STRUTTURE DI NUOVA PROGETTAZIONE

Transcript

1 Bologna, 28 Ottobre 2010 ASPETTI CRITICI E QUESTIONI INTERPRETATIVE DELLE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI STRUTTURE DI NUOVA PROGETTAZIONE M B,Sd Rd M A,Rd Rd M B,Rd V B V A V B Prof. Marco Savoia, DISTART Tecnica delle costruzioni, Università di Bologna

2 L USO DEI SOFTWARE NEL CALCOLO STRUTTURALE Vantaggi/opportunità: i software attuali consentono di: Studiare strutture anche di grande complessità con un impegno (di tempo) ragionevole; Utilizzare un modello strutturale più aderente possibile alla struttura reale; Considerare tutte le possibili combinazioni di carico che possono realizzarsi durante la vita della struttura, compresa ad es. l azione sismica proveniente da differenti direzioni; Realizzare disegni esecutivi nel caso di strutture ricorrenti; Condurre analisi non lineari della struttura per verificare le effettive risorse ultime della stessa (fondamentale nel caso di edifici esistenti);

3 L USO DEI SOFTWARE NEL CALCOLO STRUTTURALE Cosa non fa un programma di calcolo strutturale: I software sono strumenti di verifica, non di progetto, che deve essere pertanto svolto dal progettista che è responsabile di tutte le scelte; Quali aspetti necessitano di grande attenzione da parte del progettista: Sempre più spesso i software tendono a specializzare i propri elementi base, la modellazione va fatta di conseguenza; Sempre necessario condurre una serie di verifiche globali dei risultati ottenuti, per verificarne l affidabilità; La relazione di calcolo deve sempre contenere una sezione introduttiva che descrive I criteri utilizzati e le basi del progetto; Particolare attenzione nel caso di programmi che conducono analisi non lineari.

4 L USO DEI SOFTWARE NEL CALCOLO STRUTTURALE QUESTIONI INTERPRETATIVE delle NTC2008- Come tradurre un requisito normativo in una regola applicabile in modo quasi automatico dal software (ancora qualche confusione sulle caratteristiche prestazionali o cogenti delle attuali NTC 2008); ALTRI ASPETTI CRITICI nella redazione di un software strutturale - Il progettista deve essere un soggetto attivo nel processo (non significa solamente dove mettere dati e parametri nel programma); -> fondamentale per la realizzazione di un corretto modello strutturale e realizzazione degli esecutivi; Condurre verifiche del proprio software, in particolare sulle ipotesi alla base dello stesso e sulla compatibilità di elementi diversi; Migliorare significativamente i programmi di verifica non lineari!!

5 TRASPOSIZIONE DI PRESCRIZIONI NORMATIVE IN UN SOFTWARE DI VERIFICA

6 MAGGIORE NOVITA INTRODOTTA DALLE RECENTI NORME DI PROGETTAZIONE IN ZONA SISMICA RISPETTO DELLA GERARCHIA DELLE RESISTENZE Al fine di assicurare un adeguata duttilità della struttura, si devono evitare I meccanismi di rottura fragile: GERARCHIA DELLE RESISTENZE certi elementi strutturali sono progettati in modo da assicurare sempre una resistenza superiore a quella degli elementi che trasferiscono ad essi le azioni

7 CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE Si distinguono due livelli di Capacità Dissipativa o Classi di Duttilità (CD): - Classe di duttilità alta (CD A ); - Classe di duttilità bassa (CD B ). Per ambedue le classi, onde assicurare alla struttura un comportamento dissipativo e duttile evitando rotture fragili e la formazione di meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso ai procedimenti tipici della gerarchia delle resistenze. La differenza tra le due classi risiede nella entità delle plasticizzazioni cui ci si riconduce in fase di progettazione;

8 CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE (segue) Tali fini possono ritenersi conseguiti qualora le parti non dissipative ed i collegamenti delle parti dissipative al resto della struttura possiedano, nei confronti delle zone dissipative, una sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica. La sovraresistenza è valutata moltiplicando la resistenza nominale di calcolo delle zone dissipative per un opportuno coefficiente di sovraresistenza Rd: Es. per pilastri: Rd = 1.3 per CD A e 1.1 per CD B

9 GERARCHIA DELLE RESISTENZE TRAVE - PILASTRO Meccanismo di collasso da evitare! Lo sforzo normale riduce molto la duttilità delle sezioni inflesse

10 GERARCHIA DELLE RESISTENZE TRAVE - PILASTRO

11 EQUILIBRIO ALLA ROTAZIONE DEL NODO TRAVE-PILASTRO ALLO S.L.U. Mu,pil Mu,tr Mu,pil > Rd Mu,tr Amplificazione dei momenti ottenuti dall analisi nei pilastri di un fattore Rd Rd M M Rd, travi Sd, pilastri 1.2 Somma dei momenti resistenti delle travi convergenti in un nodo aventi segno concorde Somma dei momenti ottenuti dall analisi nei pilastri al di sopra e al di sotto del nodo sovraresistenza legata all incrudimento dell acciaio (non computato nel calcolo del momento resistente) - deve essere calcolato per entrambi i versi dell azione sismica - non si applica alle sezioni di sommità dei pilastri dell ultimo piano - nella sezione di base si considera il maggiore tra il momento dedotto dall analisi e quello utilizzato per la sezione di sommità del pilastro - Al momento di calcolo ottenuto dall amplificazione si associa lo sforzo normale più sfavorevole ottenuto per ciascun verso dell azione sismica

12 GERARCHIA DELLE RESISTENZE FLESSIONE - TAGLIO

13 LA CRISI PER TAGLIO DEVE SEGUIRE QUELLA X FLESSIONE M A,Sd M B,Sd Rd M A,Rd Rd M B,Rd Rd 1.2 TRAVI V A V B V A V B A Rd M A,Rd V V ' B ql 2 M M B, Rd A, Rd l Rd VERIFICA A TAGLIO V B, Rd V' B PILASTRI l B V Rd M B,Rd V M M B, Rd A, Rd l Rd VERIFICA A TAGLIO VRd V

14 GERARCHIA DELLE RESISTENZE NODO - PILASTRO NTC2008 fornisce dei criteri per la verifica dei nodi

15 GERARCHIA DELLE RESISTENZE NELLE STRUTTURE IN ACCIAIO SOVRARESISTENZA DEL PILASTRO Rd 1.2 SOVRARESISTENZA DEL NODO

16 GERARCHIA DELLE RESISTENZE NELLE STRUTTURE IN ACCIAIO SOVRARESISTENZA DEL COLLEGAMENTO RISPETTO ALLA TRAVE Rd 1.2 SOVRARESISTENZA DEL COLLEGAMENTO IN FONDAZIONE Rd 1.2

17 IN QUALI CASI È POSSIBILE NON APPLICARE I CRITERI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE? In quali casi è possibile progettare la struttura non dissipativa, cioè per resistenza anziché per duttilità? (o meglio, con una dissipazione/duttilità definita a livello di elementi strutturali e non necessariamente a livello di struttura?) Certamente possibile in strutture con sistemi di dissipazione.

18 SU QUESTO PUNTO LA REVISIONE DELLE NTC POTREBBE FARE CERTAMENTE CHIAREZZA NON È ESPLICITAMENTE DETTO CHE PER LE COSTRUZIONI IN ZONA 4 (*) SI PUO NON RISPETTARE I CRITERI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE? PER L EC8 UNA STRUTTURA CON q=1.5 NON È DISSIPATIVA. È POSSIBILE IN QUESTO CASO NON ADOTTARE CRITERI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE? (attenzione a non utilizzare questo come un modo per risolvere i problemi legati alla complessità della progettazione.) (*) Come definire le zone con la nuova zonazione sismica?

19 UNA PROBLEMATICA APERTA E QUELLA CHE RIGUARDA LA PROGETTAZIONE DELLE FONDAZIONI (par 7.2.5) Le azioni trasmesse in fondazione derivano dall analisi del comportamento dell intera opera, in genere condotta esaminando la sola struttura in elevazione alla quale sono applicate le azioni statiche e sismiche. Per le strutture progettate sia per CD A sia per CD B il dimensionamento delle strutture di fondazione e la verifica di sicurezza del complesso fondazioneterreno devono essere eseguiti assumendo come azioni in fondazione le resistenze degli elementi strutturali soprastanti. COME COMPORTARSI NEL CASO DI STRUTTURE CON FONDAZIONI FLESSIBILI, OVE SI DEVE CONSIDERARE L INTERAZIONE TERRENO- STRUTTURA? Le fondazioni superficiali devono essere progettate per rimanere in campo elastico. Non sono quindi necessarie armature specifiche per ottenere un comportamento duttile. PER QUALE STATO LIMITE?

20 30 cm 30 cm 30 cm cm cm 30x30 30x30 35x30 35x30 1st case study 30x30 30x30 35x30 35x rd case study 30x30 30x30 30x30 35x30 Level Steel reinf. CALCOLO 4 4Ø mm 35x30 NON LINEARE MEDIANTE SOFTWARE 2 3 4Ø mm 2 6Ø mm Ø mm COMMERCIALI 35x30 f = 30 MPa co 30x30 30x30 35x30 f = 33 MPa co 30x30 2Ø14+ 2Ø18 2Ø14 Beam cross-section 30 cm 30 cm 2Ø14 2Ø14+ 2Ø18 Column cross-section Beam cross-section 2Ø14+ 2Ø18 2 2Ø x30 35x30 35x30 40x30 45x30 30x30 35x30 35x30 40x30 45x30 35x30 35x30 2Ø14 30 cm Level 1-2 6Ø16 6Ø16 30 cm 2Ø14+ 2Ø18 Column cross-section Level Steel reinf Ø mm 5 4Ø mm 2 4 4Ø mm Ø mm 4Ø cm 40 cm 35 cm Analisi di pushover di strutture a telaio

21 CALCOLO NON LINEARE MEDIANTE SOFTWARE COMMERCIALI PREMESSA: L utilizzo di modellazioni non lineari è INELUDIBILE in molti casi, certamente nel caso di verifica della sicurezza di EDIFICI ESISTENTI; Un analisi non lineare è meno intuitiva di un calcolo per combinazione modale, ma dovrebbe essere più aderente al comportamento reale della struttura; PROBLEMI DA AFFRONTARE: Parecchio deve essere ancora fatto per molti software per raggiungere un adeguato livello di affidabilità; Ancora molto lavoro da fare nel caso di strutture irregolari in pianta o in altezza,

22 A) LOCALIZZAZIONE DELLE DEFORMAZIONI NELLE ANALISI NON LINEARI DI STRUTTURE IN C.A. In analisi non lineari agli elementi finiti con materiali aventi legami costitutivi con softening intervengono problemi numerici detti di LOCALIZZAZIONE DELLE DEFORMAZIONI. I modelli numerici impiegati per questo tipo di analisi devono essere tarati preventivamente perché in analisi di questo tipo si hanno problemi di dipendenza dalla mesh e dal numero di punti di integrazione usati per ciascun elemento finito. Sono modelli definiti di MESH DEPENDENT.

23 ANALISI CON ELEMENTI FINITI A PLASTICITA DISTRIBUITA Il tipo di Elemento Finito 1D usato è un elemento a fibre formulato secondo l approccio agli spostamenti. Tale elemento finito pur tenendo conto della deformabilità tagliante non è in grado di cogliere le eventuali rotture per taglio. Legame softening del calcestruzzo (degradante) c Calcestruzzo confinato f c,c Calcestruzzo non confinato f c c c1 cu c1,c cu,c

24 TEST DI SENSIBILITA SU MODELLO NUMERICO Si può controllare quale sia l influenza dei parametri più significativi sull esito delle analisi non lineari. Sono da controllare: - la lunghezza dell elemento finito - il numero di sezioni di controllo dell elemento finito stesso - il numero di fibre con cui la sezione trasversale viene divisa ESEMPIO DI ANALISI DI SENSIBILITA Nel presente esempio una mensola incastrata alla base è sottoposta ad una analisi pushover con diverso numero di elementi finiti: B) Numero di elementi finiti impiegati:

25 A) Analisi di sensibilità sul numero di elementi finiti PROGRAMMA N. 1 Variazione del risultato finale al variare del numero di EF usati

26 PROGRAMMA N. 2 Passando dalla formulazione in spostamenti a quella in forze i problemi di dipendenza dalla mesh non si risolvono.

27 PROGRAMMA N. 2 Diagramma carico spostamento in sommità Diagramma curvature sull altezza dell elemento la plasticizzazione si localizza sull elemento finito alla base

28 base shear [KN] MESH DEPENDENCE PER ANALISI CON ELEMENTI FINITI 1D RIMEDI.. Per ridurre i problemi di dipendenza dalla mesh si può definire una lunghezza degli elementi tale per cui sia correttamente valutato lo spostamento a rottura. Tale grandezza deve essere tarate sulla base di test sperimentali plastic hinge method (Priestley et al.,1996) fibre model (end elements p.h. PSC) fibre model (end elements 0.35 m) Sperim. ottimale top displacement [m] È ancora un problema aperto nell ambito della ricerca (la lunghezza ottimale dipende dallo sforzo normale).

29 MESH DEPENDENCE PER ANALISI CON ELEMENTI FINITI 1D B) DEFINIZIONE DELLE AZIONI ORIZZONTALI PER STRUTTURE IRREGOLARI IN PIANTA A causa dell accoppiamento dei primi due modi, non è a favore di sicurezza utilizzare una distribuzione di forze proporzionale al 1 modo Metodo alternativo beta method Fx, Fy, Mt i i i 1 1 Mt i F F x, i y, i

30 L edificio di Pettino Documentazione Reluis

31 C) SEMPLIFICAZIONE A PIANO RIGIDO DELLA CINEMATICA DEL MODELLO AD ELEMENTI FINITI ESEMPIO (PRIMO MODO DI VIBRARE)

32 ESEMPIO (MODO DI VIBRARE SUPERIORE)