Seismic assessment of existing three-dimensional RC beam-column joints and retrofit with fully fastened haunches

Post-earthquake surveys reported that severe shear damage localizes in the beam-column joint volume for seismic deficient Reinforced Concrete (RC) structures, especially in absence of horizontal reinforcement. This Thesis addresses the problem of three-dimensional (3D) RC joints under seismic conditions. The interest is limited to exterior joints with slab and transverse beam and corner joints with slab, both un-reinforced. Feasibility of haunch retrofit solution is investigated. The Author is aware that, he is neither the first nor the only one working along these lines. However, up to now experimental studies addressed the problem of 2D joints in the majority of the cases as it emerges from a wide systematic review of the literature. The description of the 3D sub-assemblage behavior under seismic conditions is achieved throughout analytical, numerical and experimental methods. Given the shear nature of the beam-column joint stress field, which almost precludes the use of compatibility, results of the experiments are discussed privileging a force-based approach. Influence of slab participation on joint shear demand and resistance is proved. Influence of bi-axial conditions for joint shear demand and strength remains un-solved apart from improved understanding and a new meta-analysis. Application of strut-and-tie model is recommended as a simple tool for the design of haunch retrofit solution both in the case of 2D and 3D beam-column joints.

Sopralluoghi post-sisma sovente hanno riportato danni ai nodi trave-pilastro, in edifici a telaio in cemento armato (c.a.). Le fessure si mostrano prevalentemente diagonali suggerendo uno stato di sforzo per taglio. La Tesi affronta il comportamento di nodi tridimensionali (3D) in c.a., sotto azione sismica, rinforzati mediante angolari metallici. Questa ultima condizione, nel contesto della attuale letteratura tecnica, è stata studiata sperimentalmente per i soli casi di nodi due-dimensionali (2D). La estensione a geometrie 3D ha carattere innovativo. L'interesse è limitato a nodi ad una via con trave trasversale, e nodi d'angolo entrambe che presentino (i) soletta piena, (ii) assenza di staffatura. Il comportamento meccanico è stato studiato attraverso una indagine sperimentale, analitica e numerica. Presupposta la natura dello stato di sforzo tipo taglio che si instaura nella zona nodale, la discussione dei risultati privilegia uno approccio basato sullo equilibrio a discapito della congruenza delle deformazioni. La presenza della soletta influisce nella sollecitazione di taglio. La resistenza a taglio del nodo aumenta per effetto del confinamento indotto dalla trave trasversale. Resta incognito quale sia il detrimento della resistenza nella condizione bi-assiale. Si raccomanda la applicazione del metodo "tirante-puntone" come strumento di analisi strutturale per nodi trave-colonna (3D e 2D) rinforzati con angolari metallici.