SEISMIC ANALYSIS OF COMPOSITE FRAMES WITH VISCOELASTIC DISSIPATIVE BRACINGS. C. Amadio, M. Bella, I. Clemente, L. Macorini

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Paola Elia
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1 Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture Università degli Studi di Salerno Consorzio ReLUIS, Febbraio 2007 SEISMIC ANALYSIS OF COMPOSITE FRAMES WITH VISCOELASTIC DISSIPATIVE BRACINGS C. Amadio, M. Bella, I. Clemente, L. Macorini LINEA 5 - UNITÀ DI RICERCA N 12

2 Sommario In questo lavoro si analizza il comportamento di un sistema accoppiato costituito da un telaio composto acciaio-calcestruzzo calcestruzzo semicontinuo ed un controvento dissipativo. Si presentano i risultati di una modellazione accurata del telaio e del sistema dissipativo Si pongono in evidenza le sinergie derivati dalla presenza del sistema dissipativo in un utilizzo sismico ANALISI PROBABILISTICA DI TELAI COMPOSTI ACCIAIO-CLS IN ZONA SISMICA

3 TELAIO OGGETTO DELL ANALISI O133x6 HEA160 H Ø24 HEA160 L L 4φ (CSEJ) HEA M16 HEA160 PLATE 160x182x8 ANALISI PROBABILISTICA DI TELAI COMPOSTI ACCIAIO-CLS IN ZONA SISMICA

4 MODELLO PER COMPONENTI ADOTTATO PER IL GIUNTO COMPOSTO (a) (b)

5 Modello isteretico per elementi T-stub Modello isteretico Poligonale Legame costitutivo di base Trilineare Degrado di rigidezza Degrado di resistenza Infinitamente rigido a compressione

6 Legame costitutivo T-stub K ' deg = ' F Kel ' F + α Δ ' pl K ' p = ' F α Δ ( 1 ) ' pl K ' F δf = Δ ' r ' ' ' F Kdeg ' δ ε ' E ' pl Δ δ F = Fy γ Eum E + pl Δum

7 Prove sperimentali T-stub 5/10 T200L-1 (monotono)

8 Confronto sperimentale numerico - Provino T200B experimental numerical F [kn] E [kj] cycles Δ [mm] α = 0.1; γ = 0.9; δ = 4; ε = 6 0

9 Modello isteretico Pivot Modello isteretico Poligonale Legame costitutivo di base Trilineare Degrado di rigidezza elastica secondo la regola del fulcro proposta da Park Modellazione del pincing Degrado di rigidezza in fase di ricarico

10 Modello Pivot ΔF' = Fy' γ ' 1 1 E ΔF'' = Fy'' γ '' 1 1 E Degrado di resistenza multiparametrico δ ' E p u + 1 ' E p Δ δ '' E p u + 1 '' E p Δ um um max um max ' ' um ε ' '' '' ε '' α 2 F yp F pp F yp β 2 F yp K ep K hp K pp Δ F K en β 1 F yn F yn K hn Δ F K pn F pn α1 F yn

11 TELAIO DI ISPRA

12 TELAIO DI ISPRA

13 TELAIO DI ISPRA NODO ESTERNO Momento [knm] senza degrado sperimentale degrado cls -300 Rotazione [mrad]

14 TELAIO DI ISPRA exp. mod δ [m] pseudo-dynamic test a g = 0.25g time [s]

15 TELAIO DI ISPRA exp. mod1 δ [m] dynamic test a g = 1.40g time [s]

16 Modello isteretico per dissipatori viscoelastici HDR Modello isteretico curvilineo Formulazione differenziale sviluppata da Dall Asta e Ragni basata sulla teoria del danno Degrado di rigidezza e resistenza dovuti all effetto Mullin Formulazione specifica per dissipatori HDR

17 Forza V [kn] [ ] Modello sviluppato da Dall Asta e Ragni per dissipatori viscoelastici HDR (High Damping Rubber Dissipative Device) CICLI SINUSOIDALI AD AMPIEZZA DECRESCENTE HDR Scorrimento γ = δ/h [rad] Detta τ la tensione tangenziale media agente nel pacchetto dissipativo in gomma, la risposta del dissipatore è stata scomposta in due contributi τ = τ 0 + τ μ τ 0 è un contributo residuo sempre presente h τ μ è un contributo transitorio che degrada con il procedere della storia di carico δ γ V V τ = V/A Piastra di supporto Strato di gomma 5mm Lamina in acciaio 2mm Strato di gomma 5mm Piastra di supporto

Device) F F/2 F/2 Piastre di supporto Pacchetto

18 Prove su dissipatori isolati condotte in Ancona Dissipatore HDR (High Damping Rubber Dissipative Device) F F/2 F/2 Piastre di supporto Pacchetto dissipativo in gomma naturale con aggiunta di polvere di carbonio

19 CONFRONTO NUMERICO-SPERIMENALE 0.1 [rad/s] [rad/s] FORZA [kn] FORZA [kn] S i t [ d] SCORIMENTO [Rad] Sperimentale Numerico SCORIMENTO [Rad] Sperimentale Numerico 1 [rad/s] [rad/s] FORZA [kn] SCORIMENTO [Rad] Sperimentale Numerico FORZA [kn] SCORIMENTO [Rad] Sperimentale Numerico

20 Telaio con controvento dissipativo di Ancona Storia di spostamenti imposti Scorrimento [rad] Spost. Sperimentale spostamento Tempo [sec] Storia di spostamenti imposti Pianta dell impalcato Cerniera Eventuale cerniera plastica Prospetto del telaio Modellazione del telaio

21 Prove sul telaio equipaggiato (Dall Asta e Ragni 2006) Telaio ANCONA HDR Forza [kn] Scorrimento [mm] CONTROVENTI TELAIO CONTROVENTI+TELAIO

12.5 CONFRONTO SPERIMENTALE NUMERICO TELAIO IN VIBRAZIONI LIBERE 10.0 7.5 20 SPOSTAMENTO [mm] 5.0 2.5 0.0-2.5-5.0-7.

0 Equiped Frame - NUMERICO -25-12.5 Bare Frame - NUMERICO SCORRIMENTO [Rad] 5.00 TEMPO [s] 15 4.00 10 3.00 SPOSTAMENTO [mm] 2.00 1.00 0.00 0 0.2 0.4 0.

22 12.5 CONFRONTO SPERIMENTALE NUMERICO TELAIO IN VIBRAZIONI LIBERE SPOSTAMENTO [mm] Equiped frame - SPERIMENTALE Bare Frame - SPERIMENTALE forza [kn] Equiped Frame - NUMERICO Bare Frame - NUMERICO SCORRIMENTO [Rad] 5.00 TEMPO [s] SPOSTAMENTO [mm] forza [kn] Equiped frame -NUMERICO Equiped Frame - SPERIMENTALE TEMPO [s] Bare Frame - SPERIMENTALE SCORRIMENTO [Rad]

23 CALIBRAZIONE DEL MODELLO DASHPOT CON LA PROVA IN VIBRAZIONI LIBERE C K Confronto tra DASHPOT e Modello HDR in vibrazioni libere 10mm MODELLO DASHPOT Spostamento [mm] Tempo [sec] Equiped frame - sperimentale Bare frame - sperimentale Equiped frame - numerico DASHPOT Bare Frame - numerico Equiped frame - numerico HDR

24 El Centro P.G.A.=0.40g 2.00E E E-02 spostamento [m] 5.00E E E E E E E E E E E E E E E E E-02 modello hdr modello dashpot tempo [s]

25 El Centro P.G.A.=0.40g hdr dashpot Taglio alla base [kn] E E E E E E E E E spostamento [m]

26 EL CENTRO P.G.A.=0.40g ENERGIA DISSIPATA [kj] HDR DASHPOT TEMPO [s]

27 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI 4.0 H O133x6 Ø24 L (CSEJ) HEA160 L HEA160 Ground acceleration [m/s 2 ] El Centro Tolmezzo Time [s] HEA160 HEA M12 PLATE 160x237x10

28 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: TIPI DI GIUNTO (CWJ) (CEJ) (SWJ) 4φ12 4φ HEA160 HEA160 HEA160 HEA M16 HEA160 PLATE 160x182x8 HEA160 Tipi di giunto analizzati

29 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI Damping ratio ξ PJ SWJ CEJ CSEJ CWJ Natural period T [sec] PJ SWJ CEJ CSEJ CWJ Dampers Dampers

30 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI Total Viscous Plastic Total Viscous tot. Plastic Visc.device Equipped frame EL Centro - a g = 0.40g E / (F y δ y ) Bare frame EL Centro - a g = 0.40g E / (F y δ y ) Time [s] Time [s]

31 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI Displacement δ / H bare frame eq. frame a g = 0.40g Time [s]

32 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI Shear Force F / F y bare frame eq. frame a g = 0.40g Time [s]

33 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI El Centro - a g = 0.15g CWJ CSEJ CEJ SWJ PJ El Centro - a g = 0.40g CWJ CSEJ CEJ SWJ PJ E tot [KJ] E tot [ΚJ] Dampers Dampers

34 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI E p [KJ] El Centro - a g = 0.15g CWJ CSEJ CEJ SWJ PJ E p [ΚJ] El Centro - a g = 0.40g CWJ CSEJ CEJ SWJ PJ Dampers Dampers

35 TELAI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI: ANALISI DINAMICHE NON LINEARI E v [KJ] El Centro - a g = 0.15g CWJ CSEJ CEJ SWJ PJ E v [ΚJ] El Centro - a g = 0.40g CWJ CSEJ CEJ SWJ PJ Dampers Dampers

36 CONCLUSIONI La modellazione ciclica per componenti proposta, assieme alla modellazione del dissipatore sono in grado di fornire un accurata valutazione della risposta dinamica del sistema abbinato: telaio composto-controvento dissipativo. Il tipo di giunto composto influenza in modo significativo la risposta del sistema, potendo preservare il dissipatore dalla rottura e comportare una minore richiesta di smorzamento. L utilizzo di giunti semplici e poco costosi, abbinati ad un livello di smorzamento limitato (attorno al 7%), forniscono il migliore abbinamento in termini di prestazioni e di costi.

37 SVILUPPI FUTURI Verranno effettuate analisi su telai in acciaio e composti di più piani. Saranno individuati criteri di progetto adeguati allo studio di sistemi ibridi nei quali si farà affidamento sia alle capacità duttili del telaio che a quelle dissipative del controvento, in modo da ottimizzare la risposta.

38 TELAIO DI ISPRA: EFFETTO ROTTURA DISSIPATORE F [kn] G 0.30G 0.40G 1.00G 0.60G 0.80G 0.50G 1.20G 1.40G B.F. E.F. D12 E.F. H ,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 δ [m]

39 Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture Università degli Studi di Salerno Consorzio ReLUIS, Febbraio 2007 SEISMIC ANALYSIS OF COMPOSITE FRAMES WITH VISCOELASTIC DISSIPATIVE BRACINGS C. Amadio, M. Bella, I. Clemente, L. Macorini LINEA 5 - UNITÀ DI RICERCA N 12

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