UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DIST
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II” DIST – Dipartimento di Ingegneria Strutturale MODELLI DI ANALISI SISMICA TIPO “PUSHOVER” PER STRUTTURE IN C. A. CON TAMPONATURE RELATORI: Ch. mo Prof. Ing. F. M. Mazzolani Dr. Ing. G. Della Corte CORRELATORE: Dr. Ing. L. Fiorino CANDIDATO: Antonio Di Criscio matr. 37/2803
MOTIVAZIONI Ø Forte influenza delle tamponature sulla risposta sismica degli edifici in c. a. OBIETTIVI Ø Previsione della risposta sismica di edifici con tamponature tramite modelli numerici ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO Ø Studio dello “stato dell’arte” Ø Studio dei risultati di una sperimentazione recente: prova di spinta al collasso su un edificio reale Ø Studio teorico: analisi numeriche e confronto con i risultati sperimentali
PROBLEMATICA DELLE STRUTTURE INTELAIATE TAMPONATE Le tamponature partecipano attivamente alla risposta sismica della struttura in termini di: • Rigidezza • Resistenza • Capacità di dissipare energia • Innesco di meccanismi di rottura locali o globali Contributo offerto dai pannelli di tamponatura dimostrato dalle lesioni col tipico aspetto a X
STUDIO SPERIMENTALE PROVA DI SPINTA SU DI UN EDIFICIO TAMPONATO Struttura oggetto di studio Prospetto Nord - Ovest Prospetto Sud - Est Blocchi Laterizi lapilcemento semipieni
STUDIO SPERIMENTALE PROVA DI SPINTA SU DI UN EDIFICIO TAMPONATO Applicazione del carico laterale La forza orizzontale applicata tramite i martinetti viene distribuita tra il primo ed il secondo impalcato utilizzando una struttura reticolare in acciaio
STUDIO TEORICO MODELLI DI ANALISI STATICA NON LINEARE (“PUSHOVER”) Ø Scopo determinare il comportamento strutturale oltre il limite elastico Ø Ipotesi le azioni sismiche possono essere descritte da forze statiche equivalenti, con distribuzione costruita in modo da rappresentare la distribuzione delle forze di inerzia derivante dal modo fondamentale di vibrazione Ø Procedura vengono effettuate una serie di analisi elastiche sequenziali sovrapposte, il modello matematico della struttura viene continuamente aggiornato per tener conto della riduzione di rigidezza degli elementi che entrano in campo plastico. Ø Risultati la capacità della struttura è rappresentata da una curva Taglio alla base – Spostamento
STUDIO TEORICO FASI COMPORTAMENTALI DEL TELAIO TAMPONATO Puntone diagonale equivalente Per azioni orizzontali modeste si assimila il telaio tamponato ad una mensola verticale composita dei carichi laterali si viene verifica La. Al crescere larghezza del puntone il distacco telaiodall’espressione e pannello e si calcolata a tra partire instaura il meccanismo puntone della rigidezza flessionaledi relativa diagonale equivalente telaio-pannello “λH” Mainstone (1971) a Stafford Smith & Carter Con il continuo aumento delle azioni (1969) laterali la larghezza equivalente decresce del puntone
STUDIO TEORICO MODELLAZIONE DEI PANNELLI CON APERTURE Formulazioni empiriche per il calcolo di un fattore riduttivo della larghezza del puntone equivalente Al-Chaar (2002) Coefficiente di riduzione in funzione del rapporto tra area dell’apertura e area del pannello
STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI GEOMETRIA DEL TELAIO CON PUNTONE EQUIVALENTE Il puntone diagonale è connesso al pilastro alla distanza lcolumn dalla faccia della trave Per il calcolo della distanza lcolumn si risolve il sistema:
STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI POSIZIONAMENTO DI CONCI RIGIDI E CERNIERE PLASTICHE Si inseriscono dei conci rigidi (REOs) di lunghezza lcolumn e lbeam dalle facce delle travi e dei pilastri Le cerniere plastiche nei pilastri vengono posizionate alla distanza lcolumn dalla faccia della trave, mentre quelle nelle il calcolo della distanza travi alla. Per distanza lbeam dalla faccia del pilastro lbeam si risolve il sistema: Le cerniere plastiche nei puntoni sono poste nella mezzeria della diagonale Cerniera a flessione e a taglio Cerniere assiale pressoflessione e a taglio
STUDIO TEORICO MODELLO NUMERICO UTILIZZATO PER I PANNELLI DI TAMPONATURA LEGAME FORZA-SPOSTAMENTO DEL PUNTONE EQUIVALENTE SECONDO PANAGIOTAKOS & FARDIS (1996) Panagiotakos & Fardis (1996) Comportamento iniziale a taglio del pannello non fessurato Comportamento a biella equivalente del pannello fessurato a distacco avvenuto Degrado di resistenza Resistenza residua
STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI LEGAME FORZA-SPOSTAMENTO DEL PUNTONE EQUIVALENTE Legame adottato – Modello II Il legame del puntone adottato nelmeccanici primo modello differisce da Parametri quello di Panagiotakos & Fardis solo per il terzo tratto, • Rigidezza a taglio poiché non è disponibile una formulazione precisa per determinare la rigidezza negativa K 3. • Carico. Viene di fessurazione incentrata l’attenzione sul comportamento iniziale relativo all’attingimento della massima resistenza • Rigidezza assiale Il legame del puntone adottato nel secondo modello è quello • Caricosuggerito massimoda Panagiotakos & Fardis con 0, 005 K 1<K 3<0, 1 K 1
STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI PRIMO MODELLO 3 D DELLA STRUTTURA CON PUNTONI EQUIVALENTI Configurazione indeformata Configurazione deformata
STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: DEFORMATE PRIMO MODELLO Prospetto Est Prospetto Ovest
STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CURVE DI CAPACITA’ MODELLO I Buona stima della rigidezza iniziale e della massima resistenza raggiunta Il particolare andamento a gradini del primo modello dipende dal tipo di legame costitutivo assunto per i pannelli di tamponatura Rottura dei pannelli di tamponatura al secondo livello, in disaccordo rispetto all’evidenza sperimentale
STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI SECONDO MODELLO 3 D DELLA STRUTTURA CON PUNTONI EQUIVALENTI Configurazione indeformata Configurazione deformata
STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: DEFORMATE SECONDO MODELLO Prospetto Est Prospetto Ovest
STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CURVE DI CAPACITA’ MODELLO II Modello tarato al fine di ottenere dei risultati prossimi a quelli sperimentali Sono state considerate diverse distribuzioni per i carichi orizzontali Buona stima della rigidezza iniziale e della massima resistenza raggiunta
STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONFRONTO CURVE DI CAPACITA’ Nel secondo modello è stato considerato il degrado di resistenza del calcestruzzo La maggiore deformabilità del secondo impalcato riscontrata nel primo modello, è stata corretta nel secondo utilizzando un legame forzaspostamento per i pannelli più preciso e rimuovendo l’ipotesi di una distribuzione di carico triangolare
STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONTRIBUTI ALLA RESISTENZA MODELLO I I pannelli di tamponatura e tramezzatura assorbono quasi interamente i carichi laterali fino al limite elastico (86%) (corrispondente alla rottura delle tamponature) I pannelli di tamponatura e tramezzatura continuano ad offrire un notevole contributo alla resistenza massima raggiunta dall’edificio (40%)
STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONTRIBUTI ALLA RESISTENZA MODELLO II I pannelli di tamponatura e tramezzatura assorbono quasi interamente i carichi laterali fino al limite elastico (70%) (corrispondente alla rottura delle tamponature) I pannelli di tamponatura e tramezzatura continuano ad offrire un notevole contributo alla resistenza massima raggiunta dall’edificio (28%)
STUDIO TEORICO INFLUENZA DELLE TAMPONATURE SULLA RISPOSTA SISMICA DELL’EDIFICIO SPETTRI DI PROGETTO (SLV) Calcolati per i vari tipi di suolo Fattore di struttura q = 1, 5 - 3, 0 (D. M. 14/01/08) PERIODO FONDAMENTALE • Struttura solo C. A. 0, 33 secondi • Struttura tamponata 0, 15 secondi
STUDIO TEORICO INFLUENZA DELLE TAMPONATURE SULLA RISPOSTA SISMICA DELL’EDIFICIO Resistenza richiesta – Suolo D 1527 KN q=1, 5 Resistenza Suolo. KN A 922 KN Resistenza richiesta –richiesta Suolo D– 1061 q=3, 0 Resistenza richiesta – Suolo A 461 KN
CONCLUSIONI Ø I modelli numerici proposti conducono ad una soddisfacente simulazione del comportamento dell’edificio reale sotto forze laterali statiche. Si sono ottenuti buoni risultati nella previsione della massima resistenza raggiunta e della rigidezza iniziale (scarti dell’ordine del 5 -10%). Ø La previsione del meccanismo di collasso è in accordo con quanto verificatosi nella realtà. Ø I pannelli di tamponatura e tramezzatura, con disposizione regolare sia in pianta che in elevazione, offrono un notevole contributo alla massima resistenza ottenuta, stimato intorno al 40% nel primo modello e al 28% nel secondo, che rappresenta la stima più plausibile. Ø Le tamponature dovrebbero essere considerate nelle verifiche di adeguamento sismico.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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