Analisi di fragilità di telai controventati in acciaio sottoposti a sequenze sismiche

L’analisi e la progettazione strutturale di sistemi multipiano sottoposti a sequenze sismiche rappresenta un tema affrontato da diversi studi e ricerche. Tuttavia, il problema non è ancora affrontato in termini generali ed è carente in termini di raccomandazioni di uso pratico. Questo articolo, in tale ottica, si pone come obiettivo l’analisi sismica di telai multipiano controventati in acciaio, al fine di analizzarne il loro comportamento in presenza di sequenze sismiche. A tale scopo, si analizzano strutture multipiano che –progettate in accordo con la vigente normativa e caratterizzate da diversi controventi. Il loro comportamento sismico è valutato utilizzando un set di segnali sismici reali ed eseguendo analisi dinamiche non lineari nel contesto dell’approccio Cloud Analysis. Diverse Mi- sure di Intensità (IMs) sono inoltre prese in considerazione per valutare e quantificare l’effetto delle caratteristiche strutturali e dei dettagli costruttivi sulla loro risposta sismica. Inoltre, vengono presentate le corrispondenti curve di fragilità. I risultati parametrici sono analizzati criticamente, mettendo in evidenza come le curve di fragilità possano evidenziare gli effetti delle sequenze sul comportamento delle strutture, rispetto agli effetti di main-shock o first-shock. Il fattore di comporta- mento q così ottenuto, valutato per tenere conto dell’effetto delle sequenze, evidenzia ulteriormente alcune variazioni importanti che dovrebbero essere opportunamente prese in considerazione. I risultati proposti, così come la metodologia presentata, possono pertanto offrire una valida base per la definizione o il perfezionamento di regole progettuali e di approcci pratici per l’analisi e progettazione di sistemi strutturali sottoposti a sequenze sismiche.

Modellazione strutturale

Gli edifici di riferimento per il presente studio consistono in due telai multipiano tridimensionali in acciaio, aventi nodi trave-colonna a cerniera, e comprensivi di sistemi di controventatura a croce di Sant’Andrea (“Struttura 1”) o a V rovescia (“Struttura 2”).

Si tratta di edifici localizzati a Tolmezzo (UD) e progettate in accordo con le NTC2018, considerando le medesime condizioni al contorno. Ogni edificio ha un’altezza di 14 m (18 × 18 m in pianta) ed è composto da quattro piani fuori terra (3.5 l’altezza interpiano). La struttura principale è costituita da un sistema di travi a doppia orditura, a maglia regolare, con solai di piano e copertura piana in sezione composta acciaio-calcestruzzo. Il comportamento sismo-resistente viene garantito tramite inserimento di quattro sistemi di controventi concentrici, disposti simmetricamente nelle campate centrali dei telai piani perimetrali (Fig. 1 e Fig. 2).

Ogni struttura è analizzata in Seismostruct, dove travi e colonne (Classe 1) sono descritte mediante elementi monodimensionali a comportamento elastico (acciaio S275). Le diagonali di ogni controvento sono invece modellate tramite elementi infrmFB, in cui le non-linearità del materiale acciaio sono opportunamente prese in considerazione grazie ad un approccio a plasticità diffusa (metodo delle fibre). Per rappresentare il legame ciclico uniassiale sforzo-deformazione dell’acciaio, in particolare, viene adottato il modello di Menegotto-Pinto.
Dall’analisi modale preliminare, il periodo di vibrazione fondamentale viene stimato in T1,1= 0.58 s e T1,2= 0.44 s rispettivamente.

Analisi sismica e di fragilità

Selezione delle storie temporali del moto del suolo

L’indagine numerica è svolta utilizzando sequenze sismiche reali, le cui storie temporali sono ottenute dai database ESM e Strong-Motion Seismograph Networks, che raccolgono le storie temporali degli eventi sismici avvenuta in Europa/Medio Oriente e Giappone, rispettivamente.

Per ciascuna sequenza sismica, vengono individuati il sisma principale (main-shock), qui definito come evento con la Peak Ground Acceleration (PGA) massima all'interno della sequenza, ed il primo evento (first-shock). Vengono infine creati i segnali relativi alle intere sequenze sismiche, composti da eventi in serie, distanziati 30 secondi l’uno dall’altro. Complessivamente, si considerano tre gruppi da 35 storie temporali ciascuno.

...Continua a leggere nel PDF in allegato.

La presente relazione è stata presentata in occasione del XXIX Congresso CTA, svoltosi a Milano il 26 e 27 settembre 2024.