Prof. Ing. Vincenzo Piluso
Dipartimento di Ingegneria Civile, Università degli Studi di Salerno (Italia)
Questo articolo ha lo scopo di discutere i problemi concettuali che attualmente appaiono nelle regole codificate al fi ne di tenere conto degli effetti del secondo ordine nella progettazione sismica delle strutture. Innanzitutto, a partire dai sistemi SDOF (Simple Degree Of Freedom), viene chiarita la distinzione tra effetti del secondo ordine in campo elastico ed effetti del secondo ordine in campo plastico. Inoltre, l’attenzione viene focalizzata sulla differenza concettuale che intercorre tra il parametro che misura la sensibilità strutturale agli effetti del secondo ordine e un parametro di domanda che misura il livello di sicurezza rispetto al fenomeno dell’instabilità dinamica.
Successivamente, vengono evidenziate le peculiarità riguardanti il comportamento che si verifica nelle strutture MDOF (Multi Degree Of Freedom) reali rispetto ai sistemi SDOF, sottolineando il disaccoppiamento tra effetti del secondo ordine in campo elastico ed effetti del secondo ordine in campo plastico dovuto all’influenza della tipologia del meccanismo di collasso. Vengono analizzate le regole codificate nell’attuale versione dell’Eurocodice 8 per tenere conto degli effetti del secondo ordine, mostrando perché sono concettualmente errate dando origine a molti problemi ingiustificati nella progettazione sismica delle strutture intelaiate in acciaio. Inoltre, vengono analizzate le recenti proposte per migliorare l’Eurocodice 8. Infine, viene mostrato come studi rilevanti già esistenti nella letteratura tecnica possano essere sfruttati per elaborare disposizioni normative razionali e dotate di un solido background teorico. Pertanto, viene presentata una nuova proposta per la codifica degli effetti P − Δ nella progettazione sismica, che tiene conto esplicitamente dell’influenza del meccanismo di collasso.
1. INTRODUZIONE
È noto che per non-linearità geometrica si intendono gli effetti che risultano non appena si considerano i carichi applicati sulla struttura nella sua configurazione deformata. Nel caso delle strutture intelaiate, solitamente questi effetti si distinguono in due tipologie che si verificano simultaneamente: gli effetti P − δ e gli effetti P − Δ . In particolare, gli effetti P − δ sono risultanti dalla configurazione deformata di qualsiasi elemento strutturale in assenza di spostamenti normali relativi dei nodi di estremità. Nell’analisi strutturale, questi effetti possono essere presi in considerazione modificando opportunamente i coefficienti della matrice di rigidezza dell’elemento [1-4].
Pertanto, possono essere considerati effetti del secondo ordine a “livello di membratura”. Al contrario, gli effetti P − Δ sono effetti del secondo ordine che nascono quando si verificano spostamenti normali relativi dei nodi di estremità delle membrature del telaio. Questi effetti sono presi in considerazione dalla cosiddetta matrice di rigidezza geometrica [1-3]. Pertanto, sono strettamente correlati alla stabilità globale e possono essere indicati come effetti del secondo ordine a “livello di struttura” [3]. È evidente che nel caso di telai a nodi spostabili soggetti a spostamenti orizzontali significativi, gli effetti P − Δ diventano di fondamentale importanza. In particolare, questo è il caso delle strutture sismo-resistenti impegnate in campo plastico sotto l’azione di eventi sismici di elevata intensità [5-16].
Nel caso di strutture sollecitate in campo elastico e sottoposte a carichi statici, l’effetto P − Δ produce un’amplificazione delle azioni interne rispetto a quelle calcolate mediante un’analisi del primo ordine. Anche se le analisi del secondo ordine possono oggi essere facilmente eseguite, gli effetti derivanti dalla non-linearità geometrica vengono solitamente presi in considerazione mediante formule di amplificazione in cui vengono considerati sia l’effetto P − δ a livello di membratura che l’effetto P − Δ a livello di struttura [2, 17, 18].
Nel caso di strutture soggette ad azioni sismiche, in campo elastico, la non-linearità geometrica provoca un aumento del periodo naturale di vibrazione per cui, a seconda del contenuto in frequenza del moto sismico, si può verificare un miglioramento o un peggioramento della risposta strutturale. Questa è una differenza fondamentale rispetto al caso di condizioni di carico statico, dove gli effetti P − Δ portano sempre ad un aumento delle azioni interne. Nell’ambito del campo elastico, gli effetti P − Δ non sono sempre significativi; al contrario, in campo plastico, non possono essere trascurati nella progettazione sismica delle strutture [19-23]. In particolare, questo è il caso delle strutture in acciaio [5, 10, 24-26]. […]
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