Analisi numerica e calcolo a rottura di una piastra in c.a.

A heavy-duty reinforced-concrete square slab is studied in this dissertation based on two tests performed under the service loads, after adding a stiffening R/C beam along the only free edge. The very linear behaviour exhibited by the tests under fairly concentrated loads applied in two different locations was the starting point (a) to compare the displacement obtained during the tests to the ones obtained from a Finite Element model, (b) to determine the failure loads prior to and after adding the stiffening beam and (c) to check whether the most probable mode in ordinary environmental conditions may still be the most probable during a fire from below, or other failure modes would become more probable. Slab in-plan size and thickness are 8x8 m and 35 cm respectively (L/t = 23). In both ordinary environmental conditions and fire the failure modes were studied by means of kinematically-admissible approach of Limit Analysis (Yield-Lines Method), while the mostly elastic behaviour under the service loads was investigated by modelling the slab via Finite Elements. Both elastic and limit analysis made it possible to check the role played by the boundary restrains (two converging sides connected to underneath walls; one side partially supported but exhibiting a continuity with an adjoining slab; the fourth side initially free, but later stiffened by means of an R/C beam placed along the extrados of the slab. The fairly complex restrains make FEM analysis instrumental in understanding the behaviour resulting from the tests under the service loads, yield-lines analysis shows that not always the yield-line patterns and the failure mechanisms dictated by intuition are the most probable and how fire duration may activate different mechanisms, with o without the contribution of the stiffening beam. (In general stiffening beams are less heat-sensitive than slabs, thanks to the larger concrete covers found).

In questo lavoro di tesi, a seguito di due prove di carico eseguite sotto carichi di servizio, è studiata una piastra quadrata in calcestruzzo armato, dopo l’aggiunta di una trave irrigidente in C.A. lungo l’unico lato libero. Il comportamento lineare mostrato nelle prove sotto carichi piuttosto concentrati applicati in due diverse posizioni è stato il punto d’inizio, (a) per confrontare gli abbassamenti ottenuti durante le prove con quelli ottenuti da un modello ad Elementi Finiti, (b) per determinare i carichi di collasso prima e dopo l’aggiunta della trave di bordo e (c) per verificare se il meccanismo più probabile in condizioni ambientali normali potrebbe esserlo ancora durante un incendio sviluppato nella parte sottostante, oppure altri meccanismi diventerebbero più probabili. Le dimensioni nel piano e lo spessore sono 8x8 m e 35cm rispettivamente (L/t =23). I meccanismi a collasso sono stati studiati in entrambe le condizioni ambientali, ordinarie e durante un incendio, utilizzando un approccio cinematicamente ammissibile dell’Analisi Limite (il Metodo delle Linee di Plasticizzazione), mentre il comportamento elastico con carichi di servizio è stato investigato modellando la piastra tramite Elementi Finiti. Sia l’analisi limite che quella in regime elastico hanno reso possibile verificare il ruolo svolto dai vincoli ai bordi (due lati convergenti sono connessi a pareti sottostanti; un lato è parzialmente vincolato ma mostra una continuità con la soletta adiacente; il quarto lato inizialmente libero, ma in seguito irrigidito grazie a una trave in C.A. posta lungo l’estradosso della piastra). I vincoli, piuttosto complessi, rendono l’analisi agli EF fondamentale per la comprensione dei risultati sperimentali sotto carichi di servizio, l’analisi con linee di plasticizzazione mostra che non sempre la configurazione delle linee di plasticizzazione e dei meccanismi di collasso dettati dall’intuizione sono i più probabili e come la durata d’incendio può attivare meccanismi differenti, con o senza il contributo della trave di bordo. (In generale, le travi irrigidenti sono meno sensibili al calore delle piastre, grazie al maggiore copriferro presente).