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Modulo OpenSees per CDMa Macromuri 3D

Grazie al solutore non lineare OpenSees, di recente implementato all’interno dei software di calcolo strutturale STS, è oggi possibile condurre analisi non lineari estremamente raffinate e complesse, che altrimenti sarebbero risultate proibitive. Il settore sviluppo della STS in questi anni ha messo a punto diversi elementi strutturali, non presenti nella versione originale di OpenSees, con lo scopo di affrontare problematiche specificheparticolarmente sentite nel territorio italiano. In tale ambito si inserisce il nuovo modulo di CDMa Win - OpenSees denominato Macro-Muri 3D che utilizza la tecnica del macroelemeto per la modellazione degli edifici in muratura.
 
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Molle per deformabilità a flessione

Dopo un’attenta e approfondita analisi degli aspetti teorici si è affrontato con successo lo studio di fattibilità di tale implementazione che ha fornito importanti indicazioni. In particolare la sofisticata impostazione teorica del macroelemento in muratura ha portato la STS a ritenere che una modellazione così raffinata necessitasse di essere implementata su un solutore non lineare di alto livello che, oltre ad una indiscussa robustezza, garantisse la qualità del calcolo e la massima velocità di risoluzione grazie ad un calcolo parallelo.
 
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Molle per deformabilità a taglio
 
Il nuovo macroelemento Macro-Muri 3D consente di creare un modello non lineare di edifici in muratura in grado di descrivere geometrie anche fortemente irregolari e con aperture comunque disposte. Tale nuova tecnica di modellazione degli edifici in muratura riesce quindi a superare le limitazioni proprie delle altre possibili modellazioni, già presenti all’interni di CDMa Win, e cioè del modello ad aste (modello SAM, che è poco adatto a descrivere sistemi strutturali fortemente irregolari anche solo nella disposizione delle aperture ed assolutamente inadeguato nel caso di edifici monumentali) e del modello ad elementi finiti (modello FEM, che non ha invece limitazioni geometriche ma che se è applicato in campo non lineare risulta computazionalmente troppo oneroso e quindi applicabile solo nello studio del comportamento di piccole porzioni dell’intero complesso strutturale).
 
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Edificio in muratura e modello con Macro-Elementi
 
Nella sua formulazione originale il nuovo macroelemento consiste in un elemento a 4 nodi (24 g.d.l.) costituito da rettangolo articolato e da una serie di molle a comportamento non lineare poste al suo interno e sull’interfaccia. I legami costitutivi di dette molle sono calibrati in modo tale da descrivere i comportamenti elastico e non lineare di un singolo maschio murario a flessione e taglio sia nel piano (comportamento membranale a lastra) che fuori dal piano (comportamento flessionale a piastra) del macroelemento. In particolare il macroelemento è in grado di cogliere tutte le diverse modalità di collasso proprie della muratura, e cioè:
- Flessione composta
- Scorrimento a taglio
- Fessurazione diagonale
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Vista 3D del modello Wire-Frame dei Macro-Elementi
 
Questa prima formulazione del macroelemento presenta però ancora limitazioni, analoghe a quelle del modello ad aste, nella possibilità di descrivere sistemi strutturali con geometrie complesse o irregolari. Per tale ragione il macroelemento implementato dalla STS permette geometrie di forma diversa da quella rettangolare e consente quindi di creare mesh di macroelementi in grado di descrivere sistemi strutturali con geometrie articolate ed irregolari e con aperture non allineate.
Gli studi svolti hanno portato alla messa a punto di macroelementi quadrangolari generici e triangolari utilizzabili per la costruzione di mesh di discretizzazione dell'intero complesso strutturale. Tale formulazione consente di creare modelli strutturali di edifici in muratura tali da superare le limitazioni del modello ad aste, e riuscire a descrivere geometrie irregolari che richiedono un onere computazionale drasticamente ridotto rispetto al metodo agli elementi finiti.
Sono state infine condotte numerose indagini numeriche allo scopo di studiare la risposta sismica di sistemi strutturali in muratura modellati tramite mesh di macroelementi e di confrontare tali risultati con quelli ottenuti facendo uso della tradizionale modellazione ad aste (SAM). Le analisi simiche condotte sono state del tipo statica non lineare (analisi push-over), ed hanno mostrato come nel caso di edifici regolari le due modellazioni conducono a risultati paragonabili. 
 
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