This thesis presents an innovative numerical modeling approach for reinforced concrete (RC) and steel beam-column joints in plane frames subjected to seismic excitation. Beam-column connections are one of the most critical parts of the structure since their behavior can affect the overall behavior of the structure, where they act as a load transfer path and take a significant amount of the overall shear deformability. RC and steel structures constructed without seismic provisions may experience insufficient capacity and ductility under lateral loading, resulting in the entire structure’s progressive failure. The joint may fail in shear before the beam and column elements connect. Many modeling techniques have been developed to capture the nonlinear response of these joints. Traditional modeling methods often assume rigid joints or rely on complex finite element (FE) models, which can lead to inaccuracies in structural response predic-tion or high computational costs. This research addresses these limitations by de-veloping a computationally efficient deformable joint model that enhances the ac-curacy of seismic performance assessments. The proposed model extends the work of Mulas [1]. on steel joints by incorporating additional degrees of freedom to account for joint deformability. And for RC struc-tures modelling, the approach using the model that is presented on the WCEE2024 conference [2] is adopted, in which the steel joint model is modified to describe the deformation behavior of reinforced concrete joints in plane frames by assigning a 4-node Iso-parametric finite element to every node without modifying the structur-al mesh. The developed models were implemented in MATLAB and OpenSees, allowing for detailed numerical simulations. For OpenSees a new element called Deforma-bleBeamColumnJoint has been developed during this thesis to represent the joint finite dimensions and deformability. Validation was performed through comparisons with experimental data from Calvi et al. [3] and Shiohara et al. [4] , as well as benchmark studies using FEM software (RFEM). The results demonstrate that the proposed joint model accurately predicts internal force distributions, nodal displacements, and energy dissipation mecha-nisms, showing improved agreement with experimental observations compared to conventional centerline and rigid joint models. By providing a balance between computational efficiency and accuracy, this thesis contributes to the advancement of structural modeling techniques for seismic analysis. The proposed methodology enables improved assessment of existing structures and offers a practical tool for engineers in performance-based seismic design and retrofitting applications.

Questa tesi presenta un approccio innovativo di modellazione numerica per i giunti trave-colonna di telai piani, in cemento armato (CA) e in acciaio, sottoposti ad eccitazione sismica. Le connessioni travi-colonna sono una delle parti più critiche della struttura poiché il loro comportamento può influire sul comportamento generale della struttura, in cui agiscono come un percorso di trasferimento del carico e assorbono una quantità significativa della deformabilità globale al taglio. Strutture in CA e in acciaio costruite senza previsioni sismiche possono presentare capacità e duttilità insufficienti sotto carico laterale, con conseguente danno progressivo in tutta la struttura. La giunzione può cedere a taglio prima che gli elementi della trave e della colonna raggiungano la capacità portante a flessione. Molte tecniche di modellazione sono state sviluppate per descrivere la risposta non lineare dei giunti. I metodi di modellazione tradizionali spesso assumono giunti rigidi o si basano su modelli complessi ad elementi finiti (FE), che possono portare a imprecisioni nella predizione della risposta strutturale o costi computazionali elevati. La presente ricerca affronta questi limiti sviluppando un modello di giunzione deformabile computazionalmente efficiente che migliora l'affidabilità delle valutazioni sismiche delle prestazioni. Il modello proposto estende alle strutture in CA il lavoro di Mulas [1] sulle giunzioni in acciaio, incorporando nei nodi ulteriori gradi di libertà per tener conto della deformabilità delle giunzioni. Per la modellazione delle strutture in CA si adotta l'approccio basato sul modello presentato nel conferenza di WCEE2024 [2], in cui il modello del giunto d'acciaio viene modificato per descrivere il comportamento di deformazione dei giunti di calcestruzzo armato nei telai piani mediante l’aggiunta per ogni giunto di un elemento finito iso-parametrico a 4 nodi, in grado di interfacciarsi con gli usuali elementi di trave aventi 3 gradi di libertà per nodo. In questa tesi, i modelli sviluppati sono stati implementati in MATLAB e OpenSees, consentendo la validazione della formulazione proposta. In particolare, durante questa tesi, all’interno del framework di OpenSees, è stato sviluppato un nuovo elemento chiamato DeformableBeamColumnJoint, in grado di rappresentare le dimensioni finite e la deformabilità dei giunti. La validazione è stata effettuata mediante confronti con dati sperimentali di Calvi et al. [3] e Shiohara et al. [4], nonché studi di riferimento utilizzando il software FEM (RFEM). I risultati dimostrano che il modello proposto prevede con precisione le distribuzioni della azioni interne, gli spostamenti nodali e i meccanismi di dissipazione del l'energia, dimostrando una migliore concordanza con le osservazioni sperimentali rispetto ai modelli convenzionali centerline-to-centerline e dei giunti rigidi. Fornendo un buon compromesso tra l'efficienza computazionale e la precisione, questa tesi contribuisce al progresso delle tecniche di modellazione strutturale per l'analisi sismica. La metodologia proposta consente di migliorare la valutazione delle strutture esistenti e offre uno strumento pratico per gli ingegneri che si occupano della progettazione sismica basata sulle prestazioni e dell'adattamento delle applicazioni.