PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE ANTISIMICA: PROBLEMI SPECIFICI PER LE COSTRUZIONI IN ACCIAIO Walter Salvatore, e-mail walter@ing.unipi.it Dipartimento di Ingegneria Civile Università di Pisa
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze Le azioni sismiche utilizzate nel progetto sono ridotte tramite il fattore di struttura (q factor EC8) in modo da obbligare la struttura ad assorbire le azioni sismiche in campo plastico 3 2,5 2 ELASTIC SPECTRUM S(T)/g 1,5 1 0,5 DESIGN SPECTRUM q=6 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 T [s] 2
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze La struttura sopravvive dissipando l energia fornita dal sisma tramite cicli di deformazione plastica in zone opportunamente localizzate (cerniere plastiche): si sfruttano le caratteristiche ti di duttilità della struttura piuttosto che quelle di resistenza Cerniera Plastica knm] Momento Flettente [k 250 200 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 -40-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 Rotazione Cerniera Plastica [mrad] L energia introdotta dal sisma è dissipata dai cicli flessionali anelastici nelle zone preposte x g(t) terremoto 3
Criteri di Progetto: duttilità strutturale I livelli di duttilità E possibile definire differenti livelli di duttilità, ognuno riferito ad un diverso elemento strutturale, tra i quali esistono delle relazioni di dipendenza: - duttilità del materiale,, m e, intesa come massima deformazione plastica che un materiale a e può subire prima della rottura; - duttilità delle sezioni trasversali,, m c, intesa come massima curvatura plastica raggiungibile, dipendente dalla forma della sezione e dalla duttilità dei materiali che la costituiscono; i - duttilità di elementi strutturali (nodi trave-colonna, travi, colonne, ) m f, dipendente dalla duttilità dei materiali utilizzati e dalla duttilità delle sezioni trasversali degli elementi; - duttilità strutturale,, m d, derivante dalla duttilità dei singoli elementi strutturali e dalla loro disposizione relativa all interno del telaio. CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE W. Salvatore 4
Criteri di Progetto: duttilità strutturale I livelli di duttilità M Y M Y Y U Y U μ ε = εu ε Y Duttilità del materiale μ ε = χ χ U Y Duttilità della sezione CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE W. Salvatore 5 5
Criteri di Progetto: duttilità strutturale M M Y I livelli di duttilità F F Y Y U Y U Y μ ϕ = ϕ ϕ U Y μ δ = δu δ Y Duttilità di elementi strutturali Duttilità della struttura CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE W. Salvatore 6 6
Criteri di Progetto: duttilità strutturale Poiché il comportamento sismico della struttura è largamente dipendente dal comportamento delle sue zone critiche, esse debbono formarsi ove previsto e mantenere, in presenza di azioni cicliche, la capacità di trasmettere le necessarie sollecitazioni i i e di dissipare i energia. 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 i a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione i i ciclica. CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE W. Salvatore 7
Criteri di Progetto: duttilità strutturale 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 γ Rd, assunto pari, ove non diversamente specificato, ad 1,3 per CD A e ad 1,1 per CD B. CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE W. Salvatore 8
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze Nel caso dei telai non controventati le deformazioni plastiche devono essere concentrate nelle travi, preservando la colonna da deformazioni plastiche in modo da: coinvolgere il maggior numero di travi, distribuendo così la deformazione plastiche in modo omogeneo nella struttura e prevenire modalità di collasso poco efficienti o fragili Controllo meccanismo di collasso Capacity design Incremento sollecitazioni agenti negli elementi protetti M Rd,Colonne 1.3 M E Rd,Travi Sd,Colonna = ESd,G + 1.1 γ ov Ω ESd,E 9
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze Incongruenze tra norme di produzione e norme di progettazione strutturale EN10025 - EN10080 e gli Eurocodici 3, 4 e 8, ad esempio, oppure fenomeni di sovraresistenza eccessivi da parte degli elementi preposti a deformarsi plasticamente potrebbero portare ad un comportamento strutturale diverso da quello previsto in sede progettuale min snervamento S235J0 sovraresistenz a S235J0 f γ = = 1.25 (EC8) ov y,misurato f y,nominale 10
S235 7 16mm EC8 Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08 Steel Plates Strength [N/mm 2 ] Tensile 520 500 480 460 440 420 EN N10025-2 requirement (b) (a) f y,act 1,10 γ ov f y,nom Materials EN1993-1-1 EN1998-1-1 Dissipative zone: S235 Protected zone: S355 EN1993-1-1: R m /R e >1,10 400 γ ov = 125 1,25 380 360 requirement (a) Materials EN1998-1-1 y = 0,4444x + 274,25 R 2 = 0,3684 340 215 265 315 365 415 465 515 Yielding Stress [N/mm 2 ] COSTRUZIONI IN ACCIAIO W. Salvatore 11
Tensile e Strength [N/mm 2 ] S275 7 16mm 600 580 560 540 520 requirement (b) EN1998-1-1EN1993-1-1 EN100 025-2 Dissipativa zone: S275 Protected zone: S420 500 γ ov = 125 1,25 480 460 440 420 requirement (a) EN1998-1-1 EC8 Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08 EN1993-1-1: R m /R e >1,10 Steel Plates y = 0,6778x + 218,56 R 2 = 0,7577 400 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Yielding Stress [N/mm 2 ] COSTRUZIONI IN ACCIAIO W. Salvatore 12
S355 7 16mm EC8 Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08 Steel Plates [N/mm 2 ] Tensile e Strength 650 610 570 530 490 requirement (a) EN10 0025-2 γ ov =125 1,25 Material EN1998-1-1 EN1993-1-1 EN1993-1-1: R m /R e >1,10 2 y = 0,636x + 255,88 R 2 = 0,6959 450 300 350 400 450 500 550 600 650 Yielding Stress [N/mm 2 ] COSTRUZIONI IN ACCIAIO W. Salvatore 13
S235 7 16mm DM2008 Steel Plates [N/mm 2 ] 650 (a) f y,act 1,10 γ Rd f y,nom 2 Tensile e Strength 610 570 530 EN10 0025-2 S235 γ Rd =1,20 y = 0,636x + 255,88 R 2 = 0,6959 490 2 450 300 350 400 450 500 550 600 650 Yielding Stress [N/mm 2 ] COSTRUZIONI IN ACCIAIO W. Salvatore 14
S275 7 16mm DM2008 Steel Plates [N/mm 2 ] 600 580 (a) f y,act 1,10 γ Rd f y,nom Tensile e Strength 560 540 520 EN100 25-2 S275 γ Rd =1,15 500 480 y = 0,6778x + 218,56 R 2 = 0,7577 460 440 420 400 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Yielding Stress [N/mm 2 ] COSTRUZIONI IN ACCIAIO W. Salvatore 15
S355 7 16mm DM2008 Steel Plates [N/mm 2 ] 650 (a) f y,act 1,10 γ Rd f y,nom 2 Tensile e Strength 610 570 530 EN10 0025-2 S355 γ Rd =1,10 y = 0,636x + 255,88 R 2 = 0,6959 490 450 300 350 400 450 500 550 600 650 Yielding Stress [N/mm 2 ] COSTRUZIONI IN ACCIAIO W. Salvatore 16
Progettazione sismica Caratteristiche dei materiali L acciaio strutturale deve essere conforme ai requisiti del 11.3.4.9. Il coefficiente di sovraresistenza del materiale, γ Rd, è definito come il rapporto fra il valore medio f y,m della tensione di snervamento e il valore caratteristico f yk nominale. In assenza di valutazioni specifiche si possono assumere i valori indicati in tabella Acciaio γ Rd =f y,m /fyk S 235 1,20 Fattori di sovraresistenza γ Rd S 275 1,15 S355 110 1,10 S 420 1,10 S 460 1,10 Se la tensione di snervamento f yk dell acciaio delle zone non dissipative e delle connessioni è superiore alla f y,max dell acciaio delle zone dissipative, è possibile assumere γ Rd =1,00. Infine se si determina mediante prove la f ym dell acciaio si può adottare un γ Rd =f ym /f yk. COSTRUZIONI IN ACCIAIO W. Salvatore 17