Modellazione dell’instabilità laterale delle barre di armatura nelle pile da ponti in cemento armato

The structural integrity of bridges is necessary request not only in serviceability conditions but also in the special case of earthquakes. Non-linear analyses necessary to evaluate the actual capacity of structures require adequate models to represent the structures in terms of geometry, mechanics, and material components. As shown by the experience, often buckling of longitudinal bars entails crushing of the concrete core of the member and collapse of the structures. Many models are present in literature to simulate buckling of the reinforcing bars, but often these models do not represent the real evolution of the phenomena, considering the behaviour of the rebars as bare bars and omitting the effect of the cover concrete and lateral ties. This work presents a modelling procedure of piers and proposes: i) a new model of constitutive behaviour of reinforcing bars to simulate the behaviour of reinforcing bars inside concrete sections, tuning the slenderness ratio of the bars according to the deformation of the member, ii) a new model of the constitutive behaviour of concrete based to the revision of Chang and Mander concrete model (1994), (iii) an analytical expression to estimate the length of the plastic hinge for element with rectangular and circular cross section, so as not to incur into localization issues in force-based frame elements.

È indubbio che la funzionalità e l’integrità strutturale di ponti, viadotti e sovrappassi costituisca non solo una prerogativa necessaria in fase di esercizio, ma anche in occorrenza di eventi speciali, come ad esempio i terremoti. Le analisi non lineari necessarie a valutare le prestazioni delle strutture richiedono modelli numerici idonei a riprodurre fedelmente la geometria e il comportamento meccanico delle strutture. Come mostra l’esperienza, spesso l’instabilità delle barre di armature porta allo schiacciamento del nucleo degli elementi e quindi al collasso strutturale. In letteratura sono presenti modelli atti a simulare l’instabilità delle armature, ma spesso questi non tengono conto della presenza del ricoprimento e delle staffe. Questo lavoro presenta una procedura di modellazione delle pile e propone: i) un nuovo modello di legame costitutivo di barre d’armatura che permette di simulare il comportamento delle barre all’interno degli elementi in calcestruzzo, facendo variare il rapporto di snellezza delle barre in funzione dello stato deformativo dell’elemento, ii) un nuovo modello del legame costitutivo del calcestruzzo basato sulla revisione del legame del calcestruzzo di Chang e Mander del 1994, iii) una relazione per stimare la lunghezza della cerniera plastiche di pile a sezione rettangolare e circolare, tale da non incorrere in problemi di localizzazione numerica della risposta negli elementi di tipo force-based.