Le strutture composte acciaio-calcestruzzo presentano sicuramente alcune peculiarità che ne rendono molto interessante l’applicazione, soprattutto nel caso delle travi che trovano già da tempo un’ampia applicazione. Tuttavia le modellazioni in campo non lineare, che sono importanti per definire l’effettiva prestazione strutturale allo stato limite ultimo, non sono ancora consolidate come per altre tipologie più tradizionali.  

Ad esempio la problematica relativa alla capacità rotazionale in campo plastico è di fondamentale importanza nell’analisi sismica di strutture a telai e nell’analisi non lineare delle travi continue, soprattutto alla luce del fatto che l’approccio a plasticità concentrata, piuttosto che a plasticità diffusa risulta particolarmente agevole per condurre analisi non-lineari di interi edifici. Tuttavia, tale approccio si affida a formulazioni ben note e sostanzialmente affidabili per le strutture in calcestruzzo armato o acciaio, mentre  per le strutture composte non ci sono regole specifiche per la quantificazione delle capacità deformative in campo plastico. Spesso questa carenza di regole specifiche sia in letteratura che nelle normative comporta l’applicazione delle stesse formulazioni usate per le strutture in acciaio, ignorando del tutto l’influenza dell’azione composta tra acciaio e calcestruzzo.

La modellazione non lineare delle travi composte si presenta complessa per la presenza di due componenti, il profilo in acciaio e la soletta in c.a., ma anche per l’influenza del sistema di collegamento tra le due parti che può essere più o meno duttile e resistente condizionando la prestazione dell’intero elemento. La soletta richiede la modellazione della fessurazione e del tension stiffening, che intervengono in modo rilevante nel caso di momento negativo (zone di appoggio o estremità di telai); gli approcci possibili sono molteplici e caratterizzati spesso da un onere computazionale eccessivo per la modellazione di un edificio.

Analogamente la capacità deformativa post-elastica del profilo metallico è fortemente influenza da  eventuali fenomeni di instabilità locale o globale. Infine la connessione deve essere considerata nella sua reale configurazione e con leggi non lineari.

Questo lavoro illustra un modello FEM tridimensionale di una trave composta soggetta a momento negativo e positivo, in cui vengono implementati tutte le caratteristiche dei materiali e gli effetti di interazione mediante apposite modellazioni.  In particolare vengono discussi e riportati i legami costitutivi dei materiali e l’approccio per tener conto dell’effetto di tension stiffening offerto dalla soletta in c.a., dell’instabilità locale e globale della trave metallica e della connessione acciaio-calcestruzzo. La modellazione è applicata per simulare il comportamento di alcune travi di cui sono disponibili i risultati sperimentali sia dalla letteratura sia da prove svolte direttamente dagli Autori. Infine, mediante il modello vengono svolte diverse analisi parametriche al fine di individuare l’influenza delle varie caratteristiche dell’elemento strutturale sul suo comportamento in campo post-elastico.