Collapse displacements for a mechanism of spreading-induced supports in a masonry arch

Masonry arch systems and vaulted structures constitute a structural typology widely spread in the historical building heritage. Small displacements of the supports, due to different causes, among which subsidence of foundation systems or movements of underlying structures can lead the masonry arch to a condition of collapse because of gradual change in its geometry. This paper presents a tool, based on a kinematic approach, for the computation of the magnitude of the displacements that cause the collapse of circular arches subject to dead loads, and allows the evaluation of the related thrust value. A parametric study has been carried out in order to develop a deeper understanding of the influence of the involved parameters. In addition, analytic formulations of the maximum allowed displacement and the associated thrust are proposed. Finally, a case study related to the behavior of a masonry arch on spreading-induced abutments is undertaken and discussed

Bond slip model in cylindrical reinforced concrete elements confined with stirrups

An analytical model able to evaluate the bond-slip law of confined reinforced concrete elements is developed and presented in this paper. The model is based on the studies developed by Tepfers and by den Uijl and Bigaj on the thick-walled cylinder model and extended to the case of the presence of transverse reinforcement. The bond strength and the considered failure modes (splitting or pull-out failure) are expressed as a function of the geometrical (concrete cover and transverse reinforcement) and mechanical (concrete strength) parameters of the element. The application of the proposed methodology allows to forecast the failure mode, and equations for the bond-slip law are finally proposed for a range of steel strain lower than the yielding one

optimization of gfrp reinforcement in precast segments for metro tunnel lining

The possibility of replacing the traditional steel reinforcement with glass fiber reinforced polymer (GFRP) cages in precast concrete tunnel segmental lining has been shown by the authors in previous papers. The use of GFRP rebars as structural reinforcement in precast tunnel segments, allows several advantages in terms of structural durability or in cases of temporary lining that will have to be demolished later. Furthermore, this reinforcement type can be a suitable solution to create dielectric joints, ensuring the interruption of possible stray currents, which often lead to corrosion problems. Nevertheless, this peculiar application requires curvilinear shape of the reinforcement, and then different production process and rebar geometries. In the present work, a suggestion for the optimization of the GFRP reinforcement for tunnel segment is given. Four different GFRP cage typologies are analysed and applied as a reinforcement in full-scale tunnel segments. Both bending and point load tests are developed and the structural performances of the specimens are compared and discussed. Finally, the best solution, in terms of cost-benefit analysis is proposed

A methodology for the evaluation of morphology-based constitutive laws of corroded steel rebars

The assessment of degraded reinforced concrete (RC) existing structures is nowadays a topical problem since several ones have an age close to or higher than their design life. The degradation state of the structure needs to be properly assessed and included in the adopted numerical or analytical models. In this framework, rebars corrosion phenomena can modify the structural behavior of RC members, especially when the corrosive attack is localized in specific areas. As an example, in presence of localized concentrations of chlorides, pitting corrosion of the steel bars occurs, with a localized reduction of the bar section through pits. In this work, the results of a preliminary experimental survey performed on artificially corroded steel rebars are shown, to define an integrated methodology for the definition of material constitutive laws, accounting for morphological aspects of the corrosion phenomenon. A set of steel rebars, embedded in concrete prisms, have been artificially corroded with an accelerated process through electrolytic cells, to obtain local marked pits. The steel rebars have been extracted, cleaned, weighed and subjected to 3D scanning using two different techniques (one based on laser scanning and the other based on structured-light scanning) to evaluate the effective corrosion amount and morphology. Finally, tensile tests were carried out to evaluate the stress-strain curves and the values of yielding, ultimate strengths and elongation to fracture. The presented data and methodology can represent a useful reference for the definition of phenomenological constitutive laws for steel rebars affected by pitting corrosion

Duttilità e resistenza di strutture in c.a.: influenza della localizzazione delle deformazioni nell'acciaio

L'analisi della resistenza limite delle strutture in calcestruzzo armato sotto assegnati processi di carico costituisce uno dei temi di ricerca di base e di grande attualità dell'ingegneria strutturale. In tale contesto un ruolo determinante è giocato dalla duttilità delle sezioni in c.a. che, sottoposte a stati di sollecitazione generalmente complessi, possono con-sentire o meno il raggiungimento dello stato di meccanismo di collasso, auspicabile per la struttura che riesce, in tal modo, ad esplicare la sua resistenza limite senza il verificarsi di condizioni di rottura anticipata per fragilità locale. Del resto è ben noto che il comportamento delle membrature in c.a., costituite dalla compartecipazione di materiali a caratteristiche estremamente differenziate, quali il calcestruzzo e l'acciaio, possa risultare fortemente variabile, e quindi propendere verso un comportamento fragile o duttile, a seconda dell'entità di diversi parametri caratteristici quali la resistenza dell'acciaio e del calcestruzzo, le percentuali di acciaio presenti nella sezione, l'entità dello sforzo normale. I nuovi acciai, ormai diffusi in tutta Europa, che hanno praticamente sostituito il tipo Feb44 tradizionale, realizzati con procedimento Tempeore, di cui si parlerà diffusamente nel Cap. 2, possiedono, rispetto agli acciai di precedente impiego, caratteristiche meccaniche che possono risultare sensibilmente diverse. Questi sono, infatti, caratterizzati da un ridotto rapporto tra tensione di rottura e di snervamento, un minore allungamento a rottura, e tensioni di snervamento superiori rispetto a quelle nominali. L'introduzione di tali acciai può, quindi, migliorare le caratteristiche locali di resistenza ma, al contrario, ridurre la duttilità degli elementi strutturali e le capacità ultime dell'intera struttura. Una volta raggiunta la condizione di fessurazione della sezione e di snervamento dell'acciaio, si verifica che ulteriori incrementi di carico comportano aumenti di deformazione nell'acciaio snervato tanto più elevati quanto minore è il rapporto di incrudimento dell'acciaio, e cioè il rapporto tra la tensione di rottura e la tensione di snervamento. In prossimità delle sezioni fessurate si generano, pertanto, delle concentrazioni o localizzazioni di deformazioni nell'acciaio, e quindi viene rapidamente raggiunta la condizione di massimo allungamento e rottura della barra. La mancata diffusione delle deformazioni plastiche nell'armatura comporta una ridotta duttilità dell'intero elemento e la tendenza ad un comportamento fragile globale della struttura. Il fenomeno risulta più evidente e complesso in presenza di carichi ciclici in quanto l'alternanza di sollecitazioni di trazione e compressione nell'acciaio, in corrispondenza delle sezioni fessurate, produce effetti di instabilità delle barre, e degrado dell'aderenza tra calcestruzzo ed acciaio per espulsione del copriferro. Le caratteristiche meccaniche dell'acciaio possono, pertanto, influenzare in modo rilevante la capacità di duttilità e di resistenza di una struttura. in particolare soggetta ad azioni sismiche. L'interesse rivolto alla problematica illustrata, da parte di vari autori, è testimoniato dalla recente bibliografia disponibile sull'argomento e dalle indagini sperimentali tuttora in fase di sviluppo, miranti a definire i requisiti di duttilità minima da richiedere alle barre di armatura. In tale contesto si inserisce questo lavoro che partendo da una semplice modellazione di elementi soggetti a sollecitazioni monotone di trazione, flessione e pressoflessione, si pone l'obiettivo di chiarire l'influenza delle caratteristiche degli acciai sul comportamento post-elastico di semplici strutture

Influence of the steel properties on the ductility of r.c. structures

Aim of this paper is the evaluation of the steel properties influence on the behaviour of reinforced concrete structures, with particular reference to the ductility characteristics. A simplified beam model, subjected to bending moment and axial force, is developed and the relation between average strength and mean deformation is obtained. Furthermore the phenomenon of strain localization in the steel is pointed out

Influenza del fibrorinforzo sulla duttilità locale, globale e sull’aderenza in travi in c.a. soggette a flessione

L’interesse attualmente rivolto allo studio ed applicazione di calcestruzzi fibrorinforzati è testimoniato dalla recente bibliografia e dallo sviluppo di specifiche normative per la progettazione e controllo di strutture in c.a. rinforzate con fibre. L’efficacia del rinforzo fibroso nell’incrementare la tenacità degli elementi e la resistenza in fase fessurata è provata in molteplici applicazioni strutturali e non, quali pavimentazioni industriali, pannelli prefabbricati e chiusini. Obiettivo del presente lavoro è la valutazione dell’influenza delle fibre sulla duttilità strutturale di travi in c.a., attraverso modellazioni teoriche e sperimentali. In particolare un set di sette travi in scala reale realizzate in calcestruzzo con l’aggiunta o meno di fibre di acciaio, e con presenza o meno di aderenza delle barre longitudinali è stato soggetto a prove di flessione su quattro punti. I risultati ottenuti consentono di avere indicazioni sul comportamento in fase fessurata, sui meccanismi resistenti, sullo sviluppo del quadro fessurativo e sulle modalità di collasso. E’ inoltre possibile evidenziare l’influenza delle fibre sulla localizzazione e sviluppo della fessurazione, in presenza o assenza di aderenza. Le risposte sperimentali sono infine confrontate con i risultati di una modellazione analitica, sviluppata dagli autori. Il modello adottato si basa sullo studio del comportamento di un elemento tra due successive fessure e può tener conto della fessurazione, della non-linearità dei materiali, dell’aderenza tra acciaio e calcestruzzo e degli effetti di localizzazione in prossimità delle fessure. L’indagine teorico-sperimentale consente di approfondire la conoscenza dell’influenza delle fibre sulla deformabilità e sulla duttilità locale di elementi trav

Applicazione del documento CNR-DT 204-2006 per la progettazione di strutture di calcestruzzo fibrorinforzato

In the last few years the use of fiber reinforced concrete is remarkably increased. In order to further encourage the use of this material it is necessary to provide the designer with codes and guidelines. The new Guidelines for Fiber Reinforced Concrete CNR-DT 204-2006 aims to satisfy this necessity. In the present paper the use of CNR-DT 204-2006 is discussed by proposing practical applications. Firstly, the procedure to define the tensile behaviour of the material, starting from experimental laboratory results, is illustrated. Eventually, the design of beams under bending moment and shear for ultimate limit state is considered. In addition, some parametric curves are presented in order to better highlight the fiber contribution