Un modello di nodo trave-colonna per l'analisi sismica dei telai piani in c.a.

The aim of this study is to propose a model describing the deformability of a beam-column joint for reinforced concrete frames subject to seismic excitation. The behavior of RC beam-column joint in frames subject to seismic load is described in terms of deformability and acting forces. Some models available in the literature are presented, chosen in order to collect and to describe the main typologies and philosophies used for modeling deformable RC joints. The characteristics of each model are highlighted, to evaluate their advantages and disadvantages. The model proposed in this study is derived from a joint model for steel structures (Mulas, 2004). This model allows retaining the usual modeling approach for plane frames, with beam elements intersecting at nodes having 3 degrees of freedom. This result is made possible by the addition of five further degrees of freedom, representing the deformation modes of the nodes. The steel joint model is modified to describe the deformation behavior of the reinforced concrete joints in plane frames by associating a 4-nodes isoparametric finite element to each node, without modifications to the structural mesh. The proposed model was implemented, in the linear range, within the Matlab software, to the aim of analyzing different types of structures. Hence, it is possible to analyze the influence of the joint modeling on the deformations of RC plane frames subjected to seismic actions. Finally, the comparison between numerical and experimental results provides a first validation of both the proposed model and its implementation.

Il fine di questo studio è la proposta di un modello in grado di descrivere la deformabilità e il comportamento meccanico di un nodo trave-pilastro per i telai piani in cemento armato soggetti ad azione sismica. A tal fine, vengono descritti gli aspetti legati alla deformabilità ed alle forze agenti caratterizzanti un nodo trave pilastro in cemento armato in telai soggetti a carico sismico. Si descrivono alcuni modelli selezionati tra quelli disponibili in letteratura, che sono stati scelti in modo da raccogliere e descrivere le principali tipologie e filosofie impiegate fino ad ora per la modellazione del problema in esame. Vengono evidenziate le caratteristiche di ogni modello, definendone i rispettivi vantaggi e svantaggi. Il modello proposto in questo studio viene derivato a partire da un modello di giunto per le strutture in acciaio (Mulas, 2004), che ha il vantaggio di consentire l’analisi numerica del telaio a giunti deformabili senza modificare la modellazione usuale con soli elementi di trave che si intersecano nei nodi. Tale risultato viene raggiunto aggiungendo ai nodi del telaio dei gradi di libertà aggiuntivi, che tengono conto della deformabilità del giunto trave-colonna. Il modello precedentemente proposto viene qui modificato in modo da descrivere il comportamento deformativo dei nodi trave pilastro in telai piani in cemento armato sollecitati simicamente, associando a ogni nodo un elemento finito isoparametrico a 4 nodi. Il modello proposto è stato implementato in campo lineare con il software Matlab, al fine di analizzare differenti tipi di strutture. In tal modo è possibile studiare come la deformabilità di una struttura soggetta ad azione sismica sia influenzata dai vari parametri caratterizzanti il nuovo modello. Il confronto tra risultati numerici e risultati relativi a prove sperimentali fornisce una prima validazione della modellazione proposta e della sua implementazione.