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Baruffi, Carolina - De Stefani, Lorenzo - Scotta, Roberto - Vitaliani, Renato (2015) Controllo passivo della risposta sismica di edifici prefabbricati con l'uso di connessioni dissipative. [Rapporto tecnico] (Inedito)

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Documento PDF (rapporto tecnico sulla progettazione del miglioramento sismico edifici industriali esistenti mediante connessioni dissipative)
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Abstract (inglese)

At the end of May 2012, a seismic sequence struck the Emilia region in northern Italy, with two main events of local magnitude ML 5.9 and 5.8. Emilia has been classified as a seismic area only recently. Consequently almost all of the precast buildings that have been erected in the past decade haven't been designed with provisions for seismic resilience. Surveys after the earthquake allowed the identification of the damage types and their location: column base, column top, on shed beam, on roof element, on cladding/ infill panels. The scenario confirmed structural damages surveyed after the earthquake in L'Aquila (Menegotto, 2009), (Colombo, 2012). Particularly, it has been pointed out that the weakest elements in precast buidings are connections.
Indeed, in precast structures, unlike traditional RC buildings, the design and construction of efficient connections is still a open issue. The connections of cast-in-situ structures present a higher degree of continuity between adjacent elements, also due to passing reinforcing bars. In case of seismic events, joints represent a source of energy dissipation and allow for a redistribution of internal forces (if properly designed). These characteristics lack in many precast buildings, especially in those with industrial applications, which are usually characterized by beams/roof elements simply supported by columns. In such structures, seismic improvement can’t be performed through the introduction of rigid connections, which would increase the stiffness of the structure (which is initially flexible) and lead to unpredictable and sometime negative results such as an increase of the base shear. Moreover, it is not simple to design connections strong enough to resist to stresses induced by earthquakes.
Passive control techniques use devices that don’t need energy to work, thus they are very reliable because they won’t malfunction if a black-out occurs. They seem a promising solution for seismic improvement of precast existing buildings. A possible intervention is the introduction of dissipative connections, which would lead to an increase of the behavior factor through energy dissipation. Dissipative connections can be located between different structural/non-structural elements: between roof elements and edge beams, between pillars and edge beams, or between infill panels.
This work is focused on the introduction of dissipative connections between roof elements and the substructure. In particular, the objective is finding an algorithm to define the yielding force of connections in function of the maximum relative displacement allowed between roof elements and substructure. The complex phenomenon, which involves plasticity and the dynamic response of the system, is described through simple equations in order to have a powerful but simple instrument for design. The proposed algorithm allows to define the yielding force of roof connections in function of the elastic and inertial features of the examined system, with no need of non-linear dynamic analysis which are difficult to perform and usually lead to ambiguous results.

Abstract (italiano)

Verso la fine di maggio 2012, una serie di eventi sismici hanno colpito la regione Emilia nel nord Italia, caratterizzati da due scosse principali di magnitudo ML 5.9 e 5.8. L'Emilia è stata classificata come zona a rischio sismico solo recentemente. Di conseguenza, la quasi totalità degli edifici prefabbricati eretti negli ultimi decenni non presenta accorgimenti particolari con riferimento alla loro risposta sismica. I sopralluoghi dopo il terremoto hanno consentito di identificare le principali tipologie di danno in tali edifici e la loro localizzazione: alla base delle colonne, in sommità alle colonne, in corrispondenza degli elementi di copertura e di tamponamento. Lo scenario conferma quanto si era già osservato in occasione del terremoto dell'Aquila (Menegotto, 2009), (Colombo,2012). In particolare, è stato evidenziato come il punto debole negli edifici prefabbricati sia rappresentato dalle connessioni.
Di fatto, nelle strutture prefabbricate, a differenza degli edifici in calcestruzzo armato, la progettazione e la costruzione di connessioni efficienti rappresenta ancora un argomento di ricerca e in via di sviluppo. Le connessioni nelle strutture gettate in opera garantiscono un elevato grado di continuità fra gli elementi collegati, legato anche alla presenza delle barre d'armatura passanti. In caso di evento sismico, i giunti posseggono elevata capacità dissipativa e consentono la ridistribuzione interna delle sollecitazioni (se adeguatamente progettati). Tali caratteristiche non sono presenti negli edifici prefabbricati, specialmente in quelli utilizzati nell'industria, i quali tipicamente sono costituiti da travi/elementi di copertura semplicemente appoggiati sulle colonne. In tali strutture l'adeguamento sismico non può essere effettuato attraverso l'inserimento di connessioni rigide fra gli elementi, poiché ciò comporterebbe un incremento della rigidezza della struttura, di per sè flessibile, e una inferiore capacità dissipativa. Se non adeguatamente studiate, tali connessioni potrebbero portare a conseguenze non prevedibili e anche negative, come un aumento eccessivo del taglio alla base con rottura dei pilastri. Inoltre, risulta complessa la progettazioni di connessioni in grado di resistere senza danno alle sollecitazioni indotte da un evento sismico.
Le tecniche di controllo passivo della risposta sismica si basano sull'utilizzo di sistemi che non necessitano di energia per operare. Si tratta di sistemi molto affidabili, le quali non presentano problemi quali il mancato funzionamento a causa di black-out durante i terremoti. Attualmente, esse sembrano rappresentare una soluzione promettente per l'adeguamento sismico degli edifici prefabbricati. Tra questi, un possibile intervento risulta essere l'introduzione di connessioni dissipative le quali, aumentando l'energia dissipata, permettano un incremento del fattore di struttura. Le connessioni dissipative possono essere localizzate fra diversi elementi strutturali; fra i tegoli di copertura e le travi di bordo, fra le travi e i pilastri, o in corrispondenza dell'attacco dei pannelli di tamponamento al telaio.
Il presente lavoro è focalizzato sull'introduzione di connessioni dissipative fra elementi di copertura e sottostruttura. In particolare, l'obiettivo è l'elaborazione di un algoritmo che consenta la definizione della forza di snervamento da assegnare a tali connessioni in funzione del massimo spostamento relativo accettabile fra tegoli di copertura e sottostruttura. Il fenomeno complesso, il quale coinvolge fenomeni plastici e risposta dinamica del sistema, viene descritto attraverso delle equazioni semplici al fine di avere uno strumento potente ma di facile utilizzo per la progettazione. L'algoritmo proposto consente di definire la forza di snervamento delle connessioni di copertura in funzione delle caratteristiche elastiche ed inerziali del sistema in esame, senza la necessità di effettuare analisi dinamiche non-lineari le quali risultano di difficile esecuzione e spesso ambigue nei risultati.

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Tipo di EPrint:Rapporto tecnico
Anno di Pubblicazione:Giugno 2015
Parole chiave (italiano / inglese):adeguamento sismico, edifici prefabbricati, collegamenti dissipativi, seismic retrofitting, precast buildings, dissipative devices
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 08 - Ingegneria civile e Architettura > ICAR/09 Tecnica delle costruzioni
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale
Codice ID:8846
Depositato il:01 Lug 2015 13:26
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Bibliografia

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Versioni disponibili di questo documento

  • Controllo passivo della risposta sismica di edifici prefabbricati con l'uso di connessioni dissipative. (deposited 01 Lug 2015 13:26) [Attualmente visualizzato]

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