ANALISI SISMICA NON LINEARE DELLE STRUTTURE TRAMITE C.D.S. Win - OpenSees

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1 OpenSees Days Italia Roma, maggio 2012 ANALISI SISMICA NON LINEARE DELLE STRUTTURE TRAMITE C.D.S. Win - OpenSees Ing. Bruno Biondi

2 C.D.S Win - OpenSees C.D.S. Win è un software di calcolo strutturale estremamente versatile e potente ma nel contempo di semplice utilizzo A partire dalla versione 2010 C.D.S. Win ha affiancato ai propri solutori (Sky Line, Warp) il modulo OpenSees allo scopo di condurre raffinate analisi non lineari delle strutture C.D.S. Win è però anche in grado di fornire i files di input per OpenSees (files in formato TCL) semplificando drasticamente il lavoro per gli utilizzatori di OpenSees

3 C.D.S Win - OpenSees C.D.S. Win utilizza OpenSees per condurre analisi non lineari sempre più raffinate ed accurate che conducono a dimensionamenti ottimali delle strutture nel rispetto delle Norme Tecniche per le Costruzioni (N.T.C. 2008) OpenSees può utilizzare C.D.S. Win per semplificare drasticamente la scrittura dei files di input (formato TCL) di sistemi strutturali comunque complessi e per eseguire un post-processo automatico dei risultati C.D.S. Win si è evoluto diventando uno strumento di ricerca scientifica sul comportamento strutturale. A breve consentirà di implementare al suo interno modelli di comportamento di materiali ed elementi strutturali.

4 C.D.S Win - OpenSees Il modulo OpenSees è utilizzato per condurre svariati tipi di analisi non lineari delle strutture soggette ad azioni sismiche: Analisi statica del sistema terreno-fondazione Analisi Push-Over Analisi time history Metodo I.D.A. (Incremental Dynamic Analysis)

5 CALCOLO DEI CEDIMENTI RESIDUI IN FONDAZIONE AGLI S.L.E.

6 Verifiche agli S.L.E. delle fondazioni È nata l esigenza di rispondere ad una specifica richiesta introdotta dalle N.T.C Verifiche nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE) Le opere e i sistemi geotecnici di cui al devono essere verificati nei confronti degli stati limite di esercizio. A tale scopo, il progetto deve esplicitare le prescrizioni relative agli spostamenti compatibili e le prestazioni attese per l'opera stessa. E d = C d (6.2.7) Verifiche agli stati limite di esercizio (SLE) Si devono calcolare i valori degli spostamenti e delle distorsioni per verificarne la compatibilità con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione ( e 2.6.2), nel rispetto della condizione (6.2.7). Analogamente, forma, dimensioni e rigidezza della struttura di fondazione devono essere stabilite nel rispetto dei summenzionati requisiti prestazionali, tenendo presente che le verifiche agli stati limite di esercizio possono risultare più restrittive di quelle agli stati limite ultimi.

7 Verifiche agli S.L.E. delle fondazioni L analisi è condotta su un modello composto dalla sottostruttura di fondazione poggiante su un letto di molle a comportamento non lineare I legami costitutivi forza-spostamento delle molle possono essere di tipo elasto-plastico p y

8 Verifiche agli S.L.E. delle fondazioni L analisi è condotta su un modello composto dalla sottostruttura di fondazione poggiante su un letto di molle a comportamento non lineare I legami costitutivi forza-spostamento delle molle possono essere di tipo elasto-plastico o di tipo Py iperbolico p y

9 ANALISI PUSH-OVER 9

10 Analisi push-over Le sezioni trasversali degli elementi strutturali sono descritte tramite un modello a fibre nelle quali sono differenziati i comportamenti di calcestruzzo confinato e non confinato e delle armature Le verifiche ai differenti Stati Limite sono condotte raffrontando le deformazioni raggiunte nelle differenti fibre con quelli limite fissate dall utente Nel modello strutturale è possibile introdurre dissipatori sismici ed anche tenere conto dell influenza delle tamponature sul comportamento strutturale 10

11 Dissipatori sismici Analisi push-over Possono essere introdotti dissipatori isteretici sulle aste di controvento 11

12 Analisi push-over Dissipatori sismici Possono essere introdotti dissipatori isteretici sulle aste di controvento Il legame costitutivo dei dissipatori è elastoplastico incrudente 12

13 Influenza delle tamponature Analisi push-over L influenza delle tamponature sul comportamento di un edificio, in termini di incremento di rigidezza e resistenza, è modellata tramite un sistema di bielle equivalenti reagenti solo a compressione Il legame costitutivo del puntone è di tipo multilineare degradante

14 Influenza delle tamponature Analisi push-over Sono state eseguite numerose prove all'interno di una convenzione con Di.S.G.G. RELUIS e RFI da parte del gruppo di lavoro: Masi A., Ponzo F.C., Di Cesare A., Moccia D., Manfredi V. Si tratta di edifici esistenti in c.a. adibiti a stazione o servizi per le FF.SS. I risultati ottenuti sono stati estremamente confortanti evidenziando un ottima calibrazione del modello 14

15 4 BIGLIETTERIA Influenza delle tamponature Maratea Acquafredda Analisi push-over PIANTA SCALA 1:100 LATO BINARI 1 SALA D'ASPETTO 3 CAPO STAZIONE TITOLARE 5 DIRIGENTE MOVIMENTO 6 POSTA 8 BATTERIA 2 ATRIO 7 CENTRALINA I.E. PROSPETTO SCALA 1:100 LATO BINARI

16 Influenza delle tamponature Maratea Acquafredda Analisi push-over

17 Influenza delle tamponature Maratea Acquafredda Analisi push-over F (KN) con tamponatura senza tamponatura spost (m)

18 Influenza delle tamponature S. Maria del Cedro Analisi push-over PIANTA PIANO TERRA SCALA 1:100 LATO BINARI PROSPETTO LATO BINARI SCALA 1:100

19 Influenza delle tamponature Analisi push-over S. Maria del Cedro F (KN) senza tamponature con tamponature spost (m) F (KN) senza tamponature con tamponature spost (m)

20 Influenza delle tamponature Palemo Brancaccio Analisi push-over F (KN) con tamponature senza tamponature spost (m) Chiaravalle F (KN) senza tamponature con tamponature 250 spost (m)

21 ANALISI TIME HISTORY

22 Analisi time history L introduzione delle analisi time history nasce dall esigenza di rispondere ad una prescrizione delle N.T.C sulle strutture isolate alla base Capitolo 7.10 COSTRUZIONI E PONTI CON ISOLAMENTO E/O DISSIPAZIONE 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 0,5d dc e d dc, essendo d dc lo spostamento del centro di rigidezza dovuto all azione sismica, è almeno pari al 2,5% del peso 22 totale della sovrastruttura.

23 Analisi time history L introduzione delle analisi time history nasce dall esigenza di rispondere ad una prescrizione delle N.T.C sulle strutture isolate alla base Successivamente le analisi time history sono state estese anche alle strutture a base fissa a comportamento non lineare facendo uso del medesimo modello già descritto per le analisi Push-Over Nel sistema strutturale possono essere introdotti Dissipatori isteretici Isolatori elastomerici Isolatori a pendolo scorrevole (Friction Pendulum Systems) Appoggi ad attrito

24 Analisi time history Le analisi time history consentono di determinare le storie temporali delle risposte nodali

25 Analisi time history Le analisi time history consentono di determinare le storie temporali delle risposte nodali anche in termini di spettri di accelerazione

26 Dissipatori sismici Analisi time history È possibile determinare la risposta dei dissipatori

27 Dissipatori sismici Analisi time history È possibile determinare la risposta dei dissipatori e l energia dissipata durante l evento sismico 27

28 Isolatori sismici Analisi time history È possibile determinare la risposta dei dispositivi di isolamento

29 Isolatori sismici Analisi time history Per i dispositivi ad attrito (appoggi o FPS) è possibile selezionare la legge di variabilità del coefficiente d attrito con la pressione e la velocità

30 Isolatori sismici Analisi time history Per i dispositivi ad attrito (appoggi o FPS) è possibile selezionare la legge di variabilità del coefficiente d attrito con la pressione e la velocità

31 Isolatori sismici Analisi time history Per i dispositivi ad attrito (appoggi o FPS) è possibile selezionare la legge di variabilità del coefficiente d attrito con la pressione e la velocità

32 METODO I.D.A.

33 Metodo I.D.A. Le analisi time history non lineari sono utilizzate per condurre analisi dinamiche incrementali (I.D.A.) utili per la verifica di strutture per le quali non può essere applicata l analisi Push-Over Il metodo I.D.A. (Cornell and Vamvatsikos [1] ) consiste in una serie di analisi dinamiche non lineari, eseguite con accelerogrammi scalati secondo accelerazioni di picco via via crescenti [1] D. Vamvatsikos and C.A. Cornell: Incremental Dynamic Analysis. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2002; 31(3), Le uniche indicazioni di normativa sul metodo I.D.A. sono nelle norme FEMA [2,3] [2] FEMA. Recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings. Report No. FEMA-350, SAC Joint Venture, Federal Emergency Management Agency, Washington DC, 2000 [3] FEMA. Recommended seismic evaluation and upgrade criteria for existing welded steel moment-frame buildings. Report No. FEMA-351, SAC Joint Venture, Federal Emergency Management Agency, Washington DC, 20000

34 Metodo I.D.A. L analisi conduce al tracciamento delle curve I.D.A.: grafici in cui è rappresentata una misura di danno (spostamento del punto di controllo, drift di piano..) rispetto ad una misura di intensità del sisma (PGA). L andamento delle curve I.D.A. può essere moto vario Resurrezione Instabilità dinamica strutturale

35 Metodo I.D.A. Applicazione 1: Modello 2D (Vamvatsikos, Jalayer and Cornell [1] ) [1] Vamvatsikos D, Jalayer F, Cornell CA. (2003) Application of Incremental Dynamic Analysis to an RCstructure. Proceedings of the FIB Symposium on Concrete Structures in Seismic Regions, Athens

36 Metodo I.D.A. Applicazione 1: Massimo rapporto di drift di piano Massimo valore di PGA atteso (Tr = 2475 anni) C.D.S. Vamvatsikos

37 Applicazione 1: Curva I.D.A. Metodo I.D.A. I.D.A. Push-Over

38 Applicazione 1: Curve drift Metodo I.D.A. 38

39 Applicazione 2: Modello 3D Metodo I.D.A. Sezione trasversale travi Sezione trasversale pilastri

40 Applicazione 2: Curva I.D.A. Metodo I.D.A. I.D.A. Push-Over

41 Applicazione 2: Curve drift Metodo I.D.A.

42 Metodo I.D.A. Dalle poche iniziali prove condotte possono essere tratte le seguenti considerazioni: L andamento delle curve risulta irregolare e frastagliato Analisi I.D.A. e Push-Over mostra capacità di spostamento paragonabili L analisi I.D.A. mostra valori di PGA maggiori rispetto alla Push-Over I.D.A. Push-Over I.D.A. Push-Over

43 OpenSees Days Italia Roma, maggio 2012 GRAZIE PER L ATTENZIONE Ing. Bruno Biondi

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