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PROGETTAZIONE SISMICA DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO BASATA SUL CALCOLO A ROTTURA E SUL BILANCIO DI ENERGIA

Il progetto di ricerca si propone di integrare la teoria del controllo del meccanismo plastico con un approccio di tipo energetico. L'obiettivo è di condurre ad una metodologia di progettazione rigorosa e completa in grado di guidare il progettista nel dimensionamento sia delle zone dissipative che di quelle non dissipative. In particolare, l'approccio di tipo energetico si rende necessario proprio con riferimento a quelle situazioni strutturali, ossia travi parallele all'orditura dell'impalcato, in cui la sola applicazione della teoria del controllo del meccanismo plastico non è sufficiente ai fini della univoca definizione matematica del problema progettuale. Pertanto, ai fini di una univoca definizione anche in tali casi, si propone di partire dalla equazione del bilancio di energia con riferimento alle condizioni di quiete attinte al termine di un evento sismico distruttivo.L'energia sismica in ingresso può, infatti, essere valutata attraverso la formula di Housner in funzione della velocità spettrale. La massima energia che il sistema strutturale è in grado di assorbire in campo elastico può, invece, essere valutata mediante la formulazione proposta da Akiyama. Pertanto, la differenza fra l'energia sismica in ingresso e l'energia massima che la struttura è in grado di assorbire in campo elastico fornisce l'energia che dovrà essere dissipata per isteresi al fine di superare con successo l'evento sismico distruttivo atteso. L'energia sismica dissipabile per isteresi dipende dalla duttilità locale delle membrature e può essere espressa, a partire dalla legge di distribuzione delle forze sismiche, mediante il principio dei lavori virtuali, ossia uguagliando il lavoro esterno compiuto dalle forze sismiche orizzontali e dai carichi verticali al lavoro interno sviluppato dalle zone dissipative nel meccanismo globale. In tal modo, è possibile pervenire alla definizione sia di un tagliante sismico di progetto direttamente correlato alla duttilità locale delle zone dissipative sia al progetto delle zone dissipative stesse nel presupposto che sia stabilita una affidabile legge di distribuzione dei taglianti sismici lungo l'altezza della costruzione. La successiva combinazione di tale approccio energetico con la teoria del controllo del meccanismo plastico conduce anche alla progettazione delle zone non dissipative, ossia le colonne, necessarie al fine di garantire il meccanismo di collasso ottimale, ossia un meccanismo globale.La ricerca, pertanto, verrà sviluppata impostando la scrittura delle equazioni del bilancio dell'energia e le equazioni di equilibrio che regolano lo sviluppo dei meccanismi di collasso per le principali tipologie strutturali sismo-resistenti in acciaio. Tali equazioni verranno combinate con il "background" già disponibile riguardante l'applicazione della teoria del controllo del meccanismo plastico.La metodologia verrà sviluppata a partire dalle tipologie strutturali più semplici quali, in particolare, i telai sismo-resistenti e le strutture controventate con controventi ad instabilità impedita. Successivamente, la metodologia verrà progressivamente estesa alle altre tipologie strutturali sismo-resistenti in acciaio.La bontà della metodologia da sviluppare verrà investigata attraverso il confronto prestazionale con strutture progettate nel rispetto delle più moderne normative sismiche, quali l'Eurocodice 8 e le norme americane ANSI-AISC348-10. L'analisi prestazionale verrà sviluppata secondo i metodi più avanzati del "Seismic Performance Based Assessment" sia mediante analisi push-over sia mediante analisi dinamiche non-lineari per incrementi successivi della misura della intensità sismica (analisi IDA). In particolare, il confronto si concretizzerà sia nella valutazione della massima misura dell'intensità sismica che conduce al collasso, in genere in termini di accelerazione spettrale, che in termini economici. Pertanto, l'analisi potrà essere conclusa con una valutazione del rapporto costi/benefici.