Sul comportamento a taglio di elementi in c.a. e c.a.p. in parete sottile esposti all'alta temperatura

A rational model is proposed for the study of the effect of the high temperature on the individual contributions to shear capacity in reinforced concrete (RC) and prestressed concrete (PC) thin-webbed beams. From the point of view of limit analysis, the proposed model is an improved version of the well-known Mörsch’s truss based on the on the diagonal-compression concept: the thin web is at the onset of shear collapse due to the simultaneous yielding of the stirrups and the collapse of the compressive struts in shear compression. By assuming a fixed-crack approach, it is possible to evaluate the web mechanisms contribution as aggregate interlock along shear cracks, cantilever-type behavior of concrete struts, dowel action, nonuniform distribution of crack opening and slip, and plastic-strain accumulation in the stirrups. The mechanical properties of concrete and steel are determined as a function of temperature as well as the bond properties of the stirrups and the compatibility equation can be adequately described by introducing the contribution of the thermal effects on the strenght and on the average strain field, which the two different materials develop during fire exposure. A numerical analysis is carried out to study the effect of various factors governing the fire resistance of RC and PC double T-beams and T-beams. In the analysis, high-temperature material properties and material, geometric nonlinearities are accounted for to determine failure. The shear capacity decreases with the increase of temperature and reaches about a quarter of its initial strength at 120’ due to the detrimental effects that high thermal gradients produce on the mechanical properties of concrete and steel.

Il presente lavoro si prefigge lo scopo di studiare la resistenza ultima a taglio delle travi in c.a. e c.a.p. ad anima sottile interessate dall’instaurarsi di un gradiente termico dovuto al fenomeno di incendio. Si pone particolare attenzione sul comportamento e sull’evoluzione all’alta temperatura dei singoli meccanismi resistenti che caratterizzano il comportamento a taglio: ingranamento degli inerti, presso-flessione del dente, effetto bietta e contributo armatura trasversale. Riferendoci ad elementi che trovano grande applicazione nel settore della prefabbricazione, questi presentano vincoli isostatici e pertanto le dilatazioni termiche non alterano fortemente la distribuzione delle azioni interne. Il modello proposto, che rappresenta un evoluzione del modello a traliccio di Mörsch attraverso l’analisi limite ed un approccio a fessura fissa, viene esteso considerando la riduzione delle resistenze dei materiali all’alta temperatura e le deformazioni termiche che agiscono sull’elemento. In accordo con evidenze sperimentali si suppone che le diagonali siano soggette ad uno stato di sforzo di compressione (diagonal compression field). La risoluzione del sistema non lineare delle equazioni di equilibrio, congruenza e legame costitutivo riferito all’anima della trave permette di ricavare e studiare l’evoluzione nel tempo dei meccanismi resistenti a taglio, dei parametri legati alla cinematica della fessura (distribuzione non uniforme di apertura e scorrimento), dell’effetto associato al tension stiffening e dell’accumulazione plastica delle deformazioni in corrispondenza delle fessure. I risultati ottenuti mostrano come, all’atto dell’incendio, i contributi resistenti a taglio, offerti dai materiali che compongono l’elemento, decadano nel tempo comportando una marcata riduzione della capacità resistente in presenza di carichi d’incendio.