Introduzione
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Introduzione:
La progettazione antisismica vuole indirizzare alla realizzazione di costruzioni sicure quando sono soggette ai terremoti. La sicurezza si raggiunge quando la struttura è in grado di resistere alla scossa sismica il tempo necessario per mettere al riparo le persone che utilizzano la costruzione. Al concetto di resistenza di una resistenza di una struttura è associato il concetto di non danneggiamento della costruzione. Una struttura è danneggiata quando crolla in tutto od in parte, oppure subisce delle deformazioni tali da renderla inutilizzabile. Questa associazione fra resistenza e non danneggiamento è sicuramente da applicarsi alle azioni di tipo gravitazionale: peso proprio, pesi permanenti; od ambientali:
neve, vento, temperatura. Per l’azione sismica questa associazione può portare alla realizzazione di costruzioni eccessivamente onerose dal punto di vista economico.
Ammettere che una struttura non si danneggi, significa far lavorare i materiali i materiali e gli elementi strutturali in campo elastico, ovvero la legge che lega le forze resistenti e gli spostamenti è lineare. Lo sviluppo scientifico sul comportamento meccanico dei materiali, assieme allo sviluppo tecnologico dell’assemblamento dei materiali in elementi strutturali, ha condotto a nuovi modelli di comportamento. Questi modelli sfruttano la capacità di deformazione plastica dei materiali in elementi strutturali, ottenendo un comportamento come quello rappresentato in figura, in cui c’è un tratto di comportamento elastico fino ad
Spostamento Spostamento
Forza resistente Forza resistente
Comportamento Elastico
Comportamento Elasto - Plastico
fig. 1: Comportamento elastico ed elasto-plastico delle strutture
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un valore di resistenza, poi raggiunta la resistenza massima la struttura è capace di deformarsi a carico costante.
Molte costruzioni possono essere schematizzate con uno schema a telaio, composta da travi e pilastri connessi tra di loro. Nelle strutture intelaiate, per analizzare il comportamento in campo inelastico, si introducono le cerniere plastiche, le quali non sono dei dispositivi meccanici, ma uno schema teorico che vuole rappresentare il modo di reagire degli elementi strutturali alle sollecitazioni.
Con le cerniere plastiche si concentra la deformazione inelastica degli elementi strutturali in un punto.
I modelli di calcolo che si sono sviluppati per studiare il comportamento sismico di una struttura si basano sullo studio reologico dei materiali sia nel caso di azione statica sia nel caso di azione ciclica; sulla tecnologia con cui si assemblano i materiali per formare gli elementi strutturali; e da tecniche di risoluzione numeriche: con l’ausilio dei computer e software è possibile eseguire analisi in cui si può simulare l’evoluzione della formazione delle cerniere plastiche in un telaio.
I primi modelli di calcolo di strutture intelaiate consideravano le varie aste collegate con nodi di continuità rigidi. Tali modelli vanno bene per l’analisi elastica
lineare.
Per studiare il comportamento inelastico di un telaio, si cominciò ad introdurre alle estremità delle aste, delle molle rotazionali non elastiche. Queste molle sono uno schema di comportamento teorico che assegna una legge fra momento e rotazione del tipo di figura 2.
Dapprima si sono fatti studi sperimentali per capire come la plasticizzazione da tensioni normali indotte da sollecitazioni flettenti influivano sulla legge di comportamento della molla rotazionale.
Lo studio è proseguito indagando sull’influenza dello sforzo normale e del taglio nella legge M-θ.
Al fine di sviluppare modelli di calcolo più accurati, non era più sufficiente indagare sulla capacità di deformazione plastica delle sezioni, ma occorreva rimuovere
M
θ
fig. 2: Legame fra momento e rotazione
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l’ipotesi di nodo rigido ed indagare sulle sue capacità di deformazione e di resistenza.
Lo scopo di questa tesi è quello di studiare e capire cosa accade alla connessione trave pilastro in telai in cemento armato che durante l’azione sismica è soggetto a carichi flettenti ciclici, e proporre un modello teorico capace di descriverne il comportamento.
Tale studio si svolge sull’analisi di dati sperimentali, ottenuti dalla campagna di laboratorio su provini di forma cruciforme, con dimensioni al vero, che vogliono rappresentare un nodo trave-pilastro di un telaio in cemento armato, svolta presso il Dipartimento d’Ingegneria Strutturale della Facoltà d’Ingegneria di Pisa.
Oltre all’analisi dei dati sperimentali, è stata eseguita una ricerca nella letteratura tecnica sia sul comportamento dei nodi trave-colonna sia sul meccanismo d’aderenza delle barre al calcestruzzo. La ricerca su studi precedenti ha evidenziato come gli scorrimenti relativi fra barre ed il calcestruzzo che le avvolge, conducono ad una degradazione della rigidezza flessionale della sezione d’interfaccia fra trave e pilastro, aumentando così la rotazione relativa fra trave e pilastro nonché la deformabilità dell’intera struttura.
