Generation of a finite element model able to simulate the behavior of unbonded post-tensioned precast concrete beam to column connections

This study propose the development of a finite element model able to simulate the behavior of an unbonded post-tensioned precast concrete beam to column connections, thanks to the presence of a diffused plastic zone. The formulation has been based on the usage of fiber elements to model the behavior of the beam and of elastic-plastic spring/truss elements to model the behavior of tendons. Tendons were modeled separately from the beam, with the aim of focusing the attention on the prestressing force-drift behavior, and on the capability of the model in predicting the prestressing loss after a severe earthquake. The model has been implemented inside two different finite element codes, one internal to the Politecnico di Milano, more complex, and one much more diffused: OpenSees, with the aim of verify the reliability of a code available to all designers in modeling the behavior of an unbonded prestressed precast concrete connection. The model has been validated with reference to the test result coming out from a recent experimental campaign conduced at the Tokyo Institute of Technology during 2014. Several plastic hinge length definitions were investigated in order to obtain the one which allowed to fit in the best way the experimental results. The accuracy of the proposed models is illustrated by comparing their behavior with the experimetal results, a good agreement has been reached in terms of shear-drift behavior and of prestressing force-drift behavior.

Questo studio propone lo sviluppo di un modello ad elementi finiti in grado di simulare il comportamento di una innovativa connessione sismica tra elementi prefabbricati in calcestruzzo, precompressi per mezzo di cavi non aderenti, che sfrutta la presenza di una zona di plasticizzazione diffusa. La formulazione è stata basata sull'utilizzo di elementi finiti a fibre per modellare il comportamento della trave e di elementi finiti tipo molla/asta elasto-plastica per modellare il comportamento dei cavi non aderenti. I cavi sono stati modellati separatamente dalla trave, al fine di focalizzare l'attenzione sull'andamento della forza di precompressione al variare della rotazione della trave, e sulla capacità del modello nel predire la perdita di precompressione dopo un terremoto. Il modello è stato implementato all'interno di due diversi codici agli elementi finiti, uno interno al Politecnico di Milano, più complesso, e uno molto più diffuso: OpenSees, allo scopo di verificare l'affidabilità che dimostra un codice disponibile a tutti i progettisti nel modellare il comportamento di questo tipo innovativo di connessioni. Il modello è stato poi validato con riferimento ai risultati dei test derivanti da una recente campagna sperimentale condotta nel corso del 2014 presso il Tokyo Institute of Technology. Diverse definizioni di lunghezza di cerniera plastica sono state prese in considerazione al fine di ottenere quella che permette di avvicinarsi maggiormente ai risultati sperimentali. La precisione dei modelli proposti viene dimostrata attraverso un confronto tra il loro comportamento e quello relativo ai risultati sperimentali, buoni risultati sono stati ottenuti con riferimento all'andamento taglio-rotazione ed all'andamento forza di precompressione-rotazione.