Presentazione della validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate

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Il presente lavoro raccoglie parte degli studi sperimentali e numerici atti a validare il sistema di connessione sismo-resistente (“Connessione di Continuità RS”) brevettato da B.S. Italia. Tale sistema di connessione è stato progettato per il trasferimento diretto delle forze tra barre di armatura,
realizzando una perfetta emulazione di una struttura gettata in opera. La validazione ha coinvolto un’estesa campagna sperimentale sia per investigare il comportamento locale del sistema di connessione,
sia per riprodurre il comportamento globale dei manufatti collegati. Si è poi previsto che ogni analisi sperimentale abbia la sua interpretazione numerica, in modo da validare e anche di generalizzare il comportamento meccanico a casi non testati sperimentalmente. In questo lavoro, dopo una panoramica sul sistema costruttivo di B.S. Italia saranno evidenziate le analisi eseguite su di una colonna di
dimensioni 50 x 50 cm alta 5 m e su di un nodo di collegamento trave colonna.

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Presentazione della validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate

  1. 1. Università degli Studi di Bergamo – Dipartimento di Ingegneria ACI Italy Chapter I Collegamenti nelle Strutture Prefabbricate Connections in Precast Structures Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi 1/37
  2. 2. Continuity connection is based on a few elements, designed and engineered to get 100% controlled connections, "dry" assembly and offers the chance to meet all the basic structural design goals: - coupling tolerance; - ductility; - fire resistance; - vertical and height adjustment; - foundation anchoring; - foundation fixing set; - simplified structural calculations. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 2/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi The present study represents an intermediate step of a larger study in which the connecting devices will be analyzed in detail. Differents failure mechanisms will be investigated for the node column-foundation or beam-column node. Last goal of the whole study is the demonstration of the efficiency of the continuity system in question.
  3. 3. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 3/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  4. 4. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 4/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  5. 5. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 5/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  6. 6. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 6/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  7. 7. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 7/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  8. 8. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 8/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  9. 9. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 9/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi Continuity sleeve Continuity sleeve Side view of the continuityconnection system Anchor sleeveAdjustment footFixing ring and anchoringbase Continuity connections guarantee direct transfer of the forces between two rebars, doing away with the need to overlap the rebars and eliminating the risk of eccentricity in the junction components or the bars inside concrete elements.
  10. 10. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 10/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi Investigation Local behavior Global behavior Column type 1 50x50x100 Column type 2 50x50x500 Column type 3 50x50x500 Beam-Column node Device of type A Numerical Experimental In progress Tested Tested Tested In program In program In program In progressIn progress In progress
  11. 11. Experimental Local behavior Global behavior Numerical Local behavior Global behavior Politecnicodi Milano Politecnicodi Milano LaSapienzaUniversitàdi Roma Politecnicodi Milano Eucentre, Pavia Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 11/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  12. 12. Column type 3 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 12/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  13. 13. To investigate the bending mechanism, two full-scale specimens have been designed and built. Both specimens are composed of a column and a foundation connected with continuity devices. The column has a square section of 50 x 50 cm and is 5 m height. The rate of vertical reinforcement is different for the two columns, respectively equal to 1.70% (for a total of 8Φ26) for the first column and 2.55% (for a total of 12Φ26) for the second column. We will examine the experimental and numerical behavior of the second specimen. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 13/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  14. 14. The experimental test consists of a series of horizontal displacements cycles imposed at the top of the column with growing levels of drift. The horizontal displacement is imposed in displacement control. In addition at the horizontal displacement a constant axial load of 400 kN is imposed to simulate the effect of vertical load present in an existing building. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 14/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  15. 15. P.G. Malerba, E. Garavaglia, L. Sgambi Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 15/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  16. 16. The device of type A is a transfer device in which the bars are screwed to its ends. The connection is very hard because the tension present in the first bar is converted in tension into the device by a shear mechanism on the thread, and then in tension into the second bar. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 16/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  17. 17. The element of type B is a less rigid connection. The steel bars passing in axis to the device and transmit the axial force to the mortar through internal mechanisms of adhesion and shear. The diffusion mechanisms and the formation of compression struts are emphasized by the corrugated shape of the lateral walls of the device. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 17/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  18. 18. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 18/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  19. 19. The numerical analysis shows that the presence in the model of a discrete crack at the base of the column (between the column and the foundation) is required to achieve, on a structural element, the stiffness measured experimentally. Two nonlinearities are presents in the model: - Material nonlinearity - Contact nonlinearity Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 19/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  20. 20. Material Compression strenght [MPa] Concrete 64.2 High strenght mortar 86.0 Yelding stress [MPa] Ultimate stress [MPa] Reinforcement bars 450 540 Steel 355 600 The column is composed of three materials: concrete, mortar and steel. The concrete is modeled using a two different constitutive models. A linear elastic law is used at the top of the column and in foundation where experimentally there were no cracks. Most of the column is modeled in non-linear field using damage concrete plasticity. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 20/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  21. 21. Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 21/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  22. 22. Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 22/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  23. 23. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 23/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  24. 24. Beam – Column node Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 24/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  25. 25. Treated models 2D MODEL: -Model “A” with mortar stratum for beam-column connection; -Model “B” without mortar stratum for beam-column connection. •3D MODEL: -Model “A” with mortar stratum for beam-column connection; -Model “B” without mortar stratum for beam-column connection. 3D “A” 3D “B” 2D “A” 2D “B” Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 25/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  26. 26. Angela Saviotti - Finite element analysis of innovative solutions of precast concrete beam-column ductile connections Beam L=3770 mm Column H=4700 mm STRUCTURE Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 26/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  27. 27. Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate 27/37 Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi BOUNDARY CONDITIONS AND LOADS
  28. 28. MODEL 3D MESH Four-node, three-side iso- parametric solid pyramid elements (TE12L) Concrete, Mortar, Rubber and Steel Plates 158634 solid elements 9106 bar elements 31639 nodes Total of around 142941 degree of freedom Two-node straight truss elements (L2 TRU) Two-node, two- dimensional class-II beam element (L7BEN) Longitudinal reinforcement steel Stirrups Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 28/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  29. 29. MODEL “A” Displacements MODEL “B” mm mm LINEAR ANALYSIS LOAD CONDITION: Applied Horizontal Force of 600 kN at the top of the column 3D Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 29/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  30. 30. MODEL “A” Stress on reinforcing steel MODEL “B” LINEAR ANALYSIS LOAD CONDITION: Applied Horizontal Force of 600 kN at the top of the column Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 30/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  31. 31. NON LINEAR ANALYSIS LOAD CONDITION : Applied Horizontal Force at the top of the column 3D Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 31/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  32. 32. LOAD CONDITION : Applied Horizontal Force at the top of the column NON LINEAR ANALYSIS MODEL “A” MODEL “B” Deformed configuration developed by the structure at STEP 20 – Fmax= 390.2 kN, δmax=88.6 mm. Deformed configuration developed by the structure at STEP 15 - Fmax= 269.83 kN, δmax=87.27 mm mm mm 3D Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 32/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  33. 33. Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 33/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  34. 34. Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 34/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  35. 35. Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 35/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  36. 36. Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 36/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi
  37. 37. References A. Saviotti, P. Olmati & F. Bontempi (2012), “Finite element analysis of innovative solutions of precast concrete beam-column ductile connections”, 6th International Conference on Bridge Maintenance, Safety, Management, Resilience and Sustainability (IABMAS 2012), Stresa, Italy. Editor: Taylor & Francis Group. L. Sgambi, P. Olmati, F. Petrini, F. Bontempi (2011), “Seismic performance assessment of precast element connections”, 2011 PCI Annual Convention and National Bridge Conference, Salt Lake City, USA. L. Sgambi, S. Zambelli, C. Pagani, F. Bontempi (2011), “Experimental and Numerical Assessment of a Special Joint Connection for Precast Columns”, 2011 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM11+), Seoul, Korea. Editor: Techno-Press. F. Bontempi P. Olmati F. Petrini A. Saviotti L. Sgambi Università degli Studi di Bergamo – 5 ottobre 2012 37/37 Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate A. Saviotti, P. Olmati, F. Bontempi, S. Zambelli, C. Pagani, L. Sgambi

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