Presentazione svolta dal Prof. Bontempi durante il Laboratorio "Azioni eccezionali sulle strutture", presso l'Universita' di Cagliari. 28 Febbraio 2013

1. Laboratorio: “Azioni Eccezionali sulle Strutture” – Cagliari – 28/02/2013
SCENARI ESTREMI
PER LE STRUTTURE
Prof. Ing. Franco Bontempi
Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
Facolta’ di Ingegenria Civile e Industriale
Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza

2. TIMELINE
Lo sviluppo di scenari estremi per le strutture
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3. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
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Laboratorio: “Azioni eccezionali sulle strutture” – Cagliari – 28/02/2013

4. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
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5. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
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Laboratorio: “Azioni eccezionali sulle strutture” – Cagliari – 28/02/2013

6. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
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Laboratorio: “Azioni eccezionali sulle strutture” – Cagliari – 28/02/2013

7. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
3
2
1
0
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8. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
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9. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
DANGER
FAILURE
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10. COMPLEXITY
Interazioni e non linearita’
10

11. STRUCTURAL
CONCEPTION
Yes
threats
No
STRUCTURAL
TOPOLOGY
&
GEOMETRY
passive Yes
structural threats
characteristics
No
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
Yes
threats
STRUCTURAL No STRUCTURAL
SYSTEM FIRE DETECTION
& SUPPRESSION SYSTEM
CHARACTERISTICS active
structural threats
Yes WEAKNESS
characteristics
No
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
Yes
threats
No
alive
MAINTENANCE
structural
& USE
characteristics
Yes
threats
No

12. STRUCTURAL
CONCEPTION
STRUCTURAL
Yes
CONCEPTION
threats
No
STRUCTURAL
TOPOLOGY
&
GEOMETRY
passive Yes
structural threats
char acteristics
No
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
Yes
threats
No
FIRE DETECTION
& SUPPRESSION Yes
active
structural
char acteristics
threats
No
Yes
threats
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
Yes
No
threats
No
alive
MAINTENANCE
structural
& USE
char acteristics
Yes
STRUCTURAL
threats
No
TOPOLOGY
&
GEOMETRY
passive Yes
structural threats
characteristics
No
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
Yes
threats
No 12

13. No
FIRE DETECTION
& SUPPRESSION
STRUCTURAL
CONCEPTION
Yes
active
threats
No
STRUCTURAL
TOPOLOGY
&
Yes
passive
structural
GEOMETRY
threats
Yes
structural threats
char acteristics
characteristics
No
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
threats
No
Yes
No
FIRE DETECTION
& SUPPRESSION
active Yes
structural threats
char acteristics
No
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
ORGANIZATION &
Yes
FIREFIGHTERS
threats
No
alive
MAINTENANCE
structural
& USE
char acteristics
Yes
threats
No
Yes
threats
No
alive
MAINTENANCE
structural
& USE
characteristics
Yes
threats
No

14. STRUCTURAL
CONCEPTION
STRUCTURAL
TOPOLOGY
&
GEOMETRY
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
FIRE DETECTION
& SUPPRESSION
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
MAINTENANCE
& USE
CRISIS

15. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
LINEAR interactions NONLINEAR
TIGHT
couplings
LOOSE
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16. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
NUMERICAL
MODELING
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17. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
Situazioni HPLC
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18. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
LPHC events
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19. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
LPHC
HPLC
Low Probability
High probability
High
Low Consequences
Consequences
release of energy SMALL LARGE
numbers of breakdown SMALL LARGE
people involved FEW MANY
nonlinearity WEAK STRONG
interactions WEAK STRONG
uncertainty WEAK STRONG
decomposability HIGH LOW
course predictability HIGH LOW
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20. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
HPLC LPHC
Eventi Frequenti con Eventi Rari con
Conseguenze Limitate Conseguenze Elevate
Impostazione
del problema:
ANALISI ANALISI
Deterministico QUALITATIVA PRAGMATICA
DETERMINISTICA CON SCENARI
Complessità:
Aspetti non lineari e
ANALISI Meccanismi di interazioni
Stocastico QUANTITATIVA
PROBABILISTICA
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21. STRUCTURAL ROBUSTNESS
Criteri di analisi e filosofie di progetto
per strutture soggette a scenari estremi
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22. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
RELIABILITY
AVAILABILITY
ATTRIBUTES MAINTAINABILITY
SAFETY
SECURITY
INTEGRITY
it is a defect and represents a
FAULT potential cause of error, active or dormant
THREATS the system is in an incorrect state:
ERROR it may or may not cause failure
permanent interruption of a system ability
FAILURE to perform a required function
under specified operating conditions
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23. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
• Definition of STRUCTURAL ROBUSTNESS:
• Capacity of a construction to show regular
decrease of its structural quality due to negative
causes. It implies:
a) some smoothness of the decrease of
structural performance due to negative
events (intensive feature);
b) some limited spatial spread of the rupture
(extensive feature).
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24. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
Levels of Structural Crisis
Verification Format
Usual ULS & SLS
1st level:
Material
Point
3rd level: 2nd level:
Structural Element
Element Section
4th level: Structural Robustness
Structural
System Assessment
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25. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
STRUCTURE Collapse
& LOADS Mechanism
“IMPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
is a process in which
NO SWAY objects are destroyed by
collapsing on themselves
“EXPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
SWAY is a process
NOT CONFINED
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26. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
SUDDIVIDERE LA COSTRUZIONI IN COMPARTIMENTI IN MODO TALE CHE IL COLLASSO
DI UNA PARTE DELLA STRUTTURA NON SI POPAGHI ALLE PARTI ADIACENTI
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27. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
AUMENTANDO LA CONNESSIONE DELLE PARTI STRUTTURALI, INTRODUCENDO UN
ELEVATO GRADO DI CONTINUITA’, IN MODO CHE LE AZIONI SI POSSANO TRASFERIRE
DALLA PARTE COLLASSATA A QUELLE ADIACENTI, OVVERO LA COSTRUZIONE
POSSEGGA AL SUO INTERNO UNA RIDONDANZA DI PERCORSI ATTI A TRASMETTERE
L’AZIONE
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Laboratorio: “Azioni eccezionali sulle strutture” – Cagliari – 28/02/2013

28. EXAMPLE
Analisi di robustezza di un edificio alto
28

29. Edificio alto
29

30. Analisi di un componente tipico
D0 30

31. Scenari (1-2)
D1 D2 31

32. Scenari (3-4)
D3 D4 32

33. Modalità di collasso (1-2)
D1 D2 33

34. Modalità di collasso (3-4)
D3 D4 34

35. Sintesi dei risultati: elemento critico
0
4
Lo scenario D4
è quello più cattivo:
l’elemento strutturale
critico individuato è la
colonna più esterna!
35

36. Modellazione edificio alto
36

37. 37

38. Scenari di danneggiamento
Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4
(1 asta (3 aste (5 aste (7 aste
eliminata) eliminate) eliminate) eliminate)
38

39. Collasso secondo scenario 1
39

40. Collasso secondo scenario 2
40

41. Collasso secondo scenario 3
41

42. Collasso secondo scenario 4
42

43. Sintesi dei risultati
λu Moltiplicatore Ultimo e sua variazione ∆ λF
Delta u
Fλu
4,50
4,00
0,48
3,50 0,86
1,41 1,65
3,00
2,50
2,00 4,05
3,57
1,50 3,19
2,64 2,40
1,00
0,50
0,00
D0 D1 D2 D3 D4
Scenario di danneggiamento
Si hanno valutazioni quantitive del comportamento strutturale in presenza di danno!
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44. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
• PUNTI CRITICI PER L’ANALISI E IL PROGETTO DI
STRUTTURE SOGGETTE A SCENARI ESTREMI:
– Timeline – sviluppo temporale e spaziale
dell’evento;
– Complessita’ – interazioni e non linearita’
– Analisi strutturale complessiva, determinazione
puntuale delle modalita’ di crisi e valutazione
della robustezza strutturale ;
– Progetto con compartimentazione o continuita’
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45. Scenari estremi per le strutture– Franco Bontempi
Str
o N
GER
www.stronger2012.com
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