Dissertations / Theses on the topic 'Dissipatore sismico'

L’Italia è un paese a pericolosità sismica medio-alta e il patrimonio edilizio esistente è costituito gran parte da edifici progettati in epoche in cui la normativa vigente non teneva conto dell’azione sismica. È necessaria una riqualificazione dal punto di vista sismico degli edifici esistenti per poter ridurre i crolli e danni conseguenti a fenomeni sismici. Gli attuali metodi di miglioramento sismico presentano alcuni svantaggi, tra cui l’elevato costo, i lunghi tempi di realizzazione e conseguente interruzione d’uso della struttura per lunghi periodi di tempo. Nel seguente elaborato di tesi viene sperimentato un sistema di retrofit strutturale costituito da pannelli CLT e dissipatori meccanici ad attrito, applicabile a edifici intelaiati in calcestruzzo armato progettati per i soli carichi verticali. Il sistema testato si propone come una tecnica di retrofit strutturale economica, di rapido montaggio e che non interrompa l’utilizzo della struttura. Per l’attività di sperimentazione si sono realizzati due telai in scala reale. Il primo è stato testato in campo elastico senza tamponamento e, successivamente, dotato di tamponatura e testato in campo elasto-plastico. Il secondo telaio dotato di tamponatura e di sistema di rinforzo strutturale viene testato in campo elasto-plastico. Vengono poi confrontati i risultati in termini di variazione di rigidezza, variazione di resistenza massima e variazione di capacità dissipativa. Oltre alle prove elencate vengono eseguite anche tutte le prove necessarie alla caratterizzazione meccanica dei materiali impiegati.

Scopo della tesi è progettare un sistema di connessione rigido ed iper resistente per l’utilizzo di dissipatori sismici applicati a pareti in CLT. A tal fine, sono state necessarie prove sperimentali che hanno riguardato l’ancoraggio piastra-pannello e simulazioni numeriche per lo studio della connessione innovativa. Il principio alla base della corretta progettazione è il criterio di gerarchia delle resistenze che permette di localizzare la rottura, sovradimensionando determinati elementi fragili e scarsamente dissipativi rispetto ad altri, duttili e dissipativi; in particolare, nel caso di connessione innovativa, l’elemento che deve rimanere in campo elastico e quindi con deformazioni minime, è la connessione chiodata tra la piastra e il pannello in CLT mentre l’elemento duttile è il dissipatore sismico che dovrà localizzare la dissipazione e quindi la rottura. Sulla base dei test sperimentali a carico ciclico precedentemente effettuati su un dissipatore sismico, è stato verificato il componente sovraresistente pannello-piastra. Per il calcolo dell’elemento rigido è stata condotta una campagna sperimentale in laboratorio, utilizzando provini rinforzati con due tipologie di resina, in corrispondenza dell’attacco con la piastra: epossidica ed IPN. Dopo aver individuato il rinforzo migliore in termini di rigidezza elastica, è stata progettata la piastra di collegamento in modo da soddisfare il criterio di gerarchia delle resistenze. Infine è stata fatta una modellazione numerica mediante programma agli elementi finiti, per analizzare il comportamento globale della connessione.

In seguito al sisma del 2018 che ha coinvolto la regione Emilia Romagna, si sono verificati numerosi danni alle costruzioni industriali ponendo l'attenzione sulla salvaguardia della vita ma anche sulla salvaguardia della continuità operativa. Obbiettivo dell'elaborato è quello di analizzare il comportamento strutturale di un edificio industriale, a seguito dell'inserimento di dispositivi dissipativi per le connessioni trave-pilastro e trave-tegolo, sottoposto ad accelerogrammi applicati a coppie e singolarmente. Inoltre, si è studiato come l'inserimento dei dispositivi porti ad una riduzione del taglio alla base.

Lo scopo di questo elaborato è contestualizzare la procedura di progetto per smorzatori viscosi "Direct Five Step Procedure" in un iter progettuale completo e differente a seconda se si tratti di nuova progettazione, o adeguamento sismico di un edificio esistente. Tale procedura, elaborata dal gruppo di ricerca dell'università di Bologna guidata dal Prof.Ing. Stefano Silvestri, è studiata nel dettaglio ed è stata integrata in modo da tenere conto della capacità duttile della struttura, in quanto originariamente predisposta a mantenere la struttura in campo elastico. Si presenta inoltre un confronto con la metodologia suggerita dal testo normativo americano illustrandone le differenze.

Nel presente elaborato si sono analizzate alcune metodologie per il miglioramento sismico dell'Istituto Ortopedico Rizzoli. In particolare sono state elaborate tre differenti soluzioni progettuali contemplanti i dispositivi di smorzamento viscoso. Le soluzioni si diversificano oltre che dal punto di vista applicativo, anche da quello teorico, in quanto gli smorzatori in una soluzione sono stati inseriti all'interno della costruzione stessa venendo quindi modellati in modo proporzionale alle masse di piano, nelle altre due soluzioni sono inseriti al di fuori della struttura, costituendo alcune torri esterne a complemento del progetto di miglioramento; in quest'ultimo caso i dispositivi vengono modellati proporzionalmente alle rigidezze laterali degli elementi verticali interpiano. Il dimensionamento degli smorzatori è stato effettuato seguendo i criteri proposti nella Five-Step Procedure proposta da Silvestri et al. nel 2010. Per ogni soluzione, si è redatto il corrispondente computo metrico estimativo al fine di confrontare i costi delle tre soluzioni.

L’elaborato di tesi si propone di investigare l’efficacia di differenti distribuzioni verticali e in pianta di dissipatori fluido-viscosi non-lineari inseriti nella struttura al fine di adeguarla sismicamente. Le differenti distribuzioni sono state applicate ad un telaio 3D in c.a. irregolare in pianta e caratterizzato da forti eccentricità fra i centri di massa e di rigidezza dei vari impalcati. In particolare, queste sono state applicate considerando due metodi di progettazione, ossia il metodo esteso e il metodo semplificato, i quali, rispettivamente, considerano o trascurano le eccentricità in pianta della struttura nella determinazione delle caratteristiche dei dissipatori fluido-viscosi. La valutazione di quest’ultime è stata eseguita considerando il superamento del limite elastico della struttura e la sua conseguente escursione in campo plastico. Al fine di verificare la validità del metodo di progettazione e l’efficacia delle varie distribuzioni considerate, sono state eseguite sulla struttura in esame una serie di analisi dinamiche non-lineari (o analisi di time-history) per le varie distribuzioni, tenendo in conto le non-linearità della struttura e dei dissipatori fluido-viscosi inseriti.

La risposta sismica degli edifici CLT è analizzata con lo scopo di valutare la correlazione tra la capacità dissipativa, rappresentata dal fattore di comportamento q, e la metodologia di costruzione, ovvero le proprietà geometriche dell'edificio ed il comportamento delle connessioni adottate. Questo studio presenta un modello numerico in grado di simulare la risposta dinamica di una parete a tre piani costituita da pannelli portanti a strati incrociati, nella quale sono state utilizzate connessioni innovative, rappresentate da staffe ad alta capacità dissipativa caratterizzate da una particolare forma ad "X": queste staffe sono resistenti a forze di trazione e a forze di taglio e sono state concepite per realizzare tutti i giunti sismici dell'edificio, con un tipo di collegamento unico in grado di massimizzare la capacità sismica di tutta la struttura, assicurando alta duttilità e comportamento allo schiacciamento trascurabile. Questa nuova connessione è stata studiata ed ottimizzata attraverso modellazione numerica; poi, il suo comportamento è stato convalidato attraverso test sperimentali. La connessione di tipo X-bracket, quando viene utilizzata per collegare pannelli CLT alle fondazioni, ai diaframmi, ai solai o anche reciprocamente, consente di raggiungere elevata dissipazione e duttilità anche quando vengono adottate grandi pareti in CLT senza giunzioni verticali. A tal proposito, è stata eseguita un'analisi dinamica incrementale su due diverse configurazioni della parete progettata, differenti per quantità di connessioni e per la presenza o meno di giunzioni verticali, allo scopo di valutare il valore del fattore di comportamento q, in funzione delle scelte progettuali e delle proprietà geometriche dell'edificio.

CHAPTER 1:FLUID-VISCOUS DAMPERS In this chapter the fluid-viscous dampers are introduced. The first section is focused on the technical characteristics of these devices, their mechanical behavior and the latest evolution of the technology whose they are equipped. In the second section we report the definitions and the guide lines about the design of these devices included in some international codes. In the third section the results of some experimental tests carried out by some authors on the response of these devices to external forces are discussed. On this purpose we report some technical schedules that are usually enclosed to the devices now available on the international market. In the third section we show also some analytic models proposed by various authors, which are able to describe efficiently the physical behavior of the fluid-viscous dampers. In the last section we propose some cases of application of these devices on existing structures and on new-construction structures. We show also some cases in which these devices have been revealed good for aims that lies outside the reduction of seismic actions on the structures. CHAPTER 2:DESIGN METHODS PROPOSED IN LITERATURE In this chapter the more widespread design methods proposed in literature for structures equipped by fluid-viscous dampers are introduced. In the first part the response of sdf systems in the case of harmonic external force is studied, in the last part the response in the case of random external force is discussed. In the first section the equations of motion in the case of an elastic-linear sdf system equipped with a non-linear fluid-viscous damper undergoing a harmonic force are introduced. This differential problem is analytically quite complex and it’s not possible to be solved in a closed form. Therefore some authors have proposed approximate solution methods. The more widespread methods are based on equivalence principles between a non-linear device and an equivalent linear one. Operating in this way it is possible to define an equivalent damping ratio and the problem becomes linear; the solution of the equivalent problem is well-known. In the following section two techniques of linearization, proposed by some authors in literature, are described: the first technique is based on the equivalence of the energy dissipated by the two devices and the second one is based on the equivalence of power consumption. After that we compare these two techniques by studying the response of a sdf system undergoing a harmonic force. By introducing the equivalent damping ratio we can write the equation of motion of the non-linear differential problem in an implicit form, by dividing, as usual, for the mass of the system. In this way, we get a reduction of the number of variables, by introducing the natural frequency of the system. The equation of motion written in this form has two important properties: the response is linear dependent on the amplitude of the external force and the response is dependent on the ratio of the frequency of the external harmonic force and the natural frequency of the system only, and not on their single values. All these considerations, in the last section, are extended to the case of a random external force. CHAPTER 3: DESIGN METHOD PROPOSED In this chapter the theoretical basis of the design method proposed are introduced. The need to propose a new design method for structures equipped with fluid-viscous dampers arises from the observation that the methods reported in literature are always iterative, because the response affects some parameters included in the equation of motion (such as the equivalent damping ratio). In the first section the dimensionless parameterε is introduced. This parameter has been obtained from the definition of equivalent damping ratio. The implicit form of the equation of motion is written by introducing the parameter ε, instead of the equivalent damping ratio. This new implicit equation of motions has not any terms affected by the response, so that once ε is known the response can be evaluated directly. In the second section it is discussed how the parameter ε affects some characteristics of the response: drift, velocity and base shear. All the results described till this point have been obtained by keeping the non-linearity of the behavior of the dampers. In order to get a linear formulation of the problem, that is possible to solve by using the well-known methods of the dynamics of structures, as we did before for the iterative methods by introducing the equivalent damping ratio, it is shown how the equivalent damping ratio can be evaluated from knowing the value of ε. Operating in this way, once the parameter ε is known, it is quite easy to estimate the equivalent damping ratio and to proceed with a classic linear analysis. In the last section it is shown how the parameter ε could be taken as reference for the evaluation of the convenience of using non-linear dampers instead of linear ones on the basis of the type of external force and the characteristics of the system. CHAPTER 4: MULTI-DEGREE OF FREEDOM SYSTEMS In this chapter the design methods of a elastic-linear mdf system equipped with non-linear fluidviscous dampers are introduced. It has already been shown that, in the sdf systems, the response of the structure can be evaluated through the estimation of the equivalent damping ratio (ξsd) assuming the behavior of the structure elastic-linear. We would to mention that some adjusting coefficients, to be applied to the equivalent damping ratio in order to consider the actual behavior of the structure (that is non-linear), have already been proposed in literature; such coefficients are usually expressed in terms of ductility, but their treatment is over the aims of this thesis and we does not go into further. The method usually proposed in literature is based on energy equivalence: even though this procedure has solid theoretical basis, it must necessary include some iterative process, because the expression of the equivalent damping ratio contains a term of the response. This procedure has been introduced primarily by Ramirez, Constantinou et al. in 2000. This procedure is reported in the first section and it is defined “Iterative Method”. Following the guide lines about sdf systems reported in the previous chapters, it is introduced a procedure for the assessment of the parameter ε in the case of mdf systems. Operating in this way the evaluation of the equivalent damping ratio (ξsd) can be done directly without implementing iterative processes. This procedure is defined “Direct Method” and it is reported in the second section. In the third section the two methods are analyzed by studying 4 cases of two moment-resisting steel frames undergoing real accelerogramms: the response of the system calculated by using the two methods is compared with the numerical response obtained from the software called SAP2000-NL, CSI product. In the last section a procedure to create spectra of the equivalent damping ratio, affected by the parameter ε and the natural period of the system for a fixed value of exponent α, starting from the elasticresponse spectra provided by any international code, is introduced.

E’ stato indagato il comportamento degli edifici equipaggiati con un sistema di protezione sismica passivo basato sull’utilizzo di dissipatori fluido viscosi non lineari. L’elaborato vede una prima parte nella quale si individuano i metodi per lo svolgimento dell’analisi di risposta sismica locale. La seconda parte si concentra sui metodi di protezione sismica degli edifici e in particolare sul controllo dello smorzamento con dissipatori fluido viscosi. Ne è stato studiato il comportamento meccanico e sono stati analizzati i criteri di progettazione ed integrazione all’interno del sistema strutturale. L’ultima parte della presente tesi, svolta in collaborazione con lo Studio Tassinari e Associati di Ravenna, raccoglie le elaborazioni ed i risultati ottenuti dall’applicazione degli aspetti presentati nelle precedenti parti alla progettazione dell’ampliamento previsto per il complesso ospedaliero di Maria Cecilia Hospital di Cotignola (RA) del Gruppo Villa Maria. E’ stato sviluppato il confronto in termini di danni attesi a seguito di sisma e di costo di realizzazione tra diverse strategie progettuali: con dissipatori, a comportamento dissipativo e a comportamento non dissipativo. I risultati ottenuti con i metodi di predimensionamento sono stati verificati attraverso analisi dinamiche non lineari con impiego di storie temporali, come previsto dalla normativa vigente. I risultati hanno fornito una soluzione strutturale con dissipazione aggiuntiva vantaggiosa dal punto di vista della sicurezza degli elementi strutturali e non strutturali, che comporta un investimento poco superiore alla soluzione tradizionale. Il vantaggio rilevante è che a seguito di sisma non sono previsti danni e plasticizzazioni agli elementi strutturali inoltre la riduzione delle accelerazioni e degli spostamenti ai quali si sottopone la costruzione permette di salvaguardare gli elementi non strutturali e, aspetto fondamentale nell’ambito di strutture sanitarie e di ricerca, i contenuti.

L'oggetto della tesi è la progettazione sismica delle sottostrutture di un viadotto. Vengono messe a punto e sviluppate quattro diverse soluzioni strutturali per spalle e pile del ponte al fine di redigere un confronto tra i costi delle sottostrutture. Viene preso in esame il caso di un viadotto reale, per il quale, assegnata la struttura di impalcato, vengono prospettate, analizzate (sia manualmente sia tramite modelli FEM) e verificate quattro alternative progettuali. La prima soluzione prevede l'incidenza dell'azione sismica longitudinale sulla spalla a vincoli fissi. La seconda strategia prevede l'utilizzo di dispositivi shock transmitters in grado di solidarizzare le pile e la spalla mobile con l'impalcato in caso di sisma. La terza soluzione è caratterizzata dall'impiego di isolatori elastomerici. La quarta soluzione rappresenta una variazione della prima, in cui vengono impiegati dissipatori viscosi per ridurre l'entità dell'azione sismica sulla spalla fissa. Ipotizzando prezzi tipici per i materiali e dispositivi impiegati, si giunge a definire il costo totale di ciascuna soluzione. Dal confronto emerge come la strategia isolata sia quella in grado di minimizzare il costo delle sottostrutture per l'opera in esame.

Nel primo capitolo verrà proposta una breve introduzione all'argomento della tesi illustrandone l’obiettivo finale e le principali metodologie di progettazione ad ora impiegate per le costruzioni in zona sismica. Nel secondo capitolo vengono descritti i principali di sistemi di dissipazione passivi attualmente presenti in commercio, illustrandone le principali caratteristiche. Nel terzo capitolo viene affrontato l’aspetto progettuale e di valutazione della risposta strutturale connesso all’applicazione dei dispositivi di dissipazione fluidoviscosi non lineari nell’ambito di strutture esistenti. Verranno pertanto presentate alcune delle procedure riportate in letteratura mirate ad affrontare differenti problematiche connesse all’utilizzo di dissipatori fluidoviscosi. Nel quarto e quinto capitolo verranno presentate alcune applicazioni della procedura proposta dall’MCEER, con riferimento rispettivamente ad oscillatori semplici e telai piani, al fine di valutare la risposta strutturale e dimensionare i dissipatori fluidoviscosi non lineari per un assegnato valore dell’indice di smorzamento. Inoltre sono state condotte analisi non lineari dinamiche per consentire un confronto con i parametri ottenuti applicando il metodo dello spettro di capacità. Nel sesto capitolo viene affrontata l’analisi di un edificio tridimensionale asimmetrico in pianta e dimensionato per soli carichi verticali. Tale capitolo costituisce il fulcro della tesi ed il principale obiettivo sarà quello di investigare l’effetto di differenti distribuzioni delle proprietà dei dissipatori fluidoviscosi non lineari, in pianta ed in altezza, sulle prestazioni della struttura. Nel settimo capitolo verranno riportate le principali considerazioni in merito ai risultati ottenuti al capitolo precedente, fornendo informazioni utili al fine di ottimizzare il dimensionamento di un sistema di dissipazione nel caso di una struttura tridimensionale asimmetrica in pianta.

Nel presente lavoro di tesi viene analizzato un sistema alternativo utile al raggiungimento della protezione sismica delle strutture. In particolare, invece di consentire alla struttura di subire deformazioni inelastiche sfruttando la propria duttilità strutturale per dissipare energia, si ricorre a sistemi di controllo passivi quali i dissipatori fluido viscosi e le loro configurazioni all’interno o all’esterno di un sistema strutturale per diminuire l’energia dissipata dalla sola struttura e ridurre la risposta sismica. Nei primi due capitoli vengono analizzati i sistemi per il controllo strutturale, da quello tradizionale basato su criteri di resistenza e duttilità a quelli passivi, fino ad arrivare a quelli attivi. Particolare attenzione viene rivolta alla comprensione del funzionamento e delle leggi che governano i dissipatori fluido viscosi. Nel terzo capitolo vengono studiati i metodi di analisi, i criteri di progettazione e modellazione dei dispositivi fluido viscosi per arrivare a dimensionare i dispositivi da inserire nel sistema strutturale. Inoltre vengono studiate le diverse configurazioni che possono assumere i dispositivi fluido viscosi all’interno o all’esterno di una struttura, valutandone i vantaggi e gli svantaggi. Una volta presa familiarizzazione col software di calcolo fem e delle analisi time history, nel capitolo quattro si valuta l’effetto delle diverse configurazioni interne o esterne dei dispositivi lineari e non lineari e la diversa distribuzione delle proprietà dei dispositivi lungo l’altezza della struttura di studio. Si procede con il valutare attraverso analisi dinamiche modali non lineari la risposta della struttura di studio priva di dispositivi e le risposte della struttura equipaggiata con diverse configurazioni di dispositivi, per poi confrontarle per arrivare a delle conclusioni in merito alla loro efficacia.

Il presente lavoro di tesi propone un nuovo tipo di collegamento hold-down per strutture CLT. A seguito di un’introduzione riguardante il materiale utilizzato e le possibili tipologie costruttive, si presentano i princìpi che stanno alla base del comportamento sismico di strutture costituite da pannelli CLT. Focalizzando l’attenzione sui collegamenti di tipo hold-down e confrontandosi con elementi attualmente in uso in tali strutture, viene proposto un nuovo collegamento fortemente dissipativo che presenterà la capacità di resistere a minimi spostamenti relativi in direzione orizzontale. Attraverso il calcolo e la modellazione agli elementi finiti si ottengono risultati che confermano le ipotesi e gli obiettivi di partenza, i quali vengono discussi criticamente evidenziando i vantaggi introdotti con l’hold-down oggetto di studio. Si riportano infine le tavole rappresentanti l’elemento.

Con il presente elaborato ci si pone l’obbiettivo di determinare le performance delle pareti prefabbricate in c.a. a cavi post-tesi. Questi sistemi nascono con lo scopo di ottenere un sistema sismo resistente che sia in grado di far fronte alla sollecitazione di progetto con limitati danneggiamenti e spostamenti residui. Questi obbiettivi vengono raggiunti inserendo nella parete dei cavi post-tesi; essi collegano la parete alla fondazione e ne consentono il meccanismo di “rocking”, ovvero l’oscillazione che prevede l’apertura e chiusura del giunto di base. In questo modo a danneggiarsi, in minima parte, sono solo gli spigoli di base sui quali la parete fa perno nell’oscillazione. Inoltre la presenza dei cavi, progettati per rimanere in campo elastico per la sollecitazione sismica di progetto, ricentra il sistema in seguito all’evento sismico minimizzando gli spostamenti residui. Questi sistemi però sono in grado di dissipare solo una piccola quantità di energia sismica e di conseguenza possono sperimentare elevati spostamenti. Per ovviare a questo problema si possono utilizzare dissipatori, ovvero dispositivi facilmente sostituibili che, aumentando l’energia dissipata, migliorano le performance del sistema. Basandosi sulle campagne di sperimentazione finora svolte sulle pareti a cavi post-tesi è stato possibile dimensionare uno di questi sistemi, modellarlo in un software agli elementi finiti e sottoporlo ad analisi dinamiche non lineari. La stessa cosa è stata fatta per una parete in c.a. tradizionale incastrata alla base, che è stata dimensionata seguendo le indicazioni della normativa vigente e sottoposta alle stesse analisi. È stato quindi possibile confrontare le pareti sulla base di parametri ingegneristici e in relazione ai diversi stati limite che caratterizzano la progettazione sismica.

L’obbiettivo della tesi è quello di andare a contestualizzare il metodo "Direct Five Step Procedure" (DFSP) per la progettazione di un sistema di dissipatori fluido-viscosi in un adeguamento/miglioramento sismico di un edificio esistente ed integrando la procedura tenendo conto della capacità duttile della struttura. Per fare ciò si è preso in esame un edificio esistente situato a L’Aquila caratterizzato da un rapporto C/D (capacità/domanda) intorno a 0.2-0.3 così da rendere necessario l’accoppiamento di dissipazione viscosa tramite smorzatori e di dissipazione isteretica attraverso il danneggiamento negli elementi strutturali (travi e pilastri). Imponendo come condizione η = ηξ * ηq (fattore di riduzione della risposta sismica costituito da due contributi: uno viscoso ed uno isteretico) ed utilizzando la DFSP per la progettazione degli smorzatori viscosi si è andato a studiare il comportamento della struttura tramite analisi dinamiche non lineari (come imposto da normativa), utilizzando diverse taglie di smorzatori e confrontando i fattori di riduzione di target e quelli ottenuti a valle delle analisi.