ANALISI DINAMICA DI STRUTTURE ISOLATE ALLA BASE Horae sito nuovo/9-Friction.pdf · 4 Isolamento sismico Le strutture tradizionali, a base fissa, hanno periodo principale T abbastanza

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ANALISI DINAMICA DI ANALISI DINAMICA DI STRUTTURE ISOLATE ALLA STRUTTURE ISOLATE ALLA

BASEBASE

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Isolamento sismicoNegli ultimi trent’anni l’ingegneria sismica ha compiuto notevoli progressi sviluppando moderne strategie di protezione sismica passiva, quale l’Isolamento Sismico

Queste strategie richiedono l’uso di particolari dispositivi che vengono inseriti negli edifici per modificarne la risposta complessiva sotto sisma e disaccoppiare il moto del suolo da quello della struttura

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Isolamento sismicoL’andamento dello spettro di risposta proposto dalle NTC ’08 dimostra che le accelerazioni spettrali Se possono essere drasticamente ridotte se si riesce ad aumentare notevolmente il periodo principale T della struttura

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Isolamento sismicoLe strutture tradizionali, a base fissa, hanno periodo principale T abbastanza bassi, che in genere ricadono nell’intervallo in cui l’accelerazione spettrale Se viene notevolmente amplificata

T

F0 ag

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Isolamento sismicoSe alla base si interpone, tra fondazione e struttura, un elemento molto deformabile in senso orizzontale il periodo cresce notevolmente e conseguentemente l’accelerazione si riduce a valori molto più bassi

T

F0 ag

TI

Se

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Isolamento sismicoL’efficacia del sistema di isolamento è tanto maggiore quanto più alto è il rapporto tra il periodo della struttura isolata e il periodo della struttura a base fissa

T

F0 ag

TI

Se

2.5 3ITT

= ÷

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Isolamento sismicoDi conseguenza strutture molto alte o in generale dotate periodo elevato non traggono grossi vantaggi dall’isolamento in termini di riduzione dell’accelerazione spettrale.

A fronte di una riduzione modesta dell’accelerazione spettrale, c’è il problema degli spostamenti che, risulterebbero troppo elevati. Con periodi superiori ai 3 secondi si potrebbero avere spostamenti tali da rendere inagibile il fabbricato; inoltre, i collegamenti verticali, scale e ascensori, condotte idriche, telefoniche, impianti in genere, diventerebbero ingestibili per fabbricati ad uso civile

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Isolamento sismicoStrutture a base fissa ed isolate: forme modali

Struttura a base fissa Struttura isolata

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Isolamento sismico


Strutture a base fissa ed isolate: spostamenti

160 mm34 mm

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Isolamento sismicoStrutture a base fissa ed isolate: accelerazioni


2.6 m/s213.0 m/s2

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Isolamento sismicoTipologie di isolatori: isolatori elastomerici

Sono costituiti da strati alterni di lamierini in acciaio e di elastomero, e possono avere all’interno un nucleo in piombo

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Isolamento sismico

Isolatore in gomma e piombo Isolatore in gomma

Tipologie di isolatori: isolatori elastomerici


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Isolamento sismico

Sono caratterizzati da ridotta rigidezza orizzontale, per garantire l'incremento del periodo proprio della struttura, ed elevata rigidezza verticale, per ridurre l'abbassamento sotto carico

Il nucleo in piombo ha lo scopo di limitare gli spostamenti elastici e conferire un’adeguata capacità dissipativa per diminuire ulteriormente l’energia in ingresso



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Isolamento sismico

Vanno utilizzati insieme ad elementi ad attrito (slitte) che garantiscono la rigidità orizzontale sotto azioni orizzontali modeste (vento)

Richiedono ispezioni periodiche per verificarne la funzionalità

Sono relativamente costosi

Dopo un evento sismico possono risultare danneggiati e/o presentare spostamenti residui. In questo caso è necessario la loro sostituzione ed il ricentraggio dell’edificio


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Isolamento sismico

Isolatore a curvatura semplice Isolatore a doppia curvatura

Sono costituiti da una coppia di superfici curve che scorrono l’una sull’altra

Tipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)

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Isolamento sismicoTipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)

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Isolamento sismico

Sfruttano la legge fisica del moto del pendolo per allungare il periodo naturale della struttura isolata

N

r

R

F

r

N

R

F

r


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Isolamento sismico


sgn( )NF u N ur

µ= + ˙

N

R

F

N R

F

Nµ

u

F

1 /N r


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Isolamento sismico


Il periodo è indipendente dalla massa della struttura, con notevole vantaggio nel caso di isolamento di edifici leggeri.


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Isolamento sismico

La forza di richiamo, e quindi la rigidezza orizzontale, dipende linearmente dallo sforzo assiale, e cioè dalla massa che compete al singolo isolatore. Ne segue che i baricentri di massa e rigidezza di piano risultano sempre coincidenti.

1 sgn( )sgn( ) ( ) ( )N uF u N u k u u k u Nr r u

µ µ = + = = + ˙

˙


Il periodo è indipendente dalla massa della struttura, con notevole vantaggio nel caso di isolamento di edifici leggeri.


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Isolamento sismico

Hanno la duplice funzione di dissipare energia per attrito e di generare la forza di richiamo per il ricentraggio della struttura attraverso l’azione della gravità

Non richiedono ispezioni periodiche per verificarne la funzionalità

Sono meno costosi degli isolatori elastomerici


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Isolamento sismico

Rigidezza equivalente Keff

Keff

NTC 2008: modellazione

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Isolamento sismico

Il comportamento del sistema di isolamento può essere modellato come lineare equivalente se sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni:

a) la rigidezza equivalente del sistema d’isolamento è almeno pari al 50% della rigidezza secante per cicli con spostamento pari al 20% dello spostamento di riferimento;b) lo smorzamento lineare equivalente del sistema di isolamento, come definito in precedenza, è inferiore al 30%;c) le caratteristiche forza-spostamento del sistema d’isolamento non variano di più del 10% per effetto di variazioni della velocità di deformazione, in un campo del ±30% intorno al valore di progetto, e dell’azione verticale sui dispositivi, nel campo di variabilità di progetto;d) l’incremento della forza nel sistema d’isolamento per spostamenti tra 0,5ddc e ddc, essendo ddc lo spostamento del centro di rigidezza dovuto all’azione sismica, è almeno pari al 2,5% del peso totale della sovrastruttura.

NTC 2008: modellazione

Isolamento sismico

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Isolamento sismico

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Isolamento sismico

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Isolamento sismico

Gli stati limite, ultimi e di esercizio, possono essere verificati mediante l’uso di accelerogrammi, o artificiali o simulati o naturali.

Capitolo 3.2.3.6 IMPIEGO DI ACCELEROGRAMMI

Gli accelerogrammi artificiali devono avere uno spettro di risposta elastico coerente con lo spettro di risposta adottato nella progettazione. (Spettrocompatibilità)

Nel caso di integrazione al passo delle equazioni del moto è necessario utilizzare accelerogrammi spettrocompatibili

NTC 2008: Nel caso in cui ameno un punto dei controlli del paragrafo 7.10.5.2 non è andato a buon fine bisogna attivare l'analisi dinamica non lineare

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Isolamento sismico


NTC 2008: analisi

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Isolamento sismico


NTC 2008: analisi

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Applicazione: struttura isolataModello: caratteristiche dinamicheStima periodo fondamentale sistema strutturale

Isolamento sismico

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Applicazione: struttura isolataModello: isolatori

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Isolamento sismico

Gli spostamenti orizzontali degli isolatori sono di notevole entità e quindi non sono trascurabili gli effetti P - δ

u N

N

M N uδ = ⋅

C.D.S. Win - OpenSees: effetto P - δ

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Isolamento sismico

Gli spostamenti orizzontali degli isolatori sono di notevole entità e quindi non sono trascurabili gli effetti P - δ

u N

N

M1

M2

M N uδ = ⋅

1 1 2 2;M M M Mδ δα α= =

1 2 1α α+ =

Isolatori elastomerici:1

2

0.50.5

αα

= =


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Isolamento sismico

N

N

N

N

Isolatori friction pendulum a semplice curvatura:

1

2

0.01.0

αα

= =

Isolatori friction pendulum a doppia curvatura:

1

2

0.50.5

αα

= =


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Applicazione: struttura isolataModello: isolatori

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