ANALISI SISMICA NON LINEARE DELLE STRUTTURE … · Successivamente le analisi time history sono...

ANALISI SISMICA

NON LINEARE DELLE

STRUTTURE TRAMITE

C.D.S. Win - OpenSees

Ing. Bruno Biondi

OpenSees Days Italia

Roma, 24-25 maggio 2012

C.D.S Win - OpenSees

C.D.S. Win è un software di calcolo strutturale estremamente versatile e

potente ma nel contempo di semplice utilizzo

A partire dalla versione 2010 C.D.S. Win ha affiancato ai propri solutori

(Sky Line, Warp) il modulo OpenSees allo scopo di condurre raffinate

analisi non lineari delle strutture

C.D.S. Win è però anche in grado di fornire i files di input per OpenSees

(files in formato TCL) semplificando drasticamente il lavoro per gli

utilizzatori di OpenSees


C.D.S. Win utilizza OpenSees per condurre analisi non lineari sempre più

raffinate ed accurate che conducono a dimensionamenti ottimali delle

strutture nel rispetto delle Norme Tecniche per le Costruzioni (N.T.C. 2008)

OpenSees può utilizzare C.D.S. Win per semplificare drasticamente la

scrittura dei files di input (formato TCL) di sistemi strutturali comunque

complessi e per eseguire un post-processo automatico dei risultati

C.D.S. Win si è evoluto diventando uno strumento di ricerca scientifica sul

comportamento strutturale. A breve consentirà di implementare al suo

interno modelli di comportamento di materiali ed elementi strutturali.


Il modulo OpenSees è utilizzato per condurre svariati tipi di analisi non

lineari delle strutture soggette ad azioni sismiche:

Analisi statica del sistema terreno-fondazione

Analisi Push-Over

Analisi time history

Metodo I.D.A. (Incremental Dynamic Analysis)

CALCOLO DEI CEDIMENTI

RESIDUI IN FONDAZIONE AGLI

S.L.E.

Verifiche agli S.L.E. delle fondazioni

È nata l’esigenza di rispondere ad una specifica richiesta introdotta dalle

N.T.C. 2008

6.4.2.2 Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE)

Si devono calcolare i valori degli spostamenti e delle distorsioni per verificarne la

compatibilità con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione (§§ 2.2.2 e 2.6.2), nel

rispetto della condizione (6.2.7).

Analogamente, forma, dimensioni e rigidezza della struttura di fondazione devono essere

stabilite nel rispetto dei summenzionati requisiti prestazionali, tenendo presente che le

verifiche agli stati limite di esercizio possono risultare più restrittive di quelle agli stati limite

ultimi.

6.2.3.3 Verifiche nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE)

Le opere e i sistemi geotecnici di cui al § 6.1.1 devono essere verificati nei confronti degli

stati limite di esercizio. A tale scopo, il progetto deve esplicitare le prescrizioni relative agli

spostamenti compatibili e le prestazioni attese per l'opera stessa.

Ed = Cd (6.2.7)


L’analisi è condotta su un modello composto dalla sottostruttura di

fondazione poggiante su un letto di molle a comportamento non lineare

I legami costitutivi forza-spostamento delle molle possono essere di tipo

elasto-plastico

p

y


L’analisi è condotta su un modello composto dalla sottostruttura di

fondazione poggiante su un letto di molle a comportamento non lineare

I legami costitutivi forza-spostamento delle molle possono essere di tipo

elasto-plastico o di tipo Py iperbolico

p

y

ANALISI PUSH-OVER

9

Analisi push-over

10

Le sezioni trasversali degli elementi strutturali sono descritte tramite un

modello a fibre nelle quali sono differenziati i comportamenti di

calcestruzzo confinato e non confinato e delle armature

Le verifiche ai differenti Stati Limite sono condotte raffrontando le

deformazioni raggiunte nelle differenti fibre con quelli limite fissate

dall’utente

Nel modello strutturale è possibile introdurre dissipatori sismici ed anche

tenere conto dell’influenza delle tamponature sul comportamento

strutturale

Analisi push-over

11

Dissipatori sismici

Possono essere introdotti dissipatori isteretici sulle aste di controvento

Analisi push-over

12

Dissipatori sismici

Possono essere introdotti dissipatori isteretici sulle aste di controvento

Il legame costitutivo dei dissipatori è elastoplastico incrudente

Analisi push-over

Influenza delle tamponature

L’influenza delle tamponature sul comportamento di un edificio, in termini

di incremento di rigidezza e resistenza, è modellata tramite un sistema di

bielle equivalenti reagenti solo a compressione

Il legame costitutivo del puntone è di tipo multilineare degradante

Analisi push-over

14


Sono state eseguite numerose prove all'interno di una convenzione con

Di.S.G.G. – RELUIS e RFI da parte del gruppo di lavoro:

Masi A., Ponzo F.C., Di Cesare A., Moccia D., Manfredi V.

Si tratta di edifici esistenti in c.a. adibiti a stazione o servizi per le FF.SS.

I risultati ottenuti sono stati estremamente confortanti evidenziando

un’ottima calibrazione del modello

Analisi push-over


1

SALA

D'ASPETTO

2

ATRIO

3

CAPO

STAZIONE

TITOLARE

5

DIRIGENTE

MOVIMENTO

6

POSTA 8

BATTERIA

7

CENTRALINA I.E.

4

BIG

LIE

TT

ER

IA

PIANTASCALA 1:100

PROSPETTOSCALA 1:100

LATO BINARI

LATO BINARI

Maratea Acquafredda

Analisi push-over


Maratea Acquafredda

Analisi push-over

0

250

500

750

1000

1250

1500

0.00 0.01 0.02

spost (m)

F (KN) con tamponatura

senza tamponatura


Maratea Acquafredda

Analisi push-over


S. Maria del Cedro

LATO BINARI

PIANTA PIANO TERRASCALA 1:100

PIANTA PRIMO PIANOSCALA 1:100

LATO BINARI

PROSPETTO LATO BINARISCALA 1:100

Analisi push-over


S. Maria del Cedro

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

0.00 0.01 0.02

spost (m)

F (KN) senza tamponature

con tamponature

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

0.00 0.01 0.02

spost (m)


con tamponature

Analisi push-over


Palemo Brancaccio

Chiaravalle

0

250

500

750

1000

0.00 0.01 0.02

spost (m)

F (KN) con tamponature

senza tamponature

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

0.00 0.01 0.02

spost (m)


con tamponature

ANALISI TIME HISTORY


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L’introduzione delle analisi time history nasce dall’esigenza di rispondere

ad una prescrizione delle N.T.C. 2008 sulle strutture isolate alla base

Capitolo 7.10 COSTRUZIONI E PONTI CON ISOLAMENTO E/O DISSIPAZIONE

Il comportamento del sistema di isolamento può essere modellato come lineare equivalente

se sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni:

a) la rigidezza equivalente del sistema d’isolamento è almeno pari al 50% della rigidezza

secante per cicli con spostamento pari al 20% dello spostamento di riferimento;

b) lo smorzamento lineare equivalente del sistema di isolamento, come definito in

precedenza, è inferiore al 30%;

c) le caratteristiche forza-spostamento del sistema d’isolamento non variano di più del 10%

per effetto di variazioni della velocità di deformazione, in un campo del ±30% intorno al

valore di progetto, e dell’azione verticale sui dispositivi, nel campo di variabilità di progetto;

d) l’incremento della forza nel sistema d’isolamento per spostamenti tra 0,5ddc e ddc,

essendo ddc lo spostamento del centro di rigidezza dovuto all’azione sismica, è almeno pari

al 2,5% del peso totale della sovrastruttura.


Successivamente le analisi time history sono state estese anche alle

strutture a base fissa a comportamento non lineare facendo uso del

medesimo modello già descritto per le analisi Push-Over

Nel sistema strutturale possono essere introdotti

Dissipatori isteretici

Isolatori elastomerici

Isolatori a pendolo scorrevole (Friction Pendulum Systems)

Appoggi ad attrito

L’introduzione delle analisi time history nasce dall’esigenza di rispondere

ad una prescrizione delle N.T.C. 2008 sulle strutture isolate alla base


Le analisi time history consentono di determinare le storie temporali delle

risposte nodali


Le analisi time history consentono di determinare le storie temporali delle

risposte nodali anche in termini di spettri di accelerazione


Dissipatori sismici

È possibile determinare la risposta dei dissipatori


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Dissipatori sismici

È possibile determinare la risposta dei dissipatori e l’energia dissipata

durante l’evento sismico


Isolatori sismici

È possibile determinare la risposta dei dispositivi di isolamento


Isolatori sismici

Per i dispositivi ad attrito (appoggi o FPS) è possibile selezionare la legge

di variabilità del coefficiente d’attrito con la pressione e la velocità

METODO I.D.A.

Metodo I.D.A.

Le analisi time history non lineari sono utilizzate per condurre analisi

dinamiche incrementali (I.D.A.) utili per la verifica di strutture per le quali

non può essere applicata l’analisi Push-Over

Il metodo I.D.A. (Cornell and Vamvatsikos [1]) consiste in una serie di

analisi dinamiche non lineari, eseguite con accelerogrammi scalati

secondo accelerazioni di picco via via crescenti

[1] D. Vamvatsikos and C.A. Cornell: Incremental Dynamic Analysis. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2002; 31(3), 491–514

[2] FEMA. Recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings. Report No. FEMA-350, SAC Joint

Venture, Federal Emergency Management Agency, Washington DC, 2000

[3] FEMA. Recommended seismic evaluation and upgrade criteria for existing welded steel moment-frame buildings.

Report No. FEMA-351, SAC Joint Venture, Federal Emergency Management Agency, Washington DC, 20000

Le uniche indicazioni di normativa sul metodo I.D.A. sono nelle norme

FEMA [2,3]

Metodo I.D.A.

L’analisi conduce al tracciamento delle curve I.D.A.: grafici in cui è

rappresentata una misura di danno (spostamento del punto di controllo,

drift di piano ..) rispetto ad una misura di intensità del sisma (PGA).

L’andamento delle curve I.D.A. può essere moto vario

Instabilità dinamica Resurrezione strutturale

Metodo I.D.A.

Applicazione 1: Modello 2D (Vamvatsikos, Jalayer and Cornell [1])

[1] Vamvatsikos D, Jalayer F, Cornell CA. (2003) “Application of Incremental Dynamic Analysis to an RCstructure”.

Proceedings of the FIB Symposium on Concrete Structures in Seismic Regions, Athens

Metodo I.D.A.

Applicazione 1: Massimo rapporto di drift di piano

C.D.S.

Vamvatsikos

Massimo valore di PGA

atteso (Tr = 2475 anni)

Metodo I.D.A.

Applicazione 1: Curva I.D.A.

I.D.A.

Push-Over

Metodo I.D.A.

38

Applicazione 1: Curve drift

Metodo I.D.A.

Sezione trasversale

travi

Sezione trasversale

pilastri

Applicazione 2: Modello 3D

Metodo I.D.A.

Applicazione 2: Curva I.D.A.

I.D.A.

Push-Over

Metodo I.D.A.

Applicazione 2: Curve drift

Metodo I.D.A.

I.D.A.

Push-Over

I.D.A.

Push-Over

Dalle poche iniziali prove condotte possono essere tratte le seguenti

considerazioni:

L’andamento delle curve risulta irregolare e frastagliato

Analisi I.D.A. e Push-Over mostra capacità di spostamento paragonabili

L’analisi I.D.A. mostra valori di PGA maggiori rispetto alla Push-Over

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

OpenSees Days Italia

Roma, 24-25 maggio 2012

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