RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI INGEGNERIA SISMICA RELUIS Report Scientifico - Anno 2008 Linea di Ricerca 2 “Valutazione e riduzione della vulnerabilità degli edifici esistenti in c.a.” Coordinatori EDOARDO COSENZA e GIORGIO MONTI RAPPORTO SULLE ATTIVITA’ DEL TERZO ANNO 1. INTRODUZIONE La Linea di Ricerca 2, coordinata da E. Cosenza e G. Monti, si concentra sulle prestazioni sismiche degli edifici esistenti in cemento armato, con l‟obiettivo aggiuntivo di fornire un approfondimento critico e propositivo degli aspetti trattati nelle normative sismiche più recenti. La Linea di Ricerca 2 è organizzata su 9 Task differenti e beneficia del contributo di 16 diverse Unità di Ricerca (UR). L‟organizzazione della Linea di Ricerca è presentata nella Figura seguente, in cui si evidenzia con chiarezza il contributo di ciascuna UR all‟interno di ciascun Task. Ogni Task è identificato da un acronimo, il cui significato è spiegato nel paragrafo successivo. Anche le singole UR sono identificate da acronimi, che sono spiegati nella Tavola seguente in cui sono evidenziati anche i relativi responsabili. L‟organizzazione sotto rappresentata ha consentito un agevole scambio di informazioni e documenti fra i diversi livelli di: Coordinatori di Linea, Responsabili di Task e Responsabili di UR. Si notino anche le interazioni con le altre Linee di Ricerca. 1 Unità di Ricerca Acronimo Responsabile/i Partecipazione al/ai Task Napoli Federico II UNINA Cosenza, Manfredi, Ramasco MND, FC, IRREG, MIX, SCALE, NODI, BIAX, PREFAB 2 Pavia UNIPV Pinho TAMP 3 Basilicata UNIBAS Masi MND, FC, NODI 4 Roma La Sapienza UNIROMA1 Monti, Decanini FC, IRREG, MIX, TAMP, BIAX 5 Milano POLIMI Toniolo PREFAB 6 Udine UNIUD Russo NODI 7 Venezia IUAV Foraboschi MND, FC, IRREG 8 Bologna UNIBO Benedetti IRREG, PREFAB 9 Firenze UNIFI De Stefano IRREG 10 Chieti UNICH Spacone IRREG, TAMP, BIAX 11 Molise UNIMOL Fabbrocino MND, BIAX, PREFAB 12 Salerno UNISA Faella IRREG, NODI Unità di Ricerca Acronimo Responsabile/i Partecipazione al/ai Task Bari POLIBA Mezzina MND 14 Catania UNICT Ghersi IRREG, SCALE, BIAX 15 Palermo UNIPA Papia TAMP Spadea MND Nuti TAMP 13 16 Calabria UNICAL 17 Roma Tre UNIROMA3 Nel corso del terzo anno del Progetto di Ricerca della Linea 2 i nove diversi Task in cui essa è articolata hanno sviluppato una serie di attività e consegnato prodotti in accordo al programma preventivato. Le attività e i risultati ottenuti sono stati oggetto di un Convegno Nazionale tenutosi a Roma il 29-30 maggio 2008, cui hanno partecipato più di 200 persone provenienti da 23 diverse Università italiane, dal mondo professionale ed imprenditoriale, ed in cui sono state presentate in totale 82 memorie, ripartite in pari misura fra metodologiche ed applicative. Le memorie presentate al convegno sono ripartite fra i nove Task come rappresentato nella figura seguente. Nel seguito, per ogni Task, identificato dall‟acronimo e con il nome del responsabile messo in evidenza, si presenta un breve riassunto delle attività previste per il terzo anno. 1. MND: Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture esistenti (Masi) a. Messa a punto, attivazione ed esecuzione ed elaborazione di indagini diagnostiche su strutture reali o su campioni appositamente realizzati b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento, corredato da un foglio di calcolo, contenente una serie di applicazioni riguardanti la determinazione delle proprietà del calcestruzzo esistente. 2. FC: Calibrazione dei fattori di confidenza (Monti) a. Messa a punto di modelli bayesiani e calibrazione dei FC su materiali e strutture b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento a carattere metodologico che descrive l‟applicazione delle tecniche bayesiane alla stima delle proprietà meccaniche dei materiali esistenti sulla base delle conoscenze a priori e delle successive indagini in situ. 3. IRREG: Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone) a. Confronto e taratura relativa dei diversi metodi lineari e non lineari b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento contenente la sintesi dei confronti effettuati tra il metodo statico lineare per la valutazione della resistenza sismica degli edifici esistenti e metodi di livello superiore con riferimento alle individuate tipologie di edifici rappresentative della realtà costruttiva italiana, e proposta di miglioramento del metodo statico lineare. 4. MIX: Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi) a. Analisi di comportamento e derivazione di regole semplificate b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento, sviluppato congiuntamente con i Task NODI e BIAX, sullo stato dell‟arte dei modelli di deformabilità e resistenza di elementi in c.a.. Il documento contiene anche indicazioni su quei modelli che meglio si prestano a descrivere le tipologie costruttive più comunemente adottate nel nostro Paese. 5. TAMP: Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia) a. Programma sperimentale su pannelli e riquadri di telaio b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento che raccoglie i risultati delle prove effettuate su pannelli di tamponatura e sugli elementi costituenti (mattoni, malte) e che fornisce modelli di tipo elasto-fragile associati ai meccanismi di rottura per scorrimento orizzontale, trazione diagonale e schiacciamento agli spigoli. 6. SCALE: Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza) a. Sperimentazione su subassemblaggi b. Al termine del terzo anno di attività saranno disponibili i risultati delle prove sperimentali e delle analisi condotte. 7. NODI: Comportamento e rinforzo di nodi (Masi) a. Sperimentazione su subassemblaggi b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento, sviluppato congiuntamente con i Task MIX e BIAX, sullo stato dell‟arte dei modelli di deformabilità e resistenza di elementi in c.a.. Il documento contiene anche indicazioni su quei modelli che meglio si prestano a descrivere le tipologie costruttive più comunemente adottate nel nostro Paese. 8. BIAX: Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e taglio biassiale (Fabbrocino) a. Sperimentazione su pilastri sotto azione ciclica biassiale b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento, sviluppato congiuntamente con i Task MIX e NODI, sullo stato dell‟arte dei modelli di deformabilità e resistenza di elementi in c.a.. Il documento contiene anche indicazioni su quei modelli che meglio si prestano a descrivere le tipologie costruttive più comunemente adottate nel nostro Paese. 9. PREFAB: Comportamento e rinforzo di strutture industriali prefabbricate (Toniolo) a. Sperimentazione su collegamenti b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un database tecnico per la raccolta dati delle strutture prefabbricate esistenti e di una serie di cataloghi e schedari tecnici relativi ai collegamenti strutturali ed alle tipologie esistenti. Nelle sezioni seguenti sono descritti i principali obiettivi perseguiti in ciascun Task, ponendo in evidenza l‟apporto fornito da ogni Unità di Ricerca (RU). 1.1 Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture esistenti (Masi) Il principale obiettivo perseguito dalle UR operanti nel Task 1 è la stima delle proprietà dei materiali di strutture esistenti in c.a., in particolare la resistenza in situ del calcestruzzo attraverso metodi distruttivi e non distruttivi (MND). A tale scopo le diverse UR coinvolte nel Task hanno perseguito obiettivi specifici sinteticamente riportati nel seguito. UR UNIBAS: L‟attività dell‟UR UNIBAS è stata principalmente finalizzata alla stima della resistenza in situ del calcestruzzo di strutture in c.a. esistenti mediante metodologie di indagine distruttive e non distruttive. A tale scopo una vasta ed articolata campagna sperimentale su elementi in c.a., sia estratti da edifici esistenti che appositamente realizzati in laboratorio, è stata progettata nel primo anno, avviata nel corso del secondo e completata nel terzo anno. UR UNISA: Nel corso dei tre anni l‟UR dell‟Università di Salerno ha condotto attività di ricerca nell‟ambito delle metodologie non distruttive di indagine sulle strutture esistenti con particolare riferimento alle correlazioni esistenti tra le diverse metodologie ed alla variabilità spaziale delle proprietà meccaniche del calcestruzzo. UR UNICAL: In questo terzo anno di attività, la ricerca è proseguita con una prima fase riguardante la raccolta di ulteriori dati sperimentali di prove non distruttive e semi distruttive eseguite su strutture in c.a. e una seconda fase in cui si è provveduto all‟elaborazione dei nuovi dati e alla raccolta sintetica ed alla presentazione dei risultati ottenuti nei tre anni di ricerca. UR POLIBA: L‟analisi della gestione delle incertezze nella determinazione delle caratteristiche dei materiali e più in generale delle strutture esistenti nel loro complesso è stata ulteriormente approfondita. L‟approccio “alternativo” basato sulle variabili fuzzy è stato inserito organicamente su di una base matematica assiomatica completa recentemente sviluppata dal Prof. Liu. Il suo utilizzo permette di trattare tramite gli stessi indici probabilistici (media, varianza, entropia, etc) variabili fuzzy, permettendo qundi di utilizzare anche contemporaneamente informazioni statistiche e lessicali, che sono assai qualificate nella gestione delle strutture esistenti come i giudizi esperti. IUAV: Definizione del comportamento sismico degli edifici a telai uni-direzionali in C.A. e solai uni-direzionali in latero-cemento (vani scale e ascensori non-strutturali), mediante prove in situ a marginale invasività. Stima a-posteriori della resistenza alle forze orizzontali e della capacità dissipativa nella direzione dei solai. 1.2 Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti) UNIROMA1: L‟obiettivo perseguito dall‟U.R. UNIROMA1 è stato quello di sviluppare una procedura Bayesiana per la valutazione della delle proprietà meccaniche dei materiali, sulla base delle conoscenze a priori e delle successive indagini in situ e per la calibrazione dei fattori di confidenza. UNINA: L‟obbiettivo del lavoro svolto dall‟unità di ricerca è quello di confrontare la valutazione di una struttura secondo l‟approccio dei fattori di confidenza, con l‟analisi di affidabilità dell‟edificio che tiene conto, in modo esplicito, dell‟incertezza nei parametri di modellazione strutturale (in particolare quelli che riguardano i dettagli di armatura e le proprietà dei materiali) e delle informazioni suppletive fornite da prove e verifiche. Ciò al fine di investigare la possibilità di sviluppare procedure semplificate, ma razionali e rigorose, per la determinazione dei fattori di confidenza di una certa struttura in funzione dello stato di conoscenza e della prestazione globale della stessa. Tale obiettivo ha richiesto lo sviluppo di una specifica metodologia bayesiana, l‟organizzazione di un piano delle analisi strutturali, la caratterizzazione delle distribuzioni di probabilità dei parametri di modellazione a priori delle prove in-situ e infine, il calcolo dell‟affidabilità strutturale attraverso la procedura sviluppata implementando i risultati delle indagini e delle prove in-situ. 1.3 Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone) UNIROMA1: Gli obiettivi principali perseguiti da UNIROMA1 sono stati: contribuire, insieme alle altre U.R., alla stesura di linee guida sull‟utilizzo delle analisi non lineari per la valutazione sismica di edifici esistenti in c.a.; identificare i parametri che governano il comportamento NL delle strutture asimmetriche in pianta e definire un nuovo metodo PO per la loro valutazione sismica. UNICH Validazione delle procedure di modellazione di strutture in cemento armato regolari ed irregolari in pianta ed in altezza ai fini di analisi nonlineari statiche e dinamiche. Coordinamento della stesura di un documento sulle analisi nonlineari seconodo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8, insieme a U.R. di UNIROMA1, UNIFI, UNIVE, UNICT, UNISA, UNINA. UNIFI: 1) Studio della risposta sismica nonlineare di edifici irregolari in pianta; 2) Metodi semplificati per la definizione di parametri strutturali per edifici multipiano; 3) Valutazione dell‟applicabilità dell‟analisi pushover su strutture esistenti e su modelli strutturali irregolari in pianta ed in elevazione. UNINA: Validazione delle procedure di valutazione di edifici esistenti di forma irregolare, sia in pianta che in elevazione, selezionati dalle U.R. UNIROMA1 ed UNIFI con particolare attenzione all‟influenza del taglio e dell‟irregolarità di resistenza in elevazione. UNIBO: Sulla base dei risultati ottenuti dalle attività svolte nel secondo anno (individuazione di un unico parametro sintetico in grado di cogliere l'essenza della risposta torsionale di strutture asimmetriche in campo elastico--lineare), gli obiettivi di ricerca dell‟U.R. UNIBO per il terzo anno sono stati i seguenti: (1) verificare l‟efficacia del parametro individuato nel cogliere l‟essenza del comportamento dinamico rotazionale di sistemi asimmetrici a risposta in campo non lineare; (2) mettere a punto uno strumento sintetico in grado di fornire una stima dell‟incremento dello spostamento massimo del lato flessibile del sistema dovuto all‟eccentricità. IUAV: Analisi statiche non-lineari con Sap2000, MIDASGen, Perform 3D: dipendenza dell‟output dalle assunzioni (angolo di incidenza dell‟azione sismica, modellazione delle cerniere plastiche, distribuzione forze); sviluppo di metodi di post-processione; parametri atti a misurare l‟irregolarità. Collaborazione con la Univ. di Padova. UNICT: Obiettivi principali dell‟U.R. UniCT sono stati l‟individuazione di un criterio in grado di fornire una migliore corrispondenza tra analisi pushover e analisi dinamica non lineare in schemi spaziali non regolari (uso di eccentricità correttive) e la taratura della relazione tra eccentricità correttive e parametri geometrici e meccanici del sistema. UNISA: L‟U.R. di UniSA ha lavorato sulle tematiche relative alla modellazione ed all‟analisi di strutture esistenti in c.a.; in particolare, sono stati considerati tre casi-studio analizzati dalle varie U.R. afferenti al task al fine di confrontare i risultati derivanti dall‟applicazione di diversi metodi di analisi non lineare. 1.4 Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi) Un lavoro sinergico è stato sviluppato dalle due attività di ricerca coinvolte in questo task (UNINA e UNIROMA1) sulla valutazione della risposta simica degli edifici misti aventi un comportamento di sistemi in parallelo, con particolare attenzione alle caratteristiche locali (interazione tra elementi in muratura ed in cemento armato) e globali, attraverso l‟implementazione di analisi numeriche non lineari. In particolare, la attività della Unità di ricerca UNINA si è focalizzata sugli aspetti relativi alla modellazione degli edifici misti e sulla distribuzione della azione sismica tra gli elementi muratura e cemento armato eseguendo una serie di analisi numeriche con il programma di calcolo 3muri e ricavando da queste le curve di capacità dei singoli elementi resistenti e dell‟edificio nel suo complesso, al variare delle dimensioni e quindi delle rigidezze degli elementi in c.a. ma conservando la geometria dell‟edificio e confrontando il comportamento sismico dell‟edificio misto con quello originario in sola muratura. 1.5 Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia) Nel corso del terzo anno sono stati sviluppati i seguenti aspetti della ricerca: 1) analisi dinamica non lineare di edifici tamponati, rappresentativi di tipologie di edifici esistenti sul territorio italiano, soggetti ad accelerogrammi naturali (U.R. 04 – Roma 1); 2) analisi pushover non lineare di telai tamponati , con particolare riguardo ai possibili fenomeni di rottura delle colonne per taglio, prodotti dalle interazioni con i pannelli di tamponamento (U.R. 10 – Chieti); 3) sperimentazione di maglie di telaio tamponate con tre differenti tipologie di tamponamento, caratterizzate meccanicamente nel corso del precedente anno di ricerca, e calibrazione di un efficace modello di puntone equivalente in grado di riprodurre il comportamento ciclico del pannello di tamponamento (U.R. 15 – Palermo); 4) esecuzione di una prova sperimentale su tavola vibrante di una struttura a telaio in c.a. tamponata, in scala 1:2, rappresentativa di una tipica costruzione progettata negli anni ‟50 e ‟60 nel sud dell‟Europa, realizzata quindi senza seguire alcun codice di protezione sismica (U.R. 02 – Pavia). L‟attività condotta ha rappresentato il naturale proseguimento di quella intrapresa sin dal primo anno presso le singole unità, in base all‟articolazione del Task 5 della Linea 2, definita all‟inizio del progetto di ricerca; 5) Messa a punto di modelli semplici, a una e tre bielle, per la valutazione della risposta di telai tamponati. Calibrazione dei modelli per diversi tipi di blocchi di tamponamento. Messa a punto di criteri semplici per la protezione di edifici a telaio con tamponamento mediante controventi dissipativi e relativi criteri di progetto (U.R. 17 – Roma 3). 1.6 Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza) I principali obiettivi del Task che sono stati portati a compimento dopo il primo anno sono i seguenti: Identificazione delle principali tipologie dei scale utilizzate nella pratica costruttiva del passato; Analisi delle metodologie e criteri di progetto usati nelle scale in zona sismica e non. I principali obiettivi del Task che sono stati raggiunti nel secondo anno sono i seguenti: Esecuzione di analisi numeriche su tipi edifici tipici esistenti al fine di indagare sull‟influenza della scala sulla risposta sismica strutturale. In particolare, sia le prestazioni locali che globali sono state indagate con riferimento al telaio e alla connessione fra gli elementi. Calcolo di una porzione in edificio, comprendente il vano scala, per eseguire la sperimentazione finalizzata alla comprensione delle prestazioni sismiche; analisi numeriche su modelli di porzioni di edificio sono state effettuate con particolare riferimento al telaio e alle connessioni degli elementi della scala. I principali obiettivi del Task nel terzo anno sono i seguenti: Serie di analisi numeriche progressivamente più raffinate al fine di studiare le principali modalità di rottura. La campagna sperimentale sarà condotta e i suoi risultati verranno analizzati al fine di evidenziare le modalità di rottura. 1.7 Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi) Obiettivo principale del Task MND è indagare sul comportamento sperimentale di elementi strutturali in c.a., in particolare nodi trave-colonna privi o dotati di rinforzi, allo scopo di contribuire ad una valutazione più affidabile della vulnerabilità sismica degli edifici in cemento armato. A tale scopo le diverse UR coinvolte nel Task hanno perseguito obiettivi specifici sinteticamente riportati nel seguito. UNIBAS: Nell‟ambito del principale obiettivo perseguito dal Task, l‟UR UNIBAS ha impostato, progettato ed eseguito una estesa campagna sperimentale su nodi trave-pilastro in c.a. rappresentativi del patrimonio edilizio esistente in Italia. E‟ stata valutata l‟influenza di alcuni parametri meccanici e progettuali sul comportamento e sui meccanismi di rottura dei nodi, come lo sforzo assiale applicato, i quantitativi di armatura presenti nei diversi elementi strutturali che compongono l‟assemblaggio (travi, pilastri e pannello nodale) ed il livello di progettazione antisismica. Inoltre, ci si è concentrati sulle espressioni di normativa legate alla valutazione della rotazione ultima di elementi in c.a. cercando di evidenziare possibili discrepanze con quanto osservato sperimentalmente. UNINA: Gli obiettivi principali della U.R. UNINA sono riassumibili di seguito: (i) modellazione analitica tramite il codice di calcolo DIANA per analizzare i parametri principali che influenzano la risposta sismica dei nodi trave-colonna; (ii) modellazione analitica delle campagne sperimentali sia su nodi interni che esterni secondo le configurazioni tipiche dei nodi delle strutture esistenti in collaborazione con la U.R. UNIBAS. UNIUD: L‟obiettivo principale è stato analizzare i risultati ottenuti dalle prove sperimentali svolte nei primi 2 anni. In particolare, tracciare i diagrammi forza-spostamento, i corrispondenti inviluppi, i diagrammi energia dissipata, in termini di lavoro svolto, e rigidezza secante, ottenuti dalle prove sui nodi non rinforzati e confrontarli con quelli dei nodi rinforzati. UNISA: L‟attività dell‟U.R UNISA sulla problematica dei nodi ha seguito due filoni principali: la sperimentazione di laboratorio condotta su nodi di base, eventualmente rinforzati con tecniche innovative, la raccolta di risultati sperimentali di prove condotte su nodi esterni trave-colonna in strutture in c.a. 1.8 Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e taglio biassiale (Fabbrocino) Le attività inerenti al comportamento di pilastri soggetti a pressoflessione e taglio biassiale sono state svolte perseguendo i seguenti obiettivi. Per quanto attiene all‟U.R UNINA: - esecuzione di 8 prove sperimentali su pilastri in c.a. in scala reale di forma quadra e rettangolare armati con barre lisce o nervate soggetti a sforzo normale costante e azioni orizzontali uniassiali monotone o cicliche; - elaborazione dei dati sperimentali e valutazione dell‟incidenza del tipo di armatura (barre lisce o nervate) nel comportamento globale di pilastri soggetti a prove di pressoflessione uniassiale; - definizione e realizzazione del test setup per prove biassiali su pilastri in scala reale; - previsioni teoriche inerenti il comportamento di pilastri soggetti a prove di pressoflessione biassiale. L‟Unità di Ricerca UNICT ha sviluppato un modello a fibre dell‟intera asta in grado di descriverne efficacemente il comportamento non lineare. Il modello è relativo ad un‟asta soggetta a forza assiale costante e momento linearmente variabile, adatto quindi a descrivere sia travi che pilastri. L‟Unità di Ricerca UNICH ha effettuato una validazione delle procedure di modellazione di elementi strutturali in cemento armato soggetti a pressoflessione deviata ai fini di analisi nonlineari statiche e dinamiche. E‟ stata altresì impegnata in attività di coordinamento della stesura di un documento sulle analisi nonlineari secondo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8, insieme a U.R. di UNIROMA1, UNIFI, UNIVE, UNIICT, UNISA, UNINA. Il lavoro svolto dall‟U.R. UNIROMA1 (Monti) durante il terzo anno ha avuto lo scopo di sviluppare una procedura semplice per la valutazione della resistenza e delle capacità deformative di pilastri rettangolari, con armatura doppia simmetrica, soggetti a pressoflessione deviata. Presso UNIROMA3 si è eseguito quanto segue: messa a punto di tecniche di rinforzo a flessione e taglio di pilastri danneggiati mediante l‟impiego di materiali innovativi: SCC, acciaio inox, FRP; messa a punto di modelli per la valutazione del comportamento ciclico di barre d‟acciaio incluso lo sbandamento post elastico; messa a punto di un sistema pseudo dinamico per la prova di strutture soggette ad azione sismica. 1.9 Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali prefabbricate (Toniolo) - Indagini sperimentali (prove monotone e quasi statiche cicliche) sui tipici collegamenti tegolo-trave con collegamento a scarpa metallica e bulloni e proposte di soluzioni migliorative sui collegamenti esistenti per incrementare la duttilità globale ed energia dissipata (POLIMI). - Analisi teorica dei risultati sperimentali sui tipici collegamenti travi-pilastro ad attrito e progettazione di prove sperimentali per la determinazione delle proprietà meccaniche dei collegamenti trave – pilastro prefabbricate spinottate (UNINA; UNIMOL). - Indagini numeriche sulle più comuni tipologie di edifici esistenti monopiano: valutazione delle criticità strutturali (comportamento a diagramma ed interazione con i pannelli) (POLIMI; UNIBO). - Indagini numeriche preliminari su edifici con collegamenti dissipativi con l‟intento di proporre nuove soluzioni di rinforzo strutturalmente efficienti ed economiche (POLIMI). 2. ATTIVITA’ Nei paragrafi seguenti sono descritte le principali attività condotte in ciascun Task. 2.1 Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture esistenti (Masi) Durante il terzo anno le UR UNIBAS, UNISA, UNICAL e IUAV hanno eseguito ulteriori campagne di indagini di tipo distruttivo e non distruttivo ed hanno elaborato i risultati ottenuti. Inoltre, l‟UR UNIBAS ha perfezionato la procedura per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ basata sul metodo Sonreb predisposta nel primo e secondo anno, particolarmente utile nel caso di calcestruzzi di bassa qualità. L‟UR POLIBA ha esaminato i metodi di trattamento delle incertezze basati su approcci alternativi a quelli classici di tipo probabilistico fornendo una procedura informatizzata per la gestione di informazioni di tipo differente relativa ad un‟unica variabile. Dettagli sulle principali attività svolte nel corso del terzo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel seguito. UNIBAS: Nel corso del terzo anno di attività è stata completata l‟ampia campagna sperimentale in situ ed in laboratorio programmata nel corso del primo anno e parzialmente eseguita nel secondo. I risultati ottenuti dai test sono stati accuratamente analizzati per ottenere utili indicazioni metodologiche e operative che consentissero di stimare in modo semplice e sufficientemente affidabile la resistenza del calcestruzzo di strutture esistenti. Il programma sperimentale è stato condotto su: (i) elementi in c.a. (travi e colonne) estratti da un edificio esistente, in fase di demolizione, progettato per portare i soli carichi verticali; (ii) elementi in c.a. appositamente predisposti in laboratorio. La sperimentazione è stata interamente condotta presso il Laboratorio Prove Materiali e Strutture dell‟Università della Basilicata. Le prove non distruttive (sclerometriche, ultrasoniche, pacometriche) e le prove di tipo distruttivo (carotaggi) sono state effettuate in vari punti degli elementi strutturali ed in varie direzioni rispetto all‟asse degli elementi ed alla direzione originaria del getto allo scopo di valutare la variabilità dei risultati in funzione delle modalità di esecuzione. Particolare attenzione è stata rivolta all‟esame della capacità predittiva del metodo combinato SONREB (sclerometro + ultrasuoni) applicando una procedura specifica per la stima della resistenza in situ del calcestruzzo, in particolare se di scarsa qualità, messa a punto nel corso del primo anno. La procedura, implementata su un foglio elettronico in ambiente EXCEL, è stata resa disponibile alle altre UR del Task per applicazioni e confronti. Nell‟ambito del progetto di ricerca si è indagato sulle differenze tra resistenza misurata sulle carote e resistenza del calcestruzzo della struttura. I principali fattori che differenziano tali due valori di resistenza sono stati evidenziati ed è stata fornita un‟apposita relazione tra le stesse da adoperare nella pratica professionale. Nel terzo anno si è indagato in modo particolare sulla stima del disturbo subito durante la fase di estrazione della carote fornendo un opportuno coefficiente di correzione. Infine, ancora adoperando campioni relativi a pilastri estratti da edifici esistenti o realizzati in laboratorio si è indagato sull‟influenza dei carotaggi sulla capacità di tali pilastri a seguito dell‟estrazione e delle successive operazioni di ripristino. A tal scopo i campioni sono stati carotati e, dopo l‟esecuzione del ripristino con tecniche di uso comune oppure in assenza dello stesso, sono stati sottoposti a test alternati di compressione fino a rottura al fine di valutare la resistenza delle colonne dopo il carotaggio. UNISA: Le attività della UR UNISA nell‟ambito del task MND hanno riguardato le correlazioni che esistono tra i diversi metodi di indagine distruttiva e non distruttiva per la quantificazione delle proprietà meccaniche del calcestruzzo. In particolare, l‟attività di ricerca si è focalizzata sulla variabilità spaziale di tali proprietà all‟interno delle membrature e sul possibile legame di queste con la storia di carico ed il procedimento costruttivo della struttura L‟attività condotta ha preso le mosse da una precedente ricerca rivolta alla valutazione sperimentale della capacità di nodi colonna-fondazione dotati di dettagli costruttivi tipici di strutture esistenti ed eventualmente soggetti ad interventi di adeguamento (cfr. Task 7). Dal momento che si conoscono con sufficiente confidenza le caratteristiche meccaniche delle armature, ci si è concentrati su quelle del calcestruzzo per il quale sono state, dunque, condotte sia prove non distruttive (battute sclerometriche ed indagini ultrasoniche) che parzialmente distruttive (estrazione di carote). Le prove in parola sono state condotte su quindici delle colonne precedentemente sottoposte a test ciclici nell‟ambito delle attività condotte per il Task NODI. In particolare, da ogni colonna sono state estratti tre campioni (carote) di calcestruzzo posizionati nella zona di base, di mezzeria e di testa della colonna stessa. L‟obiettivo della ricerca è quello di stabilire quali metodologie di indagine sono più condizionate dal danneggiamento locale indotto dalla storia di carico (nella fattispecie il danneggiamento si concentra alla base delle colonne) e da eventuali disuniformità derivanti dal procedimento costruttivo. UNICAL: In questo terzo anno di attività si è proseguito, in una prima fase, all‟acquisizione di ulteriori dati sperimentali riguardanti prove di tipo non distruttivo e semi distruttivo (carotaggi) su strutture in c.a. di nuova e vecchia costruzione e, in una seconda fase, di durata temporale maggiore, nella successiva elaborazione, mediante l‟utilizzo di formulazioni presenti in letteratura, della determinazione di valori affidabili di resistenza del calcestruzzo in situ. Si è quindi proseguito nello sviluppo, avviato nel 1° anno e proseguito nel 2°, del programma sperimentale condotto su strutture in c.a e nel trattamento dei risultati ottenuti. Le prove eseguite hanno interessato, in particolare, un edificio scolastico, sito nel Comune di Rende, del quale l‟Amministrazione Provinciale di Cosenza ha ritenuto opportuno richiedere lo studio sulla vulnerabilità sismica e la progettazione preliminare di adeguamento e/o miglioramento sismico. Trattandosi di un edificio esistente, è stato necessario, al fine di valutare le caratteristiche meccaniche dei materiali, effettuare, negli stessi punti della struttura, prove di tipo semi distruttivo (carotaggi) e non distruttivo (sclerometriche e ultrasoniche), in modo da poter raggiungere un certo livello di conoscenza cui associare il relativo fattore di confidenza da utilizzare, in fase progettuale, nelle verifiche di sicurezza previste dalle normative tecniche vigenti. I dati ricavati, opportunamente elaborati, sono stati confrontati, restituiti in forma grafica e tabellare e utilizzati per la realizzazione di un report scientifico. POLIBA: L‟utilizzo di una teoria assiomatica per la descrizione ed il trattamento di variabili fuzzy ha rappresentato il punto centrale delle attività svolte. In particolare, ci si è riferiti alla possibilità di avere una teoria matematica unica che permettesse il trattamento congiunto di informazioni propriamente probabilistiche ed altre la cui natura è propriamente quella fuzzy; è ad esempio il caso dei giudizi esperti ma anche, più banalmente, quello in cui i dati sperimentali sono troppo pochi per una caratterizzazione statistica “ragionevole”. La teoria della credibilità recentemente sviluppata è stata utilizzata per permettre una piena simmetria tra variabili statistiche e variabili fuzzy. L‟obbiettivo è stato proporre una metodologia per utilizzare contemporaneamente informazioni con differenti nature (probabilistica e fuzzy) di una determinato parametro oggetto di indagine. L‟ambizione è di aumentare i dati processabili e quindi l‟accuratezza nella gestione dei parametri “incerti”. Un approccio innovativo è consistito nell‟utilizzare l‟entropia informatica per permettere una trasformazione in variabili omogenee per natura, ossia per trasformare un problema in variabili miste – fuzzy e probabilstiche – in un problema o puramente fuzzy o puramente probabilistico. Si è quindi sviluppato un criterio di conversione ed inoltre un software (in linguaggio Matlab) per la gestione di differenti informazioni di una unica variable. IUAV: Le attività di questo task, che si integrano con quelle del task FC, sono state incentrate su prove in situ alle quali l‟unità di ricerca IUAV ha avuto l‟opportunità (non preventivata) di partecipare, assieme ad altri soggetti, condividendo con questi i risultati. Più precisamente, l‟attività di questo task ha incluso la progettazione della sperimentazione, l‟esecuzione della campagna di prove, la successiva elaborazione dei dati acquisiti e l‟interpretazione dei risultati. Le prove in situ hanno riguardato edifici in servizio o dismessi da poco, con struttura costituita da telai uni-direzionali in c.a., solai uni-direzionali in latero-cemento (con o senza cappa), vani scale e ascensore entrambi aventi capacità sismica trascurabile (non-strutturali, ovvero corpi fabbrica senza tali vani), eventualmente travi di bordo. Le attività sono state indirizzate a definire (1) il sistema resistente alle forze orizzontali (2) e il sistema dissipativo dell‟energia cinetica in campo inelastico. Le attività hanno puntato a dimostrare che la direzione dei solai conta su una struttura simicamente primaria costituita da un telaio fittizio, le cui travate (traversi) sono l‟insieme dei travetti dei solai (le quali hanno una capacità flessionale, ancorché moderata, tuttavia distribuita lungo l‟intero impalcato), le cui pilastrate sono quelle effettive (le quali non hanno una direzione debole in se stesse), e il cui nodo trave-pilastro è costituito dalle travi del telaio effettivo (le quali garantiscono tale funzionamento nella misura della loro capacità torsionale, trasformando la loro rigidezza torsionale in rigidezza flessionale del nodo trave ideale – pilastro reale). 2.2 Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti) UNIROMA1: L‟attività svolta durante il terzo anno ha riguardato lo sviluppo di una procedura bayesiana per la valutazione della resistenza del calcestruzzo e dell‟acciaio e la calibrazione dei fattori di confidenza (FC). I fattori di confidenza applicati alle resistenze dei materiali, con lo scopo di impiegare nelle verifiche valori medi con bassa probabilità di superare quelli effettivi, possono essere stimati mediante metodologia bayesiana, che trova la propria base sulla quantità e tipologia delle indagini conoscitive eseguite. L‟impiego del metodo bayesiano consente di utilizzare i risultati delle indagini condotte sui materiali e sugli elementi strutturali per aggiornare una distribuzione di probabilità nota a priori, sulla base dei dati desunti dai certificati di prova o dalla pratica costruttiva. Il metodo consente anche di tenere conto del livello di affidabilità delle diverse tipologie di prova (distruttive e non distruttive). Il valore da assumere per i fattori di confidenza viene definito caso per caso in funzione del numero e tipologia di prove e dell‟affidabilità della distribuzione di partenza. Il lavoro valuta anche la possibilità di un esteso impiego dei metodi d‟indagine non distruttivi per la definizione delle caratteristiche degli elementi strutturali (resistenze dei materiali e distribuzione delle armature) allo scopo di ampliare la base conoscitiva della struttura. La procedura di calcolo del FC relativo alla resistenza di un materiale segue i seguenti passi: acquisizione dell‟eventuale informazione a priori; scelta dei metodi di prova distruttivi e non distruttivi; valutazione delle deviazioni standard relative a ciascun metodo di prova, sulla base delle curve di regressione impiegate; esecuzione delle prove distruttive e non distruttive e calcolo di valore medio e varianza per ciascun metodo; calcolo dei parametri nell‟equazione del FC; calcolo del FC. UNINA: La struttura considerata è un edifico in cemento armato di quattro piani situato in Avellino, adibito ad uso scolastico e progettato per soli carichi verticali. Per la struttura scelta è stato costruito un modello strutturale utilizzando il programma di calcolo SAP secondo i disegni e la relazione originale. Per caratterizzare le incertezze sui possibili difetti presenti nelle strutture esistenti è stato preparato un elenco preliminare delle possibili tipologie di difetti strutturali. A ciascun difetto, sono stati assegnati un set di valori plausibili insieme al loro peso relativo. Tale elenco è stato utilizzato come base per la preparazione di un questionario destinato ai professionisti. I questionari servono al fine della caratterizzazione delle distribuzioni di probabilità a priori per i parametri relativi ai dettagli strutturali. Tali distribuzioni a priori costituiscono la base di conoscenza sulla struttura da aggiornarsi in relazione alle prove in situ secondo la proposta metodologia bayesiana. Infine, si è implementato un algoritmo di simulazione al fine del calcolo (ed aggiornamento) dell‟affidabilità strutturale. La probabilità di collasso è calcolata con i metodi di integrazione numerica o di simulazione tipo Monte Carlo (MC) e la simulazione subset. Ogni singola realizzazione nel processo di simulazione corrisponde ad un‟analisi statica non lineare della struttura e un‟applicazione del CSM. La stima dell‟affidabilità strutturale e le distribuzioni di probabilità per i parametri di modellazione sono stati aggiornati attraverso una metodologia bayesiana implementando i risultati delle indagini e le prove insitu. A partire da tali risultati è stato possibile sviluppare un metodo semplice ed efficiente che, basandosi su poche analisi strutturali, riesce a portare alla determinazione dei fattori di confidenza. 2.3 Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone) UNIROMA1: Inizialmente l‟attività di ricerca, condotta in collaborazione con le altre U.R., si è concentrata sulla stesura di linee guida per l‟utilizzo delle analisi non lineari nella valutazione sismica di edifici esistenti in c.a.. In particolare, il contributo della U.R. UNIROMA1 alle linee guida ha riguardato i seguenti argomenti: la definizione delle sorgenti di irregolarità strutturale in pianta, l‟identificazione dei pro e contro nell‟utilizzo della rotazione rispetto alla corda quale parametro per la valutazione della domanda sismica locale nelle travi e nei pilastri, e la definizione di tre casi studio di edifici a telaio in c.a. per testare e confrontare differenti procedure di analisi non lineari proposte in normative ed in letteratura. Successivamente l‟attività di ricerca si è concentrata sulla valutazione dei parametri critici che influenzano la risposta sismica non lineare degli edifici asimmetrici in pianta. A tal fine la U.R. UNIROMA1 ha condotto una serie di analisi dinamiche non lineari sia su telai mono che multi piano, caratterizzati da differenti configurazioni di resistenze e rigidezze rappresentativi di una larga classe di edifici esistenti. Sulla base dei risultati ottenuti è stato definito un nuovo metodo pushover che tiene esplicitamente in conto il comportamento torsionale degli edifici asimmetrici in pianta. L‟efficacia della procedura d‟analisi proposta è stata valutata confrontando la domanda sismica di casi studio selezionati con quella ottenuta attraverso sia analisi dinamiche non lineari che metodi pushover di letteratura. UNICH: Sono stati seguiti diversi filoni di ricerca: a) analisi nonlineari degli edifici regolari ed irregolari progettati e distribuiti da UNIROMA1. Le analisi sono state svolte principalmente con il programma RAMPerform, che diventerà presto il modulo nonlineare del programma SAP-2000; b) analisi nonlineari di un edificio in cemento armato modellato con diversi livelli di dettaglio. E‟ stato completatao lo studio della sensitività della risposta ad incertezza dell‟input, in particolare il sisma e i parametri meccanici della struttura. Si è anche studiata la qualità degli accelerogrammi naturali e generati per le analisi dinamiche nonlineari, e la loro influenza nel predire la domanda sulla struttura; c) investigazione sull‟influenza dell‟angolo di incidenza della direzione dell‟input sismico nelle analisi statiche e dinamiche, attraverso lo studio di un semplice telaio in cemento armato ad un piano; d) coordinamento della preparazione delle linee guida per le analisi statiche e dinamiche di edifici in cemento armato secondo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8. Il filone d) è stato sviluppato insieme a tutte le altre unità coinvolte. Per gli altri filoni, ci sono state interazioni con UNIROMA1, UNISA, UNINA, UNIVE. UNIFI: Questa UR ha innanzitutto completato il lavoro relativo allo studio della risposta sismica non lineare di strutture irregolari in pianta, contribuendo, fra l‟altro, la sezione 1.3.5 „La valutazione della risposta rotazionale di sistemi asimmetrici non lineari‟ al documento METODI DI ANALISI NONLINEARI PER EDIFICI ESISTENTI IN CEMENTO ARMATO sviluppato collegialmente nell‟ambito della Linea 2. Sono stati, inoltre, studiati due metodi semplificati, utilizzabili facilmente in ambito professionale, per la valutazione del rapporto fra le frequenze torsionali e laterali disaccoppiate e per la valutazione dell‟eccentricità statica per edifici multipiano, confrontando i risultati con metodi più complessi per alcuni casi di studio. Tali valutazioni, che possono essere a rigore condotte per edifici monopiano e solo per classi molto particolari di edifici multipiano, risultano cruciali sia ai fini della caratterizzazione della risposta torsionale che per l‟applicabilità dell‟analisi pushover ad edifici irregolari, come emerso con evidenza dalle indagini effettuate da questa UR. UNIFI ha infine proseguito le indagini relative all‟estendibilità dell‟analisi pushover alle strutture irregolari mediante il metodo proposto da Fajfar nel 2005, con riferimento a modelli semplificati monopiano, a modelli di edificio multipiano e ad edifici esistenti, questi ultimi caratterizzati da complesse condizioni di irregolarità. Nel corso delle indagini sopra descritte, UNIFI ha collaborato con tutte le altre UR coinvolte nel Task 3, in particolar modo con UNIBO ed UNIROMA1. UNINA: Un telaio piano di un edificio esistente sito a Londa (FI), irregolare in elevazione, è stato studiato mediante l‟analisi statica equivalente in accordo all‟ultima normativa italiana (NTC, 2008 e Istruzioni per l‟applicazione delle “Norme tecniche per le costruzioni”, 2008). La struttura è stata modellata ed analizzata sia tenendo conto anche della possibile crisi per taglio che considerando unicamente la non linearità in termini di momento-rotazione. L‟analisi utilizzata è la statica non lineare, che ha permesso di dare un giudizio sulla effettiva capacità resistente della struttura. Inoltre è stato analizzato il comportamento sismico di telai in c.a. che presentano discontinuità della distribuzione in elevazione della sovraresistenza. Tali discontinuità sono ottenute assegnando sovraresistenze a travi o pilastri del “telaio regolare” assunto come riferimento, progettato secondo l‟Eurocodice 8 (EC8) in Classe di Duttilità Media. Le sovraresistenze dei presunti telai irregolari sono assegnate modificando l‟armatura di travi o pilastri ai differenti piani. Per tutti i telai sono applicati i criteri di regolarità della resistenza in elevazione prescritti dalle più importanti normative sismiche internazionali. Per tali verifiche di regolarità la resistenza di piano è calcolata con due metodi differenti: il primo tiene conto solo delle resistenze flessionali dei pilastri, mentre il secondo anche delle resistenze flessionali delle travi. Sono effettuate analisi statiche e dinamiche non lineari: la non linearità meccanica è concentrata alla fine degli elementi. Queste analisi sono eseguite in accordo alle prescrizioni dell‟EC: per le analisi statiche non lineari è applicato il metodo N2; nel caso di analisi dinamiche non lineari sono usati come input terremoti selezionati al fine di ottenere la spettrocompatibilità con lo spettro di progetto elastico di norma. UNIBO: Le attività sviluppate dalla U.R. UNIBO possono essere sintetizzate come segue: sviluppo di analisi di simulazioni numeriche parametriche atte alla valutazione della efficacia nella stima delle massime risposte rotazionali della metodologia messa a punto per sistemi asimmetrici lineari e non; sviluppo di analisi di simulazioni numeriche parametriche atte alla valutazione della efficacia nella stima dei massimi spostamenti del lato flessibile della metodologia messa a punto per sistemi asimmetrici lineari e non; studi volti alla valutazione della sensibilità (“sensitivity analysis”) della risposta torsionale delle strutture in dipendenza dai parametri strutturali che le caratterizzano; studi volti alla formulazione di una eccentricità correttiva in grado di condurre ad una stima delle massime risposte rotazionali dinamiche dei sistemi eccentrici mediante analisi di push-over; studi sia analitici (assimilando le risposte sismiche di tali strutture a processi stocastici), sia numerici volti alla valutazione degli effetti legati alla non contemporaneità tra la massima riposta rotazionale e la massima risposta longitudinale del sistema. IUAV: (1) Analisi statiche non-lineari sia dei casi studio sia di altri casi, eseguite con i codici: Sap2000, MIDASGen, Perform 3D. Le analisi sono state svolte considerando i seguenti quattro diversi sistemi di forze orizzontali. a) Proporzionali al prodotto delle masse per gli spostamenti delle deformate modali; quindi con la risultante diretta come il taglio alla base dei relativi modi di vibrare (considerando i primi due modi di vibrare). b) Proporzionali alle masse e dirette concordemente al taglio alla base dei primi due modi di vibrare. c) Con distribuzioni proporzionali alle masse e dirette secondo i lati della pianta dell‟edificio analizzato. d) Proporzionali al prodotto delle masse per gli spostamenti relativi a una deformata triangolare rispetto alla altezza (con massimo in sommità) e dirette secondo i lati della pianta circoscritta dell‟edificio analizzato. (2) Analisi del comportamento di edifici aventi una sperequazione di capacità nelle due direzioni orizzontali. (3) Studi sull‟influenza dell'angolo di incidenza dell‟azione sismica sulla risposta strutturale dell'edificio. (4) Implementazione, in ambiente Mathcad, di un foglio di post-processione dei risultati di Sap2000 e Perform 3D per valutare la capacità di rotazione alla corda e confrontare la domanda come da OPCM 3431. (5) Analisi con cerniere tipo FEMA PMM, dei casi studio analizzati con il codice di calcolo MIDASGen. (6) Ricerca di parametri a-priori, significativi del comportamento sismico complessivo dell'edificio. (7) Realizzazione di un post-processore per l'elaborazione dei dati di uscita da MIDASGen, per le verifiche. UNICT: Per ovviare al fatto che le analisi pushover, da sole o con le correzioni proposte da alcuni ricercatori, non sono sempre in grado di predire efficacemente le rotazioni planimetriche che una struttura non simmetrica subisce come risposta inelastica ad un evento sismico, l‟U.R. UniCT ha proposto di considerare per ogni elemento lo spostamento massimo fornito da due distinte analisi pushover, con forze applicate in posizioni differenti (individuate mediante eccentricità “correttive”). Ha quindi effettuato un vasto studio numerico, facendo variare in un ampio intervallo tutti i parametri che governano il problema (distribuzione di massa, rigidezza, resistenza). Si sono presi in esame sistemi spaziali monopiano, aventi un unico asse di simmetria e soggetti ad azione sismica nella direzione non simmetrica. Si è scelto di usare questi modelli perché consentono una facile manipolazione dei parametri in gioco ed una rapida esecuzione delle analisi. Si è messo a punto un programma che consente: la generazione automatica di schemi spaziali monopiano, sulla base di assegnati criteri e valori dei parametri principali; l‟effettuazione di analisi statiche e dinamiche non lineari (le prime con diversi valori del punto C di applicazione della forza orizzontale); il confronto dei risultati e l‟individuazione di due posizioni limite di C che consentono all‟analisi pushover di inviluppare gli spostamenti dell‟analisi dinamica non lineare. L‟elaborazione dei risultati ottenuti ha consentito di evidenziare che esiste una relazione approssimativamente lineare tra le eccentricità correttive e le eccentricità tra i centri di massa, rigidezza e resistenza, mentre risultano scarsamente rilevanti gli altri parametri del sistema. UNISA: Le attività della U.R. di UniSA nell‟ambito del task IRREG hanno riguardato l‟esame comparativo delle diverse metodologie di analisi non lineare statica e dinamica delle strutture esistenti in cemento armato finalizzate alla valutazione della risposta sismica ed, in definitiva, alla quantificazione dei livelli di vulnerabilità. In particolare, l‟attività si è concentrata sui seguenti punti: - definizione ed analisi comparata dei modelli per la quantificazione della capacità delle membrature in c.a. e delle strutture cui esse appartengono: lo studio è partito dalla definizione teorica delle diverse misure di domanda generalmente utilizzate per quantificare la risposta sismica (interstorey-drift angle, rotazione della corda, rotazioni plastiche, ecc.) per arrivare al confronto in termini quantitativi tra i valori suggeriti per tali misure di danno in corrispondenza dei diversi Livelli di Performance strutturale sotto sisma; - confronto tra i metodi di analisi statica non lineare delle strutture in c.a. finalizzato alla valutazione della maggiore o minore accuratezza di tali metodi con riferimento ad analisi del tipo time-history; - definizione di metodologie semplificate basata su analisi statiche non-lineari per la definizione di curve di fragilità e la quantificazione della probabilità di raggiungimento degli Stati Limite di interesse. Nell‟ambito di molte delle attività svolte sopra, sono stati assunti tre casi-studio comuni alle diverse U.R. afferenti al task in modo da rendere confrontabili i risultati ottenuti. 2.4 Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi) Le principali attività del terzo anno della unità UNINA si sono concentrate su una serie di analisi numeriche non lineari che hanno permesso di identificare l‟importanza svolta dal solaio nel ripartire l‟azione sismica tra gli elementi muratura e cemento armato in funzione della propria rigidezza nel piano e di enfatizzare il ruolo centrale della muratura nel contrastare le forze orizzontali soprattutto in ambito lineare per poi proseguire in ambito non lineare. E‟ stato approntato lo studio di un modello di tre piani, in cui a partire da un modello iniziale (Modello A) costituito da un edificio in sola muratura, sono state sostituite le pareti interne in muratura con telai in c.a. dotati di pilastri d‟estremità che ne completano la maglia strutturale (Modello B). Un ulteriore modello è costituito dalla eliminazione parziale delle pareti interne, lasciando il solo nucleo scala a cui si connettono le travi dei telai (Modello C). Noto l‟importante effetto in termini di incremento di resistenza che sortisce la presenza di cordoli o catene su una parete muraria, nel caso dei modelli B e C è stata altresì investigata la ripartizione dell‟azione sismica considerando la presenza di tali elementi. Le modalità di crisi considerate nelle analisi numeriche per i pannelli murari sono a presso flessione ed a taglio con il raggiungimento delle condizioni di collasso per i pannelli di maschio controllate attraverso l‟interstorey-drift. Un comportamento bilineare, con resistenza limitata e pendenza di scarico uguale rispetto a quella iniziale, è assunto per gli elementi in c.a., con la concentrazione della plasticità in corrispondenza delle estremità degli stessi. I criteri di resistenza considerati per gli elementi in c.a. sono a pressoflessione ed a taglio. Di fondamentale importanza è l‟utilizzo di modelli a comportamento non lineare per gli elementi in muratura ed in c.a., in quanto un‟analisi di tipo lineare non risulterebbe appropriata per investigare il comportamento dell‟azione sismica con l‟evolversi del processo di carico sino in campo non lineare. Infatti in ambito lineare le analisi hanno evidenziato quanto era lecito attendersi, vale a dire un ruolo centrale della muratura nell‟assorbire l‟azione sismica in ragione della sua elevata rigidezza rispetto agli elementi in cemento armato, mentre in ambito non lineare, il contributo offerto all‟assorbimento dell‟azione sismica tra gli elementi di tecnologia differente può divenire confrontabile. L‟attività di ricerca svolta dalla unità UNIROMA1rappresenta la prosecuzione e l‟approfondimento dell‟analisi dei modelli il cui studio è stato avviato nel corso del secondo anno. I due modelli esaminati sono rappresentativi di edifici misti con funzionamento in parallelo, con telai in c.a. e pareti murarie presenti allo stesso piano dell‟edificio (il collegamento si realizza mediante travi e solai). Il primo è un semplice modello piano costituito da una parete muraria e da un telaio in c.a. collegati in sommità da un elemento elastico con diversi valori della rigidezza. Gli elementi del telaio hanno dimensioni e materiali tipici di strutture progettate in assenza di azioni sismiche. Il secondo modello rappresenta un edificio con pareti perimetrali in muratura e telai interni in c.a., che si sviluppa su una pianta rettangolare per tre elevazioni fuori terra. I telai interni in c.a. sono disposti parallelamente alla dimensione planimetrica minore e presentano ciascuno tre campate con travi continue su due pilastri intermedi in cemento armato e appoggiate alle estremità su lesene murarie. Al fine di esaminare le conseguenze strutturali dovute ad una pratica ricorrente, quale quella di sostituire pareti murarie interne con telai in c.a., è stato inoltre preso in considerazione un modello in tutto uguale al precedente ma con pareti in muratura in luogo dei telai. Per tutti i modelli sono state effettuate analisi statiche non lineari (push-over) utilizzato il codice di calcolo agli elementi finiti ADINA. Per le analisi, la muratura è stata modellata come un materiale con fessurazione diffusa. I pilastri in c.a sono stati modellati con elementi “multilinear-plastic” mentre travi e solai mediante elementi “linear elastic” e “shell”, rispettivamente. 2.5 Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia) Nel campo delle analisi numeriche, una prima serie di indagini è stata condotta presso l‟U.R. 04 (Roma 1): il comportamento sismico degli edifici in c.a. tamponati, che erano stati individuati ed analizzati nel corso del secondo anno mediante analisi non lineari statiche, è stato valutato mediante analisi dinamiche al passo, utilizzando prevalentemente accelerogrammi corrispondenti ad effettive registrazioni. I modelli esaminati sono rappresentativi di edifici esistenti nel territorio italiano ed includono diverse distribuzioni in altezza dei pannelli di tamponamento. Punto fondamentale dello studio è stato il confronto tra le domande, ottenute appunto dalle analisi dinamiche, e le relative capacità, ottenute dalle analisi statiche precedentemente effettuate. Per tale confronto si è fatto riferimento sia a grandezze legate alle deformazioni (spostamenti relativi di piano, spostamento in sommità, duttilità di spostamento, rotazioni nei pilastri) che di natura energetica (energia dissipata). Il livello di sicurezza delle strutture esaminate rispetto al collasso è stato valutato anche mediante un indice di danno che tiene in conto sia l‟energia dissipata mediante deformazioni anelastiche cicliche sia il massimo spostamento relativo di piano. Questo parametro si è rivelato assai efficace, mentre stime effettuate esclusivamente in termini di resistenza non sono risultate generalmente sufficienti. Una seconda serie di indagini numeriche è stata effettuata presso l‟U.R. 10 (Chieti), dove i pannelli di tamponamento sono stati modellati con un modello relativamente semplice di puntone diagonale, corrispondente a quello proposto dalle FEMA 273-274 americane (Federal Emergency Management Agency) e che ben presto diventerà strumento normativo negli Stati Uniti. I parametri del modello sono stati calibrati in base ai dati ottenuti in seguito alla campagna sperimentale di Mehrabi e Shing (1997) su telai in c.a. ad una e due campate con tamponatura in blocchi pieni e forati in calcestruzzo. Il modello è stato implementato in ambiente Opensees e la membratura strutturale del telaio è stata modellata con elementi a fibre non lineari. Per il comportamento a taglio delle colonne sono state ipotizzate due diverse soluzioni: nel primo caso è stato affidata la possibile rottura a taglio della colonna a soli zero-length element posti all‟altezza dei giunti del puntone diagonale equivalente, nel secondo caso è stato associata una legge V-γ per il taglio ad ogni sezione delle colonne attraverso il section aggregator fornito da Opensees. Per quanto riguarda la sperimentazione, presso l‟U.R. 15 (Palermo) sono stati provati 6 telai mono-piano e mono-campata, rappresentativi di maglie di telai in c.a. tamponate con le tipologie di tamponamento oggetto della sperimentazione condotta nel precedente anno di ricerca. Per ciascuno dei tre tipi di tamponamento (muratura di calcarenite, di laterizio e di calcestruzzo alleggerito) sono stati provati due telai simulanti una maglia quadrata di dimensioni pari a circa 2 x 2 metri. Nel corso delle prove le colonne sono state mantenute soggette ad un livello di compressione costante, per simulare la presenza dei carichi verticali trasmessi dai piani superiori, mentre per quanto riguarda le azioni laterali, si è adottata una storia di carico ciclico con intensità della forza massima crescente fino al raggiungimento della resistenza; quindi si è impressa una storia di spostamenti ciclicamente crescenti fino al collasso. La sperimentazione è stata finalizzata a: verificare l‟attendibilità delle stime di resistenza effettuate sulla base delle caratteristiche meccaniche dedotte dalla sperimentazione sui pannelli di tamponamento; rilevare i quadri fessurativi e i meccanismi di rottura delle maglie tamponate; calibrare i parametri caratterizzanti il comportamento ciclico isteretico di un modello di puntone diagonale equivalente proposto dai ricercatori dell‟U. R. 15 in un precedente studio. La sperimentazione condotta presso l‟U.R. 02 (Pavia), relativa a una struttura intelaiata in c.a., a 3 piani e tamponata, si è articolata nelle seguenti quattro fasi: 1) Trasporto del prototipo in laboratorio: in questa fase, particolarmente delicata e complessa per il notevole peso del prototipo, la struttura è stata debitamente irrigidita e controventata per evitare un possibile danneggiamento. Per il sollevamento è stato adottato un sistema costituito da martinetti idraulici con riscontro diretto a terra, i quali agivano su delle travi metalliche irrigidite ancorate alla fondazione della struttura. Per movimentare il prototipo all‟interno del laboratorio è stato utilizzato il sistema di trasporto di carichi industriali AeroGO (Load Modules system), composto da quattro cuscini in alluminio estruso irrigidito nei quali viene convogliata aria compressa che gonfia un cuscino di forma torica. 2) Predisposizione delle masse di piano e dei tamponamenti esterni: per riprodurre in scala le condizioni di carico cui la struttura reale di riferimento sarebbe stata soggetta sotto sisma, sono state disposte sui solai di ogni piano delle masse addizionali realizzate con getti di calcestruzzo non armato di circa 25 cm di spessore, per una massa complessiva di 27 tonnellate (9 per piano). I tamponamenti esterni sono stati realizzati con blocchi di calcestruzzo autoclavato (Gasbeton RDB) di spessore pari a 5 cm, in modo da ottenere un rapporto realistico tra la rigidezza dei pannelli di tamponamento e quella degli elementi in c.a. della maglia di telaio tamponata. 3) Strumentazione del provino: al fine di monitorare il comportamento in fase di prova della struttura, sono stati predisposti circa 180 trasduttori analogici di diverso tipo in relazione alla natura della grandezza fisica da rilevare. La scelta e il posizionamento della strumentazione sono stati dettati dalle zone critiche o più significative da monitorare e dalla disponibilità di strumenti e canali di acquisizione. Il setup del test ha previsto due sistemi di monitoraggio: uno che vede l‟impiego di strumentazione “tradizionale” (accelerometri, potenziometri, ecc.), un altro che è basato su telecamere ad alta definizione per il monitoraggio ottico dei punti d‟interesse. 4) Test dinamici: la struttura, completata e strumentata, è stata sottoposta a un accelerogramma naturale (registrazione Montenegro 1979, stazione di Herceg-Novi) agente in direzione longitudinale (Y), scalato a diversi valori di PGA, in modo da simulare terremoti di bassa, media e forte intensità. Presso l‟U.R. di Roma 3 sono state concluse prove su telai tamponati in scala 1: 1/2, e sui componenti: calcestruzzo, acciaio, blocchi laterizio, malte, e loro assemblaggi: muretti di modesta dimensione. Sono state eseguite elaborazioni per mettere a punto modelli semplificati a una e tre bielle e confronti dei risultati numerici e sperimentali. Tra l‟altro confrontando i risultati sperimentali tra telai tamponati e nudi si è potuto valutare l‟effetto del tamponamento ed il legame “forza spostamento” del pannello. Si è valutata la possibilità di determinare le caratteristiche delle bielle a partire dalle caratteristiche meccaniche degli elementi componenti. Sono stati calibrati i legami utilizzati per la valutazione della risposta ciclica di telai tamponati. E‟ stato messo a punto un criterio di progetto di controventi dissipativi per la protezione di telai tamponati, basato sull‟uso di analisi di spinta, verificato con analisi dinamiche non lineari. Il metodo di progetto è stato validato confrontando l‟obbiettivo di progetto in termini di spostamento ( cioè lo spostamento atteso) con il risultato ottenuto mediante analisi non lineare dinamica della struttura così progettata, soggetta ad accelerogrammi naturali. Le attività complessivamente svolte sono state sviluppate in accordo con il programma specifico attribuito alle singole UU.RR. sin dal primo anno, opportunamente aggiornate durante lo svolgimento della ricerca. In occasione del Convegno dedicato alla Linea 2, svoltosi a Roma nel mese di maggio 2008, sono stati concordati i tempi e le modalità con cui portare a termine il progetto complessivo per la parte di competenza del Task. 2.6 Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza) I principali obiettivi raggiunti sono i seguenti: (a) studio critico della letteratura tecnica relativamente alle principali tipologie di scale degli edifici esistenti; (b) analisi della pratica nella progettazione/costruzione delle principali tipologie di scale con riferimento alle indicazioni di normativa del periodo 1940-1980. Con riferimento ai punti precedenti, una serie di manuali, libri e le normative risalenti al periodo in esame sono stati analizzati in dettaglio con giudizio critico basato sulle attuali conoscenze. Esempi di scale progettate per soli carchi gravitazionali sono state studiate con riferimento alle diverse tipologie. La conoscenza delle soluzioni strutturali e della pratica progettuale delle scale è di particolare importanza per definire la reale geometria e comprendere il comportamento correttamente. L‟attenzione è stata focalizzata sull‟approccio di progetto relativo agli elementi costituenti la scala ( travi a ginocchio e solette rampanti). Analisi numeriche lineari e non lineari su tipici edifici sono state effettuate, esse hanno fornito una serie di importanti risultati e spunti sui problemi legati alla modellazione meccanica e geometrica degli elementi strutturali delle scale. I primi risultati hanno confermato l‟importanza di considerare l‟interazione fra le azioni interne, in particolare sforzo assiale-momento nelle travi ad asse inclinato, taglio-momento nelle colonne. Uno studio critico sulle diverse formulazioni per la resistenza a taglio presenti in letteratura, ha poi permesso simulare le potenziali rotture fragili da taglio nelle colonne tozze, che sono spesso presenti in molti edifici. Analisi statiche non-lineari con modello a plasticità concentrata sono state sviluppate per evidenziare zone critiche e modalità di crisi. Il set-up delle prove sperimentali è stato definito, un telaio ad una sola campata con trave a ginocchio è stato progettato in scala reale. 2.7 Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi) Durante il terzo anno le UR hanno eseguito ulteriori test (UR UNIBAS) ed hanno accuratamente elaborato i risultati ottenuti negli anni precedenti (UR UNIBAS, UNIUD e UNISA). L‟UR UNINA si è occupata principalmente della modellazione analitica dei nodi. Tutte le UR hanno proseguito l‟esame della bibliografia sull‟argomento. Dettagli sulle principali attività svolte nel corso del terzo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel seguito. UNIBAS: L‟attività dell‟unità di ricerca UNIBAS è consistita principalmente nell‟esecuzione di test sperimentali su nodi trave colonna relativi alle tipiche costruzioni in cemento armato esistenti in Italia ed aventi differenti livelli di progettazione sismica, ossia nodi relativi ad edifici progettati per resistere ai soli carichi verticali e nodi estratti da edifici progettati conformemente alle recenti norme sismiche italiane (OPCM 3274 and 3431). Il programma sperimentale è stato eseguito presso il Laboratorio di strutture dell‟Università della Basilicata a Potenza. Alla attività sperimentale si è affiancata una approfondita ricerca bibliografica sulle sperimentazioni eseguite in Italia e in altri Paesi su nodi trave-colonna in c.a.. Le principali attività hanno riguardato: - Stato dell‟arte di sperimentazioni su nodi trave-colonna eseguite a livello nazionale ed internazionale, collezionando ed esaminando informazioni relative ai tipi di test eseguiti, alla forma dei provini (ad L, T, C), al livello di progettazione sismica adottata, al meccanismo di rottura osservato (capacità deformativa, resistenza ed evoluzione del degrado in campo non lineare). Inoltre, si sono catalogati i lavori con riferimento all‟elemento soggetto a rottura tenendo conto delle caratteristiche del provino e dei test effettuati. Si è costruito un database contenente tutti i provini testati nei lavori esaminati. Inoltre è stato costruito un data base interattivo in cui ad ogni record è collegato il file descrittivo della sperimentazione. - Per l‟esecuzione del programma sperimentale sono stati realizzati nodi esterni trave colonna in c.a. in scala 1:1 aventi differenti caratteristiche in termini di livello di progettazione antisismica e di tipologia delle armature (sempre ad aderenza migliorata ma con differente duttilità). I test eseguiti hanno riguardato: provini relativi a nodi non sismici (NE) cioè progettati a soli carichi verticali; provini relativi a nodi progettati per la zona sismica 2; provini relativi a nodi progettati per la zona sismica 4. Le prove sono state eseguite in controllo di spostamento applicando un drift crescente alla testa del pilastro ripetuto ogni volta per 3 cicli. - Preliminarmente ai test sperimentali si sono effettuate alcune simulazioni numeriche al fine di stimare la forza ed il drift di plasticizzazione e determinare l‟elemento dell‟assemblaggio sede della crisi. Le elaborazioni sono state effettuate adoperando un modello a fibre sviluppato con il software Seismostruct. - Durante le prove è stato possibile monitorare diverse grandezze caratteristiche del comportamento dei provini. Infatti, erano installati 24 trasduttori di spostamento in modo da registrare le deformazioni di travi, pilastri e pannello nodale. Altri traduttori sono stati usati per monitorare gli spostamenti in testa al pilastro e in corrispondenza della trave. Alcune celle di carico hanno consentito di registrate il carico verticale applicato e quello orizzontale. I test sono stati effettuati, generalmente, portando a rottura i nodi. - I dati ottenuti sono stati analizzati in modo da ricostruire il legame forza-drift, stimare l‟energia dissipata per isteresi e determinare il degrado meccanico di ogni provino testato, in modo da poter confrontare i risultati ottenuti sui diversi provini e valutare l‟influenza di alcuni fattori che li differenziano. Per ogni test si è redatto uno specifico rapporto di prova contenente la descrizione del provino, grafici relativi al comportamento meccanico, nonché foto di punti e fasi salienti del test. - Durante le attività si è interagito frequentemente con le altre UR coinvolte nel task sia attraverso lo scambio di file, documenti ecc. che nel corso delle riunioni plenarie della Linea 2 e di riunioni specifiche tra UR facenti parte del task. Va citato in tal senso il lavoro congiunto delle 4 UR presentato al 14th WCEE (Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M., Realfonzo R., Faella C., Lignola G.P., Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening of RC beam-column joints: experimental program and first results of the research activity in the framework of Dpc-Reluis project (Research Line 2), The 14th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing, China). L‟interazione è stata particolarmente intensa con l‟UR UNINA cui sono stati forniti i risultati completi di alcuni test per la interpretazione e l‟analisi dei risultati sperimentali mediante simulazioni numeriche con accurati modelli agli Elementi Finiti in campo non lineare. UNINA: Le attività principali svolte dalla U.R. UNINA sono riassunte di seguito. In particolar modo si cita la modellazione numerica tramite il software agli elementi finiti DIANA adoperato per analizzare provini riproducenti sub-assemblaggi nodali reali caratterizzati da proprietà geometriche e meccaniche, ad esempio per il calcestruzzo o per le barre di armatura lisce, e caratterizzati da carenze tipiche del costruito, così come individuate nella letteratura scientifica analizzata nel primo anno. In prosecuzione con le simulazioni condotte nel secondo anno su nodi trave colonna interni (nodi piani a croce), durante il terzo anno sono stati analizzati i nodi di estremità (nodi piani a T) sia di letteratura che per un più dettagliato confronto con i provini testati dalla U.R. UNIBAS. Le analisi parametriche condotte agli elementi finiti hanno permesso di evidenziare i tipici meccanismi di crisi, i quadri fessurativi e l‟incidenza dei parametri meccanici e geometrici principali inseriti nei modelli analitici per la previsione della capacità resistente dei nodi; modelli individuati negli anni precedenti. La modellazione numerica è stata validata accuratamente sulla base dei risultati sperimentali rinvenuti in letteratura e realizzati presso la U.R. UNIBAS. Per validare anche le espressioni di normativa per la definizione della crisi del nodo, sono state condotte analisi numeriche su nodi progettati appositamente per attingere o non attingere la crisi del pannello nodale come definita dalla normativa. UNIUD: Nel corso del terzo anno si sono redatti tutti i diagrammi delle misurazioni effettuate durante le prove svolte sui nodi esterni nei primi due anni. Innanzitutto sono stati tracciati i diagrammi, tutti in funzione dello spostamento imposto all‟estremità della trave, della forza, dell‟apertura di fessura all‟interfaccia trave- pilastro, dello scorrimento delle barre longitudinali della trave e delle deformazioni del pannello di nodo, ottenuti sia dai nodi non rinforzati che da quelli rinforzati. Particolare attenzione è stata posta all‟interpretazione del diagramma forza-spostamento sul quale sono stati riportati anche i valori teorici di calcolo delle forze che avrebbero dovuto provocare rispettivamente lo snervamento delle barre longitudinali della trave, la fessurazione all‟interfaccia trave-pilastro e lo scorrimento delle barre longitudinali della trave ancorate nel nodo. Gli altri diagrammi, insieme ai risultati osservati visivamente sui provini, sono stati utilizzati per convalidare l‟interpretazione dei primi. Successivamente si sono messi a confronto i risultati ottenuti dai nodi non rinforzati con quelli dei nodi rinforzati tracciando, sempre in funzione dello spostamento imposto alla trave, i diagrammi inviluppo della forza, energia dissipata in termini di lavoro cumulativo svolto durante la prova e variazione della rigidezza secante calcolata al primo ciclo di ogni step di carico. Tali diagrammi sono stati interpretati in termini di aumento di forza, duttilità e capacità di dissipazione di energia, e di riduzione relativa della rigidezza all‟aumentare dello spostamento imposto. UNISA: L‟attività dell‟U.R. UNISA nell‟ambito del Task Nodi si è articolata in due direzioni principali descritte brevemente nel seguito: valutazione sperimentale del comportamento statico e ciclico di nodi di base colonna-fondazione realizzati riproducendo metodologie costruttive ed impiegando materiali generalmente utilizzati negli anni ‟60 e ‟70, epoca di costruzione di molte delle strutture esistenti in c.a.; nell‟ambito della campagna sperimentale condotta è stato anche valutato il diverso comportamento derivante da tecniche innovative di intervento finalizzate all‟aumento di capacità rotazionale e di resistenza flessionale dei nodi stessi; messa a punto di un ampio database di risultati sperimentali disponibili nella letteratura scientifica con riferimento a prove di carico sia monotone che cicliche condotte su nodi trave-colonna in strutture esistenti in c.a; la disponibilità di un ampio numero di risultati sperimentali organizzati secondo il suddetto database è stata pure utilizzata per la validazione di alcuni tra i più comuni modelli di capacità pure disponibili in letteratura. Nell‟ambito delle attività di cui sopra, ed in particolare delle prove sperimentali condotte su nodi di base, l‟U.R. di UniSA ha interagito con altri gruppi di ricerca coinvolti nello stesso progetto anche al di fuori della Linea 2. 2.8 Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e taglio biassiale (Fabbrocino) Nel periodo in esame l‟U.R. UNINA si è impegnata nell‟esecuzione di otto prove sperimentali su altrettanti pilastri in c.a. in scala reale soggetti a sforzo normale costante ed azioni orizzontali uniassiali monotone o cicliche; in Tabella 1 sono riportate in dettaglio le tipologie di prove svolte. Per ciascuna prova sono state eseguite prove di caratterizzazione dei materiali costituenti i provini (calcestruzzo e acciaio). Tutte le prove sono state eseguite in controllo di spostamento, nel caso di prove cicliche le azioni orizzontali sono state applicate in cicli di spostamento caratterizzati da incrementi di spostamento di 12mm fino ad arrivare alla crisi del provino per eccesso di spostamento, ovvero per riduzione significativa del carico portato. Attraverso l‟utilizzo di un‟opportuna strumentazione (trasduttori e strain gauges applicati sul pilastro e sulle barre di armatura) è stato possibile analizzare il comportamento sia globale che locale dei provini testati nonché effettuare considerazioni relative alla capacità dissipativa in termini energetici. Un‟analisi comparativa dei risultati ottenuti ha consentito di fare luce sull‟incidenza del tipo di armatura (barre lisce o nervate) nel comportamento sotto azioni sismiche di pilastri in c.a. tipicamente riscontrabili negli edifici esistenti. Armatura Longitudinale Acciaio Sforzo assiale adimensionalizzato, Modalità di applicazione del carico Numero di prove PROVE UNIASSIALI Sezione BxH (cmxcm) 30x30 30x30 8 12 8 12 Lisce Nervate PROVE BIASSIALI Sezione BxH (cmxcm) 50x30 30x50 12 12 12 12 Lisce Nervate 0.2 0.2 0.1 0.1 Monotona Ciclica Ciclica Ciclica 2 2 Tabella 1 – Prove sperimentali eseguite 2 2 A valle dell‟esecuzione delle prove sperimentali di tipo uni assiale si è proceduto alla messa a punto del test setup per lo svolgimento di 16 prove su pilastri in scala reale quadrati o rettangolari soggetti ad azioni di tipo biassiale. Si è proceduto, pertanto, alla progettazione e realizzazione di opportuni sistemi di contrasto sia per gli sforzi assiali che per le forze orizzontali, di cerniere sferiche per consentire l‟applicazioni di azioni orizzontali in 2 diverse direzioni e di sistemi di trasferimento del carico dagli attuatori elletro-idraulici al pilastro. Allo scopo di ottimizzare la fase sperimentale, sono effettuate analisi teoriche tese alla valutazione del massimo carico orizzontale e del massimo drift raggiungibile durante le prove sperimentali; tali valutazioni sono state effettuate avvalendosi di un opportuno programma di calcolo a fibre messo a punto nei precedenti periodi di ricerca. L‟esecuzione delle prove sperimentali è programmata nei prossimi mesi. L‟U.R. UNICT ha preso in esame il comportamento di un‟asta soggetta a sforzo normale e momento flettente biassiale. Molti studi evidenziano la necessità di tener conto in maniera corretta della rigidezza delle aste nell‟analisi strutturale, ma non forniscono indicazioni realistiche e semplici su come farlo. Lo studio svolto parte dalla ricerca portata avanti nei primi due anni dall‟U.R. che aveva portato alla realizzazione di un modello a fibre che descrive il comportamento della sezione soggetta a sforzo normale e momento biassiale, differenziando il calcestruzzo di ricoprimento, che ha sempre un comportamento fragile, da quello della parte interna, che può avere un comportamento più duttile grazie all‟effetto di contenimento delle staffe. Si è ora sviluppato un modello a fibre dell‟intera asta, che la suddivide in conci di modesta lunghezza, per ciascuno dei quali si utilizzano i risultati del modello sviluppato per la sezione. Poiché il singolo concio una volta raggiunto il massimo momento può continuare a deformarsi con incremento della curvatura e riduzione del momento flettente, oppure scaricarsi, il modello distingue tra gli elementi che seguono la prima via e quelli che si scaricano elasticamente. Il modello tiene inoltre conto dell‟interazione taglio-flessione in maniera semplificata, ipotizzando che a causa dell‟inclinazione del puntone compresso per taglio lo stato tensionale in una sezione corrisponda al momento flettente agente ad una distanza che è funzione dell‟altezza della sezione e dell‟inclinazione del puntone. Il modello include anche la deformazione dell‟armatura all‟interno del nodo, vista come rotazione concentrata all‟estremo dell‟asta. Dall‟U.R. UNICH sono stati seguiti diversi linee di sviluppo delle attività: a) analisi nonlineari degli edifici regolari ed irregolari progettati e distribuiti da UNIROMA1. Le analisi, in corso, sono svolte con il programma RAM-Perform, che dovrebbe fra poco diventare il modulo di analisi nonlineare del programma SAP2000. Test sono stati condotti anche con il programma MIDAS, che contiene elementi di trave con sezioni a fibre; b) analisi nonlineari di un edificio in cemento armato modellato con diversi livelli di dettaglio. L‟attenzione è stata posta nella differenza fra input unidirezionale e bidirezionale e quindi sulla risposta biassiale degli elementi strutturali; c) investigazione sull‟influenza dell‟angolo di incidenza della direzione dell‟input sismico nelle analisi statiche e dinamiche, attraverso lo studio di un semplice telaio in cemento armato ad un piano; d) coordinamento della preparazione delle linee guida per le analisi statiche e dinamiche di edifici in cemento armato secondo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8. Il filone d) è stato sviluppato insieme a tutte le altre unità coinvolte. Le attività dell‟UR UNIROMA1 (Monti) hanno riguardato lo sviluppo di un metodo semplificato per la verifica di pilastri rettangolari con armatura doppia simmetrica, soggetti a pressoflessione deviata; il metodo consente di evitare l‟integrazione numerica necessaria per risolvere le equazioni di equilibrio; esso si basa su una approssimazione analitica della superficie del dominio tridimensionale di collasso mediante sezioni a sforzo assiale costante. Le curve che rappresentano le sezioni del dominio con piani a sforzo assiale costante sono espresse analiticamente mediante equazioni date come la somma dei rapporti momento agente/momento resistente nelle due direzioni principali, elevati a esponenti che sono funzione dello sforzo assiale agente, della percentuale meccanica di armatura nelle due direzioni e della forma della sezione. Il lavoro riguarda una più chiara definizione degli esponenti nell‟equazione dai parametri geometrici e meccanici della sezione e dallo sforzo normale. A questo scopo è stata sviluppata una relazione analitica mediante l‟applicazione del metodo dei minimi quadrati. Sono state inoltre sviluppate equazioni in forma chiusa per il calcolo dei momenti resistenti nelle direzioni principali per sezioni rettangolari con armatura doppia simmetrica. Il metodo sviluppato è stato esteso al calcolo della capacità della sezione in termini di curvatura e sono state sviluppate anche equazioni in forma chiusa per il calcolo delle curvature nelle direzioni principali. La metodologia proposta è stata sviluppata anche per il progetto di rinforzi in FRP, con una forte interazione con la Linea 8 del progetto ReLuis. Le attività di UNIROMA3 hanno riguardato quanto segue. Sono state riparate pile di dimensioni 1.50 m e diametro 50 cm e 2.30 m e diametro 50 cm, danneggiate in progetti di ricerca precedenti. Le riparazioni e rinforzi sono state effettuate, nel laboratorio del Dipartimento di Strutture di Roma Tre con calcestruzzo autocompattante, barre inox e fasce in composito di carbonio. Le armature nuove, nella zona di base dei pilastri, sono state saldate alle precedenti, tagliate per la sostituzione. Le staffe sono state sostituite con fasciature in FRP. Le pile così riparate sono state sottoposte a prove pseudo dinamiche. Il calcestruzzo autocompattante utilizzato, è stato indagato, caratterizzandone il comportamento monotono e ciclico, mediante prove su cilindri con e senza fasciatura in FRP. Le barre di acciaio inox sono state anche esse caratterizzate mediante prove monotone e cicliche, calibrando i modelli di comportamento ciclico messi a punto dalla UR in precedenti studi. Si è completata la messa a punto della attrezzatura pseudo dinamica sviluppata dalla UR anche sulla base di precedenti finanziamenti. L‟attrezzatura è in grado di sviluppare forze orizzontali sino a 500KN e spostamenti di +/- 200 mm. 2.9 Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali prefabbricate (Toniolo) Le attività delle Quattro UR coinvolte sono illustrate in questo paragrafo. Le interazioni tra le unità di ricerca UR sono caratterizzate da una costante interazione informale sia per email che per via telefonica. Tra il coordinatore dell‟Obiettivo e i responsabili delle UR. Inoltre, due riunioni ufficiali (10/01/08, 29/05/08) con la partecipazione di alcuni membri dell‟associazione ASSOBETON si sono svolte con l‟intento di informare ciascuna UR dello stato avanzamento dei lavori. Le attività di ricerca di ciascuna UR sono riportate di seguito: UNINA-UNIMOL: I risultati ottenuti dalle prove per la determinazione del coefficiente di attrito cls-neoprene al variare dello sforzo assiale sono state interpretate mediante una formulazione analitica, la quale è stata confrontata con le altre presenti in bibliografia. Sono state, inoltre, progettate prove sperimentali allo scopo di quantificare i parametri di duttilità, resistenza e rigidezza che caratterizzano il comportamento sismico delle connessioni trave-pilastro correntemente impiegate nelle strutture prefabbricate; queste connessioni sono tipicamente costituite da due barre di acciaio annegate nel pilastro e nella trave o passanti la stessa o da altri dispositivi atti a garantire un comportamento pressoché a cerniera nel piano verticale della trave e un comportamento fisso nel piano verticale ortogonale alla trave. E‟ stato descritto in maniera dettagliata il protocollo di prova; questo, caratterizzato dalla definizione del set-up, della storia di carico e dei dati di misura, è definito in modo da ottenere risultati il più possibile generali e consistenti con i modelli di analisi strutturale. I collegamenti progettati sono caratterizzati sia dall‟assenza che dalla presenza di soletta collaborante, questi ultimi propri dei collegamenti posti in corrispondenza di piani intermedi di edifici prefabbricati a più piani. Sono previsti test a taglio ed a flessione nella direzione longitudinale della trave. La storia di carico è sia monotona che ciclica; la prima è condotta fino allo spostamento ultimo, in modo da determinare in maniera dettagliata la curva scheletro ed i livelli di spostamento in corrispondenza dei quali condurre la prova ciclica. Le proprietà delle connessioni definite sperimentalmente saranno implementate in modelli numerici globali, al fine di definire la vulnerabilità sismica delle strutture prefabbricate. POLIMI-UNIBO: L‟attività sperimentali svolte dall‟UR POLIMI riguardano il tipico collegamento tegolo-trave con connessione a secco. Sono state eseguite prove monotone e cicliche a spostamento imposto secondo un protocollo di carico definito in concerto con le altre UR in occasione della riunione del 10.01.2008. L‟intento era di valutare la resistenza, duttilità e capacità dissipativa globale della connessione e suggerire possibili accorgimenti migliorativi. Sono state eseguite: - prove particolari riferite alla qualificazione dei connettori singoli inseriti tra due blocchi sovradimensionati e soggetti alla componente principale dell‟azione attesa nel contesto strutturale (4 prove sperimentali: 2 monotone, 2 cicliche); - prove locali riferite alla qualificazione della connessione compresa tra due porzioni significative di elementi a rappresentazione dell‟assetto in opera e soggetta alle rilevanti componenti dell‟azione (14 prove sperimentali: 6 monotone, 6 cicliche, 2 per misurare l‟attrito tegolo-neoprene-trave); Le attività numeriche sono state svolte da POLIMI e UNIBO. Si sono svolte dapprima analisi dinamiche lineari su alcune tipologie di edifici ritenuti critici (con riferimento alla catalogazione fatta nella prima parte del progetto) per poi indagare in maggior dettaglio attraverso analsi non lineari statiche (push-over) e dinamiche (time history) il comportamento a diaframma degli edifici in esame. Per le analisi dinamiche non lineare si sono utilizzati accelerogrammi reali opportunamente scalati in modo che la media fosse spettrocompatibile con lo spettro di progetto dell‟Eurocodice 8. 3. RISULTATI Nei paragrafi seguenti sono descritti i principali risultati ottenuti in ciascun Task. 3.1 Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture esistenti (Masi) I risultati ottenuti durante il terzo anno derivano essenzialmente dalla esecuzione ed elaborazione delle indagini sperimentali condotte in situ su strutture reali (UR UNIBAS, UNICAL, UNISA, IUAV) e in laboratorio su campioni appositamente realizzati (UR UNIBAS, UNISA), e dallo sviluppo di alcune procedure per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ (UR UNIBAS) e per il trattamento delle incertezze nella determinazione delle caratteristiche delle strutture esistenti (POLIBA). Dettagli sui principali risultati ottenuti durante il secondo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel seguito. UNIBAS: I principali risultati ottenuti durante il terzo anno derivano dal completamento del vasto programma sperimentale messo a punto e parzialmente realizzato nei primi due anni. Le indagini sono state condotte su elementi in c.a. (travi e colonne). Complessivamente sono state eseguite oltre 600 prove di tipo non distruttivo e 50 carotaggi. L‟analisi dei risultati ha mostrato un‟ampia variabilità della resistenza del calcestruzzo ottenuta sulle carote sia nell‟ambito dei singoli elementi sia nell‟ambito di differenti elementi estratti da uno stesso piano. Inoltre, è stata confermata la tendenza ad una elevata variabilità dei valori della velocità ultrasonica misurata con la tecnica per superficie. In considerazione di tali risultati, è stato accuratamente esaminato il ruolo di alcuni fattori che influiscono sulle proprietà del calcestruzzo in situ in modo da fornire alcune regole per selezionare opportunamente i punti in cui effettuare misure e prelievi. La procedura per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ basata sul metodo Sonreb messa a punto negli anni precedenti è stata applicata ai risultati di prove distruttive e non distruttive confermando la sua maggiore capacità predittiva rispetto ad espressioni di letteratura. Essa richiede che la relazione tra la resistenza in situ del calcestruzzo e le misure non distruttive sia ricavata sperimentalmente per lo specifico calcestruzzo in esame. Riguardo al possibile rimaneggiamento conseguente all‟estrazione delle carote, i risultati hanno mostrato che la perdita di resistenza subita dalle carote è significativamente influenzata dalla resistenza originaria del calcestruzzo in situ, per cui l‟adozione di un unico valore del coefficiente per portare in conto il rimaneggiamento, come viene suggerito in letteratura, può fornire risultati non corretti. Al contrario, appare opportuno assumere valori di tale coefficiente, ottenuti nel corso della ricerca, che siano inversamente proporzionali alla resistenza della carota prelevata. Infine, utili indicazioni sono emerse circa l‟influenza del carotaggio sulla resistenza degli elementi strutturali indagati prima e dopo l‟esecuzione di eventuali interventi di ripristino, oltre che sull‟affidabilità della stima della resistenza locale del calcestruzzo ottenuta dalle carote rispetto alla resistenza in situ dell‟intero elemento strutturale. Alcuni dei risultati ottenuti dall‟UR UNIBAS nel corso del terzo anno del Progetto sono riportati nei seguenti lavori pubblicati su riviste o in atti di convegni nazionali: 1 Masi, A., Vona M., 2008, La stima della resistenza del calcestruzzo in situ: impostazione delle indagini ed elaborazione dei risultati, Progettazione sismica, Anno I, No. 1/2008, IUSS Press, ISSN 1973-7432. 2 Masi A., Vona M., Nigro D., Ferrini M., 2008, Indagini sperimentali per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ basata su metodi distruttivi e non distruttivi, Convegno ReLUIS – Linea 2, Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008. 3 Masi, A., 2008, Analisi di dati sperimentali per la stima degli effetti dell‟estrazione sulla resistenza di carote prelevate da strutture in c.a.. Convegno ReLUIS – Linea 2, Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008. UNISA: I risultati conseguiti dall‟UR UNISA nell‟ambito dell‟attività condotta per il task MND sono stati oggetto una recente pubblicazione e possono essere sintetizzati come segue: - le formulazioni disponibili in normativa e letteratura per la stima della resistenza del calcestruzzo a partire da quella delle carote estratte dalle membrature esistenti forniscono risultati piuttosto variabili e risultano non omogenee; - - - malgrado la chiara storia di carico subita dalle membrature da cui sono state estratte le carote, non è possibile stabilire una correlazione stabile per la variabilità spaziale della resistenza: in alcuni casi i valori più bassi derivano dalle carote estratte dalla base delle colonne, laddove dovrebbe essere maggiore il livello di danneggiamento, in altri, invece, la variabilità spaziale della resistenza risulta più articolata derivando pure dalla iniziale variabilità dovuta ai fenomeni di segregazione derivanti dal processo costruttivo; nonostante la membratura risulti fessurata e danneggiata, i risultati delle prove ultrasoniche sono affetti da dispersioni minori rispetto a quelli delle carote a causa della natura discreta delle fessure sviluppatesi nel calcestruzzo; i valori di velocità desunti da prove ultrasoniche condotte in riflessione risultano mediamente pari al 75% di quelle svolte in trasparenza; le prove sclerometriche, confermando la sostanziale assenza di una chiara dipendenza spaziale dei valori di Rc, forniscono valori della dispersione dei risultati in linea con quella derivante dai metodi distruttivi. UNICAL: In questo terzo anno di attività di ricerca sono stati raggiunti i seguenti risultati, come da cronoprogramma previsto a inizio ricerca: ampliamento dei dati sperimentali raccolti nei tre anni di ricerca da utilizzare nella successiva elaborazione statistica, con l‟esecuzione in situ di prove non distruttive e semi-distruttive su strutture in c.a. esistenti di nuova e/o meno recente realizzazione; elaborazione, al fine della valutazione della resistenza del calcestruzzo, dei valori ricavati attraverso l‟utilizzo, per le prove non distruttive, del Metodo Sonreb, e, per quelle semi-distruttive, di alcune delle formulazioni presenti in letteratura; raccolta sintetica dei risultati ottenuti dalle elaborazioni di cui sopra; pubblicazioni: 1 R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Strutture esistenti in cemento armato: controlli e verifiche mediante tecniche non distruttive. Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in cemento armato, Roma, 29-30 Novembre, 2008, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editors, Polimetrica International Scientific Publischer, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 13-22. 2 R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Controlli non distruttivi di un edificio in cemento armato in fase di realizzazione, Report 272, Dipartimento di Strutture, Università della Calabria, Facoltà di Ingegneria, Novembre 2006. 3 G. Spadea, M. Caridi, A.R. Spadafora, Valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio scolastico esistente mediante esecuzione di controlli non distruttivi, Report 281, Dipartimento di Strutture, Università della Calabria, Facoltà di Ingegneria, Novembre 2008. POLIBA: L‟analisi della gestione delle incertezze nella determinazione delle caratteristiche dei materiali e più in generale delle strutture esistenti nel loro complesso è stata ulteriormente approfondita. L‟approccio “alternativo” basato sulle variabili fuzzy è stato inserito organicamente su di una base matematica assiomatica completa recentemente sviluppata dal Prof. Liu. Il suo utilizzo ha permesso di sviluppare una metodica per l‟utilizzo contemporaneo di differenti forme matematiche delle variabili incerte. Tale metodica ha permesso di sviluppare un codice per l‟implementazione di tale metodica alla caratterizzazione di una generica variabile incerta per cui siano diponibili informazioni sotto differente natura, dalle prove sperimentali in numero tale da giustificare pienamente una caratterizzazione statistica sino al puro “giudizio”. Oltre a tale sofware sono stati prodotti i seguenti lavori: 1 Marano G.C.; G. Quaranta; Mezzina M. (2008). Fuzzy Time-Dependent Reliability Analysis of RC Beams Subject to Pitting Corrosion. ASCE - JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING (ISSN: 0899-1561), vol. 20(9); p. 1-10; 2 Marano G., G. Quaranta, M. Mezzina. (2008). Analisi fuzzy della durabilità di strutture in cemento armato soggette ad attacchi di cloruri. INDUSTRIA ITALIANA DEL CEMENTO (ISSN: 0019-7637) vol. 2, pp. 118-134; 3 G.C. Marano, G. Quaranta and M. Mezzina, “Hybrid technique for partial safety factors calibration”, Convegno Nazionale RELUIS- Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008; 4 G.C. Marano, E. Morrone and M. Mezzina, “Approccio ibrido fuzzy per l‟integrazione e l‟interpretazione delle prove non distruttive”, Convegno Nazionale RELUIS- - Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008 IUAV: L‟UR IUAV ha definito operativamente il telaio ideale che costituisce la struttura sismicamente primaria nella direzione dei solai, nel caso degli “Edifici aventi struttura in c.a.” e sotto-sistema strutturale costituito da telai uni-direzionali (vani scale e ascensori inessenziali). Il telaio ideale consegue alle indagini geometriche e meccaniche condotte in situ specifiche all‟edificio analizzato. In base al livello di conoscenza attinto, un traverso fittizio viene associato a ciascun campo di solaio e un nodo trave-pilastro fittizio viene associato a ciascun attacco tra il solaio e la trave del telaio che lo supporta. Questa associazione definisce la carpenteria del cls e le armature d‟acciaio del telaio fittizio (travate e pilastrate). Dunque, tra i risultati vi sono i dati geometrici e meccanici essenziali da acquisire in situ, per attingere il livello minimo di conoscenza atto a definire tale telaio ideale, nonché indicazioni su quali informazioni ottimizzare per massimizzare il livello di conoscenza e quindi minimizzare la deviazione standard dei parametri che definiscono tale telaio. Ulteriori risultati riguardano la definizione delle curva di capacità delle travi dei telai, riportante in ascissa la rotazione torsionale e in ordinata il momento torcente della trave (che diventa flettente per il solaio). Siccome la capacità torsionale delle travi dei telai può essere inadeguata per quella che rappresenta una funzione in ordine alla quale la trave stessa non era stata progettata, questo task ha anche fornito indicazioni su come incrementare tale capacità e su come quantificare l‟incremento di capacità ottenuto con l‟intervento. 3.2 Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti) UNIROMA1: Il metodo proposto e l‟equazione sviluppata per il calcolo dei FC è stata testata su numerosi casi simulati e su prove eseguite su edifici esistenti. I test simulati hanno dimostrato che i valori medi ottenuti applicando l‟equazione proposta si discostano molto poco dai valori esatti, mentre i test condotti sugli edifici reali mostrano come i valori ottenuti per i FC riflettano appropriatamente l‟affidabilità delle informazioni. I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati in: Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., Sbaraglia, L., Sforza, G. (2006). Metodi non distruttivi: livelli di conoscenza e fattori di confidenza. Convegno Nazionale “Sperimentazione su Materiali e Strutture”. Venezia 6-7 Dicembre 2006. Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., (2007). “Livelli di conoscenza e fattori di confidenza”. XII Convegno ANIDIS, L‟ingegneria sismica in Italia. Pisa 10-14 Giugno 2007. UNINA: L‟incertezza nei dettagli strutturali può influenzare notevolmente la stima dell‟affidabilità strutturale. E‟ stato dimostrato che la presenza di tali incertezze può portare ad un aumento sia della mediana che della deviazione standard della prestazione strutturale globale. Tale conclusione, nell‟ambito dell‟approccio di normativa, in cui i fattori di confidenza vengono applicati ai valori medi delle resistenze dei materiali, mette in evidenza l‟importanza di calibrarli invece rispetto al comportamento globale della struttura. Ai fini di caratterizzare le distribuzioni di probabilità per i parametri relativi ai dettagli strutturali, è fondamentale costruire le distribuzioni di probabilità a priori sulla base delle informazioni disponibili prima di condurre le prove. E‟ stato dimostrato come si può organizzare un piccolo elenco dei possibili difetti strutturali, in cui per ciascun difetto, è stato preparato il set dei possibili valori ed i loro relativi pesi. Inoltre, è stato compilato un piccolo questionario indirizzato ai professionisti del settore. Esso è utile per la redazione di un database più esteso al fine di costruire le distribuzioni di probabilità a priori dei difetti. Utilizzando i risultati delle prove in-situ all‟interno di una metodologia di aggiornamento bayesiana, è stato evidenziato come, con un numero limitato di prove, è possibile migliorare le stime delle proprietà meccaniche dei materiali e della stessa affidabilità strutturale. Infine, è stata proposta una definizione alternativa del fattore di confidenza come il fattore per cui dividere i valori medi delle proprietà dei materiali al fine di arrivare ad un valore del rapporto domanda capacità con una prefissata probabilità di superamento (e.g., 5%, 1%). Per il caso studiato, è stato rivelato un certo grado di consistenza tra i valori del fattore di confidenza definiti secondo la normativa e quelli calcolati secondo la definizione alternativa. Infine, è stato proposto un metodo semplice molto efficiente che, basandosi su un numero limitato di analisi strutturali, riesce a riprodurre la distribuzione di probabilità per il parametro rappresentativo del comportamento strutturale. Pubblicazioni Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G. “Structural Modeling Uncertainties and their Influence on Seismic Assessment of Existing RC Structures”, sotto revisione, Structural Safety, 2008. Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Aggiornamento Bayesiano dei Parametri di Modellazione Strutturale e dell‟Affidabilità Sismica degli Edifici Esistenti in C.A.”, Atti di Convegno: Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato, Roma 29-30 Maggio 2008. Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Influenza dei Parametri di Modellazione e dell‟incertezza Associata nella Valutazione Sismica di Edifici Esistenti in Cemento Armato ”, Atti del convegno: ANIDIS 2007, Pisa 210-14 giugno 2007. Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi G. “Bayesian Updating of the Reliability of Existing RC Structures Based on the Inspection Results”, 14 World Conference on Earthquake Engineering, Pechino 12-17 ottobre, 2008. Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Using Markov Chain Monte Carlo Simulation for Robust Reliability Assessment of Existing Structures Based on Inspection Results”, Atti del convegno: ECCOMAS 08, Venezia 1-4 Luglio, 2008. Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Structural Modeling Parameter Uncertainties and their Influence on Seismic Reliability of an Existing RC Structure”, Atti del convegno: COMPDYN 2007, Creta 13-16 Giugno, 2007. 3.3 Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone) UNIROMA1: I prodotti principali, risultato dell‟attività di ricerca della U.R. UNIROMA1, possono essere identificati nei seguenti: il capitolo intitolato “Applicazione: descrizioni dei tre edifici” e contributi significativi ad altri due capitoli intitolati “Irregolarità” e “Valutazione della capacita‟” delle linee guida preparate dal Task group 3 sull‟utilizzo delle analisi non lineari per la valutazione sismica degli edifici esistenti in c.a.; tre articoli dal titolo “Seismic behavior of single-story asymmetric-plan buildings under uniaxial excitation”, “A simplified pushover method for evaluating the seismic demand in asymmetric-plan multi-storey buildings” e “Linee guida per le analisi non-lineari di edifici esistenti in cemento armato” pubblicati rispettivamente sulla rivista internazionale Earthquake Engineering and Structural Dynamics e negli atti del 14th World Conference on Earthquake Engineering di Pechino e del congresso tenuta a Roma Valutazione e Riduzione della Vulnerabilità Sismica di Edifici Esistenti in c.a. UNICH: Per quanto riguarda i filoni di ricerca sopra elencati: a) Le analisi nonlineari sugli edifici regolari ed irregolari progettati e distribuiti da UNIROMA1 hanno evidenziato l‟importanza dello smorzamento per le analisi dinamiche nonlineare. In particolare, al crescere del dettaglio dei modelli isteretici, minore deve essere lo smorzamento; b) Le analisi di sensitività sono state svolte con un approccio probabilistico basato su un metodo sviluppato nel quadro del PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Center). Fra i parametri che influenzano l‟incertezza dei risultati, gli accelerogrammi di input sono di gran lunga il parametro più sensibile, seguiti dallo smorzamento. Confronti fra metodi di spettro compatibilità nordamericani ed europei mostrano ancora grande incertezza sulla scelta degli accelerogramm; c) La domanda strutturale al variare dell‟angolo di incidenza del sisma varia considerevolmente per accelerogrammi naturali, meno con quelli generati. Tuttavia, applicare gli accelerogrammi secondo gli assi principali della struttura non fornisce necessariamente la direzione più sfavorevole. Quanto al numero di accelerogrammi, si propongono numeri di accelerogrammi diversi da quelli del‟EC8 per poter usare valori medi; d) E‟ in via di completamento il documento sulle analisi nonlineari. UNIFI: I risultati relativi allo studio della risposta non lineare di strutture irregolari in pianta hanno consentito di differenziare con chiarezza il comportamento delle strutture intelaiate da quello delle strutture a pareti, queste ultime caratterizzate da elevati valori del raggio di inerzia delle rigidezze e delle resistenze. Per le prime gli effetti torsionali sono maggiori in campo lineare rispetto a quello non lineare; al contrario, per le strutture a pareti gli effetti torsionali si amplificano in campo non lineare. Per quanto concerne la valutazione semplificata del rapporto fra le frequenze disaccoppiate e dell‟eccentricità statica per edifici multipiano, si è riscontrato, con riferimento ad alcuni casi di studio, che è possibile adottare metodi semplificati di facile utilizzo in campo professionale con risultati molto prossimi a quelli ottenuti con complessi metodi presenti in letteratura. Per quanto concerne, infine, lo studio dell‟adeguatezza dell‟analisi pushover modificata secondo il metodo proposto da Fajfar per gli edifici irregolari in pianta, si è innanzitutto mostrato che tale procedura è attendibile, e comunque cautelativa, nel caso di edifici a struttura intelaiata, mentre risulta non affidabile nel caso di edifici a pareti. Nel caso di edifici intelaiati, i casi di studio esaminati hanno evidenziato che, complessivamente, l‟analisi pushover modificata fornisce risultati comunque cautelativi rispetto a quelli ottenuti con analisi dinamica non lineare, cogliendo anche il meccanismo di collasso. UNINA: I risultati delle analisi sull‟edificio di Londa confermano quanto osservato per altri edifici esistenti in c.a., vale a dire che la rottura a taglio negli edifici esistenti, non progettati secondo principi quali la gerarchia delle resistenze e il capacity design, risulta essere determinante. Infatti, il telaio analizzato, se considerato nel solo comportamento flessionale, risulterebbe verificato sia allo Stato Limite di salvaguardia della Vita che allo Stato Limite di Collasso, risultando la capacità maggiore della domanda. Tuttavia, effettuando le stesse analisi su un modello che tenga conto della reale capacità resistente del telaio e, quindi, l‟eventualità di crisi per taglio, emerge chiaramente che la struttura va in crisi quando essa è ancora quasi in campo elastico e, quindi, molto prima della crisi duttile flessionale. Conseguentemente, l‟obiettivo dell‟adeguamento sismico di tale telaio dovrebbe essere quello di aumentare la resistenza a taglio delle sezioni in modo da eliminare il collasso fragile dello stesso e soddisfare, quindi, i moderni criteri normativi per le costruzioni in zona sismica che impongono meccanismi di tipo duttile. Relativamente ai telai caratterizzati da irregolarità della resistenza in elevazione, tutti i telai analizzati sono largamente verificati allo Stato Limite Ultimo e di Collasso, considerando sia le analisi statiche che quelle dinamiche non lineari; conseguentemente essi esibiscono un comportamento regolare. Ciò è dovuto anche all‟applicazione della regola del capacity design trave – pilastro, che l‟EC8 prescrive anche per telai progettati in accordo con le regole della Classe di Duttilità Media. Inoltre è stato osservato che i due metodi considerati per la valutazione della resistenza di piano forniscono risultati simili. Infine, il limite di regolarità di variazione della sovraresistenza tra piani adiacenti pari al 20%, fornito dalla norma Italiana e da alcuni autori in accordo alle analisi fatte su telai alla Grinter, sembra essere troppo basso. UNIBO: I risultati raggiunti dalla U.R. UNIBO possono essere sintetizzati come segue: è stata individuata l‟espressione di un fattore correttivo che, in dipendenza dall‟impegno plastico richiesto al baricentro della struttura, consente di estendere l‟utilizzo del parametro strutturale sintetico ALPHA (identificato nell‟ambito delle attività del secondo anno come in grado di catturare l‟essenza della risposta torsionale di tali sistemi) anche allo studio di strutture a comportamento non lineare; sono state individuate delle soluzioni in forma chiusa che, in funzione di pochi parametri strutturali, forniscono l‟incremento di deformazione (richiesto dall‟input sismico) di sistemi caratterizzati da eccentricità rispetto a sistemi non eccentrici (rapporto tra la massima deformazione indotta dal sisma nel lato flessibile in sistemi eccentrici e la massima deformazione indotta dal sisma in sistemi non eccentrici corrispondenti); sono state individuate delle soluzioni in forma chiusa che, in funzione di pochi parametri strutturali, forniscono l‟eccentricità correttiva da utilizzarsi in analisi di tipo push-over. Tale eccentricità correttiva è da intendersi come correzione all‟eccentricità fisica del sistema volta alla stima, mediante analisi di tipo statico, della risposta torsionale dinamica di sistemi eccentrici; sono state individuate delle soluzioni in forma chiusa che, in funzione di pochi parametri strutturali, forniscono la sensibilità dei sistemi eccentrici a sviluppare risposte rotazionali, così come la sensibilità di sistemi dinamici agli effetti dell‟eccentricità accidentale; le numerose simulazioni numeriche sviluppate hanno mostrato come tali formulazioni analitiche siano in grado di fornire una buona stima dell‟effettivo comportamento dinamico di sistemi eccentrici così come valutate mediante analisi dinamiche di tipo time-history lineari e non. IUAV: Relativamente alle analisi statiche non-lineari condotte con Sap2000, sono state effettuate le seguenti modellazioni. a) Con cerniere tipo FEMA PMM in tutte le estremità dei pilastri e M3 in tutte le estremità delle travi. Queste analisi hanno riscontrato una moderata capacità del programma di seguire l‟avanzamento del sistema strutturale in campo non-lineare. Tra le maggiori inefficienze, si segnala la non-convergenza in corrispondenza dell‟attivazione delle prime plasticizzazioni. Nei casi in cui il codice riesce a far raggiungere spostamenti elevati al sistema strutturale modellato, inoltre, non sempre le cerniere plastiche si sono rivelate capaci di seguire la relazione momento-rotazione assegnata. Questa inefficienza rimane anche modificando drasticamente le tolleranze relative al giudizio di convergenza. Una migliore convergenza è stata ottenuta in alcuni casi attivando l‟opzione “Auto subdivide line object at hinges”, la quale suddivide l‟elemento finito in più elementi a una sola cerniera. Questa opzione ingenera però talune incertezze. b) Con cerniere tipo FEMA PM in tutte le estremità dei pilastri e M3 in tutte le estremità delle travi. Queste analisi hanno ottenuto una migliore convergenza del procedimento in alcuni casi, quantunque con l‟onere aggiuntivo di dover considerare modelli diversi a seconda della direzione della forzante sismica. Un ulteriore svantaggio di questo modo di procedere è la sua perdita di significato nel caso in cui, nei pilastri, il momento flettente in una direzione non sia largamente preponderante rispetto al momento flettente nell‟altra direzione. c) Con cerniere a fibre tipo PMM predefinite in tutte in tutte le estremità dei pilastri e delle travi. Queste analisi hanno presentato problemi di convergenza dello stesso tipo di quelli precedentemente segnalati. Di seguito si riportano alcune figure che mostrano la sensibile dipendenza dei risultati dalle opzioni numeriche. PUSHOVER MODO 2 negativo P U SH OVER MO DO 1 n egat iv o 2000 3000 Forza (F, kN) Forza (F, kN) 1500 1000 1000 500 0 2000 0 50 100 150 200 0 250 0 50 100 150 Spostamento (delta, mm ) 200 250 300 350 Spostamento (delta, mm) P MM P MM Auto Subdivide PM P M Auto Subdivide PMM PMM Aut o Subdivide PM PM Auto Subdivide y y G = (7.75,7.75) m G = (7.75,7.75) m 75 G Estremo SX Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera 5.40 m 70° 1.05 1.78 m F x 2 25° 1.95 m Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera G Estremo DX 2.5 F x Influenza del tipo di cerniera plastica e delle opzioni adottate in SAP. 1.5 Di seguito, alcuni risultati (in corso di pubblicazione) ottenuti con la post-processione messa a punto in 1 1 ambiente Mathcad. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 0.005 0.01 0.015 Rotazione plastica cerniera Rotazione plastica cerniera Estremo 2 (testa) 150 150 0.15 50 50 0 100 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.015 Rotazione alla corda 0.2 Rotazione alla corda 200 100 Estremo 2 (testa) Estremo 1 (base) 200 Momento flettente Momento flettente (kNm) Estremo 1 (base) 0.1 0.01 0.005 0.05 0 0.005 0.01 0 0.015 0 0 0.1 0.15 0.2 0 Rotazione plastica cerniera Risultati in uscita da SAP2000 relativi a un pilastro (piano terra), edificio a L. Valutazione della rotazione rispetto alla corda. Estremo 2 (testa) Luce di taglio est r.1 1 0 0.05 0.1 0.15 Rotazione plastica cerniera 0.2 2 1.5 1 0 0.005 0.01 Rotazione plastica cerniera 0.015 Luce di taglio est r.2 200 200 150 150 Momento Estr. 2 (kNm) Momento Estr. 1 (kNm) Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera 2.5 1.05 100 50 0 0.4 0.5 0.6 100 0.7 Luce di taglio/Lunghezza Influenza della deformazione elastica. 0.01 Rot. alla corda Rot. plastica Rot. alla corda Rot. plast ica Estremo 1 (base) 0.005 Rotazione plastica cerniera Rotazione alla corda Rotazione alla corda 0.05 50 0 0.3 0.4 0.5 Luce di taglio/Lunghezza Luce di taglio 0.015 0.2 Capacità di rotazione alla corda 0.17 0.05 j 0.15 .2 Passo Capacità di rotazine .1 0.045 0.04 j 3 4 .u1 j 0.1 3 0.035 4 .1 0.03 0 10 20 30 .u2 0.05 j.DS 40 3.538 10 Passo Estr. 2 Estr. 1 j 5 0 0 0 10 20 j j j j j.DS 30 40 42 Rotazioni alla corda Rotazione alla corda estr. 1 Rotazione alla corda estr. 2 Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 1 Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 2 DS Capacità di rotazione alla corda Confronto domanda/capacità UNICT: I risultati ottenuti dall‟U.R. UniCT consistono innanzitutto in un programma di calcolo costituito da routine in Visual Basic Express, che consentono: la generazione automatica di schemi spaziali monopiano costituiti da elementi resistenti a comportamento elastico-perfettamente plastico disposti in due direzioni ortogonali, con rigidezze e resistenze tali da fornire un sistema che presenta i valori richiesti dei parametri globali (valore totale di rigidezza e resistenza, loro raggio d‟inerzia, posizione dei loro centri e del centro di massa); l‟effettuazione di analisi pushover con una assegnata direzione della forza orizzontale (non necessariamente coincidente con quella di un asse) ed un dato punto di applicazione C; l‟effettuazione di analisi dinamiche non lineari in risposta ad assegnati accelerogrammi; l‟individuazione delle eccentricità correttive necessarie per garantire una corretta corrispondenza tra questi due tipi di analisi. Ulteriori risultati del lavoro svolto sono diagrammi che mostrano la relazione tra caratteristiche del sistema ed eccentricità correttive e l‟individuazione dei parametri che definiscono una relazione lineare che approssima adeguatamente quella reale. Tale relazione può essere utilizzata ai fini progettuali per definire i valori delle eccentricità correttive da utilizzare in un caso generico. Questi risultati sono stati descritti nel lavoro, presentato al 5° workshop europeo sul comportamento sismico di strutture irregolari e complesse (EWICS) tenuto a Catania nel settembre 2008: M. Bosco, A. Ghersi, E.M. Marino, “Eccentricities for the evaluation of the seismic response of asymmetric buildings by nonlinear static analysis”. Infine, è stato prodotto, in collaborazione con altre U.R., un capitolo riguardante le problematiche legate alla mancanza di regolarità strutturale, nell‟ambito di un documento più vasto sulla verifica sismica di edifici esistenti. UNISA: I risultati conseguiti dalla U.R. di UniSA nell‟ambito del task IRREG sono stati oggetto di diverse pubblicazioni presentate in convegni nazionali ed internazionali e possono essere sintetizzati come segue: - per quanto attiene all‟esame comparato dei modelli di capacità di membrature esistenti in c.a. si osserva che i limiti generalmente suggeriti nella letteratura scientifica per la definizione in termini di interstorey drift corrispondono generalmente valori di rotazioni della corda o rotazioni plastiche maggiori rispetto a quelli indicati come limite nelle normative europee ed americane, rispettivamente; inoltre, le due formulazioni in termini di rotazione della corda proposte da Eurocodice 8 risultano spesso in notevole disaccordo tra di loro risultando quella di natura empirica mediamente meno conservativa di quella basata sulle curvature al limite ultimo e di snervamento; - i metodi di analisi statica non lineare (pushover) delle strutture in c.a. risultano generalmente accurati per la valutazione degli spostamenti sommitali in strutture regolari, mentre per quelle irregolari sono necessarie correzioni sostanziali delle previsioni di spostamento ottenute tramite metodo non-lineare di tipo mono-modale; in ogni caso la previsione degli interstorey drifts basata su analisi pushover si rivela spesso non conservativa anche nel caso di strutture regolari; - è stata proposta una metodologia di costruzione delle curve di fragilità e di calcolo della probabilità di raggiungimento di un dato Stato Limite basata sul‟applicazione del Metodo N2 modellando la domanda tramite spettri naturali che consentono di riprodurre la variabilità del risultato rispetto alla registrazione accelerometrica considerata senza condurre esplicitamente analisi dinamiche nonlineare, assai più dispendiose sul piano computazionale. 3.4 Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi) Le principali conclusioni desunte dal terzo anno di attività possono essere riassunte come segue. La ricerca della Unità UNINA ha messo in luce i problemi principali ricorrenti nelle analisi non lineari della modellazione degli edifici misti. Ancora, particolare attenzione è stata dedicata alla distribuzione dell‟azione sismica tra elementi di tecnologia differente ed i risultati delle analisi sull‟edificio misto 3D con i muri perimetrali ed i telai interni in c.a. hanno messo in risalto il ruolo fondamentale della muratura nel resistere alle azioni orizzontali mentre un importante incremento in termini di spostamento può essere offerto dai telai in c.a. Tale ricerca ha evidenziato come la capacità offerta dall‟edificio misto ad opporsi al sisma è superiore nel caso in cui si incrementi la rigidezza degli elementi in c.a.. La maggiore rigidezza degli elementi in c.a. è tale da essere significativa ai fini della ripartizione dell‟azione sismica già in ambito lineare per poi proseguire anche in ambito non lineare. Dalle analisi è emerso che all‟incrementarsi della rigidezza dei telai interni in c.a. si ha un doppio effetto benefico, in quanto da un lato aumenta il massimo tagliante sostenibile dall‟edificio e dall‟altro decresce l‟aliquota dell‟azione sismica sostenuta dalle pareti in muratura. In ultimo è stato evidenziato l‟importante ruolo svolto dal solaio nel ripartire l‟azione sismica tra gli elementi resistenti verticali e l‟attenzione che occorre porre affinché il solaio svolga questa sua funzione per non andare incontro a comportamenti fortemente indesiderati dell‟edificio. Per quanto riguarda la Unità UNIROMA1 i risultati dell‟attività di ricerca possono essere riassunti come segue. Per quanto concerne il primo modello, è risultato che l‟accoppiamento telaio-pannello determina un generale peggioramento delle condizioni statiche della parete muraria. Infatti, il taglio alla base portato dal sistema misto è inferiore al taglio portato dalla parete singola almeno fin tanto che il contributo del telaio è grossomodo inferiore al 15-20%. È emerso, inoltre, che, in presenza di collegamenti inefficaci con le strutture murarie, i pilastri si plasticizzano alla base ed in sommità. Ciò suggerisce di verificare tali elementi considerando le azioni sismiche derivanti dai carichi verticali ad essi pertinenti. Viceversa, tenendo conto che con collegamenti adeguati si ha una trasmissione pressoché totale delle azioni alle pareti murarie, sembra opportuno verificare queste ultime alle azioni orizzontali prevedendo un contributo limitato, o addirittura nullo, degli elementi in c.a. Le analisi effettuate sul modello tridimensionale hanno messo in luce le difficoltà connesse alla modellazione della muratura e dei collegamenti (travi-muratura, solaio-muratura) e la forte dipendenza del comportamento complessivo dalla efficacia dei collegamenti stessi. Hanno, inoltre, evidenziato, il ruolo prevalente della resistenza a trazione della muratura rispetto ad altri parametri di tipo meccanico nel comportamento sotto azioni orizzontali. Infine, il confronto tra la struttura mista e quella interamente in muratura ha mostrato che, nonostante il quadro fessurativo si sviluppi per entrambe nello stesso modo, il massimo taglio alla base nella prima è circa la metà di quello ottenuto nella seconda, essendo il contributo dei telai non superiore al 3%. La descrizione delle analisi ed i risultati sono riportati nelle seguenti pubblicazioni: Liberatore L., Tocci C. (2008). Analisi non lineari su modelli semplificati per la valutazione della risposta sismica di edifici misti muratura-c.a. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a. Roma 29-30 Maggio 2008. MIX-04. Liberatore L., Tocci C., Masiani R. (2008). Non linear analyses for the evaluation of seismic behaviour of mixed r.c.-masonry structures. 2008 Seismic Engineering International Conference commemorating the 1908 Messina and Reggio Calabria Earthquake (MERCEA’08), Reggio Calabria 7-11 Luglio. T1_A_198 Nardone F., Verderame G.M., Prota A., Manfredi G. (2008). Analisi comparativa su edifici misti C.A.Muratura. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a. Roma 29-30 Maggio 2008. MIX-04. 3.5 Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia) Le analisi numeriche condotte presso l‟U.R. 04 (Roma 1) hanno consentito di confermare e quantificare i seguenti prevedibili effetti: 1) La risposta strutturale di edifici progettati per soli carichi verticali è fortemente influenzata dall‟irregolarità nella distribuzione di rigidezza e resistenza dovuta all‟inserimento di elementi di tamponamento. Se la distribuzione della tamponatura è continua lungo tutta l‟altezza dell‟edificio si riscontrano effetti positivi, che possono salvaguardare la stabilità degli edifici anche a fronte di terremoti significativi. Viceversa, l‟assenza di tamponature soltanto nel livello del piano terreno (piano soffice) determina una concentrazione delle sollecitazioni e degli spostamenti, distribuzione sfavorevole delle plasticizzazioni ed elevate richieste locali di deformazione anelastica, diminuendo la capacità globale di dissipazione di energia. 2) Nel caso di edifici progettati con criteri antisismici l‟effetto delle irregolarità è meno marcato e la stabilità strutturale è meno compromessa dalla presenza del piano non tamponato. 3) La presenza di un piano non tamponato a livelli superiori dell‟edificio causa un maggiore effetto sulla risposta sismica. Infatti, ai piani superiori il rapporto tra resistenza dei pilastri e resistenza della tamponatura è minore di quello dei piani inferiori; l‟incremento di spostamento di interpiano, dovuto all‟assenza della tamponatura al piano stesso, è, quindi, più significativo. Le analisi pushover condotte presso l‟U.R. 10 (Chieti), sono state rivolte a due diverse tipologie di telai tamponati, l‟una con “tamponatura forte”, l‟altra con “tamponatura debole”. Tale scelta era motivata dalI‟obiettivo di valutare la capacità del modello di puntone diagonale utilizzato di cogliere risultati dedotti sperimentalmente in condizioni nettamente differenti. La conclusione più significativa è che il modesto numero di parametri con i quali il modello proposto dalle FEMA 273-274 definisce il puntone diagonale, se da un canto semplifica le analisi numeriche, dall‟altro non consente di cogliere alcuni meccanismi di collasso prodotti da effetti locali, che possono risultare decisivi ai fini della sicurezza globale della struttura. La sperimentazione condotta presso l‟U.R. 15 (Palermo) ha fornito utili indicazioni sulla risposta ciclica di maglie di telai in c.a. tamponate. In sintesi, le più significative sono le seguenti: - qualunque sia il tipo di tamponamento (almeno per le tipologie considerate) i cicli forza laterale-spostamento presentano un caratteristico effetto di “pinching” dovuto al fatto che la ripresa di resistenza da parte del pannello fessurato interviene dopo la chiusura delle fessure, nel corso della quale si esercitano quasi esclusivamente reazioni attritive e di ingranamento; questo effetto è evidentemente consentito dal confinamento esercitato dal telaio di contorno; - il contributo di resistenza laterale offerto dal pannello può essere dedotto dalle prove di carico diagonale effettuate sui muretti rappresentativi del tamponamento, tenendo conto della ridotta superficie di contatto telaio-tamponamento, dovuta alla limitata resistenza a trazione della malta (in assenza di specifici connettori); - la muratura di calcarenite e quella in blocchi di cls alleggerito forniscono cicli isteretici significativamente dissipativi rispetto a quelli ottenuti utilizzando tamponamento in laterizi, sia perché la maggiore duttilità in compressione implica quadri fessurativi più diffusi, sia perché i fenomeni di schiacciamento locale per i primi due materiali sono assai meno evidenti: il collasso globale dei tamponamenti in laterizio è sempre preceduto da rotture fragili in corrispondenza degli spigoli ed esplosione delle cartelle laterali dei laterizi nella zona centrale del pannello; - nel collasso globale della maglia tamponata si individuano generalmente tre stadi: rotture locali nel pannello di tamponamento (più o meno evidenti come sopra specificato); rottura a taglio della muratura con scorrimento lungo i letti di malta; rottura per flessione e taglio delle colonne del telaio. Relativamente alla modellazione, ci si limita qui a sottolineare che il ciclo isteretico definito per il puntone diagonale equivalente proposto è caratterizzato da sei parametri che la sperimentazione effettuata ha consentito di calibrare. Per quanto riguarda le prove condotte sull‟edificio tamponato (U.R. 02 – Pavia), le registrazioni effettuate e i quadri fessurativi rilevati hanno consentito significative valutazioni sul contributo offerto dai tamponamenti e fornito utili indicazioni sulla possibilità di riprodurre le risposte rilevate attraverso la modellazione. Il dato di sintesi più rilevante può ottenersi dal confronto tra la resistenza osservata per la struttura tamponata e quella dedotta dalle prove pseudo-dinamiche effettuate a Ispra sulla struttura non tamponata: la presenza dei tamponamenti esterni ha consentito di sopportare un‟accelerazione di picco alla base di 0.54g, pari a circa 3 volte il valore di PGA (equivalente) delle prove pseudo-dinamiche (0.2 g). I risultati ottenuti dalla U.R. 17 Roma 3 hanno evidenziato che i modelli a tre bielle si sono dimostrati utili per lo studio del comportamento locale dei pilastri in presenza di degradazione per taglio. I modelli a una singola biella danno risultati equivalenti, se interessati alla mera risposta in spostamento della struttura. E‟ possibile ricavare le caratteristiche delle bielle simulanti i pannelli a partire dalle caratteristiche dei componenti malta e blocchi di laterizio. Inoltre, è stato messo a punto un metodo di progetto dei controventi dissipativi. Con tale metodo è possibile determinare le dimensioni dei controventi che consentono di soddisfare gli obbiettivi di progetto in termini di limitazione dello spostamento interpiano. Per quanto riguarda l‟attività sperimentale complessivamente svolta in questo terzo anno, alcuni maggiori dettagli sono forniti in ALLEGATO, sotto forma di documentazione fotografica e riproduzioni degli schemi di prova; relativamente all‟attività di ricerca complessivamente svolta nel triennio, essa è ampiamente descritta nel Report finale (circa 200 pagine), che sarà reso disponibile entro la scadenza fissata dai coordinatori della Linea 2; per quanto riguarda le pubblicazioni prodotte nell‟anno 2008, vale l‟elenco di seguito riportato: 1. Amato G., Cavaleri L., Papia M. (2008). Caratterizzazione meccanica di pannelli di tamponamento per la identificazione di puntoni equivalenti nell’analisi di strutture intelaiate. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E.Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher,Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 393-400 2. Colajanni P., Impollonia N., Papia M. (2008). Effetti delle incertezze nella modellazione dei tamponamenti sull’efficacia dei criteri di progettazione in telai in c.a.. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 401-408 3. Decanini L.D., Liberatore L. (2008). Il ruolo delle tamponature nella risposta sismica delle strutture intelaiate. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 409-418 4. Lanese I., Nascimbene R., Pavese A., Pinho R. (2008). Simulazioni numeriche di un telaio 3D tamponato in supporto di prove dinamiche su tavola vibrante. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 385-392. 5. Amato G., Cavaleri L., Fossetti M., Papia M. (2008). Infilled frames: influence of vertical loads on the equivalent diagonal strut model. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering (14WCEE), Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 05-01-0479. 6. Borzi B., Crowley H., Pinho R. (2008). The influence of infill panels on vulnerability curves for RC buildings. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering (14WCEE), Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 09-01-0111. I risultati dell‟attività svolta nel secondo semestre di questo terzo anno, presentati per esteso nel Report finale, sono in fase di elaborazione per una possibile pubblicazione su riviste o atti di Convegni pertinenti. 3.6 Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza) L‟analisi critica dei manuali, libri e normative ha evidenziato una chiara evoluzione della soluzione progettuale delle scale negli anni dovuta all‟incremento delle conoscenze sull‟uso dei materiali e al potenziamento degli elaboratori elettronici. Due principali tipologie di scale sono state evidenziate: scale appoggiate e scale a sbalzo. La prima tipologia è caratterizzata da una serie di travi che sostengono solette e gradini, la seconda è realizzata con una trave ad asse inclinato (trave a ginocchio) nella quale sono incastrati i gradini. Dal momento che il vano scala è generalmente studiato con un modello piano più che con un modello tridimensionale, questo ha comportato che una serie di effetti dovuti all‟interazione fra gli elementi strutturali non è stata presa in considerazione. Alcuni tipici edifici aventi queste due tipologie di scale sono stati progettati in accordo alla normativa e criteri dell‟epoca di costruzione. Essi sono stati modellati con una approccio a plasticità concentrata. L‟analisi effettuate hanno evidenziato la rilevante importanza delle scale sulla risposta strutturale: la comparazione dei risultati delle analisi statiche non lineari degli edifici con scala con quelli ottenute su edifici senza scala, ha evidenziato che la scala aumenta la capacità sismica dell‟edificio incrementando la rigidezza e modifica le riposte modali. Comunque sono state condotte analisi più raffinate che pongano particolare attenzione al taglio nelle colonne, allo sforzo assiale nelle travi, ai momenti nelle due direzioni nelle solette, nei solai d‟interpiano del vano scala. L‟interazione fra le diverse azioni interne è stata considerata. L‟interazione fra lo sforzo assiale e il momento nella trave a ginocchio appare di particolare importanza per comprendere il comportamento fino al collasso. Il taglio ha un ruolo importante nelle colonne tozze. Per questa ragione diversi modelli di resistenza a taglio sono stati considerati per comprendere meglio la struttura fino a rottura: le formulazioni del ACI, FEMA, Priesley, Moehle sono state analizzate. Il set-up delle prove sperimentali è stato progettato sulla base di simulazioni numeriche usando diversi tipi di modellazione: dimensioni di un telaio mono-piano con trave a ginocchio, carichi e muro di contrasto sono stati definiti. 3.7 Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi) I risultati ottenuti durante il terzo anno sono costituiti principalmente dalla esecuzione ed interpretazione di test su nodi trave-colonna non rinforzati (UR UNIBAS), dalla interpretazione di risultati di test su nodi travecolonna rinforzati e non rinforzati (UR UNIUD) e su nodi di base (UR UNISA). L‟UR UNINA ha eseguito alcuni confronti tra risultati di simulazioni numeriche e dati sperimentali relativi ad importanti campagne sperimentali disponibili in letteratura o a test eseguiti dall‟UR UNIBAS. Dettagli sui principali risultati ottenuti durante il terzo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel seguito. UNIBAS: L‟analisi bibliografica è stata molto utile per una comprensione preliminare del problema della valutazione delle prestazioni sismiche di nodi trave colonna in c.a., in particolare di edifici esistenti progettati a soli carichi verticali. Si è potuto mettere in relazione il meccanismo di collasso osservato con le caratteristiche geometriche e meccaniche dei provini che, insieme ai risultati di apposite modellazioni numeriche, consentissero di ottenere stime preliminari dei risultati attesi nel corso dei test ciclici da effettuare. L‟analisi bibliografica ha avuto anche l‟obiettivo di consentire dei confronti tra la rotazione ultima di elementi in c.a. calcolata tramite le formule proposte nella normativa italiana e quella ricavata sperimentalmente e riportate all‟interno dei lavori descrittivi di campagne sperimentali nazionali ed internazionali. Si è rilevato che, nei casi in cui il collasso dell‟assemblaggio è attribuibile alla trave o al pilastro, le formule di normativa stimano abbastanza bene la rotazione ultima, anche se entra in gioco un fattore piuttosto soggettivo relativo alla scelta del livello di drift cui associare il collasso dell‟elemento. Per quanto riguarda i risultati dei test effettuati durante il progetto, bisogna sottolineare che i nodi testati erano progettati considerandoli appartenenti a telai non portanti il solaio, ma su cui agivano solo i carichi verticali dovuti al peso proprio e delle tamponature. Ne sono risultati nodi in cui le travi posseggono una percentuale di armatura, sia in trazione che in compressione, piuttosto limitata e questo ne ha in parte condizionato il comportamento. Infatti, i meccanismi di collasso si sono generalmente sviluppati con una iniziale e diffusa fessurazione della sezione della trave all‟interfaccia con il pilastro, sia per i nodi sismici che non sismici. La crisi del nodo, successiva a tale estesa fessurazione della trave, è stata in alcuni casi causata dalla rottura a trazione delle armature, mentre in altri casi la crisi ha coinvolto il pannello nodale con un‟estesa fessurazione diagonale affiancata da un evidente scorrimento delle barre longitudinali della trave. Sono stati testati nodi con trave emergente privi di protezione sismica (NE) e progettati per zona sismica 4 (Z4) e zona sismica 2 (Z2). Il livello del carico assiale applicato è stato “basso” (NL, =0.15), oppure “alto” (NH, =0.30). Questo parametro ha giocato un ruolo molto importante nel determinare il meccanismo di collasso dei provini soprattutto di quelli sismici. I risultati dei test hanno mostrato innanzitutto una netta quanto prevedibile differenza di comportamento tra nodi sismici e non sismici: la resistenza massima dei nodi NE è risultata circa pari alla metà di quella dei nodi conformi alla nuova normativa sismica (20 kN contro oltre 40 kN). In termini di duttilità la differenza è stata meno sensibile. In tutti i test con sforzo assiale elevato si è ottenuto un meccanismo di rottura con estesa fessurazione della trave e degrado molto evidente del calcestruzzo all‟interfaccia tra la trave ed il pilastro, il che ha influito sull‟evoluzione della prova in quanto, da un certo punto in poi, la trasmissione degli sforzi dalla trave al pilastro è avvenuta essenzialmente tramite le armature che, alla fine del test, sono pervenute alla rottura per trazione. Tale modalità di rottura, sebbene avvenuta per valori di drift molto elevati, suggerisce una attenta riflessione sull‟idea della impossibilità di una crisi per trazione nelle armature. Durante le prove con sforzo normale più basso (NL), i nodi sismici, maggiormente armati dei nodi non sismici, hanno mostrato un comportamento diverso, mostrando anche evidenti lesioni diagonali nel pannello nodale. Questo è avvenuto apparentemente per un deficit di ancoraggio delle barre della trave che, iniziando a scorrere, hanno danneggiato il pannello che quindi ha subito notevoli danni. Pertanto, si potrebbe legare l‟insorgenza di danni al pannello nodale al livello di sforzo normale applicato ed al quantitativo di armature presenti. Alcuni dei risultati ottenuti dall‟UR UNIBAS durante il Progetto sono riportati nei seguenti lavori pubblicati in Convegni nazionali ed internazionali: Masi A., Santarsiero G., Sperimentazione su nodi trave-colonna in c.a. progettati con diversi livelli di protezione sismica: primi risultati, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008 Masi A., Santarsiero G., Dolce M., Moroni C., Nigro D., Il programma sperimentale su nodi trave-colonna in c.a. in corso all’Università di Basilicata, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008 Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M., Realfonzo R., Faella C., Lignola G.P., Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening of RC beamcolumn joints: experimental program and first results of the research activity in the framework of DpcReluis project (Research Line 2), The 14th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing, China. Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Meccanismi di collasso di nodi esterni trave-colonna in c.a. sottoposti a test ciclici, Sommario inviato al XIII Convegno ANIDIS L’Ingegneria Sismica in Italia, Bologna 28/06-02/07 2009. UNINA: Il comportamento del nodo influenza notevolmente la risposta globale di una struttura e di un edificio in particolare. Alcuni aspetti quali, ad esempio, la fessurazione del pannello nodale, lo sfilamento delle barre di estremità, sono da un lato sorgenti di deformabilità aggiuntiva e dall‟altro possono alterare la gerarchia presente tra gli elementi al contorno ed il nodo stesso, nonché causare una crisi prematura del pannello nodale. Il lavoro ha focalizzato proprio su questi due aspetti utilizzando una modellazione F.E.M. quale strumento di calcolo, il quale è stato validato sia con test di letteratura (per esempio del gruppo di lavoro di H. Shiohara), sia con test sperimentali condotti presso la U.R. UNIBAS. In particolare, sono state eseguite analisi non lineari di tipici sub-assemblaggi trave-colonna esistenti che rispecchiano le configurazioni geometriche utilizzate nel passato per i nodi di estremità. Tali attività hanno portato alla pubblicazione di memorie a convegni di carattere nazionale. La definizione delle tipiche carenze nei nodi esistenti e dei parametri che hanno un‟effettiva influenza sulla risposta strutturale del sub-assemblaggio nodale hanno inoltre consentito di evidenziare possibili tecniche di intervento per il rinforzo strutturale dei nodi, in particolare quelli esterni. Tale studio ha consentito di validare i modelli di previsione teorica sia per nodi interni che esterni, nonché di validare la formulazione di normativa per la determinazione della crisi del pannello nodale. UNIUD: I diagrammi forza-spostamento dei primi 4 nodi non rinforzati evidenziano che essi resistono a una forza massima prossima a quella teorica di fessurazione, e successivamente subiscono un decremento di resistenza, fino a valori prossimi a quelli della forza teorica di scorrimento delle barre. Relativamente agli ulteriori 2 nodi, il diagramma forza-spostamento del nodo non rinforzato evidenzia che le barre inferiori della trave raggiungono lo snervamento, mentre l‟armatura superiore risulta insufficiente a sopportare momenti negativi elevati. Le barre della trave di tali nodi, ancorate tramite uncino terminale, non subiscono scorrimenti. I diagrammi forza-spostamento dei primi 4 nodi dopo il rinforzo evidenziano un aumento della forza massima fino a valori superiori alla forza teorica di snervamento. Gli ancoraggi meccanici realizzati risultano efficaci, mentre i rinforzi dei pilastri con tessuti in fibra di carbonio non portano miglioramenti. Per contro, negli ulteriori 2 nodi, il rinforzo con tessuti in fibre di carbonio all‟estradosso della trave incrementa di circa il 30% la resistenza, ma la rottura rimane di tipo fragile per delaminazione del tessuto dalla superficie di calcestruzzo. I diagrammi inviluppo della forza e dell‟energia dissipata evidenziano notevoli incrementi di forza, duttilità e capacità di dissipazione dopo il rinforzo per i primi 4 nodi, mentre per gli ulteriori 2 i miglioramenti sono lievi. I diagrammi della rigidezza secante evidenziano decrementi relativi inferiori per i nodi rinforzati rispetto ai non rinforzati nel caso dei primi 4 nodi, mentre la differenza non è rilevante per gli ulteriori 2. Pubblicazioni: Russo, G., Pauletta, M., e Nardi, E. (2007). “Indagine Sperimentale su Nodi Esterni Trave-Pilastro Armati con Barre Lisce”, Atti del XII Convegno ANIDIS “L‟ingegneria Sismica in Italia”, 10-14 giugno 2007, Pisa, Italia. Russo, G., e Pauletta, M. (2008). “Comportamento di Nodi Trave-Pilastro Esterni Rinforzati”, Atti del Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in cemento armato”, 29-30 Maggio 2008, Roma, Italia. UNISA: I risultati conseguiti dalla U.R. di UniSA nell‟ambito del task NODI sono stati oggetto di diverse pubblicazioni presentate in convegni nazionali ed internazionali e possono essere sintetizzati come segue: - le prove cicliche condotte su nodi di base per due diversi livelli dello sforzo assiale (v=0.14 e v=0.40) hanno messo in evidenza il significativo incremento di duttilità degli elementi prodotto dal confinamento con FRP. Tale aumento di capacità rotazionale - sostanzialmente indipendente dal livello di azione assiale - è generalmente più importante nei casi in cui il confinamento è stato realizzato con sistemi in fibra di vetro. Nel caso dei test condotti con livelli più elevati dello sforzo normale (v=0.40) è stato osservato che il sistema confinante in FRP conduce anche ad un miglioramento della resistenza flessionale dell‟elemento; incrementi ancora più significativi della resistenza sono stati poi riscontrati con l‟impiego di angolari metallici diversamente collegati alla base: le criticità dei diversi dettagli costruttivi adottati nel collegamento sono state evidenziate in termini di resistenza e duttilità della risposta risultante. Infine, i test hanno consentito di valutare le differenze in termini di comportamento flessionale dei nodi al variare del tipo di aderenza delle barre longitudinali (barre lisce e barre ad aderenza migliorata). - i risultati sperimentali derivanti da circa un centinaio di prove monotoniche e cicliche derivanti dalla letteratura scientifica sono stati organizzati in un ampio database nel quale sono stati riportati oltre ai risultati delle suddette prove anche i valori di tutti i parametri geometrici e meccanici richiesti dai vari modelli di capacità di nodi trave-colonna il cui studio ha rappresentato un lavoro preliminare rispetto alla stessa costruzione del database: la disponibilità di una notevole messe di dati sperimentale ha consentito di controllare l‟accuratezza dei modelli, ricalibrarne quelli per cui si è osservato una sistematica distorsione rispetto ai risultati sperimentali e, infine, valutare, per ognuno dei modelli considerati, il parametro di dispersione C della risposta dei nodi, necessario in valutazioni affidabilistiche (ad esempio, basate sul ben noto metodo 2000 SAC/FEMA). 3.8 Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e taglio biassiale (Fabbrocino) Le prove sperimentali effettuate durante il terzo anno di attività hanno consentito di fare luce sulle principali differenze in termini di comportamento globale, locale e di capacità dissipativa di pilastri in c.a. tipicamente riscontrabili negli edifici esistenti nei quali è possibile trovare sia barre di armatura liscia che ad aderenza migliorata. In particolare, è emerso che sebbene i meccanismi deformativi siano notevolmente differenti nel caso di pilastri armati con barre lisce od ad aderenza migliorata, è, tuttavia, evidente che la capacità dissipativa globale risulta essere poco differente. In particolare, nelle colonne con barre lisce il contributo alla capacità deformativa globale è principalmente costituito da una sorgente di deformabilità localizzata alla base della colonna causata per lo più dallo scorrimento delle barre di armatura dal plinto di fondazione (fixed-end rotation); viceversa, le colonne con barre nervate manifestano un diffuso quadro fessurativo. In termini energetici è, inoltre, emerso che a parità di drift l‟energia dissipata dagli elementi armati con barre nervate risulta essere superiore rispetto a quella dissipata dagli elementi armati con barre lisce, tuttavia, se si considera l‟energia adimensionalizzata rispetto alla resistenza massima ovvero se si prescinde dalla resistenza dell‟acciaio, portando in conto solo l‟effetto dell‟aderenza, emerge che il divario energetico tra le due tipologie di pilastri esaminati tende praticamente ad annullarsi. Risulta chiaro, pertanto, che pilastri che differiscono soltanto per il tipo di acciaio utilizzato, soggetti ad uno stesso livello di carico assiale, dissipano la stessa energia. Dalle prove è, inoltre, emerso l‟importanza dell‟effetto P- nella valutazione della capacità deformativa globale dei pilastri esaminati. La rotazione ultima di elementi armati con barre nervate risulta, infatti, decisamente inferiore nel caso di elementi armati con barre nervate qualora sia trascurato tale effetto, viceversa, risulta essere confrontabile qualora esso sia tenuto in conto. Tale risultato è sostanzialmente correlato ad un doppio effetto: la maggiore resistenza degli elementi armati con barre nervate da un lato, e la maggiore pendenza del ramo di softening della curva taglio-drift nel caso in cui si tenga in conto l‟effetto P- . Al fine di prevedere il comportamento sperimentale di pilastri soggetti ad azioni di pressoflessione deviata, si è proceduto, inoltre, in una seconda fase dell‟attività alla valutazione della deformabilità flessionale di tali elementi mediante un modello a fibre e a plasticità diffusa. L‟analisi della sezione trasversale è stata condotta nell‟ipotesi di conservazione delle sezioni piane. Alla generica fibra è assegnato un materiale, calcestruzzo o acciaio, mediante un definito legame costitutivo. Le caratteristiche di sollecitazione della sezione si ottengono dall‟integrazione delle risposte uniassiali delle singole fibre. Gli spostamenti dell‟elemento si ottengono poi dall‟integrazione, lungo l‟elemento, delle deformazioni di sezione in corrispondenza dei punti di integrazione. I dati ottenuti attraverso tale modellazione saranno poi confrontati con i risultati provenienti dalle prove sperimentali in programma al fine di valutare la capacità del modello di descrivere il comportamento di elementi in c.a. soggetti a sollecitazioni di pressoflessione deviata in termini sia di resistenza che di deformabilità. I risultati ottenuti dall‟Unità di Ricerca UniCT consistono principalmente in un insieme di routine in Visual Basic, gestite da un programma principale con finestre Windows che consentono di assegnare i dati della sezione e dell‟asta e di scegliere tra più modelli di comportamento del materiale. Anche i risultati vengono visualizzati in apposite finestre, oltre che salvati su file. Le interfacce di input consentono di definire la sezione e le sue armature, in maniera tanto generale da essere adatta sia a travi che a pilastri, nonché la lunghezza dell‟asta. Consentono inoltre di definire le proprietà meccaniche di calcestruzzo ed acciaio e di scegliere il legame costitutivo per questi materiali. Il programma non esplicita nell‟input la differenza tra trave e pilastro, perché questa è definita dall‟utente in base alla disposizione delle armature ed alla presenza (o assenza) di sforzo normale. Il programma consente però di selezionare se in uscita si vogliono diagrammi forza-spostamento (tipici dei pilastri) oppure momento-rotazione (tipici delle travi). Un ulteriore sviluppo del lavoro dell‟U.R. UniCT è consistito nel confrontare i risultati del modello proposto con quelli ottenuti con altri modelli più semplici, riscontrando che la prima fase è colta abbastanza bene anche da classici modelli per il comportamento di II stadio del calcestruzzo, purché in essi si aggiunga l‟effetto dell‟interazione flessionetaglio. Nessun modello semplificato coglie però la risposta dell‟asta in presenza di forti deformazioni. I risultati ottenuti sono stati presentati al XIV Convegno Mondiale di sismica, tenuto a Pechino nell‟ottobre 2008, col lavoro: M. Bosco, A. Ghersi, S. Leanza “Force displacement relationship for r/c members in seismic design”. Per quanto riguarda i filoni di ricerca sopra elencati: a) Le analisi nonlineari sugli edifici regolari ed irregolari progettati e distribuiti da UNIROMA1 hanno evidenziato le difficoltà di modellazione con elementi a plasticità diffusa e a plasticità concentrata, in particolar modo nel caso di pressoflessione deviata. Appare comunque che per usi pratici, elementi a plasticità concentrata siano preferibili per i professionisti; b) Le analisi hanno dimostrato la grande differenza che esiste nella domanda fra input unidirezionale e bidirezionale, soprattutto in relazione alle verifiche di sismica; c) La domanda strutturale al variare dell‟angolo di incidenza del sisma varia considerevolmente per accelerogrammi naturali, meno con quelli generati. Tuttavia, applicare gli accelerogrammi secondo gli assi principali della struttura non fornisce necessariamente la direzione più sfavorevole; d) nel corso di due riunioni del gruppo, è stato definito il contenuto e l‟indice del documento, E‟ stato completato il primo capitolo, che contiene un‟introduzione alla dinamica dei sistemi lineari e nonlineari. Sono inoltre pronte le bozze di altri due capitoli sui metodi di analisi nonlineari e sulla modellazione di telai in cemento armato. I risultati ottenuti testando i metodi approssimati sviluppati dall‟UR UNIROMA1 (Monti) su sezioni rettangolari in cemento armato con diverse caratteristiche geometriche e meccaniche sono state comparate con quelli ottenuti con il metodo esatto, che fa uso della discretizzazione a fibre della sezione. I domini di interazione ottenuti con il primo metodo approssimano bene quelli esatti, con il vantaggio di utilizzare equazioni estremamente semplici. I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati in: Monti, G., Alessandri, S. (2005). Design equations for FRP – strengthening of columns FRPRCS7, 6-9 Novembre 2005, Kansas City, MO USA. Monti, G., Alessandri, S. (2006). Assessment of RC Columns Under Combined Biaxial Bending and Axial Load. The Second fib Congress. 5-8 June 2006, Naples, Italy. Monti, G., Alessandri, S. (2007). “Formule di progetto per la verifica ed il progetto del rinforzo in FRP di pilastri in c.a. soggetti a presso flessione deviata”. Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture. Università degli Studi di Salerno – Consorzio ReLUIS, 12-13 Febbraio 2007. Monti, G., Alessandri, S. (2007) Design equations for FRP-strengthened RC rectangular columns under combined biaxial bending and axial load. FRPRCS-8, University of Patras, Greece, July 16-18, 2007. Monti, G., Alessandri, S. (2007) . “Formule per la verifica ed il progetto di pilastri rettangolari in c.a. soggetti a presso flessione deviata”. Giornate AICAP 2007. L‟innovazione delle strutture in calcestruzzo nella tradizione della Scienza e della Tecnica. Sicurezza di costruzione e sicurezza di servizio. 24° Convegno Nazionale. Salerno 4-6 Ottobre 2007. Monti, G., Alessandri, S. (2008). Design equations for evaluation of strength and deformation capacity for unstrengthened and FRP strengthened RC rectangular columns under biaxial bending and axial load. The 14th world Conference on Earthquake Engineering. October 12-17, Bejing, China. Alessandri, S., Monti, G. (2008). Design equations for the assessment and FRP-strengthening of reinforced rectangular concrete columns under combined biaxial bending and axial loads. (2008). Journal Mechanics of Composite Materials, Volume 44, Number 3 / May, 2008, Pages 197-324, ISSN 0191-5665 (Print) 15738922 (Online). Springer New York. Presso UNIROMA3 è stata dimostrata la fattibilità e l‟efficacia del criterio di rinforzo utilizzato mediante calcestruzzo autocompattante barre longitudinali di acciaio inox saldate alle porzioni terminali delle armature rimosse poiché danneggiate in precedenti eventi sismici. Nel dimensionamento delle armature in FRP per la fasciatura dei pilastri è stato utilizzato il doc. CNR DT200. Sono stati caratterizzati i materiali utilizzati: FRP, SCC e acciaio inox, quest‟ultimo anche in relazione al comportamento ciclico con svergolamento post elastico. I primi risultati sperimentali ottenuti con le prove sulle strutture rinforzate sembrano confermare l‟efficacia dimostrata l‟efficacia sia del criterio di rinforzo utilizzato. L‟attrezzatura pseudo dinamica messa a punto si è dimostrata versatile oltre a consentire prestazioni elevate con costi di utilizzo veramente concorrenziali. 3.9 Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali prefabbricate (Toniolo) Si riportano di seguito i risultati raggiunto dalle U.R coinvolte nel progetto con le relative pubblicazioni scientifiche e/o report. UNINA-UNIMOL: Nelle Figure 1 e 2 è riportato il confronto fra i risultati ottenuti dalle prove e i valori estratti da PCI Handbook, CNR 10018 e UNI-EN 1337:3-2005. In Figura 1 sull‟asse orizzontale è riportata la tensione di compressione (σ) del neoprene, sull‟asse verticale quella tangenziale ( ); in Figura 2 su tale asse è riportato il coefficiente di attrito. E‟ evidente che le curve di PCI Handbook e CNR 10018 approssimano bene i dati sperimentali, mentre ciò non accade nel caso di UNIEN 1337:3. In ogni caso CNR 10018 fornisce una resistenza di attrito un po‟ maggiore rispetto ai risultati sperimentali, mentre PCI Handbook fornisce una resistenza ad attrito maggiore solo per tensione di 2 compressione inferiore a 3 N/mm . Inoltre, i risultati dei test confermano il lieve incremento della resistenza di attrito, che corrisponde ad un leggero decremento del coefficiente di attrito, allorquando la tensione di compressione aumenta. Alla luce dei risultati ottenuti, proponiamo la seguente formulazione, simile a quelle della CNR e della UNIEN 1337:3-2005, per valutare il coefficiente di attrito calcestruzzo – neoprene: 0.49 per 0.1 per 0.15N / mm2 v 0.15 N / mm2 5 N / mm2 v v dove 2 v è lo sforzo normale di compressione espresso in N / mm e 0.055 . In Figura 3 è tracciata la curva derivante dalla formulazione analitica proposta per il coefficiente di attrito. Come si può notare, c‟è una perfetta sovrapposizione tra la linea di regressione dei risultati medi ottenuti Diagramma estratto dal PCI Handbook con i risultati delle prove dalle prove e la formulazione analitica proposta. 1.600 Tensione tangenziale [N/mm2] 1.400 PCI Handbook 1.200 CNR 10018/99 1.000 Regressione dei risultati sperimentali UNI-EN 1337:3-2005 0.800 0.600 240 (4) 240 240 (2) (3) (1) 200 (3) (2) 200 200 (1) (4) 160 160 (1) (3) 160 (5) (2) 0.400 80 (5) 80 (4) (2) 80 80 (3) 0.200 0.000 0.00 1.00 2.00 120 (4) (2) 120 120 (5) (3) 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 Tensione di compressione [N/mm2] Figura 1. Diagramma tensione diDiagram compressione-tensione tangenziale: confronto tra la curva di regressione e of the concrete - neoprene friction coefficient quelle estratte dal PCI Handbook, CNR 10018 e la UNI-EN 1337:3-2005. 0.800 Coefficiente di attrito neoprenecalcestruzzo 0.700 PCI Handbook 0.600 CNR 10018 UNI-EN 1337:3-2005 0.500 Regressione delle prove sperimentali 0.400 0.300 0.200 80 0.100 0.000 0.00 1.00 2.00 120 3.00 160 4.00 200 240 5.00 6.00 7.00 8.00 Tensione di compressione [N/mm2] Figura 2. Diagramma tensione di compressione-coefficiente di attrito: confronto tra la curva di regressione e quelle estratte dal PCI Handbook, CNR 10018 e la UNI-EN 1337:3-2005. Diagram of the concrete - neoprene friction coefficient 0.500 Coefficiente di attrito calcestruzzo neoprene 0.450 Curva analitica proposta Regressione delle prove sperimentali 0.400 0.350 0.300 Limitazione della CNR Schiacciamento del neoprene 0.250 0.200 0.150 80 120 160 200 0.100 240 0.050 0.000 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 2 Tensione di compressione [N/mm ] Figura 3. Diagramma proposto del coefficiente di attrito. Al momento la progettazione delle prove sulle connessioni spinottate è terminata ed è iniziato l‟allestimento del set up delle prove. PUBBLICAZIONI / REPORT: Magliulo G., Fabbrocino G., Manfredi, G.. Seismic assessment of existing precast industrial buildings using static and dynamic non linear analyses. Engineering Structures 2008, 30(9), pp. 2580-2588, doi: 10.1016/j.engstruct.2008.02.003. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali sulle connessioni trave – pilastro delle strutture prefabbricate, Atti del convegno “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, Italia, 29-30 Maggio 2008. Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Determinazione sperimentale del coefficiente di attrito neoprene – calcestruzzo per la valutazione della vulnerabilità sismica delle strutture prefabbricate esistenti, Atti del convegno “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, Italia, 29-30 Maggio 2008. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on beam – column connections of precast buildings, Atti del 14th World Conference on Earthquake Engineering, Pechino, Cina, 12-17 Ottobre 2008. Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental determination of neoprene – concrete fiction coefficient for seismic assessment of existing precast structures, Atti del 14th World Conference on Earthquake Engineering, Pechino, Cina, 12-17 Ottobre 2008. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali per la determinazione delle caratteristiche meccaniche delle unioni spinottate trave - pilastro, Atti del 17° Convegno CTE, Roma, Italia, 5-8 Novembre 2008. Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Legge di variazione del coefficiente di attrito neoprene – calcestruzzo al variare dello sforzo normale determinata mediante prove sperimentali, Atti del 17° Convegno CTE, Roma, Italia, 5-8 Novembre 2008. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on the dowel connections currently used in the beam-column joints of precast buildings; Atti del Symposium in honour of Prof. Toniolo, Milano, Italia, 5 Dicembre 2008. POLIMI-UNIBO: L‟estesa campagna sperimentale condotta da POLIMI, ha permesso di quantificare le caratteristiche meccaniche che caratterizzano la connessione in esame. Inoltre opportuni accorgimenti hanno permesso di migliorarne il comportamento in termini di duttilità. In figura 4. si riportano i grafici forzaspostamento (prova monotona su prove particolari) a confronto di una soluzione tradizionale con la soluzione migliorata. I risultati delle prove sperimentali cicliche e delle prove in scala 1 a 1 sono riportati nei report e pubblicazioni citati di seguito. Vista del banco di prova Curve sperimentali forza-spostamento 180 CONNESSIONE RIGIDA: rottura lato calcestruzzo (espulsione del copriferro) CONNESSIONE DUTTILE: rottura lato acciaio (deformazione plastica degli angolari) 160 P.O.1 Forza [kN] 140 120 100 80 60 40 20 0 0 P.O.2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Spostamento [mm] P.O.1 P.O.2 Figura 4 – Prova push-over: confronto del comportamento delle due differenti connessioni Le indagini numeriche, condotte da POLIMI, UNIBO, hanno messo in luce l‟aspetto fondamentale che ricopre il comportamento a diaframma delle strutture prefabbricate in calcestruzzo. Gli edifici più vulnerabili risultano quelli con diaframma completamente disarticolato. Tali analisi condotte nell‟ipotesi di collegamenti rigidi in grado di trasmette le forze di inerzia prodotte dal sisma dovranno essere raffinate tenendo conto dell‟eventuale comportamento ciclico dissipativo del collegamento come riportato in (Palermo et al. 2008, Conferenza Mondiale di Ingegneria Sismica). PUBBLICAZIONI / REPORT: Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Strutture prefabricate: catalogo delle tipologie esistenti”, catalogo tecnico, Febbraio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS. Mandelli Contegni, M., Palermo, A., Toniolo, G. “Strutture prefabricate: schedario di edifici prebbricati in c.a.”, Maggio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS. R. Felicetti, M. Lamperti, G. Toniolo, C. Zenti. 2008. Rapporto scientifico delle prove quasi-staitche cicliche su collegamenti tegolo-trave. elazione di calcolo prove Napoli. in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08-DPC/RELUIS. Palermo, A., Camnasio, E. and Poretti, M., “Role of Dissipative Connections on the Seismic Response th of One-Storey Industrial Buildings”, 14 World Conference on Earthquake Engineering , Beijing, China, October 12-17, submitted. Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Lifetime Seismic Performance of Precast Reinforced Concrete st Industrial Buildings”, Proc. of the 1 International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering, th Varenna, June, 11-14 , 2008, pp. 279-284. Felicetti, R., Toniolo, G., Zenti, C., “Comportamento sismico delle connessioni delle strutture prefabbricate: analisi sperimentale dell’unione solaio-trave”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 683690. Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Industrial Precast Structures: Construction Typologies and Seismic Vulnerability”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 691-698. Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Indagini preliminari sull’ influenza del degrado nel tempo sulla risposta sismica degli edifici prefabbricati”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 733-741. Camnasio, E., Poretti, M., Palermo, A., “Ruolo delle connessioni dissipative nella risposta sismica degli edifici industriali monopiano”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp. 827-837. Felicetti, R., Lamperti, M., Toniolo, G., Zenti, C., “Analisi sperimentale del comportamento sismico di connessioni tegolo-trave di strutture prefabbricate”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp. 867-874. Palermo, A., Toniolo, G., Tsionis, G., “Vulnerabilità Sismica degli Edifici Prefabbricati esistenti: analisi di un edificio critico senza diaframma di copertura”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp. 817-827. Aprile, A., Benedetti, A., Marani, F., “Ruolo delle connessioni nel comportamento sismico delle strutture prefabbricate monopiano in c.a.”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 699-706. 4. CONFORMITA’ AL PROGRAMMA Nei paragrafi seguenti sono descritte le attività svolte secondo il programma di ricerca. Sono altresì evidenziati possibili ritardi o anticipi rispetto al programma, indicando le rispettive motivazioni. 4.1 Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture esistenti (Masi) Le attività del Task MND previste nel corso del III anno sono state in gran parte eseguite, come specificato nel seguito con riferimento alle singole UR. UNIBAS: Le attività previste nel progetto sono state interamente portate a termine. In particolare, il programma sperimentale definito nel primo anno è stato completato eseguendo un gran numero di prove distruttive e non distruttive. Nel corso del terzo anno i risultati delle sperimentazioni condotte sono stati accuratamente analizzati in modo da fornire criteri per la pianificazione ed esecuzione della campagna di indagini e metodi per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ. UNISA: Il programma condotto dall‟UR UNISA è sostanzialmente conforme a quello preventivato ed in linea con quanto previsto nella precedente rendicontazione scientifica effettuata alla fine del secondo anno. UNICAL: Come da cronoprogramma si è provveduto, in questo terzo anno di ricerca, all‟acquisizione di ulteriori dati su strutture in c.a. esistenti, alla elaborazione dei dati ricavati secondo le metodologie opportune e alla raccolta sintetica dei risultati ottenuti nel corso dei tre anni di ricerca. POLIBA: Rispetto al programma originario delle ricerche, si è concentrata l'attenzione su alcuni aspetti teorici riguardanti il trattamento delle variabili fuzzy secondo una teoria matematica più completa di quelle sino ad ora proposte in letteratura. Pertanto, rispetto al programma originario che prevedeva alcuni sviluppi applicativi più definiti, si è invece concentrata l'attenzione sulla parte teorica, riducendo in parte lo sviluppo applicativo. IUAV: Sulla fine del primo anno di lavoro si è manifestata l‟occasione di lavorare, assieme ad altri, su edifici intelaiati in c.a. in servizio oppure dismessi da poco (compreso la possibilità di eseguire prove in situ) e quindi il programma è stato modificato rispetto a quanto preventivato, così da sfruttare pienamente tale opportunità. 4.2 Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti) UNIROMA1: Le attività svolte dall‟UR UNIROMA1 sono in accordo con i risultati attesi per il terzo anno riguardanti lo sviluppo di una procedura Bayesiana per la calibrazione dei fattori di confidenza. UNINA: La metodologia probabilistica per la determinazione dei fattori di confidenza è stata completamente svillupata. In particolare, sono stati impiegati metodi di simulazione per la stima dell‟affidabilità strutturale, la stima di FC e l‟aggiornamento dell‟affidabilità secondo le prove in-situ. Inoltre, è stato presentato un metodo semplice per la stima dell‟affidabilità (e quindi degli FC) attraverso un numero limitato di analisi. 4.3 Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone) UNIROMA1: L‟attività di ricerca della U.R. UNIROMA1 ha prodotto tre articoli pubblicati rispettivamente in una rivista internazionale e in due congressi, uno nazionale ed uno internazionale. In accordo al programma previsto la U.R. ha inoltre contribuito alla stesura di una prima bozza preparata dal Task group 3 sull‟utilizzo delle analisi non lineari per la valutazione sismica degli edifici esistenti in c.a. UNICH: Le attività sopra descritte sono state seguite secondo programma. Alcune difficoltà sono state riscontrate nella convergenza delle analisi dinamiche nonlineari, ma questo è un ben noto problema di questo tipo di analisi. UNIFI: Le attività svolte nel triennio hanno consentito di soddisfare globalmente gli obbiettivi della ricerca. Nel terzo anno, oltre che pervenire ad una sistematizzazione dei risultati ottenuti negli anni precedenti, sono stati conseguiti nuovi risultati con riferimento agli edifici multipiano, sia per quanto riguarda la valutazione semplificata di parametri strutturali fondamentali, che l‟utilizzo dell‟analisi pushover in presenza di complesse irregolarità. La pubblicazione dei risultati ottenuti proseguirà anche nel 2009 UNINA: Sono state condotte analisi secondo programma su edifici irregolari in pianta ed in elevazione al fine di validare le metodologie di identificazione ed analisi di tali strutture. Numerosi lavori sono stati pubblicati sull‟argomento, sia a livello nazionale che internazionale. La redazione del rapporto conclusivo sui metodi di analisi non lineari per edifici esistenti in cemento armato è in via di completamento. UNIBO: Le attività sono state svolte conformemente a quanto previsto. IUAV: Le attività hanno seguito il programma preventivato. Al momento, tuttavia è stato possibile svolgere solo una parte del programma, poiché i software presentavano errori che hanno richiesto una attività di correzione e poiché l‟U.R. IUAV ha sofferto di problemi organizzativi anche legati a una trasformazione in fieri nell‟ateneo. UNICT: L‟attività dell‟Unità di Ricerca UniCT è stata svolta secondo il programma proposto inizialmente, con le modifiche e miglioramenti concordati durante le riunioni di task svolte durante il secondo e terzo anno. UNISA: Il programma condotto dall‟U.R. di UniSA risulta completamente conforme al programma inizialmente previsto e le attività condotte nell‟ambito del task e di concerto con le altre U.R. ad esso afferenti hanno permesso di evidenziare diverse criticità dell‟analisi non lineare proponendo soluzioni sia per la scelta del metodo di analisi che per la definizione dei modelli di capacità relativi alle membrature esistenti in c.a. 4.4 Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi) Le Unità di ricerca hanno perseguito l‟obiettivo prefissato per il terzo anno di attività. In particolare, l‟Unità di ricerca UNINA ha investigato sui temi relativi al comportamento sismico degli edifici misti attraverso analisi non lineari. Tali analisi hanno permesso di porre in risalto le fasi attraverso le quali i diversi sistemi resistenti sono chiamati in causa nel resistere all‟azione sismica. Lo studio realizzato dalla Unità UNIROMA1 ha permesso di evidenziare i principali fattori che governano il comportamento delle strutture miste, fornendo delle indicazioni su possibili criteri di modellazione e verifica. 4.5 Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia) Le attività previste per il terzo e ultimo anno della ricerca sono state sviluppate del tutto, sia per quanto riguarda le analisi numeriche, sia con riferimento alla sperimentazione. Il ritardo segnalato nel resoconto di 2° anno relativamente alle indagini sperimentali, sia con riguardo alle prove sui telai tamponati sia con riguardo alla prova su tavola vibrante dell‟edificio tamponato, è stato recuperato, cosicché gli obiettivi dichiarati per il Task all‟inizio della ricerca possono ritenersi conseguiti. Il Rapporto finale di ricerca, le pubblicazioni complessivamente prodotte e quelle in fase di elaborazione documentano adeguatamente l‟attività complessivamente svolta dalle UU.RR. concorrenti a questo Task e si ritiene possano costituire un utile supporto a ulteriori possibili approfondimenti sul ruolo dei tamponamenti nella vulnerabilità sismica degli edifici. 4.6 Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza) L‟ R.U. coinvolte nel Task hanno portato a termine gli obiettivi proposti. In particolare, alcune analisi numeriche sono state effettuate per comprendere il comportamento sismico, e i possibili meccanismi di rottura degli edifici aventi le più comuni tipologie di scale. L‟importanza di tener conto delle possibili rotture fragili da taglio è stata messa in evidenza. Il set-up delle prove sperimentali è stato progettato sulla base di simulazioni numeriche usando diversi tipi di modellazione: dimensioni di un telaio mono-piano con trave a ginocchio, carichi e muro di contrasto sono stati definiti. 4.7 Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi) Le attività del Task 7 previste nel corso del III anno sono state in larga parte eseguite. Le attività di ricerca dell‟UR UNIBAS sono state costituite principalmente da una vasta campagna sperimentale su nodi trave-colonna esterni in c.a. in scala reale, affiancata da una ampia analisi bibliografica die programmi sperimentali svolti in Italia ed in altri paesi. L‟UR UNIBAS ha svolto le attività previste nel terzo anno relative, principalmente, alla esecuzione di test su provini aventi diverso livello di progettazione sismica ed alla analisi dei risultati ottenuti. L‟UR UNIUD ha svolto tutte le attività secondo programma, senza ritardi né anticipazioni. L‟attività condotta dall‟UR UNISA risulta completamente in linea con il programma per quanto attiene allo studio del comportamento di nodi di base pilastro-fondazioni (si ricorda la forte interazione con la Linea 8); per quanto riguarda i nodi trave-colonna, l‟assemblaggio di un ampio database sperimentale, non previsto nel programma iniziale, costituisce comunque un utile strumento di indagine per lo studio del loro comportamento. Per quanto riguarda l‟UR UNINA, gli studi analitici e le analisi condotte hanno consentito di validare e meglio individuare i principali parametri meccanici e geometrici coinvolti nei modelli di previsione teorica sia per nodi interni che esterni, nonché di validare la formulazione di Normativa per la determinazione della crisi del pannello nodale. La U.R. UNINA ha provveduto a condurre analisi numeriche di simulazione dei test sperimentali condotti nell‟ambito del Progetto per validare ulteriormente le analisi e le modellazioni teoriche proposte. 4.8 Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e taglio biassiale (Fabbrocino) Nel periodo di attività in esame l‟U.R UNINA si è impegnata nell‟esecuzione e nell‟analisi dei risultati provenienti da 8 prove sperimentali condotte su pilastri in c.a. in scala reale di forma quadrata e rettangolare armati con barre lisce o nervate soggetti a sforzo normale costante e azioni orizzontali uniassiali monotone o cicliche. Tali prove oltre ad offrire interessanti spunti per la valutazione del comportamento di pilastri in c.a. tipicamente riscontrabili negli edifici esistenti, costituiscono il naturale punto di partenza per la valutazione e l‟interpretazione dei risultati sperimentali che si otterranno dalle prove biassiali sugli stessi elementi. In relazioni a tali prove, in programma nei prossimi mesi, sono state effettuate analisi teoriche al fine di prevedere il comportamento di elementi soggetti ad azioni di sforzo normale e momento flettente biassiale e valutare l‟attinenza tra le previsioni teoriche e i dati sperimentali sia in termini di capacità resistente che deformativa. L‟attività dell‟Unità di Ricerca UNICT è stata svolta secondo il programma proposto inizialmente, con le modifiche e miglioramenti concordati durante le riunioni di task svolte durante il secondo anno. Con riferimento all‟Unità di Ricerca UNICH, le attività sopra descritte sono state seguite secondo programma. Alcune difficoltà sono state riscontrate nella convergenza delle analisi dinamiche nonlineari, ma questo è un ben noto problema di questo tipo di analisi. Dato che le attività dell‟ UR UNIROMA1 sono focalizzate sullo sviluppo di procedure semplificate e che tali attività sono distribuite su tutti e tre gli anni, i prodotti attesi per il terzo anno sono in accordo con il programma. Ad UNIROMA3 si è concluso il programma previsto raggiungendo gli obbiettivi di contratto: valutazione della risposta di pilastri rinforzati con tecniche innovative, messa a punto di una attrezzatura pseudo dinamica. Messa a punto e calibrazione di modelli per armature inox. Identificazione dei materiali utilizzati. 4.9 Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali prefabbricate (Toniolo) POLIMI: le prove sperimentali su collegamenti tegolo-trave sono state completate con sei mesi di ritardo rispetto al programma di ricerca per ritardi nella consegna dei prototipi e tempi tecnici allungati per congestione del Laboratorio. UNINA_UNIMOL: Per quanto concerne il tema delle unioni ad attrito è stata completata la modellazione teorica dei risultati sperimentali con l‟individuazione di formule analitiche per l‟interpretazione degli stessi. Relativamente al comportamento meccanico delle unioni spinottate, le prove progettate non sono ancora state concluse, a causa di ritardi da parte del partner industriale. POLIMI_UNIBO: le analisi numeriche, come proposto nel programma si sono effettuate in parallelo all‟attività sperimentale. Per determinare con maggiore esaustività le maggiori criticità sugli edifici occorre un‟indagine più estesa, come emerso dalla redazione dei cataloghi. Più analisi devono essere eseguite. Di conseguenza, anche la fase relative ai criteri di rinforzo è stata limitata a delle indagini numeriche preliminary su limitati edifici. REPORT ON THE ACTIVITIES OF THE THIRD YEAR 1. INTRODUCTION The Research Line 2, coordinated by E. Cosenza and G. Monti, focuses on the seismic performance of existing reinforced concrete buildings, with the additional aim of providing deeper insight into some provisions contained in the current seismic code. The RL 2 is organised in 9 different Tasks, and benefits of the contributions from 16 different Research Units (RUs). The organisation of the Research Line is presented in the following Figure, where the contribution from each RU is clearly identified within each Task. Each Task is identified by an acronym, explained in the following paragraph. Each RU is identified by an acronym, explained in the subsequent table, where the local leaders are also highlighted. The organisation below allowed to facilitate the exchange of information and documents among the different levels of: Line coordinators, Task leaders and RU leaders. Also notice the interactions with the othere Research Lines. 1 Research Unit Acronym Responsible(s) Involvement in Task(s) Napoli Federico II UNINA Cosenza, Manfredi, Ramasco MND, FC, IRREG, MIX, SCALE, NODI, BIAX, PREFAB 2 Pavia UNIPV Pinho TAMP 3 Basilicata UNIBAS Masi MND, FC, NODI 4 Roma La Sapienza UNIROMA1 Monti, Decanini FC, IRREG, MIX, TAMP, BIAX 5 Milano POLIMI Toniolo PREFAB 6 Udine UNIUD Russo NODI 7 Venezia IUAV Foraboschi MND, FC, IRREG 8 Bologna UNIBO Benedetti IRREG, PREFAB 9 Firenze UNIFI De Stefano IRREG 10 Chieti UNICH Spacone IRREG, TAMP, BIAX 11 Molise UNIMOL Fabbrocino MND, BIAX, PREFAB 12 Salerno UNISA Faella IRREG, NODI 13 Bari POLIBA Mezzina MND 14 Catania UNICT Ghersi IRREG, SCALE, BIAX 15 Research Unit Acronym Responsible(s) Involvement in Task(s) Palermo UNIPA Papia TAMP Spadea MND Nuti TAMP, BIAX 16 Calabria UNICAL 17 Roma Tre UNIROMA3 During the third year of the Research Project of RL 2, the nine different Tasks have carried out a series of activities and delivered products according to the program scheduled. The activities and the results obtained have been the object of a National Conference held in Roma on 29-30 May 2008, with more than 200 participants from 23 different Italian Universities, from the professional and enterprise world, where 82 papers have been presented, equally divided between methodological and applicative. The papers presented at the conference are divided among the nine Tasks as follows: In the following, for each Task, identified by an acronym and whose responsible is highlighted, a brief summary is presented of the activities and deliverables foreseen for the third year. 1. MND: Non-destructive methods for the knowledge of existing structures (Masi) a. Development, activation and execution of experimental tests on existing structures or on specimens purposely realized b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document and a spreadsheet containing a series of applications regarding the determination of the existing concrete properties 2. FC: Calibration of confidence factors (Monti) a. Development of Bayesian models and calibration of CFs on materials and structures b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document of methodological nature describing the application of Bayesian techniques to the evaluation of the mechanical properties of existing material, based on a priori knowledge and on subsequent on site tests. 3. IRREG: Evaluation of the nonlinear behavior of buildings with emphasis on irregular buildings (Monti, Spacone) a. Comparison and calibration of different linear and nonlinear methods b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document containing the synthesis of the comparison carried out between the linear static method for the assessment of the seismic capacity of existing buildings and higher level methods with reference to the selected buildings, representative of Italian construction typologies, and proposal of improvement of the linear static method. 4. MIX: Assessment and strengthening of mixed buildings (Manfredi) a. Behavioral analysis and derivation of simplified rules b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product, jointly developed with Tasks NODI and BIAX, consisting in a document containing the synthesis of the comparison carried out between the linear static methods and higher level methods for the assessment of the seismic capacity of existing buildings, with reference to the selected buildings, representative of Italian construction typologies, and proposal of improvement of the linear static method. 5. TAMP: Influence of infills on the structural performance (Papia) a. Test program on infills and frames b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document containing the results of tests carried out on masonry infills and on constituent elements (blocks, mortar) and that provides elastic-brittle models associated to failure mechanisms for horizontal sliding, diagonal traction and angles crushing. 6. SCALE: Assessment and strengthening of r.c. stairs (Cosenza) a. Tests on subassemblies b. At the end of the third year of activity the results of experimental and analytical tests carried out will be available. 7. NODI: Assessment and strengthening of beam-column joints (Masi) a. Tests on subassemblies b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product, jointly developed with Tasks MIX and BIAX, consisting in a document containing the synthesis of the comparison carried out between the linear static method for the assessment of the seismic capacity of existing buildings and higher level methods with reference to the selected buildings, representative of Italian construction typologies, and proposal of improvement of the linear static method. 8. BIAX: Assessment and strengthening of columns under biaxial action (Fabbrocino) a. Test campaign on columns under cyclic biaxial load b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product, jointly developed with Tasks MIX and NODI, consisting in a document containing the synthesis of the comparison carried out between the linear static method for the assessment of the seismic capacity of existing buildings and higher level methods with reference to the selected buildings, representative of Italian construction typologies, and proposal of improvement of the linear static method. 9. PREFAB: Assessment and strengthening of industrial prefabricated buildings (Toniolo) a. Tests on connections b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a technical database for collecting data on existing prefabricated structures and in a series of catalogues relative to the structural connections and the existing typologies. In the following sections, the main objectives pursued in each Task are described, with due evidence to the work carried out by each Research Unit (RU). 1.1 Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing structures (Masi) Main objective of the RUs working on Task MND is the estimation of the material properties of RC existing structures, particularly the in situ concrete strength, by using destructive and non destructive methods (MND). To this purpose, specific objectives have been pursued during the third year by the RUs participating to the Task and are reported in the following. UNIBAS: UNIBAS RU research has been mainly focused on the estimation of the in situ concrete strength of existing Reinforced Concrete (RC) structures, through non-destructive and destructive methods. A wide experimental program on RC members either extracted from typical Italian existing buildings or purposely st nd constructed in laboratory was designed in the 1 year and partially carried out during the 2 year. Further rd experimental investigations have been carried out during the 3 year and the results have been carefully analysed. UNISA: The R.U. of the University of Salerno (UniSA, in the following) carried out various research activities on non-destructive methods for determining the key mechanical properties of concrete, with particular emphasis on the correlations between the various methods and the possible spatial variability of such properties throughout the surveyed members. UNICAL: In this third year of activity, our research has been carried out, in a first stage, by collecting further experimental data about non-destructive and semi-destructive tests on reinforced concrete structures, and, in a second stage, by elaborating new data as well as by collecting and presenting the results obatained over a three-year period. POLIBA: Analysis and treatment of uncertain variables with different matematical nature has been developed as the main research issue. The so called “alternative” fuzzy way for uncertain description – where alternative is referred to standard stochastic way – has been deeper studied and treated by a complete assiomatic mathematical theory recently developed by prof. Lui. IUAV: Seismic behavior assessment of buildings with structure composed of unidirectional R.C. frames and floors, by means of non-destructive in situ tests. A-posteriori estimation (identification) of horizontal loadcarrying capacity and of dissipative capacity, in the floor direction. Parametric estimation of the torsional behavior. 1.2 Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti) UNIROMA1: The goal pursued by the U.R. UNIROMA1 with the cooperation of the U.R. UNINA was the development of a Bayesian procedure for assessment of mechanical material properties on the basis of prior knowledge and destructive and non destructive testing and the confidence factors calibration. UNINA: The objective of the work of the UR was to develop a probabilistic methodology for seismic assessment of existing buildings taking into account explicitly the uncertainties in the material properties and the structural detailing parameters and implementing the available test and inspection results. This methodology serves as a benchmark against which the code-based method can be compared, and may be used for determination of confidence factors. The achievement of such objective called for the development of a Bayesian framework, organization of the structural analyses, characterization of the prior probability distributions for the modeling parameters and finally evaluation of the structural reliability implementing the available test and inspection results in the Bayesian framework. 1.3 Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on irregular ones (Monti, Spacone) UNIROMA1: The main objectives pursued by UNIROMA1 have been: to contribute, together with the other R.U., to the drafting of a guide line on the use of nonlinear analysis for the assessment of existing R.C. buildings; to identify the parameters governing the NL seismic behaviour of asymmetric-plan structures and to define a new PO method for their evaluation. UNICH: Validation of modeling procedures of plan and elevation irregular reinforced concrete structures for nonlinear static and dynamic analyses. Coordination of guidelines for nonlinear analyses according to OPCM 3431 and Eurocode 8, together with R.U. of UNIROMA1, UNIFI, UNIVE, UNICT, UNISA, UNINA. UNIFI: 1) Study of nonlinear seismic response of plan-wise irregular buildings; 2) Simplified method for definition of structural parameters for multi-storey buildings; 3) Assessment of applicability of pushover analysis for existing structures and structural models irregular in plan and in elevation. UNINA: Validation of the assessment procedures regarding existing buildings characterized by irregularities, either in plan or in elevation, selected by UNIROMA1 and UNIFI R.U.; in particular, the influence of the shear and of the vertical strength irregularity is investigated. UNIBO: On the basis of the results obtained during the second year of the project (individuation of a single synthetic parameter capable of capturing the essence of the torsional response of linear-elastic asymmetric structures), the objectives of the research work of the third year of the U.R. UNIBO are: (1) verification of the effectiveness of the identified parameter in capturing the essence of the rotational dynamic behaviour of non linear asymmetric structures; (2) development of a synthetic tool capable of providing an estimation of the increase of the maximum displacement at the flexible side of the system due to the eccentricity. IUAV: Non-linear static analyses with Sap2000, MIDASGen, Perform 3D: output dependence on the assumptions (seismic action direction, plastic hinge modeling, force distribution); post-processing method development; parameters to measure the irregularity of the building. Relationships with the Padua University UNICT: The main goals of the Research Unit UniCT have been the individuation of a criterion able to provide a better correspondence of pushover versus dynamic non-linear analysis of 3D irregular systems (use of corrective eccentricities) and of the relation between corrective eccentricities and geometrical and mechanical parameters of the system. UNISA: The UniSA R.U. mainly worked on some open issues in non-linear analysis of existing RC structures; in particular, three case studies have been selected and shared with the other RUs working on the same task with the aim of comparing the results of analyses carried out on them and pointing out general observations and remarks on the accuracy of the various methodology currently available in the scientific literature. 1.4 Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc) buildings (Manfredi) A synergic work has been developed by the two R.U. implicated in this task (UNINA and UNIROMA1) on the evaluation of the seismic response of mixed-type buildings behaving as parallel systems, with regard to both local (interaction between masonry and RC elements) and global features, by performing a series of non linear numerical analyses. In particular, the U.R. UNINA has been focused on problems concerning the modelling of mixed-type buildings and on the distribution of the seismic action between masonry and reinforced concrete elements by performing a series of numerical analyses through the computer code 3muri obtaining by these analysis the capability curves of individuals resistance elements and the building as a whole, changing the size and then the stiffness of the RC elements but retaining the geometry of the building and comparing the seismic behaviour of the mixed-type building with the original masonry one. The UR UNIROMA1 research activity has been focused on the study of the response of mixed-type buildings -behaving as parallel systems - subjected to horizontal forces. To this aim, the results of non linear static analyses were analyzed and discussed. 1.5 Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia) The objectives of the third year of this research mainly concerned the following subjects: 1) nonlinear dynamic analyses of RC infilled frames representing structural schemes of existing Italian building subjected to input accelerograms corresponding to actual earthquakes (R.U. 04 – Roma1); 2) nonlinear pushover analyses of RC infilled frames mainly considering the possible shear collapse of the colums due to the interactions with the infill panels (R.U. 10 – Chieti); 3) experimental tests on infilled meshes of RC frames by using the three different kinds of masonry infills that had been tested experimentally during the second year of research (R.U. 15 – Palermo); 3) execution of a shaking table test of a 3D reinforced concrete infilled frame, representing a typical 50‟s/60‟s RC construction, featuring no seismic design provisions; the test specimen was scaled to 1:2 with respect to its prototype counterpart (R.U. 02 – Pavia). The activities of this year were a natural continuation of the ones taken up at the beginning of this research program; they were carried out in accordance with the initial planning of the research work conferred to this Task; 5) Set up simple models, single and three struts, for evaluation of the seismic response of infilled frames. Calibration for different type of infill blocks. Set up of design criteria for the retrofitting and upgrade of infilled frames through nonlinear dissipative brace systems (R.U. 17 – Roma3). 1.6 Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza) The main objectives of the Task that have been reached after the first year are the followings: Identification of the main stairs typologies used in the past construction practices; Analysis of the design methodologies and criteria used for the stairs in seismic and non seismic areas. The main objectives of the Task that have been reached during the second year are the followings: Execution of numerical analyses on typical existing buildings aimed at the investigation of the stair substructure influences on the structural seismic response. In particular, both global and local seismic performance have to be investigated with reference to frame and stairs members connections; Design of a building sub-assemblages, including a stair substructure, for experimental tests execution specifically targeted at the understanding of their seismic performances; numerical simulation on the building subassemblage model will be performed in order to predict the experimental results. The main objectives of the Task in the third year are the followings: A series of numerical analyses based on different and progressively refined modeling assumptions will be performed in order to investigate the principal failure modes. The experimental campaign will be performed and its results will be analyzed in order to evidence modes of failure. 1.7 Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi) Main objective of Task 7 is to investigate on the experimental behaviour of RC structural members, particularly beam-column joints without or with strengthening, thus providing a contribution to a more reliable evaluation of the seismic vulnerability of RC existing buildings. rd To this purpose specific objectives have been pursued during the 3 year by the RUs participating to the Task activities as reported in the following. UNIBAS: In the framework of the main objective pursued by the Task, the UNIBAS R.U. has set up, designed and carried out a wide experimental campaign on beam-column joints representative of typical members present in Italian existing buildings. In particular, the research activities were devoted to outline the influence of some parameters on the mechanical behaviour and the failure mechanism of the joints, such as axial force, amount of steel reinforcement and earthquake design level. Furthermore, the research focused the attention on the code expressions for the evaluation of the ultimate rotation of RC elements in order to highlight possible discrepancies between the theoretical and experimental results. UNINA: The main objectives of the UNINA R.U are: (i) the analytical modelling by using DIANA software to analyze the main parameters affecting the seismic response of beam-column joints and (ii) the analytical modelling of experimental tests conducted by the UNIBAS R.U. on external beam column joints representative of typical joints of RC existing structures. UNIUD: The analysis of the results obtained from the experimental tests performed in the first two years has been the main objective of the research. In particular, to plot the force-displacement diagrams, the corresponding envelopes, the diagrams of dissipated energy, in terms of work done, and secant stiffness, obtained from the tests on not-strengthened joints and to compare them with those of strengthened joints. UNISA: The activities of the UniSA RU on joints in RC structures basically followed two main branches: on one hand, a series of either reinforced or unreinforced base joints have been tested in the Laboratory of Structures of UniSA, and, on the other hand, a wide database of tests on beam-to-column joints has been built. 1.8 Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial load and biaxial bending and shear (Fabbrocino) The main objectives pursued by the different research units are herein summarised. As the R.U. UNINA is concerned, the work has been done as follows: - 8 experimental tests on r.c. full scale square and rectangular columns reinforced by plain or deformed rebars have been performed under constant axial load and uniaxial monotonic or cyclic actions; - analysis and discussion of experimental tests to evaluate the rebar typology (plain or deformed) influence on the global behaviour of columns under axial load and uniaxial bending moment; - test setup definition for biaxial tests on full scale r.c square or rectangular columns; - theoretical analyses in order to predict the experimental behaviour of columns under axial load and biaxial bending. UNICT Research Unit developed a fibre model able to effectively describe the non-linear behaviour of a member. The model analyses a member subjected to combined axial load and biaxial bending, thus allowing to analyse both beams and columns. UNICH Research Unit : Validation of modeling procedures of structural element under biaxial bending for nonlinear static and dynamic analyses. Coordination of guidelines for nonlinear analyses according to OPCM 3431 and Eurocode 8, together with R.U. of UNIROMA1, UNIFI, UNIVE, UNIICT, UNISA, UNINA. The work done by U.R. UNIROMA1 (Monti) during the third year had the intent of develop simple procedures for the assessment of resistance and deformation capacity of rectangular columns, with two-way steel reinforcement, subjected to combined biaxial bending and axial load. UNIROMA3 set up retrofitting and upgrade methods for bending and shear of piers damaged by previous seismic events, through the use of innovative materials such as FRP (for wrapping), self compacting concrete (SCC) and stainless steel for substitution of longitudinal reinforcement. Set up models for the evaluation of cyclic behavior of reinforcing stainless steel bars including buckling. Set up of a pseudo dynamic system to carry out lab tests on structures subjected to seismic action. 1.9 Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial structures (Toniolo) - Experimental investigations (monotonic and cyclic) on typical dry connections pi-greca element-beam made with steel L plate and fasteners. Proposals of enhanced solutions, which modifying the existing connections, allow to increase the global ductility and energy dissipated by the connection (POLIMI). - Theoretical analysis of the experimental results on the typical friction beam-column connections and experimental tests design for the determination of the mechanical properties of the precast dowel beam – columns connections (UNINA, UNIMOL). - Numerical investigations on the most common typologies of one-storey industrial buildings: evaluation of the structural vulnerabilities (diaphragm behaviour, interaction with cladding panels), (POLIMI; UNIBO). - Numerical investigations on buildings with dissipative connections; the aim is to propose the use of dissipative connections as a structural efficient and economic retrofit technique (POLIMI; UNIBO). 2. ACTIVITIES In the following sections, the main activities carried out in each Task are described. 2.1 Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing structures (Masi) rd During the 3 year the UNIBAS, UNISA and UNICAL RUs performed further experimental investigations using destructive and non-destructive methods and analysed the obtained results. Further, UNIBAS RU upgraded the procedure set up in the previous years to estimate the in situ concrete strength based on the Sonreb method and particularly useful in case of poor quality concrete. POLIBA RU analysed the methods for uncertainty treatment based on approaches alternative to the classical probabilistic approaches providing a software (language Matlab) for the management of different types of data relevant to a single variable. nd Details on the main activities carried out during the 2 year, as provided by each RU, are reported in the following. UNIBAS: During the third year the wide experimental campaign, based on in situ and laboratory tests, set up during the previous years, has been concluded. Test results have been carefully analysed to obtain methodological and practical directions to estimate in a simple as well sufficiently reliable the concrete strength of existing structures. A large number of tests has been carried out on: (i) RC beam and column members extracted from existing old structures (to be demolished) designed only for gravity loads, (ii) specimens purposely prepared in laboratory. The experimental program has been wholly carried out at the Laboratory of Testing Materials and Structures of the University of Basilicata, Potenza. Non destructive (rebound number, ultrasonic velocity, pachometer) and destructive tests (cores) have been performed in several points uniformly distributed along the structural members under study, and in some directions as to the member axis and the concrete casting direction. The estimation capacity of the combined SONREB (sonic + rebound measures) method has been deeply investigated. A procedure, purposely set up during the previous years to estimate the in situ strength of concrete, particularly in case of poor quality, has been applied to the experimental data. To make possible further applications and comparisons, during the third year the procedure, duly implemented in an EXCEL spreadsheet, was delivered to the other RUs. Furthermore, the possible difference between the strength as measured on core specimens and the in situ strength of the structure has been investigated during the research activity. The main factors influencing this difference has been outlined. A relationship to convert the strength of a core specimen fcore into the equivalent in situ value fc has been provided. Specifically, during the third year the possible reduction of core specimen strength due to drilling damage has been examined, thus obtaining a suitable correction coefficient. Finally, some column specimens have been selected from extracted or purposely constructed members aimed at evaluating the effect of drilling on RC member capacity. To this purpose, after NDTs and core drilling, also monotonic loading-unloading compression tests have been carried out on these specimens. Based on the results of these tests the effect of core drilling and of subsequent restoration on the strength of structural elements has been evaluated, by comparing performances of as built columns, drilled columns and drilled-restored columns. UNISA: The activities carried out by the RU of UniSa on the non-destructive methods for evaluating the mechanical properties of existing members and structures mainly focused on investigating both the accuracy of correlations between the various methods and the possible spatial variability of those properties throughout the members themselves, as a possible result of the loading history and the casting process. The work started by a previous research aimed at evaluating the capacity of base joints (connecting columns and foundations) depending on both mechanical properties and structural details (see. Task 7). A wide experimental campaign has been carried out on the same specimens mentioned above for determining the mechanical properties of concrete by means of both non-destructive (rebound and sonic tests) and partially destructive tests (based on concrete samples). Such tests have been performed on fifteen columns previously tested within the framework of the activities of Task 7. In particular, three concrete samples have been taken by each column and both rebound and sonic tests have been performed on the samples themselves or in the neighbours of the sampling zones located at the bottom, mid and top of the columns. The research is basically intended at recognizing the possible influence of damage induced by the cyclic tests carried out on the columns on the measures of the mechanical properties of concrete derived through the various destructive and non-destructive methods, as well as the possible spatial variability of such properties. UNICAL: In this third year of activity, our research has been carried out, in a first stage, by collecting further experimental data about non-destructive and semi-destructive tests on reinforced concrete structures, both new and already in place; and, in a second, more extended stage, through the elaboration of accepted (trusted, tested) values about the strength of concrete, by relying on methods well-established in the literature. We have then developed the experimental program on reinforced concrete structures, activated in the first year and progressed upon in the second year, and have analyzed the its results. In particular, our tests have been perfomed on a school building, located in the Rende County, for which the Province of Cosenza had requested a study on the seismic vulnerability and the preliminary project for seismic rehabilitation. Being a pre-existing building, in order to assess the mechanical properties of the materials, it has been necessary to carry out both semi-destructive (corel) and non-destructive (sclerometric and ultrasonic) tests, in the same points of the above-mentioned building. This has been done so as to obtain a certain level of knowledge to be associated with the related confidence factor, which is to be utilized, during the design stage, to carry out the safety verifications required by the in use technical standards. The obteined data, properly elaborated, have been compared, reshaped by using graphs and tables, and utilized to prepare a final report. POLIBA: The use of a axiomatic theory for the description and treatment of uncertain fuzzy variables has been the main goal this U.R. activities in this last year. In details the interest has been focused on the possibility to use a single mathematical theory able to accept both probabilistic and fuzzy variables; the specific choise of one form is depends on information nature and quality, that often, in existing buildings analysis presents serious differences. The theory of credibility, recently developed by prof. Liu, has been used to allow a full symmetry between statistical variables and fuzzy variables. The goal has been to propose a methodology to use the same information with different nature (probabilistic and fuzzy) of a specific parameter under investigation. The ambition is to increase the level of data knowledge and therefore the accuracy in the management of the parameters whose nature is "uncertain". An innovative approach was developed for this purpose. It consists in using the information entropy for transforming fuzzy and probabilistic variables so that a mixture of variables - probabilistic and fuzzy – must be transformed in a single form (fuzzy or probabilistic). It was therefore developed a method for conversion and a software (language Matlab) for the management of different information of a single variable. IUAV: The activity of this task, which merges with that of task 2, is mainly devoted to an in situ test program, which with the IUAV Research Unity had the chance to join together with others subjects (this test program was not considered when the initial program was developed). More specifically, the activity of this task has included the test design, experimental campaign execution, acquired data elaboration, and results interpretation. The in situ tests regarded buildings still in service or in service up to recent time, with structure composed of unidirectional R.C. frames, unidirectional concrete-brick floors (with or without slab) and without walls. The activities were devoted to define (1) the structural system that bears the horizontal forces, (2) and the structural system that consumes the kinetic energy in the inelastic field. The results prove that the floor direction can rely on a seismic structure that consists of a fictitious (ideal) frame, which beams are the set of R.C. unidirectional elements that compose each floor, which columns are the actual R.C. columns of the building, and which beam-column joints stem from the beams of the actual frames. Although each R.C. unidirectional element that composes the floor has a moderate structural capacity, the set of such elements in a floor guarantees a considerable total bending capacity (elastic and inelastic). Each R.C. column does not exhibit a weak horizontal direction, contrary to the building. Each beam of the actual floor guarantees the bending capacity of the above-mentioned ideal beam – real column joint by means of its torsional capacity. 2.2 Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti) UNIROMA1: The activity done during the third year concerned the development of a Bayesian procedure for the assessment of concrete and steel strength and the calibration of confidence factors (CF). The confidence factors to be applied to the mean strength values can be assessed by the bayesian method, which can take into account kind and amount of individual testing method. The bayesian method allows to employ destructive and non-destructive testing results to up-date a prior probability distribution function. Destructive and non-destructive testing results are separately employed, taking into account individual testing reliability. The confidence factors value is calculated each time by a closed form equation and is a function of the number, the kind and the reliability of each testing employed and by the reliability of prior information. This work assesses the possibility of a large-scale employment of non destructive testing methods for the evaluation of materials strength. The equation developed for CF evaluation has been found by regression analysis applied to the reference values and to the design values. The procedure for the evaluation of the CF follows the next steps: collection of a priori informations; selection of testing methods (destructive and non destructive); evaluation of the standard deviation of each testing method; execution of the tests and evaluation of the mean and the standard deviation for the single methods; evaluation of the parameters in the equation of CF; evaluation of CF. UNINA: The case-study structure consisted of the central frame of a four-story RC scholastic building located in Avellino. The structure in question is designed for gravity loads only. A three-dimensional model of the structure was developed using SAP, based on the original design documents. An elementary list of the possible types of the structural detailing parameters (a.k.a., structural defects) was prepared, including a set of plausible values and their corresponding weights. This list was employed as a basis for the preparation of a survey questionnaire addressed to the professional engineers in the field. The results of this survey serve to characterize the prior probability distributions for the structural detailing parameters. A simulation-based algorithm is implemented for calculation and updating of the structural reliability. The probability of failure is calculated using numerical integration methods, such as Monte Carlo simulation and Subset Simulation. Each realization within this simulation algorithm corresponds to a non-linear static analysis followed by the capacity spectrum method. Both the structural reliability and the probability distributions for the modeling parameters are updated using the Bayesian framework and based on the results of in-situ tests and inspections. A simplifying method has been developed which succeeds in efficiently reconstructing the probability distribution for the structural behavior parameter based on few structural analyses. 2.3 Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on irregular ones (Monti, Spacone) UNIROMA1: Initially, the research activity, carried out together with the other R.U., concentrated on the draft of a guide line for the use of nonlinear analysis in the assessment of existing R.C. buildings. In particular, the contribution of the UNIROMA1 R.U. to the guide line dealt with the following issues: the definition of the sources of structural irregularities in plan, the identification of the pros and cons in using the chord rotation as a parameter for the evaluation of the local seismic demands in beams and columns, and the definition of three case studies of RC frame buildings for testing and comparing different nonlinear analyses procedures proposed in codes and literature. Then, the research activity focused on the evaluation of the critical parameters that influence the nonlinear seismic response of asymmetric-plan buildings. In order to achieve this objective, the UNIROMA1 R.U. performed comprehensive nonlinear dynamic analyses on both single and multiple story frames characterized by different strength and stiffness configurations representative of a large class of existing buildings. Based on the obtained findings, a new pushover method that explicitly takes into account the torsional behaviour of asymmetric-plan buildings has been defined. The effectiveness of the proposed procedure has been finally evaluated by comparing the seismic demand of selected case studies with that obtained through both nonlinear dynamic analyses and other pushover methods from literature. UNICH: Different lines of research were followed: a) nonlinear analyses of the regular and irregular reinforced concrete buildings designed by UNIROMA1. The analyses were carried out with program RAMPerform, which will soon become the nonlinear analysis module of SAP2000; b) nonlinear analyses of a reinforced concrete building with different levels of modeling details. The sensitivity studies started in previous years were completed. Sensitivity of the response parameters to uncertainties in the input parameters were analyzed, mostly the ground motions and the mechanical characteristics of the building. The quality of natural and generated accelerograms for nonlinear dynamic analyses was also studied, along with their influence on predicting the seismic demand on the structure; c) investigation of the influence of the direction of the input ground motion in nonlinear static and dynamic analysis through the application to very simple nonlinear one-storey reinforced concrete structures; d) coordination of practical guidelines for nonlinear analysis of reinforced concrete buildings. Task d) was carried out in cooperation with all other research units. For the other tasks, there was interaction with UNIROMA1, UNISA, UNINA, UNIVE. UNIFI: This Research Unit (RU) has firstly completed its work on nonlinear seismic response of plan irregular structures, contributing, among other papers, Section 1.3.5 entitled „Evaluation of rotational response of nonlinear asymmetric systems‟ to the document „Methods of nonlinear analysis for r.c. existing buildings‟, developed jointly within the research Line 2. Furthermore, two simplified methods, easy to be used in the professional practice, have been studied to evaluate the ratio of uncoupled torsional to lateral frequencies and the static eccentricity; for some case studies, their results have been compared to those from more complex methods. Such estimates, that can be drawn rigorously in the case of one-storey buildings or of particular classes of multi-storey buildings only, are of primary importance both for characterizing torsional response and for extending applicability of pushover analysis to irregular buildings, as it has consistently emerged from investigations of this RU. Finally, UNIFI has further investigated applicability of pushover analysis, as modified with a procedure proposed by Fajfar in 2005, by analyzing one-storey simplified models, multi-storey building models and existing buildings, the last ones presenting complex irregularity conditions. During the above-described investigations, UNIFI has co-operated with all other RUs involved in Task 3, particularly with UNIBO and UNIROMA1. UNINA: An irregular in elevation plan frame belonging to an existing building placed in Londa (FI) is analysed in accordance with the New Italian Code (NTC, 2008 and Istruzioni per l‟applicazione delle “Norme tecniche per le costruzioni”, 2008). The structure has been modelled and analysed both taking into account the possible shear failure and only considering the non linearity in terms of moment-rotation. This model has been submitted to non linear static analysis, providing the real building strength. Furthermore, the seismic response and design of RC frames with strength discontinuities in elevation is also analysed. The irregularities are obtained assigning overstrengths either to the beams or to the columns of a “regular frame” (assumed as reference). The “regular frame” is designed according to the Eurocode 8 (EC8) Medium Ductility Class (DCM) rules. The overstrengths of presumed irregular frames are assigned modifying the reinforcement either of the beams or of the columns at different floors. The criteria for the vertical strength regularity assessment provided by many international seismic codes are applied to all the generated frames. To this purpose, the storey strengths are computed by two different methods: the first one only takes into account the flexural resistance of columns, while the second one also considers the beam flexural resistance. Non linear static and dynamic analyses are performed: mechanical non linearity is concentrated at the element ends. These analyses are carried out according to EC8 provisions: for non linear static analysis the N2 method is applied; in the case of non linear time-history analyses, seven real earthquakes, selected in order to fit on average the elastic design spectrum, are used as input. UNIBO: The activities developed by the U.R. UNIBO can be summarised as follows: linear and non linear parametric numerical simulations for the evaluation of the effectiveness of the estimation of the maximum rotations provided by the simplified methodology proposed; linear and non linear parametric numerical simulations for the evaluation of the effectiveness of the estimation of the maximum displacements of the flexible side provided by the simplified methodology proposed; sensitivity analysis of the torsional response of asymmetric systems upon structural parameters; investigations aimed at the formulation of a corrective eccentricity capable of leading to an estimation of the maximum rotational dynamic response of asymmetric systems by means of static pushover analyses; analytical (by assimilating the seismic responses of asymmetric systems to stochastic processes) and numerical investigations aimed at the evaluation of the effects related to the non-contemporaneity of the maximum rotational and longitudinal responses of the structure. IUAV: (1) Non-linear static analyses of the case studies and of other cases with the codes Sap2000, MIDASGen, Perform 3D. These analyses have been carried out with the following different systems of horizontal forces: (a) Proportional to the products of the masses times the displacements of the modal shapes, and thus with the resultant direction equal than the base shear of the relevant modal shapes (accounting for the first two modes of vibration). (b) Proportional to the masses and directed as the base shear of the first two modal shapes. (c) With distribution proportional to the masses and directed as the sides of the plant of the analyzed building. (d) Proportional to the product of the masses times the displacements of a triangular modal shape (with maximum at the top), and directed as the two sides of the rectangular plant of the analyzed building. (2) Seismic analysis of buildings with a significant difference in the two horizontal seismic capacity. (3) Parametric analyses of the relationship between the seismic action direction and the building behavior. (4) Post-processing, by the Mathcad software, of the results of Sap2000 and Perform 3D as regards chord rotational and failure modes, in order to perform the seismic assessment as prescribed by OPCM 3431/2005. (5) Numerical analyses by plastic hinges FEMA PMM of the case studies and other cases with MIDASGen. (6) Investigation of a-priori parameters that have the potentiality of defining a-priori the seismic behavior. (7) Development of a result post-processing to use the output of the code MIDASGen in the assessment. UNICT: In order to solve the problem that pushover analysis, either by itself or with corrections suggested by other researchers, is not always effective in predicting the in-plan rotations of an asymmetric structure during the inelastic response to a seismic event, Research Unit UniCT proposed to consider for each element the maximum displacement provided by two pushover analyses, with forces applied in different positions (defined by means of “corrective” eccentricities). In order to analyse this approach, R.U. UniCT performed a wide numerical study in which all the parameters which rule the problem (mass, stiffness and strength distribution) vary within a large range of values. This study has been performed with reference to one-storey 3D models with only one symmetry axis, subjected to seismic action in the non-simmetric direction. These models allow an easy manipulation of the parameters and a fast execution of the analyses. It has been developed a computer program which allows: the automatic generation of 3D one storey models, according to given criteria and with reference to given values of the main parameters; the performing of non linear static and dynamic analyses (the first ones with different values of the location C of horizontal force); the comparison of the results and the evaluation of two limit position of C which allow pushover analyses to envelope displacements of dynamic non linear analysis. The obtained results pointed out an approximately linear dependence of corrective eccentricities from eccentricities among mass, stiffness and strength centres and the substantial non-relevance of other parameters of the system. UNISA: The activities carried out by the RU of UniSA focused on the comparative application of different non linear static and dynamic analysis methods for existing RC structures which are more and more common for reproducing the seismic response of structures and quantifying their seismic vulnerability. In particular, the following issues have been addressed: - comparative analysis of various capacity models available in the scientific literature for defining the relevant performance levels for structures under earthquake shaking; the research started by the theoretical definition of the different damage measures currently adopted for representing seismic response of structures (interstorey drift, top-storey drift, chord rotation, plastic rotation, etc.) and proposed a comparative application of those measures on the three case studies shared with the other units participating in the task; - comparisons between non linear static analyses of RC structures aimed at determining the accuracy of those methods with respect to time history analyses assumed as a reference; - definition of a simplified procedure based on non-linear static analyses for deriving fragility curves and evaluating the probability of achieving the relevant Limit States. Within the framework of the above activities, three case studies have been considered and assumed among the various RU taking part in the task. 2.4 Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc) buildings (Manfredi) The main activities of the third year were mainly focused on a series of non linear numerical analyses that have allowed identifying the importance of slab in sharing the seismic action between masonry and RC elements on the base of in-plane stiffness slab and emphasizing the important role of masonry in supporting the horizontal action, in the linear and non linear field. A three storey building has been studied. Starting from a masonry building (Model A), the internal masonry walls were replaced with reinforced concrete frames having RC columns in the masonry walls for completing the structural mesh (Model B). A third model has been obtained by the partial removal of interior walls, leaving only the stair core to which connecting the beams of the frames (Model C). In the case of models B and C has been also investigated the seismic action distribution considering the presence of curbs or chains on the masonry walls. In fact the presence of these elements strongly increase the masonry walls resistance. The flexural and shear failure modes of masonry walls have been considered in numerical analysis with the achievement of collapse walls conditions governed by the inter-storey drift. A bilinear model has been adopted for RC elements with limited resistance and the same slope in charge and discharge. A lumped plasticity model has been adopted for RC elements and flexural and shear failure modes have been considered. The use of non-linear models for RC and masonry elements is essential in order to investigate the seismic elements behaviour with the evolving process of loading up in non-linear field. In fact, the analysis highlighted in the linear field the fundamental masonry role in withstanding the seismic action, due to high masonry stiffness compared to the reinforced concrete elements, whereas in non-linear field, the contribution of different technology elements to sustain the seismic action may become comparable. The UR UNIROMA1 research is the development of the numerical study started during the second year on different models. The analyzed models represent mixed building with RC frames and masonry panels acting in parallel and connected through beams and slabs. The first model is a simple in plane model constituted by an RC frame and a masonry wall connected together at the top by means of an elastic element with different stiffness values. The dimensions and materials of the frame are typical of structures designed with no seismic actions. The second one is a three dimensional model consisting of perimeter masonry walls and internal RC frames. It is a three stories building with a rectangular plan. The frames are three span frames, with beams supported by two intermediate columns and two masonry buttress. Moreover, a model in which the RC internal frames are substituted with masonry walls is also examined with the aim of analysing the structural effects due to the replacement of internal masonry walls with RC frames. All of the models were studied by means of non linear static analyses (push-over) performed with the code ADINA. The masonry was modelled by means of a smeared cracking material. RC columns were modelled as “multilinear-plastic beam” while beams and slabs as “linear elastic beam” and “shell” elements, respectively. 2.5 Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia) With reference to the numerical analyses, a first series of investigations was carried out by R.U. 04 (Roma 1): the seismic behaviour of the infilled RC buildings, which had been analysed by means of nonlinear static analysis during the second year, was detected by a step-by-step nonlinear dynamic analysis, considering different infill panels distributions over the building height. Mainly, recorded accelerograms were used in the analyses. The structural response was examined mostly through the analysis of displacement parameters, such as the inter-storey drift, the top displacement, the displacement ductility and the columns rotations, and energy parameters, such as the energy dissipated through inelastic deformations. A comparison was performed between the demands and the corresponding capacities. Moreover, with the aim of evaluating the structural damage levels, a global damage index, which involves the evaluation of the maximum inter-storey drift and the hysteretic energy demands and capacities, was adopted. A second series of numerical investigations was carried out by R.U. 10 (Chieti), where the equivalent diagonal strut proposed by FEMA 273-274 (Federal Emergency Management Agency) was adopted to model the infill panels. This model will soon be included in the U.S. seismic codes. The model parameters were calibrated considering the results of the experimental campaign by Mehrabi & Shing (1997) on RC frames with 1 and 2 bays and with solid and hollow concrete block infills. The model was implemented in the Opensees environment; the concrete frame was modelled with nonlinear fibre elements. Two different approaches were considered to model the shear behaviour of the columns: in the first case, the likely failure of the columns was assigned to zero-length elements located at the height of the diagonal equivalent strut ends; in the second case a V-γ law was associated to every column section through the section aggregator provided by Opensees. The experimental part of the research program was carried out by R.U. 15 (Palermo) and R.U. 02 (Pavia). Six one-bay one-storey RC frames, representing typical meshes of a RC framed structure, were tested by R.U. 15. The infills were constructed by using the three kinds of masonry materials that had been tested in the previous year of the research program. For each kind of infill panel (made by using calcarenite ashlars, hollow clay bricks or light-weight concrete blocks) two square frames, having side measuring about two meter, were tested. During each test the columns were subjected to a constant level of compression in order to simulate the vertical load transmitted by ideal upper floors. With reference to the lateral actions representing seismic effects, a cyclic load history with increasing maximum value at each cycle was adopted up to the achievement of the lateral resistance of the frame; subsequently, a cyclic lateral displacement history was adopted, by assigning increasing amplitudes up to the collapse. These experimental tests had the following objectives: - to verify the reliability of the lateral resistance values that can be deduced by the knowledge of the mechanical properties of the infill panels; - to observe the cracking picture and collapse mechanism of the infilled meshes; - to calibrate the parameters characterizing the hysteretic cyclic behaviour of a diagonal strut model proposed by the R.U. 15 components in a previous study. The experimental investigation carried out by R.U. 02 (Pavia) refers to a three-storey 3D framed RC structure. It was completed in accordance with the following four phases: 1) Transportation of the test specimen into the laboratory: in order to avoid possible damage during the transportation from the outside, where it had been constructed, to the inside of the laboratory, where it would be tested, the framed structure was heavily stiffened with a complex scheme of internal bracing. Hydraulic actuators were then employed to lift the structure from the ground; they allowed the subsequent introduction of industrial airbags (AeroGO – Load Modules system) that permitted the specimen to be pushed onto the shaking table. 2) Arrangement of additional storey masses and infill panels: the additional 27 tonnes mass, which was required to respect fully the laws of similitude between the full-scale prototype and its reduced-scale counterpart, was introduced by means of nine 25 cm thick concrete blocks per storey. The external infill panels, with and without openings, were also added at this stage. These 5 cm thick panels, tailor-made so as to ensure that their stiffness rapport with respect to the RC frame elements corresponded to that typically found in actual buildings, were constructed by using Gasbeton material (supplied by RDB). 3) Model instrumentation: with a view to measure all structural response quantities of interest, 180 analogical transducers were attached to the different parts of the model, with typical higher density in areas of expected damage concentration. In addition to “traditional” instruments (accelerometers, potenziometers, etc), high-resolution video cameras were also employed. 4) Dynamic tests: the test specimen was then finally subjected to a record from the Montenegro 1979 earthquake (Herceg-Novi station), acting in the longitudinal direction (Y), scaled to different levels of intensity (i.e. different values of PGA) with a view to simulate earthquakes of low, medium and high intensity. At UNIROMA3 experimental tests on infilled r.c. frames (1: ½ scale), on materials (concrete, steel, blocks and mortar), on subassemblages (small panels) have been performed. In order to calibrate equivalent strut models, comparisons between numerical and experimental response have been carried out. Further comparisons have been made among experimental results on both bare and infilled frames in order to evaluate the infill effects as well as its uniaxial force-displacement relationship. Characterization of strut parameters have been carried out on the basis of mechanical properties of materials and components. The constitutive models for masonry infills have been also calibrated in order to predict the cyclic response of infilled frames. A design criterion for protection of infilled frames through nonlinear dissipative brace system based on pushover analysis has been set up. It has been validated by non linear dynamic analyses. The validation is based on the comparison between design target in terms of displacement and the resulting displacement from non linear dynamic analysis under natural accelerogram. All the activities were developed in accordance with the research program pertaining to each R.U., which was established from the beginning of the research itself and updated during its carrying out. In the occurrence of the fully attempted Conference of the research groups concurring to the objectives of Line 2 program (Rome, may 2008) the progress level of the activities was verified in order to complete in time the research program concerning this Task. 2.6 Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza) The main objectives pursued are the followings: (a) technical literature review of the main stairs typologies in the existing buildings; (b) design/construction practices analyses of the main stairs typologies with reference to codes provisions enforced between 1940s-1980s. With reference to the former point, several available manuals and books at the time of construction and codes used from 1909 to the 1980 has been analysed in details with a critical judgement based on the actual knowledge. Examples of stairs designed for only gravitational loads have been studied with reference to different typologies. The knowledge of structural solutions and design practice of stairs of gravity load designed structures is of great importance to define their real geometric definitions and to understand their performances. The attention has been focussed on the design approach related to the main stair substructure members (stairs slabs and inclined stair beam). Some numerical modal linear and non linear analyses on typical buildings have been performed, giving some interesting results and some good features on the problems related to the mechanical and geometrical modelling of the structural elements of the stair. The first results have confirmed the importance of considering the interaction among the different element internal forces, in particular the axial force-moment interaction in the inclined stair beam, the shear-moment interaction in the columns. A critical study has been conducted on the different shear strength formulations present in literature, in order to simulate a potential shear failure in short columns, that can be easily found in most buildings. The pushover analysis by using a lumped plasticity model has been performed to evidence critical zones and possible failures. Preliminary seismic static studies by using spread plasticity models have been also performed, this modelling will be used in the third year to conduct dynamical analyses. An experimental set-up has been defined, a single span frame having an inclined beam in real scale has been designed. 2.7 Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi) Further tests were carried out during the third year by the UNIBAS RU, and the experimental results of tests carried out during the project were carefully analysed (UNIBAS UNIUD and UNISA RUs). UNINA mainly dealt with the analytical modelling of the joints. All the RUs went on a wide literature review on subject. rd Details on the main activities carried out during the 3 year, as provided by each RU, are reported in following. the RU the the UNIBAS: Main activity of the UNIBAS RU has been the execution of a wide experimental program on external beam-column joints relevant to typical existing RC buildings having different Earthquake Resistant Design (ERD) level. Specifically, joints designed to resist only to gravity loads and joints relevant to structures designed according to the recent Italian seismic code (OPCM 3274 and 3431) have been considered. The experimental program has been carried out at the Laboratory of Testing Materials and Structures of the University of Basilicata, Potenza. Experimental activity has been supported by a wide literature review on experimental programs made in Italy and in other countries. In particular, the main activities carried out during the third year of the Project are as follows: - State of the art of experimental programs carried out by other authors all over the world concerning test modalities, joint shape (i.e. L, T and C joints), and type of observed failure mechanism. Main objective of this state of the art was to correlate the failure mechanism to reinforcement amount and details (as a consequence of the seismic design level), to the axial force applied and to loading scheme used in the tests. - An interactive database containing all the collected papers on the subject has been constructed. The papers were collected taking into account the type of specimen and test set-up, the reinforcement detailing and the axial load value. - As for the experimental part of the program, external RC full scale beam-column joints were designed and built with different characteristics in terms of earthquake resistant design (ERD) level and yield strength of reinforcement (always deformed steel but having different ductile capacities). Specifically, a number of tests have been performed on: specimens relevant to non seismic joints designed for gravity loads only; specimens related to joints designed for seismic zone 2 (medium seismicity); specimens related to joints designed for seismic zone 4 (very low seismicity). The tests were executed controlling the displacement imposed at the top of the column applying an increasing drift repeated for three cycles. - Before the experimental tests, numerical simulations were performed in order to estimate the yielding drift and shear of the specimen under consideration and to predict which element of the subassemblage (beam, column, joint panel) could firstly collapse. Numerical simulations were carried out using a fiber finite element model provided in the SeismoStruct software. - During the tests several parameters related to the behaviour of the specimen have been monitored. In fact, 24 displacement transducers were installed to record deformations of the beam, columns and joint panel. Other transducers were used to monitor displacements at the top of the column and at the beam end. Some load cells allowed to record the axial and the horizontal load. Generally, tests were executed up to the failure of the specimens. - The experimental data have been analyzed to obtain the force-drift relationships, to estimate the dissipated energy and the strength degradation, thus a comparison between the results from each test could be made and the role of the selected parameters could be evaluated. For each test a report containing specimen characteristics and main results (also displayed in some diagrams) has been prepared. The reports have been also provided with a series of pictures taken during the tests. - During the project a frequent interaction with the other RUs was developed mainly based on file and document exchange, as well as during the general meetings of the Research Line 2 or during some specific th meeting of the Task. It has to mentioned the joint paper presented at the 14 World Conference on Earthquake Engineering (Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M., Realfonzo R., Faella C., Lignola G.P., Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening of RC beam-column joints: experimental program and first results of the research activity in the framework of th DPC-Reluis project (Research Line 2), Proc. of 14 WCEE, October 12-17, 2008, Beijing, China). Interaction has been particularly deep with UNINA RU. Experimental data of some tests have been shared with UNINA RU to carefully analyse the test results performing numerical simulations based on accurate non-linear finite element models. UNINA: The main activities carried out by the UNINA R.U. are described in the following. Analytical modelling by using Finite Element DIANA software to analyze real scale tested specimens characterized by geometrical and mechanical properties, e.g. concrete materials and smooth bars, and also deficiencies typical of the existing structures, as they have been individuated in the available scientific literature during first year activities. Following the numerical analyses conducted during the second year (plane internal joints), during the third year external plane joints have been analyzed based both on joint layouts available in literature and those tested by the UNIBAS R.U.. The numerical (F.E.M.) parametric investigations allowed evaluating the typical failure modes and cracking patterns and the impact of the main parameters involved in the formulation of the analytical models for strength predictions available in literature, individuated in the first year. The numerical model has been accurately validated based on experimental campaigns available in literature and those conducted by the UNIBAS R.U.. The analytical equations for strength prediction available in the Code have been explicitly checked through numerical simulations on joint panels deigned to fail or not to fail according to the code definitions. UNIUD: During the third year all the diagrams of the measures obtained from the tests performed on the exterior joints in the first 2 years have been plotted. Firstly, the diagrams of force, crack opening at the beam-column interface, slip of beam longitudinal bars and joint core strains, versus displacement imposed at the beam end, obtained both from not-strengthened and strengthened joints, have been plotted. Particular attention has been paid to the interpretation of the force-displacement diagram, on which also the theoretical calculus values of the forces that should have caused respectively the yielding of the beam longitudinal bars, the cracking at the beam-column interface and the slip of the beam longitudinal bars anchored into the joint core, have been reported. The other diagrams, together with the visual observations, have been used to validate the interpretation of the former. Successively, the results obtained from the not-strengthened joints have been compared with those of strengthened ones by plotting the diagrams force envelope, dissipated energy in terms of cumulative work done during the test and variation of the secant stiffness calculated at the first cycle of every loading step, versus the displacement imposed to the beam. These diagrams have been interpreted in terms of increase in force, ductility, and energy dissipating capacity, and in terms of relative reduction of stiffness, at the increase of the imposed displacement. UNISA: The activities of the RU of UNISA on the present task basically developed onto two main branches briefly outlined below: cyclic tests carried out on base joints for two axial force levels (v=0.14 e v=0.40) pointed out the relevant enhancement in terms of ductility induced by FRP confinement. Such enhancement of rotational capacity – basically unaffected by the axial load value – is usually more relevant in the cases of confinement by glass-fiber composites (GFRP). Moreover, confinement also result in relevant increase in flexural strength for higher axial load levels (v=0.40); an even more relevant enhancement in terms of strength has been observed as steel angles, variably connected to the base, have been considered: critical issues of the various details of connections have been pointed out in terms of resulting ductility and strength of the structural response. Finally, the different behavior of nodes reinforced by either smooth or deformed bar emerged by the tests. assembling a wide database of experimental results currently available in the scientific literature and derived by monotonic and cyclic tests on beam-to-column joints in RC structures; several theoretical models have been proposed for evaluating shear strength in such joints and a wide validation of those models has been carried out by means of the results collected within the above mentioned database. The former part of the research program has been developed in strict connection with other activities and research units involved in the same project, even on other lines (such as Line 8 devoted to composite materials in structural strengthening of existing members). 2.8 Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial load and biaxial bending and shear (Fabbrocino) The activity of the R.U. UNINA was focussed on eight experimental tests on r.c. square or rectangular full scale columns under constant axial load and uniaxial bending; both tests under monotonic or cyclic action were performed. Details about the experimental program are reported in Table 1. Each test was performed under displacement control; in particular, in the case of cyclic tests, successive cycles progressively increased by 12 mm of displacement amplitudes (excepting for the first two cycles characterized by a displacement increase of 6 mm) in each direction at a rate ranging from 0.2 to 1.0 mm/second. In each cycle the target displacement was achieved three times. Strain gages were applied on the reinforcing internal rebars and LVDTs on the columns in order to investigate global and local behaviour as well as energy dissipation capacity of tested specimens. A comparative analysis of experimental outcomes pointed out the internal rebars (plain or deformed) influence on the behaviour under seismic action of r.c. columns typically fundable in existing structures. 30x30 Longitudinal Reinforcement Steel Rebars type Normalized Axial Load, Action type Number of tests 8 12 UNIAXIAL TESTS Cross Section BxH (cmxcm) 30x30 50x30 8 12 12 12 Plain Deformed Plain 0.2 0.2 0.1 Monotonic Cyclic Cyclic 2 2 2 Table1 – Experimental tests carried out 30x50 12 12 Deformed 0.1 Cyclic 2 Once experimental tests were performed, the R.U. was involved in the definition of biaxial tests test setup. Sixteen experimental biaxial tests on square or rectangular full scale r.c. columns are foreseen. Reaction frames, spherical hinges and steel devices have been designed and realized in order to perform tests on columns under contemporary presence of constant axial load and biaxial bending. Theoretical analyses have been carried out in order to predict the experimental behaviour in terms of strength and deformability of columns under combined biaxial bending and axial load; the theoretical analyses have been performed by using a software, based on a fibre model, specifically implemented during the first two years of the research project. The execution of experimental tests is scheduled during next months. UniCT Research Unit analysed the behaviour of a member under axial force and biaxial bending. Many studies point out the opportunity of taking into account the actual stiffness of a member in the structural analysis, but they do not provide simple indication on how correctly do this. The study carried on is based on the research activity performed by the UniCT R.U. in the first two years, which produced a fibre model which describes the behaviour of r.c. cross sections, subjected to axial force and biaxial bending, differentiating the behaviour of the cover, which has always a brittle failure, from that of the core, which may present a more ductile behaviour thanks to the restraining effect of the ties. The fibre model of the whole member, now proposed, subdivides it into small elements, each described by the previously developed model for the cross section. Each element, after having reached the maximum bending moment, might go on with increasing deformation together with decreasing bending moment, or might unload in a linear way. The member model differentiates the element according to their post-maximum behaviour. The model accounts also for the bending moment-shear force interaction, by assuming that, because of the slope of the strut, each element is subjected to the bending moment acting at a distance which depends on the cross section depth and on the strut slope. The model includes also the deformation of the reinforcing bars in the node, by adding a rotation at the end of the member. UniCH research unit: Different lines of research were followed: a) nonlinear analyses of the regular and irregular reinforced concrete buildings designed by UNIROMA1. The analyses, under way, are carried out with program RAM-Perform, which should become the nonlinear analysis module of SAP2000. Tests were also carried out using program MIDAS, which contains force-based fiber section models; b) nonlinear analyses of a reinforced concrete building with different levels of modeling details. The focus was on the different between unidirectional and bidirectional seismic input, and therefore on the biaxial response of the structural elements; c) investigation of the influence of the direction of the input ground motion in nonlinear static and dynamic analysis through the application to very simple nonlinear one-storey reinforced concrete structures; d) coordination of practical guidelines for nonlinear analysis of reinforced concrete buildings. Task d) was carried out in cooperation with all other research units. The activities of the UR UNIROMA1 (Monti) concerned the development of a simplified method for assessment of rectangular columns subjected to combined biaxial bending and axial load; the method allows to avoid the numerical integration required for solution of the equilibrium equations; it is based on the analytical approximation of the 3D failure surface by sections at constant axial load. The curves which represents the sections of the 3D failure surface with planes at constant axial load are analytically expressed by means of equations given as the sum of the acting/resisting moment ratio in the two directions, elevated to an exponent which is function of the acting axial load, the reinforcement ratio and the section shape. The work concerns a clearer definition of the dependence of the exponent in the load contour equation on section‟s geometrics and mechanics parameters and on the axial load. To this aim an analytical relation has been developed by means of application of least square method. Closed-form equations for computing the uniaxial resisting moments of sections with two-way steel reinforcement are developed too. The method developed for the approximation of the 3D failure surface for resisting moments is extended to the evaluation of the section curvature; closed-form equations for computing the uniaxial curvatures of sections with twoway steel reinforcement are developed too. The proposed method has been developed for FRPstrengthened sections too. UNIROMA3. Eigth 1:6 scaled column specimens (1.50 m height and 50 cm diameter, 2.30 m height and 50 cm diameter) already damaged in previous research projects have been repaired and retrofitted. Repairing and retrofitting operations have been carried out in the Laboratory of the Department of Structures at the University of Roma Tre, by using self compacting concrete (SCC), stainless steel rebars and fiber composite strips (FRP). The stainless steel bars, used for damaged reinforcing bar substitution at the column base, have been welded to the ends of the remaining longitudinal bars. Transversal damaged hoops have been substituted with frp wrapping. Then, the repaired piers have been subjected to pseudodynamic tests. The mechanical characteristics of the adopted SCC have been carried out through preliminary tests on both bare and wrapped cilindric specimens. The mechanical characteristics of the adopted stainless steel rebars have been obtained through preliminary monotonic and cyclic tests. The pseudodynamic system has been completed also on the basis of previous research funds. Test equipment is able to produce forces up to 500 KN and displacements up to +/- 200 mm. 2.9 Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial structures (Toniolo) The activities of the four U.R. involved are herein reported; the interactions between the U.R. have been guaranteed by constant informal contacts occurring by email, telephone etc. between the coordinator of the Task and the leader of the U.R. Moreover, two plenary meetings (10/01/08, 29/05/08) within the participation of some members of ASSOBETON to inform and update each U.R. on the development of the research work. The research activities of each U.R. are reported below: In the following sections, the main activities carried out in each Task are described. UNINA-UNIMOL: the results obtained by the tests for the determination of the concrete - neoprene friction coefficient varying the axial stress have been interpreted through an analytical formulation, which has been compared with the bibliographical ones. The main objective of this experimental research project is to quantify the characteristic parameters of the seismic behaviour (in terms of ductility, strength and stiffness) of the beam-column connections commonly found in precast structures; such connections typically consist of pairs of steel bars passing through the joint, in order to create a sort of hinge in the vertical plane containing the axis of the beam and to avoid rotations in the orthogonal plane. The test procedure has been presented in details, describing the experimental set-up, the load history and the parameters to be measured, in order to obtain general-validity results, consistent with the models used in structural analysis. The dowels of the beam-column connection are embedded inside the columns, with or without composite slab; The slab is commonly found at the intermediate floors of multi-storey precast buildings. Shear and longitudinal bending tests are performed under both monotonic and cycling loading. In the former case, the tests are carried out up to the failure of each specimen, in order to measure the entire loadingdisplacement curve (“skeleton” curve) and to identify the displacement levels to be considered in the cycling tests. The experimentally-derived mechanical properties of the connections shall be introduced into global numerical models that will be used in order to investigate the seismic vulnerability of precast structures. POLIMI-UNIBO: The experimental activities, carried out by U.R, refer to a typical dry connection between roof elements and beams. Monotonic and quasi-static cyclic tests according to a loading protocol defined during the meeting 10.01.2008 have been performed. The aim was to define the strength, global ductility and energy dissipation and suggest/implement possible modifications to increase the global seismic performance. Two different test set-up have been considered: - Tests on concrete blocks: the aim is to inestigate the behavior of the metallic dry connections. Steel L plates connected through bolts and fasteners are subject to a transversal force simulating the horizontal inertia forces passing thought the system (4 tests: 2 monotonic, 2 cyclic; imposed displacement); - Tests on real precast members: these tests have been done with the intent to reproduce the real behaviour of the system roof element-connection-beam. Full scale tests have been done considering portions of roof members and beam. (14 test: 6 monotonic, 6 cyclic, 2 additional tests to measure friction due to neoprene, inserted between the roof member and the beam); The numerical investigations have been carried out by POLIMI in accordance with UNIBO. As first stage, linear dynamic analyses (modal analysis, analysis with design spectra) have been carried out on critical typologies of buildings (referring to the catalogue prepared in the first part of the project). In the second phase non linear static (push over) and dynamic (time history) analyses allowed to investigate with higher accuracy the structural effects related to diaphragm behaviour of the buildings. Set of real accelerograms, opportunely scaled to EC8 Acceleration Design Spectrum have been adopted for the time history analyses. 3. RESULTS In the following sections, the main results obtained in each Task are described. 3.1 Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing structures (Masi) The results obtained during the third year are mainly made up by the execution and analysis of the experimental investigations either on in situ real structures (UNIBAS, UNICAL, UNISA and IUAV RUs) or on laboratory specimens (UNIBAS and UNISA RUs), by the setting up of some procedures to estimate the in situ concrete strength (UNIBAS RU) and for the uncertainty treatment in the evaluation of the structural characteristics of existing strucures (POLIBA RU). nd Details on the main results obtained during the 2 year, as provided by each RU, are reported in the following. rd UNIBAS: The main results obtained by the UNIBAS RU during the 3 year come from the completion of the wide experimental program set up and partially carried out during the previous years. Working on more than 20 RC beam and column members, several hundreds of non destructive tests (NDTs) and more than 50 destructive tests (cores) have been globally carried out. Analysis of results confirms a large scatter of the core concrete strength both in a single member and among members extracted by the same story of a building. Lower scatters were detected for the NDT results with the exception of the surface ultrasonic velocity, as already found in previous investigations. As a result of these findings, the role of some factors influencing the in situ concrete properties has been carefully evaluated, and some criteria to suitably select locations for sampling have been provided. The procedure for the evaluation of the concrete strength based on the Sonreb method, using both core and NDT measurements, set up in the previous years, has been widely applied clearly showing its higher prediction capacity when compared to the relationships currently available in the technical literature. It requires that the relationship between the in situ concrete strength and the NDT measurements is experimentally derived for the specific concrete under test. As for the possible damage on core specimens due to drilling, the results have shown that the strength reduction suffered by cores can be significantly influenced by the original strength value of the in situ concrete. Consequently, adopting a constant coefficient to take into account drilling damage, as suggested in the technical literature, can determine incorrect results. On the contrary, it appears suitable adopting coefficient values, obtained during the research, which are inversely proportional to the core strength as provided by the compression test. Finally, some important results have been obtained regarding the effect of core drilling on the structural members, performing tests before and after a possible restoration. Further, some factors influencing the relationship between the “local” strength provide by core specimens and the in situ strength of the structural member as a whole, have been highlighted. Some results obtained by the UNIBAS RU during the third year of the project have been reported in the following papers published on journals and in proceedings of national Conferences: 1 Masi, A., Vona M., 2008, La stima della resistenza del calcestruzzo in situ: impostazione delle indagini ed elaborazione dei risultati, Progettazione sismica, Anno I, No. 1/2008, IUSS Press, ISSN 1973-7432. 2 Masi A., Vona M., Nigro D., Ferrini M., 2008, Indagini sperimentali per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ basata su metodi distruttivi e non distruttivi, Convegno ReLUIS – Linea 2, Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008. 3 Masi, A., 2008, Analisi di dati sperimentali per la stima degli effetti dell‟estrazione sulla resistenza di carote prelevate da strutture in c.a.. Convegno ReLUIS – Linea 2, Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008. UNISA: The results obtained by the RU of UNISA by the activities carried out on the Task 1 are briefly outlined below: - the various formulations available within the scientific literature and some structural codes for deriving the concrete strength by testing concrete samples in partially destructive tests usually lead to widely scattered results; - no general trends can be recognized for the spatial variability of the key mechanical properties of concrete throughout the column axis, even in the case of the members considered in the present campaign, formerly stressed by a simple load pattern; indeed, in some cases, the strength is smaller at the bottom, as expected, but in other cases no clear trends can be observed as a possible result of the combination of the effects of the load pattern and the casting process; - although the members are cracked and damaged, the results of the sonic tests are affected by scatters smaller than those deriving by the compression tests on concrete samples, as a possible result of the discrete nature of cracks; - the ratio between ultra-sonic velocity derived by indirect and direct measures are normally distributed around the average value of 0.75; - the rebound tests confirmed the substantial impossibility of recognizing general trends in the spatial variability of the mechanical properties of concrete and led to values affected by scatters quite similar to the destructive ones. UNICAL: During the current third year of our research we have obtained the following results, in line with the “cronoprogramme” agreed upon at the beginning: - expansion of the experimental data collected over the previous three years and to be utilized in the ensuing statistical analysis, by means, in situ, of non-destructive and semi-destructive tests on reinforced concrete structures, both new and already existing in place; - in order to test the compressive characteristich strength Rc of concrete, analysis of the data resulting from the use of the Sonreb Method, for non-destructive tests, - collection in a synthetic form, of the data resulting from the above-mentioned analyses; - papers: [1] R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Strutture esistenti in cemento armato: controlli e verifiche mediante tecniche non distruttive. Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in cemento armato, Roma, 29-30 Novembre, 2008, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editors, Polimetrica International Scientific Publischer, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 13-22. [2] R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Controlli non distruttivi di un edificio in cemento armato in fase di realizzazione, Report 272, Dipartimento di Strutture, Università della Calabria, Facoltà di Ingegneria, Novembre 2006. [3] G. Spadea, A.R. Spadafora, Valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio scolastico esistente mediante esecuzione di controlli non distruttivi, Report 281, Dipartimento di Strutture, Università della Calabria, Facoltà di Ingegneria, Novembre 2008. POLIBA: Treatment of uncertainties in determining the characteristics of materials and more generally of existing buildings parameters has been further deepened. The "alternative" fuzzy based approach for uncertainty treatment has been included on an organic basis of a comprehensive mathematical axiomatic recently developed by Prof. Liu. By its use has been develop a technique for the simultaneously use of different forms mathematical variables uncertain. This method has allowed to develop a code for the implementation of this method to characterize a generic uncertain variable for which information is available under different nature from tests in number to justify a full statistical description, such as in case of "expert opinions". In addition to this software the following works have been produced: 1 Marano G.C.; G. Quaranta; Mezzina M. (2008). Fuzzy Time-Dependent Reliability Analysis of RC Beams Subject to Pitting Corrosion. ASCE - JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING (ISSN: 0899-1561), vol. 20(9); p. 1-10; 2 Marano G., G. Quaranta, M. Mezzina. (2008). Analisi fuzzy della durabilità di strutture in cemento armato soggette ad attacchi di cloruri. INDUSTRIA ITALIANA DEL CEMENTO (ISSN: 0019-7637) vol. 2, pp. 118-134; 3 G.C. Marano, G. Quaranta and M. Mezzina, “Hybrid technique for partial safety factors calibration”, Convegno Nazionale RELUIS- Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008; 4 G.C. Marano, E. Morrone and M. Mezzina, “Approccio ibrido fuzzy per l‟integrazione e l‟interpretazione delle prove non distruttive”, Convegno Nazionale RELUIS- - Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008 IUAV: The present task MND has defined the fictitious frame that gives rise to the seismic structure in the floors-direction, in the case of R.C. buildings with sub-structural system made of unidirectional frames (without any structural wall for the staircase and the elevator). The fictitious frame is dictated by the results of the in situ geometric and mechanic survey. Based on the level of knowledge that has been attained by means the in situ investigation, a beam is associated to each floor of the building and a beam-column joint is associated to each support of the floor provided by the beams of the actual frame. In so doing, both geometric and mechanic characteristics of the fictitious frame are provided, i.e., columns and beams of the fictitious frame are defined. The results reached by the R.U. in this task include the geometric and mechanic data that have to be obtained by the in situ investigation in order to reach the minimum level of knowledge by which the fictitious frame can be defined, as well as how to optimize in situ investigation in order to maximize the level of knowledge and then minimize the standard deviation of the parameters that define the fictitious frame. Further results include the definition of the capacity curve of the beams of the actual frames that have the torsional rotation in the abscissa and the torsional moment in the ordinate (the latter becomes bending moment in the floor). Since the torsional capacity of the beam is often inadequate, the results include as well the strengthening work that increase such capacity and the models that permit to calculate such increment. 3.2 Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti) UNIROMA1: The proposed methodology and the equation developed for FC have been testes on several simulated cases and on testing made on several buildings. The simulated test show that the mean values obtained applying the calibrated FC compared very well the exact ones; the test on real buildings shows that the calibrated FC reflects very well the reliability of information. The results of this work have been published in: Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., Sbaraglia, L., Sforza, G. (2006). Metodi non distruttivi: livelli di conoscenza e fattori di confidenza. Convegno Nazionale “Sperimentazione su Materiali e Strutture”. Venezia 6-7 Dicembre 2006. Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., (2007). “Livelli di conoscenza e fattori di confidenza”. XII Convegno ANIDIS, L‟ingegneria sismica in Italia. Pisa 10-14 Giugno 2007. UNINA: The uncertainty in the structural detailing parameters can significantly affect the assessment of the seismic risk for the existing structures. It has been shown that the consideration of these uncertainties leads to a non-negligible increase in both median and the standard deviation of the structural behavior parameter. This result, in the context of the code-based confidence factors applied to mean material property values, underlines the importance of the calibration of the confidence factors with respect to the global structural behavior. In order to estimate the probability distributions for the structural detailing parameters using the Bayesian framework, one needs to estimate the corresponding prior probability distributions. It is demonstrated how a small preliminary list of possible structural defects can be prepared, in which, for each defect, a set of possible values and their relative weights are reported. Moreover, a questionnaire, destined to be addressed to the professional engineers as a survey, has been prepared. The results of such survey are going to be useful in creating a thorough database of the structural defects and their probability distributions. The implementation of the in-situ test and inspection results in the Bayesian updating algorithm emphasizes the effect of even a small number of structural tests in improving both the parameter estimation and the evaluation of the structural reliability. An alternative definition of the confidence factor has been proposed, in which it is defined as a factor by which to divide the mean material properties in order to yield a value for the structural behavior parameter that has a specified probability (say 5% or 1%) of being exceeded. For the case-study structure, it is observed that the confidence factors calculated based on the above definition roughly agree with those calculated based on the code specifications. A simplified method has been proposed which succeeds in reproducing the probability distribution for the structural behavior parameter based on very few analyses; this may help in the knowledge-based determination of structure-specific confidence factors. Publications Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G. “Structural Modeling Uncertainties and their Influence on Seismic Assessment of Existing RC Structures”, under revision, Structural Safety, 2008. Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Aggiornamento Bayesiamo dei Parametri di Modellazione Strutturale e dell‟Affidabilità Sismica dei Edifici Esistenti in C.A.”, Atti di Convegno: Valutazione e ridozione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato, Rome 29-30 May 2008. Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Influenza dei Parametri di Modellazione e dell‟incertezza Assosciata nella Valutazione Sismica di Edifici Esistenti in Cemento Armato ”, Atti di Convegno: ANIDIS 2007, Pisa 210-14 June 2007. Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi G. “ Bayesian Updating of the Reliability of Existing RC Structures Based on the Inspection Results”, 14 World Conference on Earthquake Engineering, Bejing 12-17 October, 2008. Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Using Markov Chain Monte Carlo Simulation for Robust Reliability Assessment of Existing Structures Based on Inspection Results”, presented in: ECCOMAS 08, Venice 1-4 July, 2008. Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Structural Modeling Parameter Uncertainties and their Influence on Seismic Reliability of an Existing RC Structure”, presented in: COMPDYN 2007, Crete 13-16 June, 2007. 3.3 Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on irregular ones (Monti, Spacone) UNIROMA1: The main products, result of the research activity of the UNIROMA1 R.U., can be identified in the following: the chapter titled “Applicazione: descrizioni dei tre edifici” and significant contributions to other two chapters titled “Irregolarità” and “Valutazione della capacita‟” of the guide line prepared by the Task group 3 on the use of nonlinear analysis for the assessment of existing R.C. buildings; three papers titled “Seismic behavior of single-story asymmetric-plan buildings under uniaxial excitation”, “A simplified pushover method for evaluating the seismic demand in asymmetric-plan multi-storey buildings” and “Linee guida per le analisi non-lineari di edifici esistenti in cemento armato” respectively published in the international journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics and in the proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering in Beijing and of the congress held in Rome Valutazione e Riduzione della Vulnerabilità Sismica di Edifici Esistenti in c.a. UNICH: As for the tasks mentioned above: a) The nonlinear analyses on the regular and irregular buildings designed and distributed by UNIROMA1 have shown the importance of damping in nonlinear dynamic analysis. More specifically, as the hysteretic model improves, the damping should be decreased; b) The sensitivity analyses were carried out following a probabilistic approach developed by PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Center). The results are most sensitive to uncertainties in the input ground motion, and, secondly, in the damping. A comparison between European and North-American spectrum-compatibility requirements shows that there is still work to do in this field to reach a unified approach to the problem; c) The structural demand varies considerably as the seismic input direction changes, more so for natural accelerograms. However, for both natural and generated accelerograms, application of the seismic input in the principal directions of the structure may underestimate the demand. As for the number of input ground motions to use in nonlinear dynamic analyses, enhancements to the EC8 requirements were proposed; d) The guidelines on nonlinear structural analyses are being completed. UNIFI: Results from the study of nonlinear seismic response of irregular structures have alowed to differentiate clearly behaviour of framed structures from that of shear wall structures, the latter being characterized by large torsional stiffness and strength. In framed structures, elastic torsional effects are larger than the nonlinear ones; conversely, for shear wall structures torsional effects amplify when entering nonlinear range of behaviour. Regarding simplified estimate of uncoupled torsional-to-lateral frequency ratio and of static eccentricity for multistory buildings, it has been found, with reference to some significant case studies, that it is possible to adopt simplified methods, easy to be used in design offices, with results very close to those obtained with complex methods available in the technical literature. Finally, regarding assessment of adequacy of pushover analysis modified according a procedure proposed by Fajfar, it has been demonstrated that it is suitable, and in any case conservative, for framed structures, while it is unreliable for shear wall structures. In the case of framed structures, the analyzed case studies, encompassing multistory building models and existing buildings, have evidenced that modified pushover analysis is always conservative with respect to nonlinear dynamic analysis, being also able to capture collapse mechanism. UNINA: The results of the analyses performed on Londa building confirm the results obtained by other buildings, i.e. the shear collapse in the existing buildings, not designed according to the hierarchy of strength and the capacity design rules, is determinant. Indeed, if the only flexural behaviour is considered, the analysed frame is verified both at the Ultimate and at the Near Collapse Limit State, being the capacity larger than the demand. But, performing the same analyses on a model which takes into account the real building capacity, i.e. the possible shear collapse, it clearly emerges that the structure fails when it is still nearly elastic and then much before the bending ductile collapse. Consequently, the aim of the seismic retrofitting of such frame should be the increment of the section shear strength in order to avoid its fragile collapse and then to satisfy the modern code criteria for construction in seismic areas, which impose ductile mechanisms. As the vertical strength irregularity topic concerns, all the examined frames are largely verified both at the Ultimate and at the Near Collapse Limit State, considering both static and time-history non linear analyses; consequently they exhibit a regular behaviour. This is also due to the application of beam-column capacity design rule, that the EC8 also provides to frames designed according to Medium Ductility Class rules. The two considered methods for the evaluation of the storey strength provide similar results. The regularity limit of variation of the overstrength between adjacent storeys equal to 20%, provided by the Italian Code and by some Authors according to analyses made on shear type frames, seems to be too low. UNIBO: The results achieved by the U.R. UNIBO can be summarised as follows: the expression has been identified of a corrective coefficient which, on the basis of the ductility demand at the centre of mass of the structure, allows to extend the use of the synthetic structural parameter ALPHA also to the study of structures characterised by non linear behaviour; closed-form solutions have been obtained which, on the basis of few structural parameters, provide the increase in peak local deformations (due to the seismic input) of eccentric systems with respect to noneccentric systems (ratio between the maximum displacement induced by the seismic action at the flexible side of eccentric systems and the maximum displacement induced by the seismic action in corresponding non-eccentric systems); closed-form solutions have been obtained which, on the basis of few structural parameters, provide the corrective eccentricity to be used in pushover analyses. This corrective eccentricity being defined as the correction which is to be applied to the structural physical eccentricity for the estimation, by means of static analyses, of the dynamic torsional response of eccentric systems; closed-form solutions have been obtained which, on the basis of few structural parameters, provide the sensitivity of eccentric dynamic systems to develop rotational response, as well as the sensitivity of the same systems with respect to the accidental eccentricity; several numerical simulations have shown that the analytical formulations are capable of providing good estimation of the effective dynamic behavior of eccentric systems, as evaluated by means of linear and non linear time-history dynamic analyses. IUAV: Regarding non-linear static analysis carried out with Sap2000, the following modelings have been developed: (a) With plastic hinges FEMA PMM at the ends of columns and with plastic hinges M3 at the ends of all the beams. These analyses have found scarce capability of the software of following the evolution of the structural system in the non-linear field. One of the major ineffectiveness was the incapacity of reaching the convergence, starting from the initiation of the first plastic hinges. When the software was capable of following the modeled structural system during major displacements, moreover, often the plastic hinges revealed incapable of following the adopted moment-rotation relationship. This lacuna remains also if the tolerance regarding the convergence criterion were drastically modified. Better convergence was sometimes reached by using the option “Auto subdivide line object at hinges”, which splits the finite element in several single-hinge sub-elements. However, this option implies further uncertainty. (b) With plastic hinges FEMA PM at the ends of columns and with plastic hinges M3 at the ends of all the beams. Sometimes, these analyses reached better convergence of the numerical procedure, although it implies the additional requirement of having to consider different models according to the direction of the seismic action. (c) With fibre-plastic-hinges PMM in all the ends of columns and beams. These analyses have exhibited convergence difficult similar than those of point (a). At last, the codes revealed a marginal capacity of describing the inelastic behavior of the analyzed structure, since either the convergence was not attained in many cases or the moment-curvature relationship was not respected independent of the tolerance of the convergence criterion. The following figures (that are about to be published) show the main results. PUSHOVER MODO 2 negativo P U SH OVER MO DO 1 n egat iv o 2000 3000 Forza (F, kN) Forza (F, kN) 1500 1000 1000 500 0 2000 0 50 100 150 200 250 0 0 50 100 Spostamento (delta, mm ) P MM P MM Auto Subdivide PM P M Auto Subdivide 150 200 Spostamento (delta, mm) PMM PMM Aut o Subdivide PM PM Auto Subdivide 250 300 350 y y G = (7.75,7.75) m G = (7.75,7.75) m 75 G Estremo SX Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera 5.40 m 70° 1.05 1.78 m F x 2 25° 1.95 m Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera G Estremo DX 2.5 F x Influence of the type of plastic hinge and of the options adopted using the SAP calculus code. 1.5 In the following, some results (which are about to be published) reached by the post-processing defined by 1 1 Mathcad software. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 0.005 0.01 0.015 Rotazione plastica cerniera Rotazione plastica cerniera 150 0.15 50 50 0 100 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.015 Rotazione alla corda 150 Rotazione alla corda 0.2 Momento flettente Momento flettente (kNm) 200 200 100 Estremo 2 (testa) Estremo 1 (base) Estremo 2 (testa) Estremo 1 (base) 0.1 0.01 0.005 0.05 0 0.005 0.01 0 0.015 0 0 0.05 0.15 0.2 0 0.005 Rotazione plastica cerniera Output results from SAP2000 regarding a first floor column; L building. Evaluation of the chord rotation. Estremo 2 (testa) Luce di taglio est r.1 0 0.05 0.1 0.15 1.5 0 0.005 0.01 Luce di taglio est r.2 200 200 150 150 Momento Estr. 2 (kNm) 2 1 0.2 Rotazione plastica cerniera Momento Estr. 1 (kNm) Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera 1 100 50 0.015 0 0.4 Rotazione plastica cerniera 0.5 0.6 100 50 0 0.3 0.7 Luce di taglio/Lunghezza Influence of the elastic deformation. 0.4 0.5 Luce di taglio/Lunghezza Shear span 0.2 Capacità di rotazione alla corda 0.17 0.05 .1 j 0.15 0.045 .2 Passo Capacità di rotazine Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera 2.5 1.05 0.015 Rot. alla corda Rot. plastica Rot. alla corda Rot. plast ica Estremo 1 (base) 0.01 Rotazione plastica cerniera Rotazione alla corda Rotazione alla corda 0.1 0.04 j 3 4 .u1 j 0.1 3 0.035 4 .1 0.03 0 10 20 30 .u2 0.05 j.DS 40 3.538 10 Passo Estr. 2 Estr. 1 j 5 0 0 0 10 20 j j j j j.DS Rotazioni alla corda Rotazione alla corda estr. 1 Rotazione alla corda estr. 2 Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 1 Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 2 DS 30 40 42 Chord rotational capacity Comparison demand/capacity UNICT: The results obtained by R.U. UniCT consist, first of all, in a computer program constituted by routines in Visual Basic Express, which allow: the automatic generation of a 3D one-storey system constituted by elastic-perfectly plastic resisting elements arranged in two orthogonal directions, with stiffness and strength such as to obtain a system with required values of the global parameters (total value and radius of gyration of stiffness and strength, location of their centres and of mass centre); the performing of pushover analysis, with a given direction of horizontal force (not necessarily coincident with one of the axis) applied at a given location C; the performing of dynamic non linear analysis as a response to a given accelerogram; the evaluation of corrective eccentricities necessary for a proper correspondence of the results of the two kind of analysis. Further results consist in diagrams which show the correspondence among corrective eccentricities and system parameters and in the individuation of parameters which describe a linear relation which approximates the actual correspondence. This relationship may be used in the design phase to define the corrective eccentricities necessary in any specific situation. These results have been described in a paper th presented at the 5 European Workshop on the seismic behaviour of Irregular and Complex Structures (EWICS) held in Catania on September 2008: M. Bosco, A. Ghersi, E.M. Marino, “Eccentricities for the evaluation of the seismic response of asymmetric buildings by nonlinear static analysis”. Finally, it has been prepared, together with other R.U., a chapter on the problems connected to the lack of structural regularity, within a more general document on the seismic verification of existing buildings. UNISA: The results of the RU of UniSA on the activities carried out for the task IRREG have been reported in various papers and can be outlined below: - the comparative application of various proposals for defining Limit States in terms of interstorey drift, plastic rotation and chord rotation generally lead to different values of capacity of the structure and the limits usually assumed for interstorey drift result in larger chord and plastic rotation than the usual values proposed by the European and American Codes, respectively; furthermore, the two formulations, currently proposed by Eurocode 8 for defining chord rotation values at the various limit states, usually lead to significantly diverse results, being the so-called “empiric” one generally less conservative than the “mechanical” one, based on integrating member curvature throughout the plastic hinge length; - the results of non-linear static (pushover) methods of RC structures are usually in very good agreement with to non-linear dynamic (time-history) analyses, at least in terms of roof displacement for regular structures; on the contrary, for irregular ones, multi-modal procedures have to be used for improving the accuracy of static non linear analyses; however, the results of non linear static analyses are often on the unconservative side in terms of interstorey drifts or chord rotations; - a simplified method based for deriving fragility curve and evaluating the probability of failure has been also proposed; it is based on an incremental application of the so called N2-Method with natural response spectra, whose irregularity covers the record-to-record variability of the structural response without the need for performing non-linear dynamic analysis. 3.4 Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc) buildings (Manfredi) The main conclusions inferred by the third year activity can be summarized as follows. The UR UNINA has highlighted the main problems concerning the non-linear analyses on RC-masonry mixed buildings. Particular attention has been devoted to the seismic action distribution between different technology elements and the results of the analysis carried out on 3D RC-masonry mixed building having external walls and internal frames, underline the fundamental masonry role to withstand horizontal action, while a significant translation increase could be offered by introducing RC frames. This research has shown the growing capacity offered by mixed building to bear the seismic action by increasing the RC elements stiffness. The increasing RC elements stiffness is significant for the seismic action distribution both in linear and nonlinear field. From analysis has emerged that increasing the stiffness of internal RC frames, increases the maximum sustainable seismic action of mixed building and decreases the rate of seismic action supported by masonry walls. The important slab role in sharing the seismic action between the vertical resistant elements and the importance of slab to perform this function in order to avoid undesirable behaviour of the building has been underlined. The results of UR UNIROMA1 activity can be summarized as follow. Concerning the first model, the analyses highlighted that the presence of the RC frame is generally detrimental for the masonry wall. In fact, the resisting total base shear of the mixed system is smaller than that of the masonry wall alone when the contribution of the frame wall is smaller than about 15-20% of the total base shear. Moreover, when the top connection is non effective, hinges develop at the top and the bottom of RC columns. Therefore, it seems appropriate to design the RC elements considering seismic action deriving from the pertinent vertical loads. While, if the connection between masonry and frames are effective it would be opportune to assign the whole of the horizontal loads to the masonry. The analyses performed on the 3D model highlighted the difficulties in modelling the masonry and the connections between different elements (beam-masonry, floor-masonry) and indicated the strong influence on the global structural behaviour of the connections effectiveness. The parametric analyses showed the importance of the masonry tensile strength among other mechanical parameters on the global response and highlighted that the RC elements remain elastic and give a negligible contribution to the overall performance. Finally, the comparison between the mixed structures results and those obtained for the masonry structures confirmed how the practice of replacing masonry walls with RC frames, in the interior of old masonry buildings, can have negative consequences on the vulnerability of the building themselves. The main results are reported in the following paper. Liberatore L., Tocci C. (2008). Analisi non lineari su modelli semplificati per la valutazione della risposta sismica di edifici misti muratura-c.a. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a. Roma 29-30 Maggio 2008. MIX-04. Liberatore L., Tocci C., Masiani R. (2008). Non linear analyses for the evaluation of seismic behaviour of mixed r.c.-masonry structures. 2008 Seismic Engineering International Conference commemorating the 1908 Messina and Reggio Calabria Earthquake (MERCEA’08), Reggio Calabria 7-11 Luglio. T1_A_198. Nardone F., Verderame G.M., Prota A., Manfredi G. (2008). Analisi comparativa su edifici misti C.A.Muratura. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a. Roma 29-30 Maggio 2008. MIX-04. 3.5 Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia) The numerical analyses carried out by R.U. 04 (Roma 1) allowed one to confirm and quantify the following expected effects: 1) The structural behaviour of buildings designed considering only vertical loads is strongly affected by the presence of infills, which produce a modification of stiffness and strength throughout the height of the buildings; generally, the effect of infills on the seismic performance is beneficial, provided that infill panels are regularly distributed all over the height. In this case the structures benefit a lot from the energy-absorption capacity of infills and from the noticeable decrease of the lateral displacement demand. In fact, for the fully infilled frames, most of the dissipation occurs in the masonry panels, reducing the energy dissipation demand in the structural elements, and often preventing the development of plastic hinges. 2) On the contrary the absence of infills at one storey is strongly detrimental for structures designed under only vertical loads, while structures designed considering seismic loads are less affected by the irregularity in the infills distribution. 3) The influence of an open storey on the seismic response is greater if the open storey is placed at the upper levels, where the lateral stiffness ratio between column and masonry infills is lower; because of this reduced ratio, the inter-storey drift in this case increases more noticeably. The nonlinear pushover analyses carried out by R.U. 02 (Chieti) concerned two different types of infilled RC frames, in order to test the model behaviour under very different conditions. A first series of frames was designed by using masonry infills made of solid concrete blocks to realize a high lateral stiffness ratio between frame columns and equivalent diagonal strut; the second series utilized hollow concrete blocks leading to a low value of this ratio. The results showed that the equivalent diagonal strut proposed by FEMA 273-274 is a simple model implying a few parameters to be calibrated and quick computer runs, but it has to be improved since it cannot capture all possible failure mechanisms of the infilled mesh of frame, although RC resisting elements are carefully modelled. The experimental investigation carried out by R.U. 15 (Palermo) gave useful results concerning the cyclic response of the infilled meshes of RC frames that were tested. In short, the following comments can be made: - all three kinds of masonry infills, which were utilized, lead to lateral force – lateral displacement cycles exhibiting a typical pinching effect. This is because, after cracking, the masonry panel is able to give again its stiffness and strength contribution only after the more or less spread cracks by which it is affected are closed; before this occurrence, when the lateral motion is reversed with respect to the direction that produced the opening of the cracks themselves, the reactive force offered by the infill mainly is due to friction and engagement effects; - the lateral strength contribution of the infill can be foreseen by the knowledge of its mechanical properties, obtained by diagonal compressive tests, and by considering the reduced length of the frame – infill contact zone due to the disconnection of the two sub-systems from the first cycle; - infills made of calcarenite ashlars and light-weight concrete blocks gave more dissipative hysteretic cycles than clay brick masonry infills. This is due to more ductile behaviour in compression of the first two kinds of masonry infills and to local brittle collapse at the corners and expulsion of the external layers of the hollow clay bricks at the central region of the clay brick masonry infills; - the global collapse of the tested infilled meshes of RC frames is achieved after the following experimentally observed phases: local failures and cracking of the infill (more or less evident according to its nature), shear rupture of the infill along the mortar layers (this is a very common mechanism in all cases), flexural and shear collapse of the resisting elements of the RC frame. Finally, it must be pointed out that this experimental investigation allowed the calibration of the six parameters characterizing the equivalent diagonal strut model , which had been proposed by the R.U. 15 researchers in a previous study. With reference to the experimental tests on the 3D three-storey building, which were carried out by R.U. 02 (Pavia), in short, it must be pointed out that the measured values of the response parameters and the detected cracking pictures, related to the PGA values utilised for the shaking table tests, gave noticeable information concerning the stiffness and strength contribution that can be expected by the masonry infills, also allowing the calibration of suitable parameters in order to model their behaviour. A comment summarizing the beneficial effects of the infills is that infilled structure was able to withstand horizontal actions that were almost three times larger than those that lead the corresponding non-infilled frame, tested at Ispra, to a similar damage state. The R.U. 17 (Roma3) concluded that the three-strut models seems to be useful for the comprehension of local behaviour of columns in case of degradation due to shear effect. For what concerns response in terms of displacement, single strut models seem to give satisfactory results. Strut parameters can be obtained from mechanical characteristics of infill components, i.e. mortar and blocks too. A design criterion for dissipative brace systems has been set up. The proposed approach allows to define the required minimum dimensions giving the desired interstory drift. Regarding the Task, some details concerning this experimental investigation and that previously described are shown in the ANNEX to this report; the main results of the research carried out in the whole by this Task are shown in the final Report (about 200 pages) which will be made available by the deadline fixed by the coordinators of Line 2; the papers published during this last year of research are listed here: 1. Amato G., Cavaleri L., Papia M. (2008). Caratterizzazione meccanica di pannelli di tamponamento per la identificazione di puntoni equivalenti nell’analisi di strutture intelaiate. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E.Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher,Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 393-400 2. Colajanni P., Impollonia N., Papia M. (2008). Effetti delle incertezze nella modellazione dei tamponamenti sull’efficacia dei criteri di progettazione in telai in c.a.. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 401-408 3. Decanini L.D., Liberatore L. (2008). Il ruolo delle tamponature nella risposta sismica delle strutture intelaiate. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 409-418 4. Lanese I., Nascimbene R., Pavese A., Pinho R. (2008). Simulazioni numeriche di un telaio 3D tamponato in supporto di prove dinamiche su tavola vibrante. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 385-392. 5. Amato G., Cavaleri L., Fossetti M., Papia M. (2008). Infilled frames: influence of vertical loads on the equivalent diagonal strut model. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering (14WCEE), Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 05-01-0479. 6. Borzi B., Crowley H., Pinho R. (2008). The influence of infill panels on vulnerability curves for RC buildings. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering (14WCEE), Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 09-01-0111. The results of the more recent research activity, which are presented in detail in the final version of the Report, will be rearranged for possible publication in pertinent journals or proceedings of Congresses and Conferences. 3.6 Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza) Manuals, books and codes provisions review have evidenced a clear evolution of the design stairs solution during the years due to the increasing knowledge on the use of the materials and of computational machines. Two main stairs typologies can be identified: simply supported stairs and fixed end stairs. The first typology is characterized by a series of beams supporting slab and steps, the second one is realized by a inclined beam on which fixed end steps are anchored. Since the stair structure is generally studied by using a plane model rather than a 3D one and consequently a series of effect due to the structural members interaction with the stair substructure are not taken into account. In the second year of activity typical buildings having these two types of stairs have been designed according to the code and design provision of the time. The buildings have been modelled with lumped plasticity approach. The performed analyses have evidenced the great importance of the stair on the structural response: comparing the results of the structure with the ones obtained on the same building without stair, it is evidenced that the stair increases the seismic capacity of the building adding stiffness and modifies the modal responses. Moreover more refined analyses accounting for internal force interaction evidences the importance of accounting shear in the column, axial forces in the inclined beam, moments in the two directions in the slab, in the intermediate floor slabs in the stair volume. The interactions among the different internal forces have been considered. First the interaction between axial force and moment in the inclined beam appears important to understand the behaviour until failure. Shear force have an important role in the short columns. For this reason different shear strength model have been considered to understand better the behaviour of the structure until failure: ACI‟s, FEMA‟s, Priesley‟s, Sezen and Moehle‟s formulation have been analysed. An experimental set-up has been designed on the basis of some simulations preformed by using different modelling: dimensions of a single span frame with inclined beam, loads and resisting-wall have been defined. 3.7 Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi) The results obtained during the third year are mainly made up by the execution and analysis of the experimental program on beam-column joints without strengthening (UNIBAS RU), as well as by the analysis of the tests carried out in the previous years on strengthened and not strengthened beam-column joints (UNIUD RU). and on base joints (UNISA RU). Numerical-experimental comparisons have been performed by UNINA RU regarding some highly representative test campaigns available in the literature and relevant to some tests carried out in the Project by the UNIBAS RU. rd Details on the main results obtained during the 3 year, as provided by each RU, are reported in the following. UNIBAS: Literature review has been important in understanding the seismic behavior of RC beam column joints and their role in the evaluation of existing buildings designed for gravity loads only. The role of the joint characteristics on the collapse mechanism has been outlined so that, also making use of the results of preliminary numerical models, the main test results could be predicted. Moreover, based on the experimental results drawn from the literature, a comparison between the values of the ultimate rotation provided by code provisions formulae and those ones found in experimental campaigns performed all over the world was carried out. It is worth noting that, to suitably make this comparison, a question to be faced is the choice of a (conventional) drift value which the collapse can be related to. Results showed that when the collapse mechanism of the assemblage is attributable to the beam or to the column, the code formulae provide a good estimation of the ultimate rotation. As for the results of the tests carried out during the project, it has to underline that in all the specimens there was a rather low amount of steel reinforcement, because they belonged to frames not supporting gravity loads due to floor slabs (only member and infill walls dead loads were considered). For this reason the collapse mechanisms showed an initial cracking in the beams both for non seismic and seismic joints. More frequently the collapse was due to tensile failure of the beam reinforcement bars, while in some cases also the joint panel was heavily involved in the collapse mechanism, showing large diagonal cracking related to bar slippage in the beam. Tests on joint specimens without seismic design (NE) or designed for seismic zone 4 (Z4, very low seismicity) and seismic zone 2 (Z2, moderate seismicity) have been carried out. The level of axial load applied was either "low" (NL, = 0.15), or "high" (NH, = 0.30). Axial load played a major role on the collapse mechanism, especially in the seismic joints. A considerable as well as predictable difference in the behaviour between seismic and non-seismic joints was found: the maximum strength of the NE joints was about half that one of the joints designed according to the seismic code (20 kN vs 40 kN), irrespectively of design seismic action because of the minimum code requirements on reinforcement amount. Regarding the ductile capacity, the difference between NE and seismic specimens was lower. In all the tests with high axial load a failure mechanism with extensive cracking of the beam and evident deterioration of the concrete at the beam-column interface has been noted. This had a significant role on the evolution of the test (degrading behaviour): when concrete was heavily damaged, internal forces from the beam to the column were mainly transferred through the beam reinforcement that suffered a tensile failure at the end of the test. This type of failure, although occurred at very high drift values, suggests a careful consideration regarding the impossibility of a crisis for tension in the steel. As for the axial load level, as already noted, it played an important role on the observed collapse mechanism. The seismic joints tested under low axial force (NL) showed a peculiar behaviour in comparison to the NE joints: in the former specimens also the joint panel was heavily involved in the collapse mechanism, showing large diagonal cracking related to bar slippage in the beam. Some of the results obtained by UNIBAS RU during the Project are reported in the following papers presented at national and international conferences: Masi A., Santarsiero G., Sperimentazione su nodi trave-colonna in c.a. progettati con diversi livelli di protezione sismica: primi risultati, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008 Masi A., Santarsiero G., Dolce M., Moroni C., Nigro D., Il programma sperimentale su nodi trave-colonna in c.a. in corso all’Università di Basilicata, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008 Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M., Realfonzo R., Faella C., Lignola G.P., Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening of RC beamcolumn joints: experimental program and first results of the research activity in the framework of DpcReluis project (Research Line 2), The 14th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing, China. Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Meccanismi di collasso di nodi esterni trave-colonna in c.a. sottoposti a test ciclici, Abstract submitted to the XIII Convegno ANIDIS L’Ingegneria Sismica in Italia, Bologna 28/06-02/07 2009. UNINA: The behaviour of beam-column joint can affect the seismic global behaviour of a structure and of a building in particular. Some mechanisms, namely concrete cracking, longitudinal reinforcement bars slippage, especially in the beams, on one hand are responsible of additional deformability, while on the other hand, they can alter the capacity design assumptions on the connecting structural members (beams and columns) and the joint itself, as well as come up with the failure of an external joint. The research activity focused on these two aspects by means of F.E.M. analyses as an investigating tool, validated by means of representative experimental test campaigns available in literature (e.g. by H. Shiohara working group) as of tests conducted by the UNIBAS R.U.. In particular many non linear analyses have been performed on typical existing external beam-column joints as they can be found in real buildings built in the past. Such activities allowed publishing papers in proceedings of national conferences. The definition of typical deficiencies found in real beam-column joints and the description of the main parameters governing the structural behaviour of such joints allowed highlighting some strengthening techniques, especially for external joints. Such work allowed validating the theoretical models to predict the behaviour of external and internal joints, as well as to validate the equations proposed by the Code to assess the failure of the joint panel. UNIUD: The force-displacement diagrams of the first 4 not-strengthened joints show that these joints attain a maximum force close to the theoretical cracking force. Successively the joints undergo to a strength decrease, down to values close to the theoretical force inducing the bar slippage. As regards the other 2 joints, the force-displacement diagram of the not-strengthened joint shows that the beam bottom bars yield, while the top reinforcement is insufficient to bear high negative moments. The bars of these joints, anchored by means an ending hook, do not undergo to slippage. The force-displacement diagrams of the first 4 joints after the strengthening show an increase in the maximum force, up to values higher than the theoretical yielding force. The mechanical anchorages are efficient, while the strengthening of the columns by means of carbon fiber fabrics does not yield improvements. On contrast, in the other 2 joints, the application of carbon fiber fabrics at the beam extrados improves the strength of about 30%, but brittle failure still occurs, due to the debonding of the fabric from the concrete surface. The diagrams of the force envelope and of the dissipated energy show considerable increases in force, ductility and dissipation capacity after the strengthening of the first 4 joints, while the improvements are slight for the other 2 joints. The secant stiffness diagrams show relative decreases for the strengthened joints lower than those for not-strengthened ones in the case of the first 4 joints, while the difference is negligible for the other 2 joints. Publications: Russo, G., Pauletta, M., e Nardi, E. (2007). “Indagine Sperimentale su Nodi Esterni Trave-Pilastro Armati con Barre Lisce”, Atti del XII Convegno ANIDIS “L‟ingegneria Sismica in Italia”, 10-14 giugno 2007, Pisa, Italia. Russo, G., e Pauletta, M. (2008). “Comportamento di Nodi Trave-Pilastro Esterni Rinforzati”, Atti del Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in cemento armato”, 29-30 Maggio 2008, Roma, Italia. UNISA: The results obtained by the UNISA RU during the third year of activity on the Task 7 can be briefly outlined below: the tests on base joints between column and foundation pointed out a relevant increase in displacement capacity as a result of strengthening intervention carried out by means of advanced composites and particularly significant in the case in which glass fibers have been utilized; such an enhancement in ductility is rather independent by the axial load level applied on the columns while, for axial load larger than 0.40 of the ultimate strength, a significant increase in terms of strength can be also observed; an even greater enhancement has been also obtained in terms of both strength and ductility as steel angles connected to the base joint, have been considered: different solutions have been tested for connection and the experiments point out the critical issues of each one; the experimental results deriving by about one hundred monotonic and cyclic tests on beam-to-column joints, available in the scientific literature, have been assembled in a wide database in which all the relevant geometric and mechanical parameters have been reported; the most well-established models for evaluating shear strength of RC joints are based on a subset of those parameters that can be utilized for assessing the accuracy of those models and possibly calibrate better the proposed formulations; finally, the dispersion parameter C has been evaluated for some of those models and can be utilized in reliability evaluation (for instance, according to the well-known 2000 SAC/FEMA Methodology) of structures whose failure can be controlled by joint failure. 3.8 Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial load and biaxial bending and shear (Fabbrocino) The experimental tests carried out during the third year of the research project pointed out the main aspects in terms of global, local and energy dissipation capacity of r.c. columns, typically fundable in existing structure, under axial load and uniaxial bending; in such structures both plain or deformed internal steel rebars can be found. In particular, the experimental outcomes clearly indicate that the contribution of the base rotation on the global deformation mechanism is noticeably different in case of columns reinforced by plain or deformed rebars, however, the overall member global deformation and energy dissipation capacity is not strongly affected by the bond performances of the internal rebars. The global deformation capacity in the case of plain rebars, is mainly due to a localized source of deformability at the column foundation interface (fixed end rotation), while a more diffused crack pattern along the column end was observed in columns reinforced by using deformed steel rebars. The significant influence of P- effect on the global behavior of specimens has also clearly emerged by the experimental tests; if such effect is neglected, the ultimate rotation recorded on columns reinforced by deformed steel rebars is clearly less than that observed in columns reinforced by using plain rebars. However, by taking into account the P- effect the ultimate rotations related to the two different columns typologies is very close. Such result can be explained by considering two main aspects: the higher strength of members reinforced with deformed rebars and the higher slope of the softening branch of the shear-drift curves, if P- effect is considered. In order to predict the experimental behavior of r.c. columns under combined axial load and biaxial bending, theoretical analyses were performed by using a fiber model and a distributed plasticity model. The analysis of the cross section has been performed by assuming the hypothesis that plane sections remain plane (classical Bernoulli-Navier hypothesis). The cross-section is meshed into small rectangles and the relevant material is assigned to each discrete element; the stress in each material is computed based on the relevant constitutive law. Linear and nonlinear, also with softening, stress-strain relationships (constitutive law) have been considered to perform the analyses. The internal axial force and moments are computed as the integral of the internal stress field over the cross-section; the element global displacements are obtained by integrating the strain field at different cross section along the whole element. The theoretical prediction obtained by using such model will be compared with experimental outcomes in terms of both strength and deformability capacity. The results obtained by R.U. UNICT mainly consist in a set of routines in Visual Basic within a computer program in Windows style, in which input windows allow to describe cross section and member and to select a proper model for the materials; results are showed in output windows and saved in files. More in detail, input windows allow to define cross section and reinforcement in a general way, which may account for the usual differences between beams and columns, and to define member length. They also allow to define the mechanical properties of concrete and steel and to select the stress-strain relationship for these materials. The program does not explicitly differentiates beams and columns, being this aspect defined by the user with a proper distribution of reinforcing bars and by considering (or neglecting) axial force. Anyway, the program allows to obtain as an output force-displacements diagrams (typical of columns) or moment-rotation diagrams (typical of beams). A further development of the research carried on by UniCT R.U. consisted in comparing the results provided by the developed member model to those provided my simpler models. It has been observed that the first phase of the behaviour is well described also by classical concrete models (cracked section with linear response), provided that the bending moment-shear force interaction is added to the model. No simplified model is, on the contrary, able to describe last phases of the member response. The results of the research have been presented at the XIV World Conference of Earthquake Engineering, held in Peking on October 2008, in the paper: M. Bosco, A. Ghersi, S. Leanza “Force displacement relationship for r/c members in seismic design”. R.U. UNICH: As for the tasks mentioned above: a) The nonlinear analyses on the regular and irregular buildings designed and distributed by UNIROMA1 have shown several problems in modeling the building with either lumped or distributed plasticity particularly for biaxial bending. It appears that for practical applications, practicing engineers should be advised to use lumped plasticity models; b) The analyses showed great differences in the structural demand with uni and bidirectional input ground motion, especially for the prediction of the seismic safety; c) The structural demand varies considerably as the seismic input direction changes, more so for natural accelerograms. However, for both natural and generated accelerograms, application of the seismic input in the principal directions of the structure may underestimate the demand; d) During two plenary meetings of Task IRREG, the table of contents of the guidelines were prepared. At the moment, chapter 1 (a review of dynamics of linear and nonlinear structures) is ready, the drafts of two additional chapters (nonlinear methods of analysis and modeling of reinforced concrete frames.) are ready. The results obtained testing the approximate approaches developed by the UR UNIROMA1 (Monti) on rectangular rc sections, with different geometric and mechanical characteristics, are compared with that obtained form an exact one, which makes use of the discretization fibre method. The resulting interaction domains obtained with the first show very little deviation from the exact one, with the significant advantage of using extremely simple equations. The results of this work are published in: Monti, G., Alessandri, S. (2005). Design equations for FRP – strengthening of columns FRPRCS7, 6-9 Novembre 2005, Kansas City, MO USA. Monti, G., Alessandri, S. (2006). Assessment of RC Columns Under Combined Biaxial Bending and Axial Load. The Second fib Congress. 5-8 June 2006, Naples, Italy. Monti, G., Alessandri, S. (2007). “Formule di progetto per la verifica ed il progetto del rinforzo in FRP di pilastri in c.a. soggetti a presso flessione deviata”. Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture. Università degli Studi di Salerno – Consorzio ReLUIS, 12-13 Febbraio 2007. Monti, G., Alessandri, S. (2007). Design equations for FRP-strengthened RC rectangular columns under combined biaxial bending and axial load. FRPRCS-8, University of Patras, Greece, July 16-18, 2007. Monti, G., Alessandri, S. (2007). “Formule per la verifica ed il progetto di pilastri rettangolari in c.a. soggetti a presso flessione deviata”. Giornate AICAP 2007. L‟innovazione delle strutture in calcestruzzo nella tradizione della Scienza e della Tecnica. Sicurezza di costruzione e sicurezza di servizio. 24° Convegno Nazionale. Salerno 4-6 Ottobre 2007. Monti, G., Alessandri, S. (2008). Design equations for evaluation of strength and deformation capacity for unstrengthened and FRP strengthened RC rectangular columns under biaxial bending and axial load. The 14th world Conference on Earthquake Engineering. October 12-17, Bejing, China. S. Alessandri and G. Monti. Design equations for the assessment and FRP-strengthening of reinforced rectangular concrete columns under combined biaxial bending and axial loads. (2008). Journal Mechanics of Composite Materials, Volume 44, Number 3 / May, 2008, Pages 197-324, ISSN 0191-5665 (Print) 15738922 (Online). Springer New York. At UNIROMA3 the efficiency of the adopted retrofitting procedure by means of self compacting concrete and stainless steel rebars welded to the end portions of removed rebars already damaged, has been pointed out. The retrofitting design has been made according to CNR DT 200. Preliminary tests have been carried out in order to characterize all the adopted materials: SCC, Frp and stainless steel. The last one has been also modelled in terms of cyclic behaviour including buckling. First results from experiments seem to confirm the efficiency of the retrofitting approach. The pseudodynamic system seems to be versatile as well as capable to offer high performance with very competitive costs. 3.9 Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial structures (Toniolo) The most significative results obtained by U.R. involved in the task and papers/reports are descibed as follow: UNINA-UNIMOL: he comparison between tests results and friction coefficient values provided by PCI Handbook (1999), CNR 10018 (1999), and UNI-EN 1337:3 (2005), is shown in Figs. 1 and 2. In Figure 1 the neoprene compressive stress ( ) is reported on the horizontal axis, while the shear one ( ) on vertical axis; in Figure 2 on this axis the friction coefficient is presented. It is evident that PCI Handbook and CNR 10018 curves well approximate the experimental data linear regression curve; this does not happen in the case of UNI-EN 1337:3 curve. However CNR 10018 provides a bit larger friction strength with respect to the experimental results, while PCI Handbook provides larger friction strength only for compressive stress lower 2 than 3 N/mm . Furthermore, the tests results confirm the light increment of friction strength, which corresponds to a light decrement of the friction coefficient, as the compressive stress increases. On the base of experimental results, the following relationships for neoprene-concrete friction coefficient are proposed: 0.49 if v 0.1 if 0.15 0.15 N / mm 2 5N / mm 2 v v where v is the compressive stress and 0.055 ; v =5 2 N/mm is the neoprene maximum compressive strength according to CNR 10018. These formulations along with the linear regression curve of tests mean results are plotted in Figure 3: the two curves are almost coincident. Diagramma estratto dal PCI Handbook con i risultati delle prove 1.6 Shear stress [N/mm2] 1.4 PCI Handbook 1.2 CNR 10018/99 UNI-EN 1337:3-2005 1.0 Regression curve of experimental results 0.8 0.6 240 (4) 240 240 (2) (3) (1) 200 (2) 200 (1) 200 (3) (4) 160 160 (1) (3) 160 (5) (2) 0.4 80 (5) 80 (4) (2) 80 80 (3) 0.2 120 (4) (2) 120 120 (5) (3) 0.0 0 1 2 3 4 Compressive stress [N/mm2] 5 6 7 8 Figure 1. Comparison between compressive-shear stress curves provided by PCI Handbook, CNR 10018 and UNI-EN 1337:3 and tests regression curve Diagram of the concrete - neoprene friction coefficient Concrete - neoprene friction coefficient 0.8 0.7 PCI Handbook 0.6 CNR 10018 UNI-EN 1337:3-2005 0.5 Regression curve of experimental tests 0.4 0.3 0.2 120 80 0.1 160 200 240 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Compressive stress [N/mm2] Figure 2. Comparison between compressive stress – friction coefficient curves provided by PCI Handbook, CNR 10018 and UNI-EN 1337:3 and tests regression curve Diagram of the concrete - neoprene friction coefficient Neoprene - concrete friction coefficient 0.5 0.5 Proposed analytical curve Regression curve of experimental tests 0.4 0.4 0.3 CNR limitation for neoprene crushing 0.3 0.2 0.2 80 120 160 0.1 200 240 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 Compressive Stress [N/mm2] Figure 3. Proposed compressive stress - concrete–neoprene friction coefficient relationship At the moment the tests design phase on dowel connection is concluded and the tests set up preparation is started. PAPERS / REPORTS: Magliulo G., Fabbrocino G., Manfredi, G.. Seismic assessment of existing precast industrial buildings using static and dynamic non linear analyses. Engineering Structures 2008, 30(9), pp. 2580-2588, doi: 10.1016/j.engstruct.2008.02.003. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali sulle connessioni trave – pilastro delle strutture prefabbricate, Proceedings of the Conference “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Rome, Italy, May 29-30 2008. Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Determinazione sperimentale del coefficiente di attrito neoprene – calcestruzzo per la valutazione della vulnerabilità sismica delle strutture prefabbricate esistenti, Proceedings of the Conference “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Rome, Italy, May 29-30 2008. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on beam – column connections of precast buildings, Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October 12-17 2008. Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental determination of neoprene – concrete fiction coefficient for seismic assessment of existing precast structures, Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October 1217 2008. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali per la determinazione delle caratteristiche meccaniche delle unioni spinottate trave - pilastro, Proceedings of the 17° CTE Conference, Rome, Italy, November 5-8 2008. Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Legge di variazione del coefficiente di attrito neoprene – calcestruzzo al variare dello sforzo normale determinata mediante prove sperimentali, Proceedings of the 17° CTE Conference, Rome, Italy, November 5-8 2008. Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on the dowel connections currently used in the beam-column joints of precast buildings; Proceedings of the Symposium in honour of Prof. Toniolo, Milano, Italy, December 5 2008. POLIMI-UNIBO: The extended experimental campaign has been carried out at POLIMI, The experimental test results in terms of force displacement allowed to characterise the connection roof element to beam, as global ductility, ultimate strength and dissipative capacity. In figure 4, force-displacement curves are illustrated (monotonic test on rigid blocks) comparing the traditional existing connection with a modified solution of the connection. While a brittle behaviour is expected for the traditional existing connection (concrete crash of the beam edges), a ductile behaviour is then obtained if the steel plate in the connection is opportunely reduced. Almost similar conclusions can be obtained for quasi-static cyclic tests as reported in the research reports and papers. Test set-up Curve sperimentali forza-spostamento 180 Traditional connection: brittle failure 160 P.O.1 Forza [kN] 140 120 Modified connection: ductile behaviour with deformation of steel plates 100 80 60 40 20 0 0 P.O.2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Spostamento [mm] P.O.1 P.O.2 Figure 4 – Push-over test: comparison of the two different solution (traditional vs. slightly modified) The numerical investigations, carried out by POLIMI and UNIBO have highlighted that the most vulnerable buildings are those with disarticulated diaphragm behaviour. However as emphasised in Palermo et al 2008 th (14 World Conference) an accurate study on the modelling of connections needs to be done in order to correctly predict the overall response of precast concrete buildings. PAPERS / REPORTS: Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Strutture prefabricate: catalogo delle tipologie esistenti”, catalogo tecnico, Febbraio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS (in Italian). Mandelli Contegni, M., Palermo, A., Toniolo, G. “Strutture prefabricate: schedario di edifici prebbricati in c.a.”, Maggio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS (in Italian). R. Felicetti, M. Lamperti, G. Toniolo, C. Zenti. 2008. Rapporto scientifico delle prove quasi-staitche cicliche su collegamenti tegolo-trave. elazione di calcolo prove Napoli. in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08-DPC/RELUIS (in Italian). Palermo, A., Camnasio, E. and Poretti, M., 2008, “Role of Dissipative Connections on the Seismic th Response of One-Storey Industrial Buildings”, 14 World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October 12-17. Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Lifetime Seismic Performance of Precast Reinforced Concrete st Industrial Buildings”, Proc. of the 1 International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering, th Varenna, June, 11-14 , 2008, pp. 279-284. Felicetti, R., Toniolo, G., Zenti, C., “Comportamento sismico delle connessioni delle strutture prefabbricate: analisi sperimentale dell’unione solaio-trave”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 683690 (in Italian). Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Industrial Precast Structures: Construction Typologies and Seismic Vulnerability”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 691-698(in Italian). Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Indagini preliminari sull’ influenza del degrado nel tempo sulla risposta sismica degli edifici prefabbricati”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 733-741, (in Italian). Camnasio, E., Poretti, M., Palermo, A., “Ruolo delle connessioni dissipative nella risposta sismica degli edifici industriali monopiano”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp. 827-837, (in Italian). Felicetti, R., Lamperti, M., Toniolo, G., Zenti, C., “Analisi sperimentale del comportamento sismico di connessioni tegolo-trave di strutture prefabbricate”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp. 867-874, (in Italian). Palermo, A., Toniolo, G., Tsionis, G., “Vulnerabilità Sismica degli Edifici Prefabbricati esistenti: analisi di un edificio critico senza diaframma di copertura”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp. 817-827, (in Italian). Aprile, A., Benedetti, A., Marani, F., “Ruolo delle connessioni nel comportamento sismico delle strutture prefabbricate monopiano in c.a.”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 699-706, (in Italian). 4. CONFORMITY TO THE PROGRAM In the following sections, the activities carried out according to the research program are described. Possible delays or anticipations are indicated, and the related justifications are expressed. 4.1 Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing structures (Masi) rd The activities of Task 1 scheduled within the 3 year have been to a great extent carried out, as specified in the following for each RU. UNIBAS: The activities scheduled in the project have been thoroughly performed. Particularly, the experimental program arranged during the previous years has been concluded carrying out and carefully analysing a large number of non destructive and destructive in situ and laboratory investigations. As a result, criteria for planning and performing testing investigations, as well as methods and expressions to estimate the in situ concrete strength have been obtained. UNISA: The activities developed by the RU of UniSA substantially matches the original research programme and its final aims and scopes. UNICAL: In line with the “cronoprogramme” agreed upon at the beginning of the research, during the current third year we have collected further data on existing concrete structures, analized the data resulting from applying the appropriate methodologies, and sinthetically collected the results obtained during the three year period. POLIBA: With reference to the original program, in the last year many attentions have been placed on the theoretical analysis of fuzzy variables, by using a more sophisticated mathematical model recently developed. For this reason some more attention has been placed on the applicative part, that has been partially reduced. IUAV: At the end of the first year of research, the IUAV R.U. availed of the opportunity of investigating real framed R.C. buildings (together with others), included the possibility of executing in situ testing. Consequently, the initial program has been altered in order to profit of this special opportunity, which appeared to be interesting. 4.2 Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti) UNIROMA1: The activities of the UR UNIROMA1 agree with the results expected for the third year concerning the development of a Bayesian procedure and the calibration of confidence factors. UNINA: The part on probabilistic methodology has been completely developed. Particularly, the simulationbased algorithm can be used to estimate the structural reliability, to estimate the confidence factors, and to update the structural reliability based on available test results. Moreover, a simplified method for the estimation of the structural reliability is proposed based on few structural analyses. A questionnaire has been prepared for doing a survey among the professional engineers. Currently the possibility of obtaining a few more existing case-study structures with available test and inspections is considered. 4.3 Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on irregular ones (Monti, Spacone) UNIROMA1: The research activity of the UNIROMA1 R.U. produced three papers respectively published in an international journal and in a national and international congress. According to the program the R.U. also contributed to the draft of guide lines prepared by the Task group 3 on the use of nonlinear analysis for the assessment of existing R.C. buildings. UNICH: All the activities described followed the predefined schedule. Some difficulties were found because of convergence issues in the nonlinear dynamic analyses, but this is a well-known problem in such analyses. UNIFI: During the 3-years project, research goals of this RU have been globally fulfilled. During the third year, in addition to finalizing results obtained in the previous years, new results have been obtained particularly for multistory buildings, namely simplified evaluation of key structural parameters and use of pushover analysis in the presence of complex irregularities. Publication of results will continue also in 2009. UNINA: According to the program, analyses on plan and vertical irregular buildings are performed in order to validate the procedures for identification and analyses of such structures. Many papers are published on the topic both at national and international level. The draft of the final report on reinforced concrete existing buildings non linear analyses methods is almost completed. UNIBO: The research activities have been carried out in conformity with what expected. IUAV: The activity has followed the initial program. At the moment, however, only a part of such program has been carried out, since the softwares required several improvements and also because the IUAV R.U. has in part suffered from some problems triggered by a recent reorganization of IUAV University. UNICT: The activity of Research Unit UNICT has been performed according to the program initially proposed, with the improvement discussed in the task meetings during the second and third year. UNISA: The research program carried out by the RU of UNISA is completely coherent with the initial project and the activities carried out on the present task led to point out some critical issues in non-linear methods for seismic analysis of structures. 4.4 Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc) buildings (Manfredi) The U. R. have pursued the proposed objective of the third year of activity. In particular, the U.R UNINA has investigated the themes related to the behaviour of mix-type buildings through non linear analysis. These analysis have highlighted the different steps in which the resistant elements withstand the seismic action. The performed analyses from the UR UNIROMA1 allowed the identification of the main parameters affecting the structural behaviour of mixed building and gave indications on feasible modelling and verification criteria. 4.5 Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia) The research activities to be carried out during this last year were completed with reference to both numerical analyses and experimental investigations. The scientific report of the second year pointed out some delay in the experimental activities concerning tests on the infilled frames and the shaking table test on the 3D building, but the present report shows that this delay was recovered, so that all the objectives of this Task can be assumed to be achieved. The final Report, the published papers and the ones in progress show research activities on the whole were carried out by this Task. They could turn out useful for further possible studies concerning the role of the infill panels in the capacity assessment of RC buildings in seismic areas. 4.6 Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza) The R.U. involved in the Task have pursued the proposed objectives. In particular, some numerical investigations have been performed in order to understand the seismic behavior, and the possible failure mechanisms of buildings having the most common stair typologies. The importance of accounting possible brittle failures due to shear has been evidenced. An experimental set-up has been designed on the basis of some simulations preformed by using different modelling: dimensions of a single span frame with inclined beam, loads and resisting-wall have been defined. 4.7 Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi) rd The activities of Task 7 scheduled within the 3 year have been to a great extent carried out. Research activities of UNIBAS RU were mainly made of a wide experimental campaign on full scale external RC beam-column joints, supported by a wide literature review of the experimental programs made in Italy and other countries. UNIBAS RU performed the activities scheduled within the third year, mainly relevant to the execution of tests on joint specimens having different earthquake resistant design level, and to the analysis of the test results. UNIUD RU performed all the research activities according to the program, without delays or anticipations. The activities carried out by the RU of UNISA on the present task is completely coherent with the initial program, developed in strict connection with the Line 8 of the same project, as far as base joints. Further, the assembly of a wide database of experimental tests on beam-to-column joints is a useful tool for investigating their behavior. UNINA RU performed analytical studies and parametric analyses to validate and to refine the main mechanical and geometrical parameters, both in the case of internal and external joints, involved in the available theoretical strength models. Numerical analyses allowed also to validate the equations proposed in the Code to asses the failure of the joints. Further, some experimental tests conducted by the UNIBAS RU during the Project were analyzed by means of numerical models to further validate the proposed theoretical analyses and models. 4.8 Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial load and biaxial bending and shear (Fabbrocino) The analysis of eight experimental uniaxial tests on r.c. full scale square and rectangular columns reinforced by plain or deformed rebars has been performed. The experimental outcomes pointed out the main aspects related to the global, local and energy dissipation capacity of r.c. columns fundable in existing structures. Theoretical analyses have been performed in order to predict the behaviour of r.c. columns under combined axial load and biaxial bending. The activity of Research Unit UNICT has been performed according to the program initially proposed, with the improvement discussed in the task meetings during the second year. All the activities described followed the predefined schedule. Some difficulties were found because of convergence issues in the nonlinear dynamic analyses, but this is a well-known problem in such analyses. Given that the activities of the UR UNIROMA1 is mainly focused on the development of simplified procedures and these activities are spread in all the three years, the products for the third year are in agreement with the program. At UNIROMA3 the work program has been concluded by reaching the contract target: response evaluation of retrofitted piers through the use of innovative materials, set up of a pseudodynamic system for lab tests, set up and calibration of models for stainless steel reinforcements, characterization of used materials. 4.9 Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial structures (Toniolo) POLIMI: the experimental tests on roof element to beam have been completed with 6 months of delay respect to the scheduled program due to delays related to the delivery of materials. UNINA_UNIMOL: concerning the topic of friction connections, the theoretical modelling of tests results has been completed, providing analytical expressions for their interpretation; concerning the mechanical properties of dowel connections, the designed tests are not performed, due to the delay of the industrial partner. POLIMI_UNIBO: in parallel with experimental works the numerical investigations have been carried out in order to evaluate which buildings have high seismic vulnerability. More analyses need to be done since the typologies of buildings are almost variegated. As a consequence, also the third part related to the retrofit has been delayed; some preliminary investigations have been started.