Influenza delle caratteristiche meccaniche dell'acciaio da ... - Sismic

le dopo il raggiungimento del carico massimo, non consentendo
di valutare con precisione la duttilità
dell’elemento strutturale definita precedentemente.
Ai fini della validazione dei risultati dello studio paramettrico
precedentemente esposto, è stata eseguita una
simulazione numerica delle prove sperimentali con il
programma STRUPL-1C [4,5], che consente di analizzare
il comportamento non-lineare di telai piani sfruttando
il programma MOCURO per la definizione delle
caratteristiche delle sezioni. La simulazione è stata effettuata
utilizzando per il calcestruzzo la resistenza cilindrica
a compressione precedentemente menzionata.
Per descrivere il comportamento non-lineare dei materiali
si sono utilizzati i legami costitutivi illustrati in Figura
3, con i valori definiti in Tabella 9, nella quale sono
indicati i riferimenti bibliografici da cui sono stati
tratti i valori dei principali parametri meccanici.
Tabella 9 – Caratteristiche meccaniche dei materiali
per la simulazione numerica.
Calcestruzzo Calcestruzzo Aderenza Acciaio
compresso [6] Teso [9] [7]
[6]
fc=26.7 MPa fct=2.7 MPa τ0=3 MPa φ16 fsy=605MPa
φ22 fsy=615MPa
Ec=27800 MPa w1=0.034mm
wc=0.226mm τu=10 MPa φ16 fsu=690MPa
φ22 fsu=660MPa
ε0=0.003 Gf=120 J/m su=0.5 mm φ16 εsu=0.07
φ22 εsu=0.08
Tra le principali ipotesi su cui è basato il modello
numerico utilizzato è importante rimarcare che viene
trascurata la deformabilità a taglio delle sezioni e che la
fessurazione delle sezioni in c.a. è consentita solo alle
sezioni di estremità degli elementi di trave in cui viene
discretizzata la struttura. Poiché la sperimentazione ha
evidenziato che le fessure principali si sviluppano in
corrispondenza delle staffe, la discretizzazione del modello
strutturale è stata fatta utilizzando elementi di lunghezza
pari al passo delle staffe, con i nodi di estremità
posti in corrispondenza di queste ultime.
Le Figure 12-13 e 14-15 illustrano il confronto tra i
risultati numerici e sperimentali relativamente alla curvatura
in corrispondenza della sezione di incastro ed alle
curve carico-spostamento in sommità per i modelli A
(armatura semplice) e B (armatura doppia simmetrica),
rispettivamente. Da tali figure si può osservare quanto
segue:
1. i legami M-φ teorici e sperimentali per il modello A
(Fig. 12) mostrano un buon accordo. In particolare si
nota che il momento di prima fessurazione e di snervamento
numerici risultano praticamente coincidenti
con i valori sperimentali, confermando così la validità
delle scelte fatte nella modellazione relativamente
alle caratteristiche meccaniche dei materiali. Si osserva
inoltre che il modello numerico è in grado di
cogliere con sufficiente accuratezza anche il com-
portamento durante il secondo stadio, prima dello
snervamento dell’acciaio. Le differenze che si riscontrano
nella risposta sono principalmente dovute
al fatto che il modello numerico considera una curvatura
locale, in corrispondenza della sezione fessurata,
mentre sperimentalmente si è misurata una curvatura
media su una lunghezza pari a 170mm;
2. dal legame M-φ per il modello B (Fig.14) si osserva
la mancanza del primo ramo, non-fessurato. Questo
è dovuto al fatto che il provino era inizialmente prefessurato,
a causa di problemi occorsi durante la fase
di allestimento della prova sperimentale. Ciò malgrado,
le stesse considerazione fatte per il provino A
relativamente al momento di snervamento ed al
comportamento nel secondo stadio possono essere
estese anche al provino B;
3. il carico di snervamento, il carico ultimo e lo spostamento
corrispondente sono ben approssimati dalla
simulazione numerica per entrambi i modelli (Figure
13 e 15);
4. la rigidezza della risposta carico-spostamento nel
secondo stadio, dopo la fessurazione, risulta maggiore
per le analisi numeriche che non per i modelli
sperimentali. Questa differenza è probabilmente dovuta
all’effetto della deformabilità a taglio del modello
strutturale ed alla comparsa di fessure secondarie
tra le staffe nei modelli sperimentali, fenomeni
entrambi trascurati dalla modellazione numerica;
5. giunti in prossimità del carico di picco, si è osservato
nella prova sperimentale un repentino aumento
dello spostamento in sommità e non è più stato possibile
controllare il carico. I valori dello spostamento
ultimo riportati nelle figure rappresentano quindi
una stima per difetto dell’effettivo spostamento massimo
del modello sperimentale;
6. le duttilità misurate sperimentalmente in termini di
spostamento (δu/δy) sono risultate pari 1.61 e 2.1 per
i modelli A e B, rispettivamente. Per i modelli numerici
tali valori sono risultati pari a 2.6 e 3.3, rispettivamente.
Si osserva che il minor valore della
duttilità ricavata dalle prove sperimentali è legato
all’impossibilità di controllare lo spostamento in
prossimità del carico di picco. Il comportamento della
struttura è comunque risultato sufficientemente
duttile, malgrado si fossero scelti degli acciai con
modeste caratteristiche di duttilità ed elevata resistenza.
In considerazione di quanto esposto, si può concludere
che il modello numerico ha dimostrato di essere in
grado di cogliere con soddisfacente approssimazione il
comportamento strutturale e tutti i fenomeni principali
connessi con la fessurazione del calcestruzzo ed i fenomeni
di aderenza tra armatura e calcestruzzo. I risultati
dello studio parametrico sulla duttilità possono quindi
essere considerati validi e le indicazioni da essi ricavate