Progetto di strutture in zona sismica con contenimento del potenziale danneggiamento sarà l ingegneria sismica del futuro?

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1 Progetto di strutture in zona sismica con contenimento del potenziale danneggiamento sarà l ingegneria sismica del futuro? Università di Modena e Reggio Emilia Pareti accoppiate in c.a. e dissipatori isteretici a forma ottimizzata per edifici prefabbricati multipiano a basso danneggiamento intervento SAIE 2018 Arena Rinforzo strutturale, 18 ottobre 2018

2 Motivazioni e scopi dell attività di ricerca Strutture a basso danneggiamento Per una più facile ed economica riparabilità L'OR1 mira ad introdurre, validandole tramite prove sperimentali su prototipi in scala reale, soluzioni tecnologiche innovative al classico processo realizzativo di costruzioni prefabbricate in c.a.: l'impiego di pareti post-compresse dotate di elementi dissipativi Realizzazione e validazione, tramite prove cicliche a spostamento imposto, di prototipi di connettori dissipativi inseriti tra porzioni di pareti in calcestruzzo armato e alla base delle stesse.

3 Motivazioni e scopi dell attività di ricerca Strutture prefabbricate pluripiano Tipicamente a telaio Se presenti pareti queste sono gettate in opera, spesso non interagenti con la struttura prefabbricata Danneggiamento diffuso alla base dei pilastri Rigidezza limitata: possibili difficoltà allo SLD e interferenza con i tamponamenti

4 Motivazioni e scopi dell attività di ricerca Strutture prefabbricate pluripiano Tipicamente a telaio Se presenti pareti queste sono gettate in opera, spesso non interagenti con la struttura prefabbricata Danneggiamento diffuso alla base dei pilastri Rigidezza limitata: possibili difficoltà allo SLD e interferenza con i tamponamenti Proposta di TIRiSiCo Pareti accoppiate con elementi dissipativi Pareti con meccanismo di rocking Con cavi di post-tensione;

5 Accoppiamento tra pareti Obiettivi: - Spostamenti ridotti e campo «elastico» allo SLD - Dissipazione agli SLV V V P N M Coupled walls Rocking walls

6 Attività di ricerca industriale 1) Precisa definizione del dispositivo/sistema tecnologico, dei materiali ottimali da utilizzare, campo di applicazione e prestazioni ideali attese; 2) Modellazione numerica per la ottimizzazione del dispositivo/sistema 3) Test su singoli componenti o elementi in scala ridotta 4) Progettazione esecutiva dei prototipi in scala reale o quasi-reale - subassemblaggi; 5) Esecuzione delle indagini e validazione sperimentale; 6) Verifica dei risultati, eventuali suggerimenti per miglioramenti definizione di criteri di progetto.

7 Accoppiamento tra pareti

8 Accoppiamento tra pareti P

9 Accoppiamento tra pareti

10 2540 Edificio multipiano prefabbricato Precisa definizione del dispositivo/sistema tecnologico, dei materiali ottimali da utilizzare, campo di applicazione e prestazioni ideali attese;

11 Sistema a pareti

12 Sistema a pareti

13 800.0 Sistema a pareti Caratteristiche: Carichi verticali postati unicamente dal sistema a telaio «pochi» elementi dissipativi, concentrati in corrispondenza dei livelli Trasferimento delle azioni orizzontali dai solai alle pareti tramite gli elementi dissipativi Facile sostituibilità degli elementi dissipativi in quanto posti a livello del piano

14 1 Sistema a pareti comportamento alllo SLD base fissa

15 1 Sistema a pareti comportamento alllo SLD base fissa

16 Prestazioni del dissipatore Dissipatori in acciaio per cicli isteretici stabili ed ampi Ampia capacità di deformazione (il meccanismo di rocking necessita di ampi spostamenti relativi) Possibilità di montaggio tenendo in conto delle tolleranze di montaggio dei prefabbricati

17 Ottimizzazione di forma algoritmo di ottimizzazione Procedimento iterativo con scambio di informazioni tra un software di gestione del processo e un software agli Elementi finiti Analisi Non Lineri Variazione di forma fino a obiettivo raggiunto

18 Ottimizzazione di forma F F* F y E D E E Massimizzazione dell energia «dissipata» rispetto alla «elastica secante» ad assegnata rigidezza e resistenza Min (H) dove H = 1 E D 2 E E 2 u y Assegnata la resistenza e la rigidezza del dispositivo (soddisfacimento dello SLD) u* u Procedimento iterativo con scambio di informazioni tra un software di gestione del processo e un software agli Elementi finiti Analisi Non Lineri Variazione di forma fino a obiettivo raggiunto

19 Algoritmo di ottimizzazione BEGIN INITIAL POPULATION (NP VECTORS) NP EVALUATIONS OF THE OBJECTIVE FUNCTION FOR EACH VECTOR SELECTION OF NS VECTORS CALIBRATION OF THE RESPONSE SURFACE (RS) HAS THE RS A MINIMUM? YES A. LOCAL EXPLOITATION EVALUATION OF THE MINIMUM OF RS THE MUTANT VECTOR IS THE MINIMIZER OF RS NO FOR EACH VECTOR x i with i=1,, NP B. GLOBAL EXPLORATION MUTATION OPERATION: THE MUTANT VECTOR IS OBTAINED BY LINEAR COMBINATION CROSSOVER OPERATION BOUND CONSTRAINT L ottimizzazione è guidata da un algoritmo genetico in grado di «suggerire» la nuova forma del dissipatore dopo aver analizzato i risultati dei tentativi precedenti C. SCORING OPERATION A SCORE IS ASSIGNED AT EACH VECTOR SELECT NH VECTORS WITH THE LOWEST SCORES NH EVALUATIONS OF THE OBJECTIVE FUNCTION OPERATION OF SELECTION EVALUATION OF THE BEST MEMBER OF THE POPULATION NO CONCERGENCE TEST YES END

20 Processo di ottimizzazione della forma Risultato: dissipatore a forma ottimizzata con cicli isteretici stabili ed ampi e resistenza assegnata

21 Attività di sperimentazione ATTIVITÀ SVOLTE: Definizione del set-up di prova per i singoli dissipatori; Definizione del set-up di prova per il sistema di pareti; MECCANISMI DISSIPATIVI Laterali OBBIETTIVI FUTURI: Realizzazione delle prove su dissipatori e sul sistema pareti-pilastri con dissipatore;

22 Prova ciclica da condurre in controllo di spostamento; Blocco centrale di calcestruzzo incamiciato per consentire i cicli; Il dissipatore si plasticizza sotto uno spostamento imposto. Telaio di contrasto Attuatore da 500 kn Dissipatore Dissipatore Blocchi di calcestruzzo (vincolo)

23 Attività sperimentale sperimentazione sui dissipatori Prova ciclica da condurre in controllo di spostamento; Blocco centrale di calcestruzzo incamiciato per consentire i cicli; Il dissipatore si plasticizza sotto uno spostamento imposto. Telaio di contrasto Attuatore da 500 kn Blocco in cls Dissipatore Dissipatore Dissipatore F Blocchi di calcestruzzo (vincolo)

24 Attività sperimentale sperimentazione sui dissipatori Prova ciclica da condurre in controllo di spostamento; Blocco centrale di calcestruzzo incamiciato per consentire i cicli; Il dissipatore si plasticizza sotto uno spostamento imposto. Telaio di contrasto Attuatore da 500 kn Blocco in cls Dissipatore Dissipatore Dissipatore F Blocchi di calcestruzzo (vincolo)

25 Attività di sperimentazione Attuatore Trave pre Parete di contrasto Dissipatore Pilastro pre Parete Pilastro pre

26 Attività di sperimentazione Attuatore Trave pre Parete di contrasto Dissipatore Pilastro pre Pilastro pre

27 Attività di sperimentazione Attuatore Trave pre Parete di contrasto Dissipatore Pilastro pre Parete Pilastro pre

28 Progetto di strutture in zona sismica con contenimento del potenziale danneggiamento sarà l ingegneria sismica del futuro? Università di Modena e Reggio Emilia Grazie per l attenzione SAIE 2018 Arena Rinforzo strutturale, 18 ottobre 2018