Università degli Studi di Università degli Studi di Napoli “FEDERICO II” Napoli “FEDERICO II” DAPS – DAPS – D D ipartimento di ipartimento di A A nalisi e nalisi e P P rogettazione rogettazione S S trutturale trutturale Risposta sismica di pareti a taglio Risposta sismica di pareti a taglio in profili formati a freddo e in profili formati a freddo e pannelli di rivestimento: pannelli di rivestimento: sperimentazione e modelli analitici sperimentazione e modelli analitici ALLIEVA ALLIEVA Assunta Tesoro Assunta Tesoro RELATORI RELATORI Ch.mo Prof. Ing. Federico M. Mazzolani Ch.mo Prof. Ing. Federico M. Mazzolani Ch.mo Prof. Ing. Raffaele Landolfo Ch.mo Prof. Ing. Raffaele Landolfo CORRELATORI CORRELATORI Dr. Ing. Luigi Fiorino Dr. Ing. Luigi Fiorino
Università degli Studi di Napoli “FEDERICO II”. DAPS – D ipartimento di A nalisi e P rogettazione S trutturale. Risposta sismica di pareti a taglio in profili formati a freddo e pannelli di rivestimento: sperimentazione e modelli analitici. RELATORI Ch.mo Prof. Ing. Federico M. Mazzolani - PowerPoint PPT Presentation
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Università degli Studi di Napoli Università degli Studi di Napoli “FEDERICO II”“FEDERICO II”
DAPS – DAPS – DDipartimento di ipartimento di AAnalisi e nalisi e PProgettazione rogettazione SStrutturaletrutturale
Risposta sismica di pareti a taglio Risposta sismica di pareti a taglio in profili formati a freddo e pannelli di rivestimento: in profili formati a freddo e pannelli di rivestimento:
sperimentazione e modelli analiticisperimentazione e modelli analitici
ALLIEVAALLIEVA
Assunta TesoroAssunta Tesoro
RELATORIRELATORI
Ch.mo Prof. Ing. Federico M. MazzolaniCh.mo Prof. Ing. Federico M. Mazzolani
Ch.mo Prof. Ing. Raffaele LandolfoCh.mo Prof. Ing. Raffaele Landolfo
CORRELATORICORRELATORI
Dr. Ing. Luigi FiorinoDr. Ing. Luigi Fiorino
MOTIVAZIONIMOTIVAZIONI
Crescente utilizzo dei profili formati a freddo nell’edilizia residenziale di Crescente utilizzo dei profili formati a freddo nell’edilizia residenziale di medie e piccole dimensioni, soprattutto nei paesi del nord America, in medie e piccole dimensioni, soprattutto nei paesi del nord America, in Australia, in nord Europa e in SpagnaAustralia, in nord Europa e in Spagna
Possibilità di applicazione in Italia per realizzare unità abitative di primo Possibilità di applicazione in Italia per realizzare unità abitative di primo soccorso per la gestione delle emergenzesoccorso per la gestione delle emergenze
Limitate applicazioni in zone sismicheLimitate applicazioni in zone sismiche
Limitati studi sul comportamento sismicoLimitati studi sul comportamento sismico
Edifici residenziali di medie e piccole dimensioni realizzati con profili di acciaio Edifici residenziali di medie e piccole dimensioni realizzati con profili di acciaio formati a freddoformati a freddo
Costruzioni ad asteCostruzioni ad aste
Costruzioni a pannelli Costruzioni a pannelli
Costruzioni a moduli Costruzioni a moduli
SISTEMI COSTRUTTIVI
HOUSING IN COLD-FORMED
I SISTEMI COSTRUTTIVI AD ASTEI SISTEMI COSTRUTTIVI AD ASTE
Tipologia costruttiva più utilizzata per l’edilizia residenzialeSistema base per lo sviluppo dei sistemi costruttivi con un livello di prefabbricazione più spinto (sistemi a pannelli e sistemi a moduli)
SISTEMI STRUTTURALI CHE RESISTONO ALLE AZIONI ORIZZONTALI
•Orditura di arcarecci (joists) formati a freddo •Guide di chiusura (tracks)•Pannelli a base di legno o lamiere metalliche grecate
•Orditura di montanti (studs)•Correnti superiori ed inferiori•Pannelli di rivestimento a base di legno o di gesso
RESISTENZA ALLE AZIONI ORIZZONTALIRESISTENZA ALLE AZIONI ORIZZONTALI
MECCANISMI DI COLLASSOMECCANISMI DI COLLASSO
Collasso connessioni rivestimento-intelaiatura
Collasso intelaiatura
Collasso collegamento intelaiatura-fondazione
Resistenza della parete
v = min (vs-f, vf, vf-f)
Criterio di gerarchia delle resistenze
v = vs,f
Instabilità dei montanti compressi
Ancoraggio a trazione
Ancoraggi a taglio
vf >vs-f; vf-f>vs,f
COMPORTAMENTO SOTTO AZIONI ORIZZONTALI COMPORTAMENTO SOTTO AZIONI ORIZZONTALI
FF
d
F
d
V
V
Experimental response
Analytical response
Experimental response
Analytical response
Risposta locale delle connessioni Risposta globale della parete
Modello analitico che consenta di valutare la risposta delle pareti soggette ad azioni orizzontali nel proprio piano sulla base di prove sperimentali sui collegamenti
OBIETTIVIOBIETTIVI
Indagare il comportamento delle connessioni quando si utilizzano Indagare il comportamento delle connessioni quando si utilizzano pannelli a base di cemento (CP) che possono pannelli a base di cemento (CP) che possono rappresentare una alternativa ai pannelli a base di legno per la realizzazione del rivestimento esterno consentendo di realizzare finiture esterne più comuni alla pratica edilizia italiana.
Fornire un modello analitico che consenta di valutare la risposta delle Fornire un modello analitico che consenta di valutare la risposta delle pareti sottoposte ad azioni orizzontalipareti sottoposte ad azioni orizzontali
Valutare la risposta sismica dei sistemi ad asteValutare la risposta sismica dei sistemi ad aste
PIANIFICAZIONE DELLA RICERCAPIANIFICAZIONE DELLA RICERCA
ESAME DELLO STATO DELL’ARTEESAME DELLO STATO DELL’ARTE -Analisi critica dei risultati delle attività sperimentali-Analisi critica dei risultati delle attività sperimentali
-Studio dei principali modelli analitici per il calcolo delle pareti con struttura in -Studio dei principali modelli analitici per il calcolo delle pareti con struttura in
legno soggette a carichi orizzontalilegno soggette a carichi orizzontali
FASE SPERIMENTALEFASE SPERIMENTALE -Studio dei principali risultati sperimentali condotti in Italia: -Studio dei principali risultati sperimentali condotti in Italia:
PRIN 2001
PRIN 2003
-Prove sui collegamenti tra membrature in acciaio e pannelli a base di cemento (CP)
Prove al vero su sottostrutture in Cold-Formed
Prove sui collegamenti tra membrature in acciaio e pannelli a
base di legno (GWB) e base di gesso (GWB)
FASE TEORICAFASE TEORICA -Definizione e calibrazione del modello analitico per il calcolo delle pareti sulla base delle -Definizione e calibrazione del modello analitico per il calcolo delle pareti sulla base delle osservazioni sperimentali osservazioni sperimentali
-Analisi dinamica non lineare parametrica-Analisi dinamica non lineare parametrica
FASE SPERIMENTALEFASE SPERIMENTALE
LE INDAGINI SPERIMENTALI
PRIN 2001 (anni 2002-2003) STUDIO TEORICO-SPERIMENTALE SULLE POSSIBILITA’ DI IMPIEGO DEI
PROFILI DI ACCIAIO FORMATI A FREDDO IN ZONA SISMICA
PROGRAMMA SPERIMENTALE SUCCESSIVO
Prove sperimentali monotona e ciclica su due sottostrutture ad aste controventate da pannelli a base di legno (OSB) e pannelli a base di gesso (GWB)
Prove sui collegamenti tra profili e pannelli di OSB e GWB
PRIN 2003 (anni 2004-2005) METODOLOGIE E CRITERI DI PROGETTO PER L’HOUSING IN COLD-FORMED
IN ZONA SISMICA
Prove sui collegamenti tra profili e pannelli a base di cemento (CP)
PROVE AL VERO SU SOTTOSTRUTTURE (PRIN 2001)
Sliding-hinge Rotational-hinge
Wall 1
Wall 2
Sliding-hinge Rotational-hinge
Wall 1
Wall 2
IL PROVINO L’APPARATO DI PROVA
RISULTATI PROVA MONOTONA E PROVA CICLICA
2 pareti 2500x2400mm (H x L)rivestimento pannelli GWB e OSB
montanti con sezione a C con interasse 600 mm
Il carico orizzontale viene applicato all’altezza del solaio mediante due attuatori
PROVE SULLE CONNESSIONIPROVE SULLE CONNESSIONI
PROVE SU PANNELLI GWB E OSB
Variabili investigateVariabili investigate
Materiale del pannello di rivestimentoMateriale del pannello di rivestimento
Orientamento dei pannelli (OSB)Orientamento dei pannelli (OSB)
Distanza dal bordoDistanza dal bordo
Protocollo di carico ciclicoProtocollo di carico ciclico
Velocità di prova (OSB e GWB)Velocità di prova (OSB e GWB)
Il programma prevede la realizzazione di 29 Il programma prevede la realizzazione di 29 serie di provini per un totale di 64 proveserie di provini per un totale di 64 prove
47 prove monotone47 prove monotone
17 prove cicliche17 prove cicliche
PROVE SU PANNELLI CP
Il programma prevede la realizzazione di 9 serie Il programma prevede la realizzazione di 9 serie di provinidi provini
24 prove monotone24 prove monotone
12 prove cicliche 12 prove cicliche (ad oggi non ancora realizzate)(ad oggi non ancora realizzate)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
d [mm]
F [kN] CP 20 MC 1CP 20 MT 1CP 10 MT 1
Penetrazione della vite nel pannelloPenetrazione della vite nel pannelloPenetrazione della vite nel pannello Penetrazione della vite nel pannello
e rottura di bordoe rottura di bordo
Rottura di bordo del Rottura di bordo del pannellopannello
PROVE SULLE CONNESSIONIPROVE SULLE CONNESSIONI
IL PROVINOPannelli di CP da 200X600mm (H x L) aventi spessore di 12,5mm
Profili formati a freddo in acciaio con sezioni a C 100x50x10x1.00mm
Viti autoperforanti 4,2x25 (diametro x lunghezza)
STRUMENTAZIONE4 trasduttori di spostamento per la misura degli spostamenti relativi tra pannelli e profili
RISULTATI DELLE PROVE MONOTONE
Collegamenti sovradimensionati
Collegamenti sottoposti a prova
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
a=10mm a=15mm a=20mm
Fu (kN)OSBT MT OSB// MT OSB// MC GWB MT
GWB MC CP MT CP MC
PROVE SULLE CONNESSIONIPROVE SULLE CONNESSIONI
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI
Parametri considerati
duttilità (=du/de).
resistenza massima (Fpeak) e spostamento corrispondente (dpeak) rigidezza elastica Ke; spostamento ultimo (du) definito come lo spostamento letto sulla parte decrescente della curva sperimentale in corrispondenza dei un carico pari a 0.80Fu; energia assorbita (E) valutata per d=du
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
a=10mm a=15mm a=20mm
Ke (kN/mm)OSBT MT OSB// MT OSB// MC GWB MT
GWB MC CP MT CP MC
0
10
20
30
40
50
60
70
80
a=10mm a=15mm a=20mm
OSBT MT OSB// MC OSB// MT GWB MT
GWB MC CP MT CP MC
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
a=10mm a=15mm a=20mm
E OSBT MT OSB// MT OSB// MC GWB MT
GWB MC CP MT CP MC
OSB
OSB
OSB
OSB
CP
GWB
GWB
GWB
GWB
CP
CP
Fpeak(OSB)=
2.9 Fpeak (GWB)
2.3 Fpeak (CP)
E(OSB)=4.3 E (GWB)
5.0 E (CP)
Ke(OSB)=
1.3 ke (GWB)
1.5 ke (CP)
(OSB)=2.3 (GWB)
1.7 (CP)
Fpeak
0,8Fpea
k
Fpeak
E
Ke
FASE TEORICAFASE TEORICA
V
F
d
MODELLO ANALITICO
IL MODELLO PROPOSTOIL MODELLO PROPOSTOIPOTESI CINEMATICHE Montanti e guide siano rigide e connesse ad ogni lato. Il pannello sia rigido e libero di ruotare Deformata della struttura con rotazione rigida del pannello e
Modello analitico Simulazione analitica Struttura reale
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00
[mm]
h [
kN/m
]
s=50mm
s=75mm
s=150mm
s=100mm
Parete H=2,40m con pannello OSB
ANASLISI PARAMETRICAANASLISI PARAMETRICA
PARAMETRI altezza della parete:H=2.40 m, H=2.70m, H=3.00m; spaziatura delle connessioni lungo il perimetro :s=50mm, s=75mm, s=100mm, s=150mm; materiale di rivestimento: OSB, GWB, CP.
Totale 36 configurazioni
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 5 10 15 20 25 30
[mm]
v [k
N/m
]
s=50mm
s=75mm
s=150mm
s=100mm
Parete H=2,40m con pannello GWB
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00
[mm]
v [k
N/m
]s=50mm
s=75mm
s=150mm
s=100mm
Parete H=2,40m con pannello CP
RISULTATI
ANALISI PARAMETRICAANALISI PARAMETRICA
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIVerifica qualitativa dell’attendibilità del modello analitico proposto attraverso il confronto dei risultati dell’analisi parametrica e i risultati di prove sperimentali esistenti
REGISTRAZIONI ACCELEROMETRICHE CONSIDERATERELUIS (Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica)Iervolino I., Maddaloni., Cosenza. (2006) “ Accelerogrammi naturali per l’analisi delle struttre secondo l’OPCM 3441” 21 registrazioni, 7 per ciascuna delle categorie di suolo A, B, e C
SUOLO
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
T [sec]
Sae/PGAA-000182XA A-000201YA A-000290XAA-001255YA A-001707YA A-005819YAA-005820YA spettro di progetto
A
B
C
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
T [sec]
Sae/PGA
B-000232XA B-000291YA B-000300YA B-000476YA
B-001214XA B-002030XA B-006039XA Spettro di progetto
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0T [sec]
Sae/PGA
C-000203XA C-000335YA C-000439YAC-000479XA C-00600YA C-001726YAC-005794XA Spettro di progetto
Le registrazioni accelerometriche sono relative ad eventi verificatisi in diverse regioni europee e mediterranee e sono caratterizzate da una magnitudo medio-alta variabile tra 5.8 e 7.6
RISPOSTA SISMICA DELLE PARETIRISPOSTA SISMICA DELLE PARETI
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
GW
B+O
SB
50
2400
M1
GW
B+O
SB
50
2400
M2
GW
B+O
SB
50
3000
M1
GW
B+O
SB
50
3000
M2
GW
B+O
SB
150
240
0 M
1
GW
B+O
SB
150
240
0 M
2
GW
B+O
SB
150
300
0 M
1
GW
B+O
SB
150
300
0 M
2
GW
B+G
WB
50
2400
M1
GW
B+G
WB
50
2400
M2
GW
B+G
WB
50
3000
M1
GW
B+G
WB
50
3000
M2
GW
B+G
WB
150
240
0 M
1
GW
B+G
WB
150
240
0 M
2
GW
B+G
WB
150
300
0 M
1
GW
B+G
WB
150
300
0 M
2
Sae,peak/Sae,el
VALORE MEDIO 3,21
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
GW
B+O
SB
50
2400
M1
GW
B+O
SB
50
2400
M2
GW
B+O
SB
50
3000
M1
GW
B+O
SB
50
3000
M2
GW
B+O
SB
150
240
0 M
1
GW
B+O
SB
150
240
0 M
2
GW
B+O
SB
150
300
0 M
1
GW
B+O
SB
150
300
0 M
2
GW
B+G
WB
50
2400
M1
GW
B+G
WB
50
2400
M2
GW
B+G
WB
50
3000
M1
GW
B+G
WB
50
3000
M2
GW
B+G
WB
150
240
0 M
1
GW
B+G
WB
150
240
0 M
2
GW
B+G
WB
150
300
0 M
1
GW
B+G
WB
150
300
0 M
2
Sae,r/Sae,peak
VALORE MEDIO 1,25
Sae,peak/Sae,el Sae,u/Sae,peak Sae,u/Sae,el
valore medio 3,21 1,25 4,06dev.st 0,70 0,10 1,06
valore max 4,79 1,59 6,22valore min 2,45 1,15 2,80
Le pareti, se progettate elasticamente sotto eventi sismici di progetto, ovvero aventi il 10% di probabilità di eccedenza in 50 anni (periodo di ritorno di 475 anni), rivelano una buona risposta sismica offrendo adeguati margini di sicurezza nei riguardi di eventi più gravosi.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
GW
B+O
SB
50
2400
M1
GW
B+O
SB
50
2400
M2
GW
B+O
SB
50
3000
M1
GW
B+O
SB
50
3000
M2
GW
B+O
SB
150
240
0 M
1
GW
B+O
SB
150
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0 M
2
GW
B+O
SB
150
300
0 M
1
GW
B+O
SB
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300
0 M
2
GW
B+G
WB
50
2400
M1
GW
B+G
WB
50
2400
M2
GW
B+G
WB
50
3000
M1
GW
B+G
WB
50
3000
M2
GW
B+G
WB
150
240
0 M
1
GW
B+G
WB
150
240
0 M
2
GW
B+G
WB
150
300
0 M
1
GW
B+G
WB
150
300
0 M
2
Sae,r/Sae,el
VALORE MEDIO 4,06
CONCLUSIONICONCLUSIONI
Modello teorico proposto Possibilità di valutare la risposta laterale delle pareti (“globale”) a partire dalla risposta a taglio delle connessioni (“locale”) con ottime stime della resistenza e della rigidezza (approssimazione del 2%) e buone stime degli spostamenti “di picco” ed “ultimo” (approssimazione massima del 15%)
Risposta sismica Se progettate elasticamente sotto eventi sismici di progetto, ovvero aventi il 10% di probabilità di eccedenza in 50 anni (periodo di ritorno di 475 anni), le pareti rivelano una buona risposta sismica offrendo adeguati margini di sicurezza (buona duttilità per sovraresistenza) nei riguardi di eventi più gravosi.
FUTURI SVILUPPIFUTURI SVILUPPI
Validazione del modello teorico sulla base di un ampio database sperimentale
Estensione dell’analisi dinamica non lineare parametrica
Redazione di abachi progettuali utilizzando i risultati dell’analisi parametrica
Risposta sperimentale connessioni CP Possibilità di utilizzo dei pannelli CP per la realizzazione del rivestimento esterno delle pareti,
rappresentando una alternativa ai pannelli a base di legno che consenta di realizzare finiture esterne più comuni alla pratica edilizia italiana.