Affidabilità sismica di telai in calcestruzzo armato considerando diversi fattori di sovraresistenza = Seismic reliability of reinforced concrete frames accounting for different overstrength factors

Il presente elaborato di tesi affronta il tema della valutazione della risposta sismica di telai in calcestruzzo armato, focalizzandosi sulla variazione dei fattori di sovraresistenza e sul loro effetto in termini di affidabilità sismica. A partire da caso studio situato a L’Aquila, progettato secondo le prescrizioni delle NTC18 e i criteri del capacity-design, vengono sviluppate diverse alternative progettuali attraverso la variazione dei fattori di sovraresistenza. Le soluzioni ottenute sono quindi confrontate, al fine di individuare l’opzione progettuale migliore in termini di affidabilità sismica. La struttura di riferimento è progettata assumendo i valori normativi dei fattori di sovraresistenza (γRd,travi=1.2,γRd,pilastri=1.3,γRd,nodi trave-pilastro=1.2) e trascurando gli effetti del confinamento. A seguito della progettazione, sono state condotte 9.000 analisi dinamiche non lineari mediante il software STKO, includendo gli effetti del confinamento tramite il modello di Mander et al. (1988). Sono state considerate le incertezze legate all’input sismico e quelle associate alle proprietà meccaniche dei materiali. L’input sismico è stato rappresentato da 30 accelerogrammi naturali, relativi a 20 eventi sismici reali, scalati su 10 livelli crescenti di una specifica Intensity Measure (IM) compresi nell’intervallo di [0.1g, 1g] con passo 0.1g. Nella presente trattazione l’IM adottata corrisponde all’accelerazione spettrale. Le incertezze aleatorie sui materiali sono state invece modellate attraverso il campionamento delle proprietà meccaniche dell’acciaio e del calcestruzzo mediante la tecnica Latin Hypercube Sampling, considerando 30 campionamenti. Dalla combinazione dei 30 accelerogrammi e dei 30 campionamenti si ottengono 900 analisi complessive per ogni IM. In seguito sono state implementate in ambiente MATLAB le verifiche strutturali di travi, pilastri e nodi, seguendo la gerarchia delle resistenze ed utilizzando il modello di confinamento di Fardis (2009). Infine, sono state condotte le analisi dinamiche incrementali (IDA). Considerando la distribuzione probabilistica del rapporto tra gli spostamenti interpiano e l’altezza di piano (IDIs), è possibile valutare l’affidabilità sismica del telaio come l’integrale di convoluzione tra la curva di fragilità e la curva di pericolosità sismica. Questa procedura ha permesso di stimare la probabilità di superamento di quattro Stati Limite (LS) relativi agli IDIs. Il metodo prevede il confronto tra la curva “Performance Objective (PO)” e la curva “Structural Performance (SP)”. La PO definisce le soglie degli LS (Fully Operational, Operational, Life Safety e Near Collapse) in termini di spostamenti interpiano, mentre la SP rappresenta la probabilità che tali spostamenti eccedano ciascun LS entro il periodo di riferimento della struttura (50 anni). Se la SP rimane al di sotto della PO, lo Stato Limite corrispondente è rispettato, altrimenti lo Stato Limite non è soddisfatto. Sulla base dei risultati ottenuti relativi alla struttura di riferimento, si è scelto di variare opportunamente i fattori di sovraresistenza di travi e nodi, prima separatamente e successivamente in modo congiunto, e definire pertanto le variazioni progettuali per ciascun telaio. Il fattore di sovraresistenza dei pilastri è stato invece mantenuto invariato, poiché non sono stati riscontrati collassi su tali elementi. Per ciascun telaio riprogettato sono state quindi condotte nuove analisi in STKO, eseguite le verifiche strutturali e valutata l’affidabilità sismica.