Haunch retrofit solution with post-installed bonded fasteners for reinforced concrete joints

Due to the lack of capacity design principle, as well as of appropriate structural details related to the use of plain round bars and inadequate reinforcement details, most of the reinforcement concrete building designed primarily for gravity loads (as typical of pre-1970s code provisions), are expected and has been demonstrated to suffer severe damage or total collapse under the earthquake excitation. The failure is typical related with shear failure in the joint connection region. As part of the research work herein presented, a comprehensive experimental programme was carried out to investigate the seismic performance of existing beam column joints with slab and transverse beams designed primarily for gravity loads and retrofitted by metal haunches with post-installed anchors (Fully Fastened Haunch Retrofit Solution-FFHRS). The specimen was subjected to reversed cyclic loading, applying by a stepwise increasing displacement protocol. The displacement at the top of the beam is increased using lateral force until the desired drift level is reached. The feasibility and efficiency of a low invasive retrofit solution based on a diagonal metallic haunch was investigated. The proposed haunch retrofit solution aims to provide an economic, ease to implement, as post-installed anchors are usually fast and easy to install and they represent a valuable minimally-invasive solution to transfer high loads with reasonable costs. Differently from the as-built specimens without haunches where the shear was the primal cause of failure, in the case of retrofit specimen with FFHRS (Fully Fastened Haunch Retrofit Solution) the anchorage failure was the primal cause of the failure. Additionally ,it is concluded that the effectiveness of the FFHRS is directly related to the efficiency of the anchor group used to fasten the haunch elements. In case where the anchorage group perform well, a ductile flexural failure in the beam can be induced.

Le moderne prescrizioni circa la progettazione di nodi trave-colonna nelle strutture in cemento armato soggette a carichi di tipo sismico impongono di considerare regole di dettaglio nella disposizione delle armature. In particolare, e’ necessario disporre staffe per il confinamento del nodo e calibrare adeguatamente le lunghezze di ancoraggio delle armature longitudinali convergenti al nodo. Il presente lavoro di tesi si inserisce in un programma di ricerca sperimentale sul comportamento di nodi-trave colonna, inizialmente progettati ignorando dettagli costruttivi adeguati alle sollecitazioni di tipo sismico. Tale condizione risulta di interesse in quanto caratteristica delle strutture esistenti in c.a., progettate per carichi gravitazionali, prima dello avvento delle normative sismiche attuali. In particolare, sono stati progettati dei prototipi in scala reale di nodo trave -colonna, costituiti da (i) trave principale la cui lunghezza e’ estesa fino al punto di flesso (considerando una campata ordinaria di 5 m); (ii) colonna la cui lunghezza e’ estesa ai due punti di flesso di un interpiano, i.e. 3 m ;(iii) una soletta piena da 15 cm; (iv) una trave trasversale in cui si ancorano le barre della soletta in c.a. Il lavoro si incentra sulla descrizione, l’analisi e la discussione dei risultati di un test ciclico condotto sul prototipo di nodo rinforzato dalla adozione di angolari metallici connessi alla struttura in c.a. mediante ancoraggi metallici post-inseriti. Tale configurazione del prototipo e’ innovativa nel panorama della letteratura attuale sul tema in quanto, pur utilizzando la stessa soluzione di rinforzo, i lavoro precedenti avevano considerato la configurazione del nodo due-dimensionale. La risposta della struttura viene confrontata con quella ottenuta, sotto le medesime condizioni di carico, dal prototipo testato senza rinforzo che aveva mostrato (i risultati sono stati pubblicati in un lavoro di tesi precedente) scarsa duttilita’ e rottura per taglio del nodo sebbene con resistenze maggiori rispetto a predizioni con modelli analitici. Il rinforzo mediante angolari metallici, preserva il nodo dalla rottura per taglio incrementando la capacita’ portante dello intero sistema. Tuttavia tale condizione viene esaurita alla rottura del gruppo di ancoraggi per un valore del drift di piano circa pari al 3.5%.