La memoria intende presentare uno studio sperimentale e numerico del comportamento di un telaio in acciaio con controventi ad X realizzati con semplici piatti. Il lavoro si inserisce in un più ampio programma di ricerca che in una prima fase ha indagato la correttezza delle previsioni teoriche della lunghezza di libera inflessione dei diagonali (Metelli, 2012; Metelli & Gelfi 2011). Tale aspetto risulta di fondamentale importanza per il rispetto delle prescrizioni normative in relazione ai valori massimi e minimi di snellezza adimensionale ammissibile (1.3÷2.0).

Verranno illustrati i risultati di una prova condotta su un controvento in scala reale realizzato con diagonali bullonati a fazzoletti saldati alle flange di estremità delle travi. Il telaio progettato è rappresentativo del primo livello di una struttura multipiano in acciaio dimensionata per una zona a bassa sismicità, in cui è stato previsto l'utilizzo di piatti anziché profili commerciali, per garantire un comportamento dissipativo omogeneo ed evitare in tal modo la concentrazione del danno in un unico piano con la conseguente formazione di un meccanismo soft-storey.

Il comportamento del telaio durante l'insorgere dell'instabilità della diagonale e durante i cicli di carico successivo viene confrontato con quello di una soluzione con diagonali saldati, i cui risultati sono stati presentati in (Metelli et al. 2011). I risultati dimostrano l'affidabilità delle previsioni teoriche nel calcolo del carico critico che induce l'instabilità della diagonale. Tale carico risultava ben superiore al valore teorico nella soluzione saldata a causa delle coazioni indotte dal processo di raffreddamento delle saldature dei diagonali, causando degli inevitabili picchi di sollecitazione sugli elementi non dissipativi del telaio, quali giunti, travi, colonne e fondazioni. La prova sperimentale effettuata sulla soluzione bullonata ha mostrato inoltre un buon comportamento isteretico dei controventi concentrici a X realizzati con piatti, raggiungendo drift pari a 4.6% con cicli ancora stabili. La struttura ha subito un totale di 50 cicli composti da terne sempre crescenti di spostamenti ad eccezione del drift pari al 4% per il quale sono stati realizzati 20 cicli senza che il campione sia giunto a collasso.

La stessa prova è stata quindi modellata numericamente attraverso l'ausilio del software OpenSees. Il modello proposto si basa sulla discretizzazione del telaio e dei relativi elementi di controvento con elementi tipo nonlinearBeamColumn. Le non linearità geometriche sono tenute in conto sulla base del concetto di teoria corotazionale (Uriz et al., 2008), permettendo così di lavorare nel campo dei grandi spostamenti; mentre le non linearità del materiale sono considerate attraverso una discretizzazione a fibre delle sezioni di controllo e tramite un legame costitutivo isteretico dell'acciaio basato sul legame di Giuffrè-Menegotto-Pinto modificato per includere l'effetto dell'incrudimento isotropo. Il legame adottato considera inoltre l'accumulo di deformazione plastica al crescere del numero di cicli, tenendo conto in tal modo dell'effetto Baushinger. Per cogliere l'instabilità dei controventi è stato necessario assegnare un'imperfezione iniziale in mezzeria, opportunamente calibrata sulla base dei risultati sperimentali con il metodo Southwell Plot (Cedolin & Bazant, 1991). Le imperfezioni geometriche indicate dalla normativa conducono a una sottostima del carico d'instabilità.

Le analisi numeriche, condotte imponendo la stessa storia di spostamenti a cui è stato sottoposto il campione testato, colgono accuratamente anche il comportamento isteretico del controvento, in termini di resistenza, rigidezza ed energia dissipata per ogni ciclo di carico. Il modello numerico presentato costituisce un valido strumento per l'analisi dinamica non lineare di strutture multipiano al fine di indagare l'efficacia dell'impiego di controventi ad X realizzati con piatti al variare dell'intensità dell'azione sismica.

 

Bibliografia

Bazant Z. P. and Cedolin L., Stability of Structures: elastic, inelastic, fracture, and damage theories, New York ; Oxford : Oxford univ. press, 1991.

Metelli G., Marchina E. and Gelfi P. (2011). Studio sperimentale sul comportamento ciclico di controventi concentrici a X. In Proceedings of the XXIII Congresso CTA. 9-12 Ottobre 2011, Lacco Ameno, Ischia (NA), 2011 (in italian).

Metelli G., Theoretical and Experimental Study on The Cyclic Behaviour of X Braced Steel Frames, Engineering Structures, (in press), DOI: 10.1016/j.engstruct.2012.08.021.