ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO MODELLAZIONE CON CODICI DI CALCOLO E APPLICAZIONI

ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI
INCENDIO MODELLAZIONE CON CODICI DI
CALCOLO E APPLICAZIONI
chiara.crosti@stronger2012.com
Corso di
LA RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE:
CRITERI DI CALCOLO E CASI APPLICATIVI
Ing. Chiara Crosti

Start
Analisi
Qualitativa
Analisi
Quantitativa
Verifiche
Presentazione
dei risultati
end
SI NO
Verifiche dei risultati:
Tempo
Temperatura
Resistenza
• Modellazione dell’azione di incendio;
• Modellazione del trasferimento di calore;
• Modellazione strutturale.
• Definizione degli obiettivi;
• Individuazione dei livelli di prestazione;
• Scelta degli scenari di incendio;
L’AZIONE INCENDIO E LA SUA MODELLAZIONE
D.M. 9/05/2007: Direttive per l’attuazione dell’ approccio ingegneristico
alla sicurezza antincendio
RFire > SFire

chiara.crosti@uniroma1.it
CODICI DI CALCOLO
3

Norme Tecniche per le Costruzioni 14/01/2008
ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO

Individuazione dell’incendio di progetto
Analisi dell’evoluzione della Temperatura negli elementi
Analisi del comportamento meccanico della struttura
Verifica di resistenza al fuoco
1°
2°
3°
4°
Analisi di resistenza al fuoco

ELEMENTI ISOLATI
STRUTTURE INTELAIATE SEMPLICI
STRUTTURE COMPLESSE

1° ESEMPIO APPLICATIVO: TRAVE SEMPLICEMENTE APPOGGIATA
Sezione: 0.3x0.3 m
Materiale: S235
MOD. E σy α NLG
1 Cost. Cost. Cost. no
2 E(T) Cost. Cost. no
3 E(T) σy (T) α(T) no
4 E(T) σy (T) α(T) SI

ANALISI NON LINEARI NON STAZIONARIE
Non linearità di materiale Non linearità di geometria
Equilibrio scritto nella
configurazione deformata
QUADRO NORMATIVO NAZIONALE

PROCEDIMENTO ITERATIVO DEI CODICI DI CALCOLO
t
T
t t1
t1 = t + Δt


































−
−−−
−
−
−
−
=
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
TT
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
e
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
AE
L
AE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
AE
L
AE
K
46
0
26
0
612
0
612
0
0000
26
0
46
0
612
0
612
0
0000
22
23
0
23
22
2323


































−
−−−
−
−
−
−
=
1
1
2
1
1
1
1
2
1
0
2
1
1
3
1
1
2
1
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
2
1
1
2
1
1
3
1
1
2
1
1
3
1
1
1
1
1
1
46
0
26
0
612
0
612
0
0000
26
0
46
0
612
0
612
0
0000
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
e
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
AE
L
AE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
IE
L
AE
L
AE
K
T
T1
QUADRO NORMATIVO NAZIONALE

Individuazione dell’incendio di progetto1°

Analisi dell’evoluzione della Temperatura negli elementi2°

Analisi del comportamento meccanico della struttura3°

Bontempi, Arangio, Sgambi

-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Dy(m)
t (sec)
Modellazione 1
Modellazione 2
Modellazione 3
Modellazione 4
nlm+nlg
nlm
Variazione E=f(T)
MOD. E σy α NLG
I*E*48
L*P
)6nodo(D
3
y =
1 2 3 4 5 7 8 9 10
11
Elem.1 Elem.2 Elem.3 Elem.4 Elem.5 Elem.6 Elem.7 Elem.8 Elem.9 Elem.10
F Y
X
6
Considerazioni sugli spostamenti verticali nodo n°6

-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
t (sec)
Dx(m)
Modellazione 1
Modellazione 2
Modellazione 3
Modellazione 4
Variazione E=f(T)nlm
nlm+nlgnlm+nlg
nlm Variazione E=f(T)
MOD. E σy α NLG
1 2 3 4 5 7 8 9 10
11
Elem.1 Elem.2 Elem.3 Elem.4 Elem.5 Elem.6 Elem.7 Elem.8 Elem.9 Elem.10
F Y
X
6
Considerazioni sugli spostamenti orizzontale nodo n°11
ΔT*L*α(nodo11)Dx =

Initial
configuration
Time
0.00
Time
2600.00
Time
4730.00
NLM
configuration
NLM +NLG
configuration
Bowing effect

NON LINEARITA’ DI MATERIALE E DI GEOMETRIA

RFire > SFire
Verifica di resistenza al fuoco4°

VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO
Risultati numerici delle analisi tf = 90 min
Collassi convenzionali Dy = L/30
tf = 10 min
Dy = L/20
-2.7
-2.4
-2.1
-1.8
-1.5
-1.2
-0.9
-0.6
-0.3
0
0 1000 2000 3000 4000 5000
t(sec)
Dy(m)
NLM+NLG
NLM
E(T)
ELASTICO
Dy = L/30
tf= 10 min
tf= 10 min
tf= 70 min
tf= 90 min

TRAVE SEMPLICEMENTE APPOGGIATA
Sezione: UB 356x171x51
Materiale: S355
Incendio: ISO834 x
y
4 m

-4,00
-3,50
-3,00
-2,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0 250 500 750 1000 1250 1500
Spostamentiverticali
Nodoinmeezzeria(m)
t (sec)
NLM
x
y
4 m

-4,00
-3,50
-3,00
-2,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0 250 500 750 1000 1250 1500
Spostamentoverticali
Nodoinmeezzeria(m)
t (sec)
NLM + NLG
NLM
Trave semplicemente appoggiata
ATTENZIONE NELLA
LETTURA DEI RISULTATI!!

-4,00
-3,50
-3,00
-2,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0 250 500 750 1000 1250 1500
Nodoinmeezzeria(m)
t (sec)
NLM + NLG
NLM
x
y
4 m

-2,40
-1,90
-1,40
-0,90
-0,40
0,10
0 250 500 750 1000 1250 1500
Spostamentoorizzontale
(m)
t (sec)
NLM + NLG
NLM
x
y
4 m

-4,00
-3,50
-3,00
-2,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0 250 500 750 1000 1250 1500
Nodoinmeezzeria(m)
t (sec)
NLM + NLG
Collasso convenzionali
Dy = L/30
Da analisi numeriche
Tcr= 795°CTcr= 560°C

L = 3 m
B = H
Pimperfection
2° ESEMPIO APPLICATIVO: TRAVE INCERNIERATA
PE = π2 E(T) I / L2
PS = π2 Et(T) I / L2
Elastic buckling
Py = σy(T) A
Elastic-plastic
buckling
Material crisis
Failure mode Critical load
0.1
0.1
0.2
0.2
PS (Shanley)PE (Euler) Py (yield)
EL. BUCKL.
PL. BUCKL.

)(TPR yyx σσ ≥⇒≥
E
Etσy
σ
ε
The Elastic Buckling Load defined by
Euler Formula:
Becomes Elastic-Plastic Buckling
Load, defined by Shanley Formula:
2
2
)(
L
ITE
P t
S
π
=
2
2
)(
L
ITE
PE
π
=
Diagram Stress-Deformation
THERMAL BUCKLING

L = 3 m
B = H
Pimperfection
2° ESEMPIO APPLICATIVO: TRAVE INCERNIERATA
PE = π2 E(T) I / L2
PS = π2 Et(T) I / L2
Elastic buckling
Py = σy(T) A
Elastic-plastic
buckling
Material crisis
Failure mode Critical load
0.6
0.6
0.8
0.8
PS (Shanley)PE (Euler) Py (yield)
MAT. CRISIS
MAT. DEGR.

Trave incernierata all’estremita’
q
DT
Trazione Effetto catenaria
compression e II ord. moment
tempo
Temperatura
Heating phase Cooling phase
Trazione
Compressione
tempo
Forzaassialetrave
flashover
ISO 834
t
T

q
DT
compressione II ord. moment
tempo
Temperatura
Heating phase Cooling phase
Trazione
Compressione
tempo
Forzaassialetrave
flashover
THERMAL BUCKLING
PROBLEMI NELLE
CONNESSIONI
ISO 834
t
T

Trave semplicemente appoggiata Trave incernierata all’estremita’
q q
DT DT
bowing effect
2
Espansione termica impeditaEspansione termica libera1

q q
DT DT
bowing effect
2
Espansione termica libera1 Espansione termica impedita

CERNIERA CARRELLO
CERNIERA CERNIERA

356x171x51 UB
4 m
CASO A:
Cerniera – Carrello
CASO B:
Cerniera - Cerniera
-1,80
-1,60
-1,40
-1,20
-1,00
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0 400 800 1200 1600
Dy (m)
t (sec)
CASO A
CASO B

• Traverso: IPE 300
• Colonne: HEA 200
• Altezza: 6 m
• Lunghezza traverso: 10 m
• Curva d’incendio: ISO 834
(traverso)
• Vincoli base: Incastro
• Carico distribuito traverso
A. Montalban. Tesi di Laurea A.A. 2013/2014

-0,05
-0,04
-0,03
-0,02
-0,01
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 100 200 300 400 500
Spostamentoorizzontale[m]
Time [s]
U1_corner_P=15kN/m
PORTALE_NLM
PORATLE_NLM+NLG
Portale_NLM;
t=426 s; T= 628 °C
Portale_NLM+NLG;
t=380,4 s; T=611,2 °C
t=426 s;
T= 628 °C
t=380,4 s;
T=611,2 °C

-0,05
-0,04
-0,03
-0,02
-0,01
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 100 200 300 400 500
Spostamentoorizzontale[m]
Time [s]
PORTALE_NLM
PORATLE_NLM+NLG

• Traverso: IPE 300
• Colonne: HEA 200
• Altezza: 6 m
• Lunghezza traverso: 10 m
• Curva D’incendio: ISO 834 (traverso)
• Vincoli base: Incastro
• Carico distribuito traverso 15 kN/m
0
200
400
600
800
1000
1200
0 20 40 60 80 100 120 140
T[°C]
t [min]
CURVE D'INCENDIO
ISO 834
Riscaldamento Acciaio
Curva d’incendio nominale
standard ISO 834 :
Curva di riscaldamento sezioni di
acciaio non protette:
(Eurocodice EN 1993-1-2)
t cr

-1
-0,9
-0,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Spostamentoverticale[m]
Time (sec)
T_acciaio
Iso_834
t=380,4 s; T=611 °C t=874,2 s; T=611 °C
14, 4 min6,5 min

-0,05
-0,04
-0,03
-0,02
-0,01
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 200 400 600 800 1000
Sposamentiorizzontali[m]
Time (sec)
T_acciaio
iso_834
Iso 834; t= 380.4 s;
u1=-0.036 m
T_acc; t= 380.4 s;
u1= 0.02 m

STRUTTURA REALE
MODELLAZIONE CON STRAUS7

GEOMETRIA DELLA STRUTTURA

Analisi dell’evoluzione della Temperatura negli elementi2°
Analisi di resistenza al fuoco

1° SCENARIO

2° SCENARIO
3° SCENARIO

Dy = L/30 =15/30= 0.50 m
Collasso convenzionale:
4° SCENARIO

1° SCENARIO
3° SCENARIO 4° SCENARIO
2° SCENARIO
t CR= 670 sec
TCR= 675 °C
t CR= 1110 sec
TCR= 750 °C
t CR= 950 sec
TCR= 725 °C
t CR= 4445 sec
TCR= 975 °C

Hangar per aeroporto
Ponte in acciaio a struttura reticolare
Edificio alto
ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO: IMPOSTAZIONE E APPLICAZIONI

chiara.crosti@uniroma1.it - chiara.crosti@stronger2012.com
ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO: IMPOSTAZIONE E APPLICAZIONI

HANGAR PER AEROPORTO

• Determinare la resistenza al fuoco;
• Valutare eventuali interventi di retrofitting;

CC
Vista B-B
32.82 m 32.82 m
Vista A-A
Sezione C-C
7.00 m
12.82m9.02m
16.425 mVista A-A
Vista B-B

Start
Analisi
Qualitativa
Analisi
Quantitativa
Verifiche
Presentazione
dei risultati
end
SI NO
Analisi Qualitativa
Safety Objective: Evitare il crollo della struttura;
Performance Level: Evitare il collasso strutturale ;
Fire Scenarios: Incendio localizzato in 3 zone.
APPROCCIO INGEGNERISTICO

Scenario B
Scenario C
Scenario A
APPROCCIO INGEGNERISTICO _ Scelta degli scenari

Analisi Quantitativa
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).
Analisi Qualitativa
APPROCCIO INGEGNERISTICO Start
Analisi
Qualitativa
Analisi
Quantitativa
Verifiche
Presentazione
dei risultati
end
SI NO

Used Material :
• Steel S235;
• Concrete Rck 35;
Finite Element: Nonlinear Isobeam
N° node : 1205
N° elements : 4422
N° sections: 27
Element mesh density : 2
T (°C) E (Pa) sY (Pa) EPl (Pa) αT (°C-1)
0 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05
20 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05
100 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.20E-05
200 1.89E+11 2.35E+08 9.45E+09 1.23E-05
300 1.68E+11 2.35E+08 8.40E+09 1.26E-05
400 1.47E+11 2.35E+08 7.35E+09 1.30E-05
500 1.26E+11 1.83E+08 6.30E+09 1.31E-05
600 6.51E+10 1.10E+08 3.26E+09 1.34E-05
700 2.73E+10 5.41E+07 1.37E+09 1.36E-05
800 1.89E+10 2.59E+07 9.45E+08 1.38E-05
900 1.42E+10 1.41E+07 7.08E+08 1.40E-05
Thermo-Plastic Material
5 ore di utilizzo di un
normale computer
APPROCCIO INGEGNERISTICO _ Analisi Qualitativa

7,00 m
6,54 m
Scenario A:

Scenario A:

Trend of displacement X with time
Trend of displacement X with Temperature
t=240 sec
T=505°C
t=870sec
T=702°C
t=5936 sec
T=1000°C

7,00 m
6,54 m
Scenario B:

Scenario B:

7,00 m
6,54 m
Scenario C:

Scenario C:

Andamento dello spostamento Y in funzione della Temperatura
t=340 sec
T=575°C
t=1600 sec
T=804°C
t=5936 sec
T=1000°C

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’.
Scenario B
Scenario C

Analisi Quantitativa
Fire Action Modeling: curva naturale (FDS);
Heat Transfer Modeling: SI
Structural Modeling: Analisi non lineari in materiale e
geometria(ADINA).
Analisi Qualitativa
APPROCCIO INGEGNERISTICO
Start
Analisi
Qualitativa
Analisi
Quantitativa
Verifiche
Presentazione
dei risultati
end
SI NO

FINITE ELEMENT MODELING
FINITE VOLUME MODELING
FIRE SIMULATION
STRUCTURAL PERFORMANCE
MODELLAZIONE DELL’AZIONE

REAL OBJECT
MODEL

1
2
2
3 3
4
1
2
2
3 3
4
Discretizzazione per il modello strutturale Discretizzazione per la modellazione dell’azione

B4 ambiente chiuso
B4 ambiente aperto
B3
ISO834
Hydrocarbon
•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;

Modelling with ISO834
Far external columns
Near external columns
Central columns
Scenario B4, ambiente chiuso
Scenario B

Scenario 2, apertura delle porte
dopo 5 min (300 sec)
Anche se analisi di
modellazione avanzata
comportano un notevole
incremento di onere
computazionale, solo
attraverso queste e’
possibile ottenere risultati
numerici che riproducono
cosa accade realmente.
Sono pertanto necessarie
per determinare la
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
RENDERING STRUCTURAL SYSTEM FEM MODEL
Gentili, Petrini, Bontempi, “Optimization of the tall building structural system for reliability against progressive collapse”, CTA 2013
EDIFICIO ALTO

Outrigger
Bracing
System
Frame BFrame A
Frame B
Frame A
EDIFICIO ALTO

Frame A
- Exposure to 180 minutes of ISO Curve
- 30 cases of fire changing initial fire location and number of
involved columns
Frame B
FIRE LOCATION 6th floor
0
200
400
600
800
1000
0 10 20 30 40 50 60
ISO 834
θ ipe 270
θ ipe 300
θ hem 260
θ hea 240
θ hem280
EDIFICIO ALTO
Assumptions

Frame A Assumptions Frame B
EDIFICIO ALTO
- Exposure to 180 minutes of ISO Curve
- 30 cases of fire changing initial fire location and number of
involved columns

EDIFICIO ALTO: Frame A - Worst case scenarios
1 Heated
Column
2 Heated
Columns
3 Heated
Columns
4 Heated
Columns
5 Heated
Columns

1 Heated
Column
2 Heated
Columns
3 Heated
Columns
4 Heated
Columns
5 Heated
Columns
After 180 min After 180 min After 126 min After 144 min After 100 min
EDIFICIO ALTO: Frame A

Frame BFrame A
SWAY COLLAPSE NO-SWAY COLLAPSE
Frame A
Frame B
EDIFICIO ALTO
TEMPI DI RESISTENZA MEDIA PER TUTTE LE COMBINAZIONI CONSIDERATE

Configurations: position of the outrigger
CONFIGURATIONS
G A B C
STEEL MASS [TON]
877 857 877 877
EDIFICIO ALTO

Configurations: vertical brace system
CONFIGURATIONS
G D E F
STEEL MASS [TON]
877 817 994 939
EDIFICIO ALTO

OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE
Initial
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
D A C B G F E
tempodiresistenzaalfuoco
(min)
EDIFICIO ALTO
877 ton877 ton877 ton 939 ton 994 ton817 ton857 ton

ANALISI DEL COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE STRUTTURE
PONTE IN ACCIAIO A STRUTTURA RETICOLARE

CASE HISTORY
•on 1st February 2013 where an expressway bridge partially collapsed due to a truck explosion in
Mianchi County, Sanmenxia, central China's Henan Province;

CASE HISTORY
•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;

CASE HISTORY
•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
EXPLOSION
Time
STRUCTURAL
FAILURE
FIRE

CASO IN ESAME: I-35W Bridge in Minneapolis, 1 Agosto 2007

“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. “
FRACTURE CRITICAL SYSTEMS

“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.”
CASO IN ESAME: I-35W Bridge in Minneapolis, 1 Agosto 2007

E = 199 GPa
Fy = 345 MPa
Fu = 610 MPa
•Large displacement
formulation,
• 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 2008-
916213, Washington D.C. 20594)
Nodes: 1172
Beam elements: 1849
FINITE ELEMENT MODEL
325 m
139 m

1st HAZARD: EXPLOSION
It is assumed that a certain level of
damage caused by an explosion
(damage level= 1) can instantly
remove an element.
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

DAMAGE LOCALIZATION (DAMAGE LEVEL= 1)
1st HAZARD: EXPLOSION
Scenario 2
Scenario 3
Scenario 1
Scenario 4

West truss
East truss
(EC3- Part 1.2: Structural fire design)
2ND HAZARD: FIRE
0
200
400
600
800
1.000
1.200
0 20 40 60 80 100 120
Temperature(C)
time (min)
Curva degli idrocarburi
Curva ISO834

•Thermo-plastic material (EC3- Part 1.2: Structural fire design)
T (°C) E (Pa) sY (Pa) EPl (Pa) αT (°C-1)
0 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05
20 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.17E-05
100 2.10E+11 2.35E+08 1.05E+10 1.20E-05
200 1.89E+11 2.35E+08 9.45E+09 1.23E-05
300 1.68E+11 2.35E+08 8.40E+09 1.26E-05
400 1.47E+11 2.35E+08 7.35E+09 1.30E-05
500 1.26E+11 1.83E+08 6.30E+09 1.31E-05
600 6.51E+10 1.10E+08 3.26E+09 1.34E-05
700 2.73E+10 5.41E+07 1.37E+09 1.36E-05
800 1.89E+10 2.59E+07 9.45E+08 1.38E-05
900 1.42E+10 1.41E+07 7.08E+08 1.40E-05
2ND HAZARD: FIRE

-1,00
-0,90
-0,80
-0,70
-0,60
-0,50
-0,40
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Verticaldisplacementnode.40(m)
Time (sec)
Scenario 1
Maxverticaldisplacement
(t=15.3sec)
Node n.40
Scenario 1
EXPLOSION

-1,2
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Verticaldisplacement(m)
Node
Scenario 0
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
Scenario 4
t= 15.3 sec
t= 0 sec
SCENARIO 1

SCENARIO 1
SCENARIO 3

Scenario 1
Scenario 3
SCENARIO 1
SCENARIO 3

-1,00
-0,90
-0,80
-0,70
-0,60
-0,50
-0,40
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Verticaldisplacementnode.40(m) Time (sec)
Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4
West truss
East truss

SCENARIO 2
Longitudinal view
East
West
South
North
t= 58 sec; T= 760 C

SCENARIO 3
Plan view
Longitudinal view
East
West
South
North
t= 48 sec; T= 696 C

SCENARIO 4
Plan view
Longitudinal view
East
West
South
North
t= 50 sec; T= 706 C

-1,20
-1,00
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0
Dznode1070(m)
t (sec)
Scenario 4
SCENARIO 4
Node 1070
t= 45 sec
Node 1070
t= 52 sec

Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4
t u (sec) t u (sec) t u (sec)
58 48 53
T ( C ) T ( C ) T ( C )
760 696 715
Different scenarios lead to
different load path and therefore to
different way to collapse.
2
3
4

MULTI-HAZARD ANALYSES
-1,00
-0,90
-0,80
-0,70
-0,60
-0,50
-0,40
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728
Verticaldisplacementnode.40(m)
Time (sec)
Scen…
Scenario 1
Scenario 4 + FIRE

Struttura strategica
Ponte in acciaio
Edificio alto
CONCLUSIONI

RINGRAZIAMENTI
Si ringrazia:
•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
Fuoco,
•Ing. Piergiorgio Perin per l’utilizzo del codice di calcolo ad elementi finiti Straus7,
www.hsh.info
CONCLUSIONI

Robustezza strutturale e metodi di analisi - chiara.crosti@uniroma1.it
MADE EXPO – Forum della Tecnica delle Costruzioni - Milano 17 Ottobre 2012

ANALISI STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO MODELLAZIONE CON CODICI DI CALCOLO E APPLICAZIONI

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