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PROGETTO RELUIS II 2010 2013PROGETTO RELUIS II 2010-2013

Task AT3 1Task AT3.1

Unità di Ricerca: UNIBAS-DiSGGUnità di Ricerca: UNIBAS DiSGG

CoordinatoriCoordinatori

Paolo Gasparini e Felice Carlo Ponzo

Progetto di ricerca AT-3:

T k MONITORAGGIO (F li P )Task 3: MONITORAGGIO (Felice Ponzo)UNITA’ PARTECIPANTI:- UNIBAS (Ponzo) - IUAV (Russo)( ) ( )- UNIMOL (Fabbrocino) - UNIAQ (Benedettini)- POLITO (Destefano) - UNIPARTH (Occhiuzzi)

OBIETTIVI: -Messa a punto di metodologie di identificazione del danno, operanti a differenti livelli di dettagliolivelli di dettaglio. -Messa a punto di metodi automatici semplificati di stima automatica del danno basate su approcci di tipo statisttico. A li i d ll t i lità di i t i d i i t i il it i-Analisi delle potenzialità di integrazione dei sistemi per il monitoraggio

strutturale con sistemi per il controllo di dispositivi semiattivi di protezione delle strutture e con sistemi territoriali di Early Warning (SEWS). -Definizione di strategie ottimali di acquisizione e trasmissione dei dati-Progettazione ed istallazione di sistemi di monitoraggio operanti a diverso livello di complessità su strutture strategiche e monumentali campione. p g p-Ottimizzazione dei sistemi di protezione da impiegare su strutture di interesse in fase di gestione dell’emergenza sismica.

UR UNIBAS - Napoli, 29/05/2013

TASK 3.1.3 MONITORAGGIOAttività UR UNIBASObiettivi della Ricerca• Studio della fase strong motion della risposta dinamica non lineare di

i l l di d lli i l di d lli i i l fi distrutture in scala reale, di modelli in scala e di modelli numerici al fine difornire strumenti innovativi per la valutazione speditiva del danno e dellostato di degrado delle strutture a seguito di forti eventi sismici

Attività previste nel triennio• Perfezionamento di un metodo speditivo di primo livello per la

determinazione del danno subito dagli edifici durante eventi sismici;• Messa a punto di tecniche innovative per l’estrazione automatica dei

parametri dinamici degli edifici basate su metodi interferometrici ed analisi p gtempo frequenza;

• Implementazione della procedura per la valutazione automatica del danno subito dagli edifici in un pacchetto software;subito dagli edifici in un pacchetto software;

• Integrazione di tecniche di monitoraggio e/o identificazione dinamica con sistemi di controllo di dispositivi di protezione passiva o semiattiva (magnetoreologici TMD) e con sistemi di early warning;(magnetoreologici – TMD) e con sistemi di early warning;

• Realizzazione prototipo del sistema di monitoraggio e applicazione su modello in calcestruzzo armato in scala 1:1,5UR UNIBAS - Napoli, 29/05/2013

TASK 3.1.3 MONITORAGGIOAttività UR UNIBAS


TASK 3.1.3 MONITORAGGIOAttività UR UNIBAS

Attività previste nel terzo anno

• Ultimazione del metodo speditivo per la valutazione del danno subito dastrutture in c.a. a seguito di eventi sismici

• Implementazione dell’algoritmo automatico per la valutazione del dannoimpiegando le metodologie di estrazione dei parametri messe a puntonelle precedenti fasi del progettonelle precedenti fasi del progetto

• Sperimentazione su tavola vibrante di un modello in scala 1:15 e test dellaprocedura proposta per la valutazione del dannoprocedura proposta per la valutazione del danno


PERFEZIONAMENTO DEL METODO PER LA VALUTAZIONE DEL DANNOVALUTAZIONE DEL DANNO

Accelerazione massimaAccelerometrio

lVariazioni di Frequenza0 5 10 15 20 25

Velocimetriq

Variazione di Smorzamento

Indice di danneggiamento globale


PARAMETRI DEL METODO

1) Valutazione dei seguenti parametri dinamici della struttura, apartire dalla registrazione strumentale acquisita solo all’ultimopartire dalla registrazione strumentale acquisita solo all ultimopiano dell’ edificio, per le due direzioni :

-Massima accelerazione assoluta: a ;-Massima accelerazione assoluta: amax;

-Variazione della prima frequenza propria: Δf1=(finiz – fmin)/ finiz

Variazione della prima frequenza propria: Δf =(f f )/ f-Variazione della prima frequenza propria: Δf2=(finiz – ffin)/ finiz

-Variazione dello smorzamento viscoso equiv.: Δξ =(xiniz-xfin)/xiniz

2) Stima del massimo drift di interpiano, a partire da tali parametristrumentali, considerato come indicatore del danno


PARAMETRI DEL METODONon linear Multivariable Regression Analysis

⎟⎟⎟⎞

⎜⎜⎜⎛

2

1

cc

MATRICE (n X 8)

⎟⎟⎟⎟

⎜⎜⎜⎜

⋅⎟⎟⎟⎞

⎜⎜⎜⎛

ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ

=⎟⎟⎟⎞

⎜⎜⎜⎛

ΔΔ

4

3

22222

22212

2122max

22max

12

1212

21112

111max2

1max

2max

1max

cc

ffffAAffffAA

ξξξξ

⎟⎟⎟⎟⎟

⎜⎜⎜⎜⎜

⎟⎟⎟

⎠⎜⎜⎜

⎝ ΔΔΔΔΔΔ⎟⎟⎟

⎠⎜⎜⎜

⎝Δ 6

52

22

212

1max2maxmax

.........

ccc

ffffAA nnnnnnnnn ξξ

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝ 8

7

cc

ξξ Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+⋅+⋅=Δ 82

7262

25142

13max22max1 ccfcfcfcfcAcAcan

La valutazione delle costanti strutturali può essere effettuata tramite opportunimodelli numerici dell’edificio


EVOLUZIONE DEL METODO PER LA VALUTAZIONE DEL DANNOVALUTAZIONE DEL DANNO

Reluis I Reluis IIAttivazione della registrazione con

d li l tili dAttivazione della registrazione con

d li l tili dcomando a soglia, o manuale, utilizzandouna singola stazione in testa all’edificio

comando a soglia, o manuale, utilizzando2 stazioni (Testa e Base dell’edificio)

Valutazione della massima accelerazionein testa alla struttura (sul segnale filtratonell’intorno della frequenza

Valutazione della massima accelerazionein testa alla struttura (sul segnale filtratonell’intorno della frequenzaq

fondamentale di oscillazione dellastruttura monitorata)

qfondamentale di oscillazione dellastruttura monitorata)

Valutazione delle frequenze (iniziale –minima – finale) utilizzando la STFT

Valutazione delle frequenze (iniziale –minima – finale) utilizzando la STIRF

Valutazione del fattore di smorzamentoviscoso equivalente (iniziale e finale)

tili d il t d d l d t

Valutazione del fattore di smorzamentoviscoso equivalente (iniziale e finale)

tili d l IRF i t di tutilizzando il metodo del decrementologaritmico modificato

utilizzando la IRF ricavata medianteanalisi interferometrica Testa-Base


MIGLIORAMENTI APPORTATI

id l’i ll i d ll f (i i i l1- Ridotta l’incertezza sulla stima delle frequenze (iniziale –minima – finale) le quali vengono valutate direttamente dallesingole IRF relative alle diverse finestre temporali

2- Ridotta l’incertezza sulla stima del fattore di smorzamentoviscoso equivalente (iniziale – finale), ciascuno viene valutatodirettamente dalla IRF relativadirettamente dalla IRF relativa

3- Sono stati fatti progressi anche nella discriminazione dellevariazioni apparenti legate a fenomeni non stazionari (lineari)


VARIAZIONE DI FREQUENZA: COMPORTAMENTO NON LINEARE (DANNO)COMPORTAMENTO NON LINEARE (DANNO)

O SEMPLICE NON STAZIONARIETÀ?

I. Frequenze Proprie

Caratteristiche dinamiche delle strutture:

q p

II. Fattori di Smorzamento Impronte Digitali della Struttura

CA A S C A C A S A GO O

III. Deformate Modali

LE CARATTERISTICHE DINAMICHE DI UNA STRUTTURA VENGONO

ALTERATE SE SI VERIFICA UN DANNO STRUTTURALE

Presenza di un Variazionedi fdanno di frequenza


VARIAZIONE DI FREQUENZA: COMPORTAMENTO NON LINEARE (DANNO)

Comportamento dinamico delle strutture:

COMPORTAMENTO NON LINEARE (DANNO) O SEMPLICE NON STAZIONARIETÀ?

Comportamento dinamico delle strutture:

• Comportamento Elastico – Lineare Stazionario

• Comportamento Elastico – Lineare Non Stazionario

• Comportamento Non Lineare Non StazionarioComportamento Non Lineare Non Stazionario

Il comportamento Non Stazionario, di tipo elastico, può

produrre un’ interpretazione errata delle analisi.

Si l ifi l’ i t di li h t diSi vuole verificare l’esistenza di soglie che consentano di

discriminare i fenomeni Non Stazionari da quelli Non

Lineari.UR UNIBAS - Napoli, 29/05/2013

VARIAZIONE DI FREQUENZA: COMPORTAMENTO NON LINEARE (DANNO)

0)(tPFFF =+++

COMPORTAMENTO NON LINEARE (DANNO) O SEMPLICE NON STAZIONARIETÀ?

' )(

0)(..

inerziadforzatumF

tPFFF

I

EDI

⋅−=

=+++

)( )(

.

elasticorichiamodiforzatukFsmorzanteforzatucF

E

D

⋅−=⋅−=

l i

)cos()( 0 tPtP ⋅Ω⋅=

l iSoluzione dell’equazione del

moto

Soluzione dell’Omogenea

Associata

Soluzione Particolare

Soluzione Transitoria

Soluzione a RegimeTrans tor a g




tass = 4.61 / ξ ω0

Forzante + Risposta

Solo ForzanteRisposta

StrutturaleForzante

Soluzione dell’equazione = Soluzione + SoluzioneSoluzione dell equazionedel moto = Soluzione

dell’omogeneaassociata

+ Soluzione Particolare




ff = 1 Hz ; tempo di azione 5 s

tass=4.89 s

Frequenza del sistema 3 Hz

Frequenza della forzante 1 Hz

La frequenza del sistema e quella della forzante sono ben distinte




ff = 2.2 Hz; tempo di azione 5 s

Frequenza del

tass=4.89 s

qsistema 3 Hz Variazione Apparente della

Frequenza del sistema

Frequenza della forzante 2.2 Hz

In quest’altro caso si notano delle variazioni di frequenza “apparenti”


ANALISI DELLA RISPOSTA DEI SISTEMI LINEARE E NON LINEARE: I TERREMOTI

OSCILLATORE NON LINEARE

OSCILLATORE ELASTICO LINEARE

LINEARE E NON LINEARE: I TERREMOTI

NON – LINEARE ELASTICO – LINEARE

Variazioni “apparenti” di frequenzaVariazioni reali di frequenzadovute al danno

rigidezza costante:nessun danno

variazione di rigidezza e quindi di frequenza (danno)kmin

SISTEMA FORZANTE FONTESISTEMA: FORZANTE: FONTE:

f0 = 3.6 Hz TERREMOTO: Appennino Umbro-Marchigiano Progetto Itaca

PGA = 49.26 cm/s2 INGV


RISULTATI: VARIAZIONI DI FREQUENZA

OSCILLATORE NON – LINEARE

OSCILLATORE ELASTICO – LINEARE

Variazioni di frequenza positive sono del 23%Variazioni di frequenza positive sono del 14% Variazioni di frequenza positive sono del 23%

Variazioni di frequenza negative sono del 56%

Variazioni di frequenza positive sono del 14%

Variazioni di frequenza negative sono del 18%


EVOLUZIONE A

METODO DI II LIVELLO

PER LA VALUTAZIONE E LA LOCALIZZAZIONE

DEL DANNO


1.

S5(τ,f)

2. Generazione Matrice filtrante3. Calcolo della Convoluzione S(τ,f)*G(τ,f)4. Calcolo dell’inversione

S4(τ,f)

S3(τ,f)

S2(τ,f)G(τ,f)

( , )

S1(τ,f)

S0(τ,f)


VariazioniVariazioniCurvatureCurvatureDeformateDeformatecurvaturacurvaturamodalimodalimodalimodali

i t t istanteistante istante B

istante C

istante A


Modello a 5 piani Accelerogramma 1965

1

2

3

4

g)

-3

-2

-1

00 20 40 60 80 100A

cc. (

g

-5

-4

t (sec)196(SA/1) 196(SA/2) 196(SA/3)

6 TESTS6 TESTSInputInput

Input/2Input/25

10

15

20

2468

10

2

4

6

8

Input/2Input/2Input/3Input/3Input/5Input/5Input/7Input/7

00 2 4

00 2 4

00 2 4

2

3

4

196(SA/5)

2

3

196(SA/7)

1,52

2,5

196(SA/9)

Input/7Input/7Input/9Input/9

0

1

2

0 2 40

1

0 2 40

0,51

0 2 4UR UNIBAS - Napoli, 29/05/2013

Correlazione Correlazione DriftDrift -- Variazioni curvaturaVariazioni curvatura


C lib i d i c ffi i ti St tt li- Validazione della formulazione proposta

ξξ Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+⋅+⋅=Δ 82

7262

25142

1322

1 ccfcfcfcfcacac

- Calibrazione dei coefficienti Strutturali

ξξ Δ+Δ+Δ+Δ+Δ+Δ++Δ 8726251413max2max1 ccfcfcfcfcacacan

Modelli Sperimentali Scala 1:15Modelli Numerici


Modello 1 M3T1 = 0.055 s T1(Madd) = 0.077 s Modello 1_M3 ( ) 77

Modello 1 M4T1 = 0.079 s

T (M dd)Modello 1_M4 T1(Madd) = 0.11 s


T1 = 0 19 sModello 3_M1

T1 = 0.19 s T1(Madd) = 0.25 s

Modello 3 M2T1 = 0.11 s T (M dd)3_ T1(Madd) = 0.15 s


Modello 5_M1 T1 = 0.26 s T1(Madd) = 0.40 s

Modello 5_M2 T1 = 0.16 s T1(Madd) = 0.35 s


Modello 5_M3T1 = 0.31 s T1(Madd) = 0 66 sT1(Madd) = 0.66 s


T 1_M3 1_M4 3_M1 3_M2 5_M1 5_M2 5_M31 0.054858 0.079217 0.186529 0.111219 0.258197 0.156356 0.3055752 0 053653 0 053622 0 102458 0 102514 0 174813 0 135517 0 1354432 0.053653 0.053622 0.102458 0.102514 0.174813 0.135517 0.1354433 0.042033 0.042027 0.082754 0.082598 0.142084 0.105381 0.1056734 0.005721 0.00656 0.055436 0.042099 0.090507 0.052268 0.0904125 0.005673 0.005736 0.040389 0.040411 0.07066 0.046288 0.0462635 0.005673 0.005736 0.040389 0.040411 0.07066 0.046288 0.0462636 0.005547 0.005724 0.032242 0.032226 0.05918 0.0359 0.045508

T(Madd) 1_M3 1_M4 3_M1 3_M2 5_M1 5_M2 5_M31 0.077483 0.112187 0.250497 0.149736 0.401152 0.354398 0.6585932 0.07576 0.075738 0.138025 0.138066 0.237168 0.235859 0.2358583 0.042033 0.042027 0.082754 0.082598 0.142114 0.134263 0.185144 0.005721 0.006561 0.0758 0.057415 0.135318 0.113991 0.1343135 0.005673 0.005736 0.055071 0.055087 0.095889 0.080874 0.0874526 0.005547 0.005724 0.039757 0.03658 0.079654 0.065195 0.080873


Suolo B – VN = 50 anni – Cu = 1 – Potenza (da Rexel)


T. A. Stabile, A. Perrone, M. R. Gallipoli, R. Ditommaso, and F. C. Ponzo (2013)Dynamic survey of the Musmeci Bridge by joint application of Ground-Based MicrowaveRadar Interferometry and Ambient Noise Standard Spectral Ratio techniques.G i d R S i L DOI /LGRS 6 8Geoscience and Remote Sensing Letters. DOI: 10.1109/LGRS.2012.2226428.

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T. A. Stabile, A. Perrone, M. R. Gallipoli, A. Giocoli, S. Pignatti, A. Palombo, S.Pascucci, Felice Carlo Ponzo, R. Ditommaso, Antonio Di Cesare, A. Mossucca, GianlucaAuletta D Nigro (2012)Auletta, D. Nigro (2012)Joint application of non-invasive techniques to characterize the dynamic behavior ofengineering structures.15WCEE - 15th World Conference on Earthquake Engineering, 24-28 September15WCEE 15th World Conference on Earthquake Engineering, 24 28 September2012, Lisbon. Paper No. 4428.

Felice Carlo Ponzo, Rocco Ditommaso, Gianluca Auletta. (2012)Structural Health Monitoring of Reinforced Concrete Structures using NonlinearInterferometric Analysis.15WCEE - 15th World Conference on Earthquake Engineering, 24-28 September

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M. Mucciarelli, M. Vona, R. Ditommaso, M. R. Gallipoli (2012)Experimental measurement of fundamental periods of damaged R C buildingsExperimental measurement of fundamental periods of damaged R.C. buildings.15WCEE - 15th World Conference on Earthquake Engineering, 24-28 September2012, Lisbon. Paper No. 2223.


Rocco Ditommaso, Felice Carlo Ponzo, Gianluca Auletta (2012)Damage localization on Reinforced Concrete Structures.15WCEE 15th World Conference on Earthquake Engineering 24 28 September15WCEE - 15th World Conference on Earthquake Engineering, 24-28 September2012, Lisbon. Paper No. 4469.

Rocco Ditommaso Marco Mucciarelli Felice Carlo Ponzo (2012)Rocco Ditommaso, Marco Mucciarelli, Felice Carlo Ponzo. (2012)S-Transform: A Band-Variable Filter to Extract the Nonlinear Dynamic Behaviour of Soil and StructuresEACS 2012 – 5th European Conference on Structural Control Genoa, Italy – 18-20 June CS 0 5t u opea Co e e ce o St uctu a Co t o Ge oa, ta y 8 0 Ju e2012 Paper No. 094

Rocco Ditommaso, Felice Carlo Ponzo, Tobias Smith, David Carradine, Stefano Pampanin, , , , p(2012)Monitoring the Seismic Performance of a Post-Tensioned LVL Building During the 2011Canterbury Earthquake SequenceEACS 2012 – 5th European Conference on Structural Control Genoa, Italy – 18-20 June2012 Paper No. 078

Tobias Smith, Rocco Ditommaso, David Carradine, Felice C. Ponzo, Stefano Pampanin(2012)Seismic performance of a post-tensioned LVL building subjected to the Canterbury

h kearthquake sequenceNZSEE Annual Technical Conference & AGM, 13-15 April 2012, Christchurch. Papernumber 126. UR UNIBAS - Napoli, 29/05/2013

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