MRF) in C.A. per assicurare la Robustness richiesta da NTC & pren : Perché? le strutture in C.A. progettate secondo i criteri di EC2 & EC8 necessitano di misure aggiuntive di Robustezza (benché l azione sismica non sia classificata come azione eccezionale) 1) A causa della disomogeneità nella disposizione (spesso non prevedibile) dei muri di tamponamento ai diversi livelli dell edificio (infills & wide openings) 2) A causa della difficoltà nel controllo della qualità dei materiali impiegati (production control) 3) A causa del livello di approssimazione nel determinare la forza assiale reale presente nelle colonne (VX seismic action + struts)

progettate secondo i criteri di EC2 & EC8 necessitano di misure aggiuntive di Robustezza (benché l azione sismica non sia classificata come azione eccezionale) 1) A causa della disomogeneità nella

4 Analisi strutturale & Comportamento reale N V M Colonne indebolite dallo sforzo di taglio & moment fl. alle estremità N V M Cerniere plastiche Formazione del meccanismo «Soft Storey» in edifici in CLS privi di sistemi adeguati a contrastare le azioni orizzontali del sisma 3

alle estremità N V M Cerniere plastiche Formazione del meccanismo

5 The InERD Project Obbiettivo: Incremento della sicurezza strutturale degli edifici in CLS di nuova concezione; Stimolare l uso dell acciaio nei paesi che a volte, senza grande coerenza, prediligono l uso del CLS armato in zona sismica (Italia, Grecia, Turchia, ecc). Soluzione: Inserimento di profili «leggeri» in acciaio nelle colonne di base degli edifici EX-NOVO in CLS senza modificarne la tradizionale pratica costruttiva e senza ricorrere alle regole della progettazione di strutture composte. Design handbook for earthquake resistant steel structures 4

Soluzione: Inserimento di profili «leggeri» in acciaio nelle colonne di base degli edifici EX-NOVO in CLS senza modificarne la tradizionale

6 The InERD Project C1 C2 C1 Piano Terra Piano Primo Per entrambe le configurazioni C1 & C2: - Piastra saldata alle estremità per il trasferimento di sforzi di compressione e trazione acciaio cls - Irrigidimenti orizzontali saldati alla colonna per mobilitare il pannello in acciaio a taglio (non in tutti i campioni) 5

di sforzi di compressione e trazione acciaio cls - Irrigidimenti orizzontali

7 The InERD Project Tale profilo metallico non è considerato nella progettazione statica usuale di una struttura in C.A. ma si assume agente come fuso di sicurezza attivato solo in caso di deficienza nel comportamento della struttura in C.A. alle sollecitazioni sismiche I profili in acciaio di taglia limitata costituiscono dei fusi duttili di sicurezza economicamente & tecnicamente accettabili per il mondo delle costruzioni in C.A. Fine Ultimo: Migliorare il comportamento di edifici in C.A. di resistere a sollecitazioni di tipo sismico anche evitando la formazione del meccanismo di «Soft Storey» (piano debole) con l impiego di profili in acciaio annegati ad hoc negli elementi strutturali portanti in CLS dei piani inferiori 6

alle sollecitazioni sismiche I profili in acciaio di taglia limitata costituiscono dei fusi duttili di sicurezza economicamente & tecnicamente accettabili per il mondo delle

8 The InERD Project Miglioramenti apportati: - La resistenza della colonna composta locale è meno sensibile alle incertezze sulla forza assiale grazie alla forma del dominio di interazione M-N della colonna in acciaio - minor sensibilità alle incertezze delle caratteristiche del materiale visto che i profili laminati sono prodotti industriali con elevato controllo di conformità alla normativa europea EN 10025: Il profilo in acciaio esibisce una più alta capacità rotazionale & qualora si verificasse un meccanismo di soft-storey, esso sarebbe di carattere meno fragile di quello osservato per le strutture in solo CLS 7

laminati sono prodotti industriali con elevato controllo di conformità alla normativa europea EN 10025:2004 - Il profilo in acciaio esibisce una più alta

9 Risposta sperimentale alle azioni sismiche 8 cycles before failure 12 cycles before failure E failure =33kJ E failure =168kJ + Reinforced concrete Composite section Colonne progettate secondo combinazione di carico statica & sismica DCL/DCM 8

=168kJ + Reinforced concrete Composite section Colonne

10 The InERD Project Max. carico verticale: KN Max. carico orizzontale: ± 900 KN Max. spostamento orizzontale: ± 200 mm N Sd = constant = 0,2 N Rd,RC with masonry infills Infill 9

11 The InERD Project Infill Cerniera plastica Primo piano Irrigi dime nti Solo CLS Con profilo in acciaio Attivazione dei meccanismi del nodo 10

12 Comportamento sperimentale ad azioni sismiche N=900 kn =200 mm Aumento nella capacità rotazionale & energia assorbita (duttilità) INNOVATION Composite RC RC 11

13 The InERD Project - Con i profili in acciaio si aumenta la duttilità dell elemento strutturale e dunque la sua capacità di dissipare energia ad ogni livello di forza orizzontale applicata - L innovazione aumenta la resistenza della colonna a flessione M Rd e taglio V Rd, garantisce una maggior capacità di rotazione in campo plastico θ pl ed incrementa la duttilità θ u / θ y - I profili in acciaio aumentando la resistenza della colonna e permettono di soddisfare il concetto dello strong column-weak beam adottato dall Eurocodice 8 - Gli irrigidimenti orizzontali facilitano la trasmissione degli sforzi nel giunto ma anche in loro assenza si ottiene un comportamento favorevole del giunto trave colonna - Si è riusciti a sviluppare un metodo di calcolo efficace implementato in un software 12

in acciaio aumentando la resistenza della colonna e permettono di soddisfare il concetto dello strong column-weak beam adottato dall Eurocodice 8 - Gli irrigidimenti orizzontali facilitano la

14 The InERD Software Criteri di scelta dei profili in acciaio (implementati nel software): Criterion I: dopo un terremoto, la sezione di solo acciaio deve essere in grado di - N Rd steel N Ed (γ g G + ψ Ei Q) with γ g =1.0 & ψ Ei =φ ψ 2i <<1 (Seismic Load) sostenere l azione assiale legata alla combinazione di carico sismica (seismic mass only) Criterion II: la sezione di solo acciaio deve essere in grado di compensare la perdita di - M Rd steel M Rd RC *MIN (q RC,3.6 RC,DCM DCH )/3.6 (under N=0) Rd steel Rd RC RC RC,DCM DCH resistenza della sezione danneggiata in C.A. resistendo alle sollecitazioni di momento V Rd steel V Rd RC flettente e taglio corrispondenti alla combinazione di carico sismica (seismic force) Criterion - (EI COMP III: -EI la C sezione )/EI C *100 di solo 30% acciaio NON deve modificare significativamente la rigidezza flessionale locale EI delle colonne in C.A. (force distribution + period of vibrations) - r major /r minor 1 [M Rd,comp / M Rd,Rconcrete ] major axis Criterion IV: la modifica delle proprietà meccaniche delle colonne deve essere dello stesso ordine di grandezza in entrambe le direzioni (assi) di carico (frame properties) [M Rd,comp / M Rd,Rconcrete ] minor axis 13

0 & ψ Ei =φ ψ 2i <<1 (Seismic Load) sostenere l azione assiale legata alla combinazione di carico sismica (seismic mass only) Criterion II: la sezione di solo acciaio deve essere in grado di

15 Software InERD scaricabile da: registrazione on line software 14

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