Influence of FE Modelling on Typical and Specific Vulnerabilities of RC School Buildings

The vulnerability assessment of existing school buildings against earthquakes represents a priority concern for the society in seismic countries. Since structures belonging to the same type and construction period may share similar features, it was possible to point out typical and specific seismic vulnerabilities related to different school architectural layouts for buildings that host the lower levels of the Italian education system. Firstly, to estimate the performance of buildings in a fast way, the vulnerability of each school building belonging to the municipality of Trecastelli was assessed, adopting a lumped plasticity approach and a nonlinear static procedure. With the aim of quantifying the effective influence of these vulnerabilities detected on the global seismic behaviour, a RC school building was chosen and three different models were implemented correspond to as many different approaches affected by various limitations in the representativeness respect to the reality. The different modelling technique used follow the lumped plasticity, the distributed plasticity (fibre model) and the 3D Continuum FE approaches. Nonlinear static (pushover) analyses were performed to assess the global seismic behaviour of the structure. The comparison of the numerical results has shown that the fibre model is the least suitable mean to represent the shear problems of the case study. Instead, the lumped plasticity model is closer to reality than the previous one but not precise enough to consider the concomitance of bending, shear and axial force and the interaction between them in the inelastic response. Of course, the 3D Continuum model is much more accurate than other models to describe the mechanisms developed in the joint panels which are very complex and combined. Finally, the effectiveness of a possible CFRP local strengthening intervention for the case study limited to confine the unconfined beam-column joints was also considered.

La valutazione della vulnerabilità degli edifici scolastici esistenti nei confronti dei terremoti è un’esigenza di primaria importanza per la società in Italia. Poiché, generalmente, strutture dello stesso tipo e medesimo periodo di costruzione presentano caratteristiche simili, è stato possibile evidenziare le vulnerabilità tipiche e specifiche per differenti layout architettonici individuabili in scuole dell’infanzia, primarie e secondarie di I grado. Inizialmente, per una stima rapida delle prestazioni degli edifici, è stata valutata la vulnerabilità sismica di ciascun edificio scolastico ubicato nel comune di Trecastelli, adottando modelli ad aste a plasticità concentrata ed analisi statiche non lineari. Successivamente, per quantificare l'effettiva influenza delle vulnerabilità rilevate sul comportamento globale, è stato scelto un edificio scolastico in c.a. e realizzati tre modelli corrispondenti ad altrettanti approcci di modellazione affetti da diverse limitazioni di rappresentazione dei fenomeni reali. Per tale scopo, sono stati impiegati approcci a plasticità concentrata, a plasticità diffusa (modellazione a fibre) e al continuo con elementi solidi. Il confronto dei risultati numerici ottenuti da analisi pushover ha mostrato l’inadeguatezza del modello a fibre nella rappresentazione dei problemi di taglio del caso studio. Diversamente, il modello a plasticità concentrata si è rivelato più aderente alla realtà di quello a fibre ma non abbastanza preciso da considerare sollecitazioni concomitanti di flessione, taglio e sforzo normale e l'interazione tra di esse nella risposta inelastica della struttura. Naturalmente, il modello realizzato con elementi solidi 3D per il calcestruzzo e 1D per l’armatura risulta molto più accurato nella descrizione dei meccanismi complessi e combinati che si sviluppano nei nodi. Infine, è stata valutata anche l'efficacia di un possibile intervento di rinforzo tramite CFRP limitandosi al confinamento dei nodi non confinati.