Valutazione dell'efficacia delle procedure di Pushover convenzionali, modali ed adattive applicate a telai piani in c.a. regolari ed irregolari in elevazione.

The research performed during the PhD and presented in this thesis, allowed to make judgments on pushover analysis method about its application in evaluating the correct structural seismic response. In this sense, the extensive critical review of existing pushover procedures (illustrated in chapter 1) outlined their major issues related to assumptions and to hypothesis made in the application of the method. Therefore, with the purpose of evaluate the effectiveness of pushover procedures, a wide numerical investigation have been performed. In particular the attention has been focused on the structural irregularity on elevation, on the choice of the load vector and on its updating criteria. In the study eight pushover procedures have been considered, of which four are conventional type, one is multi-modal, and three are adaptive. The evaluation of their effectiveness in the identification of the correct dynamic structural response, has been done by performing several dynamic and static non-linear analysis on eight RC frames, characterized by different proprieties in terms of regularity in elevation. The comparisons of static and dynamic results have then permitted to evaluate the examined pushover procedures and to identify the expected margin of error by using each of them. Both on base shear-top displacement curves and on considered storey parameters, the best agreement with the dynamic response has been noticed on Multi-Modal Pushover procedure. Therefore the attention has been focused on Displacement-based Adative Pushover, coming to define for it an improvement strategy, and on modal combination rules, advancing an innovative method based on a quadratic combination of the modal shapes (QMC). This latter has been implemented in a conventional pushover procedure, whose results have been compared with those obtained by other multi-modal procedures. The development of research on pushover analysis is very important because the objective is to come to the definition of a simple, effective and reliable analysis method, indispensable tool in the seismic evaluation of new or existing structures.

Effetto dei tamponamenti sulla risposta dinamica di un edificio in cemento armato

Nella presente tesi viene esaminato il comportamento dinamico un edificio a struttura intelaiata in cemento armato, focalizzando l’attenzione sull’interferenza esercitata dai tamponamenti e dai tramezzi non portanti. Le murature non portanti sono modellate come bielle equivalenti, la cui rigidezza viene determinata adottando un modello elastico-lineare dell'edificio. Nelle analisi dinamiche, poi, si introduce la non-linearità dei materiali in maniera concentrata: mediante cerniere plastiche flessionali alle estremità di travi e pilastri, e mediante cerniere plastiche assiali nelle bielle equivalenti. Si mostra che, grazie alla presenza dei setti murari, aumentano notevolmente la rigidezza e la resistenza della struttura nella direzione orizzontale perpendicolare ai piani di orditura dei telai: questa direzione diviene più forte rispetto a quella che, considerando la sola disposizione dei telai e la quasi totale assenza di collegamenti fra gli stessi, dovrebbe invece presentarsi meno vulnerabile sotto le azioni orizzontali. Viene inoltre mostrato che, nel loro piano, i telai dell'edificio esaminato offrono buone prestazioni in termini di resistenza all’azione sismica.

Comportamento flessionale di nodi esterni in calcestruzzo fibrorinforzato

SOMMARIO – Si presenta un macro modello di tipo reticolare in grado di riprodurre il comportamento in presenza di taglio e momento di nodi esterni trave-colonna di telai in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio
uncinato ed ordinario. Il caricamento del sistema è di tipo monotono come nel caso dell’analisi di pushover. Il modello considera la presenza di armature orizzontali e verticali della regione nodale e tiene in conto delle modalità
di rottura legate allo snervamento delle barre e allo schiacciamento delle regioni compresse in regime di sforzi pluriassiali. Il modello include le deformazioni flessionali della trave e della colonna in presenza di sforzo normale costante e restituisce la risposta del sistema colonna-nodo-trave (sub-assembralggio) tramite le curve carico-freccia all’estremità della semitrave. Per i singoli costituenti (trave, colonna e nodo) si è considerata la prima fessurazione, lo snervamento e lo schiacciamento delle regioni compresse e si sono fornite precise indicazioni sulla sequenza degli eventi che come è noto sono di fondamentale importanza per lo sviluppo di un progetto plastico che rispetti la gerarchia delle resistenze. Con l’uso del modello il controllo della gerarchia delle resistenze avviene a livello sezionale (lo snervamento delle barre deve avvenire prima dello schiacciamento delle regioni compresse) o di macro elemento (nella regione nodale lo snervamento delle staffe precede la crisi dei puntoni) e dell’intero elemento
sub-assemblaggio trave debole, colonna forte e nodo sovraresistente.
La risposta ottenuta con i modello proposto è in buon accordo con le risposte sperimentali disponibili in letteratura (almeno in termini di resistenza del sub-assemblaggio). Il modello è stato ulteriormente validato con analisi
numeriche agli elementi finiti condotte con il codice ATENA-2D. Le analisi numeriche sono state condotte utilizzando per il calcestruzzo fibroso adeguate leggi costitutive proposte dagli autori ed in grado di cogliere gli effetti
di softening e di resistenza residua a trazione legati alla presenza di fibre. Ulteriori sviluppi del modello saranno indirizzati a includere gli effetti di sfilamento delle barre d’armatura della trave e del conseguente degrado delle
tensioni d’aderenza per effetto di carichi monotonici e ciclici.

SUMMARY – A softened strut-and-tie macro model able to reproduce the flexural behavior of external beam-tocolumn joints with the presence of horizontal and vertical steel bars, including softening of compressed struts and yielding of main and secondary steel bars, is presented, to be used for the pushover analysis. The model proposed is able to calculate also the flexural response of fibrous reinforced concrete (FRC) beam-to-column sub-assemblages in term of a multilinear load-deflection curves. The model is able to take into account of the tensile behavior of main bars embedded in the surrounding concrete and of the softening of the compressed strut, the arrangement and percentage of the steel bars, the percentage and the geometry of steel fibers. First cracking, yielding of main steel and crushing of concrete were identified to determine the corresponding loads and displacement and to plot the simplified monotonic load-deflection curves of the sub-assemblages subjected in the column to constant vertical
load and at the tip of the beam to monotonically increasing lateral force. Through these load-delfection curves the component (beam, joint and column) that first collapse can be recognized and the capacity design can be verified.
The experimental results available in the literature are compared with the results obtained through the proposed model. Further, a validation of the proposed model is numerically made by using a non linear finite element program (ATENA-2D) able to analyze the flexural behavior of sub-assemblages.

Analisi di pushover 3D per strutture in c.a.

In the present study, a new pushover procedure for 3D frame structures is proposed, based on the application of a set of horizontal force and torque distributions at each floor level; in order to predict the most severe configurations of an irregular structure subjected to an earthquake, more than one pushover analysis has to be performed. The proposed method is validated by a consistent comparison of results from static pushover and dynamic simulations in terms of different response parameters, such as displacements, rotations, floor shears and floor torques. Starting from the linear analysis, the procedure is subsequently extended to the nonlinear case. The results confirm the effectiveness of the proposed procedure to predict the structural behaviour in the most severe configurations.