Analysis methods and design criteria of reinforced concrete frame structure seismically isolated with Friction Pendulum bearings

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
Scuola Politecnica e delle Scienze di Base
DIPARTIMENTO DI STRUTTURE PER L’INGEGNERIA E L’ARCHITETTURA
Anno Accademico 2017-2018
Tesi di Laurea in Ingegneria Strutturale e Geotecnica
METODI DI ANALISI E CRITERI DI PROGETTAZIONE DI
EDIFICI INTELAIATI IN C.A. ISOLATI SISMICAMENTE CON
DISPOSITIVI A SCORRIMENTO FPS
RELATORI
➢CH.MO PROF. EDOARDO COSENZA
➢PROF. ING. ANTONIO BILOTTA
Candidata: Rossella Venezia
Matricola: M56000551

INTRODUZIONE
Candidata: Rossella Venezia M56/551 1
TIROCINIO FORMATIVO
EXTRA-MOENIA
PROGETTAZIONE E VERIFICA DI DISPOSITIVI
D’ISOLAMENTO FRICTION PENDULUM SYSTEM
PERCHÉ ISOLARE
LA STRUTTURA?
RIDUZIONE ENERGIA IN INPUT
DISSIPAZIONE ENERGETICA
ISOLATORI FPS

STRUTTURA
HOTEL CURSULA
SITO IN CASCIA (PG)
PERICOLOSITA’ SITO
Longitudine: 13.014874°
Latitudine: 42.716484°
SISMA DEL 26/10/16
DANNEGGIAMENTO IMMOBILE
PROGETTO DI RICOSTRUZIONE
AZIONE SISMICA?
AMPLIFICAZIONE LOCALE
Stratigrafia: TIPO C
Topografia: T1
IMPORTANZA OPERA
Classe d’uso IV cu = 2
VN = 50 anni
VR = VN cu = 100 anni
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Sa[g]
T [s]
SLC, ξ = 5% SLD, ξ = 5%
SLO, ξ = 5% SLV, ξ = 5%
ProgettoarchitettonicoStudioSperi(RM)

MODELLAZIONE LINEARE E REQUISITI DI NORMA
FRICTION PENDULUM SYSTEM
I REQUISITO
MODELLAZIONE LINEARE EQUIVALENTE
REQUISITI
II REQUISITO
III REQUISITO
III. a III. b
IV REQUISITO
ANALISI DINAMICA LINEARE
CON SPETTRO ELASTICO

MODELLAZIONE NON LINEARE
ANALISI DINAMICA NON LINEARE
STEP 1
MODELLAZIONE
NON LINEARE
DISPOSITIVI
STEP 2
GENERAZIONE SET DI
ACCELEROGRAMMI
SPETTRO-COMPATIBILI
REXEL
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0 5 10 14 19 24
a[m/s2]
t [s]
Record naturali
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.0 0.3 0.5 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8 2.0 2.3 2.5
Sa[g]
T [s]
Spettro-compatibili
STEP 3ANALISI DINAMICA
NON LINEARE
INTEGRAZIONE DIRETTA (DI)
FAST NON LINEAR ANALYSIS (FNA)
ANALISI MODALE
(AUTOVETTORI DI RITZ)
ANALISI MODALE
(AUTOVETTORI DI EIGEN)

PROCESSO DI MODELLAZIONE
EDIFICIO
ISOLATO
TARATURA RIGIDEZZA E SMORZAMENTO EQUIVALENTI
VERIFICA REQUISITI DI MODELLAZIONE LINEARE
SPETTRO ELASTICO
RISULTATI
MODELLAZIONE LINEARE DISPOSITIVI
MODELLAZIONE
STRUTTURA
STATO LIMITE
ANALISI DINAMICA
LINEARE
DISPOSITIVI
ANALISI DINAMICA
NON LINEARE
SET DI ACCELEROGRAMMI
SPETTRO-COMPATIBILI
SI NO
DIMENSIONAMENTO
DISPOSITIVI D’ISOLAMENTO

I REQUISITO
REQUISITI
II REQUISITO
III REQUISITO
III. a III. b
IV REQUISITO
STATO LIMITE DI OPERATIVITA’
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4
Sa[g]
T [s]
ξ = 5%
ξ = 57%
TARATURA RIGIDEZZA E
SMORZAMENTO EQUIVALENTI
xesi
m - m % s
3.70 0.04 0.0192 57.0% 1.25
m m -
0.0192 0.0187 0.02
0.57 non soddisfatto
non soddisfatto
+30%
mm/s % mm/s % -
20 2 26 4 non soddisfatto
-30%
mm/s % mm/s % -
20 2 20 2 soddisfatto
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 5 10 15 20 25 30 35
µfast
Numero isolatore

ADL: PRINCIPALI RISULTATI
VERIFICA DRIFT DI INTERPIANO

0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Sa[g]
T [s]
772x 772y 1911x
1911y 625x 625y
348x 348y 386x
386y 1415x 1415y
866x 866y Spettro medio
Spettro target
Spettri in accelerazione
STEP 1
MODELLAZIONE
NON LINEARE
DISPOSITIVI
STEP 2
GENERAZIONE SET DI
ACCELEROGRAMMI
SPETTRO-COMPATIBILI
NON LINEARE
7 FAST NON LINEAR ANALYSIS (FNA)
ANALISI MODALE
(AUTOVETTORI DI RITZ)
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
0 4 7 11 14 18
a[m/s2]
t [s]
772_x 772_y 1911_x 1911_y 625_x
625_y 348_x 348_y 386_x 386_y
1415_x 1415_y 866_x 866_y
7 accelerogrammi a 2 componenti piane

ADNL: PRINCIPALI RISULTATI E CONFRONTI

L’SLO DELLE COMPONENTI NON STRUTTURALI
STRUTTURA A BASE ISOLATA
STRUTTURA A BASE FISSA
OPERATIVITA’
DURANTE IL
SISMA?
ACCELERAZIONI IMPRESSE AGLI
ELEMENTI NON STRUTTURALI
ED AGLI OGGETTI
CURVE DI
FRAGILITA’
CURVE DI FRAGILITA’
CONTROSOFFITTATURE

I REQUISITO
REQUISITI
II REQUISITO
III REQUISITO
III. a III. b
IV REQUISITO
STATO LIMITE DI COLLASSO
TARATURA RIGIDEZZA E
SMORZAMENTO EQUIVALENTI
xesi
m - m % s
3.70 0.04 0.26 24.68% 3.02
m m -
0.26 0.25 0.02
soddisfatto
+30%
mm/s % mm/s % -
267 4.8 347 4.8 soddisfatto
-30%
mm/s % mm/s % -
267 4.8 187 4.8 soddisfatto
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4
Sa[g]
T [s]
ξ = 5%
ξ = 24.7%
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 5 10 15 20 25 30 35
µfast
Numero isolatore

ADL: PRINCIPALI RISULTATI
VERIFICA SPOSTAMENTO ORIZZONTALE
VERIFICA SFORZO NORMALE DI COMPRESSIONE VERIFICA SPOSTAMENTO VERTICALE
VERIFICHE ISOLATORI

STEP 1
STEP 2
GENERAZIONE SET 7
DI ACCELEROGRAMMI
SPETTRO-COMPATIBILI
NON LINEARE
7 FAST NON LINEAR ANALYSIS (FNA)
Spettri in accelerazione
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 10 20 30
a[m/s2]
t [s]
133_x 133_y 334_x 334_y
6975_x 6975_y 335_x 335_y
579_x 579_y 879_x 879_y
0
2
4
-0.3 0.2 0.7 1.2 1.7 2.2 2.7 3.2
Sa[g]
T [s]133x 133y 334x
334y 6975x 6975y
335x 335y 579x
579y 879x 879y
1726x 1726y Spettro medio
Spettro target
7 accelerogrammi a 2 componenti piane
MODELLAZIONE
NON LINEARE
DISPOSITIVI
FRIULI
(AFTERSHOCK)
15/09/1976
MW=6!

PRINCIPALI RISULTATI E CONFRONTI

INFLUENZA DELLA SCELTA DEL SET ALL’SLC
STEP 1 MODELLAZIONE
NON LINEARE
DISPOSITIVI
STEP 2 GENERAZIONE 2° SET
DI 7 ACCELEROGRAMMI
SPETTRO-COMPATIBILI
STEP 3 ANALISI DINAMICA
NON LINEARE
PERCHÉ ?
CONFRONTO RISULTATI VERIFICHE
1° SET VS 2° SET
RISULTATI DIFFERENTI!
SCOPO?
3° SET DI 14
ACCELEROGRAMMI
SPETTRO-COMPATIBILI
CONFRONTO RISULTATI
VERIFICHE
1° SET VS 2° SET VS 3° SET
RISULTATI PIÙ
ACCURATI!
SIMULARE UN SET PIU’
POPOLOSO (7+7)
3° SET

CONCLUSIONI
▪ L’isolamento sismico ha permesso il soddisfacimento delle verifiche relative allo Stato Limite di Operatività per una struttura
di importanza strategica (classe IV). Tali verifiche, eseguite sulla stessa struttura non isolata alla base, non sarebbero state
soddisfatte.
▪ L’ analisi dinamica con set di accelerogrammi ha permesso di valutare le accelerazioni trasmesse ai vari livelli della struttura, che
risultano più basse e uniformi rispetto al caso di struttura non isolata. Inoltre, entrando nelle curve di fragilità di
controsoffittature si ha probabilità di failure nulla in tutti i casi.
▪ I risultati all’SLC di onerose analisi non lineari, con set più numerosi, si approssimano in valore e forma a quelli provenienti da più
semplici analisi lineari. Si potrebbero allargare le soglie dei requisiti di modellazione lineare, al fine di consentirla più
facilmente, restringendo però le soglie di soddisfazione del rapporto capacità/domanda dei dispositivi.
▪ Per lo Stato Limite di Collasso (verifiche di capacità e corretto funzionamento dei dispositivi FPS), si osserva che con l’aumentare
della popolosità dei record si ottiene un aumento di affidabilità dei risultati.
▪ Per la tipologia specifica di dispositivi FPS non resistenti a trazione, la stima accurata dell’allungamento in verticale allo Stato
Limite di Collasso è fondamentale. Sembrerebbe opportuno particolarizzare le verifiche da eseguire sugli isolatori in relazione
alle principali famiglie di dispositivi in commercio.

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