Nell’ottica del capacity design, le strutture intelaiate in calcestruzzo armato devono possedere elevata duttilità, per la quale risulta necessaria una elevata quantità di armatura trasversale nelle regioni dissipative. L’utilizzo di calcestruzzi fibrorinforzati FRC (Fiber Reinforced Concrete), caratterizzati da una significativa resistenza residua a trazione, può costituire un valido aiuto per i problemi di congestione delle armature nelle regioni critiche. Ad oggi, è ampiamente noto che l’uso di FRC comporta un miglioramento della performance strutturale degli elementi soggetti a carichi gravitazionali e ciclici. Si ottengono benefici in termini di duttilità, comportamento fessurativo, dissipazione di energia, tolleranza a danno e fatica, resistenza a taglio. In particolare, negli ultimi anni una nuova generazione di calcestruzzi fibrorinforzati, noti come HPFRC (High Performance Fiber Reinforced Concrete) è stata utilizzata per sfruttare le notevoli resistenze a trazione offerte. Tuttavia, gli studi disponibili sugli FRC e sugli HPFRC si concentrano su singole membrature In tale contesto il presente lavoro si prefigge lo scopo di investigare gli effetti globali derivanti dall’utilizzo di materiali FRC o HPFRC nelle zone dissipative di strutture regolari intelaiate in calcestruzzo armato. A tal fine si è simulato il comportamento sismico di telai piani in c.a. semplici o misti ovvero con impiego di c.a. ordinario nelle zone di telaio, a comportamento elastico, e di FRC/HPFRC nelle regioni dissipative. I telai sono stati analizzati mediante analisi statiche non lineari, con impiego di plasticità distribuita e sezioni a fibre. Il comportamento dei telai misti è stato confrontato con quello di telai ordinari in termini di curve di capacità e, quindi, di fattore di struttura q. Le variabili che influenzano il valore del fattore di struttura sono state analizzate per mezzo di analisi statistiche (ANOVA e Tuckey Test). I risultati mostrano che l’adozione di calcestruzzi fibrorinforzati nelle zone dissipative di telai misti senza alterazione di armatura trasversale, produce un aumento del fattore di struttura q rispetto ai telai in calcestruzzo ordinario, alla luce della metodologia seguita. Il valore del fattore di struttura risulta non essere dipendente dalla modellazione del nodo, rigido o deformabile, o dalla forma del profilo di carico laterale. Al contrario, esso è fortemente influenzato dal vincolo di diaframma rigido, della geometria del telaio e dalla combinazione delle classi dei materiali adottati. Nei limiti dell’investigazione numerica e trascurando i potenziali problemi tecnologici, l’incremento di duttilità dimostrato dai telai con HPFRC nelle regioni nodali pone le basi per una riflessione normativa.
According to the capacity design approach, reinforced concrete frame structures must have high ductility, which is achieved by adopting a high amount of transverse reinforcement in dissipative regions. The use of Fibre Reinforced Concrete (FRC) can solve the problem due to the development of significant residual tensile strength. To date, it is widely known that the use of FRC results in an improvement of the structural performance for elements subjected to gravitational and cyclic loads. Benefits can be achieved in terms of shear strength, ductility, cracking behaviour, energy dissipation, tolerance to damage and fatigue. However, the available studies on FRC and new HPFRC (High Performance Fibre Reinforced Concrete) focus on individual members only.
This paper aims to investigate the overall effects of using FRC materials in dissipative regions of RC framed regular structures. To this scope, a numerical investigation is run to simulate the seismic behaviour of plane RC frames with or without FRC in inelastic zones and beam-column joints. The frames are analysed by means of non-linear static analysis with distributed plasticity and fibre sections. The behaviour of simple and mixed frames is compared in terms of capacity curves and, therefore, behaviour factor q. The variables taken into examination are investigated by means of statistical analysis (ANOVA and Tuckey test). Mainly the adoption of fibre reinforced concrete in dissipative zones of mixed frames proves an increase in the behaviour factor q compared to concrete frames ordinary. The value of the behaviour factor does not depend on the modelling technique for the beam-column joint or on the lateral load profile. On the contrary, the behaviour factor depends on the floor in-plane stiffness, on the frame geometry and on the combination of materials adopted. Within the limits of numerical investigation and potential execution problems, the increment of ductility displayed by R.C. frames with H.P.F.R.C. in dissipative regions arises the need for further development of design codes.