Alcuni studi sul comportamento non lineare dei diaframmi di edifici a telaio esistenti in Calcestruzzo Armato

Italian Concrete Days.jpgAbstract: 

Si presentano i primi risultati di un progetto di ricerca che intende analizzare l’influenza del comportamento non-lineare dei diaframmi di piano sulla risposta globale di edifici soggetti ad azioni sismiche.

In particolare nel presente lavoro sarà illustrata la modellazione dei diaframmi eseguita, per le analisi pushover non lineari dell’Istituto De Gasperi-Battaglia situato a Norcia, dall’unità di ricerca di Parma all’interno del gruppo WP2 del Progetto di Ricerca Reluis 2017.

In particolare è stato studiato il comportamento non lineare del telaio nell’ipotesi di impalcato modellato con elementi truss aventi comportamento lineare (chiamato “impalcato con comportamento membranale lineare”) e nell’ipotesi di travetti modellati con elementi beam non lineari e soletta modellata con elementi shell multi-strato non lineari (chiamato “impalcato con comportamento membranale e flessionale non-lineare”).

Le analisi non lineari ad elementi finiti sono state eseguite con il codice di calcolo Abaqus; per la valutazione del comportamento non lineare della soletta è stato adottato il modello fessurativo PARC_CL2.0 implementato nella user subroutine UMAT.for.

Articolo presentato in occasione degli Italian Concrete Days 2018 di aicap e CTE


Autori

B. Belletti, C. Dellapina, N. Diemmi, M. Halimi, F. Vecchi

 

Department of Engineering and Architecture DIA, University of Parma, Parma, Italy


Studies on the non-linear behavior of diaphragms of existing RC frames

Alcuni studi sul comportamento non lineare dei diaframmi di edifici a telaio esistenti in CA

1 INTRODUZIONE

La maggior parte del patrimonio edilizio esistente, realizzata prima dell’avvento dell’attuale zonazione sismica, è stata progettata per resistere ai soli carichi gravitazionali.

Lo schema statico delle strutture a telaio progettate per soli carichi statici prevedeva, come nel caso esaminato in questa memoria, un sistema di telai forti solo nella direzione perpendicolare all’orditura del solaio misto in latero-cemento.

I telai paralleli all’orditura dei travetti risultano pertanto di sovente molto più flessibili e spesso privi di travi di collegamento.

In questi casi, il contributo in termini di rigidezza e resistenza flessionale, fornito dal diaframma, ai telai paralleli all’orditura dei travetti, può essere significativo.

La presente memoria analizza pertanto l’interazione del diaframma con il telaio sismo-resistente.

Tale interazione può produrre effetti diversi in ragione delle rigidezze degli elementi che costituiscono il sistema sismo-resistente dell’edificio.

Rispetto ai risultati ottenuti con una modellazione tradizionale degli impalcati (usualmente eseguita con elementi membranali, elementi truss o tramite l’imposizione di condizioni cinematiche ai nodi dell’orizzontamento), la modellazione dell’effettiva geometria del diaframma può comportare i seguenti principali effetti:

  • Incremento della rigidezza flessionale delle travi e conseguente riduzione della capacità in duttilità;
  • Incremento della capacità in resistenza dell’edificio, in assenza di elementi critici a taglio;
  • Riduzione della capacità in resistenza dell’edificio, in presenza di elementi critici a taglio;
  • Variazione della ridistribuzione delle azioni in-terne: da una distribuzione proporzionale alle rigidezze ad una distribuzione proporzionale alle masse in misura proporzionale al danneg-giamento subito dall’impalcato;
  • Variazione dell’andamento dei diagrammi delle azioni interne nelle pareti in CA., se presenti.

Gli effetti dell’interazione fra diaframma e strut-tura sismo-resistente variano in ragione delle moda-lità di esecuzione degli impalcati.

Nel caso di solai realizzati con piastre in calce-struzzo armato (CA), Kaushik e Dasgupta (2016) hanno dimostrato che le azioni interne sulle pareti di edifici multipiano in CA si distribuiscono secondo schemi statici tipici di pareti tozze delimitate dagli orizzontamenti piuttosto che in accordo alle usuali schematizzazioni a mensola adottate nella prassi progettuale corrente.

Su questo tema, che gli autori intendono investigare in successivi sviluppi, fra i rari dati sperimentali disponibili in letteratura si ricorda il programma sperimentale condotto da Pantazopoulou e Imran (1992) sul comportamento non lineare dei collegamenti piastra-parete.

Le normative europee (NTC 2018, Eurocodice 8, ecc.) ed altre linee guida internazionali (fib, 2013) non specificano in modo esplicito se e come il progettista debba considerare il comportamento ortotro-po degli orizzontamenti indotto dall’orditura lungo una direzione preferenziale dei travetti o nervature di solaio.

Tale aspetto non riguarda, infatti, solo il caso di solai misti in latero cemento ma anche, per esempio, il caso di solai prefabbricati realizzati con elementi alveolari o nervati.

Alcuni studi presenti in letteratura propongono metodi semplificati per valutare l’incremento di rigidezza flessionale e torsionale fornito dai travetti (Masi e Vona, 2012). In Montuori et al. (2017) si propone una relazione per stimare le proprietà sezionali di una trave equivalente per rappresentare il contributo irrigidente dei travetti al telaio sismo-resistente.

La principale novità degli studi presentati in questa memoria rispetto a quanto già disponibile in letteratura riguarda principalmente la modellazione non solo del comportamento non lineare dei travetti ma anche la modellazione del comportamento non lineare della soletta.

Nella memoria si mostrano i primi risultati di questo studio relativi alle analisi pushover condotte su una struttura a telaio sismo-resistente i cui orizzontamenti sono realizzati con solai tipo Celersap.

Le analisi non lineari ad elementi finiti sono state eseguite con il software Abaqus e il modello fessurativo PARC_CL2.0 (Belletti et al 2017a) implementato nella user subroutine UMAT.for.

Le analisi mirano a dimostrare che i componenti strutturali dell'impalcato (travetti e soletta) giocano un ruolo rilevante nei meccanismi deformativi dei telai che compongono l'edificio.

2 DESCRIZIONE DEL MODELLO

Il presente lavoro illustra la modellazione di un edificio esistente a telaio (descritto nel dettaglio in Lima et al. 2018), condotta dall’unità di Parma nell’ambito delle attività WP2: Rischio Implicito per Strutture Esistenti in Cemento Armato del Progetto di Ricerca Reluis 2017.

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L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO


KEYWORDS: non-linear analysis, pushover, diaphragms, frame / Analisi non lineari, pushover, diaframmi, telaio


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