Approccio sistemico al progetto dei grandi ponti

FRANCO BONTEMPI 1
APPROCCIO SISTEMICO
AL PROGETTO DEI GRANDI PONTI
Franco Bontempi
Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
Facolta’ di Ingegneria – Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza
Via Eudossiana, 18 – 00184 ROMA
franco.bontempi@uniroma1.it - franco.bontempi@francobontempi.org
Ponti Strallati
e
Ponti Sospesi
Politecnico di Milano, 20-23 giugno 2006

FRANCO BONTEMPI 3
COMPLESSITA’
non linearita’
incertezze
interazioni

FRANCO BONTEMPI 4
Lineare Nonlineare
StrettaLasca
COMPLESSITA’ DI UN SISTEMA

FRANCO BONTEMPI 5
FACTORS INFLUENCING
STRUCTURAL COMPLEXITY
NON LINEAR
BEHAVIOR
LINEAR

FRANCO BONTEMPI 6
3300183 183777 627
960 3300 m 810
+77.00 m
+383.00 +383.00
+54.00
+118.00
+52.00 +63.00
3300183 183777 627
960 3300 m 810
+77.00 m
+383.00 +383.00
+54.00
+118.00
+52.00 +63.00
Dispositivi di Dissipazione
Comportamento del Suolo
Non Linearità di Materiale
Interfaccia Suolo-Struttura Non Linearità di Contatto
Pendini
Torri
Cavi Principali
Non Linearità Geometrica
NON LINEARITA’

FRANCO BONTEMPI 7
FACTORS INFLUENCING
LOW
AMBIGUITY
UNCERTAINTY
HIGH
NON LINEAR
BEHAVIOR
LINEAR

FRANCO BONTEMPI 8
3300183 183777 627
960 3300 m 810
+77.00 m
+383.00 +383.00
+54.00
+118.00
+52.00 +63.00
3300183 183777 627
960 3300 m 810
+77.00 m
+383.00 +383.00
+54.00
+118.00
+52.00 +63.00
Incertezze legate al modello strutturale
Incertezze legate alla modellazione dei carichi
Incertezze legate alla geometria ed ai materiali
INCERTEZZE

FRANCO BONTEMPI 9
FACTORS INFLUENCING
LOW
AMBIGUITY
UNCERTAINTY
HIGH
TIGHT
COUPLING
INTERACTIONS
CONNECTIONS
LOOSE
NON LINEAR
BEHAVIOR
LINEAR

FRANCO BONTEMPI 10
3300183 183777 627
960 3300 m 810
+77.00 m
+383.00 +383.00
+54.00
+118.00
+52.00 +63.00
Interazione Struttura - Traffico
Interazione Struttura - Vento
Interazione Struttura - Terreno
INTERAZIONI

FRANCO BONTEMPI 11
LIVELLO GLOBALE
3300 m
livello locale
200 m
N.B. 1 - EFFETTO SCALA

FRANCO BONTEMPI 12
HUMANWARESOFTWARE
HARDWARE
PROGETTO
COSTRUZIONE
(MATERIALI – COMPONENTI)
COMPORTAMENTO
UMANO
N.B. 2

FRANCO BONTEMPI 13
STRUCTURAL
QUALITY
- design life
- railway
runability
- highway
runability
- free channel
- robustness
- durability
- management
GLOBAL
GEOMETRY
AND
TOPOLOGY
TOPOLOGY
- suspension system
- towers
- towers foundation
- anchor system
- main deck
- deck landing
- ...
GLOBAL GEOMETRY
- main span
- sx span
- dx span
SECTIONAL GEOMETRY
- continuous girder sections
- transverse section
- main cables
- hangers
- towers
- secondary elements
MATERIALS
CHARACTERISTICS
- girders
- cables
SYNTHESIS OF
STRUCTURAL
SOLUTION
AND
DOCUMENTATION
BOUNDARY
CONDITIONS
CONSTRAINTS:
rigid and elastic
constraints,
imposed
displacements
NATURAL
ACTIONS
- temperature
- wind
- earthquake
ANTROPIC
ACTIONS
a) permanent
loading
system
b) variable
- railway
- highway
c) accidental
CONVENTIONALMODELING:
QUASISTATICREPRESENTATION
BASIC STRUCTURAL
CONFIGURATION
PARAMETERS
- individuation
- definition
- uncertainty
- description
- bounding
GLOBAL
MODELING
- 2D
- 3D
MODELING WITH
DYNAMIC INTERACTION
ALTERNATIVE STRUCTURAL
CONFIGURATIONS
GLOBAL
OPTIMIZATION
- topology
- morphology
- parametric
LOCAL
OPTIMIZATION
- girders section
- transverse
section
- restraint zone
EXPERT AND
FIXED CHOICES
MEASURES
a) qualitative
b) materials volumes
c) serviceability
- modal characteristics
- deflections
- deformations
- reversibility
d) collapse scenarios
- collapse characteristics
- robustness
e) accidental scenarios
- configurations
- risks
DETAILED
MODELING
EXTENDED
MODELING
1
2 3
4
5
6
7
Numerical Modeling for the
Structural Analysis and Design of
MESSINA STRAIT BRIDGE:
subdivision and development of activities.
FB - june 6, 2005 / franco.bontempi@uniroma1.it

FRANCO BONTEMPI 14
Qualita’ISO 9000…
Codici Etici…
N.B. 3

FRANCO BONTEMPI 15
COMPLEXITY exists when there are many different parts that are
strictly connected; moreover the way the elements are aggregated should
not be reducible to a regular scheme
COMPLEXUS = “entwined”, “twisted together”
DUALITY between parts
that are at the same time
DISTINCT
CONNECTED
a Systemic Approach permits to consider both the
components and their relationship

FRANCO BONTEMPI 16
APPROCCIO SISTEMICO
come affrontare la
complessita’

FRANCO BONTEMPI 17
ELEMENTI E COMPONENTI
STRUTTURALI
ORGANIZZAZIONE
Le relazioni stabili di funzione, funzionalità
e topologia che danno significato agli
elementi indipendentemente dalla loro specificità.
STRUTTURA
Elementi specifici che tramite le relazioni
strutturali formano una configurazione persistente nel
tempo
SISTEMA
Struttura durevole di elementi organizzati, che
viene osservata come unità che presenta
caratteristiche emergenti.

FRANCO BONTEMPI 18
PROCESSO
DECISIONALE
RISTRUTTURAZIONE E NEGOZIAZIONE PROBLEMA
PROCESSO DI NEGOZIAZIONE
E SPAZIO DECISIONALE
3300183 183777 627
960 3300 m 810
+77.00 m
+383.00 +383.00
+54.00
+118.00
+52.00 +63.00
AMBIENTE ATMOSFERICO
(AZIONI DEL VENTO E VARIAZIONI TERMICHE)
AMBIENTE TERRESTRE
(SPOSATEMENTI IMPRESSI E SISMA)
AZIONIANTROPICHE
(CARICHISTRADALIEFERROVIARI)
ENVIRONMENT DI PROGETTO
(SCENARI DI CONTINGENZA)
MODELLO
RISPOSTASTRUTTURALE
EANALISIPRESTAZIONALEQUADRO
PRESTAZIONI

FRANCO BONTEMPI 19
strategie
come pensare ed operare

FRANCO BONTEMPI 20
# 1 – SCOMPOSIZIONE:
visione olistica e gerarchica
x
x
x
x
Fault
Fault
Fault
Fault
Overall plant
1st level
Plant item
2nd level
Control loop
3rd level
Element/Component
4th level
Definizione delle
operazioni di dettaglio
passo-passo
Definizioni delle
funzioni principali e
delle loro relazioni

FRANCO BONTEMPI 21
# 2 – CONVERGENZA:
approccio costruttivo e storico
consapevolezza del problema
modelli / tempo
soluzione

FRANCO BONTEMPI 22
# 3 - SENSITIVITA’:
cosa e’ importante – cosa cambia
passo
esplorativo
elementare

FRANCO BONTEMPI 23
N.B. 1
Esplorazione:
Testo Unitario
DM. 14 settembre 2005

FRANCO BONTEMPI 24
# 4 – DELIMITAZIONE:
governance della complessita’
indipendenza
dalle ipotesi e
dalle assunzioni

FRANCO BONTEMPI 25p

(p)
MOLTIPLICATORE  COME FUNZIONE DEL
GENERICO PARAMETRO STRUTTURALE p
N.B. 2

FRANCO BONTEMPI 26
INCERTEZZA DEL MOLTIPLICATORE DELLO
STATO LIMITE  COME FUNZIONE DELLA
INCERTEZZA DEL PARAMETRO STRUTTURALE p
p


FRANCO BONTEMPI 27
INTERVALLO DI RISPOSTA COME SOLUZIONE DI
UN PROBLEMA DI (ANTI) OTTIMIZZAZIONE
• Il problema di determinare l’intervallo della risposta puo’
essere convenientemente formulato come un problema di
ottimizzazione, in cui la funzione da ottimizzare e’ proprio
l’ampiezza dell’intervallo stesso.
• Nel caso generale in cui si abbiano n parametri indipendenti
p, riassunti nel vettore
T
nppp ]...[ 21=x , e sianno
assegnati m stati limite, si possono introdurre le seguenti
funzioni obiettivo:
( )=
−=
m
i
iiF
1
min,max,)( x ( )=
−=
m
i
iniF
1
min,om,)( x
• La soluzione x del problema di ottimizzazione, rispettosa dei
vincoli maxmin xxx  , puo’ essere ottenuta
efficacemente attraverso algoritmi genetici.

FRANCO BONTEMPI 28
SCENARI DI CONTINGENZA
• Carico ferroviario
– 2 binari: #2 + #2
• Carico stradale
– 4 corsie:
#3 +#3+#3+#3
• Azione vento
– #3
• Totale variabili per
definire lo scenario:
– #18
LUNGHEZZA IMPALCATO
TRENO
POSIZIONE TESTA
TRENO
LUNGHEZZA COLONNAINIZIO COLONNA
FINE COLONNA
LUNGHEZZA IMPALCATO
INIZIO ZONA VENTO
LUNGHEZZA ZONA VENTO
LUNGHEZZA IMPALCATO
FINE ZONA VENTO
ANGOLO DI
INCLINAZIONE

FRANCO BONTEMPI 29
# 5 – RIDONDANZA:
raddoppio di marcatura
Super
Controllore
Problema Risultato
Solutore #1
Solutore #2
Voting System
Indipendent review

FRANCO BONTEMPI 30
Utilizzo di vari codici di calcolo
differenti configurazioni strutturali
specificita’ della modellazione
N.B. 1

FRANCO BONTEMPI 31
dependability
grado di confidenza nei
confronti delle prestazioni
di un sistema

FRANCO BONTEMPI 32
DEPENDABILITY
ROBUSTNESS
SECURITY: 9/11
naturale/colposo
doloso

FRANCO BONTEMPI 33
LCHP vs. HCLP Accidents
Eventi Frequenti con
Conseguenze Limitate
Eventi Rari con
Conseguenze Elevate
Stochastic
Complexity
Deterministic
Analysis
Methods
Stochastic
Complexity
Deterministic
Analysis
Methods
Qualitative
Analysis
Quantitative/Probabilistic
Analysis
Pragmatic
Risk
Scenarios

FRANCO BONTEMPI 34
LOCAL BEHAVIORS
HIDDEN DEFECTS
EXCEPTIONAL CONDITIONS
IN-DEPTH SAFETY
PSYCHOLOGICAL
PRECURSORS
SAFETY
AFFECTING
ACTIONS
HIDDEN ERRORS AT HIGHER
MANAGEMENT LEVELS
FAILURE
System vulnerability: Firewalls

FRANCO BONTEMPI 35
HAZARD
IN-DEPTH
DEFENCE
HOLES DUE TO
ACTIVE ERRORS
HOLES DUE TO
HIDDEN ERRORS
Hazard incursion: Synchronicity

FRANCO BONTEMPI 36
MAIN
STRUCTURAL
SYSTEM
AUXILIARY
STRUCTURAL
SYSTEM
SECONDARY
STRUCTURAL
SYSTEM
SPECIAL
DECK ZONES
BRIDGE
DECK
HIGHWAY SYSTEM
RAILWAY SYSTEM
OPERATION
MAINTENANCE
EMERGENCY
FOUNDATION OF TOWERS
TOWERS
ANCHORAGES
SUPPORTING
CONDITION
HIGHWAY BOX-GIRDER
CROSS BOX-GIRDER
RAILWAY BOX-GIRDER
INNER
OUTER
BRIDGE
SUPERSTRUCTURE
MACRO-LEVELS
MESO-LEVELS
MAIN CABLES
HANGERS
SUSPENSION
SYSTEM
SADDLES
FMEA
Failure Modes and Effects Analysis
For identifying the consequences of the
failure of a structural element.

FRANCO BONTEMPI 37
Variabile X
Valutazione
prestazionale
Limite
Prestazionale 1
Limite
Prestazionale 3
Limite
Prestazionale 2
Livello
Prestazionale
inaccettabile
Liv. Prest.
L1
Liv. Prest.
L2
Liv. Prest.
L3
Frequente
Domanda
prestazionale
Rara
Eccezionale
I II III
Limite
Prestazionale 0
Passo PassoPasso
Definizione degli
SCENARI DI
CARICO
per lo studio della
prestazione in
esame
Richiesta
prestazionale
Concessionaria per la progettazione, realizzazione e gestione del collegamento stabile tra la Sicilia e il Continente
Organismo di Diritto Pubblico
(Legge n° 1158 del 17 dicembre 1971, modificata dal D.Lgs n° 114 del 24 aprile 2003)
PONTE SULLO STRETTO DI MESSINA
Documento principale: INGEGNERIA – PROGETTAZIONE
DEFINITIVA ED ESECUTIVA
Titolo documento: Fondamenti Progettuali e Prestazioni Attese
per l’Opera d’Attraversamento
Codice documento: GCG.F.04.01
Data Emissione: 14 Gennaio 2005
MODEL
PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE

FRANCO BONTEMPI 38
PERFORMANCE ROBUSTNESS
QUALITY
DAMAGE or ERROR
REQUIRED
PERFORMANCE
NOMINAL
PERFORMANCE
NOMINAL SITUATION

FRANCO BONTEMPI 39
#1 CONTINUITA’

FRANCO BONTEMPI 40
#2 COMPARTIMENTAZIONE

FRANCO BONTEMPI 41
In particolare, secondo quanto stabilito nelle norme specifiche per le varie tipologie
strutturali, strutture ed elementi strutturali devono soddisfare i seguenti requisiti:
- sicurezza nei confronti di stati limite ultimi (SLU): crolli, perdite di equilibrio e
dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l’incolumità delle persone
ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali e
sociali,ovvero mettere fuori servizio l’opera;
- sicurezza nei confronti di stati limite dei esercizio(SLE): tutti i requisiti atti a
garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio;
- robustezza nei confronti di azioni accidentali: capacità di evitare danni
sproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti quali incendio, esplosioni, urti
o conseguenze di errori umani.
Il superamento di uno stato limite ultimo ha carattere irreversibile e si definisce
“collasso strutturale”.
Robustezza:
Testo Unitario
DM. 14 settembre 2005
N.B. 1

FRANCO BONTEMPI 42
N.B. 2
Oltre alle azioni accidentali definite al Paragrafo 5.4, dovrà essere considerato lo scenario di
contingenza che prevede, nella posizione più sfavorevole, il collasso della sospensione di
un’estremità di un trasverso. L’analisi deve essere condotta in campo dinamico, ipotizzando
una rottura istantanea dei pendini stessi.
Oltre alle azioni accidentali definite al Paragrafo 5.4, dovrà essere considerato lo scenario di
contingenza che prevede, nella posizione più sfavorevole, il collasso di un trasverso e dei
componenti di impalcato corrente ad esso collegati: l’analisi deve essere condotta in campo
dinamico, ipotizzando, quindi, un repentino distacco di una porzione di impalcato di
lunghezza complessiva pari a 60 m.
Il progetto e la costruzione dell’Opera di Attraversamento devono essere sviluppati in modo da:
▪ garantire sicurezza e qualità funzionale per la vita utile prevista (Sicurezza strutturale e
Funzionalità);
▪ contenere, o in ogni caso non esaltare, gli effetti indotti da disturbi esterni (quali condizioni
contingenti ambientali naturali ed antropiche) o disturbi interni (come alterazione dei
materiali, dei componenti e variabilità dei processi produttivi e di assemblaggio), anche
grazie ad intrinseche caratteristiche di duttilità a livello di materiale, di componente e di
sistema (Robustezza strutturale);
▪ perseguire una configurazione strutturale idonea ai fini:
o dell’ispezionabilità, in modo da favorire il monitoraggio, la rilevazione e
l’identificazione immediata di eventuali mancanze o difetti;
o della manutenibilità e della sostituibilità degli elementi strutturali, in processi di
manutenzione ordinaria e straordinaria.
Concessionaria per la progettazione, realizzazione e gestione del collegamento stabile tra la Sicilia e il Continente
Organismo di Diritto Pubblico
(Legge n° 1158 del 17 dicembre 1971, modificata dal D.Lgs n° 114 del 24 aprile 2003)
PONTE SULLO STRETTO DI MESSINA
Documento principale: INGEGNERIA – PROGETTAZIONE
DEFINITIVA ED ESECUTIVA
Titolo documento: Fondamenti Progettuali e Prestazioni Attese
per l’Opera d’Attraversamento
Codice documento: GCG.F.04.01
Data Emissione: 14 Gennaio 2005
gen.
S.L.U.
S.L.I.S.

FRANCO BONTEMPI 43
SCOMPOSIZIONE
STRUTTURALE
descrizione
sistemica dell’oggetto

FRANCO BONTEMPI 44
output
O(t)
decisioni
per l'analisi o la sintesi
del sistema reale
environment
E(t)
input
I(t)
modello del
sistema reale
S(t)
parametri
P(t)
S(t) = struttura del modello:
- analitica;
- numerica;
- algoritmica.
P(t) = parametri che entrano
nella struttura del modello.
contesto
- Normative;
- Qualita';
- One off / mass production;
- Progettazione evolutiva o
innovativa.

FRANCO BONTEMPI 45
MICROLIVELLO
variabili
MACROLIVELLOMESOLIVELLO
ELEMENTO
COMPONENTE
SOTTO
STRUTTURA
STRUTTURA
SISTEMA
STRUTTURALE
PONTE
Il MACROLIVELLO, che comprende il Ponte nella sua
globalità e i sistemi strutturali;
Il MESOLIVELLO, che include le diverse strutture e
sottostrutture che compongono il sistema strutturale;
Il MICROLIVELLO, nel quale vengono descritti i
componenti delle sottostrutture e i rispettivi elementi
costituenti.
Per ciascun livello devono essere poi identificate e
definite le variabili di progetto.
Il complesso sistema strutturale deve essere scomposto,
ovvero sottostrutturato, in livelli crescenti di dettaglio:
Scomposizione Strutturale

FRANCO BONTEMPI 46
SISTEMA
STRUTTURALE
PRINCIPALE
ZONE SPECIALI DI
IMPALCATO
SISTEMA DI
RITEGNO/SOSTEGNO
SISTEMA
STRUTTURALE
SECONDARIO
SISTEMA DI
SOSPENSIONE
IMPALCATO
CORRENTE
FONDAZIONI DELLE TORRI
ANCORAGGI
TORRI
SELLE
CAVI PRINCIPALI
PENDINI
CASSONI STRADALI
CASSONE FERROVIARIO
TRAVERSO
INTERNE
TERMINALI
SISTEMA STRUTTURALE
AUSILIARIO
STRADALE
FERROVIARIO
FUNZIONAMENTO
MANUTENZIONE
EMERGENZA
PONTE
MACROLIVELLO
MESOLIVELLO

FRANCO BONTEMPI 47
Individuazione delle
VARIABILI di progetto
per ciascun elemento
Individuazione degli
ELEMENTI
per ciascun componente
Individuazione dei
COMPONENTI
di ciascuna sottostruttura
SOTTOSTRUTTURAZIONE
del sistema globale
per lo studio di dettaglio
delle singole prestazioni
SISTEMA DI
RITEGNO/SOSTEGNO
FONDAZIONI DELLE TORRI
ANCORAGGI
TORRI

FRANCO BONTEMPI 48
Rappresentazione ipertestuale:
modellazione ad oggetti
e rappresentazione ad albero
del problema strutturale
Leggibilita’ del modello con facilita’ di debugging e manutenzione

FRANCO BONTEMPI 51
Criterio meccanico: B-D regions
(c)
struttura

FRANCO BONTEMPI 52
L'analisi di un sistema strutturale complesso difficilmente puo'
essere condotto in un'unica fase. All'interno della struttura
sono infatti presenti, generalmente, due classi di regioni, che
presentano comportamenti meccanici qualitativamente
differenti. Si possono infatti individuare le cosiddette:
• B-REGIONS: regioni dove lo stato di sforzo e' conseguente
ad un regime deformativo semplice (con andamenti lineari);
la lettera B deriva da Bernoulli, che individuo' insieme a
Navier l'ipotesi sul comportamento delle sezioni delle travi
che ruotano, restando piane;
• D-REGIONS: regioni dove l'assenza di una cinematica
semplice, comporta stati di sforzo comunque complessi; si
hanno quindi regioni genericamente sedi di stati di sforzo
diffusivi, da cui deriva la lettera D.

FRANCO BONTEMPI 54
ZONE NODALI
ZONE DIFFUSIVE

FRANCO BONTEMPI 55
Criterio funzionale: criticita’
Sistemastrutturale

FRANCO BONTEMPI 56
Ai differenti livelli strutturali sono associati differenti requisiti di affidabilità in termini di
prestazioni di sicurezza, durabilità e funzionalità, e livelli differenziati di intensità delle azioni
applicate.
Riguardo alle situazioni di crisi strutturale, tale scomposizione permette di ordinare in sequenza
i singoli comportamenti critici, in funzione della pericolosità del meccanismo di collasso
conseguente.
In relazione alla funzione strutturale svolta, ai livelli di sicurezza richiesti ed alla riparabilità, le
strutture e sotto-strutture vengono distinte in:
1. Componenti Primari (C1), critici, non riparabili o la cui riparabilità presume la protratta messa
fuori servizio del Ponte;
2. Componenti Secondari (C2), riparabili, eventualmente con limitazioni all’esercizio del Ponte.

FRANCO BONTEMPI 57
Macrolivello Mesolivello
Sistemi
strutturali
Strutture Sottostrutture
Componenti
Primari
(C1)
Componenti
Secondari
(C2)
Fondazioni delle torri X
Ancoraggi X
Sistema di ritegno e
sostegno
Torri X
Selle XSistema di sospensione
principale Cavi principali X
Sistema dei pendini XSistema di sospensione
secondario Pendino singolo
(1)
X
Trasverso X
Cassone ferroviario XImpalcato corrente
Cassoni stradali X
Zone terminali e
giunti di espansione
X
Principale
Zone speciali di impalcato
Prossimità torri e
dispositivi di ritegno
X
Stradale X
Secondario
Ferroviario X
Funzionamento X
Manutenzione XAusiliario
Emergenza X
(1) Pendino: insieme di cavi verticali che sostengono ad ogni estremità ciascun trasverso di impalcato.
I

FRANCO BONTEMPI 58
MAIN
STRUCTURAL
SYSTEM
AUXILIARY
STRUCTURAL
SYSTEM
SECONDARY
STRUCTURAL
SYSTEM
SPECIAL
DECK ZONES
BRIDGE
DECK
HIGHWAY SYSTEM
RAILWAY SYSTEM
OPERATION
MAINTENANCE
EMERGENCY
FOUNDATION OF TOWERS
TOWERS
ANCHORAGES
SUPPORTING
CONDITION
HIGHWAY BOX-GIRDER
CROSS BOX-GIRDER
RAILWAY BOX-GIRDER
INNER
OUTER
BRIDGE
SUPERSTRUCTURE
MACRO-LEVELS
MESO-LEVELS
MAIN CABLES
HANGERS
SUSPENSION
SYSTEM
SADDLES
STRUCTURAL DECOMPOSITION

FRANCO BONTEMPI 61
N.B. 1 modellazione per le verifiche di fatica

FRANCO BONTEMPI 68
APPROCCIO
SISTEMICO
• #1 SCOMPOSIZIONE
• #2 CONVERGENZA
• #3 SENSIBILITA’
• #4 DELIMITAZIONE
• #5 RIDONDANZA

FRANCO BONTEMPI 70
Modellazione
dell’impalcato

FRANCO BONTEMPI 71
deck arrangement

FRANCO BONTEMPI 72
deck arrangement

FRANCO BONTEMPI 73
highway girder section

FRANCO BONTEMPI 74
railway girder section

FRANCO BONTEMPI 76
transverse element section

FRANCO BONTEMPI 89
Modellazione parametrica
macro6.mac Crea prolungamenti cassoni stradali all'interno del traverso.
macro4.mac Crea contorno esterno e rib del cassone ferroviario. Sezione rettangolare.
Crea aree apposite per l'attacco dei pendini
Crea rotaie sul cassone ferroviario e sul prolungamento all'interno del traverso
Crea rib traverso
macro11.mac
macro10.mac
Sequenza macro MODELLO TOTALMENTE PARAMETRICO
DEFINITIVE
Nome macro Descrizione operazioni
macro0.mac Definisce le caratteristiche del materiale, gli spessori utilizzati ed il tipo di elementi
Crea prolungamenti cassone ferroviario all'interno del traverso.
Crea contorno esterno e rib del cassone stradale destro. Sezione trapezoidale non
simmetrica
macro9.mac
macro7.mac
macro8.mac
Crea aree longitudinali, setti longitudinali e parte mancante del contorno esterno del
traverso.
macro12.mac crea traverso di chiusura
macro13.mac Copia moduli campate
Crea setti longitudinali e setti trasversali del cassone stradale destro
macro5.mac Crea setti longitudinali e trasversali del cassone ferroviario.
macro3.mac Crea secondo cassone stradale
macro1.mac
macro2.mac
N.B.

FRANCO BONTEMPI 90
Modello totalmente parametrico g (kg/m3
) 7833
Cassone stradale p.p. (t/m) Cassone ferroviario p.p. (t/m)
Parametri Simbolo Valori assegnati Lato superiore 1.43 Lato superiore 0.603 Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnati
lunghezza cassoni in campata lung 26 a1 0.19739556 Lato inferiore 1.25 Lato inferiore 0.603 distanza cassoni stradali dist 23.5 larghezza lato inclinato D 4 a2 arctg(C/D) numero elementi mesh linee costruzione NL 4 a1 0.19739556 altezza lato dritto traverso B 1.25
altezza lato dritto interno CS B 1 cos(a1) 0.980580676 Lati verticali 0.25 Lati verticali 0.564 lunghezza cassoni lung 26 dimensione mesh longitudinale dim 1 cosa2 dimensione mesh longitudinale dim 1 cosa1 0.980580676 larghezza attacco pendini larg 1.25
larghezza lato inclinato interno CS D 3.25 sen(a1) 0.196116135 Rib superiori 0.54 Rib superiori 0.056 altezza lato dritto B 2.25 distanza cassoni stradali dist 23.5 sena2 larghezza òato inclinato traverso G 16.25 sena1 0.196116135 profondità traverso D 4
altezza lato dritto esterno CS E 1.25 lFG 5.099019512 lunghezza lato inclinato esterno Rib altri lati 0.13 Rib altri lati 0.085 altezza lato inclinato C 0 Variabili interne Simbolo Valori assegnati lCD Ds/cosa2 lunghezza lato inclinato interno posizione setto centrale T 2.875 l 11.4727939 lunghezza lato inclinato esterno dimensione mesh longitudinale traverso dim 1
altezza lato inclinato esterno CS F 1 Dl1 0.849836585 lungh. Elementi lato inclinato esterno Setti longitudinali 0.35 Setti longitudinali 0.564 larghezza lato inclinato D 1 n° rib lato 1 n1 6 Dl2 lCD/(n9+1) lungh. Elementi lato inclinatointerno altezza traverso Ht 4.5 Dl l/(NL+2) lungh. Elementi lato inclinato esterno Variabili interne Simbolo Valori assegnati
larghezza lato inclinato esterno CS G 5 Dx1 0.833333333 proiezione di D1l in direzione x Tot. Contorno CS 3.95 Tot. Contorno CS 2.475 dimensione mesh longitudinale dim 2.6 n° rib lato 2 n2 4 Dx2 Dl2 cosa2 proiezione di D12 in direzione x Variabili interne Simbolo Valori assegnati Dx Dl cosa1 proiezione di D1 in direzione x distanza cassoni stradali dist 23.5
dimensione mesh longitudinale in campata dim 2.6 Dxy1 0.166666666 proiezione di D1l in direzione y Variabili interne Simbolo Valori assegnati n° rib lato 3 n3 4 Dy2 Dl2 sena2 proiezione di D12 in direzione y distanza cassoni stradali dist 23.5 Dy Dl sena1 proiezione di D1 in direzione y larghezza CS LCS 13
altezza rib lato superiore CS h1 0.25 posizione setto centrale P 0.5 n° rib lato 4 n4 9 larfghezza cassone ferroviario Af 5.5 h5 Hf/(nf4+1) altezze rib lato superiore traverso numero keypoint inizio macro 11 i11 2703
altezza rib altri lati CS h2 0.15 a2 0.367173834 Setti trasversali 1.56 Setti trasversali 0.9693 numero keypoint inizio macro 4 i4 1297 n° rib lato 5 n5 2 larghezza cassone stradale LCS 13 h6 (Ht-Hf)/NL altezze rib lato inferiore traverso numero linee inizio macro 11 l11 3664
Variabili interne Simbolo Valori assegnati cosa2 0.933345606 n° setti trasversali 11 n° setti trasversali 11 numero linee inizio macro 4 r4 1769 n° rib lato 6 n6 5 larghezza lato inclinato CF Df 1 numero aree inizio macro 11 w11 1215
posizione setto centrale CS P 0.875 sena2 0.358979079 Tot. Setti trasversali (t) 17.21 Tot. Setti trasversali (t) 10.6627 numero aree inizio macro 4 w4 598 n° rib lato 7 n7 3 posizione setti CF Pf 0.5 lunghezza cassoni lung 26
larghezza cassoni stradali A 13 lCD 3.48209707 lunghezza lato inclinato interno Distribuiti su lung (t/m) 0.66 Distribuiti su lung (t/m) 0.4101 larghezza cassone ferroviario A 5.5 n° rib lato 8 n8 3 altezza cassone ferroviario Hf 2.25 numero rib campo 5 CS n5 2
n° rib lato 1 n1 6 Dl2 lCD/(n9+1) lungh. Elementi lato inclinatointerno n° rib lato 1 nf1 2 n° rib lato 9 n9 3 larghezza lato inclinato esterno CS Gs 5
n° rib lato 2 n2 4 Dx2 Dl2 cosa2 proiezione di D12 in direzione x
Tot. Cassone stradale
(t/m) 4.61
Tot. Cassone ferroviario
(t/m) 2.8853 n° rib lato 2 nf2 4 n° rib lato 10 n10 2 altezza lato sritto interno CS Bs 1
n° rib lato 3 n3 4 Dy2 Dl2 sena2 proiezione di D12 in direzione y Totale CS (t) 119.83 Totale CF (t) 75.0186 n° rib lato 3 nf3 2 larghezza cassoni stradali As 13 n° rib lato 4 nf4 2
n° rib lato 4 n4 9 n° rib lato 4 nf4 2 larghezza lato inclinato esterno CS Gs 5 n° rib lato 5 nf5 2 Parametri Simbolo Valori assegnati
n° rib lato 5 n5 2 n° rib lato 5 nf5 2 posizione setto centrale CS Ps 0.875 n° rib lato 6 nf6 4 altezza lato dritto traverso B 1.25
n° rib lato 6 n6 5 Traverso n° rib lato 6 nf6 4 larghezza lato inclinato interno CS Ds 3.25 n° rib lato 7 nf7 2 lunghezza cassoni in campata lung 26
n° rib lato 7 n7 3 Lato superiore 7.75467 n° rib lato 7 nf7 2 altezza lato dritto interno CS Bs 1 n° rib lato 5 n5 2 Variabili interne Simbolo Valori assegnati
n° rib lato 8 n8 3 Lato inferiore 7.855500579 n° rib lato 8 nf8 2 numero keypoint inizio macro 2 w2 92 n° rib lato 6 n6 5 numero setti trasversali in campata N 11
n° rib lato 9 n9 3 Lati verticali 0.39165 altezza rib superiori h3 0.15 numero keypoint inizio macro 6 i6 1759 numero aree inizio macro 2 w2 92 dimensione mesh long. Traverso dim 1
n° rib lato 10 n10 2 Rib superiori altezza rib inferiori h4 0.15 numero linee inizio macro 6 l6 2411 numero aree inizio macro 5 w5 646 distanza cassoni stradali dist 23.5
Rib altri lati numero aree inizio macro 6 w6 817 numero keypoint inizio macro 9 i9 2364 numero aree inizio macro 2 w2 92
Setti longitudinali 4.22982 numero linee inizio macro 9 l9 3266 numero aree inizio macro 3 w3 299
macro 2.mac Prolung. CS 1.362733634 numero aree inizio macro 9 w9 1101 numero aree inizio macro 5 w5 646
Parametri Simbolo Valori assegnati Prolung.CF 1.167 numero aree inizio macro 6 w6 817
interasse setti trasversali L 2.6 Tot. Contorno 24.12422485 Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnati numero aree inizio macro 10 w10 1171
numero setti trasversali compresi gli estremi N 11 interasse setti trasversali CF L 2.6 larghezza lato inclinato D 4 numero aree inizio macro 12 w12 1227
Variabili interne Simbolo Valori assegnati numero setti trasversali compresi gli estremi N 11 dimensione mesh longitudinale dim 1 Parametri Simbolo Valori assegnati
n° rib lato 1 n1 6 Setto trasversale 23.4402525 Variabili interne Simbolo Valori assegnati distanza cassoni stradali dist 23.5 larghezza lato inclinato dist 23.5
n° rib lato 2 n2 4 faccia traverso 14.0641515 numero linee inizio macro 4 l4 1769 larghezza cassone ferroviario A 5.5 dimensione mesh longitudinale HB 0.186
n° rib lato 3 n3 4 Tot. Setti trasversali (t) 51.5685555 numero keypoint inizio macro 5 i5 1463 Variabili interne Simbolo Valori assegnati larghezza lato inclinato CF D2 1 Parametri Simbolo Valori assegnati
n° rib lato 4 n4 9 numero linee inizio macro 5 l5 1948 n° rib lato 1 nf1 2 distanza cassoni stradali P 0.5 lunghezza cassoni in campata lung 26
n° rib lato 5 n5 2 totale traverso (t) 148.0654549 numero aree inizio macro 5 w5 646 n° rib lato 2 nf2 4 Variabili interne Simbolo Valori assegnati profondità traverso D 4
n° rib lato 6 n6 5 n° rib lato 1 nf1 2 n° rib lato 3 nf3 2 lunghezza cassoni in campata lung 26 numero moduli N 5
n° rib lato 7 n7 3 n° rib lato 2 nf2 4 n° rib lato 4 nf4 2 dimensione mesh longitudinale in campata dim 2.6 Variabili interne Simbolo Valori assegnati
n° rib lato 8 n8 3 Totale 610.8067374 n° rib lato 3 nf3 2 n° rib lato 5 nf5 2 dimensione mesh long. Nel traverso dimt 1 numero aree inizio macro 12 w12 1227
n° rib lato 9 n9 3 n° rib lato 4 nf4 2 n° rib lato 6 nf6 4 profodità traverso D 4
n° rib lato 10 n10 2 n° rib lato 5 nf5 2 n° rib lato 7 nf7 2 dimensioni mesh altezza binari M 0.186
altezza rib lato superiore CS h1 0.25 n° rib lato 6 nf6 4 n° rib lato 8 nf8 2 lrghezza CF A 5.5
altezza rib altri lati CS h2 0.15 n° rib lato 7 nf7 2 altezza lato dritto CF Bf 2.25 numero keypoint inizio macro 10 i10 2532
numero keypoint inizio macro 2 i2 351 n° rib lato 8 nf8 2 larghezza lato dritto CF Df 1 numero linee inizio macro 10 l10 3490
numero linee inizio macro 2 l2 352 altezza rib superiori h3 0.15 posizione setti long. Centrali CF Pf 0.5 numero aree inizio macro 10 w10 1171
numero aree inizio macro 2 w2 92 altezza rib inferiori h4 0.15 numero keypoint inizio macro 5 w5 646
numero keypoint inizio macro 7 i7 2075
numero linee inizio macro 7 l7 2853
Variabili interne Simbolo Valori assegnati numero aree inizio macro 7 w7 965
numero aree inizio macro 3 w3 299
distanza bordi interni cassoni stradali dist 23.5
Parametri Simbolo Valori assegnati
distanza cassoni stradali dist 23.5
larghezza CF Af 5.5
larghezza lato inclinato esterno CS Gs 5
altezza CS Hs 2.25
larghezza lato inclinato traverso G 16.25
profondità traverso D 4
altezza CF Hf 2.25
altezza traverso Ht 4.5
posizione setti intermedi T 2.875
Variabili interne Simbolo Valori assegnati
dimensione mesh longitudinale dim 1
posizione setto long. CS Ps 0.875
larghezza lato inclinato interno CS Ds 3.25
altezza lato dritto interno CS Bs 1
posizione setto long. CF Pf 0.5
larghezza lato inclinato CF Df 1
larghezza CS LCS 13
n° rib lato 7 n7 3
n° rib lato 8 n8 3
n° rib lato 9 n9 3
n° rib lato 10 n10 2
n° rib lato 4 nf4 2
numero elementi mesh linee costruzione NL 4
numero keypoint inizio macro8 i8 2215
numero aree inizio macro 8 w8 1029
macro 11.mac
Calcoli preventivi Calcoli preventivi Calcoli preventivi
macro 1.mac macro 4.mac macro 6.mac macro 9.mac
angolo lato inclinato esterno con l'orizzontale
angolo lato inclinato interno con
l'orizzontale
angolo lato inclinato esterno con
l'orizzontale
angolo lato inclinato interno con l'orizzontale
macro 13.mac
macro 3.mac
macro 8.mac
macro 12.mac
macro 5.mac macro 7.mac
macro 10.mac
Macro
per la generazione automatica del modello

FRANCO BONTEMPI 91
Condensazione della
modellazione

FRANCO BONTEMPI 92
VALIDAZIONE DEI MODELLI LOCALI
Presentazione del modello Shell ISOP4
Elementi lastra-
piastra a 4 nodi
(Shell 63)
Passo discretizzazione
Direzione longitudinale
Campata: 2.6 m
Trasverso: 1m
Direzione trasversale
Variabile in funzione
dell’interasse tra i rib
Campata tipo: 10923 nodi

FRANCO BONTEMPI 93
Presentazione del modello Shell ISOP8
Elementi lastra-
piastra a 8 nodi
(Shell 99)
Direzione longitudinale
Campata: 2.6 m
Trasverso: 2 m
Direzione trasversale
Variabile in funzione
dell’interasse tra i setti

FRANCO BONTEMPI 94
Presentazione del modello Frame
Elementi trave
(Beam 4)
10 elementi per ogni tratto

FRANCO BONTEMPI 95
CONFRONTI FORME MODALI DEI MODELLI SHELL ISOP4, ISOP8 E FRAME
Gruppo 1
Modello Frame
T = 0.390 s.
Modo 1
Modello Shell ISOP4Modello Shell ISOP8
T = 0.365 s.
Modo 1
T = 0.360 s.
Modo 97

FRANCO BONTEMPI 96
Gruppo 2
Modello Frame
T = 0.272 s.
Modo 2
T = 0.275 s.
Modo 2
T = 0.280 s.
Modo 98

FRANCO BONTEMPI 97
Gruppo 3
Modello Frame
T = 0.190 s.
Modo 3
T = 0.186 s.
Modo 3
T = 0.197 s.
Modo 101

FRANCO BONTEMPI 98
Gruppo 4
Modello Frame
T = 0.126 s.
Modo 5
T = 0.171 s.
Modo 4
T = 0.172 s.
Modo 118

FRANCO BONTEMPI 99
Gruppo 5
Modello Frame
T = 0.137 s.
Modo 4
T = 0.150 s.
Modo 5
T = 0.170 s.
Modo 119

FRANCO BONTEMPI 100
Gruppo 6
Modello Frame
T = 0.107 s.
Modo 7
T = 0.147 s.
Modo 6
T = 0.154 s.
Modo 132

FRANCO BONTEMPI 101
Gruppo 7
Modello Frame
T = 0.099 s.
Modo 8
T = 0.135 s.
Modo 7
T = 0.142 s.
Modo 145

FRANCO BONTEMPI 102
Gruppo 8
Modello Frame
T = 0.094 s.
Modo 9
T = 0.131 s.
Modo 8
T = 0.138 s.
Modo 146

FRANCO BONTEMPI 103
Gruppo 9
Modello Frame
T = 0.115 s.
Modo 6
T = 0.124 s.
Modo 9
T = 0.131 s.
Modo 147

FRANCO BONTEMPI 104
Gruppo 10
Modello Frame
T = 0.079 s.
Modo 11
T = 0.100 s.
Modo 10
T = 0.101 s.
Modo 234

FRANCO BONTEMPI 105
Spostamenti verticali (m)
modelli shell ISOP4 / ISOP8
soggetti ad azione verticale (1.0g)

FRANCO BONTEMPI 106
Spostamenti verticali del cassone stradale
-24,00
-21,00
-18,00
-15,00
-12,00
-9,00
-6,00
-3,00
0,00
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
z(m)
uz(mm)
ISO-P4 ISOP8 Frame
Spostamenti verticali del cassone ferroviario
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
z(m)
uz(mm)
ISO-P4 ISOP8 Frame
Spostamenti verticali del trasverso centrale
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
-3 2 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52
z(m)
uz(mm)
ISO-P4 ISOP8 Frame

FRANCO BONTEMPI 107
Spostamenti verticali (m)
modelli shell ISOP4 / ISOP8
soggetti ad azione orizzonatle (0.1g)

FRANCO BONTEMPI 108
Spostamenti trasversali del cassone stradale
-12,00
-11,00
-10,00
-9,00
-8,00
-7,00
-6,00
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
z(m)
u(mm)
ISO-P4 ISOP8 Frame
Spostamenti trasversali del cassone ferroviario
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
z(m)
u(mm)
ISO-P4 ISOP8 Frame
Spostamenti trasversali del trasverso centrale
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
z(m)
u(mm)
ISO-P4 ISOP8 Frame

FRANCO BONTEMPI 109
Modellazione con
sottostrutturazione

FRANCO BONTEMPI 113
sottostruttura dell’impalcato
di dimensione complessiva pari a 1200 m
(40 campate)

FRANCO BONTEMPI 114
Condizioni di vincolo
per gli estremi dell’impalcato

FRANCO BONTEMPI 115
1
2 3
4
x
z
1
2 3
41
2 3
4
x
z
x
z
Figura 1: Posizione dei vincoli.
Vincolo Modello Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN) Mx (kNm) My (kNm) Mz (kNm)
1 Frame -1.08E+06 -1.34E+00 -7.03E+05 6.22E+00 -3.41E+03 5.57E+00
Shell-Frame -1.09E+06 -1.28E+00 -7.03E+05 5.96E+00 -3.48E+03 5.98E+00
2 Frame 1.65E+02 4.73E+04 1.24E+06 1.04E+05 4.09E+04 1.48E+03
Shell-Frame 1.38E+02 4.69E+04 1.24E+06 1.04E+05 4.23E+04 1.55E+03
3 Frame -0.84E+02 4.02E+04 1.21E+06 4.47E+04 2.80E+04 8.62E+02
Shell-Frame 0.85E+02 4.02E+04 1.21E+06 4.53E+04 2.60E+04 8.00E+02
4 Frame 1.09E+06 -1.42E+00 7.01E+05 6.61E+00 3.24E+03 -6.531E+00
Tabella 1: Valori assunti dalle reazioni vincolari nei due diversi modelli soggetti a peso proprio ed ai carichi
permanenti non strutturali.

FRANCO BONTEMPI 116
a
b c
d
e f
g
Sicilia Calabria
a
b c
d
e f
g
Sicilia Calabria
Figura 1: Punti di lettura del tiro nei cavi.
VALORE NUMERICO CALCOLATO (KN)
PUNTI DI LETTURA DEL TIRO
Frame Shell-frame
a 1.28E+06 1.29E+06
b 1.34E+06 1.34E+06
c 1.31E+06 1.31E+06
d 1.24E+06 1.23E+06
e 1.31E+06 1.31E+06
f 1.33E+06 1.32E+06
g 1.28E+06 1.29E+06
Tabella 1: Valori del tiro nei cavi nei due diversi modelli soggetti al peso proprio ed ai carichi permanenti non
strutturali.

FRANCO BONTEMPI 117
Analisi modale: confronto dei periodi propri

FRANCO BONTEMPI 118
Figura 1: Deformata del primo modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).
Figura 2: Deformata del secondo modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).

FRANCO BONTEMPI 119
Figura 1: Deformata del terzo modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).
Figura 2: Deformata del quarto modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).

FRANCO BONTEMPI 120
Meccanismi elementari e scenari
AZIONE DEL VENTO TEMPO DI RITORNO Vref (m/s) (h = 70 m)
Vento “ridotto” --------- 27
Vento livello 1 T = 50 anni 47
Tabella 1: Velocità e tempi di ritorno delle azioni del vento considerate.
vento
AZIONE DESCRIZIONE
Carico ferroviario 2 treni tipo LM71 (52 KN/m per rotaia)
Carico stradale 4 corsie caricate a 5 KN/m
Tabella 1: Valori del carico da traffico considerati.
Figura 1: Schema di distribuzione del carico da traffico.
treno
Figura 1: Schema dei cedimenti dei blocchi di ancoraggio dei cavi.
cedimenti

FRANCO BONTEMPI 121
SCENARI DI CONTINGENZA AZIONI CONSIDERATE
1 PP + Perm.
2 PP + Perm. + Vento (Livello ridotto, 1, 2, 3)
3 PP + Perm. + Vento Livello1 + Carico da traffico
4 PP + Perm + Cedimenti dei vincoli
Tabella 1: Scenari di contingenza considerati.
Figura 1: Tensioni ideali di Von Mises (N/m2
) in prossimità della torre (scenario 1).
A
B
) per la zona terminale dell’impalcato (scenario 1).
C

FRANCO BONTEMPI 122
o Scenario di contingenza n°2:
Azione del vento Von Mises (N/mm2
)
Vento “ridotto” 117
Vento livello 1 222
Vento livello 2 289
Vento livello 3 330
Tabella 1: Tensioni di Von Mises massime per i diversi livelli di vento (punto A)
Azione del vento Von Mises (N/mm2
)
Vento “ridotto” 85
Vento livello 1 94
Vento livello 2 116
Vento livello 3 131
Tabella 2: Tensioni di Von Mises massime per i diversi livelli di vento (punto C)
Zona Von Mises (N/mm2
)
A 423
B 390
C 257
Tabella 1: Tensioni di Von Mises massime nelle diverse zone.
Zona Von Mises (N/mm2
)
A 79
B 130
C 72
Tabella 1: Tensioni di Von Mises massime nelle zone esaminate.
) in prossimità della torre (scenario 1).
A
B
) per la zona terminale dell’impalcato (scenario 1).
C

FRANCO BONTEMPI 123
CRUSTAL DISPLACEMENTS

FRANCO BONTEMPI 124
A
B
C
VON MISES (N/mmq)

FRANCO BONTEMPI 125
WIND
HG
TG
SICILIA’S TOWER LEG
WIND
SICILIA’S TOWER LEG CALABRIA’S TOWER LEG
CALABRIA’S TOWER LEG
TS
LS
Sicilia Calabria
RG
HG
TG
LS
TS
WIND
HG
TG
SICILIA’S TOWER LEG
WIND
SICILIA’S TOWER LEG CALABRIA’S TOWER LEG
CALABRIA’S TOWER LEG
TS
LS
Sicilia Calabria
RG
HG
TG
LS
TS
Transversal slack (TS) and longitudinal slack (LS) arrangement
along the suspension bridge.
(HG: Highway box girder; RG: Railway box girder; TG: Transverse box girder.)

FRANCO BONTEMPI 126
F [N]
L [cm]
-1000
-9.81E+08
Maxallowed
displacement
TENSION
0
F [N]
L [cm]
-1000
-9.81E+08
Maxallowed
displacement
TENSION
0
TRANSVERSAL SLACK
Max allowed
displacement
Sicilia’s
tower
reaction
Calabria’s
tower reaction
[cm] [kN] [kN]
0 17314 17094
30 14976 14735
50 13250 12992

FRANCO BONTEMPI 130
TRANSVERSAL DISPLACEMENTS
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
-192 180 540 900 1260 1620 1980 2340 2700 3060 3420
L [m]
Uy[m]
0 cm 30 cm 50 cm

FRANCO BONTEMPI 131
HORIZONTAL CURVATURE
-2.0E-05
0.0E+00
2.0E-05
4.0E-05
6.0E-05
-120 240 600 960 1320 1680 2040 2400 2760 3120
L [m]
c[m
-1
]
0 cm 30 cm 50 cm

FRANCO BONTEMPI 132
Fondazione
Torri
Cavi principali
Pendini
Impalcato
Load transfer mechanism

FRANCO BONTEMPI 135
#3 sensibilita’
cosa e’ critico ?

FRANCO BONTEMPI 136
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
RESPONSE SPECTRUM – EC 8
Period (s)

FRANCO BONTEMPI 137
MODAL PARTECIPATING MASS RATIO
(CUMULATIVE)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500 600 700
Longitudinal
Transversal
Vertical
Numero modi considerati
%massaconsiderata

FRANCO BONTEMPI 138
1st mode, T = 30 s

FRANCO BONTEMPI 139
2nd mode, T = 16 s

FRANCO BONTEMPI 140
3rd mode, T = 12 s

FRANCO BONTEMPI 141
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
PARTECIPATING MODAL MASS -
TRANSVERSAL
Period (s)
85 % of the total mass
45 %
8 %

FRANCO BONTEMPI 142
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
20 %
15 %
11 %
PARTECIPATING MODAL MASS - VERTICAL
Period (s)

FRANCO BONTEMPI 143
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
45 %
11 %
PARTECIPATING MODAL MASS -
LONGITUDINAL
Period (s)

FRANCO BONTEMPI 144
#4 delimitazione
valutazione robusta della
risposta

FRANCO BONTEMPI 145-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 10 20 30 40 50 60 70
tempo(s)
spostamento(m)
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 10 20 30 40 50 60 70
tempo(s)
spostamento(m)
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 10 20 30 40 50 60 70
tempo(s)
spostamento(m)
Sisma longitudinale Sisma trasversale Sisma verticale
Zona
B
Zona
A
Zona
C
Zona
D
x y
zdA(t)
x y
z
dB(t)
x y
z
dD(t)x y
z
dC(t)
APPLICATION
OF THE SEISMIC ACTION

FRANCO BONTEMPI 146
400 TIME SIMULATIONS
PGA (longitudinal) = 4.71 m/s2 PGA (transversal) = 5.88 m/s2 PGA (vertical) = 4.41 m/s2
0 5 10 15 20 25 30
0 5 10 15 20 25 30
DIR X
DIR Y
DIR Z
0 10 20 30 40
0 10 20 30 40
0
0 5
…….1° 2°
0 5 10 15 20 25 30
SEISMIC ACTION GENERATION

FRANCO BONTEMPI 147
LONGITUDINAL DISPLACEMENTS
-0.80 m
+0.93 m
FRACTILES 95% o 5%:
-0.67 m
+0.74 m
MEAN VALUES:
+
-
0
1
2
3
4
5
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5
Spostamento massimo (m)
0
1
2
3
4
5
-1.5 -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0
Spostamento minimo (m)
DISPLACEMENTS (m)
DISPLACEMENTS (m)

FRANCO BONTEMPI 148
1/2 SPAN TRANSVERSAL DISPLACEMENT
-3.2 m
+3.3 m
FRACTILES 95% o 5%:
-1.8 m
+1.9 m
MEAN VALUES:
+
-
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
-8 -6 -4 -2 0 2
Spostamento minimo (m)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
-2 0 2 4 6 8
Spostamento massimo (m)DISPLACEMENTS (m)
DISPLACEMENTS (m)

FRANCO BONTEMPI 149
TENSION IN THE MAIN CABLES
-19700 t
+22600 t
FRACTILES 95% o 5%:
-16800 t
+19600 t
MEAN VALUES:
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
-25 -20 -15 -10 -5
Variazione azione minima (t x 1000)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
10 15 20 25 30
Variazione azione massima (t x 1000)NORMAL ACTION INCREASE (t*1000)
NORMAL ACTION DECREASE (t*1000)
NORMAL TENSION
FOR SELF WEIGHT:
127000 t

FRANCO BONTEMPI 150
Sisma con PGA = 2.60
in direzione longitudinale
Solo Permanente Media su 10
simulazioni
Massimo su 10
simulazioni
330 Mpa150 Mpa 290 Mpa

FRANCO BONTEMPI 151
Sisma con PGA = 2.60 con 3 treni
simulazioni
Massimo su 10
simulazioni
350 Mpa300 Mpa170 Mpa

FRANCO BONTEMPI 152
Sisma con PGA = 5.70
in direzione longitudinale
simulazioni
Massimo su 10
simulazioni
550 Mpa440 Mpa150 Mpa

FRANCO BONTEMPI 153
incertezze cognitive
conoscenza imperfetta

FRANCO BONTEMPI 154
Spettri 1992 – Componente x
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
1 TS 1 TC
2 TS 2 TC
3 TS 3 TC
4 TS 4 TC
Spettro
Spettri 1992 – Componente y
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
1 TS 1 TC
2 TS 2 TC
3 TS 3 TC
4 TS 4 TC
Spettro
Spettri 1992 – Componente z
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
1 TS 1 TC
2 TS 2 TC
3 TS 3 TC
4 TS 4 TC
Spettro
Figura 1: Spettri di risposta 1992.
Source
#1

FRANCO BONTEMPI 155
Spettri 2004 (Eventi 1 – 10) - Componente x
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
1 TS 1 TC
2 TS 2 TC
3 TS 3 TC
4 TS 4 TC
5 TS 5 TC
6 TS 6 TC
7 TS 7 TC
8 TS 8 TC
9 TS 9 TC
10 TS 10 TC
Spettro
Spettri 2004 (Eventi 1 -10) – Componente y
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
1 TS 1 TC
2 TS 2 TC
3 TS 3 TC
4 TS 4 TC
5 TS 5 TC
6 TS 6 TC
7 TS 7 TC
8 TS 8 TC
9 TS 9 TC
10 TS 10 TC
Spettro
Spettri 2004 (Eventi 1 – 10) – Componente z
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
1 TS 1 TC
2 TS 2 TC
3 TS 3 TC
4 TS 4 TC
5 TS 5 TC
6 TS 6 TC
7 TS 7 TC
8 TS 8 TC
9 TS 9 TC
10 TS 10 TC
Spettro
Figura 2: Spettri di risposta 2004 – Eventi 1–10.
Source
#2

FRANCO BONTEMPI 156
Spettri Casciati – Torre Sicilia - Componente x
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Torre Sicilia - Componente y
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Torre Sicilia - Componente z
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Figura 5: Spettri di risposta Casciati – Torre Sicilia.
Spettri Casciati – Torre Calabria - Componente x
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Torre Calabria - Componente y
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Torre Calabria - Componente z
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Figura 6: Spettri di risposta Casciati –Torre Calabria.
Source
#3
(towers)

FRANCO BONTEMPI 157
Spettri Casciati – Ancoraggio Sicilia - Componente x
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Ancoraggio Sicilia - Componente y
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Ancoraggio Sicilia - Componente z
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Figura 7: Spettri di risposta Casciati – Ancoraggio Sicilia.
Spettri Casciati – Ancoraggio Calabria - Componente x
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Ancoraggio Calabria - Componente y
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Spettri Casciati – Ancoraggio Calabria - Componente z
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.0 0.1 1.0 10.0 100.0
T (secondi)
A(cm/s
2
)
Figura 8: Spettri di risposta Casciati – Ancoraggio Calabria.
Source
#3b
(anchorages)

FRANCO BONTEMPI 158
Tensioni nelle gambe delle torri (1992)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-800 -600 -400 -200 0 200 400
Tensione (N/mm2
)
Quota(m)
Evento 1
Evento 2
Evento 3
Traversi
Tensioni nelle gambe delle torri (2004)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-800 -600 -400 -200 0 200 400
Tensione (N/mm2
)
Quota(m)
Evento 3
Evento 10
Evento 13
Traversi
Tensioni nelle gambe delle torri (Casciati)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-800 -600 -400 -200 0 200 400
Tensione (N/mm2
)
Quota(m)
Hollister_diff_X (69A)
Gillroy1_X (71B)
Newhall_X (71A)
Traversi
Figura 18: Tensioni nelle gambe delle torri.
Towers

FRANCO BONTEMPI 159
Tiro nei cavi principali (1992)
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
Max Min
Tiro(kN)
Evento 1
Evento 2
Evento 3
Tiro nei cavi principali (2004)
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
Max Min
Tiro(kN)
Evento 3
Evento 10
Evento 13
Tiro nei cavi principali (Casciati)
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
Max Min
Tiro(kN)
Gillroy1_X (71B)
Newhall_X (71A)
Figura 19: Tiro nei cavi principali.
Cables

FRANCO BONTEMPI 160
Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali (1992)
-35000
-30000
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
Sicilia Sud Sicilia Nord Calabria Sud Calabria Nord
Forza(kN)
Evento 1
Evento 2
Evento 3
Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali (2004)
-35000
-30000
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
Forza(kN)
Evento 3
Evento 10
Evento 13
Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali (Casciati)
-35000
-30000
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
Forza(kN)
Gillroy1_X (71B)
Newhall_X (71A)
Figura 21: Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali.
Forze nei dispositivi di ritegno trasversali (1992)
-35000
-30000
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
Forza(kN)
Evento 1
Evento 2
Evento 3
Forze nei dispositivi di ritegno trasversali (2004)
-35000
-30000
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
Forza(kN)
Evento 3
Evento 10
Evento 13
Forze nei dispositivi di ritegno trasversali (Casciati)
-35000
-30000
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
Forza(kN)
Gillroy1_X (71B)
Newhall_X (71A)
Figura 22: Forze nei dispositivi di ritegno trasversali.
Devices

FRANCO BONTEMPI 162
RISPOSTA DINAMICA DEL PONTE SOGGETTO ALL’AZIONE DEL VENTO
INSERIMENTO NEL MODELLO
E ANALISI
FORZANTI
AERODINAMICHE
STORIE DI VELOCITA’
DEL VENTO
STORIE DI VELOCITA’ DEL VENTO
Componente Y Componente Z
Componente trasversale
0
10
20
30
40
50
60
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
T (secondi)
Vy(m/s)
Componente verticale
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
T (secondi)
Vz(m/s)
INCIDENZA DEL VENTO
SULL’IMPALCATO
Drag
valore medio 6324 N/m
Lift
valore medio -2241 N/m
Moment
valore medio -121600 Nm/m
-4,E+05
-4,E+05
-3,E+05
-3,E+05
-2,E+05
-2,E+05
-1,E+05
-5,E+04
0,E+00
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
-5,E+04
-4,E+04
-3,E+04
-2,E+04
-1,E+04
0,E+00
1,E+04
2,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
0,E+00
5,E+03
1,E+04
2,E+04
2,E+04
3,E+04
3,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
Drag
Lift
Moment
-4,E+05
-4,E+05
-3,E+05
-3,E+05
-2,E+05
-2,E+05
-1,E+05
-5,E+04
0,E+00
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
-5,E+04
-4,E+04
-3,E+04
-2,E+04
-1,E+04
0,E+00
1,E+04
2,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
0,E+00
5,E+03
1,E+04
2,E+04
2,E+04
3,E+04
3,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
Drag
Lift
Moment
-4,E+05
-4,E+05
-3,E+05
-3,E+05
-2,E+05
-2,E+05
-1,E+05
-5,E+04
0,E+00
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
-5,E+04
-4,E+04
-3,E+04
-2,E+04
-1,E+04
0,E+00
1,E+04
2,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
0,E+00
5,E+03
1,E+04
2,E+04
2,E+04
3,E+04
3,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
Drag
Lift
Moment
-4,E+05
-4,E+05
-3,E+05
-3,E+05
-2,E+05
-2,E+05
-1,E+05
-5,E+04
0,E+00
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
-5,E+04
-4,E+04
-3,E+04
-2,E+04
-1,E+04
0,E+00
1,E+04
2,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
0,E+00
5,E+03
1,E+04
2,E+04
2,E+04
3,E+04
3,E+04
0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0
-0,05
-0,045
-0,04
-0,035
-0,03
-0,025
-0,02
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
 (gradi)
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
 (gradi)
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
 (gradi)

FRANCO BONTEMPI 163
Modellazioni approssimate delle forze aeroelastiche
qtRqtQqtPqqqFse ++= ),(),(),();,,(  
Formulazioni (teorie) aeroelastiche

FRANCO BONTEMPI 165
ANALISI DINAMICHE
A TUTTI I NODI DELL’IMPALCATO
FERROVIARIO SONO STATE APPLICATE
LE STESSE FORZANTI AERODINAMICHE
(Drag, Lift, Moment) RICAVATE DA UN
UNICA STORIA DI VENTO
ANALISI CON VENTO UNIFORME
SUL SOLO IMPALCATO
AD OGNI NODO DELL’IMPALCATO
FERROVIARIO SONO STATE APPLICATE
FORZANTI AERODINAMICHE (Drag, Lift,
Moment) DIVERSE RICAVATE DALLE
RELATIVE STORIE DI VENTO
ANALISI CON VENTO NON UNIFORME
SUL SOLO IMPALCATO
ANALISI CON VENTO NON UNIFORME
SU IMPALCATO E CAVI
AD OGNI NODO DELL’IMPALCATO
FERROVIARIO E DEL CAVO SONO STATE
APPLICATE FORZANTI AERODINAMICHE
(Drag, Lift, Moment) DIVERSE RICAVATE
DALLE RELATIVE STORIE DI VENTO
Vento = f(t)Vento = f(t) Vento = f(s,t)Vento = f(s,t)
Vento = f(s,t)
Vento = f(s,t)
Vento = f(s,t)
Vento = f(s,t)

FRANCO BONTEMPI 166
•Cassone ferroviario
•Distanza = L/2 dalla torre
Spostamenti TRASVERSALI Accelerazioni TRASVERSALIVelocità TRASVERSALI
InterarafficaIntervallotra1500e1700sec.
Sicilia Calabria
A
L
CONFRONTO TRA CODICI
- VENTO UNIFORME -
Accelerazione Trasversale
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
1500 1550 1600 1650 1700
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
Straus U Ansys U
Velocità Trasversale
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
1500 1550 1600 1650 1700
Tempo (s)
Velocità(m/s)
Straus U Ansys U
Spostamento Trasversale
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
1500 1550 1600 1650 1700
Tempo (s)
Spostamento(m)
Ansys U Straus U
-2,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
Straus U Ansys U
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Tempo (s)
Velocità(m/s)
Straus U Ansys U
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Tempo (s)
Spostamento(m)
Ansys U Straus U

FRANCO BONTEMPI 167
Accelerazioni VERTICALISpostamenti VERTICALI Velocità VERTICALI
InterarafficaIntervallotra1500e1700sec.
Sicilia Calabria
A
L
CONFRONTO TRA CODICI
- VENTO UNIFORME -
Accelerazione Verticale
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
1500 1550 1600 1650 1700
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
Straus U Ansys U
Velocità Verticale
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
1500 1550 1600 1650 1700
Tempo (s)
Velocità(m/s)
Straus U Ansys U
Spostamento Verticale
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
1500 1550 1600 1650 1700
Tempo (s)
Spostamento(m)
Straus U Ansys U
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
Straus U Ansys U
Velocità Verticale
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Tempo (s)
Velocità(m/s)
Ansys U Straus U
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Tempo (s)
Spostamento(m)
Ansys U Straus U

FRANCO BONTEMPI 168
Spostamenti LONGITUDINALI Spostamenti VERTICALISpostamenti TRASVERSALI
Sicilia Calabria
A
L
VENTO NON UNIFORME
Su impalcato – Su impalcato e cavi
VENTOSUIMPALCATOVENTOSUIMPALCATOECAVI
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
6,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Spostamento(m)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Spostamento(m)
Spostamento Longitudinale
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Spostamento(m)
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
6,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Spostamento(m)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Spostamento(m)
Spostamento Longitudinale
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Spostamento(m)

FRANCO BONTEMPI 169
Velocità LONGITUDINALI Velocità VERTICALIVelocità TRASVERSALI
Sicilia Calabria
A
L
VENTO NON UNIFORME
Velocità Verticale
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Velocità(m/s)
-1,00
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Velocità(m/s)
Velocità Longitudinale
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Velocità(m/s)
Velocità Verticale
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Velocità(m/s)
-1,00
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Velocità(m/s)
Velocità Longitudinale
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Velocità(m/s)

FRANCO BONTEMPI 170
Accelerazioni LONGITUDINALI Accelerazioni VERTICALIAccelerazioni TRASVERSALI
Sicilia Calabria
A
L
VENTO NON UNIFORME
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
-0,40
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
Accelerazione Longitudinale
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
-0,40
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)
Accelerazione Longitudinale
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
400 900 1400 1900 2400 2900 3400
Tempo (s)
Accelerazione(m/s2
)

FRANCO BONTEMPI 171
Spostamenti
InviluppodeiMassimieMinimilungotuttol’impalcato
VENTOSUIMPALCATO–VENTOSUCAVIEIMPALCATO
DirezioneLongitudinaleDirezioneTrasversaleDirezioneVerticale
Velocità Accelerazioni
Inviluppo Accelerazioni Verticali
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Ascissa Impalcato (m)
AZ(m/s2
)
Max Vento su Imp. Max Vento su Imp. e Cavi
Min Vento su Imp. Min Vento su Imp. e Cavi
Inviluppo Velocità Verticali
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
VZ(m/s)
Inviluppo Spostamenti Verticali
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
UZ(m)
Inviluppo Accelerazioni Trasversali
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
AY(m/s2
)
Inviluppo Velocità Trasversali
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
VY(m/s)
Inviluppo Spostamenti Trasversali
0
2
4
6
8
10
12
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
UY(m)
Inviluppo Accelerazioni Longitudinali
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
AX(m/s2
)
Inviluppo Velocità Longitudinali
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
VX(m/s)
Inviluppo Spostamenti Longitudinali
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
UX(m)

FRANCO BONTEMPI 172
SPOSTAMENTI (m)
Max f 99% f 95% f 90%
UX 0.96 0.78 0.66 0.59
UY 7.46 6.66 5.97 5.62
UZ 6.44 4.82 4.15 3.70
Max f 99% f 95% f 90%
VX 0.55 0.42 0.34 0.29
VY 1.32 0.92 0.72 0.60
VZ 2.76 2.11 1.78 1.57
Max f 99% f 95% f 90%
AX 0.52 0.36 0.25 0.18
AY 0.70 0.49 0.37 0.30
AZ 1.66 1.18 0.99 0.84
VELOCITA’ (m/s) ACCELERAZIONI (m/s2)
Grandezze cinematiche dell’impalcato per VENTO NON UNIFORME SU IMPALCATO E CAVI
X (m)-200 0 550 1100 1650 2200 2750 3300 3500

FRANCO BONTEMPI 173
Spostamenti
InviluppodeiMassimieMinimilungotuttol’impalcato
VENTOSUCAVIEIMPALCATO–Velocità42e21m/s
DirezioneLongitudinaleDirezioneTrasversaleDirezioneVerticale
Velocità Accelerazioni
Inviluppo Accelerazioni Verticali
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
AZ(m/s2
)
Max V. 21 m/s Max V. 42 m/s
Min V. 21 m/s Min V. 42 m/s
Inviluppo Velocità Verticali
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
VZ(m/s)
Inviluppo Spostamenti Verticali
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
UZ(m)
Inviluppo Accelerazioni Trasversali
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
AY(m/s2
)
Inviluppo Velocità Trasversali
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
VY(m/s)
Inviluppo Spostamenti Trasversali
0
2
4
6
8
10
12
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
UY(m)
Inviluppo Accelerazioni Longitudinali
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
AX(m/s2
)
Inviluppo Velocità Longitudinali
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
VX(m/s)
Inviluppo Spostamenti Longitudinali
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
UX(m)

FRANCO BONTEMPI 174
RUNNABILITY
interazione
fra azioni ambientali ed
azioni antropiche

FRANCO BONTEMPI 175
FENOMENI DI INTERAZIONE
R
RISPOSTA PRESTAZIONALER = Risposta Prestazionale
F2 = passaggio dei treni
F1 = azione del vento
F2
21 bFaFR +=
Azioni indipendenti:
Considerando i fenomeni di
interazione:
1221 - RbFaFR +=
dove
è il decremento dovuto all’interazione
F1
2R












 0R1
12R
1R
0R2 




2112 FcFR =

FRANCO BONTEMPI 176
Modelli di carico
Irregolarità della Superficie di percorrenza
Masse in moto: Effetti inerziali
Forze in moto
Effetto di velocità, frequenza strutturale, frequenza dei carichi (treni di
impulsi)
Oscillatori in moto: Effetti di comfort

FRANCO BONTEMPI 177
U N I V E R S I T Y OF M E S S I N A
DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING
DYNAMICINTERACTIONBETWEEN
SUSPENSION BRIDGES AND
RUNNING VEHICLES BY
SUBSTRUCTURE APPROACH
- state of art and perspectives -
GIUSEPPE MUSCOLINO
Report n ° 1/06

FRANCO BONTEMPI 178
GRANDEZZE DINAMICHE NOTEVOLI PER IL GIUDIZIO DI PERCORRIBILITA’ DEL PONTE SULLO STRETTO
MODELLI DI CARICO FERROVIARIO PER LE ANALISI DINAMICHE
LM71
TRENO L (m) p (t/m)
750
270
270
390
750
750
750
750
8.80
2.53
1.89
2.44
8.00
4.30
5.27
4.87
150 2.20
Vmax (km/h)
135
200
160
250
80
100
120
100
120
EC 1
EC 2
EC 3
EC 4
EC 5
EC 6
EC 7
EC 8
EC 9
EC 10
EC 11
Categoria
Treno passeggeri trainato da locomotore
Treno passeggeri trainato da locomotore
Treno passeggeri alta velocità
Treno passeggeri alta velocità
Treno merci trainato da locomotore
Treno urbano
Metropolitana
Treno merci trainato da locomotoreEC 12
240
120
210
210
2.15
2.78
5.72
5.34
250
120
120
100

FRANCO BONTEMPI 179
PRESTAZIONI ATTESE DALL’UTENZA FERROVIARIA
SIMULAZIONI NUMERICHE FINALIZZATE: GRUPPO 2 (due treni in transito)
LM71+LM71
TRENI L (m) p (t/m)
750 8.80
V (km/h)
80
80LM71+LM71 750 8.80
• Modelli di carico tipo forze mobili;
• Modelli di carico tipo masse mobili.
t01 (s) tu1 (s)
115
0
315
200
• t0=istante di ingresso testa treno;
• tu=istante di uscita coda treno;
• ttot=durata della simulazione.
ttot (s)
500
400
t02 (s) tu2 (s)
0
0
200
200
Treno 1 Treno 2
Sicilia Calabria
80LM71+LM71 750 8.80 132 332 5000 200
SIMULAZIONE
S9
S10
S11

FRANCO BONTEMPI 180
Spostamenti LONGITUDINALI Spostamenti VERTICALISpostamenti TRASVERSALI
TRENOLM71TRENOEC3
Sicilia Calabria
A
L
Spostamenti longitudinali in mezzeria
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
400 500 600 700 800 900
Spostamenti(m)
40
80
100
135
Spostamenti trasversali in mezzeria
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
0,004
0,006
400 500 600 700 800 900
Spostamenti(m)
40
80
100
135
Spostamenti verticali in mezzeria
-6,0
-5,0
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
400 500 600 700 800 900
Spostamenti(m)
40
80
100
135
Spostamenti verticali in mezzeria
-6,0
-5,0
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
400 500 600 700 800 900
Spostamenti(m)
40
80
135
Spostamenti trasversali in mezzeria
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
0,004
0,006
400 500 600 700 800 900
Spostamenti(m)
40
80
135
Spostamenti longitudinali in mezzeria
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
400 500 600 700 800 900
Spostamenti(m)
40
80
135
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI
S1, S2, S3, S4 - S5, S6, S7
(UN TRENO IN TRANSITO)

FRANCO BONTEMPI 181
TRENOLM71TRENOEC3
VALORI MASSIMI DELLE
GRANDEZZE CINEMATICHE DELL’IMPALCATO
ACCELERAZIONI
40
80
100
135
Acc. Y
Acc. X
Acc. Z
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
Accelerazioni(m/s
2
)
Velocità del treno (Km/h)
Accelerazioni massime dell'impalcato
40
80
135
Acc. Y
Acc. X
Acc. Z
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
Accelerazioni(m/s
2
)
Accelerazioni massime dell'impalcato
VELOCITà
40
80
100
135
Vel. Y
Vel. X
Vel. Z
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
Velocità(m/s)
Velocità massime dell'impalcato
40
80
135
Vel. Y
Vel. X
Vel. Z
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
Velocità(m/s)
Velocità massime dell'impalcato
SPOSTAMENTI
40
80
100
135
Disp. Y
Disp. X
Disp. Z
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
Spostamenti(m)
Spostamenti massimi dell'impalcato
40
80
135
Disp. Y
Disp. X
Disp. Z
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
Spostamenti(m)
Spostamenti massimi dell'impalcato
S1, S2, S3, S4 - S5, S6, S7

FRANCO BONTEMPI 182
TRENOLM71TRENOEC3
S1, S2, S3, S4 - S5, S6, S7
Forza nei pistoni
Forza nel pistone longitudinale in Sicilia, lato nord
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
400 450 500 550 600 650
Forza(Ton)
40
80
100
135
Forza nel pistone longitudinale in Sicilia, lato nord
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
400 450 500 550 600 650
Forza(Ton)
40
80
135
Tiro nei pendini
Tiro nel pendino alla sella in Sicilia, lato nord
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Forza(Ton)
40
80
100
135
Tiro nel pendino alla sella in Sicilia, lato nord
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Forza(Ton)
40
80
135
Tiro nel cavo alla sella in Sicilia, lato nord
129000
130000
131000
132000
133000
134000
135000
136000
137000
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Forza(Ton)
40
80
100
135
Tiro nel cavo
Tiro nel cavo alla sella in Sicilia, lato nord
129000
130000
131000
132000
133000
134000
135000
136000
137000
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Forza(Ton)
40
80
135
Sicilia CalabriaL

FRANCO BONTEMPI 183
TIRO CAVO ALL’ANCORAGGIO TIRO CAVO IN MEZZERIATIRO CAVO ALLA SELLA
CONFRONTO TRA AZIONE DEL VENTO E
AZIONE DEL VENTO CON PASSAGGIO DI UN TRENO
VENTOVENTOETRENO
Vento non uniforme (21 m/s)
Treno LM71 (velocità 80 Km/h)
Tiro cavi alla sella
115000
120000
125000
130000
135000
140000
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)
Sponda siciliana, lato nord Sponda calabrese, lato nord
Sponda siciliana, lato sud Sponda calabrese, lato sud
Tiro cavi in mezzeria
115000
120000
125000
130000
135000
140000
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)
Tiro cavo in mezzeria, lato nord
Tiro cavo in mezzeria, lato sud
Tiro cavi all'ancoraggio
115000
120000
125000
130000
135000
140000
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)
Tiro cavi in mezzeria
115000
120000
125000
130000
135000
140000
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)
Tiro cavo in mezzeria, lato nord
Tiro cavo in mezzeria, lato sud
Tiro cavi alla sella
115000
120000
125000
130000
135000
140000
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)
Tiro cavi all'ancoraggio
115000
120000
125000
130000
135000
140000
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)

FRANCO BONTEMPI 184
TIRO NEI PENDINI FORZA NEI PISTONI LONGITUDINALIFORZA NEI PISTONI TRASVERSALI
CONFRONTO TRA AZIONE DEL VENTO E
AZIONE DEL VENTO CON PASSAGGIO DI UN TRENO
VENTOVENTOETRENO
Vento non uniforme (21 m/s)
Treno LM71 (velocità 80 Km/h)
Tiro nei pendini
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)
Sella sponda siciliana, lato nord Tiro pendino in mezzeria, lato nord Sella sponda calabrese, lato nord
Sella sponda siciliana, lato sud Tiro pendino in mezzeria, lato sud Sella sponda calabrese, lato sud
Forza nei pistoni Longitudinali
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Forza(Ton)
Forza nei pistoni Trasversali
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Forza(Ton)
Forza nei pistoni Longitudinali
-1400
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Forza(Ton)
Tiro nei pendini
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Tiro(Ton)
Sella sponda siciliana, lato nord Tiro pendino in mezzeria, lato nord Sella sponda calabrese, lato nord
Sella sponda siciliana, lato sud Tiro pendino in mezzeria, lato sud Sella sponda calabrese, lato sud
Forza nei pistoni Trasversali
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
600 1100 1600 2100 2600 3100
Tempo (s)
Forza(Ton)

FRANCO BONTEMPI 185
Danneggiamento su un pendino
determinato dal passaggio del treno
Prova 1
D=0,1752
D=0,0000
D=0,0400
D=0,0000
D=0,23874
Danno cumulativo
D=0,2154
Prova 2
D=0,0000
Danno cumulativo
D=0,23874

FRANCO BONTEMPI 186
APPROCCIO
SISTEMICO
• #1 SCOMPOSIZIONE
• #2 CONVERGENZA
• #3 SENSIBILITA’
• #4 DELIMITAZIONE
• #5 RIDONDANZA

FRANCO BONTEMPI 187
FASI COSTRUTTIVE

FRANCO BONTEMPI 188
Modi della Torre: Configurazione “free-standing”
Evoluzione del Problema strutturale: Modi di vibrare
Modi della Torre: Configurazione “in-service”

FRANCO BONTEMPI 189
Envelope of Displacements (x) induced by the turbulent wind (x) (SLU)
N=2 ; tot=0.83%; 1.25%; 1.67%; f=fWarburton
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
ux (m)
h(m)
m=2x100 tons
m=2x200 tons
m=2x150 tons
Uncontrolled
h
Efficacia del controllo passivo – Soluzioni single-TMD (N=2)

FRANCO BONTEMPI 190
Montaggio dell’impalcato: fronti di avanzamento
Fronte n° 1
I cassoni vengono montati a
partire dalla mezzeria del
ponte verso le antenne
Fronte n° 2
I cassoni vengono montati a
partire dalle estremità laterali
verso la mezzeria del ponte
Fronte n° 3
I due metodi vengono
combinati generando quattro
fronti di avanzamento
Avanzamento su due fronti Avanzamento su quattro fronti
La modellazione delle fasi di montaggio dell’impalcato avviene
mediante l’attivazione in diversi step dei conci e dei trasversi di
loro competenza, insieme ai pendini di collegamento con i cavi.

FRANCO BONTEMPI 191
Modellazione per fasi: studio preliminare (birth and death)
step modello
descrizione
evento
deformata momenti
0 mensola scarica ------------------- -------------------
1
mensola carica
(peso proprio)
2
unione seconda
mensola scarica
3
carico (p.p.)
seconda mensola
4
generazione
dell'incastro in
mezzeria
Analisi dei modelli elementari
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

FRANCO BONTEMPI 192
Processi di modellazione per fasi del ponte: BACK ANALYSIS

FRANCO BONTEMPI 193
Fronte 1
Storia delle configurazioni geometriche dell'impalcato - fronte 1 -
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
-200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300
m
m quote di montaggio
deformata peso proprio
deformata finale
avanzamento

FRANCO BONTEMPI 194
Fronte 2
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
-200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300
m
m quote di montaggio
deformata finale
avanzamento

FRANCO BONTEMPI 195
Fronte 3
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
-200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300 m
m
quote di montaggio
deformata finale
avanzamento

FRANCO BONTEMPI 196
Livelli tensionali
FB-14-09-04 [Mpa]
PP PN QA VV CAVO TORRE
riferimento 1,00 1,00 0,00 0,00 650 155
SLS-4 1,00 1,00 1,00 0,00 800 205
150 50 incremento per QA
SLS-5 1,00 1,00 1,00 1,00 810 260
10 55 incremento per VV
riferimento 1,10 1,50 0,00 0,00 730 185
SLS-4 1,15 1,50 1,50 0,00 955 260
225 75 incremento per QA
SLS-5 1,15 1,50 1,10 1,00 930 330

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