M - Corsi di Studio di Ingegneria

PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE ANTISIMICA:
PROBLEMI SPECIFICI PER LE COSTRUZIONI IN ACCIAIO
Walter Salvatore, e-mail [email protected]
Dipartimento di Ingegneria Civile
Università di Pisa
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze
Le azioni sismiche utilizzate nel progetto sono ridotte tramite il fattore di
struttura (q factor – EC8) in modo da obbligare la “struttura”
struttura ad assorbire le
azioni sismiche in campo plastico
3
2,5
ELASTIC SPECTRUM
S(T)/g
2
1,5
1
DESIGN
SPECTRUM q=6
0,5
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
T [s]
2
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze
Momento Flettente [kkNm]
La struttura “sopravvive” dissipando l’energia fornita dal sisma tramite
cicli di deformazione plastica in zone opportunamente localizzate
(
(cerniere
i
plastiche):
l ti h ) sii sfruttano
f tt
l caratteristiche
le
tt i ti h di “duttilità”
“d ttilità” della
d ll
struttura piuttosto che quelle di “resistenza”
Cerniera Plastica
250
200
150
100
50
0
-50
-100
100
-150
-200
-250
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Rotazione Cerniera Plastica [mrad]
L’energia introdotta dal sisma
è dissipata dai cicli flessionali
anelastici nelle zone
“preposte”
preposte
xg(t )
terremoto
3
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Criteri di Progetto: duttilità strutturale
I livelli di duttilità
E’ possibile definire differenti “livelli” di duttilità, ognuno riferito ad un diverso
elemento strutturale, tra i quali esistono delle relazioni di dipendenza:
- duttilità del materiale,
materiale, me, intesa come massima deformazione plastica che un
materiale
ate a e può subire
sub e prima
p
a della
de a rottura;
ottu a;
- duttilità delle sezioni trasversali,
trasversali, mc, intesa come massima curvatura plastica
raggiungibile, dipendente dalla forma della sezione e dalla duttilità dei materiali
che
h la
l costituiscono;
tit i
- duttilità di elementi strutturali (nodi trave
trave--colonna, travi, colonne, …) mf,
dipendente dalla duttilità dei materiali utilizzati e dalla duttilità delle sezioni
trasversali degli elementi;
- duttilità strutturale,
strutturale, md, derivante dalla duttilità dei singoli elementi strutturali e
dalla loro disposizione relativa all
all’interno
interno del telaio
telaio.
CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
4
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Criteri di Progetto: duttilità strutturale
I livelli di duttilità
M
MY
Y
Y
U
Y
U
χU
με =
χY
εU
με =
εY
Duttilità del materiale
Duttilità della sezione
5
CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Criteri di Progetto: duttilità strutturale
I livelli di duttilità
M
F
MY
FY
Y
U
U
Y
ϕU
μϕ =
ϕY
δU
μδ =
δY
Duttilità di elementi strutturali
Duttilità della struttura
6
CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
6
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Criteri di Progetto: duttilità strutturale
Poiché il comportamento
sismico della struttura è
largamente dipendente dal
comportamento delle sue zone
critiche, esse debbono
formarsi ove previsto e
mantenere, in presenza di
azioni cicliche, la capacità di
trasmettere le necessarie
sollecitazioni
ll it i i e di di
dissipare
i
energia.
Tali fini possono ritenersi conseguiti qualora le parti non dissipative ed i collegamenti delle
parti dissipative al resto della struttura possiedano, nei confronti delle zone dissipative, una
sovraresistenza
i t
sufficiente
ffi i t a consentire
ti lo
l sviluppo
il
iin esse d
della
ll plasticizzazione
l ti i
i
ciclica.
i li
CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Criteri di Progetto: duttilità strutturale
Tali fini possono ritenersi conseguiti qualora le parti non dissipative ed i collegamenti delle
parti dissipative al resto della struttura possiedano, nei confronti delle zone dissipative, una
sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica.
La sovraresistenza è valutata moltiplicando la resistenza nominale di calcolo delle zone
dissipative per un opportuno coefficiente di sovraresistenza γRd, assunto pari, ove non
diversamente specificato, ad 1,3 per CD”A” e ad 1,1 per CD”B”.
CRITERI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze
Nel caso dei telai non controventati le deformazioni plastiche devono essere
concentrate nelle travi, preservando la colonna da deformazioni plastiche in
modo da: coinvolgere il maggior numero di travi,
travi distribuendo così la
deformazione plastiche in modo “omogeneo” nella struttura e prevenire
modalità di collasso “poco efficienti” o fragili
Controllo meccanismo di collasso
Capacity design
Incremento sollecitazioni agenti
negli elementi “protetti”
protetti
∑ M Rd,Colonne ≥ 1.3 × ∑ M Rd,Travi
ESd,Colonna = ESd,G + 1.1 ⋅ γ ov ⋅ Ω ⋅ ESd,E
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Applicabilità EC8 e gerarchia resistenze
Incongruenze tra norme di produzione e norme di progettazione strutturale
EN10025 - EN10080 e gli Eurocodici 3, 4 e 8, ad esempio, oppure fenomeni di
“sovraresistenza”
sovraresistenza eccessivi da parte degli elementi preposti a deformarsi
plasticamente potrebbero portare ad un comportamento strutturale diverso da
quello previsto in sede progettuale
min
snervamento
sovraresistenz
a
S235J0
S235J0
f y,misurato
γ ov =
= 1.25 (EC8)
f y,nominale
10
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
EC8
Steel Plates
520
EN10025-2
500
(a) fy,act≤1,10
480
γov fy,nom
EN1993-1-1: Rm/Re>1,10
requirement (b)
460
EN
N10025-2
2
Tensile Strength [[N/mm ]
S235 – 7ž16mm
Materials
EN1998-1-1
EN1993-1-1
440
Dissipative
p
zone: S235
420
Protected zone: S355
γov = 1,25
1 25
400
y = 0,4444x + 274,25
2
R = 0,3684
380
requirement (a)
360
Materials EN1998-1-1
340
215
265
315
EN10025-2
365
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
415
465
515
2
Yielding Stress [N/mm ]
11
Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
EC8
Steel Plates
EN1993-1-1: Rm/Re>1,10
600
EN10025-2
580
560
540
520
500
480
460
requirement (b)
EN100
025-2
2
Tensile
e Strength
h [N/mm ]
S275 – 7ž16mm
EN1998-1-1EN1993-1-1
Dissipativa zone: S275
Protected zone: S420
γov = 1,25
1 25
y = 0,6778x + 218,56
2
R = 0,7577
requirement (a)
EN1998-1-1
440
EN10025-2
420
400
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
2
Yielding Stress [N/mm ]
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
EC8
Steel Plates
EN1993-1-1: Rm/Re>1,10
650
EN10025-2
EN10025
2
EN1993-1-1
610
570
requirement (a)
EN10
0025-2
2
Tensile
e Strength [N/mm ]
S355 – 7ž16mm
γov = 1,25
1 25
530
Material EN1998-1-1
y = 0,636x
,
+ 255,88
,
2
R = 0,6959
490
EN10025-2
450
300
350
400
450
500
550
600
650
2
Yielding Stress [N/mm ]
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
DM2008
Steel Plates
(a) fy,act≤1,10 γRd fy,nom
650
EN10025-2
EN10025
2
S235
610
γRd=1,20
1,20
570
530
EN10
0025-2
2
Tensile
e Strength [N/mm ]
S235 – 7ž16mm
y = 0,636x + 255,88
2
R = 0,6959
490
EN10025 2
EN10025-2
450
300
350
400
00
450
50
500
550
600
650
2
Yielding Stress [N/mm ]
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
DM2008
Steel Plates
(a) fy,act≤1,10 γRd fy,nom
600
EN10025-2
580
S275
560
EN10025-2
2
Tensile
e Strength [N/mm ]
S275 – 7ž16mm
540
520
γRd=1,15
500
y = 0,6778x + 218,56
2
R = 0,7577
480
460
440
EN10025-2
420
400
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
2
Yielding Stress [N/mm ]
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
DM2008
(a) fy,act≤1,10
650
Steel Plates
γRd fy,nom
EN10025-2
EN10025
2
S355
610
γRd=1,10
570
530
EN10
0025-2
2
Tensile
e Strength [N/mm ]
S355 – 7ž16mm
y = 0,636x + 255,88
2
R = 0,6959
490
EN10025-2
450
300
350
400
450
500
550
600
650
2
Yielding Stress [N/mm ]
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
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Corso di aggiornamento professionale su DM 14.01.08
Progettazione sismica
Caratteristiche dei materiali
L’acciaio strutturale deve essere conforme ai requisiti
q
del § 11.3.4.9.
Il coefficiente di sovraresistenza del materiale, γRd, è definito come il rapporto fra il valore medio fy,m
della tensione di snervamento e il valore caratteristico fyk nominale. In assenza di valutazioni specifiche
si possono assumere i valori indicati in tabella
Acciaio
Fattori di sovraresistenza γRd
γ Rd = f y,m / f yk
S 235
1,20
S 275
1,15
S 355
1 10
1,10
S 420
1,10
S 460
1,10
Se la tensione di snervamento fyk dell’acciaio delle zone non dissipative e delle connessioni è
superiore alla fy,max dell’acciaio delle zone dissipative, è possibile assumere γRd=1,00.
Infine se si determina mediante prove la fym dell’acciaio si può adottare un γRd=fym/fyk.
COSTRUZIONI IN ACCIAIO – W. Salvatore
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