RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI
INGEGNERIA SISMICA
2° Workshop di Coordinamento
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
Linea 3. Innovazione tecnologica in
ingegneria sismica
Task 3.1 – Sviluppo ed Analisi di Nuovi
Materiali per l’Adeguamento Sismico
Coordinatori: Ascione - Prota
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2° Workshop di Coordinamento
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
UNITA’ di RICERCA
1) POLIMI – U.R.1
2) UNIPG
3) UNISANNIO
4) UNIBO – U.R.1
5) UNINA – U.R.1
6) UNIBO – U.R.2
7) UNIFI
8) UNICAS
9) UNINA – U.R.2
10) UNISA – U.R.1
11) UNINA – U.R.3
12) UNIROMA1
13) UNISA – U.R.2
14) UNILE
15) UNICAL
16) UNISA – U.R.3
17) UNIROMA2 – U.R.1
18) UNIFE
19) POLIMI – U.R.2
20) UNIBS
21) UNIROMA2 – U.R.2
22) UNIBG
23) UNIPR
24) UNIGE
Responsabile
Carlo Poggi
Antonio Borri
Francesca Ceroni
Marco Savoia / Claudio Mazzotti
Alessandro Baratta
Andrea Benedetti
Silvia Briccoli Bati
Elio Sacco/ Raimondo Luciano
Luciano Rosati
Luigi Ascione / Fernando Fraternali
Gaetano Manfredi / Andrea Prota
Giorgio Monti
Ciro Faella / Roberto Realfonzo
Maria Antonietta Aiello
Renato Sante Olivito / Giuseppe Spadea
Luciano Feo
Franco Maceri
Ferdinando Laudiero
Marco Di Prisco
Giovanni Plizzari
Antonio Grimaldi
Paolo Riva
Gianni Royer Carfagni
Luigi Gambarotta
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Le Unità di Ricerca sono raggruppate
sulla base del tema di ricerca ad esse
affidato
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POLIMI UR1 (Poggi)
A1. Strutture piane
soggette a sollecitazioni
alternate
Tema A
Consolidamento di
strutture murarie
A2. Archi, volte e cupole
UNIPG (Borri)
UNISANNIO (Ceroni)
UNIBO UR1 (Savoia/Mazzotti)
UNINA UR1 (Baratta)
UNIBO UR2 (Benedetti)
UNIFI (Briccoli Bati)
UNIGE (Gambarotta)
A3. Modelli di calcolo
strutturale per interventi di
adeguamento sismico
UNICAS (Luciano/Sacco)
UNINA UR2 (Rosati)
UNISA UR1 (Ascione/Fraterali)
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Tema B
Consolidamento
di strutture di c.a.
B1. Zone di
sovrapposizione;
svergolamento di barre
longitudinali; nodi
B2. Impiego di lamine
pretese
UNINA UR3 (Manfredi/
Prota)
UNIROMA1 (Monti)
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C1. Impiego di sistemi
meccanici di ancoraggio
UNISA UR2 (Faella/Realfonzo)
Tema C
Materiali compositi di
tipo non tradizionale
C2. Rinforzo con fibre e/o
matrici non tradizionali
UNILE (Aiello)
UNICAL (Olivito/Spadea)
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Tema D
Pultrusi di FRP per la
messa in opera di
strutture provvisionali
di puntellamento o
realizzate per lo
svolgimento di attività
essenziali legate alla
protezione civile
D1. Giunti bullonati
ed incollati
D2. Metodi di calcolo
UNISA UR3 (Feo)
UNIROMA2 UR1 (Maceri)
UNIFE (Laudiero)
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POLIMI UR2 (di Prisco)
Tema E
Nuovi calcestruzzi
UNIBS (Plizzari)
UNIROMA2 UR2 (Grimaldi)
UNIBG (Riva)
Tema F
Cristalli Strutturali
UNIPR (Royer Carfagni)
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema A
Consolidamento di
strutture murarie
A1. Strutture piane
soggette a sollecitazioni
alternate
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POLIMI U.R. 1
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OBIETTIVI DEL PROGETTO
| Studio del consolidamento di edifici in muratura con FRP e FRCM;
| Valutazione della compatibilità dei nuovi materiali con la muratura storica,
analisi di durabilità e rimovibilità del sistema;
| Analisi di modelli analitici e numerici e prescrizioni progettuali per integrare
l’attuale normativa.
ORGANIZZAZIONE
| Attività sperimentale: (a) prove di strappo del sistema di rinforzo da elementi
in muratura; (b) prove di pull-out di connettori e fiocchi in CFRP e GFRP da
blocchi in muratura e calcestruzzo;
| Modelli analitici e numerici e studio delle deformazioni del sistema;
| Prove di durabilità del sistema soggetto a cicli termici;
| Prove non distruttive per evidenziare danneggiamenti e distacchi.
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o Prove di strappo tangenziale
del sistema di rinforzo con
rete GFRP su blocchi in
laterizio. Modello analitico e
numerico per analisi delle
deformazioni.
o Prove di caratterizzazione di rete e filato in
PBO e del sistema FRCM con malta
cementizia e rinforzo in PBO.
o Prove su sistema di connettori e fiocchi in CFRP
e GFRP su blocchi in muratura e calcestruzzo.
Modelli numerici per l’analisi dell’incremento
della forza di distacco.
POLIMI U.R. 1
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o Prove non distruttive (termografia) per certificare l’efficacia
delle applicazioni del rinforzo in FRP con diverse variabili
come irregolarità del giunto di malta e numero di strati di
rinforzo. Valutazione dei difetti alle diverse profondità con
Pulse Phase Thermography
o Prove semi-distruttive di pull-off su sistemi (GFRP e malta;
CFRP e resina epossidica) applicati su muratura, non
condizionati o soggetti a cicli termici
1 STRATO
2 STRATI
3 STRATI
POLIMI U.R. 1
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POLIMI U.R. 1
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
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F.G. Carozzi, P. Colombi, C. di Feo, A. Montalbano, C. Poggi “The use of GFRP
grids for structural rehabilitation of masonry elements”, conferenza CICE 2012
F.G. Carozzi, P. Colombi, A. Montalbano, C. Poggi, “Utilizzo di connettori per
l’incremento della forza di distacco del rinforzo FRP di strutture in muratura o
calcestruzzo”, 2°convegno nazionale Assocompositi, maggio 2012
F.G. Carozzi, P. Colombi, G. Fava, C. Poggi, “Analisi dell’aderenza di elementi in
muratura rinforzati mediante FRP”, 2° convegno nazionale Assocompositi, maggio
2012
L. Cantini, M. Cucchi, G. Fava, C. Poggi, “Damage and Defect Detection Through
Infrared Thermography of Fiber Composites Applications for Strengthening of
Structural Elements”, in “RILEM Bookseries, Nondestructive Testing of Materials and
Structures” vol.6 Springer (2012)
L. Cantini, M. Cucchi, G. Fava, C. Poggi C. “Fourier analysis applied to Infrared
Thermography of Fiber Composites used for the Strengthening of Structural
Elements in Proceedings of 11th Quantitative InfraRed Thermography“ (QIRT),
Naples, June 11–14, Italy (2012)
L. Binda, E. Garbin, M. Panizza, C. Tedeschi, M.R. Valluzzi, “Moisture and
temperature influence on FRP masonry bonding”, XII DBMC, Porto, Aprile 2011
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2° Workshop di Coordinamento
UNIPG
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CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE MURARIE (UR Perugia – Coord. A. BORRi)
Sperimentazioni concluse nel II anno (in collaborazione con Linea 1 – Task 1.1.1b)
- Prove di compressione diagonale su 3 pannelli in un edificio di L’Aquila rinforzati con
tre diverse tecniche innovative di rinforzo.
- Prove di ribaltamento fuori dal piano su 6 pannelli in un edificio a L’Aquila rinforzati con
tecniche diverse (in collaborazione con Michele Candela e Roberta Fonti).
- Test dinamico su una volta in foglio a L’Aquila danneggiata dal sisma del 2009. Studio
preliminare del comportamento dinamico atteso della volta con un modello agli elementi
finiti.
- Sperimentazione di una nuova tecnica di rinforzo di pilastri murari (30 provini)
- Indagini sperimentali sulla durabilità di materiali compositi in fibra d’acciaio (100
provini)
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SPERIMENTAZIONE DI TECNICHE INNOVATIVE
Sperimentazione della tecnica del «Reticolatus»
UNIPG
(in collaborazione con Linea 1 – Task 1.1.1b e Linea 2 – Task 2.2.5 )
Campagna sperimentale in situ e in laboratorio (in collaborazione con FibreNet)
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UNIPG
Sperimentazioni al vero nel centro storico dell’Aquila
( con Michele Candela e Roberta Fonti)
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UNIPG
INDAGINI SPERIMENTALI SULLA DURABILITÀ DI MATERIALI
COMPOSITI IN FIBRA D’ACCIAIO (con Giulio Castori)
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UNISANNIO
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Attività svolte nel 2° anno
1) prove di aderenza su blocchi di tufo giallo rinforzati esternamente con diverse
tipologie di materiali FRP (tessuti unidirezionali in fibre di carbonio, vetro,
basalto, lino)
2) calibrazione di formule di progetto per la forza di delaminazione
3) preparazione di nuovi provini realizzati con più blocchi di tufo giallo e ricorsi di
malta e rinforzati esternamente con diverse tipologie di materiali FRP (tessuti
unidirezionali con fibre di carbonio, vetro e basalto; griglie in fibra di vetro e
basalto)
4) modellazione numerica delle prove di aderenza
5) prove di caratterizzazione meccanica (trazione, compressione e taglio) su griglie
di vetro e basalto inglobate in matrice epossidica o cementizia
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UNISANNIO
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• Single shear pull-push set-up
9 Crisi per delaminazione del rinforzo in vetro e carbonio per lunghezze 300 mm
Provini con rasatura epossidica
Provini senza rasatura epossidica
In presenza di rasatura il
volume di muratura
coinvolto è maggiore
+20-25% del carico di delaminazione in presenza di rasatura
Delaminazione
superficiale
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UNISANNIO
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• Modellazione numerica delle prove di aderenza: modello 1D
Attraverso una procedura di analisi inversa, è stata calibrata una legge di aderenza
non lineare in grado di simulare il comportamento sperimentale globale in termini di
curve forza-spostamento
20
F [kN]
⎛ s
τ ( s ) = τ max ⎜⎜
⎝ s max
2
15
τ
⎞
⎟⎟
⎠
α
1.5
bilinear
non linear
10
1
5
TC_300_2
TC_300_1
TG_300_1
TG_300_2
bilinear
non linear
0
⎛ s
τ ( s ) = τ max ⎜⎜
⎝ s max
0.5
⎞
⎟⎟
⎠
s [mm]
s [mm]
0
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
−α '
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UNISANNIO
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• Modellazione numerica delle prove di aderenza: modello 3D (software DIANA)
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UNISANNIO
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• Calibrazione di formule di progetto per la forza di distacco
a) Analisi di prove di aderenza di bibliografia
b) Calibrazione di formule di progetto per tensione di distacco e lunghezza di
trasferimento per diversi supporti murari secondo procedura ‘Design by Testing’
di EC0 per aggiornamento CNR DT 200 (in collaborazione con UniBo e
UniCassino)
15000
20000
Fmax
F
F
max
max
[N]
[N]
[N]
Tufo
giallo
Pietra
Leccese
dati sperimentali
Tufo
grigio
Pietra
calcarea
media
40000
15000
10000
media
media
frattile 5%
laterizi
frattile
frattile5%
5%
progetto , f,d = 1.2
γf,d== 1.2
1.2
progetto ,Βf,d
f,d = 1.5
progetto
progetto
10000
progetto
progetto
ΓFd =
= 1.5
1.5
f,d =
Βγf,d
kb kG
FC
20000
5000
5000
0.5 [N]
0.5)0.5
0.5
bf(2
(2fEtEf kft tbfk0.022
kb0.156
0.093
Fmax,th,m
==
b=f b(2
E
(fm(f(ffm
mt
FFmax,th,m
f )fmt))0.5
))0.5[N]
[N]
max,th,m
00
00
5000
f
20000 10000
5000
f f
b
m mt
15000
10000 40000
20000
15000
Tufi
Calcareniti
Mattoni
f bm f btm
kG
medio
0.157
0.022
0.093
5%
0.048
0.012
0.031
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UNISANNIO
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• Preparazione di nuovi provini con più blocchi per nuove prove di aderenza
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UNISANNIO
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• Prove di caratterizzazione meccanica di griglie in FRP
Le prove di compressione mostrano che la presenza del rinforzo porta ad un
incremento del carico ultimo di circa il 15%.
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema A
Consolidamento di
strutture murarie
A2. Archi, volte e cupole
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UNINA U.R. 1
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|
Il programma di ricerca svolto dalla U.R.1 di Napoli Federico II ha avuto per
oggetto per il periodo di interesse la messa a punto di un approccio per la analisi
statica delle volte murarie e di una procedura finalizzata alla individuazione delle
aree delle strutture voltate per le quali è necessario adottare il rinforzo FRP.
Sotto la assunzione di comportamento NT della struttura in esame, si tratta di
pre-selezionare l’insieme delle soluzioni che rispondono al requisito di
ammissibilità statica, individuate nelle superfici membranali completamente
incluse nel profilo della volta sotto i carichi applicati.
La complessità della volta connessa sia all’aspetto geometrico più o meno
articolato ma anche alla non-linearità che ne influenza il comportamento anche
in campo statico rende operativamente complicata se non difficilmente
praticabile la individuazione analitica del dominio di definizione della soluzione,
rendendo già problematica la selezione delle superfici membranali ammissibili, e
dunque arduo il perseguimento della soluzione.
Dopo un riesame degli strumenti fondamentali di analisi delle strutture NT, si è
ridotto il problema ad un caso piano in termini di tensioni, introducendo la
funzione di sforzo come nell’approccio alla Pucher.
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UNINA U.R. 1
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|
Il problema è quindi ricondotto alla soluzione del seguente sistema di
disequazioni
z (x , y ) ≤ z (x , y ) ≤ z (x , y )
1
∂ z
∂ z
≥0 ;
≥0
2
2
∂x
∂y
2
|
2
2
2
∂ z ∂ z ⎡ ∂2z ⎤
−⎢
⎥ ≥0
2
2
∂ x ∂y
⎣ ∂x ∂y ⎦
2
2
detto "Vault Inequality System" (VIS)(1) la cui soluzione fornisce una
varietà di condizioni di carico ammissibili per la volta
[1] A. Baratta, O.Corbi, “On the statics of No-Tension masonry-like vaults and shells: solution domains, operative
treatment and numerical validation”, 2011, Annals of Solid and Structural Mechanics, Volume 2, Numbers 2-4,
Pages 107-122, DOI: 10.1007/s12356-011-0022-8, ISSN 1867-6936 (Print) 1867-6944 (Online)
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2° Workshop di Coordinamento
UNINA U.R. 1
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|
E' possibile dedurre soluzioni ammissibili corrispondenti a svariate
condizioni di carico. Ad esempio per una volta parabolica:
|
Condizione di carico: solo peso proprio
|
Sezione y-z
Superficie di membrana ammissibile
Sezione x-z
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2° Workshop di Coordinamento
UNINA U.R. 1
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
|
Sulla base di tale procedura è possibile, tra l' altro, stimare la riduzione
di spinta sui sostegni della volta in funzione della distribuzione del
rinforzo
Area rinforzata all' intradosso: 20%
Riduzione di spinta in funzione della percentuale di rinforzo
Thrust force mitigation vs. reinforcement
(So -80%
S) / So (% )
70%
60%
50%
Area rinforzata all' intradosso: 50%
40%
(S-So)/So
30%
20%
10%
0%
0%
20%
40%
60%
r (% )
80%
100%
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UNIFI
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Prove sperimentali su volta a crociera senza e con rinforzi in fibra di vetro
e matrice cementizia
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UNIFI
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UNIFI
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UNIFI
Sforzo normale per unità di lunghezza N11 (N/mm) in un’unghia
della volta a crociera (Δθ=0°C)
Sforzo normale per unità di lunghezza N22 (N/mm) in un’unghia
della volta a crociera (Δθ=0°C)
Sollecitazione tagliante per unità di lunghezza N12 (N/mm) in
un’unghia della volta a crociera (Δθ=0°C)
Momento flettente per unità di lunghezza M11 (N mm/mm) in
un’unghia della volta a crociera (Δθ=0°C)
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema A
Consolidamento di
strutture murarie
A3. Modelli di calcolo
strutturale per interventi di
adeguamento sismico
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UNISA U.R.1
Motivazioni e Obiettivi
|
L’attività di ricerca dell’unità UNISA – U.R. 1 mira a sviluppare modelli di
calcolo per l’analisi e il progetto di tecniche innovative per il rinforzo
sismico di strutture in muratura. La struttura rinforzata è descritta sia
attraverso modelli discreti, che mediante modelli al continuo, assumendo
che la muratura sia dotata di una limitata resistenza a trazione.
|
I principali obiettivi della ricerca proposta sono la progettazione ottimale
di consolidamenti sismici in materiali composito di strutture in muratura,
e la formulazione di buone pratiche di rinforzo da utilizzare nelle
applicazioni tecniche.
Caso reale
illustrato:
Volta a cupola del
Battistero di Santa
Maria Maggiore
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INGEGNERIA SISMICA
|
|
|
UNISA U.R.1
Le attività sviluppate durante il secondo anno hanno condotto alla formulazione
di strategie evolutive per la progettazione ottimale di fasce di rinforzo in FRP
per volte in muratura.
La posizione geometrica dei nodi che formano la superficie delle pressioni e le
posizioni degli avvolgimenti in FRP sono interpretate come informazioni
“genetiche” di soluzioni di tentativo. Strategie di ottimizzazione evolutive
(“evolutionary strategies” o ES) vengono impiegate per cercare il migliore
“fenotipo” in una data popolazione di ricerca, utilizzando di meccanismi di
selezione ed operatori di ricombinazione e mutazione ispirati alla teoria
Darwiniana dell’evoluzione delle specie.
Ogni soluzione di tentativo (individuo) è valutata in termini di una funzione di
merito (“fitness”) di natura scalare, che si assume coincidente con la massima
tensione principale di trazione agente nella muratura. La soluzione di minima
fitness nella popolazione finale fornisce una stima dell’ottimo globale
(geometria della superficie delle pressioni e rinforzo FRP ottimale).
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Applicazioni numeriche
UNISA U.R.1
Ottimizzazione di
avvolgimenti FRP di
una volta a crociera
Ottimizzazione Evolutiva
Ottimizzazione di
avvolgimenti FRP di
una volta a cupola
Regolarizazione
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema B
Consolidamento
di strutture di c.a.
B1. Zone di
sovrapposizione;
svergolamento di barre
longitudinali; nodi
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Consolidamento di strutture in c.a.:
interventi locali su nodi non confinati
Nome
Provino
fcm
ρFRP
(joint panel)
[-]
T_C
T_C3
[-]
Non rinforzato
Non rinforzato
[MPa]
16.38
16.30
[%]
-
T_FRP
“Light” CFRP (schema 1)
14.84
0.0176
T_FRP2
“Strong” FRP (schema 2)
17.74
0.0176
“Light” CFRP
(Scheme 1)
“Strong” CFRP
(Scheme 2)
UNINA U.R.3
ν = N/(Ac∙fcm) = 0.21
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Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
Consolidamento di strutture in c.a.: interventi locali su nodi non confinati
T_C
T_C3
Quadro fessurativo simile
Espulsione copriferro nella
zona di estremità del nodo a
causa dell’instabilizzazione
delle barre longitudinali dei
pilastri
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
Consolidamento di strutture in c.a.: interventi locali su nodi non confinati
“Light” CFRP (Schema 1)
1
strato
CFRP
quadriassiale
sul
pannello di nodo esteso
per 15 cm sulla trave
1 strato uniassiale CFRP
sagomato ad U estensione 15
cm sulla trave
“Strong” CFRP (Schema 2)
1 strato CFRP quadriassiale su pannello di nodo esteso
20 cm sulla trave
1 strato CFRP quadriassiale di connessione tra trave e
pilastro sagomato ad L
1 strato uniassiale CFRP– confinemento del pilastro 75 cm
1 strato uniassiale CFRP sagomato ad U estensione 75 cm
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
Consolidamento di strutture in c.a.: interventi locali su nodi non confinati
“Light” CFRP (Schema 1)
“Strong” CFRP (Schema 2)
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Consolidamento di strutture in c.a.: interventi locali su nodi non confinati
¾ Rottura a taglio su nodi non rinforzati
¾ “Light”
CFRP:
incremento
di
resistenza
(+20%);
trascurabile
incremento di drift ultimo (+3%) a
causa del prematuro debonding del
sistema di rinforzo in FRP (εf,max =
4.7‰); incremento di energia dissipata
+12%
¾“Strong” CFRP: raggiungimento della
massima
capacità
resistente
del
subassemblaggio (+28%), incremento
di drift ultimo (+20%)- incremento di
deformazione nel sistema di rinforzo al
debonding
(εf,max
=
10.2‰);
incremento di energia dissipata +19%
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Consolidamento di strutture in c.a.: interventi locali su nodi non confinati
Caso studio di esempio:
Scuola Torrione L’Aquila
140
αUV [%]
brittle fail.
ductile fail.
120
TORRIONE
100
80
60
40
20
N. story
3
fcm [MPa]
14
fym [MPa]
320
Rebars Type
Plain
year
1961
shear
0
0
joint
1
tensile
column column
2
3
EC8/5
EC8/0
rotation
c olumn
4
beam
5
6
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema B
Consolidamento
di strutture di c.a.
B2. Impiego di lamine
pretese
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema C
Materiali compositi di
tipo non tradizionale
C1. Impiego di sistemi
meccanici di ancoraggio
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SISTEMI DI RINFORZO “MF-FRP”
Attività teorico-sperimentali condotte nel corso del secondo anno
1.
Realizzazione delle prove di taglio diretto (concluso in anticipo rispetto al
cronoprogramma)
2. Analisi dei risultati sperimentali delle prove di “direct shear” e confronto con
i dati ottenuti dalle analisi numeriche (iniziato in anticipo e già a buon punto)
3. Raccolta in un “data base” dei risultati di prove sperimentali relative a travi
rinforzate con lamine MF-FRP (in fase conclusiva)
4. Messa a punto di un modello agli elementi finiti per la simulazione del
comportamento a flessione di travi rinforzate con sistemi MF-FRP e
confronto tra le simulazioni numeriche ed i risultati sperimentali (a buon
punto)
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1. REALIZZAZIONE DELLE PROVE DI TAGLIO DIRETTO
Il programma sperimentale ha riguardato
l’esecuzione di 34 prove di taglio diretto su
lamine in FRP ancorate a prismi di
calcestruzzo mediante connettori metallici
1
Parametri di studio
‰ Influenza della rondella
130
102
130
65
103
65
4A
130
103
‰ Interasse dei connettori
(2A-2B; 4A-4B)
102
130
65
76
470
103
200
179
65
102
65
103
366
130
65
200
179
470
4B
65
P
65
P
102 200
366
‰ Numero di connettori
(da 1 a 4)
2B
65
P
200
variable fastened length
150
2A
P
65
103
38 65
P
102
130
65
152
530
103
200
fastener
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2. ANALISI DEI RISULTATI SPERIMENTALI E CONFRONTO CON I
DATI OTTENUTI DALLE ANALISI NUMERICHE
DST-1(a)
DST-1(b)
DST-1(c)
DST-1(d)
12
Axial load, H [kN]
9
6
3
15
DST-1w(a)
DST-1w(b)
DST-1w(c)
DST-1w(d)
12
9
6
3
Fastener w/o washer
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
Free-end slip, sf [mm]
FRP
Modellazione FEM delle
prove tramite SAP2000
z
Concrete
y
best-fit models
12
9
w/ washer
6
w/o washer
0
0
0
15
3
Fastener w/ washer
10
15
0
20
25
30
35
40
Free-end slip, sf [mm]
NLL elements
Axial load, H [kN]
Axial load, H [kN]
15
Axial Load, H [kN]
Calibrazione del legame
d’interfaccia FRP-calcestruzzo
Risultati sperimentali
5
10
15
20
25
30
35
40
Free-end slip, sf [mm]
DST-1w(a)
DST-1w(b)
DST-1w(c)
DST-1w(d)
SAP model
15
12
9
6
3
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Free-end slip, sf [mm]
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3. RACCOLTA IN UN “DATA BASE” DEI RISULTATI DI PROVE
SPERIMENTALI RELATIVE A TRAVI RINFORZATE CON LAMINE MFA's
F/2
F/2
FRP
Estratto del
data base
As
d
Ls
SOURCE
NAPOLI
Member
Test
slab
MF-1-L
MF-1-S
MF-2-L
MF-2-S
Lc
(mm)
Ls
(mm)
b x h
(mm2)
A's
(mm2)
As
(mm2)
d
[mm]
bf
b
fc
(MPa)
3048
1219
305 x 152
/
379.8
25.4
26.7 ± 1.8
Lc
T1
LAMANNA
beam
h
F1
K1
Steel Type
GRADE 60
42.5 ± 1.2
1067
431
152 x 152
142.4
253.2
50
Q1
20.9 ± 0.3
20.9 ± 0.3
GRADE 60
20.9 ± 0.3
EBEAD
beam
M-F-D12-1
M-F-D12-2
2250
850
150 x 250
100.5
226.1
26
38
39
GRADE
725
BOROWICZ
beam
U-W-8
3505
1372
305 x 305
142.5
1013.4
50.8
44.7
GRADE 60
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4. MESSA A PUNTO DI UN MODELLO FEM PER LA SIMULAZIONE DEL
COMPORTAMENTO A FLESSIONE DI TRAVI RINFORZATE CON SISTEMI MFFRP E CONFRONTO TRA LE SIMULAZIONI NUMERICHE ED I RISULTATI
SPERIMENTALI
Caratteristiche dell’elemento finito
1. Un elemento finito di trave alla
Eulero-Bernoulli che simula il
comportamento della membratura in
1
2
n
i
c.a
2.
Un
elemento
“tirante”
che
riproduce il comportamento della
lamina in FRP
3. Due vincoli elastici che connettono gli spostamenti nodali del tirante a quelli assiali dell’intradosso
dell’elemento trave, simulando il comportamento dei connettori metallici
Confronto numerico - sperimentale
exp. results
num. simulation: Trilinear model
num. simulation: Elsayed model
50
50
40
40
30
20
40
exp. results
num. simulation: Trilinear model
num. simulation: Elsayed model
60
Force [kN]
Force [kN]
60
70
35
30
Force [kN]
70
30
20
25
20
15
num. simulation: Trilinear model
10
10
5
0
0
0
0
20
40
60
Displacement [mm]
80
100
exp. results
10
0
20
40
60
Displacement [mm]
80
100
num. simulation: Elsayed model
0
5
10
Displacement [mm]
15
20
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Pubblicazioni prodotte nell’ambito dello svolgimento della ricerca
Realfonzo R., Martinelli E., Napoli A., Nunziata B. (2012). “Experimental Investigation of the Mechanical Connection between FRP
Laminates and Concrete”, Composites: Part B, (in press). DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.05.010, 15 pp
Martinelli E., Napoli A., Nunziata B., Realfonzo R. (2012). “Inverse Identification of a bearing-stress-interface-slip relationship in
Mechanically Fastened FRP laminates”, Composite Structures, Vol. 94, Issue 8, pp. 2548-2560
Martinelli E., Napoli A., Nunziata B., Realfonzo R., (2012) “A novel FE model for RC beams strengthened in bending by
mechanically fastened FRP laminates”. Proceedings of the 6th International Conference on FRP Composites in Civil
Engineering, CICE 2012, Rome, Italy, June 13-15, 10 pp
Martinelli E., Napoli A., Nunziata B., Realfonzo R. (2011). “Interfacial behaviour between Mechanically Fastened FRP laminates
and concrete substrate: test results and modelling”. Proceedings of the International Conference on Advances in
Construction Materials through Science and Engineering, Hong Kong, China, September 5-7, 8 pp
Martinelli E., Napoli A., Nunziata B., Realfonzo R. (2011). “Direct Shear Tests on FRP Laminates Mechanically Fastened to
Concrete: Experimental Results and Modeling”. Proceedings of fib Symposium, Prague, Czech Republic, June 8-10, Czech
Concrete Society/CBS Service, s.r.o., pp. 1125-1128. ISBN 978-80-87158-29-6
Martinelli E., Napoli A., Nunziata B., Realfonzo R. (2011). “Un modello agli elementi finiti del collegamento di lamine in FRP con
elementi in calcestruzzo mediante sistemi ancorati a vite”, Atti delle “Giornate AICAP 2011”, Padova, 19-21 Maggio, 8 pp
Martinelli E., Napoli A., Nunziata B., Realfonzo R. (2011). “FRP laminates mechanically fastened to concrete: experimental
observations and numerical modeling”. Proceedings of SMAR 2011 Conference, Dubai, February 8-10. pp.1-8.
ISBN:9783905594584
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema C
Materiali compositi di
tipo non tradizionale
C2. Rinforzo con fibre e/o
matrici non tradizionali
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COMPORTAMENTO A TAGLIO NEL PIANO DI PANNELLI IN
MURATIRA RINFROZATI CON NASTRI IN BFRP
τmax (MPa)
Average
Δτ (%)
MODALITA’ DI CRISI
Non rinforzato
0,246
--
Splitting
Diagonale – 2 lati
0,575
Diagonale – 2 lati
0,506
Griglia – 2 lati
0,380
Griglia – 2 lati
0,516
Diagonale – 1 lato
0,380
Diagonale – 1 lato
0,516
Griglia – 1 lato
0,325
Griglia – 1 side
0,369
Configurazione
Configurazione diagonale: rinforzo simmetrico e non simmetrico
Configurazione a griglia: rinforzo simmetrico e non simmetrico
Delaminazione
120
Delaminazione
Splitting + Orecchiamento
107
Splitting + Orecchiamento
Delaminazione
82
Delaminazione
Splitting + Orecchiamento
41
Splitting + Orecchiamento
L’incremento in termini di resistenza a taglio in
funzione del pannello non rinforzato conferma
l’efficacia del sistema di rinforzo.
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COMPORTAMENTO DI INTERFACCIA DI ELEMENTI IN MURATURA
RINFROZATI CON NASTRI IN FRP
E’ attualmente in corso un’analisi dettagliata dei risultati al
fine di individuare le differenze fra il comportamento
all’interfaccia dei compositi tradizionali e di quelli con fibre
naturali e di valutare l’effetto dei giunti di malta (confronti fra
prove su singoli blocchi e su blocchi collegati con malta
cementizia).
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STUDIO DEL CONFINAMENTO ATTIVO E PASSIVO DI COLONNE MURARIE
Ventiquattro colonne murarie in pietra calcarea a sezione circolare sono state realizzate in media scala e
sottoposte a test di compressione centrata . Le leghe a memoria di forma sono state impiegate come
dispositivo innovativo incorporato nel rinforzo in FRP per attivare confinamento prima che le
sollecitazioni meccaniche di compressione potessero generare la dilatazione laterale della colonna.
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UNILE
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STUDIO DEL CONFINAMENTO ATTIVO E PASSIVO DI COLONNE MURARIE
Tutte le colonne confinate, nei test effettuati hanno evidenziato un notevole incremento di resistenza e di duttilità
(deformazione) rispetto alle colonne non rinforzate (curve in verde).
Il confinamento attivo mediante SMA ha permesso di incrementare la rigidezza delle colonne anche nella fase
non fessurata. Il modello del CNR DT 200/2004 ha permesso di prevedere con accuratezza i dati sperimentali.
GFRP
BFRP
Attualmente è in corso una campagna sperimentale di prove su colonne murarie costruite in scala reale in
partnership con Università di Napoli per lo studio del confinamento mediante fasciatura e barre interne sia
mediante FRP sia mediante nuovi sistemi di rinforzo a matrice non polimerica (strutture storiche)
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UNICAL
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Prove di trazione diretta sui tessuti utilizzati [canapa (H – Hemp) e lino (F –
Flax)]. È stato inoltre utilizzato tessuto in fibre di vetro unidirezionali per avere un
confronto tra i materiali compositi in fibre naturali e quelli di origine sintetica di
medie proprietà.
Campioni di canapa e lino
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Pannelli senza rinforzo, rinforzati in diagonale e a griglia ortogonale
Rapporto
geometrico del
rinforzo [‰]
Tipo di fibra
Ef
[GPa]
tf
[mm]
Canapa
22
0,155
Denominazione
provino
Numero
Configurazione del
rinforzo
Larghezza tot del
rinforzo per lato
[mm]
URM
4
-
-
-
HG4_4
1
Grid
240
0,34
Lino
18
0.194
HG8_2
1
Grid
480
0,34
Vetro
84
0.114
FG8_1
1
Grid
480
0,43
FD5,5_4
1
Diagonal
165
0,43
FD11_2
1
Diagonal
330
0,43
GG5,5_1
2
Grid
330
0,09
GD7,8_1
2
Diagonal
234
0,09
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ƒ Pannelli rinforzati con le fibre naturali (NF)
2,00
1,80
1,60
1,40
[MPa]
1,20
τ
1,00
0,80
0,60
URMi
0,40
FD5.5_4
0,20
FD11_2
0,00
0
0,0002
0,0004
0,0006
0,0008
0,001
γ [%]
0,0012
0,0014
Curve tensioni di taglio-scorrimenti: disposizione in diagonale e a reticolo
τ0
Variazione
resistenza
[%]
G1/3
[MPa]
Variazion
e modulo
[%]
Provino
Pmax
[kN]
[MPa]
URMi
93
1.08
-
2514
-
GD7.8_1
128.1
1.48
37.1
3820
51.9
FD5.5_4
135.0
1.56
44.4
3463
37.7
FD11_2
152.3
1.76
63.0
3381
34.5
Variazione
resistenza
[%]
G1/3
[MPa]
Variazion
e modulo
[%]
1.08
/
2514
/
1.39
28.7
4101
63.1
τ0
Provino
Pmax
[kN]
[MPa]
URMi
93
GG5.5_1 120.3
HG4_4
116.0
1.34
24.1
3065
21.9
HG8_2
114.3
1.32
22.2
3096
23.2
FG8_2
134.2
1.55
43.5
3076
22.3
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2° Workshop di Coordinamento
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
Principali attività svolte nel 2°anno
Tema D
Pultrusi di FRP per la
messa in opera di
strutture provvisionali
di puntellamento o
realizzate per lo
svolgimento di attività
essenziali legate alla
protezione civile
D1. Giunti bullonati
ed incollati
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2° Workshop di Coordinamento
UNISA U.R.3
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
Nel secondo anno l’attività di ricerca è stata dedicata allo svolgimento di
prove di pull-out al fine di indagare sul comportamento di profili
pultrusi di GFRP soggetti a carichi concentrati.
Essa si è posta come
principale obiettivo quello di
valutare la resistenza e la
rigidezza assiale del “nodo
ala-anima” di tali profili la
cui
conoscenza
è
di
fondamentale importanza per
una corretta progettazione di
una giunzione bullonata.
bullonata
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UNISA U.R.3
SETUP SPERIMENTALE DELLE PROVE DI PULL-OUT
E MODALITÀ DI ROTTURA
RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI
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UNISA U.R.3
RISULTATI DELLE PROVE DI PULL-OUT
CURVE CARICO-SPOSTAMENTO
U. R. UNISA3 – Responsabile: Prof. Luciano Feo
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UNISA U.R.3
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Nel secondo anno l’attività di ricerca è stata dedicata allo svolgimento
di una indagine numerica sul comportamento meccanico di giunti
incollati. In particolare, la ricerca è stata suddivisa in due filoni:
- influenza dell’effetto scala nei confronti dell’assorbimento di energia
di frattura di giunti di FRP, in considerazione degli spessori
generalmente sottili degli adesivi;
- influenza del raggio di curvatura di aderendi ed adesivo sul calcolo
del carico di collasso e della lunghezza ottimale di ancoraggio.
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UNISA U.R.3
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
[1] FEO L., MARRA M., MOSALLAM A.S., “Stress Analysis of Bolted Joints between FRP Pultruded Profiles”. Composite
Structures, Vol. 94, Issue 12, December 2012, pp- 3769-3780.
[2] FEO L., MOSALLAM A.S., PENNA R., “A Pilot Experimental Study on the Strength and Stiffness Characteristics of
Web-Flange Junctions of Open-Web Pultruded Profiles”. 15th European Conference on Composites Materials (ECCM15), Venice, Italy, giugno 2012.
[3] FEO L., PENNA R., “A Finite Element Analysis on the Behavior of Web-Flange Junctions of Open-Web Pultruded
Profiles”. 20th Annual International Conference on Composites/Nano Engineering (ICCE-19), Beijing, CHINA, 22-28 luglio
2012.
[4] FEO L., MOSALLAM A.S., PENNA R., “An Experimental Study on the Behavior of Pultruded Fiber-Reinforced Polymer
Beams”. 20th Annual International Conference on Composites/Nano Engineering (ICCE-19), Beijing, CHINA, 22-28 luglio
2012.
[5] FEO L., PENNA R., “Risultati di un'indagine numerico-sperimentale sul comportamento di profili pultrusi di GFRP
soggetti a carichi concentrati”. XXXI Convegno Nazionale dell'Associazione Italiana per l'Analisi delle Sollecitazioni
(AIAS 2012), Vicenza, 5-7 settembre 2012.
[6] ASCIONE F., MANCUSI G., “Giunti adesivi di FRP: influenza dell’effetto scala sulla resistenza meccanica”. Atti del XX
Congresso dell'Associazione Italiana di Meccanica Teorica ed Applicata. p. 326, Conselice (RA): Publi&Stampa Edizioni,
ISBN: 9788890634000.
[7] ASCIONE F., MANCUSI G., “Curve adhesive joint: the influence of the curvature radius”. The Eleventh International
Conference on Computational Structures Technology to be held in Dubrovnik, Croatia 4-7 September 2012.
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UNIROMA2 U.R.1
Responsabile: dott. ing. Giuseppe Vairo (dal 1/11/2011)
prof. ing. Franco Maceri (fino al 31/10/2011)
ATTIVITA’ E RISULTATI DEL SECONDO ANNO
|
modellazione del comportamento di elementi strutturali in materiale composito
includendo effetti non standard connessi a: effetti costitutivi e di vincoli unilateri; non
linearità microstrutturale geometrica e costitutiva;
|
valutazione ed ottimizzazione delle prestazioni di giunzioni bullonate fra elementi
strutturali realizzati in FRP, attraverso approcci numerici;
|
analisi della sensibilità delle prestazioni meccaniche di giunti bullonati in FRP nei
riguardi di imperfezioni nella disposizione delle fibre (disallineamento e/o disposizione non
rettilinea);
|
messa a punto di prove sperimentali per la caratterizzazione meccanica di strutture
provvisionali modulari interamente realizzate in FRP;
|
modellazione, analisi e sintesi di indicazioni di progetto nel caso di strutture
modulari ed a carattere reticolare;
|
analisi delle vibrazioni e di problemi di collisione su strutture leggere anche a
carattere provvisionale ed identificazione del loro smorzamento ottimo.
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INGEGNERIA SISMICA
UNIROMA2 U.R.1
MODELLAZIONE DI ELEMENTI STRUTTURALI IN COMPOSITO
Approcci variazionali vincolati 3D
• anisotropia costitutiva
• configurazioni laminate
• deformabilità tagliante
• non linearità costitutiva
(bimodularità fiber-based)
• contatto unilatero
1D
Teorie di trave
p
Teorie di piastre
2D
b
Non linearità microstrutturali
costitutive e geometriche
fibre con crimp o
configurazione curva
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UNIROMA2 U.R.1
GIUNZIONI BULLONATE IN FRP
Modellazione numerica via
formulazioni 3D FEM non commerciali
• condizioni unilatere bullone-piastra
• non linearità costitutive
• regimi di grandi spostamenti/deformazioni
tools parametrici
Criteri di crisi implementati
- Tsai-Wu (7 parametri)
- Christensen (5 parametri)
- Hashin (6 parametri)
• geometria della giunzione
• orientazione delle fibre
• carico
• proprietà materiali
Previsione comparata di indici di rischio in grado di
predire la modalità di fallimento della giunzione (per
rifollamento, strappo, taglio)
RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI
INGEGNERIA SISMICA
GIUNZIONI BULLONATE IN FRP
x
Valutazione numerica delle
prestazioni di giunzioni
bullonate in FRP che
coinvolgono l’uso di fibre curve
σx [Pa]
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2° Workshop di Coordinamento
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
Principali attività svolte nel 2°anno
Tema D
Pultrusi di FRP per la
messa in opera di
strutture provvisionali
di puntellamento o
realizzate per lo
svolgimento di attività
essenziali legate alla
protezione civile
D2. Metodi di calcolo
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2° Workshop di Coordinamento
UNIFE
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
TEMATICHE TRATTATE
Modellazione numerica:
a) del comportamento dinamico di strutture intelaiate in FRP con nodi semirigidi;
b) dei fenomeni di instabilità dell’equilibrio e comportamento post-critico di profili
pultrusi compressi o inflessi;
c) di problemi di interfaccia di elementi monodimensionali vincolati ad un
semispazio elastico, con analisi delle singolarità nella distribuzione degli sforzi.
Identificazione sperimentale:
d) delle caratteristiche meccaniche dei profili tramite prove statiche di flessione;
e) dello sforzo assiale nelle aste di strutture reticolari tramite prove vibrazionali.
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UNIFE
Compressione assiale SLU
VS
- I profili ad ali strette, in cui
l’instabilità locale è governata
dall’anima, possono avere
migliori performance di profili
ad ali larghe di pari area (vedi
figura).
- Il carico ultimo è governato
più dall’ampiezza che dalla
forma dell’imperfezione
iniziale.
- Le ampiezze di imperfezione
riportate dai produttori
possono condurre ad un
comportamento post-critico
instabile. Occorre quindi un
controllo accurato in fase di
produzione.
Altezza della colonna
× 100 7.0
I, red.
WF, red.
I
WF
6.0
ERW
5.0
P u (kN)
Analisi post-critica di
colonne pultruse
SSW
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0 4.0
5.0
6.0
7.0 L8.0
(m)
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Identificazione
sperimentale delle
rigidezze flesso-taglianti
dei profili
- Ricavati per via analitica gli
intervalli di confidenza di EJ e
GA in funzione degli errori di
misura su carichi e
spostamenti.
- Proposta una configurazione
di prova a 4 punti con i carichi
applicati alle sezioni di
estremità (vedi figura): basso
coefficiente di variazione di
GA.
- Accurata stima del modulo
Geff una volta definito con
precisione il fattore di taglio.
UNIFE
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2° Workshop di Coordinamento
UNIFE
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
PUBBLICAZIONI
[1] Laudiero F., Minghini F., Ponara N., Tullini N. (2012). Buckling resistance of
pultruded FRP profiles under pure compression or uniform bending – numerical
simulation. 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, CICE
2012, June 13-15, 2012, Rome.
[2] Laudiero F., Minghini F., Tullini N. (2012). Finite element buckling and
postbuckling analysis of pultruded FRP I-section columns. 15th European Conference
on Composite Materials, ECCM 2012, June 24-28, 2012, Venice.
[3] Tullini N., Tralli A., Lanzoni L. (2012). Interfacial shear stress analysis of bar and
thin film bonded to 2D elastic substrate using a coupled FE-BIE method. Finite
Elements in Analysis and Design Vol. 55, pp 42-51.
[4] Minghini F., Tullini N., Laudiero F. (2012). Full-section properties of pultruded FRP
profiles using bending tests. 6th International Conference on FRP Composites in Civil
Engineering, CICE 2012, June 13-15, 2012, Rome.
[5] Rebecchi G., Tullini N., Laudiero F. (2011). Identificazione dello sforzo normale in
elementi strutturali mediante prove dinamiche. XIV Convegno Nazionale "L'ingegneria
sismica in Italia", ANIDIS 2011, Bari, 18-22 Settembre 2011, su CD.
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2° Workshop di Coordinamento
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Principali attività svolte nel 2°anno
Tema E
Nuovi calcestruzzi
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
Key choices
9 an original structural element made of r/c was selected thinking to
connection beams of shear walls which are crucial elements in seismic
resistance
9 a minimum reinforcement was introduced to emphasize the contribution
of retrofitting layers
9 2 material solution investigated: TRM and UHPFRC
9 the retrofitting layer thickness for each material was chosen on the
basis of a supposed similar contribution in uniaxial tension
tUHPFRC ·ft,UHPFRC = tTRM ft,TRM
20 mm · 7.5 Mpa ≅ 6 mm · 25 MPa
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POLIMI U.R.2
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DEWS test to evaluate retrofitting effectiveness in tension
3 different initial damage of R/C structure:
-w = 0 – uncracked
-w= 0.3 mm – SLS
-w= 3mm – ULS
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POLIMI U.R.2
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Retrofitting layer – substrate bond: the influence of shrinkage
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POLIMI U.R.2
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
Retrofitting effectiveness in tension: DEWS test results
w = 0 – uncracked
w = 0.3mm – SLS
w = 3mm – ULS
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POLIMI U.R.2
Copling beams: numerical model validation
Traditional
concrete
Crush crack model
Timoshenko Beam
Crush crack model:
not suitable for cyclic
loading!
Computationally
expansive
HPFRC
Numerical model with monotonic load
FE discretization Castem 2000
Applied load
Considering residual strength
in compression
Experimental results by: Canbolat, B. A.; Parra-Montesinos, G. J.; Wight, J .K.: Experimental Study on Seismic Behavior of HighPerformance Fiber-Reinforced Cement Composite Coupling Beams, ACI Structural Journal, Jan.-Feb. 2004, 159-166.
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Application of HPFRCC layer on Coupling Beams
Retrofitting arrangements
fFtu
3φ10
Unfavorable – fTtu=1.8 N/mm2
Tensile consitutive law of
HPFRC
450x300x100 mm
Scaling ratio with respect
to true scale 1:2
Favorable –
fTtu= 7.11 N/mm2
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UNIBS
Use of HPSFRM fiber reinforced mortar to improve the
seismic resistance or to repair URM building after seismic
events
Application of thin layers of SFRM
Umbria earthquake, 1997
(courtesy of Prof. Miha Tomaževič)
SFRM properties
- Composition : Pre-mixed mortar containing nanoparticles of Calcium Aluminates.
- Compressive (cubic) strength = 50MPa
- Flexural strength = 7.5MPa
- Elastic modulus = 33000MPa
- Volume fraction of High Strength hooked-end
Steel fibers:
Vf= 0.8% (~60kg/m3);
Fiber Length = 15mm;
Fiber Aspect ratio = 38.
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UNIBS
URM masonry walls subjected to quasi-static
cyclic loads
Cantilever shear walls (LxHxt) of
3x2x0.23m3
Not strengthened specimen
( wall “MW” )
Vertical load =250kN
Horizontal
Load
Specimen strengthened with 25mm
thick layers of SFRM
( wall “MW-HPSFRM” )
Testing rig set-up
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UNIBS
URM masonry walls subjected to quasi-static
cyclic loads
Lateral load – top deflection response
Load – deflection envelopes
+30%
Stiffness
increment =1.8
Wall “MW-HPSFRM” :
flexure “rocking”
mechanism
Wall “MW” : flexureshear failure mechanism
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Disturbed Stress Field Model (DSFM) for
Unreinforced Masonry
UNIBS
Implementation of the model in the finite element
program VecTor2 (University of Toronto)
Real test…
Analytical
Model
formulation
Future research
1. Further cyclic tests on full scale masonry walls will be
…numerical simulation
performed to improve and optimize the coating-based strengthening.
2. SFRM coating will be applied on a full scale building to assess the structural
performance of the proposed technique.
3. Compression cyclic tests on small masonry specimens will be carried to improve the
current data provided by the literature about the cyclic behavior of URM.
4. Further efforts will be performed to complete the analytical model for simulating the
cyclic behavior of masonry. Shall be carried together with the University of Toronto.
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UNIROMA2 U.R.2
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
OBIETTIVI DELLA RICERCA
• ANNO
I:
caratterizzazione
di
calcestruzzi
fibrorinforzati ad elevate prestazioni, da utilizzare come
rinforzo di strutture civili in ambito sismico. In
particolare, tale materiale è caratterizzato con prove a
compressione e trazione uniassiale e da prove di
aderenza tra calcestruzzo nuovo e vecchio.
• ANNO II: valutazione dell’efficacia di questo
materiale come camicia di rinforzo di elementi
semplici, tipo trave-pilastro, con particolare
riferimento alla valutazione della duttilità di queste
strutture, tramite modelli analitico-numerici.
• ANNO III : studio di strutture civili, quali edifici o pile da ponte,
rinforzati con camicie in calcestruzzo fibrorinforzato ad elevate
prestazioni. In particolare lo studio sarà rivolto alla determinazione
di regole progettuali per tali interventi di miglioramento ed
adeguamento sismico.
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UNIROMA2 U.R.2
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ELEMENTI TRAVE-PILASTRO RINFORZATI
ANALISI SEZIONALE
Sezione con e senza rinforzo
Domini M-N
Diagrammi Momento-Curvatura
ANALISI NON LINEARE:METODO DELLA SEZIONE EQUIVALENTE
La modellazione
non lineare di
elementi rinforzati con camicie in
HPFRC è affrontata attraverso la
definizione di una sezione in c.a.
equivalente. Tale procedura permette
l’implementazione
di
strutture
rinforzate con HPFRC sui moderni
software di calcolo automatico.
Determinazione della sezione equivalente.
Confronto diagramma M-f
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2° Workshop di Coordinamento
UNIROMA2 U.R.2
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
ELEMENTI TRAVE-PILASTRO RINFORZATI
VALIDAZIONE DEL METODO DELLA “SEZIONE EQUIVALENTE”: CONFRONTI ANALITICI-NUMERICI
Modello Trave
Modello Pilastro
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2° Workshop di Coordinamento
UNIROMA2 U.R.2
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Bologna, 10-11 Settembre 2012
ELEMENTI TRAVE-PILASTRO RINFORZATI
APPLICAZIONE TELAIO 3D: ANALISI NON LINEARE TIPO PUSHOVER
Travi non rinforzate
SAP 2000
Pilastri rinforzati
SVILUPPI FUTURI (III Anno di ricerca)
• Analisi dinamiche su strutture più complesse, quali edifici esistenti e ponti.
• Determinazione di un fattore di struttura per queste tipologie di strutture esistenti in c.a. rinforzate con
camicie in HPFRC.
• Definizione di specifiche regole di progettazione per gli interventi di adeguamento e rinforzo.
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UNIBG
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RINFORZO DI NODI TRAVE-PILASTRO D’ANGOLO CON INCAMICIATURA IN
HPFRC
ATTIVITA’ SPERIMENTALE:
•Prove cicliche su campioni di nodi trave-pilastro d’angolo in scala reale
•Campioni NON RINFORZATI rappresentativi del nodo d’angolo del primo livello
di un edificio degli anni ’60-’70:
• barre d’armatura lisce dotate di sagomatura terminale a uncino
• assenza di staffe nella regione nodale
•Geometria e armatura dei campioni corretta sulla base dei risultati di simulazioni
numeriche per pilotare la modalità di collasso
•CAMPIONI RINFORZATI con incamiciatura in HPFRC
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2° Workshop di Coordinamento
Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
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CAMPIONI E BANCO DI PROVA
Armatura dei campioni di prova
Set-up di prova:
•Combinazione dei carichi statici di
esercizio: azione assiale sul pilastro,
momento sulla trave secondaria e taglio e
momento sulla trave principale
•Applicazione di cicli di spostamento di
ampiezza crescente
UNIBG
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Progetto ReLUIS-DPC 2010-2013
Bologna, 10-11 Settembre 2012
-105 -90 -75 -60 -45 -30 -15
RISULTATI SPERIMENTALI
• Necessità di un intervento di rinforzo allo
scopo di spostare il meccanismo da
collasso fragile per taglio nel nodo a
collasso duttile per flessione nella trave
Ö INCAMICIATURA IN HPFRC
15
Horizontal load [kN]
40
20
45
60
75
90 105
Displacement [mm]
Specimen CJ1
Campioni
non
Specimen CJ2
rinforzati
30
30
10
0
-10
-20
-30
Drift [%]
-40
-3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0
0.5
1.0
1.5 2.0
-210 -180 -150 -120 -90 -60 -30
30
60
90 120 150 180 210
0
50
Horizontal load [kN]
• Elevata vulnerabilità dei nodi travepilastro d’angolo di strutture realizzate
secondo la pratica costruttiva precedente
agli anni ’70
• Collasso per taglio del pannello
nodale
• Scorrimento delle barre d’armatura
longitudinali
• Spinte degli ancoraggi ad uncino
delle barre d’armatura
0
40
30
20
10
Specimen CJ1
Campioni
rinforzati
Specimen
CJ2 in
con
camicia
HPFRC
2.5
3.0
3.5
Displacement [mm]
0
-10
-20
-30
-40
Drift [%]
-50
-7.0 -6.0 -5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
6.0 7.0