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C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE D OTTORANDO Vittorio CAPOZZI 1 Dottorato di ricerca in Rischio Sismico UNINA NAPOLI,

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Presentazione sul tema: "C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE D OTTORANDO Vittorio CAPOZZI 1 Dottorato di ricerca in Rischio Sismico UNINA NAPOLI,"— Transcript della presentazione:

1 C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE D OTTORANDO Vittorio CAPOZZI 1 Dottorato di ricerca in Rischio Sismico UNINA NAPOLI, 3 NOVEMBRE 2009 Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Università degli studi di Napoli Federico II, Napoli, Prof. Ing. Edoardo COSENZA T UTOR Prof. Ing. Gennaro MAGLIULO R EFERENTE Prof. Ing. Giovanni FABBROCINO R EFERENTE Prof. Aldo ZOLLO C OORDINATORE DEL COLLEGIO DEI DOCENTI

2 DEFINIZIONE DI STRUTTURA PREFABBRICATA 2 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Riduzione del lavoro manuale derivante dallorganizzazione interna del lavoro e dalla utilizzazione di macchine in stabilimento Utilizzazione di casseforme speciali riutilizzabili e realizzazione di forme complesse per ridurre, a parità di prestazioni, la quantità di materiale utilizzato Continuità del ciclo produttivo per la indipendenza dalle condizioni climatiche e miglioramento delle condizioni di lavoro in ambiente protetto Riduzione dei tempi di costruzione per il minor numero di operazioni da compiere e per la minor dipendenza dai tempi di maturazione dei getti STRUTTURA REALIZZATA MEDIANTE LASSOCIAZIONE E/O IL COMPLETAMENTO IN OPERA DI PIÙ ELEMENTI COSTRUITI IN STABILIMENTO O A PIÈ DOPERA CIRCA 500 AZIENDE OPERANTI NEL SETTORE CON ADDETTI Napoli, 3 Novembre 2009

3 D.M.LL.PP. 3/12/1987 Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo delle strutture prefabbricate D.M.LL.PP. 16/01/1996 Norme tecniche per il calcolo, lesecuzione e il collaudo delle strutture in c.a. normale e precompresso e per le strutture metalliche D.M.LL.PP. 16/01/1996 Norme tecniche per le costruzioni in zona sismica O.P.C.M /05/2005 Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica D.M.I.T. 14/09/2005 Norme tecniche per le costruzioni Eurocode 8 part 1.1 Design of structures for earthquake resistance: general rules, seismic action and rules for buildings D.M.I. 14/01/2008 Norme tecniche per le costruzioni Istruzioni C.N.R Istruzioni per il progetto, lesecuzione ed il collaudo delle strutture prefabbricate in Calcestruzzo Istruzioni C.N.R Apparecchi di appoggio per le costruzioni 1.Collegamenti situati al di fuori di zone di possibile comportamento inelastico che quindi non modificano le capacità dissipative della struttura rispetto al caso monolitico 2.Collegamenti situati nelle zone critiche alle estremità delle travi e dei pilastri ma sovradimensionati in maniera tale da spostare la plasticizzazione in zone attigua allinterno dellelemento 3.Collegamenti situati nelle zone critiche alle estremità delle travi e dei pilastri e dotati delle necessarie caratteristiche in termini di duttilità e di quantità di energia dissipabile il collegamento tra gli elementi prefabbricati influenza in modo sostanziale il comportamento statico dellorganismo strutturale e quindi anche la sua risposta sotto azioni sismiche NORMATIVA DI RIFERIMENTO 3 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

4 MOTIVI DELLA RICERCA 4 Non è ancora stato oggetto di indagine approfondita e generalizzata lo studio dei collegamenti tra elementi prefabbricati considerati nella loro specificità e nei riguardi delle conseguenze che tale specificità introduce nel comportamento strutturale dinsieme. Esistono ricerche su scala nazionale ed europea [Saisi e altri, 1998 – Biondini e altri, 2003] mirate allanalisi dellinsieme strutturale per la valutazione delle risorse duttili e della conseguente capacità dissipativa sotto azione sismica e per il corretto calcolo dei principali elementi (travi, colonna …). È ampiamente sentita oggi la necessità di dare una esaustiva e razionale soluzione ai problemi inerenti la progettazione sismica degli edifici dando pratica applicazione ai criteri di duttilità e gerarchia delle resistenze UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

5 OBIETTIVI DELLA RICERCA 5 La conoscenza per ciascun collegamento dei parametri di riferimento consentirà di implementare gli stessi in modelli computazionali parziali o globali. Vi è dunque la necessità di dare una soluzione scientificamente corretta e completa ai problemi della progettazione dei nodi e delle unioni delle strutture prefabbricate SVILUPPO DI MODELLI TEORICI, BASATI SU APPROCCI MECCANICI, DEL COMPORTAMENTO SISMICO DI TALI COLLEGAMENTI STUDIO SPERIMENTALE DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE DI ALCUNE TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI ( Resistenza, Duttilità, Dissipazione, Deformazione, Degrado e Danno) DETERMINAZIONE DELLE CURVE FORZA-SPOSTAMENTO SIA PER QUANTO CONCERNE LA PARTE MONOTONA CHE QUELLA CICLICA UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

6 6 TIPOLOGIE DI CONNESSIONI Vittorio Capozzi UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Le connessioni sono necessariamente realizzate in sito, per tale ragione devono soddisfare dei requisiti indispensabili: DEVONO ESSERE CONCEPITE ED ESEGUITE IN MODO DA RISPECCHIARE FEDELMENTE GLI SCHEMI DI CALCOLO IPOTIZZATI DEVONO GARANTIRE SEMPLICITA E VELOCITA ESECUTIVA DEVONO CONSENTIRE LE NECESSARIE TOLLERANZE DI COSTRUZIONE Queste possono essere classificate in relazione a numerosi criteri ESECUZIONE COSTRUTTIVA MATERIALI UTILIZZATI AZIONE STATICA TRASMESSA ELEMENTI STRUTTURALI DA COLLEGARE 5 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTO Napoli, 3 Novembre 2009

7 7 TIPOLOGIE DI CONNESSIONI Vittorio Capozzi UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE UNIONE FONDAZIONE - PILASTRO UNIONE PILASTRO - TRAVE UNIONE TRAVE – COPERTURA UNIONE TRA ELEMENTI DI COPERTURA UNIONE TRA PANNELLI E STRUTTURA UNIONI ARTICOLATE (W < 0.15) UNIONI SEMI-ARTICOLATA UNIONI RIGIDE (W > 0.9 – 0.95) GRADO DI VINCOLO: Napoli, 3 Novembre 2009

8 8 COLLEGAMENTO CON CUSCINETTI IN GOMMA (neoprene, elastomero, elastomero armato) O IN MALTA CEMENTIZIA (edifici esistenti) COLLEGAMENTO CON SPINOTTI (edifici attuali) COLLEGAMENTO IBRIDO (IL FUTURO?) COLLEGAMENTI TRAVE-PILASTRO MAGGIORMENTE DIFFUSI IN ITALIA Vittorio Capozzi UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Napoli, 3 Novembre 2009

9 MOTIVI DELLA RICERCA Le conoscenze acquisite rivelano che in molte delle strutture prefabbricate esistenti i collegamenti trave – pilastro sono ad attrito (calcestruzzo-neoprene) e dunque presentano una elevata vulnerabilità sismica. Ciò è confermato dal fatto che è stato osservato che durante il terremoto del Friuli il motivo di collasso delle strutture prefabbricate è stato per perdita di appoggio di connessioni ad attrito. Circolare del Ministero dei LL.PP. 6 Febbraio 1965 n° 1422 Nei giunti orizzontali il rapporto tra lazione tagliante massima T e lazione assiale di compressione N concomitante deve essere T/N < 0,35. Se le precedenti condizioni non sono verificate, lazione tagliante deve essere per intero assorbita da armature metalliche localizzate o diffuse. D.M. LL.PP. 3 Dicembre 1987 In zona sismica non sono consentiti appoggi nei quali la trasmissione di forze orizzontali sia affidata al solo attrito. 9 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

10 10 Sono state effettuate analisi statiche e dinamiche non lineari su edifici esistenti tipo. (Magliulo G., Fabbrocino G., Manfredi G. (2008). Seismic assessment of existing precast industrial buildings using static and dynamic non linear analyses, Engineering structures). Si è utilizzato per le ADNL il terremoto di El Centro (Imperial Valley 40) scalato secondo uno spettro relativo ad una zona italiana di media sismicità (zona 2) con terreno di tipo C. Si è assunto un coefficiente dattrito calcestruzzo-neoprene, ricavato dalla bibliografia, pari a 0,6. I risultati delle analisi numeriche hanno evidenziato la bassa resistenza alle azioni sismiche da parte degli edifici prefabbricati industriali realizzati in Italia prima del 1970; essi, infatti, anche per terremoti di media intensità, possono collassare per perdita di appoggio. MOTIVI DELLA RICERCA Pilastro lateralePilastro dangolo El Centro UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

11 BIBLIOGRAFIA FONTI BIBLOGRAFICHE s d Prontuario per il calcolo di elementi strutturali 0, Fondamenti di infrastrutture viarie 0, Physics for Scientists and Engineers With Modern Physics (Saunders Golden Sunburst Series) 1,000,60;0,85 center for advanced friction studiens ,80 Gruppo tecnofin0,650,5 CNR (1999) 11 = Sforzo normale in N/mm 2 dovuto ai carichi verticali UNI-EN 1337:3 (2005) UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Schrage (1981) PCI Handbook (1985) GRANDE VARIABILITA E INCERTEZZA SUI SETUP USATI PER LE PROVE Napoli, 3 Novembre 2009

12 Prove per la determinazione dei parametri meccanici della gomma PROVE EFFETTUATE 12 Per valutare il coefficiente dattrito tra neoprene e calcestruzzo sono state progettate 3 tipologie di prove: Tilting test: Prove di attrito su piano inclinato (N=0) Pulling Test: Prove di attrito sotto elevato carico assiale imposto (N>0) UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

13 Le prove di durezza sono eseguite in accordo alla norma tedesca ISO DIN 48: la durezza IRHD è calcolata utilizzando il metodo N. Dalla durezza si determina il modulo di elasticità trasversale della gomma PROVA DI DUREZZA 13 Durometro Punzone tipo N UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

14 TILTING TEST – Setup di prova 14 Telaio inclinabile con vite senza fine 2 trasduttori LVDT verticali per la misura dellangolo dinclinazione (E – F) 2 trasduttori LVDT per la misura dello spostamento ed il bilanciamento delle forze (A – B) Dimensioni dei campioni di neoprene: 20 x 9 cm e 25 x 20 cm E F B A UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

15 TILTING TEST – Risultati delle prove 15 Valore stimato Intervallo [ 0,432 ; 0,552 ] Funzione densità di probabilità UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

16 PULLING TEST – Setup della prova iniziale Blocco di cls Barre Φ26 HEA 180 Tirafondi Φ18 Martinetto 500kN Piastre in acciaio Prof. a doppia T Culla Basette di neoprene Piastra di acciaio Martinetto 500kNBarra filettata Teflon 16 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

17 PULLING TEST – Setup iniziale Vs Setup definitivo 17 Setup definitivo Setup iniziale Boccola filettata Filo di lenza LVDT UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

18 PULLING TEST – Animazione 18 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

19 PULLING TEST – Risultati delle prove 19 Sono state realizzate 20 prove, 4 per ogni livello di sforzo normale Lazione parallela alle superfici di neoprene e di calcestruzzo a contatto è monotonamente incrementata con una velocità pari a 0.02 mm/sec UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

20 PULLING TEST – Risultati delle prove 20 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Maggiore velocità di esecuzione della prova Napoli, 3 Novembre 2009

21 PULLING TEST – Risultati delle prove 21 Variazione di m al variare di s Formulazione analitica proposta <1% 10% UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

22 Collegamento Trave - Pilastro ad attrito 22 CONCLUSIONI Il coefficiente dattrito statico determinato mediante prove sperimentali su piano inclinato (N=0) è risultato dellordine = 0,5 Il coefficiente dattrito statico determinato mediante prove sperimentali con tensione assiale variabile = N/mmq risulta dellordine 0,13 – 0,10 Il coefficiente dattrito diminuisce allaumentare dello sforzo normale I bassi valori del coefficiente di attrito restituiti dalle prove ed i risultati delle analisi numeriche riportati in altri lavori mettono in evidenza la bassa resistenza alle azioni sismiche da parte degli edifici prefabbricati industriali realizzati in Italia prima del 1970; essi, infatti, anche per terremoti di media intensità, possono collassare per perdita di appoggio UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

23 COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI 23 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

24 CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA 24 Nel valutare la resistenza di una connessione spinottata bisogna innanzitutto fare differenza tra due tipologie di azione : V V AZIONE SPINOTTO CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO AZIONE SPINOTTO CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO Snervamento della barra e schiacciamento del calcestruzzo Spacco (splitting) del calcestruzzo UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

25 25 Le formulazioni analitiche disponibili in letteratura sono : Istruzioni CNR del 1984 Tensione di progetto dell acciaio Resistenza a compressione di progetto del calcestruzzo Diametro della barra Coefficiente correttivo =1.2 in assenza confinamento CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

26 26 CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO : Spacco del calcestruzzo nella direzione della forza (bottom splitting) Copriferro in direzione della forza Diametro della barra Resistenza a trazione del calcestruzzo AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO : Spacco del calcestruzzo nella direzione ortogonale alla forza (side splitting) Resistenza a trazione del calcestruzzo Base resistente della sezione Diametro della barra Tensione di progetto dell acciaio Resistenza a compressione di progetto del calcestruzzo Diametro della barra Teoria di Tassios e Vintzeleou AZIONE CONTRO IL NUCLEO - CARICO MONOTONO : Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls AZIONE CONTRO IL NUCLEO - CARICO CICLICO : Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls V Copriferro laterale Copriferro inferiore UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

27 27 Teoria di Soroushian - Obaseki - Rojas AZIONE CONTRO IL NUCLEO : Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls d b = diametro delle barre spinotto, E s = modulo di Young dellacciaio f b = resistenza portante del calcestruzzo ; c = lunghezza della zona di calcestruzzo schiacciata f y = tensione di snervamento della barra ; T = forza assiale della barra spinotto, T y = forza assiale di snervamento della barra AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO : Spacco del calcestruzzo Resistenza a trazione del calcestruzzo Coefficiente che tiene conto dellinterazione barra-cls Diametro della barra Base della sezione CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

28 28 ANALISI PARAMETRICA UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

29 29 ANALISI PARAMETRICA UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

30 30 ANALISI PARAMETRICA CONDIZIONI STANDARD : - Curve molto vicine tra loro - Grande variabilità con il diametro UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

31 31 ANALISI PARAMETRICA CONDIZIONI STANDARD: - Curve molto vicine tra loro - Grande variabilità con il diametro PRESENZA DI ECCENTRICITA : - Validità equazione di TASSIOS - Forte riduzione della resistenza TASSIOS - e = 0 CNR SOROUSHIAN TASSIOS - e=10mm TASSIOS - e=50mm RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO V e UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

32 32 ANALISI PARAMETRICA CONDIZIONI STANDARD: - Curve molto vicine tra loro - Grande variabilità con il diametro PRESENZA DI ECCENTRICITA : - Validità equazione di TASSIOS - Forte riduzione della resistenza CARICO CICLICO : - Validità equazione di Tassios - Dimezzamento della resistenza TASSIOS - e = 0 CNR SOROUSHIAN TASSIOS - e=10mm TASSIOS - e=50mm TASSIOS – Carico ciclico RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

33 33 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO ED IN PRESENZA DI SFORZO ASSIALE NELLA BARRA T = 0,3 T y CNR La CNR non tiene conto di tale condizione di carico V T UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

34 34 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO ED IN PRESENZA DI SFORZO ASSIALE NELLA BARRA T = 0,3 T y CNR TASSIOS - T = 0,3Ty SOROUSHIAN - T = 0,3Ty La CNR non tenendo in conto tale condizione di carico fornisce dei valori più elevati. Per valori dello sforzo assiale bassi e per piccoli diametri le curve sono ancora comparabili, ma se lo sforzo assiale inizia a divenire significativo la CNR non è utilizzabile UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

35 35 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO TASSIOS SOROUSHIAN V UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

36 36 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO Staffe 12 Staffe 10 Staffe 8 TASSIOS SOROUSHIAN Soroushian tiene in conto la presenza delle staffe UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

37 37 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO Staffe 12 Staffe 10 Staffe 8 TASSIOS SOROUSHIAN CNR Dal grafico si nota che lespressione fornita nelle CNR non risulta cautelativa nel valutare la resistenza in tali condizioni, in quanto i valori sono circa il doppio di quelli forniti dalle altre formule UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

38 38 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO TASSIOS – Side splitting SOROUSHIAN CNR TASSIOS – Bottom splitting V UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

39 39 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI PROGETTO AL VARIARE DEL COPRIFERRO PER UN FISSATO DIAMETRO DELLA BARRA ( 26) Tassios – Snervamento della barra e schiacciamento del calcestruzzo Tassios – Bottom splitting UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

40 40 ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI PROGETTO AL VARIARE DEL COPRIFERRO PER UN FISSATO DIAMETRO DELLA BARRA ( 26) Tassios – Bottom splitting Tassios – Side splitting Soroushian – Azione contro il copriferro Soroushian – Azione contro il nucleo CNR Si nota ancora una volta che lespressione fornita dalla CNR non tiene conto del valore del copriferro Tassios – Snervamento della barra e schiacciamento del calcestruzzo UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

41 41 ANALISI PARAMETRICA: CONCLUSIONI In particolare si è constatato che non esiste una formulazione presente nella CNR che consenta di progettare i collegamenti tenendo conto di tutti i parametri geometrici e meccanici che intervengono. Per indagare sul loro comportamento bisogna rifarsi alla letteratura straniera In tale contesto si è sentita lesigenza di programmare una campagna di prove sperimentali per indagare sul comportamento di una connessione spinottata In particolare si vuole caratterizzare il collegamento sia in termini di resistenza che in termini di duttilità, rigidezza e degrado ciclico Alla luce di tale analisi risulta evidente di come le connessioni siano lelemento critico nelle strutture prefabbricate UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

42 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTO TRAVE – PILASTRO DA TESTARE 42 COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI SENZA SOLETTA COLLABORANTE (nodo sommitale) COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI, MENSOLA TOZZA E SOLETTA COLLABORANTE (nodo intermedio) UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

43 43 PROGRAMMA DI PROVA Prova monotona (controllo di spostamento) Gruppi di 3 cicli di eguale ampiezza che si succedono via via con incrementi d fino al limite ultimo o di fine prova Comportamenti duttili caratterizzati da una notevole deformazione plastica Comportamento fragile senza deformazione plastica Comportamento sovraresistente Lampiezza del ciclo min(d 1 = d y /4;d 1 = d a /4;d 1 = d t /4 ;d 1 = d u /4) d=d 1 Prova quasi-statiche cicliche UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

44 PROVE DA EFFETTUARE 44 COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI SENZA SOLETTA COLLABORANTE sono state progettate: Il numero di prove previsto per la tipologia di prova è: 1 prova monotona 1 prove quasi-statiche cicliche con spostamento imposto ad ampiezza crescente INDICAZIONI EC2, EC8 e CNR 10025/84 COLLEGAMENTO SENZA SOLETTA = 2 PROVE Prove a taglio in direzione longitudinale (forza applicata lungo lasse della trave) UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

45 45 Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm ed altezza 130 cm (pilastro) Attuatore 500 KN Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm e di lunghezza 210 cm (trave) Spinotto F 26 Doppio strato di teflon Barra verticale Sistema a slitta Barre precompresse Martinetto verticale 500 kN Vincolo a terra Doppio strato di teflon Asola PROVA DI RESISTENZA A TAGLIO IN DIREZIONE LONGITUDINALE UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Basetta forata di neoprene 1 cm Sistema di barre Napoli, 3 Novembre 2009

46 PROVE DA EFFETTUARE 46 COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI CON SOLETTA COLLABORANTE sono state progettate: Prove a flessione Il numero di prove previsto per questa tipologia di prova è: 2 prove monotone per caratterizzare la curva costitutiva forza-spostamento nei due versi 1 prove quasi-statiche cicliche con spostamento imposto ad ampiezza crescente COLLEGAMENTO CON SOLETTA = 3 PROVE TOTALE = 5 PROVE UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

47 47 Neoprene Spinotto M26 Sezione scatolare in acciaio Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm e di lunghezza 190 cm (trave) Attuatore 500 KN Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm ed altezza 275 cm (pilastro) Mensola tozza Piastrina in acciaio dado e rondella Barre precompresse Manicotto HD combi-anchor Spinotto M12 PROVA DI RESISTENZA A FLESSIONE CON SOLETTA COLLABORANTE UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Soletta collaborante di spessore 10 cm Napoli, 3 Novembre 2009

48 CONCLUSIONI 48 La dettagliata ricerca bibliografica condotta ha fatto rilevare lacune nella conoscenza teorica e sperimentale delle caratteristiche meccaniche dei collegamenti trave-pilastro spinottati Sono stati progettati diversi gruppi di prove, in modo da indagare, per ciascuno di essi, il comportamento meccanico del collegamento soggetto ad una determinata azione: taglio nella direzione dellasse della trave e flessione La fase progettuale è terminata ed è iniziato lallestimento dei set up delle prove UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

49 CONCLUSIONI 49 E stata osservata una grande difficoltà nel prevedere teoricamente lesito della prova a causa della differenza tra le varie formulazioni presenti in bibliografia Lampia indagine di letteratura e lanalisi parametrica svolta ci consentono di affermare che: la resistenza è fortemente condizionata dal copriferro la variazione della resistenza con il copriferro è molto più elevata rispetto a quanto accade con il diametro. il valore della resistenza non è sufficiente a caratterizzare la connessione in modo completo mancanza di studi in condizioni di carico ciclico UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

50 CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE 50 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Caratterizzata dalla contemporanea presenza di cavi non aderenti post-tesi e armatura ordinaria, tale connessione è stata studiata per ridurre il livello di danneggiamento negli elementi in prefabbricato garantendo lapertura e la chiusura di una fessura allinterfaccia trave-colonna ed un adeguata dissipazione energetica tramite lo snervamento dellarmatura ordinaria oggi sostituita da dissipatori esterni facilmente sostituibili in caso di danneggiamento sismico. Napoli, 3 Novembre 2009

51 CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE 51 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Prove sperimentali confermano che le peculiari caratteristiche di tali connessioni asciutte a dissipazione concentrata, comportano una concentrazione della domanda inelastica (i.e. rotazione relativa trave-colonna) nelle sezioni critiche di interfaccia (trave-colonna o pannello di base- fondazione) con lapertura e chiusura di ununica preesistente fessura. A differenza dunque di quanto risulterebbe da una connessione di tipo monolitico (c.a. gettato in opera), il livello di fessurazione e danneggiamento negli elementi strutturali prefabbricati al di fuori delle sezioni critiche e nei nodi trave-colonna è ridotto a livelli trascurabili con immediato impatto sui costi di riparazione e manutenzione della struttura, nonché sui costi indiretti dovuti ad una prolungata inagibilità della struttura stessa a seguito dellevento sismico. La presenza di cavi non aderente post-tesi (sistema muro e connessione ibrida trave-colonna), consente di ridurre in modo significativo le deformazioni/spostamenti residui (i.e. ampiezza delle fessure, spostamento interpiano), parametro estremamente importante nella risposta sismica di una struttura e spesso trascurato. Napoli, 3 Novembre 2009

52 CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE 52 UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Ciclo di isteresi Napoli, 3 Novembre 2009

53 SVILUPPI FUTURI DELLA RICERCA 53 Studio su tali edifici dei diversi meccanismi di collasso, legati a diverse scelte nella gerarchia delle resistenze con esecuzione di analisi non lineari statiche e dinamiche Completamento della campagna sperimentale sulle connessioni spinottate Identificazione di esempi di edifici prefabbricati significativi dei quali studiare la risposta sismica considerando i legami costitutivi dei collegamenti indagati Redazione del rapporto conclusivo della ricerca, che comprenderà indicazioni di carattere progettuale sulle connessioni studiate con particolare riferimento all'applicazione della gerarchia delle resistenze UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009

54 54 GRAZIE PER LATTENZIONE FINE UNINA C OMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE Vittorio Capozzi Napoli, 3 Novembre 2009


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