Ductility-based design of secondary seismic elements in reinforced concrete structures: new proposal development and Case Study

The aim of the following thesis work is the development of a new ductility-based design approach in secondary seismic frame elements (beams and columns) in reinforced concrete buildings subjected to seismic action. After having briefly introduced, with reference to Eurocode 8, the seismic classification of secondary elements and the implications of this choice in the current literature, the typical plastic collapse mechanisms for a frame structure subjected to imposed deformations have been analyzed. Subsequently, the concepts of curvature ductility and chord rotation ductility were investigated, studying their main application characteristics. Based on these results, the procedure for the flexural sectional design was implemented, detailing the parallelism between ductility and strength. The distinction between the generic case of beam and column has made possible to highlight the relative critical aspects. The approach developed in this way has been applied to a Case Study, referring to a structure classified as primary seismic walls system with, in addition, a secondary seismic frame part. The consequent design was carried out with the help of a linear elastic response spectrum analysis. The design method was then validated by carrying out non-linear dynamic analyses with a three-dimensional model of the structure. The results of the behavior of the building, first globally and then locally, allow to draw interesting conclusions on the new design proposal, highlighting its positive aspects and limitations.

Lo scopo del seguente elaborato di tesi è lo sviluppo di un nuovo approccio progettuale basato sulla duttilità in elementi a telaio (travi e colonne) sismicamente secondari appartenenti ad edifici in calcestruzzo armato soggetti ad azione sismica. Dopo aver brevemente introdotto, con riferimento ad Eurocodice 8, la classificazione sismica degli elementi secondari e le implicazioni di tale scelta nella letteratura corrente, sono stati analizzati i tipici meccanismi plastici di collasso per una struttura a telaio soggetta a deformazioni imposte. Successivamente, sono stati approfonditi i concetti di duttilità in curvatura e duttilità in rotazione alla corda, studiandone le principali caratteristiche applicative. Sulla base di tali risultati, è stata implementata la procedura per il progetto sezionale a flessione, dettagliando il parallelismo fra duttilità e resistenza. La distinzione fra il generico caso di trave e colonna ha permesso di evidenziare i relativi aspetti critici. L'approccio così sviluppato è stato applicato ad un Caso Studio, facente riferimento ad una struttura classificata a pareti sismicamente primarie con annessa parte a telaio sismicamente secondaria. Il conseguente dimensionamento è stato svolto con l'ausilio di un'analisi elastica lineare con spettro di risposta. Il metodo di progetto è stato poi validato tramite lo svolgimento di analisi dinamiche non lineari con modello tridimensionale della struttura. I risultati del comportamento dell'edificio, prima a livello globale e poi locale, hanno permesso di trarre interessanti conclusioni sulla nuova proposta progettuale, evidenziandone pregi e limitazioni.