RELUIS AT1, Linea di ricerca N.2 Luglio 2011 Meeting Obbiettivi, organizzazione e sommario delle attività del primo anno Gian Michele Calvi & Tim Sullivan Università degli Studi di Pavia Trento, Luglio 2011
Il nuovo progetto RELUIS Area Tematica AT-1 Strumenti per la valutazione e la gestione del rischio del patrimonio costruito AT-2 Innovazioni normative e tecnologiche in ingegneria sismica Linea 1. Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione del rischio sismico del patrimonio costruito a scala regionale. 2. Sviluppo di approcci agli spostamenti per la valutazione della vulnerabilità 1. Aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioni 2. Valutazione della vulnerabilità e del rischio sismico di sistemi speciali 3. Innovazione tecnologica in ingegneria sismica AT-3 Tecnologie per il monitoraggio del rischio e la gestione delle emergenze 1. Sviluppo di tecnologie per il monitoraggio e gestione del rischio sismico 2. Servizi per la gestione delle emergenze e rapid response
RELUIS I: Sviluppo di approcci agli spostamenti per la progettazione sismica. Prodotto della ricerca è stata la pubblicazione di un model code ed anche una serie di casi studi. m e F u F F n rk i H e K i K e Δ y Δ d (a) SDOF Simulation (b) Effective Stiffness K e 0.25 0.5 ξ=0.05 0.2 Elasto-Plastic Steel Frame 0.4 ξ=0.10 Damping Ratio, ξ 0.15 0.1 0.05 Concrete Frame Concrete Bridge Hybrid Prestress Displacement (m) 0.3 0.2 0.1 Δ d ξ=0.15 ξ=0.20 ξ=0.30 0 0 T e 0 2 4 6 Displacement Ductility 0 1 2 3 4 5 Period (seconds) (c) Equivalent damping vs. ductility (d) Design Displacement Spectra
PER RELUIS II: Sviluppo di approcci agli spostamenti per la valutazione sismica. Forza m e Δ cap F y K e Punto di collasso (oppure altro stato di interesse) Forza F m F y K e = F m /Δ cap μ = Δ cap / Δ y η = f n ( μ &tip.) Δ Cap,el T e Δ Cap = η = 2π m K e e Δ y Disp Δ Dem,el Δ Cap,el Δ Cap Δ cap Elastic demand spectrum Spostamento El. capacity spectrum ξ = 0.05 (passess.) Δ y Δ cap Spostamento TA TC Period
I task per Linea 2 1. Sviluppo e verifica degli aspetti di base di un approccio diretto agli spostamenti, definizione delle caratteristiche dell azione sismica necessarie. E sviluppo di metodi di valutazione agli spostamenti per: 2. Strutture in cemento-armato, con e senza tamponatura. 3. Strutture prefabbricate in calcestruzzo. 4. Strutture in muratura. 5. Strutture in acciaio e miste acciaio calcestruzzo. 6. Strutture in legno. 7. Ponti. 8. Strutture di sostegno. 9. Fondazioni superficiali e profonde ed interazione terreno-struttura.
SVILUPPI PREVISTI PER DIVERSE TIPOLOGIE STRUTTURALI Metodi semplici per l identificazione del meccanismo di collasso Identificazione della forma deformata (collegata con l identificazione del meccanismo). Identificazione della forma isteretica probabile in modo di stimare l energia dissipata. Identificazione della capacità di spostamento (tenendo conto del probabile meccanismo). Espressioni semplici per la resistenza della struttura.
Organizzazione (+ )
Il cronoprogramma generale per i task 15 Luglio 2010 1 Anno 2 Anno 3 Anno Secondo riunione di coordinamento a Pavia il 21 Giugno 2011
LINEA 2: PRODOTTI ATTESI Come prodotto della ricerca è prevista la pubblicazione di una serie di casi studi che potrebbero aiutare gli ingegneri nell applicazione del DBA. Inoltre, come per il progetto RELUIS I, l obbiettivo della Linea 2 dovrebbe essere anche di produrre un model code per la valutazione agli spostamenti.
PRIMI RISULTATI
PROGRESSO GENERALE: Definizione del metodo di valutazione agli spostamenti Forza m e Δ cap F y K e Punto di collasso (oppure altro stato di interesse) Forza F m F y K e = F m /Δ cap μ = Δ cap / Δ y η = f n ( μ &tip.) Δ Cap,el T e Δ Cap = η = 2π m K e e Δ y Disp Δ Dem,el Δ Cap,el Δ Cap Δ cap Elastic demand spectrum Spostamento El. capacity spectrum ξ = 0.05 (passess.) Δ y Δ cap Spostamento TA TC Period
SELEZIONE DI ACCELEROGRAMMI Collaborazione tra Politecnico di Milano e l Università di Napoli Federico II (Task RS1 Aspetti ingegneristici dell input sismico )
EDIFICI IN C.A. caso studio 6-storey RC frame (Galli 2006). Typical of Italian Construction practice from the 1960s/70s: -smoothround bars - capacity design not followed - lack of joint reinforcement
Meccanismi possibili? Confined or unconfined? Beam-Sway? Column-Sway? Lap-splices in hinge zones? Shear resistance of beams & columns? Joint reinforcement OK? Deformed or smooth reinforcing bars?
Caso studio telaio in C.A. Tagli (calcolati a mano) per diversi scenari:
RISULTATI PRELIMINARI DBA di un telaio in C.A. Profili di taglio e spostamento confrontato con risultati ottentuti (Galli, 2006) da analisi pushover Per dettagli vedi Sullivan & Calvi (2011) ANIDIS
Telai tamponati? Modellazione dei tamponamenti: diversi modelli esistenti in letteratura in considerazione ESEMPIO Considerando un esempio numerico assumendo, in via semplificata, uno spostamento ultimo pari allo 0,4 % dell altezza del tamponamento e le seguenti caratteristiche geometriche: h =3 m l = 5 m Sezione pilastro: 30x30 cm Sezione trave: 30x50 cm h=h -h trave /2= 2,75 m l=l -b pil = 4,70 m Spessore tamponamento: t=20 cm
Edifici pre-fabbricati: connessioni Aspetti critici: Capacità di rotazione Legami Momento-Rotazione Rigidezza connessioni (μ Δ, ξ) Effetto contatto trave-pilastro Resistenza connessioni
Edifici pre-fabbricati: connessioni FASI: 1. Snervamento o contatto trave-pilastro 2. Rottura 3. Caduta trave CAPACITÀ DI DEFORMAZIONE DELLA STRUTTURA LEGATA ALLA CAPACITÀ DI ROTAZIONE DELLE CONNESSIONI
3 Casi studio Edifici pre-fabbricati Struttura prefabbricata monopiano 2 configurazioni di strutture pluripiano
Edifici in Muratura Identificazione di stati limiti per singoli elementi:
Edifici in Muratura Identificazione di stati limiti a scala globale:
Edifici in Muratura Criteri (preliminari) per la valutazione: APPROCCIO MULTICRITERIO definizione degli stati limite alle diverse scale SCALA DELLA PARETE IN TERMINI DI PERCENTUALI DI DECADIMENTO DEL TAGLIO DI BASE Parete 8 Base shear 500000 450000 1600000 400000 1400000 350000 300000 1200000 250000 1000000 200000 800000 150000 600000 100000 50000 400000 200000 0 Global capacity curve 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-200000 Displacement of control node Wall 3 Capacity curves of single walls Wall7 Wall8 Base shear 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 SLD % di fasce che hanno raggiunto SLV SLV 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Displacement of control node SLV : 50 % di decadimento del taglio? Wall 3 SLD SLV
Edifici in Muratura Modalità di comportamento fuori piano (meccanismi locali) x Punto di controllo dy Nel caso di ribaltamento di un singolo blocco, la variabile di danno assunta per definire l occorrenza dello stato limite è ad esempio la rotazione della cerniera di base, moltiplicata per la snellezza del blocco stesso. λ α SLV 2 3 SLC 40%/λ displacement 1/λ θ
Edifici in Acciaio Casi Studio: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991) Connessioni non-standard Momento [KNm] 2000 1500 1000 500 Rigidezza limite da incastro Piastra di base tipo A Resistenza della sezione Collegamento semirigido e a parziale ripristino di resistenza 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Rotazione (rad)
Edifici Composte Acciaio-Calcestruzzo Casi Studio: edificio realizzato per una prova in scala reale al ELSA Lab, Isrpa Prove pseudodinamiche Prova ciclica fino a rottura
STRUTTURE IN LEGNO CASE STUDY SYSTEMS No 1 No 2 House Wall House Wall Shear Wall 2 Section 1-1 Section 2-2 1 Wood framing Nail Sheathing panel 1 2 Massive wood panel system (XLAM system) Timber frame panel system (Platform Frame system)
STRUTTURE IN LEGNO Experimental load-slip curves for joints in tension parallel to the grain (a) Glued joints (A=12500 mm 2 ) (f) Punched plate (A=100x100 mm 2 ) (b) Split-ring (d= 100 mm) (c) Double sided toothedplate (d= 62 mm) (d) Dowel (d= 14 mm) (e) Bolt (d= 14 mm) (g) Nail (d= 4.4 mm) Timber elements: response up to failure is approximately linear elastic brittle. Dowel type metal fasteners (nails, dowels and other metal fasteners) exhibit good ductility level, required in seismic design.
Displacement Capacity (Δ Cap ) of a timber shear wall? Decomposition scheme of the displacement capacity: F F STRUTTURE IN LEGNO Δ F F F Δ v Δ b Δ n Δ Contribution 2: Panel Shear 3 2Fwhw Δ b = 2 3EAsbw Contribution 1: Flexural deformation Δ n v Fwhw = G b t 4 = l w p w 2 cosφ h cos2φ w Contribution 3: Non-linear Nail slip Δ Cap = Δ v + Δ b + Δ n p e n δ u Parameters evaluated from geometry and mechanical properties Uplift deformation due to anchor slip is considered negligible.
PONTI
PONTI
PONTI: 3 Casi Studi Tipologie
PONTI: DBA
PONTI: Verifiche con analisi dinamiche N.L.
PONTI: Confronti con metodo alle forze
STRUTTURE DI SOSTEGNO Casi studio paratia a sbalzo/ancorata 1100 1000 900 800 a=0.9 a=1 - [ a =59 (Mayniel-stat); p =27.5 (Coul. =0)] a=1.1 a_a=1.1; a_p=0.9 a=1.5 a_a=1.5; a_p=1.0 a_a=2.0; a_p=1.0 a =39.2 (Z-K); p =27.5 (Coul. =0) a =39.2 (Z-K); p =17.4 (Mayniel; = /2) a =39.2 (Z-K); p =25.4 (Z-K; = /2) H 700 45 600 500 In corso: Definizione di livelli critici di deformazione per diversi stati limite Analisi di espressioni più adeguate per lo smorzamento equivalente. 400 300 200 100 0 0 0.1 0.2 0.3 max(m) Effetto delle masse/geometria dei cunei di spinta
FONDAZIONI - SSI Codice per analisi dinamiche non-lineari accoppiate struttura-fondazioneterreno (CHOPIN_F10) Sovra-struttura non-lineare + macro-elemento di fondazione
GRAZIE