LA ROBUSTEZZA STRUTTURALE NEI CONFRONTI DELLE AZIONI ACCIDENTALI

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Roma: "Gli eurocodici per la progettazione strutturale antincendio", il 18 settembre all'ISA

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  • 1. LA ROBUSTEZZA STRUTTURALE NEI CONFRONTI DELLE AZIONI ACCIDENTALI Franco Bontempi, Chiara Crosti, Luisa Giuliani Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Roma “La Sapienza” Via Eudossiana 18 – 00184 ROMA franco.bontempi@uniroma1.it - chiara.crosti@uniroma1.it - luisa.giuliani@uniroma1.it 18 settembre 2008 Istituto Superiore Antincendi, Roma GLI EUROCODICI PER LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO
  • 2. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 2 INDICE • Parte I: definizioni e considerazioni generali; • Parte II: applicazione ad un edificio alto con valutazioni numeriche; • Parte III: analisi di un caso di struttura reale soggetta ad incendio e considerazioni di tipo progettuale.
  • 3. Parte I: DEFINIZIONI Qualità strutturali, Robustezza strutturale, Situazioni HPLC vs. LPHC Approcci Livelli di crisi
  • 4. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 4 Qualità strutturali (1) SERVICEABILITY SAFETY DISPLACEMENT (risposta strutturale) LOAD PARAMETER (carico) 2 1 3 4 EQUILIBRIUM PATH (percorso di equilibrio) rigidezza resistenza stabilità duttilità
  • 5. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 5 Qualità strutturali (2) • qualità legate alla funzionalità (serviceability): 1) Rigidezza (limitata deformabilità); • qualità legate alla sicurezza (safety): 2) Resistenza (adeguata capacità portante); 3) Stabilità (capacità di non allontanarsi troppo dalla confgurazione di equilibrio nominale); 4) Duttilità (capacità di mantenere adeguata capacità portante fino ad una certa deformazione – ovvero, capacità di assorbire energia); • QUESTE QUALITA’ SONO VALUTATE SULLA STRUTTURA, CON LE SUE IMPERFEZIONI, NEL SUO STATO INTEGRO
  • 6. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 6 Robustezza strutturale (1) • SI CONSIDERA ORA COME LE QUALITA’ STRUTTURALI, IN PARTICOLARE QUELLE RELATIVE ALLA SICUREZZA, CAMBIANO QUANDO LA STRUTTURA NON E’ PIU’ INTEGRA, OVVERO E’ DANNEGGIATA: • UNA STRUTTURA E’ ROBUSTA SE MOSTRA UN DEGRADO REGOLARE DELLE QUALITA’ (… RESISTENZA) CON L’ENTITA’ DEL DANNEGGIAMENTO CHE SUBISCE.
  • 7. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 7 Robustezza strutturale (2) • Implica regolarità: – A piccoli danneggiamenti, conseguono piccoli decrementi di qualità; – A grandi danneggiamenti, conseguono grandi decrementi di qualità; • In altri termini, deve corrispondere un – Effetto (perdita di qualità) proporzionato alla – Causa (danneggiamento)
  • 8. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 8 Situazioni HPLC High Probability Low Consequences
  • 9. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 9 Situazioni LPHC: Air France Flight 4590 Low Probability High Consequences
  • 10. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 10 Situazioni LPHC: Ronan Point Low Probability High Consequences
  • 11. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 11 Situazioni LPHC: I-35W Mississippi River Bridge Low Probability High Consequences
  • 12. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 12 Situazioni LPHC: WT 9/11 Low Probability High Consequences
  • 13. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 13 Situazioni HPLC vs LPHC • Le situazioni HPLC sono generalmente associati a basse quantità di energia, a deboli rotture e coinvolgono poche persone. • Le situazioni LPHC sono generalmente associati a grandi rilasci di energia, a ampie rotture e coinvolgono numerose persone.
  • 14. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 14 Approcci di analisi HPLC Eventi Frequenti con Conseguenze Limitate HPLC Eventi Rari con Conseguenze Elevate Complessità: Aspetti non lineari e Meccanismi di interazioni Impostazione del problema: Deterministico Stocastico ANALISI QUALITATIVA DETERMINISTICA ANALISI QUANTITATIVA PROBABILISTICA ANALISI PRAGMATICA CON SCENARI
  • 15. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 15 Livelli di crisi: parti vs. sistema SLE/SLU:verifiche sullepartistrutturali! ROBUSTEZZA: verifiche sul sistema strutturale!
  • 16. 32,85 m 65,64m Vista A-A Vista B-B CC Vista A-A Vista B-B Sezione C-C 32,82 m 32,82 m 7,00 m 12,82m9,02m 16,425 m ESEMPIOESEMPIO
  • 17. MODELLAZIONE 3D IN CAMPO NON LINEAREMODELLAZIONE 3D IN CAMPO NON LINEARE
  • 18. 3°Scenario SCENARIO DI INCENDIOSCENARIO DI INCENDIO
  • 19. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 19 SCENARIO 3:SCENARIO 3:
  • 20. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 20 SCENARIO 3:SCENARIO 3:
  • 21. Parte II: APPLICAZIONE Analisi di un edificio alto Scenari di danno Valutazioni quantitive
  • 22. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 22 Edificio alto
  • 23. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 23 Analisi di un componente tipico D0
  • 24. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 24 Scenari (1-2) D1 D2
  • 25. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 25 Scenari (3-4) D3 D4
  • 26. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 26 Modalità di collasso (1-2) D1 D2
  • 27. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 27 Modalità di collasso (3-4) D3 D4
  • 28. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 28 Sintesi dei risultati: elemento critico 0 4 Lo scenario D4 è quello più cattivo: l’elemento strutturale critico individuato è la colonna più esterna!
  • 29. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 29 Modellazione edificio alto
  • 30. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 30
  • 31. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 31 Scenario 1 (1 asta eliminata) Scenario 2 (3 aste eliminate) Scenario 3 (5 aste eliminate) Scenario 4 (7 aste eliminate) Scenari di danneggiamento
  • 32. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 32 Collasso secondo scenario 1
  • 33. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 33 Collasso secondo scenario 2
  • 34. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 34 Collasso secondo scenario 3
  • 35. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 35 Collasso secondo scenario 4
  • 36. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 36 Moltiplicatore Ultimo e sua variazione 4,05 3,57 3,19 2,64 2,40 0,48 0,86 1,41 1,65 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 D0 D1 D2 D3 D4 Scenario di danneggiamento λλλλu Delta F F Sintesi dei risultati Si hanno valutazioni quantitive del comportamento strutturale in presenza di danno! ∆ λλλλu λλλλu
  • 37. Parte III: CASO REALE Windor Building a Madrid Continuità Compartimentazione Collassi favorevoli vs. sfavorevoli Confinamento del collasso
  • 38. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 38 CONTINUITA’
  • 39. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 39 COMPARTIMENTAZIONE
  • 40. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 40 Edificio Windsor
  • 41. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 41
  • 42. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 42 SISTEMA STRUTTURALE SCENARIO D’INCENDIO 1 2 COMPARTIMENTO STRUTTURALE SUPERIORE COMPARTIMENTO STRUTURALE INFERIORE 3 3
  • 43. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 43
  • 44. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 44
  • 45. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 45
  • 46. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 46
  • 47. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 47
  • 48. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 48
  • 49. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 49
  • 50. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 50
  • 51. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 51
  • 52. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 52
  • 53. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 53
  • 54. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 54 Collasso progressivo
  • 55. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 55 Collasso progressivo (1)
  • 56. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 56 Collasso progressivo (2)
  • 57. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 57 Collasso progressivo (3)
  • 58. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 58 Collasso progressivo (4)
  • 59. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 59 Collasso progressivo (5)
  • 60. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 60 Collasso progressivo (6)
  • 61. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 61 compartimentzione
  • 62. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 62 Collassi favorevoli vs. sfavorevoli
  • 63. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 63 Confinamento del collasso
  • 64. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 64 Robustezza strutturale (3) • Inoltre: – Deve esserci la capacità di non far propagare il danneggiamento, attraverso misure di • Continuità, • Compartimentazione; • Si possono individure elementi critici. • Il collasso deve avvenire con modalità favorevoli, in genere attraverso confinamento del meccanismo di collasso (implosione).
  • 65. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 65 [1] Bontempi F., Arangio S., Sgambi L., “Tecnica delle costruzioni. Basi della progettazione. Strutture intelaiate in acciaio”, Carocci, 2008. [2] Bontempi F., Giuliani L., Gkoumas K.: “Handling the exceptions: dependability of systems and structural robustness” (invited lecture), 3rd International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation (SEMC 2007), Cape Town, South Africa, 2007. [3] ISO 13387 Fire safety engineering., 1998. [4] Bontempi F., Crosti C., “Costruzioni in acciaio secondo l’approccio ingegneristico di progetto”, Rivista Antincendio, Maggio 2008. [5] Bontempi F., Crosti C., Giuliani L., “Il ruolo delle strutture nella protezione passiva contro l’incendio”, Rivista Antincendio, Agosto 2008. [6] Bontempi F., “Robustezza strutturale”, Atti del Convegno CRASC’06, Università degli Studi di Messina, Messina, 20-22 Aprile 2006. [7] Buchanan A.H., “Structural Design for Fire Safety”. John Wiley & Sons. [8] Bontempi F., Crosti C., Petrini F., Giuliani L.: “La progettazione prestazionale di strutture in acciaio in presenza di incendio”. XXI Congresso Catania, Costruire con l’Acciaio. Catania 1- 3 Ottobre 2007. [9] Bontempi F., Crosti C., Petrini F., Giuliani L.:“La valutazione quantitativa delle capacità prestazionali di strutture in acciaio in presenza di incendio”. XXI Congresso Catania, Costruire con l’Acciaio. Catania 1-3 Ottobre 2007. [10] Gkoumas C., Crosti C., Bontempi F., “Risk analysis and modelling techniques for structural fire safety”, Proceedings CST2008 & ECT2008 Conferences, Atene 2-5 Settembre 2008. [11] Giuliani L., Wolff M.: “Strategie per il conseguimento della robustezza strutturale: connessione e compartimentazione”, 3rd national congress on collapse and reliability of civil structures (CRASC’06), “Università degli Studi di Messina”, Messina, Italy, 20-22 April 2006 [12] O’Meagher, A.J., Bennets, I.D., Dayawansa, P.H., Thomas, I.R., “Design of Single Storey Industrial Buildings for Fire Resistance”, Journal of the Australian Institute of Steel Construction, Vol. 26, No. 2, pp. 2-17, Maggio, 1992 [13] Bolognesi S.: L’integrità strutturale e la sua misura attraverso analisi non lineari definite da algoritmi di ottimizzazione, Tesi di Laurea in Ingegneria Civile, Università degli Studi di Roma “La Sapienza“, Relatore Prof. Ing. F. Bontempi, 2000. [14] Albera G.: Analisi di sistemi framed-tube per edifici alti con particolare riguardo alla robustezza strutturale, Tesi di Laurea in Ingegneria Civile, Università degli Studi di Roma “La Sapienza“, Relatore Prof. Ing. F. Bontempi, 2002. Bibliografia
  • 66. F.Bontempi C.Crosti L.Giuliani Robustezza Strutturale 66 Autori Franco Bontempi è professore ordinario di Tecnica delle Costruzioni nella Facoltà di Ingegneria dell’Università di Roma “La Sapienza”. Si occupa di analisi strutturale e progettazione prestazionale di edifici alti e ponti, coordinando un gruppo di ricerca tra i più attivi nel settore del calcolo automatico e della modellazione strutturale. Negli ultimi anni, è stato membro della Commissione per il Testo Unico delle Norme Tecniche delle Costruzioni presso il Ministero delle Infrastrutture e del Comitato Scientifico per il Ponte sullo Stretto di Messina. Fa parte della Commissione Tecnica per la Sicurezza delle Costruzioni in Acciaio in caso di Incendio. Svolge attività di consulenza per strutture speciali. Chiara Crosti è allieva del Dottorato di Ricerca in Ingegneria Strutturale presso l’Università di Roma “La Sapienza”, dove si occupa di analisi strutturale e di progettazione di costruzioni soggette ad incendio ed esplosioni. Luisa Giuliani è allieva del Dottorato di Ricerca in Ingegneria Strutturale presso l’Università di Roma “La Sapienza”, dove si occupa di robustezza strutturale e analisi del rischio. Attualmente, svolge ricerca presso la Technische Universität Hamburg – Harburg in Germania. www.francobontempi.org