CONFRONTO TRA ANALISI STATICHE E DINAMICHE NON LINEARI PER EDIFICI IRREGOLARI PROGETTATI SECONDO LE NTC 2018

In recent years, the design of structures has proved remarkable developments: this evolution is to be attributed to the great interest by a part of the scientific community about the problems related to the protection of buildings localized in seismic areas. The new non-linear analysis techniques that also consider large displacements, dissipative effects, structural degradation caused to load-unload cycles, and fiber modeling have been stimulated by the need to consider effects that weren’t considered in the calculations of few decades ago, but which today they’re indispensable to secure good structural design based on performance criteria. Therefore, modern anti-seismic design methods are based on satisfying different levels of performance, for which the structure mustn’t exceed pre-established damage levels. To realize this type of design means using a non-linear approach: this implies a growing operational difficulty for the designers, especially in the case of dynamic analyses, which require more extensive theoretical knowledge and computational efforts than to linear analyses. Classical elastic-linear analyses, in fact, are simpler to use and understand, but they’re not able to predict the potential inelastic deformation capacity of a structure and, for this reason, they’re unsuitable for a modern anti-seismic design based on the performance concept or to investigate non-linear behavior and collapse conditions. Accordingly, the focus of the problem is the search for a general calculation method that can reproduce the effects induced by the earthquake and that can effectively predict the displacement capacity, the elastic and inelastic behavior, the position and the evolution of the plastic hinges, the location of structural weaknesses, the mechanisms of crisis or collapse, the ductility capacity of a structure and, at the same time, can be conceptually and computationally simple. The first chapter of this project illustrates the state of the art about the anti-seismic design of new regular and irregular RC structures, in compliance with the current Italian buildings code («NTC 2018»). The second chapter focuses, however, on Non-Linear Static Analysis (Pushover), on its theoretical aspects and on how it is set up in current standards. The third chapter illustrates the FEM software used and the aspects characterizing this study. The fourth chapter, instead, describes nine archetypes with their materials, geometries, the applied loads, and the calculation models used. The fifth chapter describes the application of Pushover Analysis (through different load profiles) and Time Histories Non-Linear Dynamic Analysis to the above structures. The sixth chapter, therefore, consists in the comparison and review of the results obtained from the non-linear analyses. Finally, the seventh chapter has the task of exposing the deductions reached and future developments about this compound, also based on the results achieved by this thesis.

Negli ultimi anni la progettazione delle strutture ha riportato notevoli sviluppi: tale graduale evoluzione è da attribuirsi al grande interesse da parte della comunità scientifica nei confronti delle problematiche legate alla protezione degli edifici nei riguardi dell’azione sismica. Le nuove tecniche di analisi non-lineare che considerano anche i grandi spostamenti, gli effetti dissipativi, il degrado strutturale dovuto ai cicli di carico-scarico ed una modellazione a fibre sono state stimolate dalla necessità di tenere in conto gli effetti che non erano considerati nei calcoli di qualche decennio fa, ma che oggi è necessario conoscere per garantire una buona progettazione strutturale basata sui criteri prestazionali. La moderna progettazione antisismica, quindi, è basata soddisfare diversi livelli di prestazione, per ognuno dei quali la struttura non deve superare dei prestabiliti soglie di danneggiamento. Per realizzare una progettazione di questo tipo è, dunque, indispensabile un approccio non lineare del problema: ciò implica una crescente difficoltà operativa da parte dei progettisti, specie se si tratta di analisi dinamiche, le quali necessitano di più vaste conoscenze teoriche e sforzi computazionali rispetto alle analisi lineari. Le classiche analisi elastiche-lineari, infatti, certamente godono della semplicità di utilizzo e comprensione teorica, ma non sono in grado di prevedere la capacità di deformazione inelastica offerta da una struttura e, per tale motivo, risultano inadatte per una moderna progettazione antisismica basata sul concetto prestazionale, o nel quale si vogliono indagare i comportamenti non-lineari e/o le condizioni di collasso. Ciò detto, si evince, quindi, il focus del problema, ossia la ricerca di un metodo di calcolo generale che possa riprodurre gli effetti indotti dal sisma e che possa prevedere in modo perentorio la capacità in spostamento, il comportamento elastico, il comportamento anelastico, la posizione e l’evoluzione delle cerniere plastiche, la posizione delle debolezze strutturali, i meccanismi di crisi e/o collasso, la capacità in duttilità di una struttura e che, al tempo stesso, sia concettualmente semplice e poco dispendioso dal punto di vista computazionale. I suddetti requisiti conducono, pertanto, all’individuazione di due tipologie di analisi, in ottemperanza anche con i codici normativi vigenti (EC8 e NTC 2018), ovvero l’Analisi Non Lineare Statica («PUSHOVER ANALYSIS» o «PoA») e l’Analisi Non Lineare Dinamica («NONLINEAR RESPONSE HISTORY ANALYSIS» o «NRHA» ), i cui dettagli, problematiche e raffronti, in relazione alle strutture spaziali, sono esposte nel seguito del presente elaborato. L'obiettivo generale è quello di valutare le principali differenze tra consolidati e nuovi approcci in letteratura scientifica, individuando l'efficacia e gli effettivi miglioramenti conseguiti dalle nuove prescrizioni normative.