Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e...
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Note sulla ricerca
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Principali temi della ricerca attuale
2
1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici
3. Verifica di resistenza di colonne in c.a. soggette a sforzo normale, momento flettente e taglio
2. Regole applicative per controbilanciare gli effetti P- in sistemi mono e multipiano sottosposti ad azione sismica
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Sistemi con controventi eccentrici
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Strutture controventate Controventi eccentrici
Il sistema è controventato con diagonali che non convergono (ad entrambe le estremità) in un nodo trave colonna o in un punto in cui converge un’altra diagonale.
Caso 1 Caso 2 Caso 3
Le intersezioni delle diagonali con la trave individuano conci denominati Link
4
Caso 4
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Strutture controventate Controventi concentrici
Controventi eccentrici nella tipologia a K
Controventi eccentrici nella tipologia a D
5
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Strutture controventate Controventi concentrici
Edificio con controventi eccentrici
6
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7
Origine della ricercaRiflessioni di altri autori ed indicazioni di normativa
Negli anni ’70 gli EBFs sono stati indicati quali elementi base di una tipologia strutturale idonea a soddisfare in edifici di media o elevata altezza i differenti obiettivi prestazionali della moderna ingegneria sismica. (Roeder e Popov, 1978)
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8
Obiettivi di progetto(Eurocodice 8, 2003)
LIVELLO DI CARICO
LIVELLI DI PRESTAZIONE
SISMI DI MODERATA INTENSITÀ
LIMITATO DANNEGGIAMENTO
SISMI DI ELEVATA INTENSITÀ
NON COLLASSO
RIGIDEZZA
RESISTENZA
DUTTILITÀ
RESISTENZAPROPRIETÀ RICHIESTE
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9
Rigidezza
Capacitàdissipativa
Tipologie strutturaliTelai in acciaio
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10
Origine della ricercaRiflessioni di altri autori ed indicazioni di normativa
Le prime analisi statiche applicate a sistemi monopiano o multipiano hanno evidenziato le notevoli capacità dissipative della tipologia in esame. (Hjelmstad e Popov, 1983)
Successive analisi dinamiche non lineari hanno sottolineato l’elevata sensibilità della risposta sismica alle caratteristiche dinamiche del segnale accelerometrico e meccaniche dell’acciaio. (Popov et al., 1989; Foutch, 1989)
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11
Altri ricercatori propongono strutture con controventi eccentrici e pendoli verticali che collegano le estremità corrispondenti di link di piani contigui. (Ricles e Bolin, 1991)
Alcuni ricercatori sostengono la necessità di una corretta distribuzione delle sovraresistenze dei link lungo l’altezza dell’edificio (ovvero del rapporto tra la resistenza plastica dei link e la sollecitazione di progetto ottenuta mediante analisi modale con spettro di risposta). (Popov et al. 1992, Kasai e Han 1997)
Origine della ricercaRiflessioni di altri autori ed indicazioni di normativa
Al fine di migliorare il comportamento dei sistemi con controventi eccentrici:
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Tipologia a K
Configurazione geometrica
del telaio con controventi eccentriciVantaggi:
Il link non presenta collegamenti alle estremità perché è parte della trave che si estende tra le colonne di estremità della campata controventata.
e
L
M
V
N
link
Svantaggi:
Richiede lunghezze non piccole della campata controventata.
12
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Configurazione geometrica
del telaio con controventi eccentrici
e
L
M
V
N
linkTipologia a D
Vantaggi:
Non sono richieste lunghezze elevate della campata controventata.
Svantaggi:
Il link e’ soggetto anche a sforzo normale.
Il collegamento del link alla colonna rappresenta il punto debole nel meccanismo resistente del link. 13
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Caratteristiche della sollecitazione nei link
H
hd
M1 M2
VV
M2
M1
V
Le caratteristiche della sollecitazione sforzo di taglio e momento flettente sono collegate da una relazione di equilibrio alla rotazione
1 2M MV
e
In particolare, nella tipologia a K(se sono assenti o si trascurano i momenti flettenti da carichi verticali)la suddetta relazione si semplifica nella seguente:
2MV
e
14
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Sollecitazioni plastiche dei link
Per comprendere se il link si plasticizza per taglio o per flessione può essere utile confrontare
i rapporti tra i valori resistenti dello sforzo di taglio e del momento flettente e i valori delle corrispondenti caratteristiche di sollecitazione.
Se :
il link si plasticizza per taglio
il link si plasticizza contemporaneamente per taglio e per flessione
il link si plasticizza per flessione
, ,pl Rd pl Rd
Ed Ed
V M
V M
, ,pl Rd pl Rd
Ed Ed
V M
V M
, ,pl Rd pl Rd
Ed Ed
V M
V M
15
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Sollecitazioni plastiche dei link
Stante la relazione di equilibrio tra momento flettente e sforzo di taglio :
si ha :
, ,2pl Rd pl Rd
Ed Ed
V M
V e V ,
,
2pl Rd
pl Rd
eV
M
2MV
e
,
,
2pl Rd
pl Rd
eV
M
,
,
2pl Rd
pl Rd
eV
M
, ,pl Rd pl Rd
Ed Ed
V M
V M
, ,pl Rd pl Rd
Ed Ed
V M
V M
, ,pl Rd pl Rd
Ed Ed
V M
V M
16
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Sollecitazioni plastiche dei link
La sperimentazione ha mostrato che :
• Il valore delle caratteristiche della sollecitazione corrispondenti alla piena plasticizzazione della sezione e’ influenzato in modo trascurabile dall’interazione tra il taglio e il momento flettente,
,y pl RdV V ,
2pl Rd
y
e VM
,y pl RdM M,2 pl Rdy
MV
e
,
,
2pl Rd
pl Rd
eV
M
,
,
2pl Rd
pl Rd
eV
M
se
se
e
e
ovvero :
17
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0.0
0.5
1.0
1.5
0.00 0.50 1.00 1.50 M/Mp
V/Vp
dominio plastico
2p
p
eV
M
Sollecitazioni plastiche dei linkDominio plastico
18
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Resistenza plastica di normativa
19
Per le sezioni ad I, in assenza di sollecitazione assiale:
ypl,Rd ffM f b t h t
In presenza di NEd >15% Npl,Rd nel link va tenuta opportunamente in conto la riduzione della resistenza plastica a taglio, Vpl,Rd, e flessione, Mpl,Rd.
b
h
b
h
3y
wpl,Rd f
fV t h t
3yf
yfVpl
Mpl
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Sollecitazioni ultime
La sperimentazione ha mostrato che :
• il taglio ultimo dei link in cui il comportamento inelastico e’ governato dal taglioe’ pari a circa 1.5 volte il taglio plastico.
• il momento ultimo dei link in cui il comportamento inelastico e’ governato dal momentoe’ pari a circa 1.5 volte il momento plastico.
1.5u plV V
1.5u plM M
La resistenza ultima dei link, a causa di diversi effetti, quali l’incrudimento, la partecipazione della soletta dell’impalcato e l’aleatorietà della tensione di snervamento, è maggiore dei valori di plasticizzazione.
20
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Sollecitazioni ultime
,
, ,
1.5 2pl Rdu
pl Rd pl Rd
eVe V
M M
,
,
21.33
1.5pl Rd
pl Rd
eV
M
21
Il fatto che un link si plasticizzi per taglio non assicura che il link non presenti una plasticizzione per flessione prima di pervenire a rottura. La lunghezza meccanica al di sotto della quale il link non presenta plasticiz. per flessione può essere ricavato imponendo che a rottura il momento flettente in equilibrio con il taglio ultimo sia pari a Mpl,Rd.
hd
Mp,Rd Mp,R
d
Vu
Vu
e
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Sollecitazioni ultime
, ,
,
21.5
pl Rd pl Rd
u pl Rd
e V e V
M M
,
,
2 1.5 3pl Rd
pl Rd
eV
M
Analogamente, il fatto che un link si plasticizzi prima per flessione non assicura che il link non presenti una plasticizzione per taglio prima di pervenire a rottura.
La lunghezza meccanica al di sopra della quale il link non presenta plasticiz. per taglio può essere ricavato imponendo che a rottura il taglio in equilibrio con il momento flettente ultimo sia pari a Vpl,Rd.
22
hd
Mu Mu
Vpl,RdVpl,Rd
e
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Dominio plastico e ultimo dei link
0.0
0.5
1.0
1.5
0.00 0.50 1.00 1.50 M/Mp
V/Vp dominio ultimo
dominio plastico
2p
p
eV
M
23
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Tale classificazione è bene interpretata
dal parametro:
In funzione del comportamento plastico i link sono generalmente suddivisi dalle normative nelle seguenti classi:
• CORTI
• INTERMEDI
• LUNGHI
PLASTICIZZAZIONETAGLIO E FLESSIONE
PLASTICIZZAZIONETAGLIO
PLASTICIZZAZIONEFLESSIONE
p
p
M
eV
Classificazione meccanica dei link
24
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Classificazione meccanica di normativa
,
, ,
1.52
1.2 1.2pl Rdu
pl Rd pl Rd
Ve Ve
M M ,
,
2 1.21.6
1.5pl Rd
pl Rd
eV
M
Nell’identificare il valore della lunghezza meccanica che separa i link corti da quelli intermedi, le normative considerano che, in corrispondenza della rottura del link, si possa sviluppare un momento pari a 1.2 Mpl,Rd.
Il valore della lunghezza meccanica che separa i link corti da quelli intermedi si ricava pertanto dalle seguenti relazioni:
D.M. 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni 25
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Classificazione meccanica di normativaIn relazione alla lunghezza “e” del link, se i momenti di estremità sono eguali, si adotta la classificazione seguente:
dove
Mpl,Rd è la resistenza flessionale di progetto del link
Vpl,Rd é la resistenza a taglio di progetto del link
,
,
1.6 pl Rd
pl Rd
Me
V
, ,
, ,
1.6 3pl Rd pl Rd
pl Rd pl Rd
M Me
V V
,
,
3 pl Rd
pl Rd
Me
V
Link corti
Link intermedi
Link lunghi
D.M. 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni 26
![Page 27: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/27.jpg)
Classificazione meccanica di normativaIn modo più generale (ovvero se i momenti alle estremità del link non sono eguali), si può adottare la classificazione seguente:
dove
Mpl,Rd è la resistenza flessionale di progetto del link
Vpl,Rd é la resistenza a taglio di progetto del link
è il rapporto tra il minore ed il maggiore dei momenti flettenti attesi alle due estremità del link
,
,
0.8 1 pl Rd
pl Rd
Me
V
, ,
, ,
0.8 1 1.5 1pl Rd pl Rd
pl Rd pl Rd
M Me
V V
,
,
1.5 1 l Rd
l Rd
Me
V
Link corti
Link intermedi
Link lunghi
D.M. 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni 27
![Page 28: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/28.jpg)
Capacità rotazionale di normativa
u = p+ p
0
0.03
0.09
1.0 2.0 3.0
LINKCORTI
LINKINTERMEDI
LINKLUNGHI
u
(rad)
e Vp/Mp
(1.6; 0.08)
(3.0; 0.02)
D.M. 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni 28
![Page 29: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/29.jpg)
Irrigidimenti dei link corti
tratto da: Hjelmstad e Popov. Seismic behavior of active beam links in eccentrically braced frames. EERC 83-15
Link corto senza irrigidimenti trasversali
Link corto con irrigidimenti trasversali
Spostamento (inch) Spostamento (inch)
Tag
lio (
k)
Tag
lio (
k)
29
![Page 30: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/30.jpg)
Tag
lio (
k)
Tag
lio (
k)
Irrigidimenti dei link lunghi
tratto da: Hjelmstad e Popov. Seismic behavior of active beam links in eccentrically braced frames. EERC 83-15
Link lungo senza irrigidimenti trasversali
Link lungo con irrigidimenti trasversali
Spostamento (inch) Spostamento (inch)
30
![Page 31: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/31.jpg)
Sovraresistenza dei link
I coefficienti dei link sono definiti secondo le formule seguenti:
dove :
Mpl,Rd è il momento resistente del link
Vpl,Rd sono il taglio resistente del link
MEd è il momento di calcolo ottenuto dalla combinazione sismica
VEd è il taglio di calcolo ottenuto dalla combinazione sismica.
, , ,1.50i pl Rd i Ed iM M link lunghi e intermedi
, , ,1.50i pl Rd i Ed iV V link corti
D.M. 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni
.. 1.50 ???
31
![Page 32: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/32.jpg)
Sovraresistenza limite dei link
Per garantire un comportamento dissipativo omogeneo dei link all’interno della struttura, i coefficienti di sovraresistenza calcolati per tutti i link, devono differire tra il massimo ed il minimo di non più del 25%:
D.M. 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni
max
min
1.25
32
![Page 33: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/33.jpg)
Progetto degli altri elementi
Le membrature che non contengono gli elementi di connessione devono essere verificate in modo simile a quanto indicato per i sistemi controventati concentrici, ovvero …
D.M. 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni
…. travi e colonne considerate soggette prevalentemente a sforzi assiali in condizioni di sviluppo del meccanismo dissipativo previsto per tale tipo di struttura devono rispettare la condizione
,
1( )Ed
pl Rd Ed
N
N M
Npl,Rd è la resistenza nei confronti dell’instabilità, tenendo conto dell’interazione con il valore di progetto del momento flettente MEd.
in cui
NEd è il valore di progetto dello sforzo normale del controvento,
ovvero , ,1.1Ed Ed G Rd Ed EN N N
33
MEd ?
![Page 34: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/34.jpg)
Progetto degli altri elementiNote sulle prescrizioni della normativa
L’applicazione della relazione
, ,, 1.1Rd Ed Ed Ed G Rd Ed EN M V N N
a sistemi con link lunghi o a sistemi caratterizzati da sovraresistenze dei link abbastanza disperse non garantisce il rispetto dei principi base del capacity design.
34
![Page 35: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/35.jpg)
Sistemi con controventi
eccentrici e pendoli verticali
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Strutture con pendoli verticaliCaratteristiche geometriche e comportamentali
Caratteristiche geometriche
I pendoli verticali collegano gli estremi corrispondenti di link di piani contingui
Schema di telaio con controventi eccentrici
e pendoli verticali
I pendoli verticali vincolano i link dei vari piani ad aver gli stessi spostamenti verticali (a meno delle deformazioni assiali dei pendoli)
Funzione dei pendoli
36
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1. La rigidezza laterale di piano, a differenza del telaio con controventi eccentrici tradizionali, è solo lievemente influenzata dalla rigidezza dei link.
La plasticizzazione dei link rende poco probabile la concentrazione di elevate deformazioni plastiche.
CONSEGUENZA
h
Q
1
L
h
1
Q’
L
V V
M M0M 0M
Strutture con pendoli verticaliCaratteristiche comportamentali
37
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2. La rigidezza laterale globale mostra importanti decrementi al plasticizzarsi dei link.
La progressiva plasticizzazione dei link rende la risposta in termini di spostamenti sempre più governata dal moto “rigido” delle due sottostrutture controventate.
CONSEGUENZA
L
H
1
Q
VL
Strutture con pendoli verticaliCaratteristiche comportamentali
38
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Strutture con pendoli verticali
Caratteristiche comportamentali
• Elevata rigidezza laterale
• Elevata iperstaticità
• Elevata capacità di ridistribuzione plastica
Schema di telaio con controventi eccentrici
e pendoli verticali 39
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Principali risultati della ricerca del
passato
![Page 41: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/41.jpg)
Controventi eccentrici e pendoliProgettazione e comportamento sismico
41
E’ stata proposta una procedura di progetto per sistemi con controventi eccentrici e pendoli verticali
P.P.Rossi : A design procedure for tied braced framesEarthquake Engineering and Structural Dynamics, John Wiley & Sons, 36, pp.2227-2248, 2007
![Page 42: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/42.jpg)
Controventi eccentrici e pendoliProgettazione e comportamento sismico
42
L’applicazione della procedura proposta a sistemi con differentiproprietà dinamiche e meccaniche evidenzia un comportamento ultimo sempre pressoché ottimale.
La risposta sismica a collasso è caratterizzata da meccanismi di collasso globali e da distribuzioni pressoché uniformi delle deformazioni plastiche normalizzate dei link.
La presenza dei pendoli verticali in telai a controventi eccentrici evita importanti e rapidi riduzioni della rigidezza laterale di piano all’atto della plasticizzazione dei link.
Sistemi progettati in ossequio ai principi del capacity design hanno la Sistemi progettati in ossequio ai principi del capacity design hanno la capacità di coinvolgere i link di tutti i piani nel comportamento capacità di coinvolgere i link di tutti i piani nel comportamento inelastico globale prima che sia attinto il collasso strutturale.inelastico globale prima che sia attinto il collasso strutturale.
Il comportamento sismico, a differenza degli EBF, è indipendente Il comportamento sismico, a differenza degli EBF, è indipendente dalla distribuzione in elevazione del fattore di sovraresistenza dei link.dalla distribuzione in elevazione del fattore di sovraresistenza dei link.
![Page 43: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/43.jpg)
Controventi eccentrici e pendoliProgettazione e comportamento sismico
43
Gli spostamenti corrispondenti al collasso dei TBF sono stimati con precisione grazie ad un metodo basato sulla valutazione delle deformazioni elastiche ed inelastiche del sistema.
Il metodo sembra essere affidabile e, particolarmente in strutture medio-alte con link lunghi, più preciso di quello semplificato basato sulla considerazione delle sole deformazioni plastiche dei link.
I valori massimi delle sollecitazioni negli elementi destinati a rimanere in campo elastico sino a rottura dei link sono affidabilmente valutate attraverso semplici equazioni.
Tali equazioni richiedono solamente la conoscenza dei principali Tali equazioni richiedono solamente la conoscenza dei principali parametri del comportamento meccanico e dinamico delle strutture e le parametri del comportamento meccanico e dinamico delle strutture e le principali caratteristiche dell’input sismico di progetto. principali caratteristiche dell’input sismico di progetto.
![Page 44: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/44.jpg)
Controventi eccentrici e pendoliProgettazione e comportamento sismico
44
E’ stata investigata la risposta sismica di sistemi con controventi eccentrici al fine di individuare
le ragioni del loro comportamento
P.P.Rossi, A.Lombardo :Influence of the link overstrength factor on the seismic behaviour of eccentrically braced framesJournal of Constructional Steel Research, Elsevier Science Ltd, 63, pp.1529-1545, 2007
![Page 45: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/45.jpg)
Controventi eccentrici e pendoliProgettazione e comportamento sismico
45
I fattori di sovraresistenza dei link influenzano notevolmente la I fattori di sovraresistenza dei link influenzano notevolmente la risposta sismica dei sistemi con controventi eccentrici tradizionali.risposta sismica dei sistemi con controventi eccentrici tradizionali.
Elevate dispersioni della sovraresistenza normalizzata dei link Elevate dispersioni della sovraresistenza normalizzata dei link conducono a configurazioni di collasso caratterizzate da deformazioni conducono a configurazioni di collasso caratterizzate da deformazioni plastiche concentrate in pochi piani.plastiche concentrate in pochi piani.
La riduzione del massimo fattore di sovraresistenza normalizzata dei link La riduzione del massimo fattore di sovraresistenza normalizzata dei link influenza positivamente il comportamento sismico delle strutture con influenza positivamente il comportamento sismico delle strutture con controventi eccentricicontroventi eccentrici
La limitazione delle sovraresistenze normalizzate dei link al valore consigliato dall’Eurocodice 8 non sempre conduce al comportamento sismico atteso.
In sistemi di media o elevata altezza, invece, il comportamento sismico è spesso caratterizzato da valori modesti dell’impegno plastico medio dei link e da fattori di struttura inferiori ai valori suggeriti dalla normativa europea così come da normative americane.
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Controventi eccentriciComportamento sismico
0.00
0.25
0.50
0.75
0.00 1.00 2.00 3.00
Rm
S
4 piani
8 piani
12 piani
16 piani
20 piani
Triangolo=Strutture eccentriche con pendoli verticali
Cerchio=Strutture eccentriche tradizionali
Rapporto tra valore massimo e minimo della sovraresistenza dei link della struttura
Valore medio delle massime rotazioni plastiche normalizzate dei link della struttura
46
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Controventi eccentriciProgettazione e comportamento sismico
47
I fattori di sovraresistenza normalizzata dei link calcolati sulla base I fattori di sovraresistenza normalizzata dei link calcolati sulla base delle sollecitazioni dell’analisi statica in edifici di media o elevata delle sollecitazioni dell’analisi statica in edifici di media o elevata altezza possono essere affetti da rilevanti errori. altezza possono essere affetti da rilevanti errori.
Speciale attenzione deve essere rivolta alla definizione di un appropriato Speciale attenzione deve essere rivolta alla definizione di un appropriato campo di applicabilità della prescrizione di progetto se si desidera un campo di applicabilità della prescrizione di progetto se si desidera un sostanziale miglioramento del comportamento sismico attraverso la sostanziale miglioramento del comportamento sismico attraverso la limitazione del fattore di sovraresistenza normalizzata dei link.limitazione del fattore di sovraresistenza normalizzata dei link.
L’aleatorietà delle resistenze e delle caratteristiche dinamiche dei sismi influenzano fortemente la risposta sismica dei sistemi.
La procedura di progetto applicata conduce al rispetto dei principidel capacity design.
I valori medi dei parametri di risposta derivanti da analisi deterministiche forniscono stime soddisfacenti di quelli ottenuti con riferimento a valori aleatori della resistenza.
![Page 48: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/48.jpg)
Controventi eccentriciProgettazione e comportamento sismico
48
Per comprendere la ragione del comportamento sismico delle strutture con controventi eccentrici
è proposto un nuovo parametro, definito fattore di capacità di distribuzione del danno.
M.Bosco, P.P.Rossi: Seismic behaviour of eccentrically braced framesEngineering Structures, Elsevier Science Ltd, 31, pp. 664-674, 2009
E’ stata definita una relazione analitica per la previsione delle rotazioni plastiche attese in funzione della sovraresistenza dei
link e del fattore di capacità di distribuzione del danno
![Page 49: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Capacità di distribuzione Capacità di distribuzione del dannodel dannoDefinizioneDefinizione
*
1
*
11
sn
jjs j i
ii
un
DDCu
Il fattore di capacità di distribuzione del danno è valutato per il singolo piano, in funzione delle richieste di spostamento d’interpiano che sono prodotte dall’azione sismica in modelli caratterizzati dalla presenza di link plasticizzati al piano in esame.
* limu u u
Le richieste di spostamento sono normalizzate rispetto ai valori ultimi degli spostamenti plastici d’interpiano al fine di considerare l’influenza della capacità di deformazione del piano sul comportamento sismico dell’edificio.
![Page 50: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/50.jpg)
Principali risultati della ricerca
50
(26)
Il fattore di capacità di distribuzione del dannoIl fattore di capacità di distribuzione del danno- è basato sul comportamento strutturale che segue la plasticizzazione dei link e è basato sul comportamento strutturale che segue la plasticizzazione dei link e
tiene conto della capacità di deformazione dei link e della ridotta rigidezza tiene conto della capacità di deformazione dei link e della ridotta rigidezza laterale del sistema in campo inelastico. laterale del sistema in campo inelastico.
- consente un sostanziale miglioramento della previsione della risposta sismica consente un sostanziale miglioramento della previsione della risposta sismica delle strutture con controventi eccentrici.delle strutture con controventi eccentrici.
![Page 51: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/51.jpg)
Principali risultati della ricerca
51
(26)
- L’espressione matematica proposta per la previsione delle L’espressione matematica proposta per la previsione delle massime rotazioni plastiche normalizzate dei link consente stime massime rotazioni plastiche normalizzate dei link consente stime apprezzabili della rotazione plastica dei link.apprezzabili della rotazione plastica dei link.
- L’analisi del fattore di distribuzione del danno in strutture con L’analisi del fattore di distribuzione del danno in strutture con proprietà geometriche e meccaniche diverse spiega la differente proprietà geometriche e meccaniche diverse spiega la differente potenzialità di strutture con controventi eccentrici tradizionali e potenzialità di strutture con controventi eccentrici tradizionali e con collegamenti verticalicon collegamenti verticali
![Page 52: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/52.jpg)
Controventi eccentriciProgettazione e comportamento sismico
52
E’ stata proposta una procedura di progetto per sistemi duali con telai a nodi rigidi e telai con controventi eccentrici.
La nuova procedura è basata sulla sovraresistenza dei link e sul fattore di capacità di distribuzione del danno.
Bosco M., Rossi P.P.: A design procedure for dual eccentrically braced systems: Analytical formulation.Journal of Constructional Steel Research, 80, pp. 440-452, 2013
Bosco M., Rossi P.P.: A design procedure for dual eccentrically braced systems: Numerical investigation. Journal of Constructional Steel Research, 80, pp. 453-464, 2013
![Page 53: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/53.jpg)
Ricerca in corso
![Page 54: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/54.jpg)
Controventi eccentriciProgettazione e comportamento sismico
54
Sono state proposte modifiche alla procedura di progetto proposta nell’Eurocodice 8 per sistemi con
controventi eccentrici.
Revisione dell’articolo in corso
Nuove formule del fattore di struttura.
Nuove formule di verifica degli elementi non destinati alla plasticizzazione (particolarmente importante per travi esterne a link di lunghezza meccanica intermedia o lunga)
Nuove formule di calcolo del fattore di sovraresistenza dei link perché siano più coerenti allo spirito dell’approccio proposto da Popov et al. nel passato e perché tengano conto dell’effetto dei carichi verticali.
Nuove formule per il calcolo degli effetti P-.
Campo di utilizzo ristretto per l’analisi statica in fase di progetto.
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Controventi eccentriciProgettazione e comportamento sismico
55
E’ in corso lo studio per una proposta di modifiche alla procedura di progetto proposta nell’Eurocodice 8 per sistemi
duali con controventi eccentrici.
![Page 56: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/56.jpg)
Controventi eccentriciProgettazione e comportamento sismico
56
E’ in corso lo studio per una proposta di modellazione dei link (sia corti che lunghi).
![Page 57: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/57.jpg)
57
L’effetto P-
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58
Campo elastico
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Schema monopianoComportamento elastico
59
V0
0 0 0V k M0=V0 h
0V0 V0
0 3
3EIk
hh
Relazione lineare tra carichi – sollecitazioni - spostamenti
![Page 60: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/60.jpg)
Schema monopianoComportamento elastico
60
P
0PV
h
V
0
P
0
h
V
P
00
0 0
0
1
11
PV h
![Page 61: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/61.jpg)
61
Campo plastico
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Schema monopianoComportamento plastico
62
V
Relazione non lineare tra carichi e spostamenti
V
MEd =MRd
V
h
MRd =Vpl h
Vpl
![Page 63: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/63.jpg)
Schema monopianoComportamento plastico
63
V
Il tratto elastico lineare ha una pendenza minore
V
h
MEd =MRd
VP P
La cerniera plastica si forma per un taglio minoreDopo la formazione della cerniera si prosegue con un tratto decrescente
![Page 64: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/64.jpg)
Schema monopianoComportamento plastico
64
• Un secondo sistema dotato di resistenza V1 e analizzato con effetti P-D.
Dati due sistemi monopiano a comportamento elastico perfettamente plastico:
• Un prima sistema dotato con resistenza V0 e analizzato senza effetti P-D.
Quale è la resistenza da dare al secondo sistema perché esso abbia uno spostamento massimo eguale a quello del primo sistema ?
![Page 65: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/65.jpg)
Schema monopianoComportamento plastico
65
ee
1
1
Il fattore di amplificazione medio αm,p è espresso attraverso la
relazione
dove αe è
m,p m,p e, , , ,C
ee
1
1
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Schema monopianoComportamento plastico
66
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 1. Dynamic mean amplification factor of SDOF systems founded on either firm or soft soil: (a) =2%; (b) =5%; (c) =10%; (d) =15%
Firm soil Soft soil
Dynamic mean amplification factor of SDOF systems founded on either firm or soft soil:(a) =2%; (b) =5%; (c) =10%; (d) =15%
(a) (b)
(c) (d)
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Schema monopianoComportamento plastico
67
(a)
(b)
EC8 Bernal ASCE/SEI
(a)
(b)
Dynamic analyses Approximate formulation
Comparison of the mean amplification factors m derived from dynamic analyses
and approximate formulations: (a) firm soil; (b) soft soil (=5%)
EC8 Bernal ASCE
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Schema monopianoComportamento plastico
68
2m,p , , 1 0.025 0.45 2.6 0.65C
Sulla base di risultati sperimentali è stata proposta una nuova espressione del fattore Cm,p
![Page 69: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/69.jpg)
Schema monopianoComportamento plastico
69
Soil B Soil D Soil E
(a)
(b)
Dynamic analyses Proposed formulation
Comparison of am derived from dynamic analyses and proposed formulations:
a) =5%, b) =15%
(a)
(b)
Soil B Soil D Soil E
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ts = 5 s ts = 10 s ts = 20 s
(a)
0.0 2.5 5.0 7.5 100.4
0.3
0.2
0.1
0.0
1.05
0.0 2.5 5.0 7.5 100.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0 2.5 5.0 7.5 100.4
0.3
0.2
0.1
0.0
(b)
0.0 2.5 5.0 7.5 100.4
0.3
0.2
0.1
0.0
1
1
0.0 2.5 5.0 7.5 100.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0 2.5 5.0 7.5 100.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Schema monopianoComportamento plastico
70
(a)
(b)
ts=5 s
Influence of the duration ts of the stationary part of the accelerograms on the strength amplification factors (=5%): a)
soil A, b) soil C.
ts=10 s ts=20 s
![Page 71: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/71.jpg)
Principali risultati della ricerca del
passatoLi hai appena visti
![Page 72: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/72.jpg)
Ricerca in corso
![Page 73: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/73.jpg)
Schema multipianoComportamento plastico
73
Si calcola a tutti i piani il rapporto
i i,u
pl,ii,u i
Pd
V h
NTC 08, punto 7.3.1
dove :
du è il valore ultimo dello spostamento relativo di piano
Vu è il valore ultimo del taglio di piano
h è l’altezza di interpiano
P è la somma dei carichi ai piani superiori o uguali a quello in esame
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pl, i 0.1 l’effetto P- può essere trascurato
– 0.1 < pl, i 0.2 i risultati dell’analisi del primo ordine devono essere moltiplicati per ……
– 0.2 < pl, i 0.3 occorrono analisi di ordinesuperiore al primo
pl, i > 0.3 non è ammesso tale valore
Schema multipianoComportamento plastico
74
pl,i1 1
NTC 08, punto 7.3.1
Se :
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Schema multipianoComportamento plastico
75
• Ma cosa prendere per du e Vu ?
1d
el
u
d
Riduzione delle forze di progetto elastiche consentita per effetto della duttilità e della regolarità strutturale
sovraresistenza
du
Vu
Vd
del
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Effetti P-D
76
E’ in corso uno studio per una proposta di modifica della formula dell’Eurocodice 8.
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77
Colonne in c.a. soggette a
sforzo normale, momento flettente e
taglio
![Page 78: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/78.jpg)
78
Sezione circolare
P.P.Rossi, A. Recupero: Ultimate strength of reinforced concrete circular members subjected to axial force, bending moment and shear force. Journal of Structural Engineering, ASCE, 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000724 (in press)
![Page 79: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/79.jpg)
79
La sezione trasversale
F1 F2
F3y
x
21
y
x
21
1 2
direction of theexternal force
direction of theexternal force
F1 F2
F3y
x
21
y
x
21
1 2
direction of theexternal force
direction of theexternal force
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80
Meccanismi resistenti
• Meccanismo a trave
• Meccanismo ad arco
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81
Comportamento a traveLe equazioni di equilibrio locale
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82
Comportamento a traveLe equazioni di equilibrio locale
![Page 83: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/83.jpg)
83
Comportamento a traveLe equazioni di equilibrio locale
![Page 84: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/84.jpg)
84
Comportamento ad arcoComportamento ad arcoComportamenti considerati
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85
Il problema matematicoIl problema matematico
Il problema matematico necessario alla determinazione della resistenza a taglio della colonna esaminata è un problema non lineare
Funzione da massimizzare
Taglio
soggetta a Condizioni di equilibrio localeCondizioni di vincolo delle tensioniCondizioni sulle altre caratteristiche della sollecitazione
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86
Confronti con Confronti con sperimentazionesperimentazione
0.0
1.0
2.0
3.0
0 3 6 9 12 15
RV
M/VD0.0
1.0
2.0
3.0
0 3 6 9 12 15
RV
M/VD
Senza effetti arco Con effetti arco
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87
Sezione rettangolare
Articolo in revisione
![Page 88: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/88.jpg)
88
Sezione rettangolare
y
x
F3 F2F1
y =
y1
y =
y2
direction of theexternal force
h1 h3 h2
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89
Sezione rettangolare
In questo modello è stato considerato anche il confinamento
![Page 90: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/90.jpg)
90
Confronti con sperimentazione
Senza effetti arco Con effetti arco
0.0
1.0
2.0
3.0
0 2 4 6 M/Vh
RV
Double ended columns
Cantilever columns
Double bending columns
0.0
0.5
1.0
1.5
0 2 4 6 M/Vh
RV
Double bending columnsDouble ended columns
Cantilever columns
Double bending columns
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91
Confronti con altri metodi
Media Deviazione standard
0.8
0.9
1.0
1.1
0 2 4 6
Proposed
Priestley et al. (1994)
Sezen (2002)
Pan and Li (2012)
M/Vh
1.2
(a)
0.04
0.07
0.10
0.13
0 2 4 6 M/Vh
0.16
(b)
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Principali risultati della ricerca del
passatoLi hai appena visti
![Page 93: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/93.jpg)
Ricerca in corso
![Page 94: Note sulla ricerca. Principali temi della ricerca attuale 2 1. Comportamento sismico, progetto e modellazione di sistemi con controventi eccentrici 3.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062404/5542eb66497959361e8d188b/html5/thumbnails/94.jpg)
Verifica a taglioColonne in c.a.
94
E’ in corso lo studio per una proposta di modello con dipendenza dalla duttilità della colonna
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Verifica a taglioColonne in c.a.
95
E’ in corso lo studio per una proposta di modello semplificato con contributi sia a trave che ad arco.
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FINE