Il presente lavoro raccoglie parte degli studi sperimentali e numerici atti a validare il sistema di connessione sismo-resistente (“Connessione di Continuità RS”) brevettato da B.S. Italia. Tale sistema di connessione è stato progettato per il trasferimento diretto delle forze tra barre di armatura, realizzando una perfetta emulazione di una struttura gettata in opera. La validazione ha coinvolto un’estesa campagna sperimentale sia per investigare il comportamento locale del sistema di connessione, sia per riprodurre il comportamento globale dei manufatti collegati. Si è poi previsto che ogni analisi sperimentale abbia la sua interpretazione numerica, in modo da validare e anche di generalizzare il comportamento meccanico a casi non testati sperimentalmente. In questo lavoro, dopo una panoramica sul sistema costruttivo di B.S. Italia saranno evidenziate le analisi eseguite su di una colonna di dimensioni 50 x 50 cm alta 5 m e su di un nodo di collegamento trave colonna.

1. Università degli Studi di Bergamo – Dipartimento di Ingegneria
ACI Italy Chapter
I Collegamenti nelle Strutture Prefabbricate
Connections in Precast Structures
Validazione di sistemi di continuità per strutture prefabbricate
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2. Continuity connection is based on a few elements, designed and engineered to get
100% controlled connections, "dry" assembly and offers the chance to meet all the basic
structural design goals:
- coupling tolerance;
- ductility;
- fire resistance;
- vertical and height adjustment;
- foundation anchoring;
- foundation fixing set;
- simplified structural calculations.
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The present study represents an intermediate step of a larger study in which the
connecting devices will be analyzed in detail.
Differents failure mechanisms will be investigated for the node column-foundation or
beam-column node.
Last goal of the whole study is the demonstration of the efficiency of the continuity
system in question.

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Continuity
sleeve
Continuity sleeve
Side view of the
continuityconnection
system
Anchor sleeveAdjustment footFixing ring and
anchoringbase
Continuity connections guarantee
direct transfer of the forces
between two rebars, doing away with
the need to overlap the rebars and
eliminating the risk of eccentricity in
the junction components or the bars
inside concrete elements.

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Investigation
Local behavior Global behavior
Column type 1
50x50x100
Column type 2
50x50x500
Column type 3
50x50x500
Beam-Column
node
Device
of type A
Numerical
Experimental In progress Tested Tested Tested In program
In program In program In progressIn progress In progress

11. Experimental
Local behavior
Global behavior
Numerical
Local behavior
Global behavior
Politecnicodi Milano
Politecnicodi Milano
LaSapienzaUniversitàdi Roma
Politecnicodi Milano
Eucentre, Pavia
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12. Column type 3
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13. To investigate the bending
mechanism, two full-scale
specimens have been designed
and built. Both specimens are
composed of a column and a
foundation connected with
continuity devices. The column
has a square section of 50 x 50
cm and is 5 m height. The rate
of vertical reinforcement is
different for the two columns,
respectively equal to 1.70% (for
a total of 8Φ26) for the first
column and 2.55% (for a total of
12Φ26) for the second column.
We will examine the
experimental and numerical
behavior of the second
specimen.
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14. The experimental test consists of a series of
horizontal displacements cycles imposed at the
top of the column with growing levels of drift.
The horizontal displacement is imposed in
displacement control. In addition at the
horizontal displacement a constant axial load of
400 kN is imposed to simulate the effect of
vertical load present in an existing building.
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15. P.G. Malerba, E. Garavaglia, L. Sgambi
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16. The device of type A is a transfer device in which the bars are screwed
to its ends. The connection is very hard because the tension present in
the first bar is converted in tension into the device by a shear
mechanism on the thread, and then in tension into the second bar.
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17. The element of type B is a less rigid connection. The steel bars passing in
axis to the device and transmit the axial force to the mortar through
internal mechanisms of adhesion and shear.
The diffusion mechanisms and the formation of
compression struts are emphasized by the
corrugated shape of the lateral walls of the
device.
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19. The numerical analysis shows that the
presence in the model of a discrete crack at
the base of the column (between the column
and the foundation) is required to achieve,
on a structural element, the stiffness
measured experimentally.
Two nonlinearities are presents in the model:
- Material nonlinearity
- Contact nonlinearity
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20. Material Compression strenght [MPa]
Concrete 64.2
High strenght mortar 86.0
Yelding stress [MPa] Ultimate stress [MPa]
Reinforcement bars 450 540
Steel 355 600
The column is composed of three materials: concrete, mortar and steel. The concrete is
modeled using a two different constitutive models. A linear elastic law is used at the top
of the column and in foundation where experimentally there were no cracks. Most of
the column is modeled in non-linear field using damage concrete plasticity.
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24. Beam – Column node
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25. Treated models
2D MODEL:
-Model “A” with mortar stratum for beam-column connection;
-Model “B” without mortar stratum for beam-column connection.
•3D MODEL:
-Model “A” with mortar stratum for beam-column connection;
-Model “B” without mortar stratum for beam-column connection.
3D “A” 3D “B”
2D “A” 2D “B”
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26. Angela Saviotti - Finite element analysis of innovative solutions of precast concrete beam-column ductile connections
Beam
L=3770 mm
Column
H=4700 mm
STRUCTURE
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BOUNDARY CONDITIONS AND LOADS

28. MODEL 3D
MESH
Four-node, three-side iso-
parametric solid pyramid
elements (TE12L)
Concrete, Mortar, Rubber and Steel Plates
158634 solid elements
9106 bar elements
31639 nodes
Total of around 142941 degree of
freedom
Two-node straight truss
elements (L2 TRU)
Two-node, two-
dimensional class-II
beam element (L7BEN)
Longitudinal reinforcement steel
Stirrups
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29. MODEL “A”
Displacements
MODEL “B”
mm mm
LINEAR ANALYSIS
LOAD CONDITION: Applied Horizontal Force of 600 kN at the top of the column
3D
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30. MODEL “A”
Stress on reinforcing steel
MODEL “B”
LINEAR ANALYSIS
LOAD CONDITION: Applied Horizontal Force of 600 kN at the top of the column
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31. NON LINEAR ANALYSIS
LOAD CONDITION : Applied Horizontal Force at the top of the column 3D
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32. LOAD CONDITION : Applied Horizontal Force at the top of the column
NON LINEAR ANALYSIS
MODEL “A” MODEL “B”
Deformed configuration developed by the structure at
STEP 20 – Fmax= 390.2 kN, δmax=88.6 mm.
Deformed configuration developed by the structure at
STEP 15 - Fmax= 269.83 kN, δmax=87.27 mm
mm
mm
3D
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37. References
A. Saviotti, P. Olmati & F. Bontempi (2012), “Finite element analysis of innovative solutions of precast concrete beam-column
ductile connections”, 6th International Conference on Bridge Maintenance, Safety, Management, Resilience and Sustainability
(IABMAS 2012), Stresa, Italy. Editor: Taylor & Francis Group.
L. Sgambi, P. Olmati, F. Petrini, F. Bontempi (2011), “Seismic performance assessment of precast element connections”, 2011 PCI
Annual Convention and National Bridge Conference, Salt Lake City, USA.
L. Sgambi, S. Zambelli, C. Pagani, F. Bontempi (2011), “Experimental and Numerical Assessment of a Special Joint Connection for
Precast Columns”, 2011 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM11+), Seoul, Korea. Editor:
Techno-Press.
F. Bontempi P. Olmati F. Petrini A. Saviotti L. Sgambi
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