SEISMIC PERFORMANCE AND MODELLING OF REINFORCED CONCRETE FRAMES INFILLED WITH HORIZONTAL SLIDING JOINT DEFORMABLE INFILLS

In recent years, the scientific community has been addressing the mitigation of post-earthquake damage. Numerous seismic events have demonstrated vulnerabilities related to the interaction of reinforced concrete frames with traditional masonry infills, resulting in in-plane and out-of-plane damage and mechanisms. Many solutions have been developed and experimentally tested to maintain their use while reducing their issues. However, their applicability requires further investigation to establish guidelines for the design of the infill and the structure, taking into account the local interaction with the infills. This paper aims to contribute to answering this need with reference to the horizontal sliding joint ductile infill solution proposed at the University of Brescia. The effectiveness of this solution is further tested numerically in the case of different construction details and materials adopted. For example, the presence of a sliding joint at the base, the absence of the gap between the infill and the upper beam, and a continuous plaster layer over the entire wall. Particular importance is given to the use of a deformable elastic material rather than a ductile plastic one located at the contact between the infill and the columns. The stiffness of this material proved to be fundamental for the overloading of the columns and the damage to the infill, while the filling of the top gap mainly increases the lateral strength of the infilled frame. The analytical formulations describing the response of the infill and the overload on the columns, already available in the case of plastic contact material, are extended to the case of elastic material. They allow the calibration of an equivalent strut macromodel of the infill to be used in the global modelling of the frame. Subsequently, the global behaviour of the structure in the presence of ductile infills and the ability of different analysis methods, linear and non-linear, to predict seismic demands are studied. The use of elastic struts is proposed to account for infills in linear elastic analysis. The planar regularly infilled frames here analysed show that for different ductility levels assumed in the design of the frame and for different infill thicknesses, the overall ductile behaviour of the frame is not significantly modified by the introduction of deformable infills. As the infills are introduced and the thickness increases, the maximum top displacement and maximum interstorey drift are reduced. The use of the N2-method to estimate the seismic demands (top displacement and interstorey drift) by nonlinear static analysis is able to capture the results of nonlinear time history analyses as well as for bare frames. For the case studies analysed, the use of elastic struts to represent ductile infill in response spectrum analyses efficiently quantifies the displacement demand estimated by nonlinear analyses. Neglecting the infill contribution in the frame design may result in conservative estimates of seismic demands. The overload shear action must be accounted for in the design of the columns anyway. The non-linear static analyses showed that the behaviour factor capacity, evaluated considering the overstrength in terms of base shear due to the presence of the infills, is not reduced compared to the bare configuration

Negli ultimi anni, la comunità scientifica si sta occupando della mitigazione dei danni post-sisma. Numerosi eventi sismici hanno dimostrato le vulnerabilità legate all’interazione dei telai in calcestruzzo armato con i tamponamenti in muratura tradizionali, da cui conseguono danneggiamenti e meccanismi nel piano e fuori piano. Molte soluzioni sono state sviluppate e testate sperimentalmente per mantenerne l’utilizzo ma ridurne le problematiche. La loro applicabilità richiede, però, ulteriori indagini per definire delle linee guida per la progettazione del tamponamento e della struttura, considerando l’interazione locale con i tamponamenti. Questo lavoro si propone di contribuire a dare risposta a questa necessità, con riferimento alla soluzione di tamponamento duttile a giunti di scorrimento orizzontali proposta all'Università di Brescia. L’efficacia di questa soluzione viene ulteriormente testata numericamente nel caso in cui si adottino dettagli costruttivi e materiali differenti; ad esempio, la presenza di un giunto di scorrimento alla base, del riempimento tra il tamponamento e la trave superiore e di un intonaco continuo su tutta la parete. Particolare importanza è data all’'utilizzo di un materiale deformabile elastico anziché duttile plastico posizionato al contatto tra il tamponamento e le colonne. La rigidezza di questo materiale si è rivelata fondamentale per la sovrasollecitazione delle colonne ed il danno al tamponamento, mentre il riempimento del gap in sommità incrementa principalmente la resistenza laterale del telaio tamponato. Le formulazioni analitiche, che descrivono la risposta del tamponamento e le sovrasollecitazioni sulle colonne, già disponibili nel caso di materiale di contatto plastico, vengono estese al caso di materiale elastico. Esse consentono la calibrazione di un macromodello a puntone equivalente del tamponamento da utilizzare nella modellazione globale del telaio. Successivamente, vengono studiati il comportamento globale della struttura in presenza di tamponamenti duttili e la capacità di diversi metodi analisi, lineari e non lineari, di prevedere le domande sismiche. Si propone l’utilizzo di puntoni elastici per considerare i tamponamenti in analisi elastiche lineari. I telai piani regolarmente tamponati analizzati hanno mostrato che, per diversi livelli di duttilità assunti nella progettazione del telaio e per diversi spessori di tamponamento, il comportamento duttile complessivo del telaio non viene significativamente modificato dall’introduzione di tamponamenti deformabili. Man mano che vengono introdotti i tamponamenti ed il loro spessore aumenta, lo spostamento massimo in sommità ed il massimo drift di interpiano si riducono. L'uso del metodo N2 per stimare le domande sismiche (spostamento in sommità e drift d’interpiano) mediante l’analisi statica non lineare è in grado di cogliere i risultati delle analisi dinamiche non lineari così come per i telai nudi. Per i casi studio analizzati, l’uso di puntoni elastici per rappresentare i tamponamenti duttili nelle analisi a spettro di risposta si è rivelato efficace nel rappresentare la domanda di spostamento stimata mediante analisi non lineari. Trascurare il contributo del tamponamento nella progettazione del telaio porta a stime cautelative delle domande sismiche. La sovrasollecitazione a taglio deve essere comunque tenuta in considerazione nella progettazione delle colonne. Le analisi statiche non lineari hanno mostrato che il fattore di comportamento capacità, valutato tenendo conto della sovraresistenza in termini di taglio alla base dovuta alla presenza dei tamponamenti, non subisce riduzioni rispetto a quanto si ottiene nella configurazione nuda