Dispositivo dissipativo per edifici prefabbricati in calcestruzzo armato
La risposta sismica delle strutture prefabbricate non progettate per resistere ai carichi sismici può essere incrementata sfruttando la dissipazione energetica di appositi dispositivi di collegamento trave-pilastro. Nel presente lavoro sono descritte le principali fasi di sviluppo di uno di tali dispositivi, partendo dallo studio e la modellazione della geometria fino alla definizione del criterio di progetto.
Il dispositivo è adatto per l’installazione sia in nuove costruzioni sia in edifici esistenti al fine di permettere il trasferimento meccanico delle sollecitazioni sismiche tra trave e colonna, incrementare la dissipazione di energia della struttura e permetterne l’installazione anche in caso di impianti presenti nell’edificio.
La prestazione strutturale e la stabilità del dispositivo sono valutate con l’utilizzo di analisi di instabilità e analisi dinamiche non lineari di tipo time history. I risultati computazionali sono stati validati tramite prove sperimentali.
I recenti terremoti hanno evidenziato innumerevoli vulnerabilità dei prefabbricati esistenti
Gli edifici prefabbricati in calcestruzzo armato sono ampiamente utilizzati sul territorio italiano perché in grado di ricoprire grandi superfici, garantire alti controlli sulla qualità dei materiali e degli elementi e ridurre i tempi e i costi di costruzione. Le strutture prefabbricate sono spesso utilizzate nel settore commerciale e industriale in quanto realizzate generalmente su un unico livello e caratterizzate da strutture semplici e regolari.
Esse sono generalmente costituite da schemi strutturali semplici composti da pilastri incastrati alla base o connesse alla fondazione per mezzo di dispositivi di collegamento meccanici. Sui pilastri grava il peso del carroponte, specialmente negli edifici industriali, e quello delle travi prefabbricate che a loro volta sorreggono i tegoli di copertura. Il collegamento tra le travi ei pilastri in passato poteva essere a semplice attrito mentre oggi tramite collegamenti meccanici. Sulla superficie di contatto tra trave e pilastro è di solito interposto un materassino in neoprene per la diffusione dei carichi verticali.
I recenti terremoti italiani hanno evidenziato innumerevoli vulnerabilità degli edifici prefabbricati esistenti (Magliulo et al. 2014, Bournas et al. 2014, Belleri et al. 2015a, Belleri et al. 2015b, Ercolino et al. 2016). I principali collassi sono stati causati da elevati spostamenti in testa al pilastro che hanno portato a una perdita dell’appoggio della trave o dei tegoli di copertura, rottura dei collegamenti dei pannelli prefabbricati perimetrali con conseguente caduta, collasso delle forcelle in calcestruzzo armato in sommità ai pilastri (Brunesi et al. 2015, Belleri et al. 2016, Belleri et al. 2017, Dal Lago et al. 2018, Iervolino et al. 2019, Ricci et al. 2019, Magliulo et al. 2019, Bracchi et al. 2019, Cantisani et al. 2019, Ra- gni et al. 2019).
Tra i possibili interventi atti a evitare la perdita dell’appoggio nella connessione trave-pilastro c’è l’inserimento di opportuni dispositivi di collegamento (Belleri et al. 2017, Magliulo et al. 2017, Torquati et al. 2018). Questi possono contribuire a irrigidire il sistema, evitando possibili ribaltamenti della trave nel fuori piano, e alla dissipazione energetica, tipicamente associata al solo sviluppo delle cerniere plastiche alla base dei pilastri.
Dispositivo di collegamento
Il dispositivo di collegamento trave-pilastro qui indagato, oltre a fornire una risorsa aggiuntiva per lo smorzamento della struttura aumentando la dissipazione energetica, contribuisce a incrementare il livel- lo di rigidezza della connessione.
Inizialmente, definita la tipologia di geometria a mezza luna (Fig. 1), è stata condotta una progettazione preliminare del dispositivo con il software di calcolo Midas Gen al fine di ottenere una plasticizzazione uniforme dell’elemento tramite la variazione della larghezza dello stesso. È stato preliminarmente ipotizzato un dispositivo di larghezza massima pari a 19cm e spessore 1cm.
dove NEd è l’azione assiale sollecitante, MEd è il momento flettente sollecitante, A è l’area trasversa- le, Wpl è il modulo di resistenza plastico calcolato come bh2/4 (b e h sono le dimensioni medie della sezione nel tratto di interesse) e fyd è la resistenza a snervamento di progetto ottenuta considerando un acciaio di classe S235.
Attraverso un processo iterativo è stato possibile definire la geometria di partenza dell’elemento (in- dicata con l’id. C10). Il dispositivo è stato quindi modellato in Abaqus per verificare l’assenza di fenomeni di instabilità presso-flesso-torsionali. Per de- finire la geometria ottimale del dispositivo sono state analizzate delle varianti rispetto alla configurazione iniziale incrementando (prefisso A) e diminuendo (prefisso B) la curvatura del dispositivo del 50% e dimezzando lo spessore dell’elemento (ossia 5mm, suffisso 5). Questi confronti sono stati condotti al fine di definire una correlazione tra la variazione di curvatura del dispositivo e la forza massima sviluppata da quest’ultimo.
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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021
organizzati da aicap e CTE
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