L'influenza dell'aleatorietà dei materiali sul comportamento di nodi trave-colonna a parziale ripristino di resistenza di telai composti acciaio-calcestruzzo ad elevata duttilità

L’obiettivo della tesi è quello di valutare l’influenza dell’aleatorietà delle caratteristiche meccaniche dei materiali, sul comportamento a flessione di nodi trave-colonna a parziale ripristino di resistenza, per telai in struttura composta sismo-resistenti ad elevata duttilità. In particolare è stato preso in esame, mediante il metodo delle componenti, il modello meccanico-analitico di un nodo trave-colonna di estremità, confrontandone il legame momento-curvatura con quello desunto da precedenti prove sperimentali effettuate su sottostrutture di un telaio. Mediante il metodo di simulazione Montecarlo, è stato possibile valutare il comportamento meccanico del nodo trave-colonna in termini probabilistici, tenendo conto dell’aleatorietà delle caratteristiche meccaniche dei materiali

L'influenza dell'aleatorietà dei materiali sulle prestazioni sismiche dei telai in acciaio

Le recenti normative per la progettazione antisismica delle strutture richiedono un sempre maggior sfruttamento delle risorse post-elastiche dei materiali da costruzione e, in particolare, dei prodotti d’acciaio. A tal proposito la dissipazione di energia è garantita attraverso prescrizioni di gerarchia delle resistenze, atte a far si che si formino meccanismi di collasso duttili. Il rispetto di tali prescrizioni può essere vanificato dalla variabilità delle proprietà meccaniche dei materiali: per tale motivo le norme di progetto introducono limiti restrittivi sulla sovra-resistenza della tensione di snervamento dell’acciaio strutturale. Queste norme (di progettazione) risultano in contrasto con le norme di prodotto che, per quanto riguarda la tensione di snervamento, impongono soltanto dei limiti inferiori. Da qui nasce l’obiettivo di fornire un contributo verso una armonizzazione tra le prescrizioni normative. A tal proposito, è stata svolta innanzi tutto una progettazione parametrica, scegliendo alcune tipologie geometriche di telai in acciaio e composti acciaio-calcestruzzo: alla luce dei risultati da essa ottenuti è stato possibile effettuare un’analisi critica nei riguardi della progettazione strutturale eseguita secondo gli Eurocodici, troppo spesso volta alla ricerca pedissequa dell’alta duttilità. Dopo la progettazione dei telai, quelli risultati più ottimizzati sono stati presi come base su cui effettuare un’analisi di tipo probabilistico, con il fine di valutare l’influenza della variabilità delle caratteristiche meccaniche dei materiali, sulla risposta sismica dei telai. In particolare l’attenzione è stata rivolta alle verifiche di capacity design presenti nell’Eurocodice 8, nell’ambito della progettazione lineare. Per prima cosa, dopo aver effettuato un’analisi statistica dei dati di produzione di alcune acciaierie, è stato, quindi, implementato un modello che permettesse la simulazione di campioni estratti da un sistema di variabili aleatorie il più possibile somigliante ai dati sperimentali. È stato possibile così poter applicare il metodo Monte Carlo. Infine, per poter valutare il comportamento post-elastico in maniera più realistica, è stato eseguito un set di analisi statiche non lineari, implementando le reali caratteristiche dei materiali in modo da simulare un campione di eventi aleatori ed ottenere, così, la risposta strutturale in termini statistici. Si è potuto, in tal modo, evidenziare le problematiche legate alla variabilità dei materiali e, nel contempo, sperimentare una metodologia, che potrebbe comunque essere applicata diffusamente, al fine di affrontare tali problematiche e ottenere, di volta in volta, le opportune soluzioni

Influence of variability of material mechanical properties on seismic performance of steel and steel-concrete composite structures

Modern standards for constructions in seismic zones allow the construction of buildings able to dissipate the energy of the seismic input through an appropriate location of cyclic plastic deformations involving the largest possible number of structural elements, forming thus a global collapse mechanisms without failure and instability phenomena both at local and global level. The key instrument for this purpose is the capacity design approach, which requires an appropriate selection of the design forces and an accurate definition of structural details within the plastic hinges zones, prescribing at the same time the oversizing of non-dissipative elements that shall remain in the elastic field during the earthquake. However, the localization of plastic hinges and the development of the global collapse mechanism is strongly influenced by the mechanical properties of materials, which are characterized by an inherent randomness. This variability can alter the final structural behaviour not matching the expected performance. In the present paper, the influence of the variability of material mechanical properties on the structural behaviour of steel and steel/concrete composite buildings is analyzed, evaluating the efficiency of the capacity design approach as proposed by Eurocode 8 and the possibility of introducing an upper limitation to the nominal yielding strength adopted in the design

INFLUENCE OF STEEL MECHANICAL PROPERTIES ON EBF SEISMIC BEHAVIOUR

Among the resisting steel types suitable for the design of high ductility structures, Eurocode 8 proposes MRFs and EBFs. Also if the formers are generally considered a more efficient structural solution for high-ductility design, they suffers a strong weakness in the lateral stiffness creating, during the design process, cumbersome procedures to avoid excessive lateral displacements maintaining quite high ductile behaviour under design seismic actions. In many cases, the design process produces not optimized structural members, oversized respect to the minimum seismic requirements due to lateral deformation limitations. On the contrary, EBF combines high lateral stiffness furnished by bracing elements and high dissipative capacities furnished by plastic hinges developed in links. Eurocode 8 proposes a design procedure for realizing high ductility EBF in which iterative checks are required to properly design the links assigning to every link a defined level resistance dependant on all other links resistance. The present paper investigates the seismic behaviour of EBFs using the Incremental Dynamic Analysis technique in order to explore their mechanical response under increasing seismic action levels. A set of steel structures is designed according to Eurocode 8. The numerical simulations are executed considering the variability of both steel mechanical properties and seismic input, aiming to a complete probabilistic characterization of mechanical response of the system and deeply analyzing the effective level of structural safety and the ability to internally redistribute plasticizations during the earthquake. Structural safety conditions will be defined according to a multi-level performance approach. The paper presents also some final suggestions for possible improvements/simplifications in EBF design

Safety factors for the structural design of glass

The safety verification of glass structures is usually made on the basis of a deterministic approach, without assessing the underlying probability of collapse. In this article, we propose to use the semi- probabilistic method in the limit-state design of glass structures by presenting properly-calibrated values of the partial safety factors of material strength, so as to obtain a probability of failure compatible with the target values indicated for each class of consequence by Eurocode 1 (EN 1990). Starting from a micromechanically-motivated model of fracture propagation, typically used for brittle materials, experimental results conducted in a previous campaign have been interpreted using the Weibull statistical distribution, taking into account that size-effect, type of stress (e.g., uniaxial vs. bi-axial) and the insidious phenomenon of subcritical crack growth (static fatigue due to fracture growth in time without increase of load) can affect the probability of failure. Actions like wind, snow and live (anthropic) loads have been modeled using the statistical distributions recommended in international structural codes. Then, the probabilistic method of level III has been applied for the verification of paradigmatic case studies, which have served to calibrate the partial safety factors to be used in the semi-probabilistic approach. A novelty, to our knowledge, is the proposal of a multiplication coefficient for the partial safety factor of material strength, instead that for the factors of loads, to distinguish in the verification the different classes of consequences, each one characterized by the probability threshold of collapse. The results of this study will furnish the basis for the design of glass structures according to the general performance requirements established by EN 1990

Safety factors for the structural design of glass

The safety verification of glass structures is usually made on the basis of a deterministic approach, without assessing the underlying probability of collapse. In this article, we propose to use the semi- probabilistic method in the limit-state design of glass structures by presenting properly-calibrated values of the partial safety factors of material strength, so as to obtain a probability of failure compatible with the target values indicated for each class of consequence by Eurocode 1 (EN 1990). Starting from a micromechanically-motivated model of fracture propagation, typically used for brittle materials, experimental results conducted in a previous campaign have been interpreted using the Weibull statistical distribution, taking into account that size-effect, type of stress (e.g., uniaxial vs. bi-axial) and the insidious phenomenon of subcritical crack growth (static fatigue due to fracture growth in time without increase of load) can affect the probability of failure. Actions like wind, snow and live (anthropic) loads have been modeled using the statistical distributions recommended in international structural codes. Then, the probabilistic method of level III has been applied for the verification of paradigmatic case studies, which have served to calibrate the partial safety factors to be used in the semi-probabilistic approach. A novelty, to our knowledge, is the proposal of a multiplication coefficient for the partial safety factor of material strength, instead that for the factors of loads, to distinguish in the verification the different classes of consequences, each one characterized by the probability threshold of collapse. The results of this study will furnish the basis for the design of glass structures according to the general performance requirements established by EN 1990

CNR-DT 210/2013 - Istruzioni per la Progettazione, l'Esecuzione ed il Controllo delle Strutture di Vetro

Gli sviluppi tecnologici hanno consentito negli ultimi decenni una strabiliante espansione delle applicazioni del vetro nel settore delle costruzioni. In virt\uf9 della sua trasparenza o traslucenza, questo materiale, che caratterizza alcune tendenze dell\u2019architettura moderna, vede moltiplicare le sue applicazioni in forma di pannelli di grande superficie, coperture, solai, scale, pareti, pilastri, parapetti. Gli elementi di vetro, utilizzati inizialmente con semplice funzione di tamponamento o rivestimento, costituiscono oggi strutture vere e proprie che, di conseguenza, devono essere sottoposte a procedure di calcolo, valutazione e controllo, dello stesso tipo di quelle utilizzate per tutti i materiali strutturali. La funzione strutturale \ue8 quindi nuova per un materiale antico, ma richiede particolare attenzione nel dimensionamento e nell\u2019impiego. Costruire con il vetro piuttosto che con altri materiali non \ue8 n\ue9 pi\uf9 difficile n\ue9 pi\uf9 complesso, ma richiede la considerazione di aspetti specifici essenzialmente legati alla sua fragilit\ue0 intrinseca. Un approccio consapevole alla progettazione pu\uf2 portare a soluzioni tecniche che consentono, in ogni caso, il raggiungimento di livelli di affidabilit\ue0 e sicurezza analoghi a quelli ottenibili nelle opere di costruzione che utilizzano materiali strutturali pi\uf9 tradizionali, come ad esempio il calcestruzzo o l\u2019acciaio