TASK 2 Controllo passivo mediante Dissipazione di …Obiettivo 2:Sviluppo di modelli matematiciper simulare il comportamento sperimentaledi isolatori elastomerici armati snelli, e

TASK 2TASK 2

Controllo passivo mediante Controllo passivo mediante Dissipazione di energiaDissipazione di energia

TASK 2TASK 2


ASPETTI GENERALIASPETTI GENERALI

TECNICHE DI IDENTIFICAZIONE DELLE PROPRIETÀ DI DISSIPAZIONEdi strutture con sistemi di protezione innovativi

Metodi nel dominio del tempo

METODI NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

Oscillazioni ambientali (es. vento, traffico)

Forzante imposta (es. vibrodina)

funzioni di risposta in frequenza (FRF)

2 4 6 8 10 12 14 16 18

-100

0

100

Frequency (Hz)

Pha

se (d

eg)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Am

plitu

de (m

/N)

Frequency [Hz]

2ω

1ω

3ωIn

erta

nce

modu

lus [c

m/KN

/s2]

Phas

e an

gle [°

]

∑ ∑= =

−++−=p

k

q

kkk knnknn

1 1)()()()( uCuyAy

Damping Ratios

( )t

fΔ

=π

λ2ln ( )( )

( )λλξ

lnlnRe

−=

OSC. LIBERE OSC. FORZATE

Modal Frequency

SCOPO

Individuare mediante processo di identificazione lo smorzamento isteretico strutturale

Incremento di smorzamento dovuto a cicli

isteretici dell’acciaio

5

Trave 30x50

cm2

Pilastri 30x30

cm

1

m

3

Pilastri 30x30

cm

m

Trave 30x50

cm

53

3

6

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1

-0.5

0

0.5

1

Forzante

Time (sec)

Fact

or (N

)

FORZANTE

TASK 2TASK 2


PANORAMICA DI ALCUNI DEI SISTEMI CONSIDERATIPANORAMICA DI ALCUNI DEI SISTEMI CONSIDERATI

IMPLICATIONSIMPLICATIONS

• The findings open the grounds for a new conceptual design strategy: insertion of dampers between frames and lateral-resisting elements

(Trombetti and Silvestri, Journal of Earthquake Engineering, 2004)

Modelli Modelli computazionalicomputazionali

UnitUnitàà di Ricercadi Ricerca: : UniversitUniversitàà di Udine (di Udine (respresp. S. . S. SoraceSorace) ) -- Riunione 29.09.2006Riunione 29.09.2006

Sistema a cavi smorzantiSistema a cavi smorzantie relative installazioni strutturali e relative installazioni strutturali

Modello analitico vs Modello computazionale

Edifici

500 500

350

350

350

350

0 50 100 150 200 250 3000

1

2

3

4

Taglio [kN]

Pia

no

Modello SAP2000NL Modello J2d

0 5 10 15 20 25-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Spostamento [mm]

Forz

a [k

N]


0 5 10 15 20 25 30-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Tempo [s]

S

post

amen

to [m

m]


Dissipatori in gomma ad alto smorzamentoProve sperimentali (Ancona 2004-2005)Dispositivi TARRC

210

2020

250

25 210 25260

170

4040

15 230 151515

12

HDR – caratterizzazione

h = 1cm A = 391x2 = 792cm2

-1

-0.5

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10

time (s )

stra

in

Sistema Dissipativo -Ricentrante

Ciclo Dissipativo - Ricentrante

Spostamento

Forza Orizzontale

Spostamento

Spostamento

Forza Orizzontale

Forza Orizzontale

Rocking Damper

Forza Oriz. Forza Oriz.Peso

Elem. Dissipativo

Maschio Maschio

Sistemi ricentranti dissipativi per strutture murarie

Diametro interno 2540 mmDiametro esterno 2900 mm

Spessore muratura 180 mm

Numero dei maschi 8Larghezza media

maschi 534 mm (22.5°)Larghezza media

aperture 534 mm (22.5°)

Altezza maschi 1080 mmAltezza Base 360 mm Altezza testa 480 mmPeso blocco 130 KN

Tamburo - Chiesa S.Niccolò - CataniaSistema Dissipativo-Ricentrante DIS-CAM

Intervento in corso d’opera

Caratteristiche Modello Sperimentalesc: 1:6 presso ENEA (Prof. Zincone)

• Zona 2 - Terreno B

Sistemi ricentranti dissipativi per strutture murarie

RELUIS MOCK-UP -Dispositivi SMA

Dispositivi viscosi (Dispositivi viscosi (siliconicisiliconici))

Controventi ricentranti-dissipativi

1 Hz

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-30 -20 -10 0 10 20 30

(mm)

(kN

)

Progetto TREMA –Bagnoli ILVA-IDEM



Sistema dSistema d’’isolamento e dissipazione alla base (BISD) isolamento e dissipazione alla base (BISD) e relative installazioni strutturali e relative installazioni strutturali

Edifici

Solai isolati in edifici a destinazione museale od espositiva

Oggetto di applicazioni simulate di altre tecnologie d’isolamento

TASK 2TASK 2


MODELLAZIONE ANALITICA E NUMERICAMODELLAZIONE ANALITICA E NUMERICA

Modelli analitici e Modelli analitici e computazionalicomputazionali


DispositiviDispositivi

Modello analitico [Peckan et al. 1995, Sorace e Terenzi 2001a]

Modello computazionale [Sorace e Terenzi 2001b]

Struttura

k1, k2

k∞δ1

c, α

δ (cedimento)

k∞ δ1

-15 -10 -5 0 5 10 15-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Displacement [mm]

Forc

e [k

N]

Test d185λ = 1

Experimental Numerical

1/55

0

1

212e

)(1

)()()()(

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡+

⋅−+⋅=

Ftxk

txkktxktF ))(sign()()( αd tvtvctF ××=



Sistema a controventi dissipativiSistema a controventi dissipativie relative installazioni strutturali e relative installazioni strutturali

Modello

Edifici

particolare A

A

A

sezione trave di contrastoHE 140B

piastra sp. 20 mm

sezione travi di controventaturaUPN 180

bullonatura 8.8 φ20

bullonatura 8.8 φ18

calastrelli di unione

bullonatura 8.8 φ20ancoranti mod. HILTI HSA-M16X120

dissipatore Jarret mod. BC1GN

pattini guida con interposta striscia di Teflon

contrasto e supportodissipatore

piastra di supporto/allestimento F0 Gap

Impalcato

Dissipatore [c, α]

Hook

Molla [k1, k2, R ]

Hook

Gap

Molla [k1, k2, R ]

Dissipatore [c, α]



Sistema a cavi smorzantiSistema a cavi smorzantie relative installazioni strutturali e relative installazioni strutturali

Modello analitico vs Modello computazionale

Edifici

500 500

350

350

350

350

0 50 100 150 200 250 3000

1

2

3

4

Taglio [kN]

Pia

no


0 5 10 15 20 25-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Spostamento [mm]

Forz

a [k

N]


0 5 10 15 20 25 30-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Tempo [s]

S

post

amen

to [m

m]


rate:0.1s -1

-80

-40

0

40

80

-2 -1 0 1 2

strain

forc

e (k

N)

datamodel

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

strain

forc

e(kN

)

Confronto numerico sperimentalerisposta stabile

HDR – caratterizzazione

Confronto numerico sperimentalerisposta transitoria

HDR – Modello costitutivo

+= ),,( 210 vv γγγττ ),,,( 3 vevm qqγγτ

• Viscoelastico non lineare degradante

variabili interne:γvi = deformazioni inelastiche (3)qj = parametri di danneggiamento (2)

• Risposta totale = risposta limite + risposta transitoria (danno)

Dall’Asta A. and Ragni L. “Experimental tests and analytical model of high damping rubber dissipating devices ” – Engineering Structures – 28 (13) - 2006

+)(γef [ ]+− 11 vvE γγ=0τ [ ]22 vvE γγ −

+− )()1( γα eem fq [ ]33 )1( vvv qE γγ −− &=mτ

CARICO CRITICO DI ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATIObiettivo 2:Obiettivo 2: SviluppoSviluppo di di modelli matematicimodelli matematici per per simulare il comportamento sperimentalesimulare il comportamento sperimentale di di isolatori elastomerici armati snelliisolatori elastomerici armati snelli, e di , e di formuleformule per per ll’’instabilitinstabilitàà da inserire nella normativada inserire nella normativa

24)( 2 GAPGAGA

P Ecrit

⋅++−= dovedove

2

2

LEIPE

π=PPcritcrit (GA, EI)=(GA, EI)=

dovedovePPcritcrit(GA, EI, EA)=(GA, EI, EA)=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−++

=

222411

2

GALEI

EALEI

Eb

π

λλ2

2

LEI

Eπλ =

((OrdinanzaOrdinanza 3274 del 20/03/03 3274 del 20/03/03 e 3431 del 03/05/05)e 3431 del 03/05/05)

(A.D.(A.D.LanzoLanzo))

(A.(A.RaithelRaithel -- G.G.SerinoSerino))

e

rdincrit t

bSAGV min1 ⋅⋅⋅=VVcritcrit== dove dove GGdindin: modulo di : modulo di taglio dinamicotaglio dinamico

AArr: area : area ridotta efficaceridotta efficace

SS11: : fattorefattore di forma di forma primarioprimario

bbminmin: : diametrodiametro

ttee: : spessore totale degli strati dellspessore totale degli strati dell’’elastomeroelastomero

TASK 2TASK 2


PROCEDURE PROGETTUALIPROCEDURE PROGETTUALI

CRITERI DI PROGETTO SEMPLIFICATIDI EDIFICI CON CONTROVENTI DISSIPATIVI

PROBLEMATICHEProgettazione ex-novoAdeguamento antisismico

OBIETTIVIMessa a punto di procedure progettuali semplificateModellazione e codice di calcolo per l’analisi dinamica in campo non lineareValidazione delle procedure progettuali attraverso indagini numeriche

CAMPO DI INDAGINEStrutture intelaiate in c.a. e in acciaioControventi metallici con dissipatori isteretici e viscoelastici

Cd

Cd

1

2

PROGETTO DEI DISPOSITIVI VISCOSIObiettivo 1:Obiettivo 1: SviluppoSviluppo di di metodologiemetodologie di di progettoprogetto di di dissipatoridissipatori a a comportamento viscosocomportamento viscoso e e viscovisco--elasticoelastico per per edificiedifici e e pontiponti, con , con svilupposviluppo di procedure di di procedure di prova prova ed ed indicazioniindicazioni normativenormative

In funzione della rigidezza relativa controventoIn funzione della rigidezza relativa controvento--telaio a ciascun piano, telaio a ciascun piano, èè possibile possibile individuare un individuare un rangerange di valori ottimali da assegnare al parametro di progetto (coeffdi valori ottimali da assegnare al parametro di progetto (coefficiente iciente di smorzamento) dei dispositivi viscosi. di smorzamento) dei dispositivi viscosi.

Fdp

1p

2

x0

2.5

5

7.5

10

0 0.5 1 1.5β

| ζf,m

ax|

ν = 0.001

ν = 1.5ν = 0.05

ν = 0.1

ν = 0.2ν = 0.5

ν = 1

ν = 5

νopt = 0.2887

RiferimentiRiferimenti: G. : G. SerinoSerino & M. & M. SpizzuocoSpizzuoco. . About the design of passive and semiAbout the design of passive and semi--active MR dampers for seismic protection active MR dampers for seismic protection of buildingsof buildings. 12. 12thth ECEE. ECEE. ElsevierElsevier, Oxford, UK, 2002., Oxford, UK, 2002.

STEP 2:Identification of the “equivalent” non-linear damping coefficients

max, 1

max, 1

reference point P:0.80.8

P

P

v vF F

α

α

=

=

≅ ⋅

≅ ⋅

In order to identify the characteristics of the non-linear damper system which is “equivalent” (in terms of providing same actions under same inputs) to the linear one, we propose to identify a reference point P in the force-velocity diagram.

The reference point P:• is a design point through which the non-linear constitutive law must pass• should be chosen carefully so that the linear and the non-linear constitutive

laws are “close” to each other within the “working” range of velocities.

“Working” range of velocities meaning the velocities developed between the two ends of the dampers under the design earthquake inputs.

0.3α =

lead to conservative results

Procedura di progetto

RisultatiSpettro spostamenti lineare (ξm,Td) umax

Valutazione affidabilità del metodo (γmax= γd)

Valutazione affidabilità verifica semplificata γd (γmax1,γmax2)

d

uhγmax=

MGhT

GKhA

mm

20==

∈

InputM, HDR

ObiettivoTd, γd

caratterizzazione lineare

G1,ξ1 (γd,Td)G2,ξ2 (γd,0.8Td) Gm,ξm

Incognite progettazione: caratteristiche meccaniche controventi Rigidezza (KRigidezza (KCC)) Resistenza Resistenza FFcc

DISPOSITIVI A DISSIPAZIONE “DIPENDENTE DALLO SPOSTAMENTO”

1. Definizione caratteristiche struttura in c.a.

Sistema bi-lineare

Spostamento Copertura

Tag

lio a

lla b

ase

pushover iniziale

pushover ridotta

Fy

k

d0

Sistema bi-lineare


Tag

lio a

lla b

ase

pushover iniziale

Sistema bi-lineare


Tag

lio a

lla b

ase

pushover iniziale

pushover ridotta

Fy

pushover ridottapushover ridotta

Fy

kkk

d0d0

2. Determinazione Caratteristiche del controvento equivalente

Procedura iterativa: si fissano:Procedura iterativa: si fissano:

•• forza sismica forza sismica FFee Fe = MTOT · Se(To)•• duttilitduttilitàà μμC C (val. ottimali 8(val. ottimali 8--14)14)

Nella prima iterazione Nella prima iterazione TToo ((struttstrutt. non . non controventatacontroventata))

Progetto dei Controventi : Trilineare

0

B

C D

A

δTOT δ0δy,c δy,s

Fe

Fs

Fc

Spostamento

Tag

lio a

lla b

ase

oscilloscill. elastico. elastico

oscilloscill. elasto. elasto––plastico plastico

controvento struttura

Progetto dei Controventi : Trilineare

0

B

C D

A

δTOT δ0δy,c δy,s

Fe

Fs

Fc

Spostamento

Tag

lio a

lla b

ase

oscilloscill. elastico. elastico

oscilloscill. elasto. elasto––plastico plastico

controvento struttura

Criterio uguale energia dellCriterio uguale energia dell’’oscillatore oscillatore elastico ed elastico ed elastoplastico elastoplastico

• Analisi statica nonAnalisi statica non--lineare (lineare (PushoverPushover))• Riduzione a Sistema biRiduzione a Sistema bi––lineare equiv.lineare equiv.

par. 4.5.4 e 4.5.4.2,3,4 O.P.C.M. n. 3274/03, all. 2

Progettazione controventi edifici

•• Impostata la duttilitImpostata la duttilitàà del controvento e definito lo spostamento max. della struttura del controvento e definito lo spostamento max. della struttura ll’’unica incognita resta la forza di scorrimento del controvento equnica incognita resta la forza di scorrimento del controvento equivalente uivalente FFcc

•• Si ricava il nuovo periodo della struttura Si ricava il nuovo periodo della struttura controventatacontroventata e quindi e quindi Fei = MTOT · Se(Ti)

2. Determinazione Caratteristiche del controvento equivalente

•• Procedura converge quando Procedura converge quando FFee ii/F/Feiei--11 < < εε

3. Ripartizione ai piani delle caratteristiche del controvento equivalente

costCK

S

KRK

= =

• Rapporto costante tra rigidezza controvento e rigidezza struttura ai piani Le rigidezze di piano si determinano a partire dall’analisi statica lineare

• Conservazione del rapporto di resistenza del piano iesimo rispetto al primo piano della struttura non rinforzata

,1 Np

s i jj ii

K Fs =

=Δ ∑ , ,c i K s iK R K= ⋅

, , ,C i F i C eqF R F= ⋅

( ),

2

1cos

c icontrov

controv

KK

n α= ⋅

1 1 1

c asta dissipK K K= +

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅== eoscillator,u

TOT

i

SS

i,uSi,y s

s1 δΔμμ

δδ.tcos

δKδK

FF

RyS,1S,1

iyS,iS,

yS,1

iyS,F =

⋅⋅

==


4. Verifica con metodo N2 e Valutazione fattore di struttura q

1. Curva pushover struttura rafforzata con controventi

2. Riduzione a Sistema bi-lineare equivalente (1-g.d.l.)

Spettri ADRS (N2)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

SD (m)

Sa(g

)

ADRS elasticoADRS anelastico

Bilineare ADRSPunto prestazioneElastica

Verticale Bilin

3. Costruzione degli spettri anelastici a partire da quelli elastici funzione della sismicitàe tipo di terreno

( ) Tc T 1TT1μR

cμ <+−=

Tc T μ Rμ >=

Fattore di riduzione

αα

R q1

uμ0 ⋅= Sovra

resistenza

54 strutture analizzate (Scuole provincia Potenza), realizzate negli anni ‘70-’80

per un tot. di 432 analisi in corso di esecuzione

Variabili: - n. piani (da 3 a 5)- Strutture regolari e non- Geometria in pianta

Parametri: - duttilità controventi (8, 10, 12, 14)- zona sismica 1 e 2

Valutazione fattore di struttura q


DISPOSITIVI A DISSIPAZIONE DISPOSITIVI A DISSIPAZIONE ““DIPENDENTE DALLA VELOCITADIPENDENTE DALLA VELOCITA’’””::DISPOSITIVI VISCODISPOSITIVI VISCO--ELASTICI (VED)ELASTICI (VED)

1. Analisi della struttura da progettare/adeguare

Incognite progettazione:

Caratteristiche controventi

LossLoss factorfactor

SmorzamentoSmorzamento

Ampiezza deformazioneAmpiezza deformazione

ηd

ζd

γ

1) Periodo fondamentale; 2) Rigidezza elastica di piano; 3) Curva di capacità: Pushover

2. Calcolo rigidezza controventi

- Si utilizza il criterio della rigidezza proporzionale: Kcontrov. = α Kpiano strutt

3. Caratterizzazione del dispositivo dissipativo

Si fissano: - Temperatura ambiente (T), - Ampiezza di deformazione (γ)- Frequenza (f) del 1°modo strutt.

(A)

- Stabilire numero e posizione dei dissipatori

Si ricavano i parametri : - G’ (modulo di carico);- G” (modulo di perdita).

'G"G ηd =


Si valuta:- Rigidezza Equivalente- Smorzamento Equivalente

Controllo frequenza struttura controventata (f*)

f* ≠ fse

P.3A P. 5

4. Caratterizzazione del controvento dissipativo

DISPOSITIVO DISSIPATIVO (c; K’d)+

CONTROVENTO (Kb)

f* = f

5. Calcolo della curva di pushover della struttura controventata

- Conversione curva di pushover in formato ADRS Spettro di Capacità

- Riduzione della struttura controventata a sistema bi-lineare equivalente (1 g.d.l.)


6. Valutazione smorzamento struttura controventata (Spettri di Capacità) e Verifica (ricerca performance point)

I iterazione : formato ADRS

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12

Sd (m)

Sa (g)

delast.

dplast.

ζ = 5%

ζ = 22%

Domanda

Capacità

Prestazione

ATC40

Calcolo dello smorzamentoCalcolo dello smorzamento

ξequ. = ξdisp + ξvisc + ξister

ξdisp = (C • Tel) / (4π • m)

ξvisc = 5%

ξister = (1 / 4π) • (ED / ES0)dy

Spostamento Spettrale

Acc

eler

azio

ne S

pettr

ale

dpi

Eso

ED

ay

api

Keffettivo

Kiniz.

Spettro di capacità

Ciclo dissipativo

VERIFICA

NO modifica rigidezza controventi Kc (P.2)

SI (P.7)

7. Verifica ampiezza di deformazione

γ* ≠ γ γ* = γ FINEModifica caratteristiche dispositivo (P.3A)

(contributo smorz. dispositivi VED)

(smorz. viscoso proprio struttura)

(smorz. isteretico struttura)


TASK 2TASK 2


ATTIVITAATTIVITA’’ SPERIMENTALI (dispositivi)SPERIMENTALI (dispositivi)

Legame Forza -spost. trasversale (f = 0,1 Hz)

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

-100 -50 0 50 100

spostamento trasversale (mm)

Forz

a (N

)

2000 KN (23MPa)4000 KN (45MPa)525 KN (6MPa)

Legame forza Spost. trasv. (N 4000 KN)

-300000-250000-200000-150000-100000-50000

050000

100000150000200000250000

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

spostamento trasversale (mm)

Forz

a di

Tag

lio (N

)

Isolatori gomma-piombo

ISOLATORI ACCIAIO-PTFE: DIAMETRO 600mm

Pressione Ampiezza Tipo di Frequenza Velocitàdi Contatto Spostamento Onda di Carico di Prova

0.00025 Hz 0.1 mm/s26.4 MPa 0.00125 Hz 0.5 mm/s

TRIANGOLARE 0.00625 Hz 2.5 mm/s19.8 MPa 100. mm 0.0125 Hz 5. mm/s

0.05 Hz 20. mm/s13.2 MPa 250. mm 0.125 Hz 50. mm/s

SINUSOIDALE 0.25 Hz 100. mm/s6.6 MPa 0.5 Hz 200. mm/s

1. Hz 400. mm/s

Isolatori Slitte Acciaio-PTFE

COEFFICIENTE D'ATTRITO DINAMICO - TEST TRIANGOLARE

0.0%

0.2%

0.4%

0.6%

0.8%

1.0%

1.2%

1.4%

0.mm/s 50.mm/s 100.mm/s 150.mm/s 200.mm/s 250.mm/s 300.mm/s 350.mm/s 400.mm/sVelocità di prova

m

Pc 6.6 MPaPc 13.2 MPaPc 19.8 MPaPc 26.4 MPa

Isolatori Slitte Acciaio-PTFE

MACCHINA DI PROVA PER I DISPOSITIVI WIRE-ROPEObiettivo 3:Obiettivo 3: SviluppoSviluppo di di modelli matematicimodelli matematici per per simulare il comportamentosimulare il comportamento nonnon--linearelineare di di isolatoriisolatori di di tipotipo wirewire--roperope, e di , e di una loro metodologiauna loro metodologia di di progettoprogetto per per strutture leggere strutture leggere

Telaio di carico in composto saldato, Telaio di carico in composto saldato, dimensionato per un carico massimo al dimensionato per un carico massimo al centro di 100 centro di 100 kN kN in condizioni dinamichein condizioni dinamiche

RPMTM: RPMTM: Resilient Pad Resilient Pad and and Mat Testing MachineMat Testing Machine

AttuatoreAttuatore idraulico a doppio effetto da 15 idraulico a doppio effetto da 15 kNkN, corsa , corsa ±± 70 mm e 70 mm e servovalvoleservovalvole MoogMoog

Centralina Centralina oleodinamicaoleodinamica da 50 da 50 ltlt//minmin, , pressione di lavoro 210 bar e capacitpressione di lavoro 210 bar e capacitààserbatoio 250 serbatoio 250 ltlt

MACCHINA DI PROVA PER I DISPOSITIVI WIRE-ROPEObiettivo 3:Obiettivo 3: SviluppoSviluppo di di modelli matematicimodelli matematici per per simulare il comportamentosimulare il comportamento nonnon--linearelineare di di isolatoriisolatori di di tipotipo wirewire--roperope, e di , e di una loro metodologiauna loro metodologia di di progettoprogetto per per strutture leggere strutture leggere

1) consentire la traslazione orizzontale della piastra di fissaggio esterno per la variazione di spessore degli isolatori

2) bloccaggio dell'isolatore alla piastradi fissaggio interno e di fissaggio esterno, prevedendo più fori per le varie misure degli isolatori (o un sistema di fissaggio che consenta la traslazione di detti fori)

3) inserimento di due piastre (superiore ed inferiore)

-attacco della piastra alla macchina

-attacco dell'isolatore alla piastra prevedendo fori della stessa tipologia della nota 2

TAGLIO 1 TAGLIO 2TRAZIONE-COMPRESSIONE

85.0

20.0 85.0

piastra di fissaggio esterno

fissaggio esterno

fissaggio interno

piastra di fissaggio interno

TASK 2TASK 2


ATTIVITAATTIVITA’’ SPERIMENTALI COMUNISPERIMENTALI COMUNI

DESCRIZIONE DEL TELAIO “NUDO"Obiettivo 1:Obiettivo 1: SviluppoSviluppo didi metodologiemetodologie didi progettoprogetto didi dissipatoridissipatori a a comportamento viscosocomportamento viscoso e e viscovisco--elasticoelastico per per edificiedifici e e pontiponti, con , con svilupposviluppo di procedure didi procedure di prova prova ed ed indicazioniindicazioni normativenormative

•• acciaioacciaio del del tipotipo Fe430Fe430

•• travi orizzontalitravi orizzontali didi profilo profilo IPE180IPE180

•• colonne verticalicolonne verticali didi profilo profilo HE140BHE140B

•• impalcato impalcato ((lamiera grecata tipo lamiera grecata tipo A55/P600 A55/P600 + + solettasoletta didi calcestruzzocalcestruzzo) di) di massa totalemassa totaleMMt,impt,imp = 2182,53 kg= 2182,53 kg

•• masse masse aggiuntiveaggiuntive didi calcestruzzo calcestruzzo corrispondenti corrispondenti a 250 kg/ma 250 kg/m22, , sinosino ad un ad un max di 3000 kg per max di 3000 kg per impalcatoimpalcato

La La massa totale della struttura massa totale della struttura ((travitravi, , colonnecolonne e e impalcatiimpalcati) ) senzasenza le masse le masse aggiuntiveaggiuntive èè MMtt = 5430,44 kg.= 5430,44 kg.

MODELLAZIONE MATEMATICA DEL TELAIO “NUDO"

Le Le frequenzefrequenze modalimodali dovrannodovranno essereessere paragonateparagonate a a quellequelle sperimentalisperimentali misuratemisurate durantedurantele prove di le prove di caratterizzazionecaratterizzazione dinamicadinamica delladella strutturastruttura, al fine di , al fine di verificareverificare ilil modellomodello SAP.SAP.

Modo Frequenza Periodo Coeff. di partecipazione di massa (%)No. Num. SAP2000 [Hz] Num. SAP2000 [s] Longitudinale X Trasversale Y 1 3,83 0,2609 91 2 4,70 0,2127 87 3 6,31 0,1584 4 11,56 0,0865 9 5 16,67 0,0600 13 6 20,13 0,0497

1° Modo 2° Modo 3° Modo

SISTEMI DI ATTACCO

Al fine di Al fine di ottimizzareottimizzare la la realizzazione dellerealizzazione delle prove, prove, èè opportuno uniformareopportuno uniformare, per i , per i tretre tipi di tipi di dispositivo consideratidispositivo considerati, i , i sistemisistemi di di attaccoattacco del del dispositivodispositivo al al controventocontrovento e e alla strutturaalla struttura, , e e definire il sistemadefinire il sistema di di attaccoattacco del del controvento alla strutturacontrovento alla struttura..

Controvento a forma di KControvento a forma di K Controvento a semplice colonnaControvento a semplice colonna

SISTEMI DI ATTACCO

Tipologia di attacco proposta da UNIUD per controventi a forma dTipologia di attacco proposta da UNIUD per controventi a forma di Ki K

1 7 2 8 3 4 5

6

1. 1. piastrepiastre di di collegamento della cellacollegamento della cella di di carico alla travecarico alla trave di piano, 2. di piano, 2. collegamento collegamento cilindrico tracilindrico tra la la cellacella di di caricocarico e e il dissipatoreil dissipatore, 3. , 3. cerniera sfericacerniera sferica, 4. , 4. piastra controventopiastra controvento--nodonodo, 5. , 5. stratostrato di Teflon, 6. di Teflon, 6. campionecampione di di misuramisura, 7. , 7. cellacella di di caricocarico, 8. , 8. dispositivo Jarretdispositivo Jarret

STRUMENTAZIONE PER LA STRUTTURA CON CONTROVENTI PASSIVIObiettivo 1:Obiettivo 1: SviluppoSviluppo didi metodologiemetodologie didi progettoprogetto didi dissipatoridissipatori a a comportamento viscosocomportamento viscoso e e viscovisco--elasticoelastico per per edificiedifici e e pontiponti, con , con svilupposviluppo di procedure didi procedure di prova prova ed ed indicazioniindicazioni normativenormative

La La TabellaTabella sopra rappresenta una configurazionesopra rappresenta una configurazione didisensori ottimalesensori ottimale. .

Nel casoNel caso didi controventi dissipativicontroventi dissipativi istallatiistallati solo al I solo al I piano, piano, il numeroil numero didi trasduttoritrasduttori didi spostamento relativo spostamento relativo nel dispositivonel dispositivo e e forza assiale sul pistone si riduce daforza assiale sul pistone si riduce da4 a 2.4 a 2.

N. Canale Transduttore Grandezza fisica acquisita 1 Abl Accelerometro Accelerazione del sistema di applicazione del moto alla base6 A1÷A6 Accelerometro Accelerazione del piano (2 in direzione X e 1 in direzione Y) 1 Dbl LVDT Spostamento della base della struttura 4 D1l÷D4l LVDT Spostamento del piano (2 per piano) 4 D1÷D4 LVDT Spostamento relativo nel dispositivo 4 F1÷F4 Cella di carico Forza assiale sul pistone del dispositivo

STRUMENTAZIONE PER LA STRUTTURA CON CONTROVENTI SEMI-ATTIVIObiettivo 1:Obiettivo 1: SviluppoSviluppo didi metodologiemetodologie didi progettoprogetto didi dissipatoridissipatori a a comportamento viscosocomportamento viscoso e e viscovisco--elasticoelastico per per edificiedifici e e pontiponti, con , con svilupposviluppo di procedure didi procedure di prova prova ed ed indicazioniindicazioni normativenormative

OltreOltre la la sensoristicasensoristica, , èè necessaria necessaria unun’’elettronica dedicataelettronica dedicata per per il il funzionamentofunzionamento semisemi--attivoattivo in in tempo tempo realereale del del dispositivodispositivo: :

•• 1 CPU real time National 1 CPU real time National Instruments Instruments

•• 2 2 schedeschede didi acquisizione acquisizione digitaledigitale (DAQ) (DAQ)

•• ilil software software LabviewLabview RealReal--Time Time

•• 4 4 grossi alimentatori grossi alimentatori per i per i dispositivi magnetoreologicidispositivi magnetoreologici

STRUTTURE PREFABBRICATE con sistemi dissipativi di protezione sismica:

SPERIMENTAZIONE SU UN PROTOTIPO AL VERO

U. O. di Bologna

OBIETTIVO:

Struttura a disposizione del progetto per verificare differenti tipologie di sistemi di smorzamento, anche in presenza di difetti di funzionamento

PROGETTO e REALIZZAZIONE DI UNA STRUTTURA PREFABBRICATA PROTOTIPO A DUE PIANI PER L’INSTALLAZIONE E PROVA DI SISTEMI DI SMORZAMENTO

STRUTTURE PREFABBRICATE con sistemi dissipativi di protezione sismica: SPERIMENTAZIONE SU UN PROTOTIPO AL VERO

U. O. di Bologna

600 500y

z

x

z

y

x

40

50

600

500

50

50

350

350

35

35

40

40

50

50

35

35

350

350

x

y

y

x

sezione Pilastro

sezione Trave

50

40

35

50 SISTEMA DI ECCITAZIONE:1) Vibrodina

2) Prove di rilascio

Possibilità di equipaggiare il prototipo anche con altri tipi di sistemi attivi di protezione

Frequenze naturali:1) 3,48 Hz2) 4,07 Hz3) 5,70 Hz

Prove sperimentali

HDRD

PERNO Ø30PERNO Ø30

BULLONE M16

Dissipatori HDRA= 391cm2

h = 1 cmMescola media

Telaio in c.a.M = 16tK = 4.2 kN/cm

dissipatore BRAD 3/40

Dissipatori BRADL = 870 cmK = 18 kN/mm (14.5 kN/mm)Fy = 30 kN

dy = 2 mm

du = 20 mm

Prove sperimentali

TASK 3TASK 3

Controllo mediante Controllo mediante Masse accordateMasse accordate (passivo/semi(passivo/semi--attivo)attivo)

The benchmark structure

“Smart Base Isolated Benchmark Building Part I: Problem Definition” (Narasimhan et al. 2002)

The benchmark structure is a base-isolated eight-storey, steel-braced frame building, 82.4 meters long and 54.3 meters wide, similar to existing buildings in Los Angeles, California

TMD system design

,,,

mx A 83.281 = mx A 25.132 =Configuration A

my B 69.261 = my B 49.432 =Configuration B

Time-history seismic analysis(Far-fault seismic inputs)

Time-history seismic analysis(TOP acceleration)

Time-history seismic analysis(Near-fault seismic inputs)

Ongoing research issuesBI&TMD control system experimental tests on scaled model

SEISMIC ISOLATION SYSTEM

Ongoing research issues

BI&TMD control system experimental tests on scaled model

SEISMIC ISOLATION SYSTEM

Tipologie di TMD

Molla/smorzatore Appoggi in gomma Pendolo semplice Pendolo composto

Barra rigida A doppia massa

TMD Traslazionale (TTMD) TMD a pendolo (PTMD)

Pendolo “rocker” Pendolo “roller”Sisma

Vent

o

Proposta: TMD a massa incerta

Esempio: giardino pensile oscillante (ovvero: protezione strutturale + protezione ambientale)

Criticità: massa incerta e variabile Rischio di off-tuning(problema di robustezza)

Perché non convertire in TMD masse già disponibili in edifici esistenti (serbatoi, impianti, giardini pensili)?

Verso il RPTMD

Tuttavia, il PTMD del tipo “appeso” presenta svantaggi rispetto al TTMD ai fini dell’uso di masse incerte in copertura, quali:1. necessità di un telaio di sospensione2. impossibilità di doppio tuning3. vincolo di traiettoria circolare

ma soprattutto l’incompatibilità con strutture troppo rigide (L e Δx)

Rolling Pendulum TMD (RPTMD)

Analisi e sintesi robuste dimostrano che un MUTMD è efficace in situazioni di interesse pratico e in particolare che un MUTMD a pendolo (PTMD) è preferibile

Verso il RPTMD

RPTMD esistenti:

Isolatori antisismici per installazioni sensibili:superfici di rotolamento coniche con sfere dissipazione per attrito su fogli in gomma semplicità realizzativacomportamento non lineare

Proposta di RPTMD innovativo:superfici di rotolamento ellissoidiche con sferedissipazione alternativamente con smorzatori oleodinamici o fogli in gomma semplicità realizzativatuning in frequenza anche per grandi oscillazioni

superfici di rotolamento cilindriche a sezione circolare accoppiate su due livelli ortogonalismorzatori oleodinamici complessità realizzativacomportamento lineare per piccole oscillazioni

TASK 4TASK 4

Controllo semiControllo semi--attivoattivo

33 parametri:C(i), α(i), Fdy(i)

ALGORITMI DI CONTROLLO PER DISPOSITIVI MR: OcchiuzziOcchiuzzi et al. (2003)et al. (2003)

Fd (t)

x (t)

Fdy

Cd

( ) ( ) ( )Uii

FFFUUCF dydy

dyd sgnsgnmax

min,max,min, ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡ −++= α

Confronto cicli F(x) sperimentali / numerici (n. 4 prove: 1-2.4Hz, 0-2.5A)

-8

-6

-4

-2

0

2

4

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25displacement [mm]

forc

e [k

N]

-8

-6

-4

-2

0

2

4

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25displacement [mm]

forc

e [k

N]

1 Hz1 Hz0 A0 A

1 Hz1 Hz2.5 A2.5 A

2.4 Hz2.4 Hz0 A0 A

2.4 Hz2.4 Hz2.5 A2.5 A

-36

-27

-18

-9

0

9

18

27

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25displacement [mm]

forc

e [k

N]

-36

-27

-18

-9

0

9

18

27

36

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25displacement [mm]

forc

e [k

N]

7 parametri se si include la dipendenza dalla corrente

ALGORITMI DI CONTROLLO PER DISPOSITIVI MR: Spencer et al. (1997)Spencer et al. (1997)

1010 parametri:α(i), c0(i), c1(i), k0, k1, γ, β, n, A, x0

1 Hz1 Hz0 A0 A

1 Hz1 Hz2.5 A2.5 A

2.4 Hz2.4 Hz0 A0 A

2.4 Hz2.4 Hz2.5 A2.5 A

-36

-27

-18

-9

0

9

18

27

36

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25displacement [mm]

forc

e [k

N]

-8

-6

-4

-2

0

2

4

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

displacement [mm]

forc

e [k

N]

-36

-27

-18

-9

0

9

18

27

36

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25displacement [mm]

forc

e [k

N]

-8

-6

-4

-2

0

2

4

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25displacement [mm]

forc

e [k

N]

Confronto cicli F(x) sperimentali / numerici (n. 4 prove: 1-2.4Hz, 0-2.5A)

14 parametri se si include la dipendenza dalla corrente

DispositiviAccordo raggiunto con il produttore.Consegna di due dispositivi prevista per novembre 2006.Possibile fornitura di altri 2.

I/O system

Processing unit

Measured output

Con

trol

Sig

nal

Power supply(current drivers)

Operating signal

Control system accelerometers

• Acquisizione dei dispositivi magnetoreologici semi-attivi• Progettazione e acquisizione dell’elettronica

Elettronica di controlloCompletamente definita e acquisita, per un impegno globale pari a € 20.000. (Linee 7 e 9).

• Definizione della configurazione di prova:• numero di dispositivi da installare• tipologia dei controventi

x1

c1,k1

m1

x2

m2

c2,k2x1m1

c1,k1

x2

m2

c2,k2IP

E 24

0

IPE

240

IPE

180

In ogni caso, presenza di tutte le masse aggiuntive possibili (eventualmente anche disposte eccentricamente)

Grazie per l’attenzione !

Documents

TASK 2 Controllo passivo mediante Dissipazione di …Obiettivo 2:Sviluppo di modelli matematiciper simulare il comportamento sperimentaledi isolatori elastomerici armati snelli, e