K - ReLUIS

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K - ReLUIS

PROGETTO RELUIS-DPC 2005-2008
ASSEMBLEA ANNUALE 2007
LA RICERCA APPLICATA IN ITALIA
RISULTATI DEL SECONDO ANNO DEL PROGETTO RELUIS-DPC 2005-2008
Firenze, Aula Magna dell’Università, 17-18 gennaio 2008
Sintesi della relazione della Linea 7
TECNOLOGIE PER L’ISOLAMENTO
ED IL CONTROLLO DI STRUTTURE ED INFRASTRUTTURE
Coordinatori di linea: M. Dolce, G. Serino
MOTIVAZIONI ED OBIETTIVI DELLA LINEA 7
• livelli di sicurezza superiori rispetto ai sistemi tradizionali
• impulso alle applicazioni a seguito emanazione dell’Ordinanza 3274 (due
capitoli specificatamente dedicati all’isolamento di edifici e ponti), ulteriore
significativo impulso atteso con l’emanazione delle NTC 2008
• necessità di approfondimenti normativi, in particolare su sistemi di
dissipazione concentrata di energia
• valutazione delle potenzialità dello smorzamento di massa e dei sistemi
semiattivi per la riduzione della risposta sismica
• miglioramento e semplificazione delle metodologie di progetto, di analisi e di
verifica sperimentale, per rendere più agevoli, affidabili e ove possibile
economicamente convenienti le applicazioni
CAMPI DI INDAGINE DELLA LINEA 7
Tipi di progettazione:
Dispositivi più consolidati:
progetto di nuova struttura
¾ isolatori in gomma
adeguamento di struttura esistente
¾ isolatori a scorrimento
Tipi di struttura:
¾ dispositivi viscosi
9 edifici in c.a. o acciaio
¾ dispositivi visco-elastici
9 ponti con pile in c.a.
¾ dispositivi isteretici
9 edifici monumentali in muratura
Dispositivi più recenti:
9 edifici prefabbricati
¾ dispositivi a memoria di forma
9 strutture leggere
¾ dispositivi magnetoreologici
Tipi di azione sismica:
¾ dispositivi di tipo Wire-Rope

terremoti con caratteristiche ordinarie

terremoti con caratteristiche anomale (near-fault)
ORGANIZZAZIONE IN TASK DELLA LINEA 7
TASK 1 – Controllo passivo mediante Isolamento sismico
TASK 2 – Controllo passivo mediante Dissipazione di energia
TASK 3 – Controllo mediante Masse accordate
TASK 4 – Controllo semi-attivo
STRUTTURAZIONE IN SOTTOGRUPPI DELLA LINEA 7
L7_SG1: Isolamento di edifici e ponti (coord.: D. Cardone, G. Serino)
L7_SG2: Dissipazione di energia (coord.: F. Ponzo, M. Savoia)
L7_SG3: Modellazione e sperimentazione dei dispositivi (coord.: A.
De Luca, S. Sorace)
L7_SG4: Sistemi TMD/TLD passivi (coord.: E. Matta, L. Petti)
L7_SG5: Sistemi semi-attivi (coord.: V. Gattulli, A. Occhiuzzi)
ORGANIZZAZIONE DELLE ATTIVITA’ IN U.R.
Attività realizzate da 12 U.R. (3 interne a RELUIS e 9 esterne a RELUIS)
Istituzione
R1
R2
R3
Responsabile
Attività
Titolo del programma svolto dall’UR
UNITA’ INTERNE RELUIS
UNIBAS - Università della
M. Dolce
TASK 1
Controllo passivo di edifici e ponti: studi sperimentali e
numerici per la validazione ed il miglioramento dei
Basilicata
TASK 2
metodi di progettazione, analisi e verifica delle strutture
e delle modalità di prova dei dispositivi
UNINA_Se - Università di
G. Serino
TASK 1
Metodologie di progettazione per edifici e ponti con
dispositivi viscosi e di strutture isolate leggere
Napoli Federico II (Serino)
TASK 2
UNINA_DL - Università di
A. De Luca
TASK 1
Isolamento sismico di edifici di interesse storicoNapoli Federico II (De Luca)
monumentale
ORGANIZZAZIONE DELLE ATTIVITA’ IN U.R.
Istituzione
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E9
Responsabile
Attività
Titolo del programma svolto dall’UR
UNITA’ ESTERNE A RELUIS
UNIPG - Università di
A. Parducci
TASK 1
Aspetti progettuali ed architettonici nell’applicazione
dell’isolamento sismico alle costruzioni
Perugia
UNICAL - Università della
A. Vulcano
TASK 1
Progettazione di edifici con controventi dissipativi o con
Calabria
TASK 2
isolamento alla base ed effetti di near-fault
POLITO - Politecnico di
A. De Stefano TASK 3
Sistemi a masse accordate e controllo semi-attivo per la
Torino
TASK 4
riduzione della risposta sismica delle costruzioni
UNIUD - Università di Udine S. Sorace
TASK 1
Metodi di progetto e di analisi semplificata e procedure
TASK 2
di qualificazione sperimentale di sistemi di isolamento
sismico e di dissipazione di energia includenti dispositivi
fluido-viscosi
UNISA - Università di
B. Palazzo
TASK 3
Sperimentazione del sistema di controllo combinato
Salerno
“Isolamento alla Base e Smorzamento di Massa”
UNICAM - Università degli
A. Dall'Asta
TASK 2
Controllo della risposta dinamica di telai esistenti in c.a.
Studi di Camerino
mediante dispositivi in gomma ad alto smorzamento e
mediante controventi dissipativi con aste di acciaio ad
instabilità impedita
UNIBO - Università di
M. Savoia
TASK 2
Metodologie di progettazione ed affidabilità di edifici
Bologna
protetti con sistemi di dissipazione sismica
UNIPARTH - Università
A. Occhiuzzi TASK 4
Il controllo delle vibrazioni di natura sismica mediante
“Parthenope” di Napoli
dissipatori semiattivi
UNIVAQ - Università de
V. Gattulli
TASK 4
Sistemi integrati di controllo ed auto-diagnosi in
L’Aquila
dissipatori sismici semi-attivi
ATTIVITA’ 2° ANNO SVOLTE NEI SINGOLI TASK
TASK 1 – Controllo passivo mediante Isolamento sismico:
• configurazioni strutturali e rapporto costo/benefici
• miglioramento dei metodi di progettazione per edifici e ponti
• metodologie di analisi semplificata, fattore di struttura
• perfezionamento norme su aspetti specifici riguardanti gli isolatori
(instabilità, trazione, effetti termici, ecc.)
• modalità applicative agli edifici monumentali
• modalità applicative alle strutture leggere
• effetti di azioni sismiche anomale e della componente verticale
ATTIVITA’ 2° ANNO SVOLTE NEI SINGOLI TASK
TASK 2 – Controllo passivo mediante Dissipazione di energia:
• criteri di progetto e metodologie di analisi semplificata
• procedure di validazione sperimentale dei dispositivi
• modalità applicative alle strutture prefabbricate
• effetti di azioni sismiche anomale e della componente verticale
TASK 3 – Controllo mediante Masse accordate
• criteri di progetto e metodi di analisi semplificata
• possibilità e modalità applicative con masse variabili
• sistemi combinati isolamento sismico – massa accordata
TASK 4 – Controllo semi-attivo:
• affidabilità nel tempo e valutazione dell’efficacia rispetto al passivo
• procedure di progetto e di validazione sperimentale dei dispositivi
RIUNIONI SVOLTE NEL CORSO DEL 2° ANNO
Plenarie di coordinamento:
– al termine del I semestre: 12 luglio 2007 (c/o DPC, Roma)
– al termine del II semestre: 10 gennaio 2008 (c/o DPC, Roma)
Operative di sottogruppo:
– dissipazione di energia: 30 luglio 2007 (c/o UNIBAS, Potenza)
– prove su telaio JETPACS: 14 novembre 2007 (c/o UNIBAS, Potenza)
– SG2 metodologie di progetto: 9 gennaio 2008 (c/o DPC, Roma)
ATTIVITA’ PROGRAMMATE PER IL 3° ANNO
– completamento delle ricerche in corso e pubblicazioni risultati scientifici
– commenti e proposte su NTC 2008 (cap. 7.10 [isolamento] e 11.9 [dispositivi])
– redazione manuale ad uso dei progettisti con numerosi esempi applicativi
– convegno di divulgazione dei risultati: a Napoli fra 19 e 24 gennaio 2009
NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI - 2008
7.
PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE
7.1
REQUISITI NEI CONFRONTI DEGLI STATI LIMITE
7.2
CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE
7.3
METODI DI ANALISI E CRITERI DI VERIFICA
7.4
COSTRUZIONI DI CALCESTRUZZO
7.5
COSTRUZIONI D’ACCIAIO
7.6
COSTRUZIONI COMPOSTE Di ACCIAIO- CALCESTRUZZO
7.7
COSTRUZIONI DI LEGNO
7.8
COSTRUZIONI DI MURATURA
7.9
PONTI
7.10 COSTRUZIONI E PONTI CON ISOLAMENTO E/O DISSIPAZIONE
7.11 OPERE E SISTEMI GEOTECNICI
7.10 COSTRUZIONI E PONTI CON ISOLAMENTO E/O DISSIPAZIONE
7.10.1
Scopo
7.10.2
Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento
7.10.3
Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi
7.10.4
Indicazioni progettuali
7.10.4.1 Indicazioni riguardanti i dispositivi
7.10.4.2 Controllo di movimenti indesiderati
7.10.4.3 Controllo degli spostamenti sismici differenziali del terreno
7.10.4.4 Controllo degli spostamenti relativi al terreno ed alle costruzioni circostanti
7.10.5
Modellazione e analisi strutturale
7.10.5.1 Proprietà del sistema di isolamento
7.10.5.2 Modellazione
7.10.5.3 Analisi
7.10.5.3.1 Analisi lineare statica
7.10.5.3.2 Analisi lineare dinamica
7.10.6
Verifiche
7.10.6.1 Verifiche agli stati limite di esercizio
7.10.6.2 Verifiche agli stati limite ultimi
7.10.6.2.1 Verifiche allo SLV
7.10.6.2.2 Verifiche allo SLC
7.10.7
7.10.8
Aspetti costruttivi, manutenzione, sostituibilità
Accorgimenti specifici in fase di collaudo
NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI - 2008
11.
MATERIALI E PRODOTTI PER USO STRUTTURALE
11.1 GENERALITA’
11.2 CALCESTRUZZO
11.3 ACCIAIO
11.4 MATERIALI DIVERSI DALL’ACCIAIO UTILIZZATI CON FUNZIONE DI ARMATURA
IN STRUTTURE DI CALCESTRUZZO ARMATO
11.5 SISTEMI DI PRECOMPRESSIONE A CAVI POST-TESI E TIRANTI DI ANCORAGGIO
11.6 APPOGGI STRUTTURALI
11.7 MATERIALI E PRODOTTI A BASE DI LEGNO
11.8 COMPONENTI PREFABBRICATI IN C.A. E C.A.P.
11.9 DISPOSITIVI ANTISISMICI
11.10 MURATURA PORTANTE
11.9 DISPOSITIVI ANTISISMICI
11.9.1
Tipologie di dispositivi
11.9.2
Procedura di qualificazione
11.9.3
Procedura di accettazione
11.9.4
Dispositivi a comportamento lineare
11.9.5
Dispositivi a comportamento non lineare
11.9.6
Dispositivi a comportamento viscoso
11.9.7
Isolatori elastomerici
11.9.8
Isolatori a scorrimento
11.9.9
Dispositivi a vincolo rigido del tipo a “fusibile”
11.9.10 Dispositivi (dinamici) di vincolo provvisorio
Per ciascuno dei paragrafi da 11.9.4 a 11.9.10:
11.9.x.1 Prove di accettazione sui materiali
11.9.x.2 Prove di qualificazione sui dispositivi
11.9.x.3 Prove di accettazione sui dispositivi
STRUTTURA DEL MANUALE DI PROGETTAZIONE
Parte I – Inquadramento generale (tecnologie di controllo e dispositivi)
Parte II – Metodologie di progetto
Parte III – Casi di studio ed esempi applicativi
• strutture isolate (5 edifici, 2 ponti, 1 elemento di impianto)
• strutture con dissipatori di energia (6 edifici, 2 ponti)
• strutture con TMD (2 di cui 1 isolata alla base)
• Strutture con MR semiattivi (2)
PRODOTTI DEL 2° ANNO DELLA LINEA 7
Nel corso del 1° anno della LINEA 7, sono stati realizzati 92 prodotti tra
articoli su rivista e per convegni nazionali e internazionali, e rapporti
scientifici, che sono suddivisi in:
¾ 32 prodotti della ricerca per la TASK 1: 31 articoli e 1 rapporto
¾ 10 prodotti della ricerca per la TASK 3: 10 articoli e 0 rapporti
TASK 1 – L7 SG1
Isolamento sismico di edifici e ponti
Aspetti di configurazione strutturale (UNIPG)
Aspetti generali:
NUOVI PRINCIPI DI CONFIGURAZIONE DEI SISTEMI SISMO-RESISTENTI
Nuove regole di configurazione (rispetto alle Regole morfologiche tradizionali)
Deformabilità
Discontinuità
Movimento
Δ
Δ
Δ
Visibilità (dei dispositivi)
Forma
A
Comfort
degli
occupanti
B
A
Estensione delle analisi comparative dei parametri comportamentali ai fini prestazionali
di configurazioni rispondenti: metaclasse degli edifici dotati di sistemi sospesi.
Mom ent Ratio
Classe degli edifici sospesi
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
A
C
6
Classe degli edifici "a ponte"
Unif.250kN
Unif.200kN
Unif.150kN
Unif.25kN
"O"
FIX
Unif.100kN
Unif.50kN
30
25
Quota(m)
20
15
10
5
0
1500,0
2500,0
3500,0
4500,0
Taglio(kN)
Classe dei piani flottanti
5500,0
6500,0
effetto
"scala"
B1
B
8
10
12
14
N
16
Aspetti economici di valutazioni prestazionali (UNIPG)
Metodologie di valutazione prestazionale in termini di conseguenze
Metodologie deterministica
Metodologia probabilistica
Valuta la probabilità di superamento
della perdita DV
λ (DV ) =
∫∫∫G DV DM dG DM EDP dG EDP IM dλ IM
IM = Intensità input caratteristica
EDP =Engineered Demand Parameter
DM = Entità del danno
DV = Perdita o conseguenza.
Conseguenze:
Perdite/feriti
Costo di riparazione
Tempo di inagibilità
Valori "speciali" contenuto/contenitore
Analisi statica lineare edifici isolati alla base (UNIBAS)
Tbf = 0.6 - 0.8 s
m8
MODELLI
NUMERICI
m7
Tbf = 0.5 - 0.6 s
m5
F
ξ [%] = 10-20-30
m6
u
12 Isolatori
m5
m4
m4
m3
m3
m2
m2
m2
m1
mo
m1
mo
m1
mo
Tbf = 0.2 - 0.4 s
m3
RI
EP
F
Δy [mm] = 5-10-15-20
r[%] = 0-1-3-5-10
u
80 Isolatori
Tiso= 1.5-2.0-2.5-3.0 s
Δy[mm] = 5-10-15-20
r[%] = 0-1-3-5-10
β[%] = 0.3-0.5-0.7
u μ[%] = 2.5-5-10
ξd[%] = 0-15
1440 Isolatori
PGA = 0.1÷1g
Totale 1532 SI
Step 1
Analisi NTHA con 7
acc. spettrocompatibili
Tot. 1532 x 6 x 7
64344 analisi
Step 2
NTHA per diversi
valori di PGA (i.e.
rapporti d’isolamento)
SMA+SB+VD
F
Step 3
- Inviluppo dei tagli
massimi di piano
- Normalizzazione
Step 4
Analisi risultati:
a) Coefficienti correttivi
b) Regressioni non lineari
c) Confronti con
distribuzioni di norma
SISTEMI ELASTOMERICI
ACCELERAZIONI DI PIANO NORMALIZZATE NTHA
5
4
LEGGE DI DISTRIBUZIONE DELLE FORZE
piani
VALIDA PER ξ > 10%
⎛ 2i ⎞⎤
mi ⎡
Fi = Vb
−1⎟⎥
⎢1+ (β eff −1)⎜⎜
⎟
∑m j ⎢⎣
⎝ N p ⎠⎥⎦
3
2
j
β eff =1+ 0.0464N P
1
0
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
CONFRONTO TRA NTHA E LEGGE PROPOSTA
piani
TAGLI NORMALIZZATI
EDIFICIO A 5 PIANI:
Tiso/Tbf=3.33, ξ=30%
m3
m2
m1
mo
NP : Numero di piani dell’edificio
ACCELERAZIONI NORMALIZZATE
Fi
piani
Vi
Vb
SISTEMI ELASTO-PLASTICI
ACCELERAZIONI DI PIANO NORMALIZZATE NTHA
PRIME DUE FORME MODALI
m5
S5
iP
Piani
S44
Tiso
Tbf
S22
S11
aN,i
0
0.5
1
1.5
2
iP
iP
m3
3.20
4.20
4.80
5.27
5.70
5.99
6.21
6.38
6.53
S33
S00
m4
m2
Tiso
Tbf
Tiso
Tbf
m1
mo
Φ 2,i
Φ 1,i
2.5
LEGGE DI DISTRIBUZIONE DELLE FORZE
Fi
m5
mi Δi
m4
∑m j Δ j
m3
Fi = Vb N P
j=1
Δ i = a ⋅φ1 + b⋅φ2
φ1 φ2 : prime due forme modali della struttura isolata
a b : funzione dei parametri caratteristici del SI
m2
m1
mo
Effetti di “near-fault” su edifici isolati (UNICAL)
OBIETTIVO
Verificare l’efficacia delle prescrizioni progettuali previste dall’OPCM per
strutture intelaiate in c.a. isolate alla base, in presenza dell’azione combinata
delle componenti orizzontali e verticale di terremoti “near-fault”
Indagine numerica su edifici a pianta simmetrica, con struttura intelaiata in
c.a. di cinque piani, isolati alla base mediante dispositivi HDLR:
Progettazione delle strutture test considerando agenti le sole azioni sismiche
orizzontali ovvero le azioni sismiche orizz. combinate con quelle verticali
Modello di isolatore con rigidezze variabili in direzione verticale (funzione
del carico assiale) ed orizzontale (funzione della deformazione laterale)
Diversi valori di αK0=KV0/KH0, rapporto tra la rigidezza degli isolatori nella
direzione verticale (KV0) ed orizzontale (KH0)
Terremoti “near-fault” con diversi valori di αPGA=PGAV/PHAH, rapporto tra i
picchi di accelerazione nella direzione verticale ed in quella orizzontale
PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE TEST
(O.P.C.M.
(O.P.C.M. 3274/2003
3274/2003 ee successive
successive modifiche
modifiche ed
ed integrazioni)
integrazioni)
PIANTA
SEZIONE
Diagrammi
momento ultimo
BI : base isolated
HV: Horizontal-Vertical
###: αK0=KV0/KH0
Strutture progettate, per diversi valori di αK0(=KV0/KH0), considerando:
- azioni sismiche orizzontali (BIH150, BIH400, BIH800, BIH1200, BIH1600, BIH2000)
- azioni sismiche orizz. e verticali (BIHV150, BIHV400, BIHV800, BIHV1200, BIHV1600, BIHV2000)
INFLUENZA DEL RAPPORTO DI RIGIDEZZA αK0
(=KV0
/KH0
)
K0
V0
H0
SULLA RICHIESTA DI DUTTILITÀ PER LE TRAVI
5
5
2
1
0
5
3
2
2
El Centro D.A., 360 + V
0
4
8
12
16
Richiesta di duttilità per le travi
0
4
8
12
16
5
Sezioni di estremità:
BIH150
BIH400
BIH800
BIH1200
BIH1600
BIH2000
4
3
1
0
Piano
Piano
3
Sezioni di mezzeria:
BIH150
BIH400
BIH800
BIH1200
BIH1600
BIH2000
4
Sezioni di estremità:
BIH150
BIH400
BIH800
BIH1200
BIH1600
BIH2000
Sezioni di mezzeria:
BIH150
BIH400
BIH800
BIH1200
BIH1600
BIH2000
4
Piano
Piano
4
3
2
1
1
Chi-Chi TCU068, E-O + V
0
0
2
4
6
Chi-Chi TCU068, E-O + V
0
8
0
2
4
6
8
SFORZO NORMALE PER GLI ISOLATORI (P)
(terremoto di El Centro D.A. – Imperial Valley)
BIHV150
6000
4000
Pcr
Ptu
P
Isolatore
interno
Sforzo normale (kN)
8000
Struttura BIH2000
2000
0
-2000
8000
BIHV150
6000
4000
Sforzo normale (kN)
Sforzo normale (kN)
Sforzo normale (kN)
Struttura BIH150
Pcr
Ptu
P
Isolatore
esterno
2000
0
-2000
0
4
8
12
Tempo (s)
16
Pcr: carico critico
Ptu: carico ultimo a trazione
20
16000
12000
8000
BIHV2000
Isolatore
interno
Pcr
Ptu
P
BIHV2000
Isolatore
esterno
Pcr
Ptu
P
4000
0
-4000
16000
12000
8000
4000
0
-4000
0
1
2
Tempo (s)
3
Analisi interrotta a causa del raggiungimento
della tensione di trazione limite (σtu=0.7 MPa)
4
COMPONENTE VERTICALE DEI TERREMOTI “NEAR-FAULT”
Può provocare, nelle travi di strutture progettate per sole azioni sismiche orizzontali,
richieste di duttilità crescenti all’aumentare di αK0, soprattutto in corrispondenza delle
sezioni di estremità e di mezzeria dei piani più alti
Almeno le travi dei piani più alti dovrebbero essere progettate tenendo conto della
componente sismica verticale quando si assume un valore piuttosto alto di αK0
La componente verticale potrebbe essere trascurata per un valore piuttosto
basso di αK0, ma la deformabilità verticale potrebbe essere eccessiva
Gli isolatori possono essere soggetti a indesiderati sforzi di trazione
COMPONENTE ORIZZONTALE DEI TERREMOTI “NEAR-FAULT”
Può provocare inattese richieste di duttilità per le sezioni di estremità delle travi e dei
pilastri, in corrispondenza dei piani più bassi
Può comportare la crisi del sistema di isolamento per raggiungimento del valore limite
della deformazione di taglio totale (γtot=γs+γc+γα) o di quella dovuta allo spostamento
sismico orizzontale (γs)
Effetti terremoto “near-fault” su edificio isolato (UNIUD)
(b) - Analisi della risposta sotto accelerogrammi reali “near-fault” dell’edificio
sede della Fratellanza Popolare di Grassina (Firenze), recentemente
inaugurato.
- Dettagliata descrizione del percorso progettuale e costruttivo
dell’edificio, ai fini della redazione del manuale ad uso dei progettisti,
prevista per il terzo anno.
Resistenza sismica edifici monumentali (UNINA_DL)
ATTIVITA’: Isolamento sismico di edifici
monumentali a pianta basilicale
Modellazione ed analisi
di 10 casi di studio:
Macroelementi
CLASSE
TIPOLOGIA
1
MACROELEMENTO
ABSIDALE
2
1° ARCO
TRIONFALE
3
2° ARCO
TRIONFALE
4
SEZ. TRASV.
SULLA NAVATA
5
FACCIATA
6
PROSP. LONG.
ESTERNO
7
ARCATA
LONG. INTERNA
8
ULTERIORE
ARCATA LONG.
SGM
SGMR
A
T1
T1
SPM
A
T2
T4
L1-L6
L2-L5
T8
L1-L6
T5
T4
L1-L4
L3
L3-L4
L2
L3-L4
T4-T7
T8
T7
T8
L1- L4
L2-L5
T3-T6
T6
T7
L2-L3
L3-L4
SMM
T1
L1
L6
L2-L5
SMD
T2
T4-T7
T11
L1-L6
SGO
T1
A
T3-T6
T6
T8
SBM
T5-T10
T5
T7
SAZ
T3
T4
T3-T6
SMV
T1
T2
T2
T3
T2
SI
L1
L4
L2-L3
I 10 casi di studio (UNINA_DL)
70
SGM
SPM
SMV
SBM
SMD
[m]
60
50
SGMR
SI
SAZ
SGO
SMM
40
30
20
10
(a) SGM
(b) SGMR
(c) SPM
0
350000
(KN)
H
L
B
300000
Wcop
21%
250000
Wmuri
200000
150000
11%
10%
100000
50000
(d) SI
(g) SBM
(e) SMV
(h) SGO
0 10 20 30 40 50m
(i) SMD
(f) SAZ
(l) SMM
18%
19%
14%
22%
22%
21%
0
SGM SGMR SPM
SI
SMV
SAZ
19%
SBM
SGO
SMD SMM
• Chiese piccole (H≈15m; L ≈30m; B≈15m;
Wtot≈50.000kN)
• Chiese medie (H≈20m; L ≈45m; B≈25m;
Wtot≈100.000kN)
• Chiese grandi (H≈25m; L ≈65m; B≈40m;
Wtot>150.000kN)
ATTIVITA’: Analisi semplificata per individuazione meccanismo di collasso nel piano di macroelementi
30%
f=(Afori/Atot)macro
β=
Wcop
Wmuro
De Luca et al.’05
= 0.15
F / Wtot =
1
⎡ (1 − ξ) ⋅ ξ ⎤ ⎡ (2 + β) ⎤
⋅ (1 − 0.5 ⋅ ξ)
⋅⎢
⋅
2 ⋅ h / b ⎣ 2 ⋅ f ⎥⎦ ⎢⎣ (1 + β) ⎥⎦
β=
25%
Meccanismo di collasso “a telaio”
(macroelementi con grandi aperture)
20%
Wcop
Wmuro
; f = (Afori / Atot )macro; ξ =
bo
b
Wcop
F
15%
t
Wmuro
Meccanismo di collasso a
prexflex/ribaltamento o taglio
(macroelementi con piccole
percentuali di foratura)
10%
5%
h
ho
bc
bo
b
0%
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
ξ=bo/b
bc
ATTIVITA’: Percentuali di foratura e meccanismi di collasso per le diverse classi di macroelementi
40%
f=(Afori/Atot)macro
35%
Classe 2 = 1° arco trionfale
30%
Meccanismo di collasso a portale
25%
20%
15%
10%
5%
ξ=bo/b
0%
0
40%
0.2
0.4
0.6
0.8
1
f=(Afori/Atot)macro
35%
Classe 5 = facciata
30%
Meccanismo di collasso a taglio
25%
20%
15%
10%
5%
ξ=bo/b
0%
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Isolamento sismico di un edificio di culto (UNINA_Se)
ISOLAMENTO SISMICO DEL
SANTUARIO DI SIRACUSA
Santuario della Madonna delle Lacrime:
• progettato da Riccardo Morandi
• negli anni 1966-68 costruita la parte
interrata (cripta e fondazioni)
• costruzione del “Tempio Superiore”
• struttura interamente in cls a faccia vista,
con imponente cupola tronco-conica
• grande anello di base in c.a.p. poggiante
su 22 pilastri in c.a. di forma trapezoidale
• dall’anello in c.a.p. elementi scatolari a
sbalzo di luce 17 m a cui sospese le
cappelle laterali
iniziata alla fine degli anni ’80
• Dbase = 71,40 m (agli assi appoggi)
(capienza 11.000 persone)
• Superficie in pianta = 4000 m2
• inaugurato nel ‘94 da Giovanni Paolo II
• H = 74,30 m dal calpestio
NUOVI APPOGGI DELLA CUPOLA CON FUNZIONE DI ISOLATORI
Caratteristiche dispositivi:
Nnom = 11000 kN
Nmax = 14000 kN
ϕ max = 0,01 rad
srad = ± 200 mm
stan = ± 150 mm
Cicli di isteresi su una coppia di dissipatori a “falce di luna”
(v = 2 mm/s; s = ± 150 mm)
NUOVO SCHEMA
DI VINCOLO
DELLA COPERTURA
SOLLEVAMENTO DELLA CUPOLA (22000 t) CON 114 MARTINETTI
2 martinetti idraulici esterni:
Nmax = 700 t; smax = 15 mm
Centraline di controllo martinetti e centraline acquisizione LVDT
1200
forza totale 5/6 martinetti [t]
1150
1100
1050
1000
PILASTRO #1
PILASTRO #2
PILASTRO #3
PILASTRO #4
PILASTRO #5
PILASTRO #6
950
900
850
3 (o 4) martinetti
idraulici interni: Nmax = 140 t
800
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
trasduttore verticale appoggio [mm]
7.0
(a)8.0
ANALISI AGLI ELEMENTI FINITI DELLA RISPOSTA SISMICA
spostamento cupola lungo X [mm]
70
Prima dell'intervento di isolamento
Dopo l'intervento di isolamento
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
0
5
10
15
20
25
tempo [s]
spostamento cupola lungo Y [mm]
70
Prima dell'intervento di isolamento
Dopo l'intervento di isolamento
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
0
5
10
15
tempo [s]
20
25
AGGIORNAMENTO E POTENZIAMENTO DEL SISTEMA DI MONITORAGGIO
• Stazione dati dinamici (30 accelerometri a diverse quote)
• Stazione dati statici (12 trasduttori spostamento, 12 inclinometri, 24 estensimetri)
• Stazione dati meteorologici (5 termoigrometri, 1 tachiogonioanemometro)
• Stazione topografica mobile per il rilievo spostamenti verticali trave a +16,40 m
Progetto ed analisi numeriche su ponti isolati (UNIBAS)
LSB
SHD
f
SMAD
f
d
LDRI
f
d
ADRI
f
d
LRI
f
f
d
d
d
(a)
Steel
Hysteretic
Device
(b)
μr W =Fr
(c)
Δy
Δy
Δ
μ = Δ/Δy
r = k2/k1
Δ
μ = Δ/Δy
(d)
(e)
k1
(f)
ξv
Δ
Δ
IS
elements
design parameters
LSB+SHD
a+c
μr, μ, r
LSB+LDRI
a+d+e
μr, ξv
LSB+SMAD
a+f
μr, μ, β, r
LSB+LRI
a+b+d+e
μr, μ, ξv, α (=k0/k1)
LSB+ADRI
a+d+e
μr, ξv
F1
F2
k1 , Δmax , Fmax
lead
ISOLATOR
IS c
K(v),
EPJP
μ
PIER
P
Continuous and multi-span
regular bridges with single shaft
piers having same height and
same cross section
k2
unknown
Mm
D
HP
k1
Δ
β=F1/F2
r = k2/k1
Lead
Rubber
Isolator
Deck
DECK
k1k2
k0
Δ
Added
Damping
Rubber
Isolator
Low
Damping
Rubber
Isolator
SMA - Device
Assumptions
Lubricated
Sliding
Bearings
fluid
hole
SMA
Coupling offered by the deck
neglected
Effect of different soil conditions
neglected
Effect of non-synchronous
motions neglected
Applicazioni a solai isolati alla base (UNIUD)
Studio analitico e progettuale di un solaio isolato alla base, sito al piano
terra di un edificio storico parzialmente distrutto dal terremoto del Friuli del
1976, per il quale è stata sviluppata un’ipotesi di ricostruzione dell’ala
centrale, con nuova destinazione ad uso museale.
Sistema d’isolamento alla base
mediante appoggi scorrevoli in acciaio-PTFE e dispositivi HDRB
(prescelto a causa delle piccole dimensioni dell’impalcato)
Castello di Prampero (UD)
Configurazione
originaria
Configurazione
attuale
Applicazioni a statue isolate alla base (UNIUD)
Sorace, S., Terenzi, G. (2007). “Rebuilding of an ancient castle including a base-isolated museum hall”. Proc.,
International Conference STREMAH 2007, Prague, Czech Republic, WIT Press, Southampton, 419-428.
Primo livello di modellazione per le statue
(massa concentrata supportata rigidamente – “rocking” simulato mediante elementi “gap”)
15
15
PGA = 0.13 g
Fixed Base
5
0
-5
-10
-15
Ground Floor
Top of Statue
0
5
10
15
20
25
30
Time [s]
Prima sensibile manifestazione del
“rocking” in base fissa per PGA pari a
0,13 g
Top of Statue
PGA = 0.42 g
10
Acceleration [m/s2]
Acceleration [m/s2]
10
5
0
-5
-10
-15
Fixed Base
Base Isolated
0
5
10
15
20
25
30
Time [s]
Accelerazione massima di risposta:
0,14 g (base isolata)
1,04 g (base fissa)!!
Valore puramente teorico (collasso della
statua a circa 0,3 g)
Applicazioni a statue isolate alla base (UNIUD)
Sorace, S., Terenzi, G. (2007). “Traditional and innovative technologies in the rebuilding of an ancient castle”. Atti
del Workshop WonderMasonry2, Lacco Ameno (in stampa).
Secondo livello di modellazione per le statue
(modello completo agli elementi finiti – “rocking” simulato mediante elementi “friction isolator”)
Acceleration [m/s2]
10
PGA = 0.42 g
X direction
Statue
5
0
-5
Fixed Base
Base Isolated
-10
0
5
10
15
20
25
30
Base Isolated
Fixed Base
PGA
0.821 g
0.250 g
Floor acceleration
0.287 g
0.250 g
Statue acceleration
0.417 g
0.432 g
PGA
1.142 g
0.371 g
Floor acceleration
0.630 g
0.371 g
Statue acceleration
0.762 g
0.740 g
PGA
2.676 g
0.560 g
Floor acceleration
2.523 g
0.560 g
Statue acceleration
2.643 g
2.575 g
Time [s]
Rocking
limit
state
Analisi prestazione sismica delle statue
Definizione di 3 Stati Limite di riferimento
Damage
limit
state
1.S.L. di “rocking”
2.S.L. di danno
3.S.L. di collasso
Collaps
e limit
state
TASK 1 – L7 SG1
Isolamento sismico di edifici e ponti
ATTIVITA’ SPERIMENTALI
Test su tavola vibrante di edifici isolati in muratura (UNIBAS)
Programma di prova
N° Prova
1.4
1.2
1
0.8
isolato
PARETE CD
fisso
0.6
0.4
0.2
0
Pga nom
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
ISOLATO
Tipo
random
colfiorito solo x
colfiorito xy
colfiorito xy
colfiorito xy
colfiorito xy
colfiorito xy
colfiorito xy
random
colfiorito xy
colfiorito xy
colfiorito xy
colfiorito xy
colfiorito xy
PGAnom (g)
0.05
0.10
0.10
0.30
0.40
0.50
0.60
0.10
0.05
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Test su tavola vibrante di edifici isolati in muratura (UNIBAS)
m5=6.97ton
BIS3
m4=2.73ton
m4=2.73ton
50
MODEL BIS3
40
30
m3=8.71ton
20
dx (mm)
m3=8.71ton
10
0
-10 0
3
6
9
12
15
-20
-30
m2=4.76ton
-40
m2=4.76ton
-50
t (sec)
50
MODEL BIS3
40
m1=2.94ton
m1=2.94ton
30
20
dy (mm)
•Model BIS1
VE-GAP
•Model BIS2
VE-FI
•Model BIS3
EP-VD-FI
BIS1
m5=6.97ton
10
0
-10 0
3
6
9
-20
-30
-40
-50
t (sec)
12
15
Prove sperimentali su pile da ponte (UNIBAS)
SELEZIONE PILE DA PONTE PER SPERIMENTAZIONE:
(esame database SAMOA-Autostrade ed elaborati di progetto)
- No. 6 ponti autostradali a singola carreggiata (anno costruz. : ’65-’80)
- Schema Statico: Ponti a travata appoggiata
- Tipologia pile: Fusto unico a sezione circolare piena o cava;
- Altezza pile: (a) H ≈ 6m (pile “tozze”) (b) H ≈ 12 m (pile “snelle”)
- Scala Modelli: 1:3
- Apparato di prova: Nmax = 700 KN, Fmax = 500-350 KN
TASK 2 – L7 SG2
Dissipazione di energia
Configurazione strutturale antisismica per la compatibilità con l'impiego dei sistemi di
isolamento e di dissipazione di energia: interazione con morfologie architettoniche
Risposta di edifici alti regolari con
disposizioni regolari/irregolari di micro
e macro-controventi.
Valutazione fattore di struttura (UNIBAS)
Fattore di struttura q
I primi risultati di una analisi parametrica condotta su 18 strutture, irregolari e
non, facendo variare: i) numero di piani (3, 4, 5); ii) duttilità dei controventi (8,
10, 12); iii) zona sismica (ag 0.15; 0.25; 0.35) e iv) tipo di suolo (A, B C E, D)
7.5
q0
4 stories
3 stories
5 stories
6.0
4.5
μc
μc
3.0
8
10
12
8
10
12
μc
8
10
• I parametri che più influenzano il fattore di struttura sono la duttilità dei
controventi ed il numero di piani della struttura
• La forma geometrica e la regolarità della strutture non influenza il fattore di
struttura
• Per valori di duttilità dei controventi nei range considerati si hanno
dispersioni limitate dei valori di q che risultano stabili e comparabili a quelli
delle nuove strutture progettate in classe di duttilità alta
12
Affidabilità sismica sistemi di dissipazione (UNIBO)
Structural Seismic Reliability
Random vibrations Approach
Seismic action described by
stochastic processes theory.
Simplified hypothesis on structural
behavior.
Simulation methods
• Monte Carlo (Importance sampling,
directional simulation, line sampling)
Failure probability
Limit state function
Pf (I m ) = Pr ( g (x, t ) < 0 | I m = im )
Intensity measure
Time integrated approach
g = min[C (t , x, D (t )) − D (x, t )]
t
• Subset Simulation
I m = S a (T1 )
• FORM/SORM
Specialized Simulation methods
• Response Surface
• IDA Based methods
•…
g (x ) | S a , D = ln (S a ,c (x, T1 )) − ln (S a , D (T1 ))
[Veneziano (1983)]
[Shome & Cornell (1998)]
Progettazione dei dissipatori viscosi (UNINA_Se)
DESIGN PROCEDURES FOR VISCOUS/VISCOELASTIC DAMPERS
A literature review
• According to type of approach:
Physical
The equivalent linear
properties are determined
based on amount of
dissipated energy.
Sometimes performancebased design is used.
Mathematical
A performance index is
used as a functional to be
minimized by means of
different kind of
optimization algorithms.
• According to device behavior:
Linear
FD = Kd z(t) + Cd ż(t)
Non Linear
FD = Cd |ż|α·sgn(ż)
Target of the Design Procedures
• Device Design:
A specific configuration of dampers in structure is assumed
and the parameters of devices are estimated based on
procedure characteristics. (Usually a uniform or triangular
dampers distribution is used).
?
?
?
To be estimated
Fixed
• Device Design:
• Device Location:
The size and characteristics of device is assumed and both
number and localization of the devices are determined by
iterative evaluation of structural behavior taking into
account the dampers gradually added.
?
?
?
To be estimated
Known
• Device Design:
• Device Location:
• Device Design and Location:
The size, number and location of the devices should be
determined by means of sequential structural analysis in
which devices are added according to
a performance index.
?
?
?
?
To be estimated
?
?
To be estimated
Metodi semplificati di dimensionamento (UNIBAS)
ATTIVITA’
•
•
Proposta di due metodi semplificati per il dimensionamento delle caratteristiche
dei controventi dissipativi a comportamento dipendente dallo spostamento (elastoplastici) e dipendente dalla velocità (visco-elastici), compatibili con le prescrizioni
dell’Ord. 3431/05
Applicazione dei metodi ad una struttura esistente in c.a. e verifica della stessa
mediante analisi statiche e dinamiche non lineari
Informazioni Generali
•
•
Localizzazione
Bonefro (CB)
Suolo
B, C, E
Zona sismica
2° categoria
Valutazione del fattore di struttura q per le strutture dotate di sistemi di controventi
dissipativi (elasto-plastici) su diverse tipologie di strutture in c.a. reppresentative
degli edifici italiani degli anni ’70/’80
Proposta di un metodo semplificato per il dimensionamento delle caratteristiche dei
controventi dissipativi a comportamento ricentrante (SMA)
Metodo di progetto: controventi elasto-plastici
A. Definizione di: i) Caratteristiche della struttura di partenza; ii) Livelli di
prestazione desiderati; iii) Sisma atteso
B. Determinazione delle caratteristiche del controvento equivalente: Kc,
Fc, μc
C. Determinazione delle caratteristiche meccaniche del singolo
controvento
No
D.
Verifica della struttura controv. Metodo N2
Si
FINE
Metodo di progetto: controventi visco-elastici
1.
2.
Valutazione Caratteristiche Struttura da Adeguare
Definizione Rigidezza dei Controventi: Kcd = α Ks
3. Progettazione dispositivo dissipativo: G’, G”= f(Tci, γ, θ)
No
K’, K”
Verifica periodo |Tci – Tci-1|<ε
Si
No
4. Verifica struttura rinforzata: Metodo ATC40
Si
FINE
Si
Verifica deformaz. |γi – γi-1|<ε
No
Metodo di progetto: controventi SMA
• Legge di riduzione dello spettro elastico nel caso di sistema con
comportamento a bandiera (flag-shape)
F
F
Legame F-d
Fy*
K
M
Duttilità μ
ag (t)
14.00
14.00
Elastico
Elasto-plastico
10.00
Sa (m/sec2)
Bandiera
8.00
6.00
Bandiera
6.00
4.00
2.00
2.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80T (se c) 2.00
Elasto-Plastico
8.00
4.00
0.00
0.00
media 7 accelerogrammi suoloB dut=3
12.00
Elastico
10.00
Sa (m/sec2)
dmax*d
media 7 accelerogrammi suoloA dut=3
12.00
q=f(μ,T)
d
K*
dy*
C
0.00
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80 T (sec)2.00
• Proposta di Metodo di progetto semplificato basato sul quello proposto per i
dispositivi dipendenti dallo spostamento
• Verifica del metodo mediante analisi dinamiche non lineari per sistemi ad 1
gdl e applicazione al telaio Jet-Pacs
Progetto dei controventi dissipativi (UNICAL)
CRITERIO DI RIGIDEZZA PROPORZIONALE
PER TUTTI I DISSIPATORI
Distribuzione della rigidezza laterale dei controventi dissipativi analoga a
quella del telaio non controventato: K*=KDB/KF (costante a ciascun piano)
PER I DISSIPATORI ISTERETICI E AD ATTRITO - (Vulcano, 1991)
• Distribuzione del carico di snervamento (scorrimento) affine a quella degli sforzi
assiali elastici
• Rapporto di snervamento (scorrimento): N*=Ny/Nmax (costante a ciascun piano)
• Nmin ≤ Ny ≤ Nmax
- Nmin: il dispositivo non si snerva (non scorre) in presenza dei carichi di esercizio e di terremoti
di moderata intensità;
- Nmax: per evitare: plasticizzazione del telaio prima dello snervamento (scorrimento) del
dispositivo, instabilità, rottura fragile a compressione o collasso a trazione nei pilastri;
- può essere scelto un valore ottimale di Ny (per es., minimizzando un opportuno parametro)
PER I DISSIPATORI VISCOELASTICI E VISCOSI - (Mazza-Vulcano, 1999)
• KDB e K''DB valutati selezionando G'(ω) e G''(ω) in corrispondenza della
frequenza (circolare) fondamentale (ω) dell’intero sistema strutturale
• Distribuzione di K''DB analoga alla distribuzione di KDB
Progetto dei controventi dissipativi (UNIUD)
Applicazione dimostrativa a casi di studio simulati
(1)
adeguamento sismico di un edificio pre-normativo ad uso scolastico, con struttura
in acciaio, sito in Firenze;
Sorace, S., Terenzi, G. (2007). “Retrofit hypotheses of a pre-normative steel school building by
fluid-viscous damper-based technologies”. Proc., 6th International Conference on Steel &
Aluminum Structures ICSAS 07, Oxford, UK, Nuffield Press, Abingdon, 196-203.
4
4
DB-R
DB-R
3
2
Story
Story
3
Original
2
Original
1
1
SE – X direction
0
0
10
20
30
40
50
60
Interstory Drift [mm]
Y
70
BDE – X direction
80
0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
X
(2)
adeguamento sismico di un edificio con piano “pilotis” ad uso di civile abitazione,
con struttura in cemento armato, sito in Udine;
(3)
realizzazione di un nuovo edificio ad uso scolastico, con struttura in acciaio, sito in
Firenze.
Progetto sistema a cavi smorzanti (UNIUD)
Deviatore
Energia dissipata
F
F
Cavo
Pre-carico
Percorso statico
Dissipatore
d
Passo 1 – Parametri da definire: K d2t , K ct , Acp

Analisi modale di un singolo telaio ⇒ valutazione di T1s
Wsm1
= α1 ⋅ W s
⇔
K sm1 =
4π 2 ⋅ Wsm1
T1s2 ⋅ g
Si impone una prefissata riduzione β di T1s: T
t
1sdc
⇒
K
t, h
dc
4π 2 ⋅ Wsm1
− K sm1
=
2
g (β ⋅ T1s )
Wsm1
= β ⋅ T1s = 2π
g ( K sm1 + K dct, h )
K dct,h
Con riferimento ad una configurazione diagonale del cavo: K =
cosγ diag
t
dc
ed assumendo:
1
1
1
+
=
K d2t
K ct K dct
⇒ K d2t = K ct = 2 K dct
;
Acp
K ct ⋅ Lt
=
Es
γi
γdiag
Progetto sistema a cavi smorzanti (UNIUD)
Applicazione dimostrativa a casi di studio
(1)
adeguamento sismico dell’edificio di cui al precedente punto (a2),
(a2) in alternativa alla
soluzione a controventi dissipativi
Sorace, S., Terenzi, G. (2007). “Retrofit hypotheses of a pre-normative steel school building by
fluid-viscous damper-based technologies”. Proc., 6th International Conference on Steel &
Aluminum Structures ICSAS 07, Oxford, UK, Nuffield Press, Abingdon, 196-203.
4
4
DC-R
3
2
Story
Story
3
Original
1
DC-R
2
Original
1
BDE – X direction
0
0
20
40
60
SE – X direction
0
80 100 120 140 160 180 200
0
10
20
Y
X
40
50
60
70
80
X
adeguamento sismico di un edificio ad uso ospedaliero, con struttura in cemento
armato, sito a Latisana (UD), progettato in assenza di normative sismiche
Sorace, S., Terenzi, G., Fadi, F. (2007). “Adeguamento sismico di edifici in cemento armato mediante il
sistema a cavi smorzanti”. Atti del 12° Convegno Nazionale ANIDIS, Pisa, Articolo 145, CD-ROM.
4
Piano
3
FOC
FOCT
SC
2
BFO
1
Pilastrata A20
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
SRN [%]
DISPOSIZIONE FOC
6
BFO
5
4
Piano
(2)
30
DISPOSIZIONE BFO
FOCT
FOC
3
SC
2
1
0
Pilastrata C8
0
0.5
1
1.5
SRN [%]
2
2.5
3
Mitigazione degli effetti del martellamento (UNIUD)
di-1,i
di,i+1
si-1,i
si,i+1
mi-1
Ki-1, ρKi-1
mi
ci-1,i
Molla elastica (lineare o non)
Smorzatore viscoso (lineare o non)
Ki, ρKi
mi+1
ci,i+1
Ki-1, ρKi+1
Gap
Ci-1
Ci
Ci+1
Problema analitico
mi u&&i + ci u&i + Ri − Fi −1,i + Fi,i +1 = −mi u&&g
δ i = ui − ui +1 − d i,i +1
Condizione di martellamento
δi > 0
δ i −1 ≤ 0 ⇒ F i −1,i= 0
δ i −1 > 0 ⇒ F i −1,i = si −1,i δ i −1 + ci −1,i δ& i −1
δ i ≤ 0 ⇒ F i,i +1= 0
δ i > 0 ⇒ F i,i +1= si,i +1δ i + ci,i +1δ& i
Mitigazione degli effetti del martellamento (UNIUD)
(c2) Studio progettuale concernente l’intervento di salvaguardia di due
edifici adiacenti privi di adeguato giunto sismico
Sorace, S., Terenzi, G. (2007). “Martellamento sismico tra edifici adiacenti. Analisi e mitigazione mediante
tecniche di protezione passiva”. Atti del 12° Convegno Nazionale ANIDIS, Pisa, Articolo 144, CD-ROM.
300
300
Intervento tipo A
200
150
200
150
100
100
50
0
Intervento tipo A
250
Forza [kN]
Ipotesi
d’intervento 1
Forza [kN]
250
50
Secondo piano
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
90 100
Primo piano
0
10
300
Intervento tipo B
Forza [kN]
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Spostamento [mm]
Spostamento [mm]
Ipotesi
d’intervento 2
20
30
40
50
60
70
Spostamento [mm]
80
90 100
80
90 100
Dimensionamento di smorzatori viscosi non lineari (UNIBO)
1.
Identificazione delle caratteristiche “lineari” degli smorzatori viscosi (F = c v e
fluido incompressibile).
2.
Sviluppo di una serie di analisi dinamiche “lineari” della struttura equipaggiata con
gli smorzatori viscosi identificati allo Step 1.
3.
Passaggio dagli smorzatori lineari agli smorzatori non-lineari “equivalenti”:
identificazione di un sistema di smorzatori viscosi “commerciali” (caratterizzati da una
relazione forza-velocità non-lineare, assumendo tipicamente F = c vα, e considerando
l’effettiva compressibilità del fluido) in grado di portare le azioni negli elementi
strutturali a valori paragonabili a quelli ottenuti con le analisi dinamiche lineari dello
Step 2.
4.
Sviluppo di una serie di analisi dinamiche “non-lineari” della struttura
equipaggiata con gli smorzatori viscosi identificati allo Step 3.
ESEMPIO APPLICATIVO:
CENTRO COMMERCIALE IN C.C.A. PREFABBRICATO A 2 PIANI
67m
55m
lunghezza totale = 300m
Modello del Corpo n.1
Centro commerciale “Le Befane” di Rimini
• struttura a 2 piani in c.c.a. prefabbricato
• superficie di piano: 20000 m2/piano
• altezza: circa 10.50 m
• sistema pendolare (non a trasmissione di momento)
• Corpo n. 1: pianta rettangolare 67m × 55m
SOLUZIONI STRUTTURALI CONFRONTATE
NAKED solution = struttura nuda senza alcun tipo di controventamento
ISB solution = struttura dotata di controventamenti rigidi
FPD solution = struttura dotata di Fixed-Point Dampers
ISD solution = struttura dotata di Inter-Storey dampers
INPUT SISMICO:
7 accelerogrammi sintetici
spettrocompatibili
α
DEFORMAZIONI (SLD)
[cm]
8
7
6
Building 1 - DLS
NAKED solution
ISB solution
FPD solution
ISD solution
6 cm
5
LIMITE
4
3
2.5 cm
2 cm
2
1
0
X-direction
Y-direction
max interstorey drifts between the 1st and 2nd floors
REAZIONI ALLA BASE
1100 t !!!
[kN]
12000
10000
450 t !!!
[kN]
Building 1 - ULS
5000
NAKED solution
ISB solution
FPD solution
ISD solution
4500
4000
Building 1 - DLS
NAKED solution
ISB solution
FPD solution
ISD solution
3500
8000
200 t
6000
3000
70 t
2500
2000
4000
1500
1000
2000
500
0
Tx
Ty
max base reactions
SLU
Nz
0
Tx
Ty
max base reactions
SLD
Nz
FORZE NEI CONTROVENTI DIAGONALI
200 t !!!
500 t !!!
[kN]
6000
5000
[kN]
Building 1 - ULS
2500
ISB solution
FPD solution
ISD solution
200 t
2000
Building 1 - DLS
ISB solution
FPD solution
ISD solution
80 t
4000
1500
3000
1000
2000
500
1000
0
storey 1
storey 2
max forces in the diagonal braces
SLU
0
storey 1
storey 2
max forces in the diagonal braces
SLD
L’unica soluzione percorribile è quella che prevede l’utilizzo di smorzatori viscosi !
Criterio di progettazione per BRB (UNICAM)
140
STEP 1: Curva di capacità struttura esistente
(Push over e bilinearizzazione: du*, dy*,Fy*,k*,)
120
Vb (kN
100
80
60
40
20
STEP 2: Ipotesi su μc= duttilità controvento
(da cui: dcy *= du*/ μc )
STEP 3: Determinazione Fc= forza di
snervamento totale controvento
tramite ricerca P.P iterativamente o per
tentativi
(da cui: kc = Fc/dcy*)
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
d (m)
kd
α
kd
α +1
α
μc =
μd
α +1
kc =
k b = αk d
kb
7000
6000
5000
Vb (kN
STEP 4: Criterio di distribuzione in pianta ed in
altezza
(determinazione kci e Fci)
4000
3000
2000
PP
1000
STEP 5: Verifica con analisi statica non lineare o
analisi dinamica non lineare
0
0.00
0.05
0.10
Sd (m)
0.15
0.20
Criterio di progettazione per HDR (UNICAM)
140
120
STEP 1: Curva di capacità struttura esistente
(Push over e determinazione ksec e ξequ,)
Vb (kN
100
80
60
40
20
0
0
0 .0 2
0 .0 4
0 .0 6
0 .0 8
0 .1
d (m )
STEP 2: Ipotesi su γd = deformazione gomma
100
100% -150%
force (kN)
STEP 3: Ipotesi su α = rigidezza introdotta:
1
Tsec
kc = α ksec quindi T =
α +1
da cui G=G(T,γd) e ξ=ξ(T,γd)
50
0
-2.5
-1.5
-0.5
0.5
1.5
2.5
-50
-100
strain
STEP 4: calcolo di ξtot e verifica con spettro di capacità
0.80
STEP 5: Criterio di distribuzione in pianta ed in altezza
(determinazione hi e Ai)
Sa(g)
0.60
0.40
0.20
STEP 5: Verifica con analisi dinamiche lineari multiple
o analisi dinamica non lineare
0.00
0.000
0.100
Sd (m)
0.200
Metodi semplificati di dimensionamento (UNINA_Se)
TYPICAL SCHEME OF EXISTING BRIDGE
Several existing bridges are characterized by a continuous deck connected to
some piers through fixed bearings, and to other piers through bearings allowing
sliding in the longitudinal direction.
The earthquake load
on the whole deck is
transferred to the
fixed piers.
Limitation of deck displacements and accelerations and a significant reduction of
the stresses on the fixed piers can be achieved through the insertion of passive
viscous energy dissipation devices between the bridge deck and the longitudinally
free piers
OPTYMAL DESIGN OF PROTECTION SYSTEM
|ζmax(β)| is plotted in the figures below for κ = 1,0.1 (kb = kf , 10kf)
and for several different values of ν:
ν = 0.001
ν=5
kb
xf
Cd
mf
xg(t)
kf
10
10
xb
ν = 0.001
κ=1
κ = 0.1
ν = 0.05
ν = 0.05
7.5
7.5
ν=1
|ζf,max|
|ζf,max|
ν = 1.5
ν = 0.1
5
ν = 0.2
ν = 0.5
ν = 0.1
5
ν=5
ν = 0.2
ν = 1.0
ν = 0.5
2.5
2.5
ν = 1.5
νopt = 0.2887
νopt = 0.6155
0
0
0
0.5
β
1
0
1.5
0.5
β
1
1.5
NOTE: for a fixed value of κ, all the |ζmax| – β curves have a common intersection point,
having the following co-ordinates:
ζ max (β ) = 1 + 2κ
β=
(1 + 2κ ) [2(1 + κ )]
OPTYMAL DESIGN OF PROTECTION SYSTEM
xb
kb
The curve for which the aforesaid point represents a maximum,
i.e. the minimum resonance peak in the range ν = [0,+∞],
corresponds to a value νopt of the parameter ν, real solution of
the 3rd degree equation:
xf
Cd
mf
xg(t)
kf
8κ 2 (1 + κ )(1 + 2 κ ) (ν 2 ) + 4κ (1 + 2κ ) (κ + 2 )(ν 2 ) − 2(1 + 2κ )(κ − 1)ν 2 − 1 = 0
3
3
2
2
1
β
0.8
8
0.6
1
2(1 + κ )(1 + 2 κ )
νopt, β
ν opt =
6
|ζmax|
|ζmax|
It is demonstrated that the only real
solution is given by:
10
νopt
0.4
4
0.2
2
0
0
0
0.5
1
1.5
κ
2
2.5
3
PROGETTO DEI DISPOSITIVI VISCOSI
La stessa procedura può essere applicata a strutture a telaio con controventi flessibili
2
10
ν = 0.001
Cd
|ζf,max|
ν = 1.5
ν = 0.05
7.5
1
ν=5
ν=1
ν = 0.1
5
ν = 0.2
Cd
p2
p1
Fd
ν = 0.5
2.5
νopt = 0.2887
x
0
0
0.5
β
1
1.5
TASK 2 – L7 SG2
Dissipazione di energia
Predisposizione del modello sperimentale JETPACS
JETPACS (Joint Experimental Testing on Passive and semi-Active Control Systems)
[attività congiunta UNIBAS, UNINA, UNIUD, UNICAL, UNIPARTH, UNIVAQ, POLIBA]
Sperimentazione su un telaio in acciaio in scala 1:1,5 con diversi sistemi di
dissipazione passiva e controllo semi-attivo e relativa modellazione numerica
Definizione dei dispositivi per prove JETPACS
JETPACS (Joint Experimental Testing on Passive and semi-Active Control Systems)
Prototipo
1:1
Modello
1:1.5
No. di livelli
2
2
U.R
tipo di Dispositivo
No. di campate direzione X
1
1
UNINA
Viscosi (Fib)
No. di campate direzione Y
1
1
UNIBAS
visco-ricentranti (Tis)
Luce campate direzione X
6.0 m
4.0 m
UNIBAS
elasto-plastici (Tis)
Luce campate direzione Y
4.5 m
3.0 m
Altezza colonne
3.0 m
2.0 m
UNIUD
Visco-Elast (Jarret)
Ingombro in pianta
6.0 x 4.5 m2
4.0 x 3.0 m2
UNIAQ
Magneto-reol (Lord)
I-II livello – p. p. solaio
3.25 kN/m2
3.25 kN/m2
UNIPARTH
Magneto-reol (Maurer)
I-II livello - accidentali
2.0 kN/m2
2.0 kN/m2
UNICAL
Elasto-plastici
28.43 kN
UNIBA
Elasto-plastici
Massa addizionale teorica
Identificazione del modello sperimentale JETPACS
IDENTIFICATION OF THE SPECTRAL PROPERTIES
o metodo di identificazione modale di Goyder (sisma)
o tecnica di identificazione modale EFDD e SSI assistita (ARTEMIS)
o tecnica di identificazione modale EFDD e SSI assistita (POLIMAX)
o identificazione modale tramite Wavelets
o identificazione modale di Goyder (martello)
o identificazione modello FEM tramite IDEFEM
o Identificazione modello tramite massa aggiunta (Parloo)
Symmetric structure
Non-symmetric Structure
Identificazione del modello sperimentale JETPACS
IDENTIFICATION OF THE SPECTRAL PROPERTIES
(symmetric configuration)
HDR- Prove dinamiche a controllo di forza (UNICAM)
9 kN
d(ω)
Caratterizzazione dinamica di un
telaio con dissipatori in gomma
mediante prove con vibrodina
RISPOSTA AL VARIARE
DELLA FREQUENZA
RISPOSTA AL VARIARE
DELLA FORZANTE
• Variazione periodo
• Variazione dissipazione
sw. 5.0-2.5 Hz
f (Hz)
6.0
10
15.0
9kN
force (kN)
9kN
3.45Hz
5.0Hz
3.0Hz
0
7kN
-15.0
-6.0
0
6.0
displacement (mm)
4.0
3kN
3.0Hz
4.26Hz
force (kN)
•
0
max displacement (mm)
- Influenza storia (diverso spettro
di risposta per storie con frequenza
crescente e decrescente –
degrado di rigidezza proporzionale
all’ampiezza – temperatura??)
0
sw.2.5-5.0 Hz
5kN
0
3kN
0
5.0Hz
0
frequency (Hz)
-4.0
-1.0
0
displacement (mm)
1.0
Prove sperimentali BRB (UNICAM)
TELAIO COMPOSTO
BRB – anima alluminio
40
30
Fcntrv (kN)
20
10
0
-15
-10
-5
-10 0
5
10
-20
-30
-40
sp diss_dx (mm)
•
Efficacia del sistema utilizzato per la connessione dei dispositivi al telaio
•
Elevata capacità dissipativa dei BRB anche per piccoli livelli di deformazione
•
Scarsa resistenza a fatica per spostamenti tipici dello stato limite ultimo
(molto variabile da dispositivo a dispositivo)
15
TASK 1 e 2 – L7 SG3
Modellazione e sperimentazione dei dispositivi
Modellazione e sperimentazione isolatori (UNINA_DL)
SG3 - MODELLAZIONE E SPERIMENTAZIONE IN SCALA REALE DI DISPOSITIVI ELASTOMERICI
ATTIVITA’: Comportamento di isolatori elastomerici: analisi FEM
a=240mm
a=360
ts=2
ti=10
61
ti=5
S2=4
S1=6
S1=18
a=300
61
ti=3.75
S2=4.8
S1=24
Effetto carichi verticali
S1=6
100%
ts=2
80,5
S1=12
125%
S2=8
a=360
ts=2
ti=6.25
150%
ts=2
70
γmax (%)
Influenza del fattore di forma primario S1 – 5 modelli
S2=8
75%
S1=12
50%
S1=24
a=450
S1=18
S1=30
25%
ts=2
pm (MPa)
67
S1=30
0%
S2=10
3
4
γd
γxz/γd
3.5
orizzontali
-0.5
ti
-0.5
a'
2.5
+0.5
pm=3 MPa
+0.5
x
a'
12
15
γd=100%
pm=15 MPa
γmax
3.5
3
2.5
γmax
2
9
4
γd=100%
Interfaccia
z
ti
3
carichi verticali +
Pm
6
γxz/γd
ti=3.75
2
1.5
γarit
1.5
1
γw
1
γarit
γw
0.5
0.5
S1
0
6
12
18
24
S1
0
30
6
12
18
24
30
Modellazione e sperimentazione isolatori (UNINA_DL)
ATTIVITA’: Modellazione ed analisi FEM dei dispositivi da testare – Analisi effettuate
Influenza del fattore di forma secondario S2 – 6 modelli analizzati con S1=20
Tensioni principali massime pm=10MPa γd=200%
S2=6,15
S2=2,96
21
N/
m
m2
S2=5,00
S2=2,00
S2=4,00
S2=1,51
20
0
N/
mm
2
Plasticizzazione
delle piastre
interne in acciaio
Dispositivi HDR – Modelli lineari equivalenti (UNICAM)
Modelli lineari equivalenti – confronto risposta armonica (risposta stabile)
1.2
1.2
Case b
Lin
HDR
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0
1 T/Tref
2
3
Lin
HDR
0.8
f/fdm
u/um
1.0
Case b
1.0
4
0
1
T/Tref 2
3
4
Modelli lineari equivalenti – confronto risposta impulsiva (eff. Mullins)
1.20
0.80
0.40
0.00
-0.40
-0.80
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Lin
HDR
0.80
f/fm
u/um
1.20
Lin
HDR
1
0.40
0.00
-0.40
-0.80
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
TASK 1 e 2 – L7 SG3
Modellazione e sperimentazione dei dispositivi
Prove su dispositivi elastomerici in camera termica (UNIBAS)
(B)
(A)
(C)
CERNIERA
HINGE
REGOLAZIONE
ADJUST
ATTUATORE:
Spostamento massimo: +/125 mm,
Forza massima: +/- 10 kN.
REGOLAZIONE
ADJUST
(D)
BRACCIA PARALLELE
PARALLEL BRACES
(F)
MOLLE ASSIALI
AXIAL SPRINGS
(G)
820mm
PIASTRA FISSAGGIO PROVINO
SPICIMEN FASTEN PLATE
(H)
(E)
SISTEMA DI FISSAGGIO PROVINI
SPICIMENS FASTEN SYSTEM
PROVINI
SPECIMENS
(I)
ATTUATORE
ACTUATOR
220mm
570mm
La CAMERA TERMICA è in
grado
di
mantenere
costante la temperatura a
valori compresi tra -30 e
70°C.
Prove su dispositivi elastomerici in camera termica (UNIBAS)
OBIETTIVI DEI TEST SPERIMENTALI: Valutazione della variabilità
di comportamento meccanico degli isolatori elastomerici armati
con la temperatura dell’aria, la frequenza e l’ampiezza della
deformazione ciclica a taglio impressa.
I test verranno effettuati su 4 coppie (denominate A, B,C ed E) di provini
elastomerici a sezione circolare.
PROGRAMMA DI PROVE
TEST
Coppia
Couple
Temperat. (°C)
Frequ.
(Hz)
Freq. (Hz)
Deform. a Taglio (%)
Shear Strain (%)
Prelim.
A, B, C & D
20
0.5
+/-100
A
A
-20
0.1Æ1
+/-10 Æ +/-200
B
B
0
0.1Æ1
+/-10 Æ +/-200
C
C
20
0.1Æ1
+/-10 Æ +/-200
D
D
40
0.1Æ1
+/-10 Æ +/-200
0.1Æ1
+/-10 Æ +/-Max
Rottura
Failure
A, B, C & D
come A, B, C e D
as A, B, C and D
Prove su dispositivi elastomerici grandi dimensioni (UNIBAS)
Progettazione e
realizzazione di una
nuova macchina di
prova per l’esecuzione
di test dinamici su
dispositivi antisismici
Prove su dispositivi elastomerici grandi dimensioni (UNIBAS)
PRESTAZIONI PER TEST DINAMICI:
-
Forza di taglio massima pari a 500 KN (su singolo dispositivo),
Spostamento massimo pari a 500 mm,
Carico verticale massimo di compressione pari a 8000 KN,
Carico verticale massimo di trazione pari a 1500 KN.
Entro inizio anno, possibile ulteriore upgrading:
-
Forza di taglio massima pari a 1000 KN (su singolo dispositivo),
Spostamento massimo pari a 1000 mm.
Appena la nuova macchina di prova diventerà pienamente
operativa :
1. Test di trazione su dispositivi elastomerici,
2. Test per lo studio dell’instabilità,
Sistema di prova per isolatori (UNINA_DL)
LABORATORIO DEL CRdC BENECON
ATTIVITA’: Messa a punto del sistema per prove su dispositivi per isolamento sismico
CARATTERISTICHE DEL SISTEMA
1000mm di corsa e 1000kN di carico in orizzontale
Frequenza 0.45 Hz, a 500mm di
250 mm e 4000 kN in verticale
corsa e 1000 kN di carico.
Sistema di prova per isolatori (UNINA_DL)
ATTIVITA’: Task 3 - Campagna sperimentale su isolatori elastomerici
24 (4 x 6) isolatori elastomerici ∅400 – S1=20
S2=6,15
S2=5,00
S2=2,00
S2=2,96
S2=4,00
S2=1,51
Avanzamento attività:
Task
3. Campagna di
prove sperimentali
1° sem.
2° sem.
definizione
delle
caratteristiche
prestazionali
dei dispositivi
3° sem.
definizione di
specifiche quantitative
per caratteristiche
prestazionali dei
dispositivi
Dispositivi progettati ed acquistati
4° sem.
esecuzione
campagna prove
sperimentali
Messo a punto
set up di prova
5° sem.
analisi
risultati
sperimentali
6° sem.
Valutazione
critica,
confronti e
derivazione di
indicazioni
progettuali
Prove su dispositivi passivi e semi-attivi (UNINA+ UNIPARTH)
Macchina di prova per dispositivi monoassiali
[progettazione congiunta UNINA e UNIPARTH]
Telaio autoequilibrato (attuatore ITALSIGMA: 122 t in trazione e 45 t in compressione)
- consente corsa massima di 250 mm e frequenza massima di 5 Hz
Prove su dispositivi semi-attivi (UNIPARTH+UNINA)
Prototipi realizzati in Germania da Maurer & Sohne con fluidi magnetoreologici BASF
Prove su dispositivi passivi e semi-attivi (UNINA)
Macchina di prova per dispositivi monoassiali
[progettazione congiunta UNINA e UNIPARTH]
Strumentazione per prove su dispositivi semi-attivi
Software
LabView
Real Time
Alimentatori
Kepco da 200
Watt a 4
quadranti
Gruppo di
acquisizioneprocessingcontrollo in
real time
National
Instruments
Attrezzatura di acquisizione, processing ed attuazione dei segnali di
controllo in real time (tempo complessivo di elaborazione < 1 ms)
HRB – Sperimentazione dispositivi (UNICAM)
BRB – anima alluminio
30
forze (kN)
20
10
0
-15
-10
-5
0
5
10
15
-10
-20
Prova ad ampiezza crescente
- ampiezza 1-2.5-5-7.5-10-12 (3 cicli)
- rottura a=12mm – 2° ciclo
-30
spostamenti
(mm)
30
forze (kN)
20
10
0
-15
-10
-5
0
5
10
15
-10
-20
Prova ad ampiezza costante
- ampiezza 10mm
- rottura 3° ciclo
-30
spostamenti (mm)
30
forze (kN)
20
10
0
-15
-10
-5
0
5
-10
-20
-30
spostamenti (mm)
10
15
Modellazione
- elasto-plastico incrudente
MACCHINA DI PROVA PER I DISPOSITIVI Wire-Rope
Obiettivo: Sviluppo di modelli matematici per simulare il comportamento non-lineare di
isolatori di tipo wire-rope, e di una loro metodologia di progetto per strutture leggere
Si intende accessoriare una macchina di prova
disponibile presso l’U.R. (RPMTM: Resilient Pad
and Mat Testing Machine) per l’esecuzione di
prove su dispositivi di tipo Wire Rope.
Caratteristiche della macchina RPMTM:
¾ Telaio di carico in composto saldato,
dimensionato per un carico massimo al
centro di 100 kN in condizioni dinamiche
¾ Attuatore idraulico a doppio effetto da 15
kN, corsa ± 70 mm e servovalvole Moog
¾ Centralina oleodinamica da 50 lt/min,
pressione di lavoro 210 bar e capacità
serbatoio 250 lt
Dispositivo Wire-Rope
CONFIGURAZIONE PER PROVE DI TAGLIO LONGITUDINALI
max
asola
asola
max
max
max
asola
asola
min
min
min
CONFIGURAZIONE PER PROVE DI TAGLIO TRASVERSALI
N) Kit sensore di spostamento +morsetto
Piastra superiore della pressa
I) Bullone a testa esagonale e dado
E) Staffa
corsa disponibile
B) Piastra superiore interfaccia RPMTM
D) Piastra centrale per prove a taglio
F+G+H) Rondella dinamometrica e kit barra M6
C) Piastre laterali per prove a taglio
corsa disponibile
L) Bullone a testa cilindrica e dado
E) Staffa
asola
A) Piastra inferiore interfaccia RPMTM
Piastra inferiore della pressa
CONFIGURAZIONE PER PROVE DI COMPRESSIONE E TRAZIONE
N.B.: Bulloneria dotata di rondelle anti
oppure di molle a tazza
E) Staffa
Piastra superiore della pressa
A) Piastra superiore interfaccia RPMTM
L) BULLONI A TESTA CILINDRICA E DADO
B) Piastre per prove assiali
A) Piastra inferiore interfaccia RPMTM
E) Staffa
Piastra inferiore della pressa
TASK 3 – L7 SG4
Sistemi TMD/TLD passivi
Sistemi TMD/TLD passivi (UNISA+POLITO)
Sottogruppo SG4
Sistemi passivi TMD/TLD
Obiettivi della ricerca 2° anno
Unità UNISA
Unità POLITO
Studio efficacia e robustezza del
sistema BI&TMD
Confronto soluzioni alternative TMD
Progetto di sistemi TMD in strutture
asimmetriche
Definizione di criteri generali di
progetto
Realizzazione e identificazione di un
sistema BI&TMD in piccola scala
Ingegnerizzazione di un sistema TMD a
giardino pensile
Sistema bidirectional RPTMD
Prototipo di sistema ball absorber
Prototipo di giardino pensile oscillante
Robustezza ed efficacia BI&TMD (UNISA)
L’Unità E5 si è occupata di
valutare l’efficacia e la robustezza
del sistema combinato BI&TMD
La strategia di controllo sismico
proposta
si
è
dimostrata
particolarmente
robusta
nei
confronti delle proprietà delle
eccitazioni in ingresso
Rispetto ai fenomeni di mistuning, lo
studio ha evidenziato che variazioni
del 30% dei parametri di accordo dei
TMDs determinano peggioramenti
della risposta sismica complessiva
non superiori al 30%
UNISA
Caso dei sistemi isolati asimmetrici (UNISA)
Altro obiettivo dello studio è
quello di indagare la possibilità di
limitare gli effetti latero-torsionali
in sistemi asimmetrici mediante
l’impiego di un singolo dispositivo
TMD (STMD) opportunamente
progettato
TMD
In tale ambito sono state proposte
formule di progetto la cui verifica ha
evidenziato una riduzione della
risposta sismica massima del sistema
asimmetrico fino al 60%
Rapporto tra la massima risposta controllata e non
al variare di eccentricità, periodo e massa del STMD
UNISA
Modello sperimentale BI&TMD (UNISA)
Il programma di ricerca prevede la validazione dei risultati numerici ottenuti
per mezzo di un modello sperimentale BI&TMD basato sull’impiego di una
tavola vibrante QUANSER
Sistema isolato alla
base (particolare)
Sistema fisso alla base
L’Unità locale di Salerno ha progettato e realizzato un modello in scala di
struttura isolata alla base ed ha provveduto ad identificarne il comportamento
dinamico
TMD per strutture a massa incerta (POLITO)
Elevati rapporti di massa sono generalmente
richiesti per un controllo sismico a TMD passivi.
Elevati rapporti di massa si possono
vantaggiosamente ottenere usando masse non
strutturali già presenti sull’edificio.
Il giardino pensile oscillante è un promettente
candidato: protezione strutturale + ambientale.
Ma quali problemi di robustezza introduce
l’incertezza intrinseca nel valore della sua massa ?
Attività 1: TMD alternativi a confronto
Attraverso un confronto tra TTMD e PTMD, in
presenza di input armonico o sismico, in
campo lineare e non-lineare, è dimostrato un
trade-off che dipende dal rapporto di massa,
dalla variabilità nella massa e dalla
pericolosità sismica.
Nessun vantaggio è riconosciuto al PTMD a
cicloide rispetto al PTMD a circonferenza,
diversamente dai tautocronici CVA usati in
campo aeronautico.
Applicazioni TMD su strutture a massa incerta
(POLITO)
Attività 2: ingegnerizzazione di TMD a
giardino pensile
Centro polifunzionale Edificio Lineare (Siena)
Zona sismica 2
Giardino pensile richiesto in copertura per esigenze
architettonico-urbanistiche.
Studio di trasformazione in TMD passivo. Grazie
all’elevato rapporto di massa, simulazioni a fronte di
sismi spettrocompatibili accreditano una rilevante
riduzione della risposta.
Attività 3: bidirectional RPTMD
20
16
12
1
Ay (m/s2)
Ricorrendo alla meccanica non-olonomica di
Appel, è perfezionato il modello analitico nonlineare tridimensionale per la
rappresentazione di una innovativa tipologia
di TMD a rolling pendolo capace di
conseguire un tuning bidirezionale per il
controllo contemporaneo della risposta di un
edificio in due direzioni orizzontali ortogonali.
8
4
0
0
0.5
1
1.5
2
Tx (s)
1
2.5
3
3.5
4
Modelli sperimentali (POLITO)
Attività 4: prototipo di ball absorber per il
controllo di strutture flessibili
assialsimmetriche soggette a sisma
L’efficacia di una nuova tipologia di ball absorber è
verificata sperimentalmente. Lo smorzamento
richiesto è garantito alternativamente immergendo la
sfera oscillante in un liquido viscoso o rivestendo di
un foglio di gomma l’interno del contenitore sferico.
Test dinamici valideranno modelli analitici non lineari
dedotti a partire dalle leggi della Meccanica Analitica.
Attività 5: prototipo di giardino
pensile oscillante a rolling pendolo
Un innovativo TMD bidirezionale a rolling
pendolo è realizzato in piccola scala
ricorrendo ad un dispositivo costituito da due
piastre in plexiglass in cui sono ricavate
cavità di forma opportuna, nelle quali
possano rotolare sfere in acciaio. Lo
smorzamento è affidato all’attrito di
rotolamento delle sfere su fogli in gomma.
TASK 4 – L7 SG5
Sistemi semi-attivi
Scelta degli algoritmi di controllo (UNIPARTH)
Criteri di scelta e progettazione – algoritmi di controllo
mf =
mb =
kf =
kb =
cf =
15.000 kg;
250 kg;
2.500 kN/m;
1.500 kN/m;
9,500 kN/m/s.
CV(i=0) = 5.000 N/m/s;
CF(i=0) = 100 N;
CV(i=3) = 50.000 N/m/s;
CF(i=3) = 5.000 N;
1. Ai fini della sperimentazione JET-PACS, con
riferimento agli smorzatori semi-attivi
magnetoreologici, è stata esaminata la maggior
parte degli algoritmi di controllo presenti in
letteratura
2. Sono stati selezionati 4 algoritmi di controllo,
profondamente diversi per concezione e formalismo
3. I 4 algoritmi sono stati impiegati per le simulazioni
numeriche di un sistema ad 1+1 gradi di libertà,
rappresentativo della sperimentazione prevista
LQR
i(t ) = imax ⋅ H[(u − Fd ) ⋅ Fd ]
IOC
i(t ) = imax ⋅ H − Fd (t ) ⋅ x& f
LYA
i(t ) = imax ⋅ H − Fd (t ) ⋅ x& f
Energy
i(t ) = imax ⋅ H − Fd (t ) ⋅ x& f
[
]
[
]
[
]
u = −3,07 × 10 5 ⋅ x& f
Simulazione telaio JETPACS con controllo semiattivo (UNIVAQ)
EQUATION of the THREE-DIMENSIONAL MOTION
with CONTROL ACTION
Control force
Control force
Damper force
Controllo semiattivo oscillazioni trasversali di cavi (UNIVAQ)
EQUATION of the TRANSVERSAL MOTION
Quasi-static elongation
RHEOLOGICAL BEHAVIOUR of the MAGNETORHEOLOGICAL DAMPER
Bingham model
cd
Bouc-Wen model
υd
cd
fy
kd
υd
EXPERIMENTAL TESTS ON THE PASSIVELY CONTROLLED CABLE
Experimental Set-up
LDNL - L’Aquila
Hosting frame structure
Accelerometers
Acquisition board
Rope section
Lord MR Damper RD 1097-1
FREE OSCILLATION TESTS
CASE A: LOW Tension (571N)
Undamped
• Shift of the 1st frequency (+36.69%)
• Negligible damping augmentation
(from 1.30% to 1.35%)
Damped
Clamping effect of the damper
Undamped
CASE B: HIGH Tension (1476N)
Damped
Undamped
• Negligible frequency shift
• Significant damping augmentation
(from 0.85% to 9.07%)
Damped
No Clamping effect
Undamped
Damped
DESIGN OF SEMIACTIVE CONTROL
CLIPPED OPTIMAL CONTROL
VOLTAGE BASED DIRECT CONTROL
Grazie per l’attenzione!