Behavior of reinforced concrete frame structures with decoupled infill walls under earthquake loading

Infill reinforced concrete walls are widely used in civil engineering construction. Although they are normally considered as non structural elements, it has been proven through many studies that there is actually an interaction between the infill walls and the RC concrete frames that changes the behavior of the whole structure under earthquake loading. This thesis is based on the experimental tests done by Marinković (2018) designed to study the seismic behavior of a single bare frame and see how this behavior is affected when a traditional infill system wall and an innovative decoupled infill system (INODIS) are construted inside this frame. This innovative system has an elastomer that is installed along the infill-frame interface in order to decouple them. Three single frames (bare frame, traditional infill frame and innovative infill frame) were modeled using a commercial software SAP2000. This models were calibrated with Marinković (2018) test results. After validation, they were used to study the seismiv behavior of frame structures with different infill wall configurations. 2D frame models were analyzed, consisting of different heights and different infill wall distributions. The results showed that the innovative system is able to minimize the effects of an infill masonry wall inside a frame, indicating that there is an effective decoupling between the infill-frame. Also the soft storey effect caused by the lack of walls at the ground level is greatly reduced in comparison with the traditional infill,. Finally a 3D structure was numerically modeled and subjected to a response spectrum with different PGA, the three different systems (bare, traditional and innovative system) results were compared and analyzed. Also different infill arrangements were made to study the effects of uneven infill wall distribution in the first floor. Results showed that the traditional infill system with unsymmetrical infill distribution presented torsional effects and also soft storey mechanism. These are greatly reduced by employing an innovative system.

I muri di tamponamento realizzati con mattoni e malta sono ampiamente utilizzati nelle costruzioni di ingegneria civile. Sebbene siano normalmente considerati elementi non strutturali, è stato dimostrato in molti studi che esiste effettivamente un'interazione tra le pareti di tamponamento e la struttura in calcestruzzo armato, la quale modifica il comportamento dell'intera struttura sottoposta ad azione sismica. Questa tesi si basa sui test sperimentali condotti da Marinković (2018) progettati per studiare il comportamento sismico di un singolo telaio e vedere come questo è influenzato dalla presenza di una parete di tamponamento costruita con metodo tradizionale e un’ altra costruita con un sistema innovativo disaccoppiato (INODIS). Questo sistema innovativo ha un elastomero che viene installato lungo l'interfaccia struttura-parete così da disaccoppiare le strutture. Tre telai (telaio solo di calcestruzzo armato, telaio con tamponamento tradizionale e telaio con tamponamento innovativo) sono stati modellati utilizzando un software commerciale SAP2000. Questi modelli sono stati calibrati con i risultati degli esperimenti di Marinković (2018). Dopo la convalida, sono stati impiegati nello studio del comportamento sismico di strutture intelaiate con differenti configurazioni delle pareti di tamponamento. Sono stati analizzati i modelli di telai 2D, costituiti da diverse altezze e diverse distribuzioni delle pareti di tamponamento. I risultati hanno mostrato che il sistema innovativo è in grado di minimizzare gli effetti di una parete di tamponamento all'interno di un telaio, indicando che esiste un efficace disaccoppiamento tra il telaio e il muro. Anche l'effetto piano debole causato dalla mancanza di pareti a livello del suolo è notevolmente ridotto rispetto al tamponamento tradizionale. Infine, una struttura 3D è stata modellata numericamente e soggetta a uno spettro di risposta con PGA diversi, i tre diversi sistemi (telaio solo di calcestruzzo armato, tradizionale e innovativo) sono stati confrontati e analizzati. Sono stati inoltre presi diversi configurazioni di tamponamento per studiare gli effetti della distribuzione irregolare delle pareti nel primo piano. I risultati hanno mostrato che il sistema di tamponamento tradizionale con distribuzione di muri non simmetrici presentava effetti torsionali e anche un meccanismo a piano debole. Questi sono notevolmente ridotti impiegando un sistema innovativo.