ADVANCED TECHNIQUES OF NON LINEAR MODELLING FOR COMPOSITE STRUCTURES IN SEISMIC AREA

2013/2014Nella presente tesi si sono analizzate le principali problematiche relative alla modellazione non lineare delle strutture composte intelaiate in zona sismica. Nella prima parte si sono esaminati in dettaglio i criteri attualmente adottati nella progettazione classica delle strutture intelaiate composte acciaio-calcestruzzo, facendo principalmente riferimento alle indicazioni sismiche fornite dall’Eurocodice 8. Successivamente si è affrontato il tema della progettazione del giunto composto, a questo proposito si è definito un iter progettuale con una procedura semplificata passo-passo utilizzando un software sviluppato in Excel. Tale software è stato sviluppato con lo scopo principale di facilitare la progettazione dei giunti saldati e flangiati indicando i passi e le verifiche da eseguire fino all’ottenimento della risposta in termini di momento-rotazione. La procedura di progettazione è stata poi validata sulla base di un test sperimentale per entrambi i giunti. Nel terzo capitolo è stata affrontata la tematica relativa alla modellazione non lineare della struttura con riferimento ad un telaio multipiano oggetto di studio di ricerca presso l’università del Sannio. Le non linearità del telaio si sono modellate prima attraverso l’uso di cerniere rigido-plastiche e in un secondo momento attraverso molle elasto-plastiche unite alla trave ed alla colonna con dei tratti rigidi. Sono stati forniti tutti i dettagli per una corretta modellazione e uso con il software agli elementi finiti Sap2000 al fine di condurre una analisi statica non lineare di “Pushover”. Per meglio comprendere i reali meccanismi che si vengono a realizzare in prossimità delle zone nodali, si è considerata la modellazione solida 3D agli elementi finiti facendo riferimento al software Abaqus/CAE. Anche in questo caso è stata presentata una procedura di modellazione passo-passo, atta a rendere semplice anche questo tipo di analisi. La modellazione 3D è stata applicata sia alla tipologia di giunto saldato che a quello flangiato. In particolare, si sono analizzati a fondo i modelli di materiale impiegati, studiando la derivazione dei parametri che ne governano il loro comportamento. Si sono inoltre introdotte diverse tecniche di modellazione delle interazioni tra gli elementi che compongono il giunto. Sulla base dei risultati dei test sperimentali condotti presso l’Università Federico II di Napoli, è stato validato il modello agli elementi finiti solidi proposto. L'analisi della risposta numerica ottenuta, sotto un carico monotono si è dimostrata coerente con l’inviluppo della risposta ciclica sperimentale, sia per le risposte locali che per quelle globali. Questo tipo di modellazione si è inoltre dimostrata in grado di predire adeguatamente anche i fenomeni di instabilità locale che avvengono nelle fasi finali di comportamento del giunto. In conclusione, si può affermare che la tesi qui sviluppata può costituire un primo punto di partenza per la progettazione sismica delle strutture composte acciaio-calcestruzzo, argomento particolarmente complesso e articolato. Inoltre, il fatto che il modello numerico agli elementi finiti di tipo solido sviluppato si sia dimostrato particolarmente affidabile per lo studio di questo tipo di strutture, può fare propendere per un suo ampio utilizzo nello sviluppo preliminare di nuovi prototipi di giunti composti.XXVII Ciclo196

Three-Dimensional Numerical Simulations Of Steel Concrete Composite Beam-To-Column Welded And Bolted Joints

The behaviour of composite joints continues to be an issue of interest in the area of steel and composite structures. The progress achieved in the programming and computer technology made possible the application of advanced 3D Finite Element Method for the analysis of composite steel concrete frame joints and simulate their real behaviour. The goal of this 3D modelling is to obtain \u201cLoad-deflection\u201d curves as close as possible to the ones experimentally obtained, in a practical way and with reduced cost and time. The study presents in detail two illustrative examples created by using 3D FEM for a welded joint and a joint with extended end plate. For both joints, a nonlinear static analysis was applied using ABAQUS commercial code, ver. 6.11 and the obtained results were compared with experimental full-scale composite joints conducted by the authors. The numerical models were created by using 3D finite elements of solid type C3D4R, considering the contact between components and the bolts pre-tensioning. A Concrete damaged plasticity \u201cCDP\u201d model was used for concrete material and a steel damage option based on Gurson's porous metal plasticity theory was used for the steel structure. The analysis focused on the state of stress at each loading step, the failure mode in comparison with the one experimentally observed, and the comparison of the Load-Deflection predictions curves with the ones experimentally obtained

Modellazione in campo non lineare delle strutture composte intelaiate acciaio-calcestruzzo in zona sismica - Parte 2: Il telaio composto

La progettazione e la modellazione di una struttura intelaiata composta in zona sismica risulta particolarmente complessa a causa della presenza della soletta, della sua interazione nella zona di plasticizzazione della trave e della complessit\ue0 del nodo. Nella prima parte di questo lavoro \ue8 stato affrontato il problema relativo alla modellazione e progettazione del nodo, in questa seconda parte si approfondiscono le problematiche relative alla modellazione di un intero telaio composto qualora si effettui una analisi non lineare di pushover. Come noto, le recenti normative in campo sismico adottano, per la progettazione dei telai composti acciaio-calcestruzzo, criteri di Capacity Design basati sulla gerarchia delle resistenze e sulla dissipazione energetica. La strategia adottata per soddisfare tali criteri \ue8 quella di sviluppare la plasticizzazione alle estremit\ue0 delle travi, evitando la formazione della stessa nelle colonne o nei nodi. Di conseguenza, diventa molto importante la corretta modellazione di dette zone dissipative. A tale fine, nel lavoro si presentano e si comparano due differenti approcci all\u2019interno della modellazione a plasticit\ue0 concentrata delle zone plastiche; uno basato sull\u2019uso di cerniere rigido-plastiche e l\u2019altro su elementi link non lineari