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Analisi numerico-sperimentale del comportamento al sisma e al fuoco di giunti composti acciaio-calcestruzzo, a parziale ripristino di resistenza flessionale

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INDICE 1- INTRODUZIONE 1.1 Strutture composte acciaio-calcestruzzo soggette all’azione del sisma e del fuoco 2 1.2 Sintesi del lavoro di tesi 4 2 – IL PROGETTO PRECIOUS (RFS-CR-03034) 2.1 Introduzione 7 2.2 Obiettivi e scopi 7 2.3 Caratteristiche geometriche del giunto 8 3 - VERIFICA DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI SOGGETTI ALL’AZIONE SISMICA E TERMICA 3.1 Introduzione 14 3.2 Prescrizioni normative 14 3.3 Materiali e proprietà meccaniche 15 3.4 Analisi dei carichi 20 3.5 Combinazioni di carico 23 3.6 Verifica degli elementi strutturali 24 3.7 Verifica degli elementi strutturali soggetti al sisma 24 3.7.1 Verifica della soletta con getto di calcestruzzo su lamiera grecata e della soletta con getto di calcestruzzo su lastra prefabbricata 24 3.7.2 Verifica delle travi composte acciaio-calcestruzzo. 26 3.7.3 Verifica delle colonne composte 30 3.8 Verifica degli elementi strutturali soggetti al fuoco 33 3.8.1 Programma per l’analisi termica mediante modellazione ad elementi finiti: SAFIR 33 3.8.2 Analisi termica del telaio 36 3.8.3 Analisi termica degli elementi 42 3.8.4 Verifica della soletta su lamiera grecata 43 3.8.5 Verifica della soletta in calcestruzzo gettata su lastra predalles 47 3.8.6 Verifica della travi composte 49 3.8.7 Verifica delle colonne composte 51 3.9 Verifica del giunto Trave-Colonna 58 3.9.1 Introduzione 58 3.9.2 Il metodo per componenti 58 3.9.2.1 Generalità 60 3.9.2.2 Idealizzazione del giunto 65 3.10 Il metodo per componenti proposto da Spyrou (2002) 65 3.11 Azione del fuoco sulle proprietà meccaniche dell’acciaio e del giunto trave-colonna 66 3.11.1 Proprietà termo-meccaniche dell’acciaio a temperature elevate. 66 3.11.2 Carico termo-meccanico 68 3.11.2.1 Risposta isotermica 69 3.11.2.2 Risposta non isotermica 70 4 - REALIZZAZIONE DEI CAMPIONI ed IL SET-UP SPERIMENTALE DI PROVA 4.1 Materiale utilizzato 72 4.1.1 Acciaio strutturale 72 4.1.2 Pioli ( Nelson Stud ) 74 4.1.3 Bulloni classe 10.9 75 4.1.4 Barre armatura 76 4.1.5 Lamiera grecata 78 4.1.6 Solette Predalles 78 4.1.7 Calcestruzzo 80 4.2 Getto calcestruzzo nelle colonne 82 4.3 Montaggio dei 6 provini 85 4.4 Getto delle solette 88 4.5 Posizionamento dei provini all’ interno del laboratorio 90 4.6 Condizioni sottoposte durante la maturazione 92 4.7 Differenze dalla progettazione 93 4.8 Difficoltà incontrate 93 4.9 Il Set-up di prova 94 4.9.1 I ritegni laterali e le cerniere 97 4.9.2 La strumentazione 99 4.9.3 L’acquisizione elettronica 109 4.9.4 Posizionamento della strumentazione 110 4.10 La modalità di prova 114 4.10.1 Storia di carico per la prova MONOTONA a momento NEGATIVO 114 4.10.2 Storia di carico per la prova MONOTONA a momento POSITIVO 115 4.10.3 La procedura ECCS (1986) 116 5 - RISULTATI DELLE PROVE SPERIMENTALI 5.1 Fase sperimentale 118 5.2 Valutazione delle forze attivate nel nodo trave-colonna 118 5.3 Risultati della 1° Prova Sperimentale 123 5.3.1 Situazione durante la prova 123 5.3.2 Elaborazione dei grafici 126 5.4 Risultati della 2° Prova Sperimentale 132 5.4.1 Situazione durante la prova 132 5.4.2 Elaborazione dei grafici 135 5.5 Risultati della 3° Prova Sperimentale 141 5.5.1 Situazione durante la prova 141 5.5.2 Elaborazione dei grafici 144 5.6 Confronto fra soluzione con Lamiera Grecata e lastra Predalles 150 5.6.1 Comportamenti locali 153 6 - MODELLAZIONE TRIDIMENSIONALE AD ELEMENTI FINITI 6.1 Introduzione 156 6.2 Il metodo degli elementi finiti 157 6.3 Le fasi dell’approccio agli spostamenti 158 6.4 Gli elementi isoparametrici 160 6.4.1 Condizioni di convergenza 160 6.4.2 Coordinate intrinseche e funzioni di forma 161 6.4.3 La formulazione isoparametrica 163 6.4.4 L’integrazione numerica 164 6.5 La risoluzione di problemi non lineari 166 6.5.1 Approccio alla non linearità 166 6.5.2 Il metodo di Newton-Raphson 167 6.5.3 Lo schema incrementale 169 6.6 Plasticità e criteri di snervamento 170 6.6.1 Il legame elasto-plastico incrementale 170 6.6.2 Criteri di plasticità 174 6.6.2.1 Introduzione 174 6.6.2.2 Invarianti di tensione 174 6.6.2.3 Piano deviatorico e piano meridiano 175 6.6.2.4 Meridiano di trazione e meridiano di compressione 177 6.7 Descrizione del modello agli elementi finiti 178 6.8 Definizione dei legami costitutivi dei materiali 179 6.8.1 Acciaio 179 6.8.1.1 Pilastro HEB260 179 6.8.1.2 Trave IPE300 180 6.8.1.3 End-Plate 181 6.8.1.4 Bullonatura 182 6.8.1.5 Zona di vincolo e di applicazione del carico 183 6.8.2 Calcestruzzo 183 6.8.2.1 Generale 183 6.8.2.2 Comportamento meccanico 183 6.8.2.3 Comportamento a trazione e compressione uniassiale 183 6.8.2.4 Rinforzo 185 6.8.2.5 Definizione del tension-stiffening 185 6.8.2.6 Relazione sforzo-deformazione dopo la frattura 185 6.8.2.7 Comportamento a compressione 187 6.8.2.8 Plasticità del calcestruzzo 187 6.8.2.9 Funzione di snervamento 189 6.9 Condizioni di carico e modalità dell’analisi 190 6.10 Descrizione delle interazioni per contatto 192 6.10.1 Generalità 192 6.10.2 Proprietà dei constraint 193 6.10.2.1 Contatto normale - tipo “Hard Conctact” 193 6.10.2.2 Contatto tangenziale – Tipo “Frictionless” e “Penalty” 194 6.10.2.3 Constraint tipo TIE 197 6.11 Condizioni di vincolo 198 6.12 Descrizione degli elementi usati nel modello 199 6.12.1 Elementi esaedrici a 8 nodi C3D8R 199 6.12.2 Elementi beam B31 200 6.12.3 Elementi tetraedrici C3D4 200 6.13 Modellazione dei vari elementi utilizzati 201 6.13.1 Modellazione della colonna composta 201 6.13.2 Modellazione della trave 202 6.13.3 Modellazione della soletta con lamiera grecata 204 6.13.4 Modellazione della soletta con predalles 205 6.13.5 Modellazione dei bulloni 206 6.13.6 Modellazione della barre di armatura 207 6.14 Caratteristiche globali e computazionale della mesh 208 6.15 Monitoraggio dei nodi 209 7 - CONFRONTO TRA SPERIMENTAZIONE E MODELLAZIONE 3D 7.1 Introduzione 212 7.2 Confronto fra modello numerico e risultati sperimentali 212 7.2.1 Campione soggetto a momento negativo 212 7.2.1.2 Confronto delle curve sperimentali e numeriche 216 7.2.2 Campione soggetto a momento positivo 218 7.2.2.2 Confronto delle curve sperimentali e numeriche 222 7.3 Meccanismi previsti dall’ EC8-1 per giunti compositi esterni 225 7.3.1 Meccanismi a momento positivo 225 7.3.1.2 Meccanismo tipo 1 225 7.3.1.3 Meccanismo tipo 2 226 7.3.1.4 Meccanismo tipo 3 227 7.3.2 Meccanismi a momento negativo 229 7.4 Attivazione del meccanismo Tipo 1 – Risultati numerici 230 7.5 Attivazione del meccanismo Tipo 2 232 7.6 Confronto fra meccanismi attivati 234 7.7 Considerazioni 236 8 – CONCLUSIONI E FUTURI SVILUPPI 8.1 Conclusioni 237 8.2 Futuri sviluppi 240
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Informazioni tesi

  Autore: Marcello Bottura
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Università degli Studi di Trento
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Civile
  Relatore: Oreste S. Bursi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 249

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