UN APPROCCIO SPEDITIVO PER LA LOCALIZZAZIONE DEL … · 2017. 3. 14. · UN APPROCCIO SPEDITIVO PER...
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UN APPROCCIO SPEDITIVO PER LA LOCALIZZAZIONE DEL DANNO SU STRUTTURE INTELAIATE IN
CEMENTO ARMATO
Autori:C. Iacovino, G. Auletta, R. Ditommaso, A. Mossucca, A. Nigro, D. Nigro, F.C. Ponzo
34° Convegno - Trieste - 17/19 novembre 2015
Scuola di Ingegneria, Università della Basilicata, Potenza
Valutazione delle caratteristiche dinamiche della struttura
Variazione nel tempo
- Valutazione del danno e della sua entità
- Valutazione scenari di danno
- Frequenza
- Deformata modale
- Smorzamento viscoso equivalente
Metodi Non-destructive Damage Evaluation (NDE)
(Rytter, 1993)
Structural Health Monitoring
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1° Livello: in grado di individuare la presenzadi un danno sulla struttura
2° Livello: in grado di individuare la posizionedel danno
3° Livello: in grado di localizzare e valutare l’entità del danno
4° Livello: in grado di individuare l’eventuale presenza del danno, stimarne l’entità e la posizione oltre a dare indicazioni circa l’impatto che il danneggiamento ha sulla struttura
(Rytter, 1993)
Structural Health Monitoring
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STEP 1: Valutazione della risposta strutturale in accelerazione all’ultimo livello
STEP 2: Definizione della matrice filtrante relativa al modo di vibrare considerato(tarata sul segnale registrato all’ultimo livello)
STEP 3: Convoluzione della matrice filtrante con la trasformata di Stockwell deisegnali registrati a tutti i livelli e lungo la stessa direzione
STEP 4: Determinazione della deformata modale nel tempo
Valutazione della curvatura modale
Descrizione della procedura di localizzazione
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STEP 1: Valutazione della risposta strutturale in accelerazione all’ultimo livello
Sensore
Descrizione della procedura di localizzazione
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STEP 2: Definizione della matrice filtrante relativa al modo di vibrare considerato(tarata sul segnale registrato all’ultimo livello)
Selezione manuale del modo fondamentale di vibrare
S5(τ,f)
Time (s)
Fre
quency (
Hz)
0 10 20 30 40 50 60 700
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Descrizione della procedura di localizzazione
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STEP 3: Convoluzione della matrice filtrante con la trasformata di Stockwell deisegnali registrati a tutti i livelli e lungo la stessa direzione
Accelerazioni ai vari livelli
Trasformata di Stockwellnormalizzata
Matrice filtrante
Tempo (s)
Fre
qu
enza
(H
z)
0 10 20 30 40 50 60 700
0.5
1
1.5
2
2.5
3
G (τ,f)
S5(τ,f)
S4(τ,f)
S3(τ,f)
S2(τ,f)
S1(τ,f)
S0(τ,f)
Convoluzione S(t,f)*G(t,f)0 10 20 30 40 50 60 70
-10
-5
0
5
10
AC
C. (m
/s2)
TEMPO (s)
FR
EQ
UE
NZ
A (
Hz)
0 10 20 30 40 50 60 700
1
2
3
Descrizione della procedura di localizzazione
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0 10 20 30 40 50 60 70-10
-5
0
5
10
AC
C. (m
/s2)
TEMPO (s)
FR
EQ
UE
NZ
A (
Hz)
0 10 20 30 40 50 60 700
1
2
3
STEP 4: Determinazione della deformata modale e della relativa curvatura neltempo
Driftmassimo
C – Istante Finale
A – Istante Iniziale
A B C
B – Istante Minima Frequenza
Descrizione della procedura di localizzazione
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Riflessioni critiche
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-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
-0.6
Acce
lera
tio
n (
g)
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
-0.6
Acce
lera
tio
n (
g)
Time (s)
Fre
qu
en
cy (
Hz)
0 10 20 30 40 50 600
2
4
6
8
10
Time (s)
Fre
qu
en
cy (
Hz)
0 10 20 30 40 50 600
2
4
6
8
10
Time-Frequency Responsein X (Wall) Direction
Time-Frequency Responsein Z (Frame) Direction
iniziale finale
minima
Riflessioni critiche
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iniziale
minima
finale
2 4 6 8 10 12 14
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
Tempo[sec]
Sposta
menti[m
]
Spostamento isolatore 25
Spostamento calcolato
Spostamenti ottenuti con sismosignal
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Riflessioni critiche
di / dy
Fi
/ F
y
F
0,1∙F
u3∙u10∙u50∙u
Struttura a 3 piani Struttura a 5 piani Struttura a 8 piani
Puntone Equivalente Legame F - u
Modello con TamponaturaInput Sismici
Suolo D
Suolo B
Struttura a 5 piani - pianta a L
Applicazione della procedura di localizzazione
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C – Istante FinaleA – Istante Iniziale B – Istante di Minima FrequenzaStruttura a 5 piani
Struttura a 5 piani tamponata
Risultati
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Struttura a 3 piani
Struttura a 8 piani
Struttura a 5 piani - pianta a L
Risultati
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Struttura a 5 piani
Struttura a 5 piani tamponata
Risultati
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ELEMENTO TRAVE
BARRE ALLUMINIOELEMENTO PILASTRO
SENSORI ACCELEROMETRICI POSEIDONTRASDUTTORI
POTENZIOMETRICI
Modello sperimentale a 5 piani in scala 1:15
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Curvatura modaleDeformata modale Drift assoluto Variazione curvatura
Risultati Sperimentali
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Risultati Sperimentali
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Attività in corso: ottimizzazione della procedura
Struttura a 5 piani Struttura a 5 piani tamponata
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Attività in corso: ottimizzazione della procedura
La curvatura modale e la differenza di curvatura tra i piani riescono a dareinformazioni sulla posizione del danno e quindi a localizzare, in modo veloceed intuitivo, il livello dove questo si è concentrato maggiormente a seguito diun evento sismico, a partire dal solo dato accelerometrico.
Conclusioni
Tale opportunità risulta di fondamentale importanza sia per comprenderemeglio i meccanismi di danneggiamento delle strutture durante gli eventisismici, sia per mettere in atto strategie di localizzazione del danno basatesulla variazione istantanea della curvatura modale.
Le peculiarità del metodo possono rivelarsi utili per monitorare un grannumero di strutture strategiche, valutare in tempo reale l’eventualedanneggiamento degli edifici in caso di eventi sismici importanti e contribuirealla determinazione degli scenari di danno.
La differenza di curvatura modale risulta ben correlata al drift di piano: ciòpone le basi per valutare l’indice di danno direttamente dalla differenza dicurvatura e associare tali parametri a una stima del danno atteso,distinguendo i danni non strutturali da quelli strutturali.
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Sviluppi futuri
Estendere lo studio ad una più ampia casistica di tipologie strutturali,mediante simulazioni numeriche, modelli sperimentali in scala esperimentazioni su strutture reali, al fine di validare la procedura proposta efornire stime del danneggiamento sempre più accurate, considerando anchel’interazione dinamica suolo – struttura.
Il parametro differenza di curvatura modale merita ulteriori studi in quantorisulta essere indicatore di una possibile propensione alla concentrazione dideformazione e, quindi, al danneggiamento.
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Ottimizzazione della procedura di localizzazione del danno, riducendo ilnumero di stazioni accelerometriche installate sulla struttura, al fine dicontenere gli oneri computazionali e, soprattutto, i costi.
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE