Source: http://www.slideshare.net/franco_bontempi_org_didattica/analisi-strutturale-in-caso-di-incendio-impostazione-e-applicazioni
Timestamp: 2017-01-21 02:58:37+00:00
Document Index: 34961784

Matched Legal Cases: ['art 12', 'art 1', 'art 1', 'art 1', 'art 12', 'art 1', 'art 1']

PSA - Impostazione del problema del...
LA ROBUSTEZZA STRUTTURALE NEI CONFR...
6 febbraio 2014 - Si è svolta presso l’Università della Calabria di Arcavacata di Rende (Cs) la giornata di studio sulla “ Resistenza al fuoco delle strutture”, organizzata dalla Direzione Regionale dei Vigili del Fuoco e dall’Università della Calabria, con il Patrocinio dell’Ordine degli Ingegneri di Cosenza, e rivolta ai professionisti che operano nel settore dell’antincendio.
http://www.vigilfuococalabria.com/territorio/direzione/291-unical-giornata-di-studio-resistenza-al-fuoco-delle-strutture-2.html
ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO:
IMPOSTAZIONE E APPLICAZIONI
chiara.crosti@uniroma1.it , chiara.crosti@stronger2012.com
Structure of Next Generation – Energy harvesting and Resilience
Spin-off di Ricerca – www.stronger2012.com
Progettazione, adeguamento e ottimizzazione
Valutazione di Resilienza
Sostenibilita’ e Recupero Energetico
Approccio ingegneristico alla progettazione di strutture in caso di
chiara.crosti@uniroma1.it - chiara.crosti@stronger2012.com
Norme Tecniche per le Costruzioni 14/01/2008
1) INDIVIDUAZIONE DELL’INCENDIO DI PROGETTO
Usata per la classificazione delle costruzioni e
per le verifiche di resistenza al fuoco
Determinata in base a modelli di incendio e a
parametri fisici.
•Curve Parametriche: ISO 834
•Modelli a Zone:
Simulazione limitata ad incendi Pre-Flashover
•Modelli di Campo:
Simulazione estesa anche per incendi
2) ANALISI DELL’EVOLUZIONE DELLA TEMPERATURA NEGLI ELEMENTI
EN 1992 1-2
Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 12: General rules – Structural fire design
EN 1993 1-2
Eurocode 3 – Design of steel structures – Part 1-2:
General rules – Structural fire design
Acciaio–Cls
EN 1994 1-2
Eurocode 4 – Design of composite steel and
concrete structures – Part 1-2: General rules –
EN 1995 1-2
Eurocode 5 – Design of timber structures – Part 1-2:
EN 1996 1-2
Eurocode 6 – Design of masonry structures – Part 12: General rules – Structural fire design
EN 1999 1-2
Eurocode 9 – Design of aluminium structures – Part
1-2: General rules – Structural fire design
3) ANALISI DEL COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE STRUTTURE
ES. : MATERIALE ACCIAIO
• formazione di cerniere plastiche al crescere
della temperatura che rendono la struttura
• fenomeni di instabilità anticipata, dovuti al
decadimento della rigidezza.
ANALISI NON LINEARI NON STAZIONARIE
Non linearità di materiale
Non linearità di geometria
Equilibrio scritto nella
configurazione deformata
PROCEDIMENTO ITERATIVO DEI CODICI DI CALCOLO
t1 = t + Δt
 ET A
12ET I
6ET I
Ke =  E A
2ET I
12E0 I
6ET I 
LT 
2ET I 
− 2 
4ET I 
 ET 1 A
12ET 1I
6ET1I
Ke = 
ET1 A
 LT1
6E0 I
6ET 1I
4 ET 1I
2 ET 1I
ET 1 A
6ET 1I 
LT 1 
2 ET 1I 
4 ET 1I 
CORRETTA MODELLAZIONE DEL PROBLEMA
Sezione: UB 356x171x51
Materiale: S355
Incendio: ISO834
Nodo in meezzeria (m)
NLM + NLG
NON LINEARITA’ DI MATERIALE E DI GEOMETRIA
Trave incernierata all’estremita’
compression e
II ord. moment
Effetto catenaria
Forza assiale trave
THERMAL BUCKLING tempo
Espansione termica libera
Espansione termica impedita
356x171x51 UB
Cerniera – Carrello
4) VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO
RFire > SFire
Dy = L/20
Tcr= 560°C
Collasso convenzionali
Tcr= 795°C
Da analisi numeriche
Spostamentoverticali
ATTENZIONE NELLA
LETTURA DEI RISULTATI!!
LA STRUTTURA DEVE ESSERE ROBUSTA DA UN PUNTO DI VISTA STRUTTURALE
UNA STRUTTURA E’ ROBUSTA SE MOSTRA UN DEGRADO
REGOLARE DELLE QUALITA’ (… RESISTENZA) CON L’ENTITA’ DEL
DANNEGGIAMENTO CHE SUBISCE
• Individuazione dei livelli di prestazione;
• Scelta degli scenari di incendio;
• Modellazione dell’azione di incendio;
• Modellazione del trasferimento di calore;
• Modellazione strutturale.
Verifiche dei risultati:
RFire> > SFire
Hangar per aeroporto
Ponte in acciaio a struttura reticolare
• Determinare la resistenza al fuoco;
• Valutare eventuali interventi di retrofitting;
16.425 m
Safety Objective: Evitare il crollo della struttura;
Performance Level: Evitare il collasso strutturale ;
Fire Scenarios: Incendio localizzato in 3 zone.
APPROCCIO INGEGNERISTICO _ Scelta degli scenari
Fire Action Modeling: Nominal curve, ISO834;
Heat Transfer Modeling: senza trasferimento del calore,
la temperatura e’ applicata solo agli elementi investiti
dall’incendio localizzato;
Structural Modeling: Analisi non lineari in materiale e
geometria (ADINA).
APPROCCIO INGEGNERISTICO _ Analisi Qualitativa
sY (Pa)
EPl (Pa)
αT (°C-1)
• Concrete Rck 35;
Finite Element: Nonlinear Isobeam
• Steel S235;
1.89E+11
9.45E+09
5 ore di utilizzo di un
N° elements : 4422 normale computer
7.35E+09
N° sections: 27
6.51E+10
9.45E+08
N° node : 1205
Element mesh density : 2
Trend of displacement X with time
Trend of displacement X with Temperature
t=240 sec
t=870sec
t=5936 sec
T=505°C
T=702°C
T=1000°C
t=340 sec
t=1600 sec
T=575°C
T=804°C
Andamento dello spostamento Y in funzione della Temperatura
Il collasso di un singolo elemento della struttura
reticolare e’ di certo un aspetto importante per la
valutazione della sicurezza della struttura ma che
non compromette il comportamento della
struttura nella sua globalita’.
Fire Action Modeling: curva naturale (FDS);
Heat Transfer Modeling: SI
geometria(ADINA).
Discretizzazione per il modello strutturale
Discretizzazione per la modellazione dell’azione
•Nominal Temperature-time curve:
Standard temperature-time curve, ISO834;
Hydrocarbon curve;
•Natural Temperature-time curve:
B4 ambiente chiuso;
B3 porte che si aprono dopo 300 sec;
B4 ambiente aperto;
B4 ambiente aperto
B4 ambiente chiuso
Scenario B4, ambiente chiuso
Modelling with ISO834
Far external columns
Near external columns
Scenario 2, apertura delle porte
dopo 5 min (300 sec)
Anche se analisi di
comportano un notevole
incremento di onere
computazionale, solo
attraverso queste e’
possibile ottenere risultati
numerici che riproducono
cosa accade realmente.
Sono pertanto necessarie
sicurezza della struttura
in questione soggetta ad
incendio e di tutto cio’ che
la circonda
CASE STUDY: 40 floors, 160 m heigth, 35 m x 35 m floor, office building
Gentili, Petrini, Bontempi, “Optimization of the tall building structural system for reliability against progressive collapse”, CTA 2013
Exposure to 180 minutes of ISO Curve
30 cases of fire changing initial fire location and number of
θ ipe 270
θ ipe 300
θ hem 260
θ hea 240
θ hem280
FIRE LOCATION 6th floor
EDIFICIO ALTO: Frame A - Worst case scenarios
5 Heated
EDIFICIO ALTO: Frame A
After 126 min
After 144 min
After 100 min
TEMPI DI RESISTENZA MEDIA PER TUTTE LE COMBINAZIONI CONSIDERATE
SWAY COLLAPSE
NO-SWAY COLLAPSE
Configurations: position of the outrigger
STEEL MASS [TON]
Configurations: vertical brace system
817 ton
877 ton
939 ton
994 ton
•on 1st February 2013 where an expressway bridge partially collapsed due to a truck explosion in
Mianchi County, Sanmenxia, central China's Henan Province;
•on 14 December 2011, where a truck transporting 33800 l of gasoline caught fire on the
eastbound 60 Freeway under the Paramount Boulevard Bridge, in Montebello, Los Angeles, CA,
USA. The intense fire, which lasted several hours, severely damaged the reinforced concrete
structure of the overpass;
•on 29 April 2007, where a truck transporting 32600 l of gasoline had an accident and burst into
flames the MacArthur Maze in California. The fire, which is believed to have reached very high
temperatures, heated the overpass above the incident, which served as connector between the I-80
and the I-580.
A highway bridge is expected to experience numerous extreme events during its lifetime.
Therefore multiple hazards (e.g. earthquake, wind gust, flood, vessel collision, traffic
overload and accidents, and terrorist attacks etc.) must be properly considered in
highway bridge design in addition to the normal functionality requirement. The severity of
these hazards can significantly increase the costs of construction and maintenance,
especially if they are considered for rehabilitation of existing bridges.
MULTI-HAZARD ANALYSES
CASO IN ESAME: I-35W Bridge in Minneapolis, 1 Agosto 2007
FRACTURE CRITICAL SYSTEMS
“The term “fracture critical” indicates that if one main component of a bridge fails, the entire
structure could collapse. Therefore, a fracture critical bridge is a steel structure that is designed
with little or no load path redundancy. Load path redundancy is a characteristic of the design that
allows the bridge to redistribute load to other structural members on the bridge if any one member
loses capacity. “
“The deck truss comprised in two parallel Warren trusses (east
and west) with verticals. Steel gusset plates were used on all the
112 connections of the two main trusses. All nodes had two gusset
plates on either side of the connection. The east and west main
trusses were spaced 22 m apart and were connected by 27
transverse welded floor trusses spaced 11.6 m on centers and by
two floor beams at the north and south ends.”
Nodes: 1172
Beam elements: 1849
Fu = 610 MPa
•Large displacement
E = 199 GPa
• Elasto-plastic material
(National Transportation Safety
Board (2008) “Collapse of I-35 W
Highway Bridge, Minneapolis,
Minnesota, August 1, 2007” Accident
Report, NTSB/HAR 08/03 PB 2008916213, Washington D.C. 20594)
1st HAZARD: EXPLOSION
1. Distribution of loads on the structure intact (damage level = 0);
2. Nonlinear analyses are run ;
3. The damage level is increased (damage level= 1);
4. A structural element is cut off and
It is assumed that a certain level of
(damage level= 1) can instantly
DAMAGE LOCALIZATION (DAMAGE LEVEL= 1)
2ND HAZARD: FIRE
East truss
Curva ISO834
(EC3- Part 1.2: Structural fire design)
•Thermo-plastic material (EC3- Part 1.2: Structural fire design)
(t= 15.3 sec)
Vertical displacement node.40 (m)
Node n.40
t= 0 sec
t= 15.3 sec
t= 58 sec; T= 760 C
t= 48 sec; T= 696 C
t= 50 sec; T= 706 C
Node 1070
Dz node 1070 (m)
t= 45 sec
t= 52 sec
t u (sec)
Different scenarios lead to
different load path and therefore to
different way to collapse.
Scenario 4 + FIRE
Struttura strategica
•Il gruppo di ricerca www.francobontempi.org,
•Metallurgy division of the National Institute of Standard and Technology (NIST) in
Gaithersburg (MD), in particolare Dr. Dat Duthinh,
•gli Ingg. Mauro Caciolai, Claudio De Angelis del Corpo Nazionale dei Vigili del
•Ing. Piergiorgio Perin per l’utilizzo del codice di calcolo ad elementi finiti Straus7,
Robustezza strutturale e metodi di analisi - chiara.crosti@uniroma1.it
MADE EXPO – Forum della Tecnica delle Costruzioni - Milano 17 Ottobre 2012
PSA - Impostazione del problema della sicurezza strutturale in presenza di in...
VALUTAZIONI CRITICHE DEI MODELLI NUMERICI E DEI RISULTATI