The InERD Project

Innovative Earthquake Resistant Design
The "InERD" Project
Technical Advisory Italy ArcelorMittal Commercial Long – Italia
Dott. Ing. Mauro SOMMAVILLA
[email protected]
PRF208
INERDSOFT – User friendly software for INERD Earthquake
Design
InERD Research:
Start : 01-07-2001
End : 30-06-2004
InERD Software:
Start : 01-03-2006
End : 31-12-2008
- Turchia 1999 -
PROBLEMA riscontrato:
“Soft--storey” mechanism = meccanismo di piano debole
“Soft
Danni osservati: cedimento delle colonne di base
Filmato estratto da “Ballarò”
RaiTre puntata del 14/04/2009
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InERD concept:
concept: sistema addizionale & indipendente di verifica alle azioni eccezionali che
può essere applicato alle strutture a telaio (MRF) in C.A. per assicurare la
“Robustness” richiesta da NTC & prEN 1991-1-7:2006
1991
§ 1.5.14
Perché ? le strutture in C.A. progettate secondo i criteri di EC2 & EC
EC8
8 necessitano di
misure aggiuntive di “Robustezza” (benché l’azione sismica non sia classificata come
azione eccezionale)
1)
A causa della disomogeneità nella disposizione (spesso non prevedibile) dei
muri di tamponamento ai diversi livelli dell’edificio (infills & wide openings)
2)
A causa della difficoltà nel controllo della qualità dei materiali impiegati
(production control)
3)
A causa del livello di approssimazione nel determinare la forza assiale reale
presente nelle colonne (VX seismic action + struts)
Analisi strutturale & Comportamento reale
N
V
M
N
V
M
Colonne indebolite
dallo sforzo di
taglio & moment fl.
alle estremità
Cerniere
plastiche
Formazione del meccanismo « Soft Storey » in edifici in CLS privi di sistemi adeguati a contrastare le azioni orizzontali del sisma
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The InERD Project
Obbiettivo:
• Incremento della sicurezza strutturale degli edifici in CLS di nuova concezione;
• Stimolare l’uso dell’acciaio nei paesi che a volte, senza grande coerenza,
prediligono l’uso del CLS armato in zona sismica (Italia, Grecia, Turchia, ecc).
Soluzione:
Inserimento di profili « leggeri » in acciaio nelle colonne di base degli edifici
EX-NOVO in CLS senza modificarne la tradizionale pratica costruttiva e senza
ricorrere alle regole della progettazione di strutture composte.
“Design handbook for earthquake resistant steel structures”
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The InERD Project
C1
C2
Piano Terra
Piano Primo
C1
Per entrambe le configurazioni C1 & C2:
-
Piastra saldata alle estremità per il trasferimento di sforzi di compressione e trazione acciaio – cls
-
Irrigidimenti orizzontali saldati alla colonna per mobilitare il pannello in acciaio a taglio (non in tutti i campioni)
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The InERD Project
Tale profilo metallico non è considerato nella progettazione statica usuale di una struttura in
C.A. ma si assume agente come “fuso di sicurezza” attivato solo in caso di deficienza nel
comportamento della struttura in C.A. alle sollecitazioni sismiche
I profili in acciaio di taglia limitata costituiscono dei “fusi duttili di sicurezza”
economicamente & tecnicamente accettabili per il mondo delle costruzioni in C.A.
Fine Ultimo:
Migliorare il comportamento di edifici in C.A. di resistere a sollecitazioni di tipo sismico anche
evitando la formazione del meccanismo di « Soft Storey » (piano debole) con l’impiego di
profili in acciaio annegati “ad hoc” negli elementi strutturali portanti in CLS dei piani inferiori
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The InERD Project
Miglioramenti apportati:
apportati:
-
La resistenza della “colonna composta locale” è meno
sensibile alle incertezze sulla forza assiale grazie alla forma
del dominio di interazione M-N della colonna in acciaio
-
minor sensibilità alle incertezze delle caratteristiche del
materiale visto che i profili laminati sono prodotti industriali
con elevato controllo di conformità alla normativa europea
EN 10025:2004
-
Il profilo in acciaio esibisce una più alta capacità rotazionale & qualora si verificasse un
meccanismo di “soft-storey”, esso sarebbe di carattere meno fragile di quello osservato per le strutture
in solo CLS
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Risposta sperimentale alle azioni sismiche
8 cycles before failure
Efailure=33kJ
12 cycles before failure
Efailure=168kJ
+
Reinforced concrete
Colonne progettate secondo
combinazione di carico statica
& sismica DCL/DCM
Composite section
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The InERD Project
Max. carico verticale: - 900 KN
Max. carico orizzontale: ± 900 KN
Max. spostamento orizzontale: ± 200 mm
NSd = constant = 0,2 NRd,RC
with masonry infills
Infill
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The InERD Project
Infill
Cerniera plastica
Primo
piano
Irrigi
dime
nti
Solo
CLS
Con profilo
in acciaio
Attivazione
dei
meccanismi
del nodo
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Comportamento sperimentale ad azioni sismiche
N=900 kN
∆=200 mm
200
2850
300
2850
300
300
300
610
Aumento nella capacità rotazionale & energia assorbita (duttilità)
INNOVATION
Composite
RC
RC
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The InERD Project
- Con i profili in acciaio si aumenta la duttilità dell’elemento strutturale e dunque la sua
capacità di dissipare energia ad ogni livello di forza orizzontale applicata
- L’innovazione aumenta la resistenza della colonna a flessione MRd e taglio VRd,
garantisce una maggior capacità di rotazione in campo plastico θpl ed incrementa la
duttilità θu/ θy
- I profili in acciaio aumentando la resistenza della colonna e permettono di soddisfare il
concetto dello “strong column-weak beam” adottato dall’Eurocodice 8
- Gli irrigidimenti orizzontali facilitano la trasmissione degli sforzi nel giunto ma anche
in loro assenza si ottiene un comportamento favorevole del giunto trave – colonna
- Si è riusciti a sviluppare un metodo di calcolo efficace implementato in un software
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The InERD Software
Criteri di scelta dei profili in acciaio (implementati nel software):
Criterion
I:≥dopo
la sezione di solo acciaio deve essere in grado di
- N
N un
(γ terremoto,
G + ψ Q)
with γ =1.0 & ψ =φ∗ψ <<1
(Seismic Load)
Rd steel
Ed
g
Ei
g
Ei
2i
sostenere l’azione assiale legata alla combinazione di carico sismica (seismic mass only)
Criterion
di solo acciaio deve essere in grado
di compensare
- MRd steelII:≥laMsezione
(under
N=0) la perdita di
Rd RC*MIN (qRC,3.6RC,DCM→DCH)/3.6
resistenza della sezione danneggiata in C.A. resistendo alle sollecitazioni di momento
V
≥ VRd RC
flettenteRdesteel
taglio corrispondenti
alla combinazione di carico sismica (seismic force)
Criterion
(EICOMP
III:
-EIlaCsezione
)/EIC*100
di solo
≤ 30%
acciaio NON deve modificare significativamente la
rigidezza flessionale locale EI delle colonne in C.A. (force distribution + period of vibrations)
- rmajor/rminor
1
[MRd,comp
/M
]majorcolonne
Criterion
IV: la≈ modifica
delle
proprietà
meccaniche
Rd,Rconcretedelle
axis
deve essere dello
stesso ordine di grandezza in[M
entrambe le
direzioni (assi)] di carico (frame properties)
/M
Rd,comp
Rd,Rconcrete minor axis
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Software InERD scaricabile da:
www.constructalia.com → registrazione on line → software
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