COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE DOTTORANDO 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, [email protected]Prof. Ing. Edoardo COSENZA TUTOR Prof. Ing. Gennaro MAGLIULO REFERENTE Prof. Ing. Giovanni FABBROCINO REFERENTE Prof. Aldo ZOLLO COORDINATORE DEL COLLEGIO DEI DOCENTI
54
Embed
Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate Dottorando Vittorio CAPOZZI
NAPOLI, 3 NOVEMBRE 2009. Dottorato di ricerca in Rischio Sismico. Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate Dottorando Vittorio CAPOZZI. Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Università degli studi di Napoli “Federico II”, Napoli, [email protected]. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
DOTTORANDOVittorio 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, [email protected]
Prof. Ing. Edoardo COSENZATUTOR
Prof. Ing. Gennaro MAGLIULO REFERENTE
Prof. Ing. Giovanni FABBROCINO REFERENTE
Prof. Aldo ZOLLOCOORDINATORE DEL COLLEGIO
DEI DOCENTI
DEFINIZIONE DI STRUTTURA PREFABBRICATA
2
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Riduzione del lavoro manuale derivante dall’organizzazione 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 L’ASSOCIAZIONE E/O IL
COMPLETAMENTO IN OPERA DI PIÙ ELEMENTI COSTRUITI IN
STABILIMENTO O A PIÈ D’OPERA
CIRCA 500 AZIENDE OPERANTI NEL SETTORE CON 20000 ADDETTI
Napoli, 3 Novembre 2009
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, l’esecuzione 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. 3431 05/05/2005“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. 10025“Istruzioni per il progetto, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture prefabbricate in
Calcestruzzo”Istruzioni C.N.R. 10018
“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 all’interno dell’elemento
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 dell’organismo strutturale e quindi anche la sua risposta sotto azioni sismiche “
NORMATIVA DI RIFERIMENTO
3
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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 d’insieme.
Esistono ricerche su scala nazionale ed europea [Saisi e altri, 1998 – Biondini e altri, 2003] mirate all’analisi dell’insieme 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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
6
TIPOLOGIE DI CONNESSIONI
Vittorio Capozzi
UNINA
COMPORTAMENTO 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
TIPOLOGIE DI CONNESSIONI
Vittorio Capozzi
UNINA
COMPORTAMENTO 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)
0
0
W
GRADO DI VINCOLO:
Napoli, 3 Novembre 2009
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Napoli, 3 Novembre 2009
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 l’azione tagliante massima T e l’azione assiale di compressione N concomitante deve essere T/N < 0,35. Se le precedenti condizioni non sono verificate, l’azione 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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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 d’attrito 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 laterale Pilastro d’angoloEl CentroEl Centro
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
BIBLIOGRAFIA
FONTI BIBLOGRAFICHE
s d
Prontuario per il calcolo di elementi
strutturali0,90 ----
Fondamenti di infrastrutture
viarie0,70 ----
Physics for Scientists and Engineers With Modern Physics
(Saunders Golden Sunburst Series)
1,00 0,60;0,85
center for advanced friction studiens
1.00 - 4.00 0,80
Gruppo tecnofin 0,65 0,5
CNR 10018 (1999)
11
v 2.0
1.0
= Sforzo normale in N/mm2 dovuto ai carichi verticali
v
UNI-EN 1337:3 (2005)
v 9.0
1.0
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Schrage (1981)
v 4.0
05.0
v 26.0
04.0 PCI Handbook (1985)
GRANDE VARIABILITA’ E INCERTEZZA SUI SETUP USATI PER LE PROVE
Napoli, 3 Novembre 2009
Prove per la determinazione dei parametri meccanici della gomma
PROVE EFFETTUATE
12
Per valutare il coefficiente d’attrito 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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20 25 30
Neoprene
Pro
fon
dit
à I
mp
ron
ta [
mm
]
Tempo [s]
Carico Piastra =8,30 N per 5 minPrecarico Punzone=0,30 N per 5 s Carico Punzone=5,70 N per 30 s
Materiale Provino Impronta IRHD Shore A mm
Neoprene 1 58 67 67 2 53 69 69
Durometro
Punzone tipo N
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
TILTING TEST – Setup di prova
14
Telaio inclinabile con vite senza fine
2 trasduttori LVDT verticali per la misura dell’angolo d’inclinazione (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
EF
BA
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
• Sono state realizzate 20 prove, 4 per ogni livello di sforzo normale• L’azione parallela alle superfici di neoprene e di calcestruzzo a contatto è monotonamente incrementata con una velocità pari a 0.02 mm/sec
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
PULLING TEST – Risultati delle prove
20
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
80 (3)80 (4)80 (2)80 (5)
120 (2)
160 (1)
120 (3)120 (4)120 (5)
160 (2)160 (3)160 (5)
200 (1)200 (2)200 (3)200 (4) 240 (1)
240 (2)240 (3)240 (4)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5 6
Ten
sion
e ta
nge
nzi
ale
[N/m
m2 ]
Tensione di compressione [N/mm2]
Confronto prove eseguite - bibliografia
PCI Handbook
CNR 10018/99
UNI-EN 1337:3-2005
Schrage
Regression curve of experimental results
Maggiore velocità di esecuzione della prova
Napoli, 3 Novembre 2009
PULLING TEST – Risultati delle prove
21
80 120 160 200240
Limitazione della CNR per schiacciamento del neoprene
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0.450
0.500
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Co
eff
icie
nte
di a
ttri
to c
alc
es
tru
zzo
-n
eo
pre
ne
Sforzo di compressione [N/mmq]
Diagram of the concrete - neoprene friction coefficient
Formulazione proposta
Lineare (Retta di regressione delle prove)
Variazione di m al variare di s
Formulazione analitica proposta
49.0 per 2/15.0 mmNv (4)
v 1.0 per 2/515.0 mmNv
dove v è lo sforzo normale e 055.0
<1%≈10%
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
Collegamento Trave - Pilastro ad attrito
22
CONCLUSIONI
• Il coefficiente d’attrito statico determinato mediante prove sperimentali su piano inclinato (N=0) è risultato dell’ordine = 0,5
• Il coefficiente d’attrito statico determinato mediante prove sperimentali con tensione assiale variabile = 1.7 - 5.3N/mmq risulta dell’ordine 0,13 – 0,10
• Il coefficiente d’attrito diminuisce all’aumentare 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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI
23
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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 eschiacciamento del calcestruzzo
Spacco (splitting) del calcestruzzo
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
25
Le formulazioni analitiche disponibili in letteratura sono :
Istruzioni CNR 10025 del 1984
2 Rd b cd sdV c d f f Tensione di progetto dell’ acciaioResistenza a compressione di progetto del calcestruzzoDiametro della barraCoefficiente correttivo =1.2 in assenza confinamento
CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
26
CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA
AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO :Spacco del calcestruzzo nella direzione della forza (bottom splitting) c
5 0.66c+d
b RdV d c f
b ctCopriferro in direzione della forza
Diametro della barra
Resistenza a trazione del calcestruzzoAZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO :Spacco del calcestruzzo nella direzione ortogonale alla forza (side splitting)
2Rd b ct ctV d b f Resistenza a trazione del calcestruzzo
Base resistente della sezione
Diametro della barra
Tensione di progetto dell’ acciaioResistenza a compressione di progetto del calcestruzzoDiametro della barra
Teoria di Tassios e Vintzeleou
21.30 Rd b cd sdV d f f
AZIONE CONTRO IL NUCLEO - CARICO MONOTONO :Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls
20.5 1.30 Rd b cd sdV d f f
AZIONE CONTRO IL NUCLEO - CARICO CICLICO :Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls
VCopriferro laterale
Copriferro inferiore
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
27
Teoria di Soroushian - Obaseki - Rojas
AZIONE CONTRO IL NUCLEO :Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls
2 2 2 20.5 0.37 + 0.45 1 Rd b b y b yV f d c f d T T
db = diametro delle barre spinotto , Es = modulo di Young dell’acciaiofb = resistenza portante del calcestruzzo ; c = lunghezza della zona di calcestruzzo schiacciatafy = tensione di snervamento della barra ; T = forza assiale della barra spinotto , Ty = forza assiale di snervamento della barra
AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO :Spacco del calcestruzzo
0.83 Rd b tV b d c f Resistenza a trazione del calcestruzzoCoefficiente che tiene conto dell’interazione barra-clsDiametro della barraBase della sezione
CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
28
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d -
[kN
]
TASSIOS
RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO
CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
29
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d -
[kN
]
TASSIOS
CNR 10025
RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO
CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
30
ANALISI PARAMETRICA
CONDIZIONI STANDARD :
- Curve molto vicine tra loro
- Grande variabilità con il diametro
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d -
[kN
]
TASSIOS - e = 0
CNR 10025
SOROUSHIAN
RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO
CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d -
[kN
]
TASSIOS - e = 0
CNR 10025
SOROUSHIAN
TASSIOS - e=10mm
TASSIOS - e=50mm
RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO
CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZOVe
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d -
[kN
]
TASSIOS - e = 0
CNR 10025
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
33
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d -
[kN
]
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 Ty
CNR
La CNR non tiene conto di tale condizione di carico
V
T
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
34
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d -
[kN
]
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 Ty
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
35
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
0 8 16 24 32 40 48 56 64db [mm]
VR
d -
[kN
]
RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO
CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO
TASSIOS SOROUSHIAN
V
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
36
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
0 8 16 24 32 40 48 56 64db [mm]
VR
d -
[kN
]
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
37
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
0 8 16 24 32 40 48 56 64
db [mm]
VR
d - [
kN]
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 10025
Dal grafico si nota che l’espressione 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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
38
ANALISI PARAMETRICA
0
50
100
150
200
250
300
0 8 16 24 32 40 48 56 64db [mm]
VR
d - [k
N]
RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO
CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO
TASSIOS – Side splitting SOROUSHIAN CNR 10025
TASSIOS – Bottom splitting
V
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
39
ANALISI PARAMETRICA
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.000 20 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
c [mm]
VR
d [
kN]
RESISTENZA DI PROGETTO AL VARIARE DEL COPRIFERRO
PER UN FISSATO DIAMETRO DELLA BARRA (26)Tassios – Snervamento della barrae schiacciamento del calcestruzzo
Tassios – Bottom splitting
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
40
ANALISI PARAMETRICA
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.000 20 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
c [mm]
VR
d [
kN]
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 l’espressione fornita dalla CNR
non tiene conto del valore del copriferro
Tassios – Snervamento della barrae schiacciamento del calcestruzzo
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
41
ANALISI PARAMETRICA: CONCLUSIONI
In particolare si è constatato che non esiste una formulazione presente nella CNR 10025 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 l’esigenza 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 l’elemento critico nelle strutture prefabbricate
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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
L’ampiezza del ciclo min(d1=dy/4;d1=da/4;d1=dt/4 ;d1=du/
4)
d=d1
Prova quasi-statiche cicliche
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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 l’asse della trave)
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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 F26
Doppio strato di teflon
Barra verticale
Sistema a slitta
Barre precompress
e
Barre precompresse
Martinetto verticale500 kN
Vincolo a terra
Doppio strato di
teflon
Asola
PROVA DI RESISTENZA A TAGLIO IN DIREZIONE LONGITUDINALE
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Basetta forata di neoprene 1
cm
Sistema di barre
Napoli, 3 Novembre 2009
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
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 precompress
e
Manicotto HD combi-
anchor
Spinotto M12
PROVA DI RESISTENZA A FLESSIONE CON SOLETTA COLLABORANTE
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Soletta collaborante di spessore 10 cm
Napoli, 3 Novembre 2009
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 dell’asse della trave e flessione
• La fase progettuale è terminata ed è iniziato l’allestimento dei set up delle prove
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
CONCLUSIONI
49
• E’ stata osservata una grande difficoltà nel prevedere teoricamente l’esito della prova a causa della differenza tra le varie formulazioni presenti in bibliografia
• L’ampia indagine di letteratura e l’analisi 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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE
50
UNINA
COMPORTAMENTO 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 l’apertura e la chiusura di una fessura all’interfaccia trave-colonna ed un’ adeguata dissipazione energetica tramite lo snervamento dell’armatura ordinaria oggi sostituita da dissipatori esterni facilmente sostituibili in caso di danneggiamento sismico.
Napoli, 3 Novembre 2009
CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE
51
UNINA
COMPORTAMENTO 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 l’apertura e chiusura di un’unica 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 dell’evento 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
CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE
52
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Ciclo di isteresi
Napoli, 3 Novembre 2009
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
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE
Vittorio Capozzi
Napoli, 3 Novembre 2009
54
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
FINE
UNINA
COMPORTAMENTO SISMICO DEI COLLEGAMENTI NELLE STRUTTURE PREFABBRICATE