Capitolo 25 Isolatori Sismici Elastomerici Questo capitolo presenta, in modo sintetico, l uso dei comandi e delle procedure per l inserimento di isolatori sismici. Verranno affrontati i seguenti aspetti e le seguenti procedure: Capitolo 25 Isolatori Sismici Elastomerici Modellazione degli isolatori sismici Catalogo degli isolatori sismici Inserimento degli isolatori sismici nel modello Assegnazione dei carichi Definizione delle combinazioni dei carichi Visualizzazione dei risultati e progettazione degli isolatori Capitolo 25 Pag. 1
Modellazione degli isolatori sismici La modellazione degli isolatori sismici in PRO_SAP avviene attraverso la generazione dell archivio degli isolatori sismici e l assegnazione della proprietà isolatore ai nodi. Il nodo a cui si assegna la proprietà isolatore può essere vincolato, una fondazione puntuale o un generico nodo della struttura (ad esempio un nodo intermedio di un pilastro o di una parete). Una volta inserito il sistema di isolamento nella struttura è possibile effettuare le analisi sismiche e, nel contesto visualizzazione risultati, effettuare le verifiche previste dall OPCM 3274 e s.m.i. per gli isolatori sismici. Catalogo degli isolatori sismici Dal contesto introduzione dati attraverso il comando dati struttura isolatori è possibile inserire l archivio degli isolatori sismici. E possibile definire i dati di ciascun isolatore allo scopo di effettuare: - l analisi della struttura (dati necessari H strutt, Ke, Kv, Scorrim), - l analisi della struttura e il progetto del sistema di isolamento (dati necessari Hstrutt, Ke, Kv, Scorrim, bx(d), by, nti, ti, ts, Gdin, Eb), - l analisi della struttura, il progetto del sistema di isolamento e la verifica degli isolatori secondo il cap.10 dell OPCM 3274 e s.m.i. (dati necessari H strutt, Ke, Kv, Scorrim, bx(d), by, nti, ti, ts, Gdin, Eb, gamma*, fyk). Capitolo 25 Pag. 2
Nella finestra Catalogo degli isolatori sono contenuti i seguenti parametri: - ID: numero progressivo dell isolatore (valore non modificabile); - Sigla: nome dell isolatore (valore modificabile); - bx(d): dimensione x dell isolatore sismico, o diametro dell isolatore circolare (valore modificabile); - by: dimensione y dell isolatore sismico, se nullo il programma considera isolatori di forma circolare con diametro pari a bx(d) (valore modificabile); - ti: spessore del singolo strato di elastomero (valore modificabile); - n.ti: numero di strati di elastomero (valore modificabile); - ts: spessore della piastra generica (valore modificabile); - te: somma degli spessori dei singoli strati di elastomero valutata maggiorando lo spessore dei due strati esterni, se maggiore di 3 mm, del fattore 1,4; (valore non modificabile, è calcolato in automatico dal programma una volta assegnati ti, n.ti, ts, Gdin); in altre parole: o se ti>0.3 te = ti (nti-2)+2 1.4 ti o se ti 0.3 te = nti ti - Gdin: Modulo dinamico equivalente a taglio, valutato come Gdin=Fte/(Ad) in corrispondenza di uno spostamento d=te (valore modificabile); - Eb: Modulo di compressibilità volumetrica della gomma, da assumere pari a 2000 MPa in assenza di determinazione diretta (valore modificabile); - A: area della superficie del singolo strato di elastomero depurata degli eventuali fori, utilizzato per i calcoli (valore posto in automatico pari ad Ap e modificabile); - Ap: area superficie comune alla singola piastra d acciaio e allo strato di elastomero depurata degli eventuali fori (se non riempiti successivamente) ottenuta in base alle dimensioni bx(d) e by (valore non modificabile); - L: superficie laterale libera del singolo strato di elastomero di un isolatore elastomerico (valore calcolato in automatico sulla base della geometria e modificabile); - S1: fattore di forma primario dell isolatore elastomerico (valore calcolato in maniera automatica in base alla formula S1=A/L e non modificabile); - S2x: fattore di forma secondario dell isolatore elastomerico, nella direzione x (valore calcolato in maniera automatica in base alla formula S2x=bx/te e non modificabile); - S2y: fattore di forma secondario dell isolatore elastomerico, nella direzione y (valore calcolato in maniera automatica in base alla formula S2y=by/te e non modificabile); - Hstrutt: altezza strutturale dell isolatore, calcolata in base alla formula Hstrutt=ti nti+ts (nti-1)+10, dove 10 cm è il valore ipotizzato per lo spessore della contropiastra; corrisponde all altezza dell elemento finito isolatore che viene inserito nel modello strutturale (valore modificabile); - Ke: rigidezza equivalente del dispositivo d isolamento (valore calcolato in maniera automatica in base alla formula Ke=Gdin A/te e modificabile); - Kv: rigidezza verticale del dispositivo d isolamento (valore calcolato in maniera automatica in base alla formula Kv=Ec A/te, dove Ec=(1/(6Gdin S1^2)+4/(3Eb))^-1 e modificabile); - Scorrim.: consente di imputare un isolatore a scorrimento (slitta) nel caso si assegni sì ; - Smorzamento: coefficiente di smorzamento viscoso equivalente del dispositivo d isolamento, necessaria per calcolare coefficiente di smorzamento viscoso equivalente del sistema d isolamento Sesi; - fyk: tensione caratteristica di snervamento dell acciaio delle piastre dell isolatore, utilizzato per la verifica degli inserti in acciaio (valore modificabile); - gamma*: valore massimo della deformazione di taglio (valore modificabile); - Peso: peso dell isolatore sismico (valore modificabile). Nella finestra sono inoltre presenti i seguenti comandi: - Aggiungi: consente di aggiungere un nuovo isolatore sismico; - Rimuovi: consente di cancellare l isolatore sismico selezionato; - Rimuovi tutto: consente di eliminare l intero archivio degli isolatori sismici; - Leggi file: consente di importare un file.csv contenente le informazioni sugli isolatori, tale file deve essere formattato nel seguente modo: tante righe quanti sono gli isolatori, in ogni riga, separati dal carattere ; i seguenti valori: ID; Sigla; bx(d); by; ti; n.ti; ts; te; Gdin; Eb; A; Ap; L; S1; S2x; S2y; Hstrutt; Ke; Kv; Scorrim.; Smorzamento; fyk; gamma*; Peso; Capitolo 25 Pag. 3
- Scrivi file: consente di realizzare un file.csv con i dati degli isolatori imputati nella tabella; - Applica: salva le modifiche apportate alla tabella e segnala se per alcuni isolatori i dati non sono sufficienti per il progetto o per la verifica; - Annulla: esce senza salvare le modifiche. Inserimento degli isolatori sismici nel modello Dal contesto introduzione dati attraverso il comando edita proprietà è possibile attivare la finestra delle proprietà dei nodi. Dall elenco degli isolatori inseriti nell archivio degli isolatori è possibile selezionare l isolatore prescelto e applicarlo al nodo. E inoltre possiblile settare le proprietà del riferimento e assegnarle ad uno o più nodi della struttura. L assegnazione delle proprietà del riferimento viene realizzata con i seguenti comandi: - Effettuare la selezione di uno o più nodi - Premere 2 volte il tasto destro del mouse per fare apparire il menu a puntatore - Attivare il comando Assegna isolatore. Nella figura seguente è rappresentata la modellazione di alcuni elementi isolatore inseriti: in testa ad un pilastro, in testa ad una parete, nel nodo di una trave di fondazione, in un nodo vincolato, in un nodo di fondazione. Nota: l altezza dell isolatore è pari al valore di Hstrutt. presente nel catalogo isolatori. Una volta imputato il sistema di isolamento è possibile visualizzare, nel contesto introduzione dati, la posizione del baricentro del sistema di isolamento, la rigidezza orizzontale totale del sistema di isolamento Kesi (ottenuta come somma delle rigidezze degli isolatori), e lo smorzamento equivalente dell intero sistema di isolamento Sesi ottenuto come media pesata degli smorzamenti dei singoli isolatori. Nota: il valore di Sesi non è inserito in automatico nella definizione degli spetti di progetto, spetta al progettista inserirlo durante la definizione delle masse sismiche. Capitolo 25 Pag. 4
Assegnazione dei carichi Dal contesto assegnazione carichi è possibile inserire i casi di carico di tipo Edk Azioni indotte dal sisma dinamico. La definizione degli spettri di progetto è analoga a quella delle strutture non isolate, tranne nel passo 3 della definizione delle masse sismiche, nel quale è necessario specificare: - Periodo Tis: periodo del sistema di isolamento graficizzato nella visualizzazzione Vedi caso di carico di un caso di carico di tipo Edk o Esk. - Smorz. Esi: smorzamento equivalente dell intero sistema di isolamento Sesi graficizzato nella visualizzazzione Vedi caso di carico di un caso di carico di tipo Edk o Esk. N.B.: I valori ti Tis e Smorz. Esi non sono assegnati in automatico. Il valore di q è assegnato unitario e non modificabile in quanto per le verifiche è utilizzato lo spettro elastico. Nel caso si desideri ridurre l azione sismica per la progettazione è necessario modificare le combinazioni dei carichi per la progettazione della struttura (si veda paragrafo successivo). Per l applicazione del metodo dello spettro di risposta, il programma riduce lo spettro elastico per tutto il campo di periodi T 0,8 Tis, assumendo per il coefficiente riduttivo η il valore corrispondente al coefficiente di smorzamento viscoso equivalente Smorz. Esi del sistema di isolamento. Nel caso si esegua un analisi statica equivalente (Esk), per assegnare una distribuzione di forze proporzionale alle masse, è necessario selezionare, al passo 4 della definizione delle masse sismiche,, l opzione Accelerazione uniforme[f1=fh]. Capitolo 25 Pag. 5
Definizione delle combinazioni dei carichi Dal contesto assegnazione carichi è possibile inserire le combinazioni dei carichi. Per la verifica degli isolatori sismici è possibile utilizzare le combinazioni che il programma realizza di default. Le condizioni di resistenza degli elementi strutturali della sovrastruttura possono essere soddisfatte considerando gli effetti dell azione sismica divisi dal fattore q = 1,15 αu /α1, combinati con le altre azioni secondo le regole del punto 3.3. Il valore di αu /α1 può essere calcolato per mezzo di un analisi statica non lineare (punto 4.5.4) o assunto pari al valore specificato per le diverse tipologie strutturali nei corrispondenti punti di questa norma. In nessun caso può essere assunto superiore a 1,5. Per la progettazione o la verifica degli elementi strutturali è possibile inserire un moltiplicatore dell azione sismica < 1modificando il valore di riferimento nelle impostazioni generali delle combinazioni dei carichi. Capitolo 25 Pag. 6
Visualizzazione dei risultati e progettazione degli isolatori Dal contesto visualizzazione risultati, attraverso il comando: dati di progetto verifica isolatori è possibile ottenere le verifiche degli isolatori sismici previste dall OPCM 3274. Il controllo dei risultati avviene mediante i comandi contenuti nella Barra dei risultati: il comando deformazioni isolatori sismici permette i seguenti controlli: - Sforzo V min: rappresenta il valore dello sforzo normale minimo negli isolatori sismici (positivo se di compressione) ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; - Sforzo V max: rappresenta il valore dello sforzo normale massimo negli isolatori sismici (positivo se di compressione) ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; - Spostamento DE: rappresenta lo spostamento amplificato del 20% ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; - Verifica inserti: rappresenta il rapporto tra la tensione massima σs agente nella generica piastra in acciaio e fyk ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; - Verifica gamma t: rappresenta il valore della deformazione massima a taglio diviso 5 ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; - Verifica gamma s(2): rappresenta il valore della deformazione a taglio indotta dallo spostamento sismico totale diviso 2 ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; - Verifica gamma s (*):rappresenta il valore della deformazione a taglio indotta dallo spostamento sismico totale amplificato del 50% diviso gamma s (*). Gamma s(*) è il valore massimo della deformazione di taglio raggiunto nelle prove di qualificazione relative all efficacia dell aderenza elastomero-acciaio, senza segni di rottura.il valore è ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; - Verifica V cr: rappresenta il rapporto tra il carico massimo verticale agente sul singolo isolatore e il carico critico Vcr diviso per un coefficiente di sicurezza 2 ottenuto considerando tutte le combinazioni sismiche; Capitolo 25 Pag. 7