Sul ruolo delle connessioni sul comportamento a diaframma in edifici prefabbricati monopiano in calcestruzzo armato

The seismic response of a building is considerably influenced by the diaphragm effect that allows the collaboration of the members forming the lateral load resisting system. With reference to dry-assembled precasted buildings, without screed pouring, this effect is based on roof mechanical connections. This thesis aims at studying the role that the main double tee-to-beam connections, typically used in precast structures, play in the seismic behaviour of the structural assembly. Starting from experimental results of local tests carried out within the scopes of ReLUIS and Safecast research projects for the characterisation of three different double tee-to-beam connections (hot-rolled angle, cold formed angle and dowels), non-linear simplified macro-models have been calibrated. Numerical models of one-storey precast structures have been built and validated through nonlinear dynamic analyses, comparing the results with those obtained through pseudodynamic on full-scale precast building prototypes subject to within the Precast Strucures EC8 research project. A numerical campaign of linear and nonlinear dynamic analysis on two one-storey precast structure models has been implemented, studying the influence of (a) the use of different connections types, (b) very strong differences of stiffness distribution between the seismic-resistant elements, (c) the introduction of rigid mutual seismic double tee connections. The analyses have been performed considering the earthquake acting in perpendicular direction to the double tee axis. For the seismic design of precast structures without screed pouring, the Italian legislation emphasises the need of three-dimensional modelling for the evaluation of both the diaphragm actions and the forces acting in the mechanical connections. The structural modelling of connections involves difficulties mainly related to the definition of their mechanical properties, typically very different and subject to strong non-linearity. A method based on a simplified mechanical formulation for the seismic design of precast buildings with dry assembled diaphragms and for the evaluation of the actions on the different types of connection is proposed.

La risposta sismica di un edificio è fortemente influenzata dall’effetto diaframma che permette la collaborazione tra le strutture resistenti alle azioni orizzontali. Nel caso di edifici prefabbricati montati a secco, in mancanza di getti di completamento, tale effetto è basato sulle connessioni meccaniche di piano. L’elaborato di tesi si pone l’obiettivo di studiare il ruolo che le principali connessioni tegolo-trave tipicamente utilizzate nelle strutture prefabbricate rivestono sul comportamento sismico dell’assieme strutturale. Partendo da risultati sperimentali di prove locali effettuate nell’ambito dei progetti di ricerca ReLUIS e Safecast per la caratterizzazione di tre diverse connessioni tegolo-trave (angolari laminati a caldo, angolari piegati a freddo e spinotti), sono proposti dei macro-modelli non lineari semplificati per la simulazione del loro comportamento. Sono stati costruiti modelli numerici di strutture prefabbricate monopiano validati attraverso analisi dinamiche non lineari confrontando i risultati con quelli sperimentali ottenuti su prototipi di edifici prefabbricati in scala al vero sottoposti a prove pseudo-dinamiche nell’ambito del progetto di ricerca Precast Strucures EC8. E’ stata effettuata una campagna numerica con analisi dinamiche lineari e non lineari su due modelli di struttura prefabbricata monopiano studiando l’influenza (a) dell’utilizzo delle diverse tipologie di connessioni studiate, (b) di forti disomogeneità di distribuzione di rigidezze tra gli elementi sismo-resistenti, (c) dell’introduzione di connessioni rigide tegolo-tegolo. Le analisi sono state svolte considerando come direzione di applicazione del sisma quella perpendicolare all’asse di sviluppo dei tegoli. Per la progettazione delle strutture prefabbricate senza getto collaborante, la normativa italiana sottolinea la necessità di una modellazione tridimensionale della struttura per la valutazione sia delle azioni di piano, sia delle forze agenti nelle connessioni meccaniche. La modellazione strutturale delle connessioni comporta delle difficoltà legate principalmente alla definizione delle loro proprietà meccaniche, tipicamente molto diverse tra di loro e soggette a forte non linearità. Viene proposto un metodo basato su una formulazione meccanica semplificata per il progetto sismico di edifici prefabbricati con diaframmi a secco e per la valutazione delle azioni sulle loro connessioni. Tale modello tiene conto delle peculiarità delle tipologie di connessioni studiate.