Rinforzo di strutture monopiano in acciaio con giunti semi-rigidi

Durante recenti terremoti sono stati osservati alcuni danni in edifici in acciaio intelaiati. In parti- colare, sono state rilevate alcune rotture fragili nei collegamenti, sottolineando il ruolo critico del comportamento dei giunti nelle prestazioni complessive delle strutture in acciaio. Ne consegue che l’applicazione di opportune strategie di rinforzo dei collegamenti rappresenta un aspetto fondamentale nel recupero e nell’adeguamento sismico di strutture in acciaio esistenti. La presente memoria si concentra sulla valutazione e sull’adeguamento strutturale dei giunti alla base delle colonne di edifici esistenti in acciaio a un piano. È stato riscontrato che questi giunti presentano comportamenti semirigidi e a parziale ripristino di resistenza, sebbene, secondo le ipotesi di progettazione originali, avrebbero dovuto comportarsi come giunti continui. È stata quindi riscontrata una scarsa prestazione sismica delle strutture studiate e, per far fronte a tale criticità, è stata eseguita la progettazione di interventi di rinforzo. L'efficacia degli interventi proposti è stata dimostrata confrontando la risposta sismica delle strutture esistenti studiate con quella delle strutture opportunamente rinforzate.

Dalla vulnerabilità sismica alle soluzioni di rinforzo dei collegamenti metallici

Il miglioramento sismico degli edifici esistenti è un tema cruciale nell’ambito dell’ingegneria strutturale: sono sempre più necessarie soluzioni tecnologiche che, da un lato, incrementino le prestazioni rispetto alle azioni laterali e che, al contempo, siano compatibili con gli elementi esistenti. Gli edifici in acciaio sono da sempre considerati sistemi strutturali ad alte prestazioni sismiche, grazie al loro favorevole rapporto massa-rigidezza, alla loro duttilità e alla loro capacità di dissipazione di energia. Tuttavia, alcune indagini condotte a seguito di alcuni terremoti recenti hanno evidenziato danni estesi in un numero cospicuo di costruzioni in acciaio di diverse altezze e di diverse epoche costruttive. Sono state riscontrate, in particolare, alcune rotture fragili inaspettate in edifici in acciaio intelaiati, concentrate soprattutto in corrispondenza delle giunzioni tra le membrature principali. Pertanto, la necessità di individuare adeguati sistemi di rinforzo di collegamenti metallici è divent

Sotto questo aspetto, negli ultimi anni, diversi progetti di ricerca hanno riguardato la risposta inelastica dei giunti metallici attraverso studi analitici e sperimentali, contribuendo alla formulazione di linee guida di progettazione che comprendono, ad esempio, giunti prequalificati per nuove costruzioni e strategie per il ripristino dei collegamenti in edifici esistenti danneggiati dai terremoti.

In tale ottica, la selezione degli interventi di rinforzo è complessa e dipende da diversi fattori, tra i quali vi sono sicuramente costi, disponibilità di manodopera, tempi di esecuzione e reversibilità. Inoltre, tali interventi devono essere concepiti in ragione della domanda sismica attesa e delle eventuali risorse inelastiche di alcune specifiche componenti.

A fronte di tale premessa, il presente studio tratta l’adeguamento sismico di quattro edifici industriali monopiano esistenti siti in Italia, caratterizzati da giunti semi-rigidi e a parziale ripristino di resistenza, e con una risposta inadeguata alle azioni sismiche. L’obiettivo del lavoro è valutare l’efficacia di strategie di intervento locali basate sull’utilizzo di piastre di irrigidimento in acciaio per migliorare la risposta sismica globale. Sono state condotte analisi dinamiche non lineari su modelli tridimensionali ad elementi finiti delle strutture, considerando i giunti sia nella loro con- figurazione originale che rinforzata. L’efficacia degli interventi proposti è stata quindi dimostrata confrontando le risposte di edifici senza interventi con quelle degli edifici con giunti rinforzati, valutando, per entrambe le soluzioni le relative curve di fragilità.

I casi studio: 4 edifici monopiano in Emilia-Romagna

Sono stati esaminati quattro edifici monopiano in acciaio situati in Emilia Romagna (Italia), utilizzati per attività manifatturiere. In Fig.1 si riportano i modelli tridimensionali dei casi studio, numerati da 1 a 4. Le strutture sono state progettate tra gli anni ’70 e ’80, in accordo alle prescrizioni normative e alle linee guida dell’epoca. Al momento della progettazione, l’area di costruzione non era ancora classificata come sismica dalla normativa vigente, motivo per cui, nei pro- getti originali, sono stati considerati solo i carichi gravitazionali e da vento.

Due edifici (1 e 3) hanno una struttura caratterizzata da portali ad una o più campate in direzione trasversale (X),mentre in direzione longitudinale (Y) sono presenti telai con controventi concentrici. Gli altri due edifici (2 e 4) hanno uno schema strutturale a portale sia longitudinalmente che trasversalmente, risultando, pertanto, resistenti a momento in X e in Y. Lo studio numerico ha considerato le dimensioni geometriche e le condizioni di vincolo riportate nella documentazione originale di progetto. Come da indicazioni progettuali, i materiali considerati per le membrature e le piastre di collegamento sono acciaio tipo Fe360 e Fe430, con tensione di snervamento rispettivamente pari a 235 N/mm² e 275 N/mm². I bulloni impiegati per i collegamenti hanno classe di resistenza 5.6 e 8.8.

In copertura, tutti gli edifici presentano un sistema di arcarecci e controventi di falda. Le colonne hanno sezioni trasversali HE nella maggior parte degli edifici; altre hanno sezioni di tipo IPE o sezioni accoppiate di tipo UPN. Le travi sono per lo più a sezione trasversale IPE e/o UPN. Infine, in tutti gli edifici, le fondazioni sono costituite da plinti in cemento armato.

I giunti di base esaminati, originariamente progettati per essere rigidi e a completo ripristino di resistenza, sono costituiti da una piastra di base saldata all’estremità della colonna, che è ancorata al blocco di calcestruzzo del plinto di fondazione mediante un minimo di quattro tirafondi. Inoltre, tali giunti, eccetto quelli dell’edificio 1, risultano irrigiditi da piatti verticali saldati alla piastra di base e alla colonna tramite saldature a cordone d’angolo.

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