TECNOLOGIE PER L’ISOLAMENTO ED IL CONTROLLO DI … · V. Gattulli TASK 4 Sistemi integrati di...

PROGETTO RELUISPROGETTO RELUIS--DPC 2005DPC 2005--20082008ASSEMBLEA ANNUALE 2007ASSEMBLEA ANNUALE 2007

LA RICERCA APPLICATA IN ITALIALA RICERCA APPLICATA IN ITALIARISULTATI DEL SECONDO ANNO DEL PROGETTO RELUISRISULTATI DEL SECONDO ANNO DEL PROGETTO RELUIS--DPC 2005DPC 2005--20082008

Firenze, Aula Magna dellFirenze, Aula Magna dell’’UniversitUniversitàà, 17, 17--18 gennaio 200818 gennaio 2008

Sintesi della relazione della Linea 7Sintesi della relazione della Linea 7

TECNOLOGIE PER LTECNOLOGIE PER L’’ISOLAMENTOISOLAMENTOED IL CONTROLLO DI STRUTTURE ED INFRASTRUTTUREED IL CONTROLLO DI STRUTTURE ED INFRASTRUTTURE

CoordinatoriCoordinatori di di linealinea: M. Dolce, G. : M. Dolce, G. SerinoSerino

•• livelli di sicurezza superiori rispetto ai sistemi tradizionallivelli di sicurezza superiori rispetto ai sistemi tradizionalii

MOTIVAZIONI ED OBIETTIVI DELLA LINEA 7MOTIVAZIONI ED OBIETTIVI DELLA LINEA 7

•• impulso alle applicazioni a seguito emanazione dellimpulso alle applicazioni a seguito emanazione dell’’Ordinanza 3274 (due Ordinanza 3274 (due capitoli specificatamente dedicati allcapitoli specificatamente dedicati all’’isolamento di edifici e ponti), ulteriore isolamento di edifici e ponti), ulteriore significativo impulso atteso con lsignificativo impulso atteso con l’’emanazione delle NTC 2008emanazione delle NTC 2008

•• necessitnecessitàà di approfondimenti normativi, in particolare su sistemi di di approfondimenti normativi, in particolare su sistemi di dissipazione concentrata di energiadissipazione concentrata di energia

•• valutazione delle potenzialitvalutazione delle potenzialitàà dello smorzamento di massa e dei sistemi dello smorzamento di massa e dei sistemi semiattivi per la riduzione della risposta sismicasemiattivi per la riduzione della risposta sismica

•• miglioramento e semplificazione delle metodologie di progetto, dmiglioramento e semplificazione delle metodologie di progetto, di analisi e di i analisi e di verifica sperimentale, per rendere piverifica sperimentale, per rendere piùù agevoli, affidabili e ove possibile agevoli, affidabili e ove possibile economicamente convenienti le applicazionieconomicamente convenienti le applicazioni

CAMPI DI INDAGINE DELLA LINEA 7CAMPI DI INDAGINE DELLA LINEA 7Dispositivi piDispositivi piùù consolidati:consolidati:

isolatori in gomma isolatori in gomma

isolatori a scorrimentoisolatori a scorrimento

dispositivi viscosidispositivi viscosi

dispositivi viscodispositivi visco--elasticielastici

dispositivi istereticidispositivi isteretici

Dispositivi piDispositivi piùù recenti:recenti:

dispositivi a memoria di formadispositivi a memoria di forma

dispositivi dispositivi magnetoreologicimagnetoreologici

dispositivi di tipo dispositivi di tipo WireWire--RopeRope

Tipi di struttura:Tipi di struttura:

edifici in c.a. o acciaioedifici in c.a. o acciaio

ponti con pile in c.a.ponti con pile in c.a.

edifici monumentali in muraturaedifici monumentali in muratura

edifici prefabbricatiedifici prefabbricati

strutture leggerestrutture leggere

Tipi di progettazione:Tipi di progettazione:

progetto di nuova strutturaprogetto di nuova struttura

adeguamento di struttura esistenteadeguamento di struttura esistente

Tipi di azione sismica:Tipi di azione sismica:

terremoti con caratteristiche ordinarieterremoti con caratteristiche ordinarie

terremoti con caratteristiche anomale (terremoti con caratteristiche anomale (nearnear--fault)fault)

ORGANIZZAZIONE IN TASK DELLA LINEA 7ORGANIZZAZIONE IN TASK DELLA LINEA 7TASK 1 TASK 1 –– Controllo passivo mediante Controllo passivo mediante Isolamento sismicoIsolamento sismicoTASK 2 TASK 2 –– Controllo passivo mediante Controllo passivo mediante Dissipazione di energiaDissipazione di energiaTASK 3 TASK 3 –– Controllo mediante Controllo mediante Masse accordateMasse accordateTASK 4 TASK 4 –– Controllo semiControllo semi--attivoattivo

STRUTTURAZIONE IN SOTTOGRUPPI DELLA LINEA 7STRUTTURAZIONE IN SOTTOGRUPPI DELLA LINEA 7L7_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 ATTIVITAORGANIZZAZIONE DELLE ATTIVITA’’ IN U.R.IN U.R.

AttivitAttivitàà realizzate da 12 U.R. (3 interne a RELUIS e 9 esterne a RELUIS)realizzate da 12 U.R. (3 interne a RELUIS e 9 esterne a RELUIS)

Istituzione Responsabile Attività Titolo del programma svolto dall’UR UNITA’ INTERNE RELUIS

R1 UNIBAS - Università della Basilicata

M. Dolce TASK 1 TASK 2

Controllo passivo di edifici e ponti: studi sperimentali e numerici per la validazione ed il miglioramento dei metodi di progettazione, analisi e verifica delle strutture e delle modalità di prova dei dispositivi

R2 UNINA_Se - Università di Napoli Federico II (Serino)

G. Serino TASK 1 TASK 2

Metodologie di progettazione per edifici e ponti con dispositivi viscosi e di strutture isolate leggere

R3 UNINA_DL - Università di Napoli Federico II (De Luca)

A. De Luca TASK 1 Isolamento sismico di edifici di interesse storico-monumentale

ORGANIZZAZIONE DELLE ATTIVITAORGANIZZAZIONE DELLE ATTIVITA’’ IN U.R.IN U.R.

Istituzione Responsabile Attività Titolo del programma svolto dall’UR UNITA’ ESTERNE A RELUIS

E1 UNIPG - Università di Perugia

A. Parducci TASK 1 Aspetti progettuali ed architettonici nell’applicazione dell’isolamento sismico alle costruzioni

E2 UNICAL - Università della Calabria

A. Vulcano TASK 1 TASK 2

Progettazione di edifici con controventi dissipativi o con isolamento alla base ed effetti di near-fault

E3 POLITO - Politecnico di Torino

A. De Stefano TASK 3 TASK 4

Sistemi a masse accordate e controllo semi-attivo per la riduzione della risposta sismica delle costruzioni

E4 UNIUD - Università di Udine S. Sorace TASK 1 TASK 2

Metodi di progetto e di analisi semplificata e procedure di qualificazione sperimentale di sistemi di isolamento sismico e di dissipazione di energia includenti dispositivi fluido-viscosi

E5 UNISA - Università di Salerno

B. Palazzo TASK 3 Sperimentazione del sistema di controllo combinato “Isolamento alla Base e Smorzamento di Massa”

E6 UNICAM - Università degli Studi di Camerino

A. Dall'Asta TASK 2 Controllo della risposta dinamica di telai esistenti in c.a. mediante dispositivi in gomma ad alto smorzamento e mediante controventi dissipativi con aste di acciaio ad instabilità impedita

E7 UNIBO - Università di Bologna

M. Savoia TASK 2 Metodologie di progettazione ed affidabilità di edifici protetti con sistemi di dissipazione sismica

E8 UNIPARTH - Università “Parthenope” di Napoli

A. Occhiuzzi TASK 4 Il controllo delle vibrazioni di natura sismica mediante dissipatori semiattivi

E9 UNIVAQ - Università de L’Aquila

V. Gattulli TASK 4 Sistemi integrati di controllo ed auto-diagnosi in dissipatori sismici semi-attivi

ATTIVITAATTIVITA’’ 22°° ANNO SVOLTE NEI SINGOLI TASKANNO SVOLTE NEI SINGOLI TASK

TASK 1 TASK 1 –– Controllo passivo mediante Controllo passivo mediante Isolamento sismicoIsolamento sismico::

•• configurazioni strutturaliconfigurazioni strutturali ee rapporto costorapporto costo//beneficibenefici

•• miglioramento dei metodi di progettazione per edifici e pontimiglioramento dei metodi di progettazione per edifici e ponti

•• metodologie di analisi semplificata, fattore di strutturametodologie di analisi semplificata, fattore di struttura

•• perfezionamento norme su aspetti specifici riguardanti gli isolaperfezionamento norme su aspetti specifici riguardanti gli isolatori tori (instabilit(instabilitàà, trazione, effetti termici, ecc.), trazione, effetti termici, ecc.)

•• modalitmodalitàà applicative agli edifici monumentaliapplicative agli edifici monumentali

•• modalitmodalitàà applicative applicative allealle strutturestrutture leggereleggere

•• effettieffetti di di azioniazioni sismichesismiche anomaleanomale e e delladella componentecomponente verticaleverticale

TASK 2 TASK 2 –– Controllo passivo mediante Controllo passivo mediante Dissipazione di energiaDissipazione di energia::

•• criteri di progetto e metodologie di analisi semplificatacriteri di progetto e metodologie di analisi semplificata

•• procedure di procedure di validazionevalidazione sperimentale dei dispositivisperimentale dei dispositivi

•• modalitmodalitàà applicative applicative allealle strutturestrutture prefabbricateprefabbricate

•• effettieffetti di di azioniazioni sismichesismiche anomaleanomale e e delladella componentecomponente verticaleverticale

TASK 3 TASK 3 –– Controllo mediante Controllo mediante Masse accordateMasse accordate

•• criteri di progetto e metodi di analisi semplificatacriteri di progetto e metodi di analisi semplificata

•• possibilitpossibilitàà e modalite modalitàà applicative con masse variabiliapplicative con masse variabili

•• sistemisistemi combinaticombinati isolamentoisolamento sismicosismico –– massamassa accordataaccordata

TASK 4 TASK 4 –– Controllo semiControllo semi--attivoattivo::

•• affidabilitaffidabilitàà nel tempo e valutazione dellnel tempo e valutazione dell’’efficacia rispetto al passivoefficacia rispetto al passivo

•• procedure di progetto e di procedure di progetto e di validazionevalidazione sperimentale dei dispositivisperimentale dei dispositivi

ATTIVITAATTIVITA’’ 22°° ANNO SVOLTE NEI SINGOLI TASKANNO SVOLTE NEI SINGOLI TASK

RIUNIONI SVOLTE NEL CORSO DEL 2RIUNIONI SVOLTE NEL CORSO DEL 2°° ANNOANNO

Plenarie di coordinamento:Plenarie di coordinamento:–– al termine del I semestre: 12 luglio 2007 (c/o DPC, Roma)al termine del I semestre: 12 luglio 2007 (c/o DPC, Roma)–– al termine del II semestre: 10 gennaio 2008 (c/o DPC, Roma)al termine del II semestre: 10 gennaio 2008 (c/o DPC, Roma)

Operative di sottogruppo:Operative di sottogruppo:–– dissipazione di energia: 30 luglio 2007 (c/o UNIBAS, Potenza)dissipazione di energia: 30 luglio 2007 (c/o UNIBAS, Potenza)–– prove su telaio JETPACS: 14 novembre 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)SG2 metodologie di progetto: 9 gennaio 2008 (c/o DPC, Roma)

ATTIVITAATTIVITA’’ PROGRAMMATE PER IL 3PROGRAMMATE PER IL 3°° ANNOANNO– 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

7. PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE7.1 REQUISITI NEI CONFRONTI DEGLI STATI LIMITE7.2 CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE E MODELLAZIONE7.3 METODI DI ANALISI E CRITERI DI VERIFICA7.4 COSTRUZIONI DI CALCESTRUZZO7.5 COSTRUZIONI D’ACCIAIO7.6 COSTRUZIONI COMPOSTE Di ACCIAIO- CALCESTRUZZO7.7 COSTRUZIONI DI LEGNO7.8 COSTRUZIONI DI MURATURA7.9 PONTI7.10 COSTRUZIONI E PONTI CON ISOLAMENTO E/O DISSIPAZIONE7.11 OPERE E SISTEMI GEOTECNICI

NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI - 2008

7.10 COSTRUZIONI E PONTI CON ISOLAMENTO E/O DISSIPAZIONE7.10.1 Scopo7.10.2 Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento7.10.3 Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi7.10.4 Indicazioni progettuali

7.10.4.1 Indicazioni riguardanti i dispositivi7.10.4.2 Controllo di movimenti indesiderati7.10.4.3 Controllo degli spostamenti sismici differenziali del terreno7.10.4.4 Controllo degli spostamenti relativi al terreno ed alle costruzioni circostanti

7.10.5 Modellazione e analisi strutturale7.10.5.1 Proprietà del sistema di isolamento7.10.5.2 Modellazione7.10.5.3 Analisi

7.10.5.3.1 Analisi lineare statica7.10.5.3.2 Analisi lineare dinamica

7.10.6 Verifiche7.10.6.1 Verifiche agli stati limite di esercizio7.10.6.2 Verifiche agli stati limite ultimi

7.10.6.2.1 Verifiche allo SLV7.10.6.2.2 Verifiche allo SLC

7.10.7 Aspetti costruttivi, manutenzione, sostituibilità7.10.8 Accorgimenti specifici in fase di collaudo

11. MATERIALI E PRODOTTI PER USO STRUTTURALE11.1 GENERALITA’11.2 CALCESTRUZZO11.3 ACCIAIO11.4 MATERIALI DIVERSI DALL’ACCIAIO UTILIZZATI CON FUNZIONE DI ARMATURA

IN STRUTTURE DI CALCESTRUZZO ARMATO11.5 SISTEMI DI PRECOMPRESSIONE A CAVI POST-TESI E TIRANTI DI ANCORAGGIO11.6 APPOGGI STRUTTURALI11.7 MATERIALI E PRODOTTI A BASE DI LEGNO11.8 COMPONENTI PREFABBRICATI IN C.A. E C.A.P.11.9 DISPOSITIVI ANTISISMICI11.10 MURATURA PORTANTE

NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI - 2008

11.9 DISPOSITIVI ANTISISMICI11.9.1 Tipologie di dispositivi11.9.2 Procedura di qualificazione11.9.3 Procedura di accettazione11.9.4 Dispositivi a comportamento lineare11.9.5 Dispositivi a comportamento non lineare11.9.6 Dispositivi a comportamento viscoso11.9.7 Isolatori elastomerici11.9.8 Isolatori a scorrimento11.9.9 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 materiali11.9.x.2 Prove di qualificazione sui dispositivi11.9.x.3 Prove di accettazione sui dispositivi

Parte I Parte I –– Inquadramento generale (tecnologie di controllo e dispositivi)Inquadramento generale (tecnologie di controllo e dispositivi)

Parte II Parte II –– Metodologie di progettoMetodologie di progetto

Parte III Parte III –– Casi di studio ed esempi applicativi Casi di studio ed esempi applicativi

•• strutture isolate (5 edifici, 2 ponti, 1 elemento di impianto)strutture isolate (5 edifici, 2 ponti, 1 elemento di impianto)

•• strutture con dissipatori di energia (6 edifici, 2 ponti)strutture con dissipatori di energia (6 edifici, 2 ponti)

•• strutture con TMD (2 di cui 1 isolata alla base)strutture con TMD (2 di cui 1 isolata alla base)

•• Strutture con MR semiattivi (2)Strutture con MR semiattivi (2)

STRUTTURA DEL MANUALE DI PROGETTAZIONESTRUTTURA DEL MANUALE DI PROGETTAZIONE

PRODOTTI DEL 2PRODOTTI DEL 2°° ANNO DELLA LINEA 7ANNO DELLA LINEA 7

32 prodotti della ricerca per la TASK 132 prodotti della ricerca per la TASK 1: 31 articoli e 1 rapporto: 31 articoli e 1 rapporto

43 prodotti della ricerca per la TASK 243 prodotti della ricerca per la TASK 2: 42 articoli e 1 rapporto: 42 articoli e 1 rapporto

10 prodotti della ricerca per la TASK 310 prodotti della ricerca per la TASK 3: 10 articoli e 0 rapporti: 10 articoli e 0 rapporti

7 prodotti della ricerca per la TASK 4: 7 prodotti della ricerca per la TASK 4: 6 articoli e 1 rapporto6 articoli e 1 rapporto

Nel corso del 1Nel corso del 1°° anno della LINEA 7, sono stati realizzati 92 prodotti tra anno della LINEA 7, sono stati realizzati 92 prodotti tra articoli su rivista e per convegni nazionali e internazionali, earticoli su rivista e per convegni nazionali e internazionali, e rapporti rapporti scientifici, che sono suddivisi in:scientifici, che sono suddivisi in:

TASK 1 TASK 1 –– L7 SG1L7 SG1

Isolamento sismicoIsolamento sismico di edifici e pontidi edifici e ponti

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 Comfort

degli occupanti

A

AB

Aspetti di configurazione strutturale (UNIPG)

Estensione delle analisi comparative dei parametri comportamentali ai fini prestazionalidi configurazioni rispondenti: metaclasse degli edifici dotati di sistemi sospesi.

Classe degli edifici sospesi

Classe degli edifici "a ponte"

0

5

10

15

20

25

30

1500,0 2500,0 3500,0 4500,0 5500,0 6500,0

Taglio(kN)

Quo

ta(m

)

Unif.250kN Unif.200kN Unif.150kN Unif.100kN Unif.50kN

Unif.25kN "O" FIX

Classe dei piani flottanti

effetto"scala"

00.20.40.60.8

11.2

6 8 10 12 14 16

Mom

ent R

atio A

B1BC

N


Metodologie di valutazione prestazionale in termini di conseguenze

Metodologie deterministica

( ) IMdIMEDPdGEDPDMdGDMDVGDV λλ ∫∫∫=

Metodologia probabilistica

IM = Intensità input caratteristicaEDP =Engineered Demand ParameterDM = Entità del danno DV = Perdita o conseguenza.

Valuta la probabilità di superamentodella perdita DV

Conseguenze:Perdite/feritiCosto di riparazioneTempo di inagibilitàValori "speciali" contenuto/contenitore

Aspetti economici di valutazioni prestazionali (UNIPG)

Analisi statica lineare edifici isolati alla base (UNIBAS)

ξ [%] = 10-20-30

RI

12 Isolatori

F

u

Δy [mm] = 5-10-15-20r[%] = 0-1-3-5-10

EP

80 Isolatori

F

u

Δy[mm] = 5-10-15-20r[%] = 0-1-3-5-10β[%] = 0.3-0.5-0.7

ξd[%] = 0-15

SMA+SB+VD

1440 Isolatori

F

u

Analisi NTHA con 7 acc. spettrocompatibili - Inviluppo dei tagli

massimi di piano

- Normalizzazione

Tbf = 0.6 - 0.8 s

m5

Tbf = 0.2 - 0.4 sm4m3m2m1mo

Tbf = 0.5 - 0.6 sm5m4m3m2m1mo

m6

m7

m8

m3m2m1mo

Tiso= 1.5-2.0-2.5-3.0 s

Tot. 1532 x 6 x 764344 analisi

Totale 1532 SI

Analisi risultati:a) Coefficienti correttivi b) Regressioni non lineari c) Confronti con

distribuzioni di norma

Step 1 Step 3 Step 4Step 2

NTHA per diversi valori di PGA (i.e. rapporti d’isolamento)

MODELLI NUMERICI

μ[%] = 2.5-5-10

PGA = 0.1÷1g

SISTEMI ELASTOMERICI

( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−+=

∑1

Ni211

mmVF

peff

jj

ibi β

Peff N0464.01+=βNP : Numero di piani dell’edificio

LEGGE DI DISTRIBUZIONE DELLE FORZE

ACCELERAZIONI DI PIANO NORMALIZZATE NTHA

VALIDA PER ξ > 10%m3

m2

m1

mo

Fi

piani

b

i

VV

piani

CONFRONTO TRA NTHA E LEGGE PROPOSTAACCELERAZIONI NORMALIZZATE TAGLI NORMALIZZATI

EDIFICIO A 5 PIANI:

Tiso/Tbf=3.33, ξ=30%

0

1

2

3

4

5

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

piani


SISTEMI ELASTO-PLASTICI

0

1

2

3

4

5

0 0.5 1 1.5 2 2.5

3.204.204.805.275.705.996.216.386.53

S1

S0

S2

S3

S4

S5

bf

iso

TTPiani

iNa ,

m5

m4

m3

m2

m1mo

ACCELERAZIONI DI PIANO NORMALIZZATE NTHA PRIME DUE FORME MODALI

LEGGE DI DISTRIBUZIONE DELLE FORZE

m3

m2

m1

mo

∑=

Δ

Δ=

PN

1jjj

iibi

m

mVF

21i ba φφ ⋅+⋅=Δ

φ1 φ2 : prime due forme modali della struttura isolata

a b : funzione dei parametri caratteristici del SI

m5

m4

Fi

bf

iso

TT

Pi

i,1Φ i,2Φ

bf

iso

TT

PiPi


Effetti di “near-fault” su edifici isolati (UNICAL)

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 verticaliModello 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

OBIETTIVO


PIANTA SEZIONE Diagrammi momento ultimo

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)

PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE TEST (O.P.C.M. 3274/2003 e successive modifiche ed integrazioni)

PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE TEST (O.P.C.M. 3274/2003 e successive modifiche ed integrazioni)

BI : base isolated

HV: Horizontal-Vertical

###: αK0=KV0/KH0


0 4 8 12 16Richiesta di duttilità per le travi

0

1

2

3

4

5Pi

ano

El Centro D.A., 360 + V

Sezioni di estremità:

BIH2000BIH1600BIH1200BIH800BIH400BIH150


0

1

2

3

4

5

Pian

o

El Centro D.A., 360 + V


Sezioni di mezzeria:


0

1

2

3

4

5

Pian

o

Chi-Chi TCU068, E-O + V

Sezioni di estremità:



0

1

2

3

4

5

Pian

o

Chi-Chi TCU068, E-O + V


Sezioni di mezzeria:

INFLUENZA DEL RAPPORTO DI RIGIDEZZA αK0 (=KV0/KH0) SULLA RICHIESTA DI DUTTILITÀ PER LE TRAVI

INFLUENZA DEL RAPPORTO DI RIGIDEZZA αK0 (=KV0/KH0) SULLA RICHIESTA DI DUTTILITÀ PER LE TRAVI


-2000

0

2000

4000

6000

8000

Sfor

zo n

orm

ale

(kN

)

0 4 8 12 16 20Tempo (s)

-2000

0

2000

4000

6000

8000

Sfor

zo n

orm

ale

(kN

)

El Centro D.A., 360 + VBIHV150


PPtu

Pcr

PPtu

Pcr

Isolatore interno

Isolatore esterno

Isolatore interno

Isolatore esterno

Struttura BIH150 Struttura BIH2000

Analisi interrotta a causa del raggiungimento della tensione di trazione limite (σtu=0.7 MPa)

Pcr: carico critico Ptu: carico ultimo a trazione

-4000

0

4000

8000

12000

16000

Sfor

zo n

orm

ale

(kN

)0 1 2 3 4

Tempo (s)

-4000

0

4000

8000

12000

16000

Sfor

zo n

orm

ale

(kN

)



PPtu

Pcr

PPtu

Pcr

SFORZO NORMALE PER GLI ISOLATORI (P)(terremoto di El Centro D.A. – Imperial Valley)

SFORZO NORMALE PER GLI ISOLATORI (P)(terremoto di El Centro D.A. – Imperial Valley)


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

Gli isolatori possono essere soggetti a indesiderati sforzi di trazione

Almeno le travi dei piani più alti dovrebbero essere progettate tenendo conto della componente sismica verticale quando si assume un valore piuttosto alto di αK0La componente verticale potrebbe essere trascurata per un valore piuttosto basso di αK0, ma la deformabilità verticale potrebbe essere eccessiva

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)

(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.

Effetti terremoto “near-fault” su edificio isolato (UNIUD)

Resistenza sismica edifici monumentali (UNINA_DL)

Modellazione ed analisi di 10 casi di studio:

Macroelementi

ATTIVITA’: Isolamento sismico di edifici monumentali a pianta basilicale

SBM

T1

T4

T8

L1

SGO

T1

T3-T6

T7

L4

L2-L3

T4-T7

T8

SMD SMM

T5

T6

L6

L1

A

5

6

7

8

3

4

2

1

CLASSE TIPOLOGIA

MACROELEMENTO ABSIDALE

1° ARCO TRIONFALE

SEZ. TRASV.SULLA NAVATA

FACCIATA

PROSP. LONG. ESTERNO

ARCATALONG. INTERNA

2° ARCO TRIONFALE

ULTERIORE ARCATA LONG.

L1-L6

T1

T2

T8

L3-L4

L2-L5

SGM

T1

T2

T3

T4

T6

L3-L4

L1-L6

SGMR

L2-L5

T5-T10

T2

T4

T11

SPM

T8

T4-T7

T2

T1

SI

L2-L3

L1-L4

T3

SMV

L2-L5

L1-L6

L3-L4

T3-T6

T7T5

AA

T2

T3-T6

T7

L1- L4

L2

L3

SAZ

(c) SPM

(f) SAZ

(l) SMM

0

(b) SGMR(a) SGM

(e) SMV(d) SI

(i) SMD(h) SGO(g) SBM

10 20 30 40 50m

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

SGM SGMR SPM SI SMV SAZ SBM SGO SMD SMM

(KN)

Wcop

Wmuri

11%

22%

10%

14% 22%

21%

19%

21%

19%

18%

• 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)

0

10

20

30

40

50

60

70

H L B

[m] SGM SGMRSPM SISMV SAZSBM SGOSMD SMM

I 10 casi di studio (UNINA_DL)

ATTIVITA’: Analisi semplificata per individuazione meccanismo di collasso nel piano di macroelementi


0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

f=(Afori/Atot)macro

ξ=bo/b

15.0WW

muro

cop ==β

Wmuro

h

F

b

Wcop

bc bo bc

ho

t

Meccanismo di collasso “a telaio”(macroelementi con grandi aperture)

Meccanismo di collasso a prexflex/ribaltamento o taglio

(macroelementi con piccole percentuali di foratura)

( )

bb

;)A/A(f ;WW

5.01)1()2(

f2)1(

b/h21

W/F

omacrototfori

muro

cop

tot

=ξ==β

ξ⋅−⋅⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡β+β+

⋅⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅ξ⋅ξ−

⋅⋅

=

De Luca et al.’05


Meccanismo di collasso a portale

Classe 2 = 1° arco trionfale

ATTIVITA’: Percentuali di foratura e meccanismi di collasso per le diverse classi di macroelementi

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Meccanismo di collasso a taglio

Classe 5 = facciata

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

f=(Afori/Atot)macro

ξ=bo/b

f=(Afori/Atot)macro

ξ=bo/b

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”

iniziata alla fine degli anni ’80

(capienza 11.000 persone)

• inaugurato nel ‘94 da Giovanni Paolo II

• 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

• Dbase = 71,40 m (agli assi appoggi)

• Superficie in pianta = 4000 m2

• H = 74,30 m dal calpestio

Caratteristiche dispositivi:Nnom = 11000 kNNmax = 14000 kNϕ max = 0,01 radsrad = ± 200 mmstan = ± 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

NUOVI APPOGGI DELLA CUPOLA CON FUNZIONE DI ISOLATORI


SOLLEVAMENTO DELLA CUPOLA (22000 t) CON 114 MARTINETTI

2 martinetti idraulici esterni:Nmax = 700 t; smax = 15 mm

3 (o 4) martinettiidraulici interni: Nmax = 140 t

Centraline di controllo martinetti e centraline acquisizione LVDT

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

trasduttore verticale appoggio [mm]

forz

a to

tale

5/6

mar

tinet

ti [t

]

PILASTRO #1PILASTRO #2PILASTRO #3PILASTRO #4PILASTRO #5PILASTRO #6

(a)


ANALISI AGLI ELEMENTI FINITI DELLA RISPOSTA SISMICA

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

tempo [s]

spos

tam

ento

cup

ola

lung

o X

[mm

] Prima dell'intervento di isolamentoDopo l'intervento di isolamento

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

tempo [s]

spos

tam

ento

cup

ola

lung

o Y

[mm

] Prima dell'intervento di isolamentoDopo l'intervento di isolamento


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


d

fLSBd

fSHD SMADd

f

SMA

d

fLSBd

fLSBd

fSHDd

fSHD SMADd

f

SMA

SMADd

f

SMA

LDRI

hole

d

f

lead

LRId

f

fluid

ADRId

fLDRI

hole

d

fLDRI

hole

d

f

lead

LRId

f

lead

LRId

f

fluid

ADRId

f

fluid

ADRId

f

LubricatedHysteretic

SMA - Device Low Added

IsolatorSlidingBearings

Steel

Device RubberDamping

Isolator

DampingRubberIsolator

RubberLead

μr, ξva+d+eLSB+ADRILSB+ADRIμr, μ, ξv, α (=k0/k1)a+b+d+eLSB+LRILSB+LRI

μr, μ, β, ra+fLSB+SMADLSB+SMADμr, ξva+d+eLSB+LDRILSB+LDRI

k1 , Δmax , Fmax

μr, μ, r a+cLSB+SHDLSB+SHDunknowndesign parameterselementsIS

μr, ξva+d+eLSB+ADRILSB+ADRIμr, μ, ξv, α (=k0/k1)a+b+d+eLSB+LRILSB+LRI

μr, μ, β, ra+fLSB+SMADLSB+SMADμr, ξva+d+eLSB+LDRILSB+LDRI

k1 , Δmax , Fmax

μr, μ, r a+cLSB+SHDLSB+SHDunknowndesign parameterselementsIS

μr W =Fr

Δ

k1Δ

(a)

(d)

μr W =Fr

Δ

k1Δ

(a)

(d)

k0

Δξv

ΔΔy

μ = Δ/Δy

(b)

(e)

k0

Δξv

ΔΔy

μ = Δ/Δy

(b)

(e)

k2

ΔΔy

k1

r = k2/k1

μ = Δ/Δy

(c)

(f)

k2

β=F1/F2r = k2/k1

ΔF2

k1F1

k2

ΔΔy

k1

r = k2/k1

μ = Δ/Δy

(c)

(f)

k2

β=F1/F2r = k2/k1

ΔF2

k1F1

DECKm

PIER

ISOLATOR K(v), c

Deck MD

IS

μP

HPEPJP

DECKm

PIER

ISOLATOR K(v), c

Deck MD

IS

μP

HPEPJP

Continuous and multi-span regular bridges with single shaft piers having same height and same cross section

Coupling offered by the deck neglected

Effect of different soil conditions neglected

Effect of non-synchronous motions neglected

Ass

umpt

ions

Progetto ed analisi numeriche su ponti isolati (UNIBAS)

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

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.

Applicazioni a solai isolati alla base (UNIUD)

Primo livello di modellazione per le statue

(massa concentrata supportata rigidamente – “rocking” simulato mediante elementi “gap”)

0 5 10 15 20 25 30 -15

-10

-5

0

5

10

15

Time [s]

Acc

eler

atio

n [m

/s2 ]

Top of Statue PGA = 0.42 g

Fixed Base Base Isolated

0 5 10 15 20 25 30 -15

-10

-5

0

5

10

15

Time [s]

Acce

lera

tion

[m/s

2 ]

Fixed Base PGA = 0.13 g

Ground Floor Top of Statue

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)

Prima sensibile manifestazione del “rocking” in base fissa per PGA pari a

0,13 g

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.

Applicazioni a statue isolate alla base (UNIUD)

Secondo livello di modellazione per le statue

(modello completo agli elementi finiti – “rocking” simulato mediante elementi “friction isolator”)

0 5 10 15 20 25 30

-10

-5

0

5

10

Time [s]

Acce

lera

tion

[m/s

2 ]

PGA = 0.42 g X direction

Statue

Fixed Base Base Isolated

Analisi prestazione sismica delle statue

Definizione di 3 Stati Limite di riferimento

1.S.L. di “rocking”

2.S.L. di danno

3.S.L. di collasso

Sorace, S., Terenzi, G. (2007). “Traditional and innovative technologies in the rebuilding of an ancient castle”. Attidel Workshop WonderMasonry2, Lacco Ameno (in stampa).

2.575 g2.643 gStatue acceleration

0.560 g2.523 gFloor acceleration

0.560 g2.676 gPGACollapsCollapse limit e limit statestate



0.371 g1.142 gPGADamage Damage limit limit statestate



0.250 g0.821 gPGARocking Rocking limit limit statestate

Fixed BaseBase Isolated

Applicazioni a statue isolate alla base (UNIUD)


Isolamento sismicoIsolamento sismico di edifici e pontidi edifici e ponti

ATTIVITAATTIVITA’’ SPERIMENTALISPERIMENTALI

N° Prova Tipo PGAnom (g)1 random 0.052 colfiorito solo x 0.103 colfiorito xy 0.104 colfiorito xy 0.305 colfiorito xy 0.406 colfiorito xy 0.507 colfiorito xy 0.608 colfiorito xy 0.109 random 0.05

10 colfiorito xy 0.6011 colfiorito xy 0.7012 colfiorito xy 0.8013 colfiorito xy 0.9014 colfiorito xy 1.00

ISOLATO

Programma di prova

00.20.40.60.8

11.21.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

isolato fisso PARETE CD

Pga nom

Test su tavola vibrante di edifici isolati in muratura (UNIBAS)

m5=6.97tonm5=6.97ton










••Model BIS1Model BIS1VEVE--GAPGAP••Model BIS2Model BIS2VEVE--FIFI••Model BIS3Model BIS3EPEP--VDVD--FIFI

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 3 6 9 12 15

t (sec)

dx (m

m)

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 3 6 9 12 15

t (sec)

dy (m

m)

MODEL BIS3

MODEL BIS3

BIS3

BIS1

Test su tavola vibrante di edifici isolati in muratura (UNIBAS)

SELEZIONE PILE DA PONTE PER SPERIMENTAZIONE:SELEZIONE PILE DA PONTE PER SPERIMENTAZIONE:(esame database SAMOA(esame database SAMOA--Autostrade ed elaborati di progetto)Autostrade ed elaborati di progetto)

-- No. 6 ponti autostradali a singola carreggiata (anno costruz. :No. 6 ponti autostradali a singola carreggiata (anno costruz. : ’’6565--’’80)80)-- Schema Statico: Ponti a travata appoggiata Schema Statico: Ponti a travata appoggiata -- Tipologia pile: Fusto unico a sezione circolare piena o cava;Tipologia pile: Fusto unico a sezione circolare piena o cava;-- Altezza pile: (a) H Altezza pile: (a) H ≈≈ 6m (pile 6m (pile ““tozzetozze””) (b) H ) (b) H ≈≈ 12 m (pile 12 m (pile ““snellesnelle””))-- Scala Modelli: 1:3Scala Modelli: 1:3-- Apparato di prova: Nmax = 700 KN, Apparato di prova: Nmax = 700 KN, FmaxFmax = 500= 500--350 KN350 KN

Prove sperimentali su pile da ponte (UNIBAS)


Dissipazione di energiaDissipazione 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 microe macro-controventi.


Valutazione fattore di struttura (UNIBAS)

3.0

4.5

6.0

7.5

8 10 12

μ c

q03 stories

8 10 12

μ c

4 stories

8 10 12

μ c

5 stories

Fattore di struttura q

• 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

• 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

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)

Random vibrations Approach

Simulation methods

Seismic action described by stochastic processes theory.Simplified hypothesis on structural behavior.

• Monte Carlo (Importance sampling,directional simulation, line sampling)

• FORM/SORM

Specialized Simulation methods• Response Surface

• IDA Based methods

• …

Failure probability

Structural Seismic Reliability

( ) ( )( )mmmf iItgIP =<= |0,Pr x

Time integrated approach

[Veneziano (1983)]

( )( ) ( )[ ]tDtDtCgt

,,,min xx −=

Failure probability Limit state function

( ) ( )( ) ( )( )1,1,, ln,ln| TSTSSg DacaDa −= xx

( )1TSI am =

[Shome & Cornell (1998)]

• Subset Simulation

Intensity measure

Affidabilità sismica sistemi di dissipazione (UNIBO)

DESIGN PROCEDURES FOR VISCOUS/VISCOELASTIC DAMPERSA literature review

• According to type of approach:

• According to device behavior:

Physical Mathematical

The equivalent linear properties are determined based on amount of dissipated energy. Sometimes performance-based design is used.

A performance index is used as a functional to be minimized by means of different kind of optimization algorithms.

Linear Non Linear

FD = Kd z(t) + Cd ż(t) FD = Cd |ż|α·sgn(ż)

Progettazione dei dissipatori viscosi (UNINA_Se)

• 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).

FixedTo be estimated

?

??

Target of the Design Procedures


• 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.

?

?

? Known

To be estimated

Target of the Design Procedures• Device Design:


• Device Design and Location:

To be estimated

?

??

The size, number and location of the devices should be determined by means of sequential structural analysis in

which devices are added according toa performance index.

Target of the Design Procedures

?

?

?

To be estimated

• Device Location:• Device Design:


ATTIVITA’

•• Proposta di due metodi semplificati per il dimensionamento delleProposta di due metodi semplificati per il dimensionamento delle caratteristiche caratteristiche dei controventi dissipativi a comportamento dipendente dallo spodei controventi dissipativi a comportamento dipendente dallo spostamento (stamento (elastoelasto--plastici) e dipendente dalla velocitplastici) e dipendente dalla velocitàà ((viscovisco--elastici), compatibili con le prescrizioni elastici), compatibili con le prescrizioni delldell’’Ord. 3431/05Ord. 3431/05

•• Applicazione dei metodi ad una struttura esistente in c.a. e verApplicazione dei metodi ad una struttura esistente in c.a. e verifica della stessa ifica della stessa mediante analisi statiche e dinamiche non linearimediante analisi statiche e dinamiche non lineari

B, C, ESuolo2° categoriaZona sismica

Informazioni GeneraliBonefro (CB)Localizzazione

•• ValutazioneValutazione del del fattorefattore di di strutturastruttura q per le q per le strutturestrutture dotatedotate di di sistemisistemi di di controventicontroventidissipatividissipativi ((elastoelasto--plasticiplastici) ) susu diverse diverse tipologietipologie di di strutturestrutture in c.a. in c.a. reppresentativereppresentativedeglidegli edificiedifici italianiitaliani deglidegli annianni ’’70/70/’’8080

•• Proposta di un metodo semplificato per il dimensionamento delle Proposta di un metodo semplificato per il dimensionamento delle caratteristiche dei caratteristiche dei controventi dissipativi a comportamento controventi dissipativi a comportamento ricentrantericentrante (SMA)(SMA)

Metodi semplificati di dimensionamento (UNIBAS)

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

D. Verifica della struttura controv. Metodo N2 FINENo Si

Metodo di progetto: controventi elasto-plastici


Metodo di progetto: controventi visco-elastici

1. Valutazione Caratteristiche Struttura da Adeguare

FINE

No

Si

2. Definizione Rigidezza dei Controventi: Kcd = α Ks

3. Progettazione dispositivo dissipativo: G’, G”= f(Tci, γ, θ) K’, K”

Verifica periodo |Tci –– Tc

i-1|<ε

Verifica deformaz. |γi –– γi-1|<εNo

4. Verifica struttura rinforzata: Metodo ATC40

SiNo

Si


Metodo di progetto: controventi SMA

• Verifica del metodo mediante analisi dinamiche non lineari per sistemi ad 1 gdl e applicazione al telaio Jet-Pacs

• Legge di riduzione dello spettro elastico nel caso di sistema con comportamento a bandiera (flag-shape)

• Proposta di Metodo di progetto semplificato basato sul quello proposto per i dispositivi dipendenti dallo spostamento

media 7 accelerogrammi suoloA dut=3

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00T (sec)

Sa (m

/sec2

)

Elastico

Elasto-plastico

Bandiera

media 7 accelerogrammi suoloB dut=3

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00T (sec)

Sa (m

/sec2

)

Elastico

Elasto-Plastico

Bandiera

q=f(μ,T)Fy*

K*

ddmax*dy*Duttilità μ

F

ag (t)

K

C

M

Legame F-dF

d


CRITERIO DI RIGIDEZZA PROPORZIONALE

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 TUTTI I DISSIPATORIDistribuzione della rigidezza laterale dei controventi dissipativi analoga a quella del telaio non controventato: K*=KDB/KF (costante a ciascun piano)

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 (UNICAL)

(1)(1) adeguamento sismico di un edificio pre-normativo ad uso scolastico, con struttura in acciaio, sito in Firenze;

(2)(2) adeguamento sismico di un edificio con piano “pilotis” ad uso di civile abitazione, con struttura in cemento armato, sito in Udine;

(3)(3) realizzazione di un nuovo edificio ad uso scolastico, con struttura in acciaio, sito in Firenze.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0

1

2

3

4

Interstory Drift [mm]

Sto

ry

DB-R

Original

SE – X direction

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

1

2

3

4


Sto

ry

DB-R

Original

BDE – X direction

XY

Applicazione dimostrativa a casi di studio simulati

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.

Progetto dei controventi dissipativi (UNIUD)

Pre-carico

F

d

Energia dissipata

Percorso statico

F

Deviatore

Cavo

Dissipatore

Passo 1 – Parametri da definire: , , Analisi modale di un singolo telaio ⇒ valutazione di T1s

⇔

Si impone una prefissata riduzione β di T1s:

⇒Con riferimento ad una configurazione diagonale del cavo:

ed assumendo: ⇒ ;

td2K t

cK

sWW ⋅α= 1m1

s gTW

K⋅

⋅π= 2

1s

m1s

2m1s

4

)(2β ht,

dcm1s

m1s

1st

1sdc KKgWTT

+ π=⋅=

m1s2

1s

m1s

2ht,

dc )(β4 K

TgWK −

⋅⋅

=π

diag

ht,dct

dc cosγKK =

tdc

tc

td2

111KKK

=+ tdc

tc

td2 2KKK ==

sELK

A ttcp

c⋅

=

γdiag

γi

pcA

Progetto sistema a cavi smorzanti (UNIUD)

(1)(1) adeguamento sismico dell’edificio di cui al precedente punto (a2)(a2), in alternativa alla soluzione a controventi dissipativi

(2)(2) adeguamento sismico di un edificio ad uso ospedaliero, con struttura in cemento armato, sito a Latisana (UD), progettato in assenza di normative sismiche

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0

1

2

3

4


Stor

y

DC-R

Original

SE – X direction

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

1

2

3

4


Stor

y

DC-R

Original

BDE – X direction

X

YX

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0

1

2

3

4

SRN [%]

Pia

no

Pilastrata A20

SC

FOC FOCT

BFO

DISPOSIZIONE FOC

DISPOSIZIONE BFO

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0

1

2

3

4

5

6

SRN [%]

Pian

o

Pilastrata C8

SC

FOC

BFO

FOCT

Applicazione dimostrativa a casi di studio

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.

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.

Progetto sistema a cavi smorzanti (UNIUD)

gi1ii,i1,iiiiii umFFRucum &&&&& −=+−++ +−

mi+1

Ci+1

mi-1 mi

Ki-1, ρKi-1

Ci-1 Ci

si-1,i

ci-1,i

si,i+1

ci,i+1

di,i+1di-1,i

Ki, ρKi Ki-1, ρKi+1

Molla elastica (lineare o non) Smorzatore viscoso (lineare o non)

Gap

1ii,1iii ++ −−=δ duu

i1ii,i1ii,1ii,i

1ii,i

1ii1,i1ii1,ii1,i1i

i1,i1i

000

000

δ+δ=⇒>δ=⇒≤δ

δ+δ=⇒>δ=⇒≤δ

+++

+

−−−−−−

−−

&

&

csFF

csFF

δi > 0Condizione di martellamento

Problema analiticoProblema analitico

Mitigazione degli effetti del martellamento (UNIUD)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

50

100

150

200

250

300

Spostamento [mm]

Forz

a [k

N]

Intervento tipo B

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

50

100

150

200

250

300

Spostamento [mm]

Forz

a [k

N]

Intervento tipo A

0

Secondo piano

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

50

100

150

200

250

300

Spostamento [mm]

Forz

a [k

N]

Intervento tipo A

Primo piano

Ipotesi d’intervento 1

Ipotesi d’intervento 2

(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.

Mitigazione degli effetti del martellamento (UNIUD)

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.

Dimensionamento di smorzatori viscosi non lineari (UNIBO)

ESEMPIO APPLICATIVO:CENTRO COMMERCIALE IN C.C.A. PREFABBRICATO A 2 PIANI

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

Modello del Corpo n.155m

67m

lunghezza totale = 300m


ISB solution = struttura dotata di controventamenti rigidi

NAKED solution = struttura nuda senza alcun tipo di controventamento

SOLUZIONI STRUTTURALI CONFRONTATE

α

INPUT SISMICO:7 accelerogrammi sintetici spettrocompatibili

FPD solution = struttura dotata di Fixed-Point Dampers

ISD solution = struttura dotata di Inter-Storey dampers


X-direction Y-direction0

1

2

3

4

5

6

7

8Building 1 - DLS

max interstorey drifts between the 1st and 2nd floors

[cm]

NAKED solutionISB solutionFPD solutionISD solution

DEFORMAZIONI (SLD)

6 cm

LIMITE

2.5 cm2 cm


Tx Ty Nz0

2000

4000

6000

8000

10000

12000Building 1 - ULS

max base reactions

[kN]


Tx Ty Nz0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000Building 1 - DLS

max base reactions

[kN]


REAZIONI ALLA BASE

1100 t !!!

200 t

SLUSLU SLDSLD

450 t !!!

70 t


storey 1 storey 20

500

1000

1500

2000

2500Building 1 - DLS

max forces in the diagonal braces

[kN]

ISB solutionFPD solutionISD solution

storey 1 storey 20

1000

2000

3000

4000

5000

6000Building 1 - ULS

max forces in the diagonal braces

[kN]

ISB solutionFPD solutionISD solution

FORZE NEI CONTROVENTI DIAGONALI

L’unica soluzione percorribile è quella che prevede l’utilizzo di smorzatori viscosi !L’unica soluzione percorribile è quella che prevede l’utilizzo di smorzatori viscosi !SLUSLU SLDSLD

500 t !!!

200 t

200 t !!!

80 t


Criterio di progettazione per BRB (UNICAM)

STEP 1: Curva di capacità struttura esistente(Push over e bilinearizzazione: du*, dy*,Fy*,k*,)

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*)

STEP 4: Criterio di distribuzione in pianta ed in altezza

(determinazione kci e Fci)

STEP 5: Verifica con analisi statica non lineare o analisi dinamica non lineare

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20Sd (m)

Vb (k

N

PP

kb

kddc kk

1+=

αα

db kk α=

dc μα

αμ1+

=

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1d (m)

Vb

(kN

Criterio di progettazione per HDR (UNICAM)

STEP 1: Curva di capacità struttura esistente(Push over e determinazione ksec e ξequ,)

STEP 3: Ipotesi su α = rigidezza introdotta: kc = α ksec quindi

da cui G=G(T,γd) e ξ=ξ(T,γd)

STEP 4: calcolo di ξtot e verifica con spettro di capacità

STEP 5: Criterio di distribuzione in pianta ed in altezza(determinazione hi e Ai)

sec11 TT+

=α

STEP 2: Ipotesi su γd = deformazione gomma

STEP 5: Verifica con analisi dinamiche lineari multiple o analisi dinamica non lineare

-100

-50

0

50

100

-2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5

strain

forc

e (k

N)

100% -150%

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0.000 0.100 0.200Sd (m)

Sa(g

)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1d (m)

Vb

(kN

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.

TYPICAL SCHEME OF EXISTING BRIDGE

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

The earthquake load on the whole deck is transferred to the fixed piers.

Metodi semplificati di dimensionamento (UNINA_Se)

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:

Cd

mf

kb

kf

xg(t)

xf xb

( ) ( )[ ]κ+κ+=β 1221( ) κ+=βζ 21max

NOTE: for a fixed value of κ, all the |ζmax| – β curves have a common intersection point, having the following co-ordinates:

0

2.5

5

7.5

10

0 0.5 1 1.5β

| ζf,m

ax|

ν = 0.001

ν = 1.5ν = 0.05

ν = 0.1

ν = 0.2ν = 0.5

ν = 1

ν = 5

νopt = 0.2887

0

2.5

5

7.5

10

0 0.5 1 1.5β

| ζf,m

ax|

ν = 0.001

ν = 0.05

ν = 1.5

ν = 1.0

ν = 5

ν = 0.5

ν = 0.1

ν = 0.2

νopt = 0.6155

κ = 1 κ = 0.1


OPTYMAL DESIGN OF PROTECTION SYSTEM

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:

Cd

mf

kb

kf

xg(t)

xf xb

( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) 01121222142118 22223232 =−ν−κκ+−ν+κκ+κ+νκ+κ+κ

( )( )κ+κ+=ν

21121

opt

It is demonstrated that the only real solution is given by:

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3κ

ν opt

, β

0

2

4

6

8

10

| ζm

ax|

νopt

|ζmax|

β


Cd

Cd

1

2

PROGETTO DEI DISPOSITIVI VISCOSI

La stessa procedura può essere applicata a strutture a telaio coLa stessa procedura può essere applicata a strutture a telaio con controventi flessibilin controventi flessibili

Fdp

1p

2

x

0

2.5

5

7.5

10

0 0.5 1 1.5β

| ζf,m

ax|

ν = 0.001

ν = 1.5ν = 0.05

ν = 0.1

ν = 0.2ν = 0.5

ν = 1

ν = 5

νopt = 0.2887



Dissipazione di energiaDissipazione di energia


JETPACS JETPACS ((Joint Experimental Testing Joint Experimental Testing on Passive and semion Passive and semi--Active Active Control Control SystemsSystems))[[attivitattivitàà congiunta congiunta UNIBAS, UNINA, UNIUD, UNICAL, UNIPARTH, UNIVAQ, POLIBA]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

Predisposizione del modello sperimentale JETPACS

JETPACS JETPACS ((Joint Experimental Testing Joint Experimental Testing on Passive and semion Passive and semi--Active Active Control Control SystemsSystems))

28.43 kNMassa addizionale teorica

2.0 kN/m22.0 kN/m2I-II livello - accidentali

3.25 kN/m23.25 kN/m2I-II livello – p. p. solaio

4.0 x 3.0 m26.0 x 4.5 m2Ingombro in pianta

2.0 m3.0 mAltezza colonne

3.0 m4.5 mLuce campate direzione Y

4.0 m6.0 mLuce campate direzione X

11No. di campate direzione Y

11No. di campate direzione X

22No. di livelli

Modello1:1.5

Prototipo1:1

Magneto-reol (Maurer) UNIPARTHElasto-plasticiUNICALElasto-plasticiUNIBA

Magneto-reol (Lord)UNIAQ

Visco-Elast (Jarret)UNIUD

elasto-plastici (Tis)UNIBAS

visco-ricentranti (Tis)UNIBAS

Viscosi (Fib)UNINA

tipo di DispositivoU.R

Definizione dei dispositivi per prove 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 Waveletso identificazione modale di Goyder (martello)o identificazione modello FEM tramite IDEFEMo Identificazione modello tramite massa aggiunta (Parloo)

Symmetric structure Non-symmetric Structure

Identificazione del modello sperimentale JETPACS

IDENTIFICATION OF THE SPECTRAL PROPERTIES(symmetric configuration)

Identificazione del modello sperimentale JETPACS

RISPOSTA AL VARIARE DELLA FREQUENZA- Influenza storia (diverso spettro

di risposta per storie con frequenza crescente e decrescente –degrado di rigidezza proporzionale all’ampiezza – temperatura??)

00 10f (Hz)

d(ω

)

9 kN

sw. 5.0-2.5 Hzsw.2.5-5.0 Hz

• RISPOSTA AL VARIARE DELLA FORZANTE• Variazione periodo• Variazione dissipazione

0

0

-4.0

4.0

-1.0

4.26Hz

5.0Hz

3.0Hz

forc

e (k

N)

1.0

3kN

displacement (mm)

-6.0 6.0 0

0

15.0

3.0Hz 5.0Hz

3.45Hz

forc

e (k

N)

9kN

displacement (mm)

-15.0

0

6.0

0

9kN

7kN

5kN 3kN

max

dis

plac

emen

t (m

m)

frequency (Hz)

Caratterizzazione dinamica di un telaio con dissipatori in gomma mediante prove con vibrodina

HDR- Prove dinamiche a controllo di forza (UNICAM)

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-15 -10 -5 0 5 10 15

sp diss_dx (mm)

Fcnt

rv (k

N)

TELAIO COMPOSTO BRB – anima alluminio

• 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)

Prove sperimentali BRB (UNICAM)

TASK 1 e 2 TASK 1 e 2 –– L7 SG3L7 SG3

Modellazione e sperimentazione dei Modellazione e sperimentazione dei dispositividispositivi

ATTIVITA’: Comportamento di isolatori elastomerici: analisi FEM

0%

25%

50%

75%

100%

125%

150%

3 6 9 12 15

pm (MPa)

γ max

(%)

S1=6

S1=30

S1=18

S1=24

S1=12

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

6 12 18 24 30

γmax

γarit

S1

γ xz/ γ

d

γw

γd=100%pm=3 MPaγd Pm

a'ti

Interfaccia

zti

+0.5

-0.5

+0.5-0.5xa'

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

6 12 18 24 30

γmax

γarit

S1γ x

z/ γd

γw

γd=100%pm=15 MPa

Effetto carichi verticali

carichi verticali +

orizzontali

a=450

S1=30 S2=10ti=3.75

ts=2

70

80,5

61

67

a=360

S1=24 S2=8ti=3.75

ts=261

ti=10

ts=2a=240mm

S1=6 S2=4

a=300

S1=12 S2=4.8ti=6.25

ts=2

a=360

S1=18 S2=8ti=5

ts=2

Influenza del fattore di forma primario S1 – 5 modelli

SG3 - MODELLAZIONE E SPERIMENTAZIONE IN SCALA REALE DI DISPOSITIVI ELASTOMERICI

Modellazione e sperimentazione isolatori (UNINA_DL)

pm=10MPa γd=200%

S2=6,15 S2=5,00 S2=4,00

S2=2,96 S2=2,00 S2=1,51

21 N/mm 2

200 N/mm 2

Tensioni principali massime

Plasticizzazione

delle piastre

interne in acciaio


ATTIVITA’: Modellazione ed analisi FEM dei dispositivi da testare – Analisi effettuate

Influenza del fattore di forma secondario S2 – 6 modelli analizzati con S1=20

Modellazione e sperimentazione isolatori (UNINA_DL)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 1 2 3 4T/Tref

f/fdm

Case bLinHDR

Modelli lineari equivalenti – confronto risposta armonica (risposta stabile)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 1 2 3 4T/Tref

u/um

Case bLinHDR

Modelli lineari equivalenti – confronto risposta impulsiva (eff. Mullins)

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

1.20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

f/fm

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

1.20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

u/um

LinHDR

LinHDR

Dispositivi HDR – Modelli lineari equivalenti (UNICAM)

TASK 1 e 2 TASK 1 e 2 –– L7 SG3L7 SG3

Modellazione e sperimentazione dei Modellazione e sperimentazione dei dispositividispositivi


Prove su dispositivi elastomerici in camera termica (UNIBAS)

820mm

ATTUATOREACTUATOR

CERNIERAHINGE

SISTEMA DI FISSAGGIO PROVINISPICIMENS FASTEN SYSTEM

MOLLE ASSIALIAXIAL SPRINGS

BRACCIA PARALLELEPARALLEL BRACES

REGOLAZIONEADJUST

REGOLAZIONEADJUST

PIASTRA FISSAGGIO PROVINOSPICIMEN FASTEN PLATE

220mm 570mm

(B) (A)

(C)

(D)

(F)

(G)

(H)

(I)

PROVINISPECIMENS

(E)

ATTUATORE:Spostamento massimo: +/-

125 mm,Forza massima: +/- 10 kN.

La CAMERA TERMICA è in grado di mantenere costante la temperatura a valori compresi tra -30 e 70°C.

OBIETTIVI DEI TEST SPERIMENTALI: Valutazione della variabilitàdi comportamento meccanico degli isolatori elastomerici armati con la temperatura dell’aria, la frequenza e l’ampiezza della deformazione ciclica a taglio impressa.

PROGRAMMA DI PROVE

TEST Coppia Couple

Temperat. (°C) Frequ. (Hz) Deform. a Taglio (%)

Shear Strain (%) Prelim. A, B, C & D 20 0.5 +/-100

A A -20 0.1 1 +/-10 +/-200 B B 0 0.1 1 +/-10 +/-200 C C 20 0.1 1 +/-10 +/-200 D D 40 0.1 1 +/-10 +/-200

Rottura Failure

A, B, C & D come A, B, C e D as A, B, C and D

0.1 1 +/-10 +/-Max

I test verranno effettuati su 4 coppie (denominate A, B,C ed E) di provini elastomerici a sezione circolare.

Prove su dispositivi elastomerici in camera termica (UNIBAS)

Freq. (Hz)

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,

Prove su dispositivi elastomerici grandi dimensioni (UNIBAS)

LABORATORIO DEL CRdC BENECON

ATTIVITA’: Messa a punto del sistema per prove su dispositivi per isolamento sismico

1000mm di corsa e 1000kN di carico in orizzontale

250 mm e 4000 kN in verticaleFrequenza 0.45 Hz, a 500mm di

corsa e 1000 kN di carico.


CARATTERISTICHE DEL SISTEMA

Sistema di prova per isolatori (UNINA_DL)

S2=6,15 S2=5,00 S2=4,00

S2=2,96S2=2,00

S2=1,51

Avanzamento attività:


ATTIVITA’: Task 3 - Campagna sperimentale su isolatori elastomerici

Task 1° sem. 2° sem. 3° sem. 4° sem. 5° sem. 6° sem. 3. Campagna di prove sperimentali

definizione delle caratteristiche prestazionali dei dispositivi

definizione di specifiche quantitative per caratteristiche prestazionali dei dispositivi

esecuzione campagna prove sperimentali

analisi risultati sperimentali

Valutazione critica, confronti e derivazione di indicazioni progettuali

Dispositivi progettati ed acquistati Messo a punto set up di prova

24 (4 x 6) isolatori elastomerici ∅400 – S1=20

Sistema di prova per isolatori (UNINA_DL)

Macchina di prova per dispositivi Macchina di prova per dispositivi monoassialimonoassiali[[progettazione congiunta progettazione congiunta UNINA e UNIPARTH]UNINA e UNIPARTH]

Prove su dispositivi passivi e semi-attivi (UNINA+ UNIPARTH)

Telaio Telaio autoequilibrato autoequilibrato ((attuatoreattuatore ITALSIGMA: 122 t in trazione e 45 t in compressione)ITALSIGMA: 122 t in trazione e 45 t in compressione)- consente corsa massima di 250 mm e frequenza massima di 5 Hz

Prototipi realizzati in Germania da Maurer & Sohne con fluidi magnetoreologici BASF

Prove su dispositivi semi-attivi (UNIPARTH+UNINA)

Macchina di prova per dispositivi Macchina di prova per dispositivi monoassialimonoassiali[[progettazione congiunta progettazione congiunta UNINA e UNIPARTH]UNINA e UNIPARTH]

Prove su dispositivi passivi e semi-attivi (UNINA)

Strumentazione per prove su dispositivi semi-attivi

Attrezzatura di acquisizione, processing ed attuazione dei segnali di controllo in real time (tempo complessivo di elaborazione < 1 ms)

AlimentatoriKepco da 200 Watt a 4 quadranti

Software LabViewReal Time

Gruppo di acquisizione-processing-controllo in real time National Instruments

Prova ad ampiezza crescente- ampiezza 1-2.5-5-7.5-10-12 (3 cicli)- rottura a=12mm – 2° ciclo

-30

-20

-10

0

10

20

30

-15 -10 -5 0 5 10 15

spostamenti (mm)

forz

e (k

N)

-30

-20

-10

0

10

20

30

-15 -10 -5 0 5 10 15

spostamenti (mm)

forz

e (k

N)

Prova ad ampiezza costante- ampiezza 10mm- rottura 3° ciclo

Modellazione- elasto-plastico incrudente

BRB – anima alluminio

-30

-20

-10

0

10

20

30

-15 -10 -5 0 5 10 15

spostamenti (mm)

forz

e (k

N)

HRB – Sperimentazione dispositivi (UNICAM)

MACCHINA DI PROVA PER I DISPOSITIVI Wire-RopeObiettivo: 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

Telaio di carico in composto saldato, dimensionato per un carico massimo al centro di 100 kN in condizioni dinamiche

Si intende accessoriare una macchina di prova disponibile presso l’U.R. (RPMTM: Resilient Padand Mat Testing Machine) per l’esecuzione di prove su dispositivi di tipo Wire Rope.

Attuatore idraulico a doppio effetto da 15 kN, corsa ± 70 mm e servovalvole Moog

Centralina oleodinamica da 50 lt/min, pressione di lavoro 210 bar e capacitàserbatoio 250 lt

Caratteristiche della macchina RPMTM:

CONFIGURAZIONE PER PROVE DI TAGLIO LONGITUDINALI

max

max max min min

min

asolaasola asolaasola

max

Dispositivo Wire-Rope

CONFIGURAZIONE PER PROVE DI TAGLIO TRASVERSALI

Piastra superiore della pressa

B) Piastra superiore interfaccia RPMTM

I) Bullone a testa esagonale e dado

cors

a di

spon

ibile

cors

a di

spon

ibile

C) Piastre laterali per prove a taglio

D) Piastra centrale per prove a taglio

F+G+H) Rondella dinamometrica e kit barra M6

N) Kit sensore di spostamento +morsetto

Piastra inferiore della pressa

A) Piastra inferiore interfaccia RPMTM

I) Bullone a testa esagonale e dadoE) Staffa

E) Staffa

L) Bullone a testa cilindrica e dado

asola

CONFIGURAZIONE PER PROVE DI COMPRESSIONE E TRAZIONE

Piastra inferiore della pressa

Piastra superiore della pressa

A) Piastra superiore interfaccia RPMTM

A) Piastra inferiore interfaccia RPMTM

B) Piastre per prove assiali



L) BULLONI A TESTA CILINDRICA E DADO

N.B.: Bulloneria dotata di rondelle antioppure di molle a tazza

E) Staffa

E) Staffa


Sistemi TMD/TLD passiviSistemi TMD/TLD passivi

Sottogruppo SG4 Sistemi passivi TMD/TLD

Obiettivi della ricerca 2° anno

Unità POLITO

Confronto soluzioni alternative TMD

Ingegnerizzazione di un sistema TMD a giardino pensile

Sistema bidirectional RPTMD

Prototipo di sistema ball absorber

Prototipo di giardino pensile oscillante

Unità UNISA

Studio efficacia e robustezza del sistema BI&TMD

Progetto di sistemi TMD in strutture asimmetriche

Realizzazione e identificazione di un sistema BI&TMD in piccola scala

Definizione di criteri generali di progetto

Sistemi TMD/TLD passivi (UNISA+POLITO)

L’Unità E5 si è occupata di valutare l’efficacia e la robustezza del sistema combinato BI&TMD

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%

La strategia di controllo sismico proposta si è dimostrata particolarmente robusta nei confronti delle proprietà delle eccitazioni in ingresso

UNISA

Robustezza ed efficacia BI&TMD (UNISA)

TMDAltro obiettivo dello studio èquello di indagare la possibilità di limitare gli effetti latero-torsionali in sistemi asimmetrici mediante l’impiego di un singolo dispositivo TMD (STMD) opportunamente progettato

Rapporto tra la massima risposta controllata e non al variare di eccentricità, periodo e massa del STMD

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%

UNISA

Caso dei sistemi isolati asimmetrici (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 fisso alla base

Sistema isolato alla base (particolare)

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

Modello sperimentale BI&TMD (UNISA)

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 confrontoAttraverso 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.

TMD per strutture a massa incerta (POLITO)

Attività 2: ingegnerizzazione di TMD a giardino pensileCentro 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 RPTMDRicorrendo alla meccanica non-olonomica di Appel, è perfezionato il modello analitico non-lineare 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.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

4

8

12

16

20

Tx1 (s)

Ay 1 (

m/s2 )

Applicazioni TMD su strutture a massa incerta (POLITO)

Attività 4: prototipo di ball absorber per il controllo di strutture flessibili assialsimmetriche soggette a sismaL’efficacia di una nuova tipologia di ball absorber èverificata 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 pendoloUn innovativo TMD bidirezionale a rollingpendolo 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.

Modelli sperimentali (POLITO)


Sistemi semiSistemi semi--attiviattivi

Criteri di scelta e progettazione – algoritmi di controllo

mf = 15.000 kg;mb = 250 kg;kf = 2.500 kN/m;kb = 1.500 kN/m;cf = 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-attivimagnetoreologici, è stata esaminata la maggiorparte 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 simulazioninumeriche di un sistema ad 1+1 gradi di libertà, rappresentativo della sperimentazione prevista

LQR ( ) ( )[ ]dd FFuiti ⋅−⋅= H max fxu &⋅×−= 51007,3

( ) [ ]fd xtFiti &⋅−⋅= )(HmaxIOC

( ) [ ]fd xtFiti &⋅−⋅= )(HmaxLYA

( ) [ ]fd xtFiti &⋅−⋅= )(HmaxEnergy

Scelta degli algoritmi di controllo (UNIPARTH)

EQUATION of the THREE-DIMENSIONAL MOTION with CONTROL ACTION

Control force

Damper force

Control force

Simulazione telaio JETPACS con controllo semiattivo (UNIVAQ)

EQUATION of the TRANSVERSAL MOTION

Quasi-static elongation

RHEOLOGICAL BEHAVIOUR of the MAGNETORHEOLOGICAL DAMPER

Bingham model Bouc-Wen model

cd

kd

υd

cd

fy

υd

Controllo semiattivo oscillazioni trasversali di cavi (UNIVAQ)

EXPERIMENTAL TESTS ON THE PASSIVELY CONTROLLED CABLE

Experimental Set-up LDNL - L’Aquila

Hosting frame structure

Rope section

Accelerometers

Acquisition board

Lord MR Damper RD 1097-1


FREE OSCILLATION TESTS

UndampedUndamped

DampedDamped

UndampedUndamped DampedDamped

•• ShiftShift of the 1of the 1stst frequencyfrequency (+36.69%)(+36.69%)

•• NegligibleNegligible dampingdamping augmentation augmentation ((fromfrom 1.30% 1.30% toto 1.35%)1.35%)

CASE A: LOW Tension (571N)

UndampedUndamped

DampedDamped

UndampedUndamped DampedDamped

•• NegligibleNegligible frequencyfrequency shiftshift

•• SignificantSignificant dampingdamping augmentationaugmentation((fromfrom 0.85% 0.85% toto 9.07%)9.07%)

CASE B: HIGH Tension (1476N)

ClampingClamping effecteffect of the of the damperdamper

No No ClampingClamping effecteffect


DESIGN OF SEMIACTIVE CONTROL

CLIPPED OPTIMAL CONTROL

VOLTAGE BASED DIRECT CONTROL


Grazie per Grazie per ll’’attenzioneattenzione!!

TECNOLOGIE PER L’ISOLAMENTO ED IL CONTROLLO DI … · V. Gattulli TASK 4 Sistemi integrati di...

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