Interaction Diagrams of Hybrid Steel-GFRP Reinforced Concrete Sections in Bending and Axial Regime

Le sezioni in calcestruzzo armato ibridamente rinforzate con barre di armatura in acciaio e Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) rappresentano una soluzione innovativa che combina le proprietà duttili dell'acciaio, essenziali in zona sismica, con la resistenza alla corrosione, la leggerezza e durabilità delle barre in GFRP. La maggiore esigenza di materiali durevoli e sostenibili ha portato a un interesse crescente per i rinforzi ibridi, con l'obiettivo di migliorare le prestazioni delle strutture e infrastrutture in calcestruzzo armato (RC), specialmente in ambienti corrosivi. Questa tesi si focalizza sulla valutazione della resistenza allo Stato Limite Ultimo (SLU) di sezioni in calcestruzzo armato soggette a flessione semplice e forza assiale, considerando diverse tipologie di rinforzo per sezioni in calcestruzzo armato con barre in acciaio (steel-RC), con barre in GFRP (GFRP-RC) e soluzioni ibride (hybrid-RC). L'analisi si concentra sul comportamento sezionale, sui principali meccanismi di rottura e sulla costruzione dei diagrammi di interazione momento-sforzo normale (M-N). Viene proposto un modello analitico e numerico, implementato attraverso un codice MATLAB® specificamente progettato per la costruzione dei diagrammi di interazione. Il codice è stato validato attraverso confronti con calcoli analitici e software commerciali di riferimento permettendo di ottenere una valutazione accurata della capacità portante delle sezioni analizzate. Uno degli aspetti fondamentali dell’analisi riguarda lo studio delle modalità di rottura nelle sezioni ibride in quanto il contributo alla resistenza è dato dall’interazione di due materiali con diverso comportamento, duttile per le barre in di armatura in acciaio e fragile quelle in GFRP. Infatti, mentre le barre in acciaio possono snervarsi prima della rottura, quelle in GFRP seguono un comportamento lineare-elastico fino a rottura, richiedendo un approccio progettuale basato sul controllo delle deformazioni piuttosto che sulla ridistribuzione degli sforzi. Inoltre, viene valutato l’effetto del rapporto di armatura sulla risposta strutturale, individuando il miglior equilibrio tra resistenza e duttilità. Dato che attualmente non sono presenti normative che guidano la progettazione di elementi hybrid-RC il presente lavoro di ricerca esamina in dettaglio il quadro normativo di riferimento per la progettazione degli elementi strutturali steel-RC e GFRP-RC, includendo le principali regolamentazioni internazionali e proponendo un diverso approccio alla progettazione delle sezioni ibride basato sulle normativa americana (ACI 318-19, ACI 440.11-22) di più recente pubblicazione rispetto alle normative europee (Eurocodice-2, CNR-DT 203/2006). I risultati di questa ricerca offrono un contributo significativo alla comprensione e alla progettazione delle sezioni hybrid-RC, fornendo un quadro chiaro sulla loro capacità portante, sui meccanismi di rottura e sulle applicazioni ingegneristiche. L’implementazione del codice MATLAB® rappresenta un importante strumento per la determinazione dei domini di resistenza, consentendo un’analisi approfondita e dettagliata delle prestazioni strutturali. Le conclusioni fornite supportano il potenziale di questi sistemi di rinforzo per il miglioramento delle strutture e infrastrutture, favorendone l’adozione in contesti che richiedono elevata durabilità ed efficienza strutturale.