anno accademico 2008/2009 ingegneria sismica ‐‐...
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Anno accademico 2008/2009
Ingegneria Sismica Ingegneria Sismica ‐‐ CISCIS
Emanuele Del Emanuele Del MonteMonte
E‐mail: [email protected]: www.dicea.unifi.it/~emadelmo
Firenze, 12/03/2009
PRIMA PARTE
CARATTERISTICHE EDIFIFICI IN MURATURA
ANALISI FEM (FRAME BY MACRO ELEMENTS)
ANALISI STATICA NON LINEARE (PUSHOVER)
SECONDA PARTE
ESEMPIO DI MODELLAZIONE, CALCOLO E VERIFICA CON IL SOFTWARE
3MURI
Caratteristiche edifici in muratura
Le murature offrono ottima resistenza ai carichi verticali (peso proprio, carichi
variabili) che manifestano sostanzialmente effetti di compressione.
I carichi sismici che si manifestano con azioni orizzontali, possono indurre stati di
ll it i (t i i) i tibili l ità di i t d l t i l lsollecitazione (trazioni) incompatibili con la capacità di resistenza del materiale e con la
manifestazione di crepe che denunciano lo stato di sofferenza della struttura.
In ogni caso è necessario valutare la struttura mediante uno schema scatolareIn ogni caso è necessario valutare la struttura mediante uno schema scatolare
costituito da elementi verticali (pareti) e orizzontali (solai) che mutuamente vincolati
costituiscono l’organismo strutturalecostituiscono l organismo strutturale.
Caratteristiche edifici in muratura
Meccanismi di collassoMeccanismi di collasso
Collasso della parete al di fuori del pianoCollasso della parete al di fuori del piano
Collasso della parete nel pianoCollasso della parete nel piano
La potenzialità della muratura come elemento strutturale portante è indubbiamentep p
data dalla grande resistenza che questa è in grado di mobilitare nel suo piano.
In questo caso la rottura si manifesta prevalentemente per taglio diagonale o presso
flessione negli spigoli. Fuori piano la muratura non ha capacità resistente
apprezzabile e quindi di fatto viene trascurata. La rottura si verifica prevalentemente
per ribaltamento, flessione o instabilità.
Caratteristiche edifici in muratura
Un’adeguata resistenza globale si realizza con un
Buon ammorsamento tra le pareti e un
buon collegamento tra solaio e pareti
( t t t l )(comportamento scatolare).
Il comportamento globale della struttura all’azione sismica è fortemente influenzatoIl comportamento globale della struttura all’azione sismica è fortemente influenzato,
ancor prima che dalle caratteristiche intrinseche dei singoli elementi strutturali, dal
grado di connessione presente tra essigrado di connessione presente tra essi.
La presenza di un buon ammorsamento innesca la collaborazione nella risposta tra le
varie componenti dell’organismo funzionalevarie componenti dell organismo funzionale.
Caratteristiche edifici in muratura
Un’adeguata resistenza globale si realizza con un
Buon ammorsamento tra le pareti e un
buon collegamento tra solaio e pareti
( t t t l )(comportamento scatolare).
La rigidezza dei solai nel proprio piano assume un ruolo fondamentale inLa rigidezza dei solai nel proprio piano assume un ruolo fondamentale, in
particolare nei riguardi dell’azione sismica. Solai rigidi ripartiscono le azioni fra le pareti
in base alla loro rigidezza ed alla posizione in pianta favorendo inoltre l’instaurarsi diin base alla loro rigidezza ed alla posizione in pianta, favorendo, inoltre, l instaurarsi di
meccanismi di collasso nel piano. Di contro, nel caso di solai molto flessibili, la
ripartizione delle azioni sulle varie pareti resistenti avviene in funzione della loro arearipartizione delle azioni sulle varie pareti resistenti avviene in funzione della loro area
d’influenza dei carichi verticali, accentuandone il comportamento indipendente.
Caratteristiche edifici in muratura
Un’adeguata resistenza globale si realizza con un
Buon ammorsamento tra le pareti e un
buon collegamento tra solaio e pareti
( t t t l )(comportamento scatolare).
Per evitare i meccanismi fuori pianoPer evitare i meccanismi fuori piano
è necessario che i collegamenti siano efficaci
con l’impiego di cordolature incatenamenticon l impiego di cordolature, incatenamenti
ed un buon ammorsamento della tessitura
di elementi murari.di elementi murari.
Analisi FME (Frame by Macro Elements)
L’osservazione dei danni provocati dal terremoto è la fonte principale per conoscere e
( y )
valutarne gli effetti sulle strutture.
Si possono individuare tre tipologie di rotture in funzione della geometria, delle
tt i ti h d i t i li l di i i di i lcaratteristiche dei materiali e le condizioni di vicolo.
Analisi FME (Frame by Macro Elements)
Le pareti vengono suddivise in componenti elementari: maschi, fasce ed elementi
( y )
rigidi. In particolare gli elementi “maschio” sono disposti a fianco delle aperture, gli
elementi “fascia” sopra e sotto le aperture. La parte di muratura restante che non
fi t i di è t t i ò id i fi it t i idconfina con aperture e quindi è contenuta, si può considerare infinitamente rigida
rispetto agli altri elementi e viene modellata con rigidezza infinita (tratti neri).
Collegando questi elementi si ottiene uno schema a telaio detto telaio equivalenteCollegando questi elementi si ottiene uno schema a telaio, detto telaio equivalente.
Analisi FME (Frame by Macro Elements)
Il modello globale della struttura è costituito da pareti e solai.
( y )
Compito dei solai è la trasmissione delle forze orizzontali tra le varie pareti.
Il solaio con maggiore rigidezza trasmette le sollecitazioni alle pareti in modo più
ffi Q t è iù id t t l f l ti it d h ilefficace. Questo è ancora più evidente superata la fase elastica , evitando che il
cedimento della parete centrale determini il cedimento dell’intera struttura.
Analisi FME (Frame by Macro Elements)
Elemento non lineare
( y )
Limite elasticoLimite elastico
Li i di ll
F
Fu Limite di collassou
Analisi PushoverCos’è un’analisi statica non lineare o analisi pushover?
È un’analisi statica non lineare di tipo incrementale
Vengono inizialmente applicati i carichi verticali e dopo un vettore di carico
orizzontale di tipo incrementale
Mantenendo costanti i carichi verticali, vengono amplificati quelli orizzontali fino al
raggiungimento del collasso strutturale.
adattiva
Analisi PushoverCos’è un’analisi statica non lineare o analisi pushover?
Permette di valutare la capacità o prestazione (“performance”) della struttura, e
confrontarla con la domanda ovvero l’azione sismica di progettoconfrontarla con la domanda, ovvero l azione sismica di progetto.
Analisi Pushover
Metodo N2 – Metodo dell’oscillatore equivalente
11 stepstepDeterminare il legame forza –spstamento generalizzato, tra larisultante delle forze applcate(taglio alla base) e spostamento(taglio alla base) e spostamentodi un punto di controllo(baricentro ultimo piano)
22 stepstepppDeterminare le caratteristiche diun sistema ad 1 g.d.l. acomportamento bilineareequivalenteequivalente
Analisi Pushover
Metodo N2 – Metodo dell’oscillatore equivalente
22 stepstepDeterminare le caratteristiche diun sistema ad 1 g.d.l. acomportamento bilineareequivalente
PARAMETRIPARAMETRIFFyy
** ddmm**
Fbu*
Fbu*
Analisi Pushover
Metodo N2 – Metodo dell’oscillatore equivalente
22 stepstepDeterminare le caratteristiche diun sistema ad 1 g.d.l. acomportamento bilinearecomportamento bilineareequivalente
PARAMETRI** ** ** **FFyy** ddmm
** ddyy** -- kk**
Detta Fbu la resistenza massima del sistemastrutturale reale ed Fbu* =Fbu/Γ la resistenzastrutturale reale ed Fbu Fbu/Γ la resistenzamassima del sistema equivalente, il trattoelastico si individua imponendone ilpassaggio per il punto 0,6Fbu* della curva di
ità d l i t i l t l f dicapacità del sistema equivalente, la forza diplasticizzazione Fy* si individua imponendol’uguaglianza delle aree sottese dalla curvabilineare e dalla curva di capacità per lop pspostamento massimo u* d corrispondente aduna riduzione di resistenza ≤ 0,15Fbu*.
Analisi Pushover
33 stepstepDeterminare ledella domanda
dmax*
in spostamento
T*
Analisi Pushover
Metodo N2 – Metodo dell’oscillatore equivalente
44 stepstepConversione della domanda in quella effettiva del sistema a MDOFConversione della domanda in quella effettiva del sistema a MDOF
Analisi Pushover
85%85%
Fase 4Fase 4Fase 3Fase 3
Analisi Pushover con 3Muri
Analisi Pushover con 3Muri
85%85%
Analisi PushoverVERIFICHE
SLUSLU
Dmax (sisma allo SLU) < Du (dell’edificio)Dmax (sisma allo SLU) < Du (dell edificio)
q* < 3 rappresenta il rapporto tra la forza di risposta elastica e la forza di*
snervamento del sistema equivalente. *
* *e *
y
mq S TF
SLD
Dmax (sisma allo SLD) < Dd (dell’edificio)
dove Dd è il minimo:
- spostamento corrispondente al massimo taglio
- spostamento che genera un drift di piano pari allo 0.3%
dell’altezza di interpiano
Analisi Pushover
*
*
* *e *
y
mq S TF
indicatori di rischio secondo l’OPCM 3362/2004
Alfa u = PGA(slv) / PGA (sisma)
Analisi Pushover
indicatori di rischio secondo l’OPCM 3362/2004indicatori di rischio secondo l OPCM 3362/2004
AlfaAlfa uu == PGA(PGA(slvslv)) // PGAPGA (sisma)(sisma)
PGA (slv) = ag, accelerazione orizzontale massima del terreno in( ) g,
condizioni ultime