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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

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

In seguito agli eventi sismici registrati recentemente, l’unione scientifica europea ha deciso di intraprendere un ricerca specifica denominata PRECIOUS, acronimo di “Prefabricated Composite Beam-to-Concrete Filled Tube or Partially Reinforced - Concrete – Encased Column Connections for Severe Seismic and Fire Loadings” (Contratto ECSC-CR-03034), per valutare il comportamento in caso d’incendio di strutture composte acciaiocalcestruzzo per le quali sono già state apprezzate le prestazioni in condizione sismica.
Questa tesi, che si inserisce all’interno di tale ricerca, è finalizzata, in particolare, allo studio del giunto trave-colonna a parziale ripristino di resistenza flessionale, del quale si cercherà di valutare l’andamento di resistenza e rigidezza, in seguito all’applicazione delle due azioni eccezionali quali il sisma e il fuoco. Si vuole inoltre studiare con una modellazione numerica ad elementi finiti i principali meccanismo a collasso, confrontando poi i risultati con la sperimentazione in laboratorio.

Il lavoro di tesi si articola:
· la prima parte sarà dedicata alla descrizione del Progetto Europeo PRECIOUS;
· seguirà la verifica, secondo le attuali normative europee, delle solette, delle colonne e delle travi composte di un edificio prototipo nelle condizioni di carico sismico e di carico d’incendio;
· verrà eseguita tutta la procedura sperimentale in laboratorio comprendente: progettazione del setup, realizzazione dei campioni, posizionamento della strumentazione sul campione, esecuzione dei test monotoni e ciclici;
· verranno elaborati i dati sperimentali acquisiti dalla strumentazione per ricostruire i meccanismi instauratisi durante l’esecuzione della prova a rottura;
· creazione di un modello ad elementi finiti con il programma Abaqus 6.4-1 [Hibbit, Karlsson and Sorensen Inc. (1998)];
· calibrazione del modello ad elementi finiti in funzione dei risultati sperimentali eseguiti in precedenza;
· verranno verificati l’attivazione dei meccanismi descritti nell’ Eurocodice 8 e successivamente verificate le formulazioni previste dalla progettazione.

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CAPITOLO 1 Introduzione Pagina 2 1.1 Strutture composte acciaio-calcestruzzo soggette all’azione del sisma e del fuoco Le strutture composte acciaio-calcestruzzo costituiscono una soluzione progettuale che ha avuto crescente impiego nelle regioni soggette ad eventi sismici. Il motivo di tale successo deriva dai vantaggi offerti in termini di rigidezza, resistenza e duttilità degli elementi composti e dalla rapidità e facilità di esecuzione. Inoltre, tali strutture presentano delle buone caratteristiche di resistenza al fuoco rispetto alle strutture in acciaio; quest’ultimo aspetto è particolarmente interessante considerata l'alta probabilità che un incendio possa svilupparsi in seguito ad un evento sismico. Nonostante tali evidenti vantaggi, la conoscenza del comportamento duttile delle strutture composte risulta, allo stato attuale, sufficientemente sviluppata solo per quanto riguarda il comportamento di travi composte. Per ciò che riguarda invece il comportamento dissipativo di giunti a parziale ripristino di resistenza, di colonne composte e di nodi di base, le conoscenze risultano assai limitate. Inoltre è importante evidenziare che incendi e terremoti sono azioni eccezionali che in genere sono trattate come eventi indipendenti e considerati separatamente nella progettazione, trascurando la possibile sequenza temporale degli eventi. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di avvicinarsi ad un nuovo approccio progettuale per strutture a telaio nel quale gli elementi strutturali dissipativi dovranno garantire soddisfacenti prestazioni in presenza di azioni sismiche e al contempo assicurare un adeguato comportamento al fuoco pur con caratteristiche meccaniche deteriorate dagli effetti dell’azione sismica. S’intendono ottenere, quindi, informazioni con le quali definire procedure per la progettazione di giunti trave-colonna duttili ed in grado di resistere agli incendi: giunti interni ed esterni costituiti da colonne “partially encased” ossia sezioni ad I parzialmente rivestite di calcestruzzo. I dati sulla resistenza al fuoco ottenuti attraverso un’indagine numerico-sperimentale possono costituire la base per la definizione dei dettagli costruttivi dei giunti e per lo sviluppo di modelli di danno che saranno utilizzati per la predizione e la valutazione del danneggiamento di strutture a telaio sottoposte a terremoti ed incendi. Come accennato precedentemente, l'assemblaggio di elementi in acciaio con elementi in conglomerato cementizio armato permette di realizzare delle strutture che consentono di sfruttare le peculiari caratteristiche dei due elementi che le formano.

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