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Capacità deformativa di pilastri in c.a. soggetti a pressoflessione deviata
Il comportamento di strutture in cemento armato soggette ad azioni sismiche che inducono spostamenti secondo direzioni non coincidenti con gli assi principali degli elementi strutturali è oggi tema di grande interesse. Sotto tali condizioni, infatti, sia la capacità resistente che deformativa dei pilastri è fortemente influenzata dalle due componenti di momento flettente su di essi agenti. L’attuale approccio normativo per la progettazione e verifica strutturale in termini di resistenza consente di valutare separatamente l’effetto delle due azioni orizzontali, per poi combinarlo in maniera semplificata. Tuttavia, al fine di effettuare una più accurata valutazione della capacità di una struttura, è opportuno valutare il comportamento degli elementi strutturali sotto sollecitazione biassiale, in particolare in termini di deformazione. Sia nell’ottica del displacement-based design per la progettazione di edifici di nuova costruzione che per la verifica di strutture esistenti, è fondamentale predire con un buon margine di sicurezza la capacità deformativa degli elementi. Il presente studio si pone come obiettivo di indagare la capacità deformativa di pilastri in c.a., con particolare interesse nei riguardi di elementi caratteristici di strutture esistenti, soggetti a pressoflessione deviata. La capacità deformativa è espressa sotto forma di domini di curvatura e curve di duttilità per la sezione e di domini di rotazione alla corda per l’elemento strutturale.
Keywords: edifici esistenti; pressoflessione deviata; domini di curvatura; rotazione alla corda.
INTRODUZIONE
Durante un evento sismico, le strutture sono generalmente soggette ad azioni laterali non coincidenti con le direzioni principali d’inerzia degli elementi strutturali. Ciò determina una risposta strutturale in direzione obliqua ed uno stato sollecitativo di pressoflessione deviata nei pilastri.
In passato, l’approccio tradizionale all’analisi strutturale prevedeva la valutazione della capacità per azioni laterali indipendenti in una direzione e nella sua ortogonale. Sotto tale ipotesi, i pilastri venivano considerati principalmente soggetti a pressoflessione retta.
L’attuale approccio per la valutazione della capacità strutturale (EuroCode8 2003, D.M. 14.01.2008) consente ancora di considerare in maniera indipendente le due componenti dell’azione sismica, ma prevede la combinazione dei risultati delle analisi condotte lungo le due direzioni principali per effettuare le verifiche di resistenza. Una valutazione più accurata della capacità strutturale richiede, tuttavia, di tenere esplicitamente in considerazione la contemporanea presenza delle due componenti dell’azione sismica, non solo in termini di resistenza ma anche di capacità deformativa.
Il tema della valutazione della capacità resistente di sezioni in c.a. soggette a pressoflessione deviata è stato largamente analizzato in letteratura. L’approccio più utilizzato per l’analisi di sezioni sollecitate da due componenti di momento flettente è la modellazione numerica, mediante la risoluzione di modelli a fibre (Sfakianakis 2002, Di Ludovico et al. 2010, Fossetti and Papia 2012, Bosco et al. 2015). In alternativa a tali modelli, esistono approcci semplificati per la valutazione della superficie di rottura N-Mx-My per la generica sezione in c.a..
Il più utilizzato è il “Load Contour Method” (Bresler 1960), adottato anche dalla attuale normativa europea (EuroCode2 2004), che consente di determinare il dominio di resistenza N-Mx-My per sezioni rettangolari e quadrate in funzione dei momenti resistenti calcolati indipendentemente per le due pressoflessioni rette (Eq. 1).
Contrariamente a quanto detto per la capacità resistente di sezioni in c.a. soggette a pressoflessione deviata, pochi studi sono stati finora condotti sulla valutazione della capacità deformativa, in termini di curvatura per la sezione e di rotazione alla corda per l’elemento strutturale.
Sulla base dei risultati numerici ottenuti mediante modellazione a fibre della sezione, alcuni autori (Fossetti and Papia 2012, Di Ludovico et al. 2007a, Cavalieri et al. 2014) hanno ricavato i domini di curvatura ultima u,x- u,y per sezioni rettangolari/quadrate??In (Di Ludovico et al. 2007b) viene proposta una metodologia semplificata per il calcolo della curvatura ultima di sezioni doppiamente simmetriche soggette a pressoflessione deviata. Tuttavia, non esistono tutt’ora approcci generalizzati per la valutazione della curvatura ultima di sezioni in c.a. soggette a pressoflessione deviata.
Riguardo la capacità rotazionale di elementi soggetti a pressoflessione deviata (i.e. pilastri), numerose campagne sperimentali sono state condotte per la valutazione del comportamento di tali elementi sottoposti a spostamenti applicati lungo direzioni oblique (i.e. non coincidenti con gli assi principali d’inerzia) (Bousias et al. 1995, Qiu et al. 2002, Rodrigues et al. 2013, Di Ludovico et al. 2013). Le evidenze sperimentali dimostrano che la presenza delle due componenti flettenti influenza più la capacità deformativa che la capacità resistente di tali elementi.
La presente memoria indaga il comportamento di pilastri in cemento armato soggetti a pressoflessione deviata, con attenzione particolare alla riduzione di capacità deformativa dell’elemento, sia in termini di curvatura che di rotazione alla corda. Lo studio è prevalentemente focalizzato sul comportamento di pilastri caratteristici di edifici esistenti in c.a., ovvero privi di adeguati dettagli costruttivi.
Il comportamento del generico elemento è stato valutato utilizzando uno specifico modello numerico (Bosco et al. 2015), che prende in considerazione la contemporanea presenza di taglio e momento flettente (i.e. tension shift) e la deformazione delle barre d’ancoraggio al nodo.
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