Prestazione sismica di un nuovo giunto di telaio prefabbricato in calcestruzzo con un costruito

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5334 (2023) Citare questo articolo

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In questa ricerca è stata progettata una nuova connessione trave-colonna con telaio prefabbricato in calcestruzzo. La connessione adotta la modalità di assemblaggio della colonna prefabbricata e dell'area di giunzione congiuntamente per mantenere l'integrità dell'area di giunzione e aumentare l'efficienza dell'assemblaggio. Sulla base della connessione convenzionale con manicotto per iniezione, sull'estremità della trave è costruito un dispositivo a molla a disco per migliorare la duttilità del giunto. Dieci provini di connessione sono stati testati sotto carichi ciclici bassi, comprese due connessioni monolitiche, quattro connessioni prefabbricate ordinarie e quattro nuove connessioni prefabbricate. I parametri del test includevano il tipo di giunto e il rapporto di pressione assiale, e la differenza nella prestazione sismica è stata determinata valutando la modalità di guasto, le caratteristiche di isteresi, il degrado della rigidità, la dissipazione di energia e la deformazione di taglio dell'area del giunto. Rispetto alle connessioni monolitiche, le connessioni prefabbricate convenzionali mostrano caratteristiche di isteresi simili. Sebbene la loro duttilità sia leggermente inferiore, la loro capacità portante è maggiore. Rispetto alle due connessioni precedenti, la nuova connessione con il dispositivo a molla a disco integrato ha prestazioni sismiche superiori. Il rapporto di pressione assiale è un aspetto significativo nel determinare la modalità di cedimento della connessione prefabbricata e il provino mostra un danno da taglio minore con un rapporto di pressione assiale maggiore.

Le strutture a telaio in calcestruzzo prefabbricato (PC) presentano i vantaggi di migliorare la qualità della costruzione, migliorare l'efficienza della costruzione, conservare la manodopera, risparmiare energia e ridurre le emissioni; di conseguenza, il tema strategico dell'industrializzazione di nuove costruzioni basate su strutture a telaio in PC ha ricevuto crescente attenzione negli ultimi decenni1,2,3,4. Tuttavia, la scarsa prestazione sismica delle strutture con telaio in PC durante i terremoti è stata la ragione che limita l’uso diffuso di strutture con telaio in PC nelle aree ad alta intensità5. È noto che la prestazione sismica delle strutture a telaio in PC è altamente correlata all’affidabilità della connessione trave-pilastro in PC. In molti studi sperimentali è stato riscontrato che il fenomeno dei crolli degli edifici in PC causati dai cedimenti delle connessioni trave-colonna in PC è il più comune6,7. Di conseguenza, la valutazione della prestazione sismica delle connessioni trave-colonna con telaio in PC è un prerequisito per l’implementazione diffusa di strutture a telaio prefabbricate in calcestruzzo in luoghi ad alta intensità.

Duttilità e consumo energetico sono stati ampiamente studiati come due aspetti cruciali che influenzano le prestazioni sismiche delle connessioni dei frame dei PC. La modalità di assemblaggio dei componenti prefabbricati ha un effetto diretto sul consumo energetico della struttura del telaio del PC e diversi ricercatori hanno migliorato l'efficienza energetica della connessione del PC inventando varie modalità di assemblaggio. Attualmente, la modalità di assemblaggio più diffusa è quella di prefabbricare separatamente elementi di travi e pilastri, che vengono successivamente portati in cantiere per l'assemblaggio e versati con calcestruzzo nell'area di giunzione8,9. Diverse forme di assemblea presentano questioni distinte. Dopo aver versato il calcestruzzo nella colonna10,11, l'area di getto della colonna è troppo grande, con conseguente costruzione inefficiente e l'emergere di punti deboli nella colonna è dannoso per il suo consumo energetico. Il getto di calcestruzzo all'estremità della trave12 può garantire l'integrità della colonna e conformarsi al principio di progettazione di “pilastro forte e trave debole” nella progettazione sismica; tuttavia, le nervature longitudinali della trave non possono essere continue in corrispondenza delle giunture ed è difficile garantire un'efficace trasmissione delle sollecitazioni durante i terremoti. Insieme, i componenti prefabbricati e le cuciture garantiscono l'integrità della regione del nodo e fanno sì che l'area del giunto abbia una migliore prestazione in termini di consumo energetico5,13. La forma affidabile della connessione di rinforzo all'interno dell'elemento prefabbricato è un altro fattore chiave che influenza la capacità di consumo energetico della connessione del telaio in PC, e la connessione a sovrapposizione comune richiede una lunga lunghezza della sovrapposizione e una scarsa forza di adesione14,15. Gli studi che migliorano le connessioni delle sovrapposizioni hanno dimostrato che, sebbene possano migliorare la loro prestazione sismica, il complesso processo di fabbricazione e costruzione rende difficile la promozione dei componenti prefabbricati16,17. Le connessioni a manicotto sono ampiamente utilizzate per la loro semplicità di funzionamento, i giunti affidabili e le eccellenti capacità di trasferimento delle sollecitazioni; tuttavia, la duttilità dei componenti del PC è debole a causa delle loro caratteristiche intrinseche5,18.