Approccio sistemico all'analisi e alla progettazione di grandi ponti. Systemic Approach for the Analysis and Design of Long Span Bridges

FRANCO BONTEMPI 1

APPROCCIO SISTEMICO AL PROGETTO DEI GRANDI PONTI

Franco Bontempi

Professore Ordinario di Tecnica delle CostruzioniFacolta’ di Ingegneria – Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza

Via Eudossiana, 18 – 00184 ROMA

[email protected] - [email protected]

Ponti Strallatie

Ponti Sospesi

Politecnico di Milano, 20-23 giugno 2006

FRANCO BONTEMPI 2

FRANCO BONTEMPI 3

COMPLESSITA’non linearita’

incertezzeinterazioni

FRANCO BONTEMPI 4

LineareLineare NonlineareNonlineare

StrettaStretta

LascaLasca

COMPLESSITA’ DI UN SISTEMA

FRANCO BONTEMPI 5

FACTORS INFLUENCING STRUCTURAL COMPLEXITY

NON LINEAR

BEHAVIOR

LINEAR

FRANCO BONTEMPI 6

3300183 183777 627

+77.00 m

+383.00 +383.00

+54.00+118.00

+52.00 +63.00

3300183 183777 627

+77.00 m

+383.00 +383.00

+54.00+118.00

+52.00 +63.00

Dispositivi di Dissipazione

Comportamento del SuoloNon Linearità di Materiale

Interfaccia Suolo-Struttura Non Linearità di Contatto

Pendini

Torri

Cavi Principali

Non Linearità Geometrica

NON LINEARITA’

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LOW

AMBIGUITY UNCERTAINTY

HIGH

NON LINEAR

BEHAVIOR

LINEAR

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3300183 183777 627

+77.00 m

+383.00 +383.00

+54.00+118.00

+52.00 +63.00

3300183 183777 627

+77.00 m

+383.00 +383.00

+54.00+118.00

+52.00 +63.00

Incertezze legate al modello strutturale

Incertezze legate alla modellazione dei carichi

Incertezze legate alla geometria ed ai materiali

INCERTEZZE

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LOW

AMBIGUITY UNCERTAINTY

HIGH

TIGHT

COUPLING INTERACTIONS CONNECTIONS

LOOSE

NON LINEAR

BEHAVIOR

LINEAR

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3300183 183777 627

+77.00 m

+383.00 +383.00

+54.00+118.00

+52.00 +63.00

Interazione Struttura - Traffico

Interazione Struttura - Vento

Interazione Struttura - Terreno

INTERAZIONI

FRANCO BONTEMPI 11

LIVELLO GLOBALE3300 m

livello locale200 m

N.B. 1 - EFFETTO SCALA

FRANCO BONTEMPI 12

PROGETTO

COSTRUZIONE(MATERIALI – COMPONENTI)

CO

MPO

RTA

MEN

TOU

MA

NO

N.B. 2

FRANCO BONTEMPI 13

STRUCTURALQUALITY

- design life- railway runability- highway runability- free channel- robustness- durability- management

GLOBALGEOMETRY

ANDTOPOLOGY

TOPOLOGY- suspension system - towers - towers foundation- anchor system- main deck- deck landing- ...GLOBAL GEOMETRY - main span- sx span - dx span SECTIONAL GEOMETRY- continuous girder sections- transverse section- main cables- hangers- towers- secondary elementsMATERIALS CHARACTERISTICS- girders- cables

SYNTHESIS OFSTRUCTURAL

SOLUTION AND

DOCUMENTATION

BOUNDARYCONDITIONS

CONSTRAINTS:rigid and elastic

constraints, imposed

displacements

NATURALACTIONS- temperature- wind- earthquake

ANTROPICACTIONSa) permanent loading systemb) variable - railway - highwayc) accidental

CO

NV

EN

TION

AL M

OD

ELIN

G:

QU

AS

I STA

TIC R

EP

RE

SE

NTA

TION

BASIC STRUCTURALCONFIGURATION

PARAMETERS- individuation- definition- uncertainty- description- bounding

GLOBALMODELING

- 2D- 3D

MODELING WITHDYNAMIC INTERACTION

ALTERNATIVE STRUCTURALCONFIGURATIONS

GLOBALOPTIMIZATION- topology- morphology- parametric

LOCALOPTIMIZATION- girders section- transverse section- restraint zone

EXPERT ANDFIXED CHOICES

MEASURESa) qualitativeb) materials volumesc) serviceability - modal characteristics - deflections - deformations - reversibilityd) collapse scenarios - collapse characteristics - robustnesse) accidental scenarios - configurations - risks

DETAILEDMODELING

EXTENDEDMODELING

12 3

4

5

6

7

Numerical Modeling for the Structural Analysis and Design of

MESSINA STRAIT BRIDGE:subdivision and development of activities.

FB - june 6, 2005 / [email protected]

FRANCO BONTEMPI 14

Qualita’ ISO 9000…Codici Etici…

N.B. 3

FRANCO BONTEMPI 15

COMPLEXITY exists when there are manymany different partsparts that are strictly connectedconnected; moreover the way the elements are aggregated should not be reducible to a regular scheme

COMPLEXUS =COMPLEXUS = “entwined”, “twisted together”

DUALITY between parts that are at the same time

DISTINCT

CONNECTED

a Systemic Approach permits to consider both thecomponentscomponents and their relationshiprelationship

FRANCO BONTEMPI 16

APPROCCIO SISTEMICOcome affrontarela complessita’

FRANCO BONTEMPI 17

ELEMENTI E COMPONENTI STRUTTURALI

ORGANIZZAZIONELe relazioni stabili di funzione, funzionalità

e topologia che danno significato aglielementi indipendentemente dalla loro specificità.

STRUTTURAElementi specifici che tramite le relazioni

strutturali formano una configurazione persistente nel tempo

SISTEMAStruttura durevole di elementi organizzati, che

viene osservata come unità che presentacaratteristiche emergenti.

FRANCO BONTEMPI 18

PROCESSODECISIONALE

RISTRUTTURAZIONE E NEGOZIAZIONE PROBLEMAPROCESSO DI NEGOZIAZIONE E SPAZIO DECISIONALE

330018 3 183777 627

+7 7.00 m

+383.00 +383 .0 0

+54.00+118 .00

+52.00 +63.00

AMBIENTE ATMOSFERICO(AZIONI DEL VENTO E VARIAZIONI TERMICHE)

AMBIENTE TERRESTRE(SPOSATEMENTI IMPRESSI E SISMA)

AZION

I ANTR

OPIC

HE

(CAR

ICH

I STRAD

ALI E FERR

OVIAR

I)

ENVIRONMENT DI PROGETTO(SCENARI DI CONTINGENZA)

MODELLO

RISPO

STA STRU

TTUR

ALEE AN

ALISI PRESTAZIO

NALE

QU

AD

RO

PRESTA

ZION

I

FRANCO BONTEMPI 19

strategie

come pensare ed operare

FRANCO BONTEMPI 20

# 1 – SCOMPOSIZIONE:visione olistica e gerarchica

Definizione delle operazioni di dettaglio

passo-passo

Definizione delle operazioni di dettaglio

passo-passo

Definizioni delle funzioni principali e delle loro relazioni

Definizioni delle funzioni principali e delle loro relazioni

FRANCO BONTEMPI 21

# 2 – CONVERGENZA:approccio costruttivo e storicoconsapevolezza del problema

modelli / tempo

soluzione

FRANCO BONTEMPI 22

# 3 - SENSITIVITA’:cosa e’ importante – cosa cambia

passoesplorativoelementare

FRANCO BONTEMPI 23

N.B. 1Esplorazione: Testo Unitario

DM. 14 settembre 2005

FRANCO BONTEMPI 24

# 4 – DELIMITAZIONE:governance della complessita’

indipendenzadalle ipotesi e

dalle assunzioni

FRANCO BONTEMPI 25p

p

MOLTIPLICATORE COME FUNZIONE DEL GENERICO PARAMETRO STRUTTURALE p

N.B. 2

FRANCO BONTEMPI 26

INCERTEZZA DEL MOLTIPLICATORE DELLO STATO LIMITE COME FUNZIONE DELLA

INCERTEZZA DEL PARAMETRO STRUTTURALE p

p

FRANCO BONTEMPI 27

INTERVALLO DI RISPOSTA COME SOLUZIONE DI UN PROBLEMA DI (ANTI) OTTIMIZZAZIONE

Il problema di determinare l’intervallo della risposta puo’

essere convenientemente formulato come un problema di

ottimizzazione, in cui la funzione da ottimizzare e’ proprio

l’ampiezza dell’intervallo stesso.

Nel caso generale in cui si abbiano n parametri indipendenti

p, riassunti nel vettore Tnppp ]...[ 21x , e sianno

assegnati m stati limite, si possono introdurre le seguenti

funzioni obiettivo:

m

iiiF

1min,max,)( x

m

iiniF

1min,om,)( x

La soluzione x del problema di ottimizzazione, rispettosa dei

vincoli maxmin xxx , puo’ essere ottenuta

efficacemente attraverso algoritmi genetici.

FRANCO BONTEMPI 28

SCENARI DI CONTINGENZA• Carico ferroviario

– 2 binari: #2 + #2

• Carico stradale– 4 corsie:

#3 +#3+#3+#3

• Azione vento– #3

• Totale variabili per definire lo scenario:– #18

LUNGHEZZA IMPALCATO

TRENO

POSIZIONE TESTA TRENO

LUNGHEZZA COLONNAINIZIO COLONNA

FINE COLONNA

LUNGHEZZA IMPALCATO

INIZIO ZONA VENTOLUNGHEZZA ZONA VENTO

LUNGHEZZA IMPALCATO

FINE ZONA VENTO

ANGOLO DI INCLINAZIONE

FRANCO BONTEMPI 29

# 5 – RIDONDANZA:raddoppio di marcatura

Indipendent review

FRANCO BONTEMPI 30

Utilizzo di vari codici di calcolodifferenti configurazioni strutturali

specificita’ della modellazione

N.B. 1

FRANCO BONTEMPI 31

dependability

grado di confidenza neiconfronti delle prestazioni

di un sistema

FRANCO BONTEMPI 32

DEP

END

ABIL

ITY

ROBUSTNESS

SECURITY: 9/11

naturale/colposo

doloso

FRANCO BONTEMPI 33

LCHP vs. HCLP AccidentsEventi Frequenti con

Conseguenze LimitateEventi Rari con

Conseguenze Elevate

Stochastic

Complexity

Deterministic

AnalysisMethods

Stochastic

Complexity

Deterministic

AnalysisMethods

Qualitative

Analysis

Quantitative/Probabilistic

Analysis

PragmaticRisk

Scenarios

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FAILURE

System vulnerability: Firewalls

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Hazard incursion: Synchronicity

FRANCO BONTEMPI 36

FMEAFailure Modes and Effects Analysis

For identifying the consequences of the failure of a structural element.

FRANCO BONTEMPI 37

Variabile X

Valutazione prestazionale

Limite Prestazionale 1



Livello Prestazionaleinaccettabile

Liv. Prest. L1

Liv. Prest. L2

Liv. Prest. L3

Frequente

Domanda prestazionale

Rara

Eccezionale

I II III


Passo PassoPasso

Definizione degli SCENARI DI

CARICOper lo studio della

prestazione in esame

Richiesta prestazionale

Concessionaria per la progettazione, realizzazione e gestione del collegamento stabile tra la Sicilia e il Continente Organismo di Diritto Pubblico

(Legge n° 1158 del 17 dicembre 1971, modificata dal D.Lgs n° 114 del 24 aprile 2003)

PONTE SULLO STRETTO DI MESSINA

Documento principale: INGEGNERIA – PROGETTAZIONE DEFINITIVA ED ESECUTIVA

Titolo documento: Fondamenti Progettuali e Prestazioni Attese per l’Opera d’Attraversamento

Codice documento: GCG.F.04.01

Data Emissione: 14 Gennaio 2005

MODEL

PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE

FRANCO BONTEMPI 38

PERFORMANCE ROBUSTNESSQUALITY

DAMAGE or ERROR

REQUIRED PERFORMANCE

NOMINALPERFORMANCE

NOMINAL SITUATION

FRANCO BONTEMPI 39

#1 CONTINUITA’

FRANCO BONTEMPI 40

#2 COMPARTIMENTAZIONE

FRANCO BONTEMPI 41

In particolare, secondo quanto stabilito nelle norme specifiche per le varie tipologiestrutturali, strutture ed elementi strutturali devono soddisfare i seguenti requisiti: - sicurezza nei confronti di stati limite ultimi (SLU): crolli, perdite di equilibrio e

dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l’incolumità delle personeovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali esociali,ovvero mettere fuori servizio l’opera;

- sicurezza nei confronti di stati limite dei esercizio(SLE): tutti i requisiti atti agarantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio;

- robustezza nei confronti di azioni accidentali: capacità di evitare dannisproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti quali incendio, esplosioni, urtio conseguenze di errori umani.

Il superamento di uno stato limite ultimo ha carattere irreversibile e si definisce“collasso strutturale”.

Robustezza: Testo Unitario

DM. 14 settembre 2005

N.B. 1

FRANCO BONTEMPI 42

N.B. 2

Oltre alle azioni accidentali definite al Paragrafo 5.4, dovrà essere considerato lo scenario dicontingenza che prevede, nella posizione più sfavorevole, il collasso della sospensione diun’estremità di un trasverso. L’analisi deve essere condotta in campo dinamico, ipotizzandouna rottura istantanea dei pendini stessi.

Oltre alle azioni accidentali definite al Paragrafo 5.4, dovrà essere considerato lo scenario dicontingenza che prevede, nella posizione più sfavorevole, il collasso di un trasverso e deicomponenti di impalcato corrente ad esso collegati: l’analisi deve essere condotta in campodinamico, ipotizzando, quindi, un repentino distacco di una porzione di impalcato dilunghezza complessiva pari a 60 m.

Il progetto e la costruzione dell’Opera di Attraversamento devono essere sviluppati in modo da:

garantire sicurezza e qualità funzionale per la vita utile prevista (Sicurezza strutturale eFunzionalità);

contenere, o in ogni caso non esaltare, gli effetti indotti da disturbi esterni (quali condizionicontingenti ambientali naturali ed antropiche) o disturbi interni (come alterazione deimateriali, dei componenti e variabilità dei processi produttivi e di assemblaggio), anchegrazie ad intrinseche caratteristiche di duttilità a livello di materiale, di componente e disistema (Robustezza strutturale);

perseguire una configurazione strutturale idonea ai fini: o dell’ispezionabilità, in modo da favorire il monitoraggio, la rilevazione e

l’identificazione immediata di eventuali mancanze o difetti; o della manutenibilità e della sostituibilità degli elementi strutturali, in processi di

manutenzione ordinaria e straordinaria.

Concessionaria per la progettazione, realizzazione e gestione del collegamento stabile tra la Sicilia e il Continente Organismo di Diritto Pubblico

(Legge n° 1158 del 17 dicembre 1971, modificata dal D.Lgs n° 114 del 24 aprile 2003)

PONTE SULLO STRETTO DI MESSINA

Documento principale: INGEGNERIA – PROGETTAZIONE DEFINITIVA ED ESECUTIVA

Titolo documento: Fondamenti Progettuali e Prestazioni Attese per l’Opera d’Attraversamento

Codice documento: GCG.F.04.01

Data Emissione: 14 Gennaio 2005

gen.

S.L.U.

S.L.I.S.

FRANCO BONTEMPI 43

SCOMPOSIZIONE STRUTTURALE

descrizionesistemica dell’oggetto

FRANCO BONTEMPI 44

outputO(t)

decisioniper l'analisi o la sintesi

del sistema reale

environmentE(t)

inputI(t)

modello del sistema reale

S(t)

parametriP(t)

S(t) = struttura del modello:- analitica;- numerica;- algoritmica.P(t) = parametri che entranonella struttura del modello.

contesto

- Normative;- Qualita';- One off / mass production;- Progettazione evolutiva o innovativa.

FRANCO BONTEMPI 45

Il MACROLIVELLO, che comprende il Ponte nella sua globalità e i sistemi strutturali;

Il MESOLIVELLO, che include le diverse strutture e sottostrutture che compongono il sistema strutturale;

Il MICROLIVELLO, nel quale vengono descritti i componenti delle sottostrutture e i rispettivi elementi costituenti.

Per ciascun livello devono essere poi identificate e definite le variabili di progetto.

Il complesso sistema strutturale deve essere scomposto, ovvero sottostrutturato, in livelli crescenti di dettaglio:

Scomposizione Strutturale

FRANCO BONTEMPI 46

SISTEMA STRUTTURALE

PRINCIPALE

ZONE SPECIALI DI IMPALCATO

SISTEMA DI RITEGNO/SOSTEGNO

SISTEMA STRUTTURALE SECONDARIO

SISTEMA DI SOSPENSIONE

IMPALCATO CORRENTE

FONDAZIONI DELLE TORRI

ANCORAGGI

TORRI

SELLE

CAVI PRINCIPALI

PENDINI

CASSONI STRADALI

CASSONE FERROVIARIO

TRAVERSO

INTERNE

TERMINALI

SISTEMA STRUTTURALE AUSILIARIO

STRADALE

FERROVIARIO

FUNZIONAMENTO

MANUTENZIONE

EMERGENZA

PONTE

MACROLIVELLOMESOLIVELLO

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Individuazione delle VARIABILI di progetto

per ciascun elemento

Individuazione delle VARIABILI di progetto

per ciascun elemento

Individuazione degliELEMENTI

per ciascun componente

Individuazione degliELEMENTI

per ciascun componente

Individuazione dei COMPONENTI

di ciascuna sottostruttura

Individuazione dei COMPONENTI

di ciascuna sottostruttura

SOTTOSTRUTTURAZIONE del sistema globale

per lo studio di dettaglio delle singole prestazioni

SOTTOSTRUTTURAZIONE del sistema globale

per lo studio di dettaglio delle singole prestazioni

SISTEMA DI RITEGNO/SOSTEGNO

FONDAZIONI DELLE TORRI

ANCORAGGI

TORRI

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Rappresentazione ipertestuale:modellazione ad oggetti

e rappresentazione ad alberodel problema strutturale

Leggibilita’ del modello con facilita’ di debugging e manutenzione

FRANCO BONTEMPI 49

FRANCO BONTEMPI 50

FRANCO BONTEMPI 51

Criterio meccanico: B-D regions

(c)

struttura

FRANCO BONTEMPI 52

L'analisi di un sistema strutturale complesso difficilmente puo'essere condotto in un'unica fase. All'interno della strutturasono infatti presenti, generalmente, due classi di regioni, chepresentano comportamenti meccanici qualitativamentedifferenti. Si possono infatti individuare le cosiddette: B-REGIONS: regioni dove lo stato di sforzo e' conseguente

ad un regime deformativo semplice (con andamenti lineari);la lettera B deriva da Bernoulli, che individuo' insieme aNavier l'ipotesi sul comportamento delle sezioni delle traviche ruotano, restando piane;

D-REGIONS: regioni dove l'assenza di una cinematica

semplice, comporta stati di sforzo comunque complessi; sihanno quindi regioni genericamente sedi di stati di sforzodiffusivi, da cui deriva la lettera D.

FRANCO BONTEMPI 53

FRANCO BONTEMPI 54

ZONE NODALI

ZONE DIFFUSIVE

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Criterio funzionale: criticita’Sistema

strutturale

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Ai differenti livelli strutturali sono associati differenti requisiti di affidabilità in termini diprestazioni di sicurezza, durabilità e funzionalità, e livelli differenziati di intensità delle azioniapplicate.

Riguardo alle situazioni di crisi strutturale, tale scomposizione permette di ordinare in sequenzai singoli comportamenti critici, in funzione della pericolosità del meccanismo di collassoconseguente.

In relazione alla funzione strutturale svolta, ai livelli di sicurezza richiesti ed alla riparabilità, lestrutture e sotto-strutture vengono distinte in:

1. Componenti Primari (C1), critici, non riparabili o la cui riparabilità presume la protratta messafuori servizio del Ponte;

2. Componenti Secondari (C2), riparabili, eventualmente con limitazioni all’esercizio del Ponte.

FRANCO BONTEMPI 57

Macrolivello Mesolivello

Sistemi strutturali Strutture Sottostrutture

Componenti Primari

(C1)

Componenti Secondari

(C2)

Fondazioni delle torri X Ancoraggi X Sistema di ritegno e

sostegno Torri X Selle X Sistema di sospensione

principale Cavi principali X Sistema dei pendini X Sistema di sospensione

secondario Pendino singolo(1) X Trasverso X Cassone ferroviario X Impalcato corrente Cassoni stradali X Zone terminali e giunti di espansione X

Principale

Zone speciali di impalcato Prossimità torri e dispositivi di ritegno X

Stradale X Secondario Ferroviario X Funzionamento X Manutenzione X Ausiliario Emergenza X

(1) Pendino: insieme di cavi verticali che sostengono ad ogni estremità ciascun trasverso di impalcato.

I

FRANCO BONTEMPI 58

STRUCTURAL DECOMPOSITION

FRANCO BONTEMPI 59

FRANCO BONTEMPI 60

FRANCO BONTEMPI 61

N.B. 1 modellazione per le verifiche di fatica

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APPROCCIO SISTEMICO

• #1 SCOMPOSIZIONE• #2 CONVERGENZA• #3 SENSIBILITA’• #4 DELIMITAZIONE• #5 RIDONDANZA

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Modellazionedell’impalcato

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deck arrangement

FRANCO BONTEMPI 72

deck arrangement

FRANCO BONTEMPI 73

highway girder section

FRANCO BONTEMPI 74

railway girder section

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FRANCO BONTEMPI 76

transverse element section

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Modellazione parametrica

macro6.mac Crea prolungamenti cassoni stradali all'interno del traverso.

macro4.mac Crea contorno esterno e rib del cassone ferroviario. Sezione rettangolare.

Crea aree apposite per l'attacco dei pendini

Crea rotaie sul cassone ferroviario e sul prolungamento all'interno del traverso

Crea rib traverso

macro11.mac

macro10.mac

Sequenza macro MODELLO TOTALMENTE PARAMETRICODEFINITIVE

Nome macro Descrizione operazioni

macro0.mac Definisce le caratteristiche del materiale, gli spessori utilizzati ed il tipo di elementi

Crea prolungamenti cassone ferroviario all'interno del traverso.

Crea contorno esterno e rib del cassone stradale destro. Sezione trapezoidale non simmetrica

macro9.mac

macro7.mac

macro8.mac Crea aree longitudinali, setti longitudinali e parte mancante del contorno esterno del traverso.

macro12.mac crea traverso di chiusura

macro13.mac Copia moduli campate

Crea setti longitudinali e setti trasversali del cassone stradale destro

macro5.mac Crea setti longitudinali e trasversali del cassone ferroviario.

macro3.mac Crea secondo cassone stradale

macro1.mac

macro2.mac

N.B.

FRANCO BONTEMPI 90

Modello totalmente parametrico g (kg/m3) 7833

Cassone stradale p.p. (t/m) Cassone ferroviario p.p. (t/m)Parametri Simbolo Valori assegnati Lato superiore 1.43 Lato superiore 0.603 Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnatilunghezza cassoni in campata lung 26 a1 0.19739556 Lato inferiore 1.25 Lato inferiore 0.603 distanza cassoni stradali dist 23.5 larghezza lato inclinato D 4 a2 arctg(C/D) numero elementi mesh linee costruzione NL 4 a1 0.19739556 altezza lato dritto traverso B 1.25altezza lato dritto interno CS B 1 cos(a1) 0.980580676 Lati verticali 0.25 Lati verticali 0.564 lunghezza cassoni lung 26 dimensione mesh longitudinale dim 1 cosa2 dimensione mesh longitudinale dim 1 cosa1 0.980580676 larghezza attacco pendini larg 1.25larghezza lato inclinato interno CS D 3.25 sen(a1) 0.196116135 Rib superiori 0.54 Rib superiori 0.056 altezza lato dritto B 2.25 distanza cassoni stradali dist 23.5 sena2 larghezza òato inclinato traverso G 16.25 sena1 0.196116135 profondità traverso D 4altezza lato dritto esterno CS E 1.25 lFG 5.099019512 lunghezza lato inclinato esterno Rib altri lati 0.13 Rib altri lati 0.085 altezza lato inclinato C 0 Variabili interne Simbolo Valori assegnati lCD Ds/cosa2 lunghezza lato inclinato interno posizione setto centrale T 2.875 l 11.4727939 lunghezza lato inclinato esterno dimensione mesh longitudinale traver dim 1altezza lato inclinato esterno CS F 1 Dl1 0.849836585 lungh. Elementi lato inclinato esterno Setti longitudinali 0.35 Setti longitudinali 0.564 larghezza lato inclinato D 1 n° rib lato 1 n1 6 Dl2 lCD/(n9+1) lungh. Elementi lato inclinatointerno altezza traverso Ht 4.5 Dl l/(NL+2) lungh. Elementi lato inclinato esterno Variabili interne Simbolo Valori assegnatilarghezza lato inclinato esterno CS G 5 Dx1 0.833333333 proiezione di D1l in direzione x Tot. Contorno CS 3.95 Tot. Contorno CS 2.475 dimensione mesh longitudinale dim 2.6 n° rib lato 2 n2 4 Dx2 Dl2 cosa2 proiezione di D12 in direzione x Variabili interne Simbolo Valori assegnati Dx Dl cosa1 proiezione di D1 in direzione x distanza cassoni stradali dist 23.5dimensione mesh longitudinale in campata dim 2.6 Dxy1 0.166666666 proiezione di D1l in direzione y Variabili interne Simbolo Valori assegnati n° rib lato 3 n3 4 Dy2 Dl2 sena2 proiezione di D12 in direzione y distanza cassoni stradali dist 23.5 Dy Dl sena1 proiezione di D1 in direzione y larghezza CS LCS 13altezza rib lato superiore CS h1 0.25 posizione setto centrale P 0.5 n° rib lato 4 n4 9 larfghezza cassone ferroviario Af 5.5 h5 Hf/(nf4+1) altezze rib lato superiore traverso numero keypoint inizio macro 11 i11 2703altezza rib altri lati CS h2 0.15 a2 0.367173834 Setti trasversali 1.56 Setti trasversali 0.9693 numero keypoint inizio macro 4 i4 1297 n° rib lato 5 n5 2 larghezza cassone stradale LCS 13 h6 (Ht-Hf)/NL altezze rib lato inferiore traverso numero linee inizio macro 11 l11 3664Variabili interne Simbolo Valori assegnati cosa2 0.933345606 n° setti trasversali 11 n° setti trasversali 11 numero linee inizio macro 4 r4 1769 n° rib lato 6 n6 5 larghezza lato inclinato CF Df 1 numero aree inizio macro 11 w11 1215posizione setto centrale CS P 0.875 sena2 0.358979079 Tot. Setti trasversali (t) 17.21 Tot. Setti trasversali (t) 10.6627 numero aree inizio macro 4 w4 598 n° rib lato 7 n7 3 posizione setti CF Pf 0.5 lunghezza cassoni lung 26larghezza cassoni stradali A 13 lCD 3.48209707 lunghezza lato inclinato interno Distribuiti su lung (t/m) 0.66 Distribuiti su lung (t/m) 0.4101 larghezza cassone ferroviario A 5.5 n° rib lato 8 n8 3 altezza cassone ferroviario Hf 2.25 numero rib campo 5 CS n5 2n° rib lato 1 n1 6 Dl2 lCD/(n9+1) lungh. Elementi lato inclinatointerno n° rib lato 1 nf1 2 n° rib lato 9 n9 3 larghezza lato inclinato esterno CS Gs 5

n° rib lato 2 n2 4 Dx2 Dl2 cosa2 proiezione di D12 in direzione xTot. Cassone stradale

(t/m) 4.61Tot. Cassone ferroviario

(t/m) 2.8853 n° rib lato 2 nf2 4 n° rib lato 10 n10 2 altezza lato sritto interno CS Bs 1n° rib lato 3 n3 4 Dy2 Dl2 sena2 proiezione di D12 in direzione y Totale CS (t) 119.83 Totale CF (t) 75.0186 n° rib lato 3 nf3 2 larghezza cassoni stradali As 13 n° rib lato 4 nf4 2n° rib lato 4 n4 9 n° rib lato 4 nf4 2 larghezza lato inclinato esterno CS Gs 5 n° rib lato 5 nf5 2 Parametri Simbolo Valori assegnatin° rib lato 5 n5 2 n° rib lato 5 nf5 2 posizione setto centrale CS Ps 0.875 n° rib lato 6 nf6 4 altezza lato dritto traverso B 1.25n° rib lato 6 n6 5 Traverso n° rib lato 6 nf6 4 larghezza lato inclinato interno CS Ds 3.25 n° rib lato 7 nf7 2 lunghezza cassoni in campata lung 26n° rib lato 7 n7 3 Lato superiore 7.75467 n° rib lato 7 nf7 2 altezza lato dritto interno CS Bs 1 n° rib lato 5 n5 2 Variabili interne Simbolo Valori assegnatin° rib lato 8 n8 3 Lato inferiore 7.855500579 n° rib lato 8 nf8 2 numero keypoint inizio macro 2 w2 92 n° rib lato 6 n6 5 numero setti trasversali in campata N 11n° rib lato 9 n9 3 Lati verticali 0.39165 altezza rib superiori h3 0.15 numero keypoint inizio macro 6 i6 1759 numero aree inizio macro 2 w2 92 dimensione mesh long. Traverso dim 1n° rib lato 10 n10 2 Rib superiori altezza rib inferiori h4 0.15 numero linee inizio macro 6 l6 2411 numero aree inizio macro 5 w5 646 distanza cassoni stradali dist 23.5

Rib altri lati numero aree inizio macro 6 w6 817 numero keypoint inizio macro 9 i9 2364 numero aree inizio macro 2 w2 92Setti longitudinali 4.22982 numero linee inizio macro 9 l9 3266 numero aree inizio macro 3 w3 299

macro 2.mac Prolung. CS 1.362733634 numero aree inizio macro 9 w9 1101 numero aree inizio macro 5 w5 646Parametri Simbolo Valori assegnati Prolung.CF 1.167 numero aree inizio macro 6 w6 817interasse setti trasversali L 2.6 Tot. Contorno 24.12422485 Parametri Simbolo Valori assegnati Parametri Simbolo Valori assegnati numero aree inizio macro 10 w10 1171numero setti trasversali compresi gli estrem N 11 interasse setti trasversali CF L 2.6 larghezza lato inclinato D 4 numero aree inizio macro 12 w12 1227Variabili interne Simbolo Valori assegnati numero setti trasversali compresi gli estrem N 11 dimensione mesh longitudinale dim 1 Parametri Simbolo Valori assegnatin° rib lato 1 n1 6 Setto trasversale 23.4402525 Variabili interne Simbolo Valori assegnati distanza cassoni stradali dist 23.5 larghezza lato inclinato dist 23.5n° rib lato 2 n2 4 faccia traverso 14.0641515 numero linee inizio macro 4 l4 1769 larghezza cassone ferroviario A 5.5 dimensione mesh longitudinale HB 0.186n° rib lato 3 n3 4 Tot. Setti trasversali (t) 51.5685555 numero keypoint inizio macro 5 i5 1463 Variabili interne Simbolo Valori assegnati larghezza lato inclinato CF D2 1 Parametri Simbolo Valori assegnatin° rib lato 4 n4 9 numero linee inizio macro 5 l5 1948 n° rib lato 1 nf1 2 distanza cassoni stradali P 0.5 lunghezza cassoni in campata lung 26n° rib lato 5 n5 2 totale traverso (t) 148.0654549 numero aree inizio macro 5 w5 646 n° rib lato 2 nf2 4 Variabili interne Simbolo Valori assegnati profondità traverso D 4n° rib lato 6 n6 5 n° rib lato 1 nf1 2 n° rib lato 3 nf3 2 lunghezza cassoni in campata lung 26 numero moduli N 5n° rib lato 7 n7 3 n° rib lato 2 nf2 4 n° rib lato 4 nf4 2 dimensione mesh longitudinale in campa dim 2.6 Variabili interne Simbolo Valori assegnatin° rib lato 8 n8 3 Totale 610.8067374 n° rib lato 3 nf3 2 n° rib lato 5 nf5 2 dimensione mesh long. Nel traverso dimt 1 numero aree inizio macro 12 w12 1227n° rib lato 9 n9 3 n° rib lato 4 nf4 2 n° rib lato 6 nf6 4 profodità traverso D 4n° rib lato 10 n10 2 n° rib lato 5 nf5 2 n° rib lato 7 nf7 2 dimensioni mesh altezza binari M 0.186altezza rib lato superiore CS h1 0.25 n° rib lato 6 nf6 4 n° rib lato 8 nf8 2 lrghezza CF A 5.5altezza rib altri lati CS h2 0.15 n° rib lato 7 nf7 2 altezza lato dritto CF Bf 2.25 numero keypoint inizio macro 10 i10 2532numero keypoint inizio macro 2 i2 351 n° rib lato 8 nf8 2 larghezza lato dritto CF Df 1 numero linee inizio macro 10 l10 3490numero linee inizio macro 2 l2 352 altezza rib superiori h3 0.15 posizione setti long. Centrali CF Pf 0.5 numero aree inizio macro 10 w10 1171numero aree inizio macro 2 w2 92 altezza rib inferiori h4 0.15 numero keypoint inizio macro 5 w5 646

numero keypoint inizio macro 7 i7 2075numero linee inizio macro 7 l7 2853

Variabili interne Simbolo Valori assegnati numero aree inizio macro 7 w7 965numero aree inizio macro 3 w3 299distanza bordi interni cassoni stradali dist 23.5

Parametri Simbolo Valori assegnatidistanza cassoni stradali dist 23.5larghezza CF Af 5.5larghezza lato inclinato esterno CS Gs 5altezza CS Hs 2.25larghezza lato inclinato traverso G 16.25profondità traverso D 4altezza CF Hf 2.25altezza traverso Ht 4.5posizione setti intermedi T 2.875Variabili interne Simbolo Valori assegnatidimensione mesh longitudinale dim 1posizione setto long. CS Ps 0.875larghezza lato inclinato interno CS Ds 3.25altezza lato dritto interno CS Bs 1posizione setto long. CF Pf 0.5larghezza lato inclinato CF Df 1larghezza CS LCS 13n° rib lato 7 n7 3n° rib lato 8 n8 3n° rib lato 9 n9 3n° rib lato 10 n10 2n° rib lato 4 nf4 2n° rib lato 5 nf5 2n° rib lato 6 nf6 4n° rib lato 7 nf7 2n° rib lato 8 nf8 2numero elementi mesh linee costruzion NL 4numero keypoint inizio macro8 i8 2215numero linee inizio macro 8 l8 3047numero aree inizio macro 8 w8 1029numero linee inizio macro 6 l6 2411

macro 11.macCalcoli preventivi Calcoli preventivi Calcoli preventivi

macro 1.mac macro 4.mac macro 6.mac macro 9.mac

angolo lato inclinato esterno con l'orizzontale angolo lato inclinato interno con l'orizzontale

angolo lato inclinato esterno con l'orizzontale

angolo lato inclinato interno con l'orizzontale

macro 13.mac

macro 3.mac

macro 8.mac

macro 12.mac

macro 5.mac macro 7.mac

macro 10.mac

Macroper la generazione automatica del modello

FRANCO BONTEMPI 91

Condensazionedella modellazione

FRANCO BONTEMPI 92

VALIDAZIONE DEI MODELLI LOCALIPresentazione del modello Shell ISOP4

Elementi lastra-piastra a 4 nodi

(Shell 63)

Passo discretizzazione

Direzione longitudinaleCampata: 2.6 m

Trasverso: 1m

Direzione trasversale Variabile in funzionedell’interasse tra i rib

Campata tipo: 10923 nodi

FRANCO BONTEMPI 93

VALIDAZIONE DEI MODELLI LOCALIPresentazione del modello Shell ISOP8

Elementi lastra-piastra a 8 nodi

(Shell 99)


Direzione longitudinaleCampata: 2.6 m

Trasverso: 2 m

Direzione trasversale Variabile in funzionedell’interasse tra i setti


FRANCO BONTEMPI 94

VALIDAZIONE DEI MODELLI LOCALIPresentazione del modello Frame


Elementi trave(Beam 4)


10 elementi per ogni tratto

FRANCO BONTEMPI 95

CONFRONTI FORME MODALI DEI MODELLI SHELL ISOP4, ISOP8 E FRAMEGruppo 1

Modello Frame

T = 0.390 s.

Modo 1

Modello Shell ISOP4Modello Shell ISOP8

T = 0.365 s.

Modo 1

T = 0.360 s.

Modo 97

FRANCO BONTEMPI 96


Modello Frame

T = 0.272 s.

Modo 2


T = 0.275 s.

Modo 2

T = 0.280 s.

Modo 98

FRANCO BONTEMPI 97


Modello Frame

T = 0.190 s.

Modo 3


T = 0.186 s.

Modo 3

T = 0.197 s.

Modo 101

FRANCO BONTEMPI 98


Modello Frame

T = 0.126 s.

Modo 5


T = 0.171 s.

Modo 4

T = 0.172 s.

Modo 118

FRANCO BONTEMPI 99


Modello Frame

T = 0.137 s.

Modo 4


T = 0.150 s.

Modo 5

T = 0.170 s.

Modo 119

FRANCO BONTEMPI 100


Modello Frame

T = 0.107 s.

Modo 7


T = 0.147 s.

Modo 6

T = 0.154 s.

Modo 132

FRANCO BONTEMPI 101


Modello Frame

T = 0.099 s.

Modo 8


T = 0.135 s.

Modo 7

T = 0.142 s.

Modo 145

FRANCO BONTEMPI 102


Modello Frame

T = 0.094 s.

Modo 9


T = 0.131 s.

Modo 8

T = 0.138 s.

Modo 146

FRANCO BONTEMPI 103


Modello Frame

T = 0.115 s.

Modo 6


T = 0.124 s.

Modo 9

T = 0.131 s.

Modo 147

FRANCO BONTEMPI 104


Modello Frame

T = 0.079 s.

Modo 11


T = 0.100 s.

Modo 10

T = 0.101 s.

Modo 234

FRANCO BONTEMPI 105

Spostamenti verticali (m) modelli shell ISOP4 / ISOP8

soggetti ad azione verticale (1.0g)

FRANCO BONTEMPI 106

Spostamenti verticali del cassone stradale

-24,00-21,00-18,00-15,00-12,00

-9,00-6,00-3,000,00

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

z(m)

uz(m

m)

ISO-P4 ISOP8 Frame

Spostamenti verticali del cassone ferroviario

-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10

-50

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

z(m)

uz (m

m)

ISO-P4 ISOP8 Frame

Spostamenti verticali del trasverso centrale

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-3 2 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52

z(m)

uz (m

m)

ISO-P4 ISOP8 Frame

FRANCO BONTEMPI 107

Spostamenti verticali (m) modelli shell ISOP4 / ISOP8

soggetti ad azione orizzonatle (0.1g)

FRANCO BONTEMPI 108

Spostamenti trasversali del cassone stradale

-12,00-11,00-10,00

-9,00-8,00-7,00-6,00-5,00-4,00-3,00-2,00-1,000,00

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

z(m)

u(m

m)

ISO-P4 ISOP8 Frame

Spostamenti trasversali del cassone ferroviario

-12-11-10

-9-8-7-6-5-4-3-2-10

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

z(m)

u(m

m)

ISO-P4 ISOP8 Frame

Spostamenti trasversali del trasverso centrale

-12-11-10

-9-8-7-6-5-4-3-2-10

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

z(m)

u(m

m)

ISO-P4 ISOP8 Frame

FRANCO BONTEMPI 109

Modellazionecon sottostrutturazione

FRANCO BONTEMPI 110

FRANCO BONTEMPI 111

FRANCO BONTEMPI 112

FRANCO BONTEMPI 113

sottostruttura dell’impalcato di dimensione complessiva pari a 1200 m

(40 campate)

FRANCO BONTEMPI 114

Condizioni di vincoloper gli estremi dell’impalcato

FRANCO BONTEMPI 115

1

2 3

4

xz

1

2 3

41

2 3

4

xz

xz

Figura 1: Posizione dei vincoli.

Vincolo Modello Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN) Mx (kNm) My (kNm) Mz (kNm)

1 Frame -1.08E+06 -1.34E+00 -7.03E+05 6.22E+00 -3.41E+03 5.57E+00

Shell-Frame -1.09E+06 -1.28E+00 -7.03E+05 5.96E+00 -3.48E+03 5.98E+00

2 Frame 1.65E+02 4.73E+04 1.24E+06 1.04E+05 4.09E+04 1.48E+03

Shell-Frame 1.38E+02 4.69E+04 1.24E+06 1.04E+05 4.23E+04 1.55E+03

3 Frame -0.84E+02 4.02E+04 1.21E+06 4.47E+04 2.80E+04 8.62E+02

Shell-Frame 0.85E+02 4.02E+04 1.21E+06 4.53E+04 2.60E+04 8.00E+02

4 Frame 1.09E+06 -1.42E+00 7.01E+05 6.61E+00 3.24E+03 -6.531E+00

Tabella 1: Valori assunti dalle reazioni vincolari nei due diversi modelli soggetti a peso proprio ed ai carichi permanenti non strutturali.

FRANCO BONTEMPI 116

ab c

de f

g

Sicilia Calabria

ab c

de f

g

Sicilia Calabria

Figura 1: Punti di lettura del tiro nei cavi.

VALORE NUMERICO CALCOLATO (KN) PUNTI DI LETTURA DEL TIRO

Frame Shell-frame

a 1.28E+06 1.29E+06

b 1.34E+06 1.34E+06

c 1.31E+06 1.31E+06

d 1.24E+06 1.23E+06

e 1.31E+06 1.31E+06

f 1.33E+06 1.32E+06

g 1.28E+06 1.29E+06

Tabella 1: Valori del tiro nei cavi nei due diversi modelli soggetti al peso proprio ed ai carichi permanenti non strutturali.

FRANCO BONTEMPI 117

Analisi modale: confronto dei periodi propri

FRANCO BONTEMPI 118

Figura 1: Deformata del primo modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).

Figura 2: Deformata del secondo modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).

FRANCO BONTEMPI 119

Figura 1: Deformata del terzo modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).

Figura 2: Deformata del quarto modo proprio del modello shell-frame (a sinistra) e del modello frame (a destra).

FRANCO BONTEMPI 120

Meccanismi elementari e scenari

AZIONE DEL VENTO TEMPO DI RITORNO Vref (m/s) (h = 70 m)

Vento “ridotto” --------- 27

Vento livello 1 T = 50 anni 47



Tabella 1: Velocità e tempi di ritorno delle azioni del vento considerate.

vento

AZIONE DESCRIZIONE

Carico ferroviario 2 treni tipo LM71 (52 KN/m per rotaia)

Carico stradale 4 corsie caricate a 5 KN/m

Tabella 1: Valori del carico da traffico considerati.

Figura 1: Schema di distribuzione del carico da traffico.

treno

Figura 1: Schema dei cedimenti dei blocchi di ancoraggio dei cavi.

cedimenti

FRANCO BONTEMPI 121

SCENARI DI CONTINGENZA AZIONI CONSIDERATE

1 PP + Perm.

2 PP + Perm. + Vento (Livello ridotto, 1, 2, 3)

3 PP + Perm. + Vento Livello1 + Carico da traffico

4 PP + Perm + Cedimenti dei vincoli

Tabella 1: Scenari di contingenza considerati.

Figura 1: Tensioni ideali di Von Mises (N/m2) in prossimità della torre (scenario 1).

A

B

Figura 1: Tensioni ideali di Von Mises (N/m2) per la zona terminale dell’impalcato (scenario 1).

C

FRANCO BONTEMPI 122

o Scenario di contingenza n°2:

Azione del vento Von Mises (N/mm2)

Vento “ridotto” 117

Vento livello 1 222

Vento livello 2 289

Vento livello 3 330

Tabella 1: Tensioni di Von Mises massime per i diversi livelli di vento (punto A)

Azione del vento Von Mises (N/mm2)

Vento “ridotto” 85

Vento livello 1 94

Vento livello 2 116

Vento livello 3 131

Tabella 2: Tensioni di Von Mises massime per i diversi livelli di vento (punto C)


Zona Von Mises (N/mm2)

A 423 B 390 C 257

Tabella 1: Tensioni di Von Mises massime nelle diverse zone.


Zona Von Mises (N/mm2)

A 79

B 130

C 72

Tabella 1: Tensioni di Von Mises massime nelle zone esaminate.

Figura 1: Tensioni ideali di Von Mises (N/m2) in prossimità della torre (scenario 1).

A

B

Figura 1: Tensioni ideali di Von Mises (N/m2) per la zona terminale dell’impalcato (scenario 1).

C

FRANCO BONTEMPI 123

CRUSTAL DISPLACEMENTS

FRANCO BONTEMPI 124

A

B

C

VON MISES (N/mmq)

FRANCO BONTEMPI 125

WIND

HGTG

SICILIA’S TOWER LEG

WIND

SICILIA’S TOWER LEG CALABRIA’S TOWER LEG

CALABRIA’S TOWER LEG

TS

LS

Sicilia Calabria

RG

HG

TG

LS

TS

WIND

HGTG

SICILIA’S TOWER LEG

WIND

SICILIA’S TOWER LEG CALABRIA’S TOWER LEG

CALABRIA’S TOWER LEG

TS

LS

Sicilia Calabria

RG

HG

TG

LS

TS

Transversal slack (TS) and longitudinal slack (LS) arrangement along the suspension bridge.

(HG: Highway box girder; RG: Railway box girder; TG: Transverse box girder.)

FRANCO BONTEMPI 126

F [N]

L [cm]

-1000

-9.81E+08

Max

allo

wed

di

spla

cem

ent

TEN

SIO

N

0

F [N]

L [cm]

-1000

-9.81E+08

Max

allo

wed

di

spla

cem

ent

TEN

SIO

N

0

12992132505014735149763017094173140[kN][kN][cm]

Calabria’s tower reaction

Sicilia’s tower

reaction

Max allowed displacement

TRANSVERSAL SLACK

FRANCO BONTEMPI 127

FRANCO BONTEMPI 128

FRANCO BONTEMPI 129

FRANCO BONTEMPI 130

TRANSVERSAL DISPLACEMENTS

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

-192 180 540 900 1260 1620 1980 2340 2700 3060 3420

L [m]

Uy

[m]

0 cm 30 cm 50 cm

FRANCO BONTEMPI 131

HORIZONTAL CURVATURE

-2.0E-05

0.0E+00

2.0E-05

4.0E-05

6.0E-05

-120 240 600 960 1320 1680 2040 2400 2760 3120L [m]

[m

-1]

0 cm 30 cm 50 cm

FRANCO BONTEMPI 132

FRANCO BONTEMPI 133

SISMA

FRANCO BONTEMPI 134

Fondazione

Torri

Cavi principali

Pendini

Impalcato

Load transfer mechanism

FRANCO BONTEMPI 135

#3 sensibilita’

cosa e’ critico ?

FRANCO BONTEMPI 136

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

RESPONSE SPECTRUM – EC 8

Period (s)

FRANCO BONTEMPI 137

MODAL PARTECIPATING MASS RATIO (CUMULATIVE)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700

LongitudinalTransversalVertical

Numero modi considerati

% m

assaconsiderata

FRANCO BONTEMPI 138

1st mode, T = 30 s

FRANCO BONTEMPI 139

2nd mode, T = 16 s

FRANCO BONTEMPI 140

3rd mode, T = 12 s

FRANCO BONTEMPI 141

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

PARTECIPATING MODAL MASS -TRANSVERSAL

Period (s)

85 % of the total mass

45 %

8 %

FRANCO BONTEMPI 142

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

20 %

15 %

11 %

PARTECIPATING MODAL MASS –VERTICAL

Period (s)


FRANCO BONTEMPI 143

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

45 %

11 %

PARTECIPATING MODAL MASS -LONGITUDINAL

Period (s)


FRANCO BONTEMPI 144

#4 delimitazione

valutazione robustadella risposta

FRANCO BONTEMPI 145-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60 70

tempo(s)

spos

tam

ento

(m)

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60 70

tempo(s)

spos

tam

ento

(m)

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60 70

tempo(s)

spos

tam

ento

(m)

Sisma longitudinale Sisma trasversale Sisma verticale

Zona B

Zona A

Zona C

Zona D

x y

zdA(t)x y

z

dB(t)

x y

z

dD(t)x y

zdC(t)

APPLICATION OF THE SEISMIC ACTION

FRANCO BONTEMPI 146

400 TIME SIMULATIONSPGA (longitudinal) = 4.71 m/s2 PGA (transversal) = 5.88 m/s2 PGA (vertical) = 4.41 m/s2

0 5 10 15 20 25 30

0 5 10 15 20 25 30

DIR X

DIR Y

DIR Z

0 10 20 30 40

0 10 20 30 40

0

0 5

…….1° 2°

0 5 10 15 20 25 30

SEISMIC ACTION GENERATION

FRANCO BONTEMPI 147

LONGITUDINAL DISPLACEMENTS

-0.80 m

+0.93 m

FRACTILES 95% o 5%:

-0.67 m

+0.74 m

MEAN VALUES:

+-

0

1

2

3

4

5

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5Spostamento massimo (m)

0

1

2

3

4

5

-1.5 -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0Spostamento minimo (m)

DISPLACEMENTS (m)

DISPLACEMENTS (m)

FRANCO BONTEMPI 148

1/2 SPAN TRANSVERSAL DISPLACEMENT

-3.2 m

+3.3 m

FRACTILES 95% o 5%:

-1.8 m

+1.9 m

MEAN VALUES:

+-

00.10.20.30.40.50.6

-8 -6 -4 -2 0 2Spostamento minimo (m)

00.10.20.30.40.50.6

-2 0 2 4 6 8Spostamento massimo (m)DISPLACEMENTS (m)

DISPLACEMENTS (m)

FRANCO BONTEMPI 149

TENSION IN THE MAIN CABLES

-19700 t

+22600 t

FRACTILES 95% o 5%:

-16800 t

+19600 t

MEAN VALUES:

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

-25 -20 -15 -10 -5Variazione azione minima (t x 1000)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

10 15 20 25 30Variazione azione massima (t x 1000)NORMAL ACTION INCREASE (t*1000)

NORMAL ACTION DECREASE (t*1000)

NORMAL TENSION FOR SELF WEIGHT: 127000 t

FRANCO BONTEMPI 150

Sisma con PGA = 2.60

in direzione longitudinale

Solo Permanente Media su 10 simulazioni

Massimo su 10 simulazioni

330 Mpa150 Mpa 290 Mpa

FRANCO BONTEMPI 151

Sisma con PGA = 2.60 con 3 treni



350 Mpa300 Mpa170 Mpa

FRANCO BONTEMPI 152

Sisma con PGA = 5.70

in direzione longitudinale



550 Mpa440 Mpa150 Mpa

FRANCO BONTEMPI 153

incertezze cognitive

conoscenza imperfetta

FRANCO BONTEMPI 154

Spettri 1992 – Componente x

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

1 TS 1 TC

2 TS 2 TC

3 TS 3 TC

4 TS 4 TC

Spettro

Spettri 1992 – Componente y

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )1 TS 1 TC

2 TS 2 TC

3 TS 3 TC

4 TS 4 TC

Spettro

Spettri 1992 – Componente z

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

1 TS 1 TC

2 TS 2 TC

3 TS 3 TC

4 TS 4 TC

Spettro

Figura 1: Spettri di risposta 1992.

Source #1

FRANCO BONTEMPI 155

Spettri 2004 (Eventi 1 – 10) - Componente x

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

1 TS 1 TC2 TS 2 TC3 TS 3 TC4 TS 4 TC5 TS 5 TC6 TS 6 TC7 TS 7 TC8 TS 8 TC9 TS 9 TC10 TS 10 TCSpettro

Spettri 2004 (Eventi 1 -10) – Componente y

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )1 TS 1 TC2 TS 2 TC3 TS 3 TC4 TS 4 TC5 TS 5 TC6 TS 6 TC7 TS 7 TC8 TS 8 TC9 TS 9 TC10 TS 10 TCSpettro

Spettri 2004 (Eventi 1 – 10) – Componente z

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

1 TS 1 TC2 TS 2 TC3 TS 3 TC4 TS 4 TC5 TS 5 TC6 TS 6 TC7 TS 7 TC8 TS 8 TC9 TS 9 TC10 TS 10 TCSpettro

Figura 2: Spettri di risposta 2004 – Eventi 1–10.

Source #2

FRANCO BONTEMPI 156

Spettri Casciati – Torre Sicilia - Componente x

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Torre Sicilia - Componente y

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Torre Sicilia - Componente z

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Figura 5: Spettri di risposta Casciati – Torre Sicilia.

Spettri Casciati – Torre Calabria - Componente x

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Torre Calabria - Componente y

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Torre Calabria - Componente z

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Figura 6: Spettri di risposta Casciati –Torre Calabria.

Source #3

(towers)

FRANCO BONTEMPI 157

Spettri Casciati – Ancoraggio Sicilia - Componente x

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Ancoraggio Sicilia - Componente y

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Ancoraggio Sicilia - Componente z

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Figura 7: Spettri di risposta Casciati – Ancoraggio Sicilia.

Spettri Casciati – Ancoraggio Calabria - Componente x

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Ancoraggio Calabria - Componente y

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Spettri Casciati – Ancoraggio Calabria - Componente z

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0T (secondi)

A (c

m/s

2 )

Figura 8: Spettri di risposta Casciati – Ancoraggio Calabria.

Source #3b

(anchorages)

FRANCO BONTEMPI 158

Tensioni nelle gambe delle torri (1992)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-800 -600 -400 -200 0 200 400Tens ione (N/m m 2)

Quo

ta (m

)

Evento 1Evento 2

Evento 3Traversi

Tensioni nelle gambe delle torri (2004)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-800 -600 -400 -200 0 200 400Tensione (N/m m 2)

Quo

ta (m

)Evento 3Evento 10Evento 13Traversi

Tensioni nelle gambe delle torri (Casciati)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-800 -600 -400 -200 0 200 400Tensione (N/m m 2)

Quo

ta (m

)

Hollister_diff_X (69A)Gillroy1_X (71B)Newhall_X (71A)Traversi

Figura 18: Tensioni nelle gambe delle torri.

Towers

FRANCO BONTEMPI 159

Tiro nei cavi principali (1992)

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

Max Min

Tiro

(kN

)

Evento 1Evento 2Evento 3

Tiro nei cavi principali (2004)

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

Max Min

Tiro

(kN

)

Evento 3

Evento 10

Evento 13

Tiro nei cavi principali (Casciati)

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

Max Min

Tiro

(kN

)

Hollister_diff_X (69A)

Gillroy1_X (71B)

Newhall_X (71A)

Figura 19: Tiro nei cavi principali.

Cables

FRANCO BONTEMPI 160

Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali (1992)

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

Sicilia Sud Sicilia Nord Calabria Sud Calabria NordFo

rza

(kN

)


Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali (2004)

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

Sicilia Sud Sicilia Nord Calabria Sud Calabria Nord

Forz

a (k

N)

Evento 3

Evento 10

Evento 13

Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali (Casciati)

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0


Forz

a (k

N)


Gillroy1_X (71B)

Newhall_X (71A)

Figura 21: Forze nei dispositivi di ritegno longitudinali.

Forze nei dispositivi di ritegno trasversali (1992)

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0


Forz

a (k

N)


Forze nei dispositivi di ritegno trasversali (2004)

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0


Forz

a (k

N)

Evento 3

Evento 10

Evento 13

Forze nei dispositivi di ritegno trasversali (Casciati)

-35000

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0


Forz

a (k

N)


Gillroy1_X (71B)

Newhall_X (71A)

Figura 22: Forze nei dispositivi di ritegno trasversali.

Devices

FRANCO BONTEMPI 161

VENTO

FRANCO BONTEMPI 162

RISPOSTA DINAMICA DEL PONTE SOGGETTO ALL’AZIONE DEL VENTO

INSERIMENTO NEL MODELLOE ANALISI

FORZANTI AERODINAMICHE

STORIE DI VELOCITA’DEL VENTO

STORIE DI VELOCITA’ DEL VENTO Componente Y Componente Z

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

T (secondi)

Vy (m

/s)

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

T (secondi)

Vz (m

/s)

INCIDENZA DEL VENTO SULL’IMPALCATO

Dragvalore medio 6324 N/m

Liftvalore medio -2241 N/m

Momentvalore medio -121600 Nm/m

Dragvalore medio 6324 N/m

Liftvalore medio -2241 N/m

Momentvalore medio -121600 Nm/m

-4,E+05

-4,E+05

-3,E+05

-3,E+05

-2,E+05

-2,E+05

-1,E+05

-5,E+04

0,E+00

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0-5,E+04

-4,E+04

-3,E+04

-2,E+04

-1,E+04

0,E+00

1,E+04

2,E+04

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,00,E+00

5,E+03

1,E+04

2,E+04

2,E+04

3,E+04

3,E+04

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0-4,E+05

-4,E+05

-3,E+05

-3,E+05

-2,E+05

-2,E+05

-1,E+05

-5,E+04

0,E+00

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0-5,E+04

-4,E+04

-3,E+04

-2,E+04

-1,E+04

0,E+00

1,E+04

2,E+04

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,00,E+00

5,E+03

1,E+04

2,E+04

2,E+04

3,E+04

3,E+04

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0

-0,05

-0,045

-0,04

-0,035

-0,03

-0,025

-0,02

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

(gradi)

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

(gradi)

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 (gradi)

FRANCO BONTEMPI 163

Modellazioni approssimate delle forze aeroelastiche

qtRqtQqtPqqqFse ),(),(),();,,(

Formulazioni (teorie) aeroelastiche

FRANCO BONTEMPI 164

FRANCO BONTEMPI 165

ANALISI DINAMICHE

A TUTTI I NODI DELL’IMPALCATO FERROVIARIO SONO STATE APPLICATELE STESSE FORZANTI AERODINAMICHE

(Drag, Lift, Moment) RICAVATE DA UNUNICA STORIA DI VENTO

ANALISI CON VENTO UNIFORMESUL SOLO IMPALCATO

AD OGNI NODO DELL’IMPALCATOFERROVIARIO SONO STATE APPLICATEFORZANTI AERODINAMICHE (Drag, Lift,

Moment) DIVERSE RICAVATE DALLE RELATIVE STORIE DI VENTO

ANALISI CON VENTO NON UNIFORMESUL SOLO IMPALCATO

ANALISI CON VENTO NON UNIFORMESU IMPALCATO E CAVI

AD OGNI NODO DELL’IMPALCATOFERROVIARIO E DEL CAVO SONO STATE APPLICATE FORZANTI AERODINAMICHE (Drag, Lift, Moment) DIVERSE RICAVATE

DALLE RELATIVE STORIE DI VENTO

Vento = f(t)Vento = f(t) Vento = f(s,t)Vento = f(s,t)

Vento = f(s,t)

Vento = f(s,t)

Vento = f(s,t)

Vento = f(s,t)


FRANCO BONTEMPI 166

•Cassone ferroviario•Distanza = L/2 dalla torre

Spostamenti TRASVERSALI Accelerazioni TRASVERSALIVelocità TRASVERSALI

Inte

ra ra

ffica

Inte

rval

lo tr

a 15

00 e

170

0 se

c.

Sicilia Calabria

A

L

CONFRONTO TRA CODICI- VENTO UNIFORME -

Accelerazione Trasversale

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

1500 1550 1600 1650 1700

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )

Straus U Ansys U

Velocità Trasversale

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

1500 1550 1600 1650 1700

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)

Straus U Ansys U

Spostamento Trasversale

-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

1500 1550 1600 1650 1700

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)

Ansys U Straus U


-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )

Straus U Ansys U


-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)

Straus U Ansys U


-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)

Ansys U Straus U


FRANCO BONTEMPI 167


Accelerazioni VERTICALISpostamenti VERTICALI Velocità VERTICALI

Inte

ra ra

ffica

Inte

rval

lo tr

a 15

00 e

170

0 se

c.

Sicilia Calabria

A

L

CONFRONTO TRA CODICI- VENTO UNIFORME -

Accelerazione Verticale

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

1500 1550 1600 1650 1700

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )

Straus U Ansys U

Velocità Verticale

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

1500 1550 1600 1650 1700

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)

Straus U Ansys U

Spostamento Verticale

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

1500 1550 1600 1650 1700

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)

Straus U Ansys U


-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )

Straus U Ansys U

Velocità Verticale

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)

Ansys U Straus U


-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)

Ansys U Straus U


FRANCO BONTEMPI 168


Spostamenti LONGITUDINALI Spostamenti VERTICALISpostamenti TRASVERSALI

Sicilia Calabria

A

L

VENTO NON UNIFORMESu impalcato – Su impalcato e cavi

VEN

TO S

U IM

PALC

ATO

VEN

TO S

U IM

PALC

ATO

E C

AVI


-6,00

-4,00

-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)

Spostamento Longitudinale

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)


-6,00

-4,00

-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)

Spostamento Longitudinale

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Spos

tam

ento

(m)


FRANCO BONTEMPI 169


Velocità LONGITUDINALI Velocità VERTICALIVelocità TRASVERSALI

Sicilia Calabria

A

L


VEN

TO S

U IM

PALC

ATO

VEN

TO S

U IM

PALC

ATO

E C

AVI

Velocità Verticale

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)


-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)

Velocità Longitudinale

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)

Velocità Verticale

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)


-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)

Velocità Longitudinale

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Velo

cità

(m/s

)


FRANCO BONTEMPI 170


Accelerazioni LONGITUDINALI Accelerazioni VERTICALIAccelerazioni TRASVERSALI

Sicilia Calabria

A

L


VEN

TO S

U IM

PALC

ATO

VEN

TO S

U IM

PALC

ATO

E C

AVI


-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )


-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )

Accelerazione Longitudinale

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )


-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )


-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )

Accelerazione Longitudinale

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

400 900 1400 1900 2400 2900 3400

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (m

/s2 )


FRANCO BONTEMPI 171

Spostamenti

Invi

lupp

o de

i Mas

sim

i e M

inim

i lun

go tu

tto l’

impa

lcat

oVE

NTO

SU

IMPA

LCA

TO –

VEN

TO S

U C

AVI

E IM

PALC

ATO

Dire

zion

e Lo

ngitu

dina

leD

irezi

one

Tras

vers

ale

Dire

zion

e Ve

rtic

ale

Velocità Accelerazioni

Inviluppo Accelerazioni Verticali

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Ascissa Impalcato (m)

AZ

(m/s

2 )

Max Vento su Imp. Max Vento su Imp. e Cavi Min Vento su Imp. Min Vento su Imp. e Cavi

Inviluppo Velocità Verticali

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


VZ (m

/s)


Inviluppo Spostamenti Verticali

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


UZ

(m)


Inviluppo Accelerazioni Trasversali

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


AY

(m/s

2 )


Inviluppo Velocità Trasversali

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Ascissa Impalcato (m)VY

(m/s

)


Inviluppo Spostamenti Trasversali

0

2

4

6

8

10

12

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500Ascissa Impalcato (m)

UY

(m)


Inviluppo Accelerazioni Longitudinali

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


AX

(m/s

2 )


Inviluppo Velocità Longitudinali

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


VX (m

/s)


Inviluppo Spostamenti Longitudinali

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


UX

(m)



FRANCO BONTEMPI 172

SPOSTAMENTI (m)

3.704.154.826.44UZ5.625.976.667.46UY0.590.660.780.96UX

f 90%f 95%f 99%Max

1.571.782.112.76VZ0.600.720.921.32VY0.290.340.420.55VX

f 90%f 95%f 99%Max

0.840.991.181.66AZ0.300.370.490.70AY0.180.250.360.52AX

f 90%f 95%f 99%MaxVELOCITA’ (m/s) ACCELERAZIONI (m/s2)

Grandezze cinematiche dell’impalcato per VENTO NON UNIFORME SU IMPALCATO E CAVI

X (m)-200 0 550 1100 1650 2200 2750 3300 3500


FRANCO BONTEMPI 173

Spostamenti

Invi

lupp

o de

i Mas

sim

i e M

inim

i lun

go tu

tto l’

impa

lcat

oVE

NTO

SU

CA

VI E

IMPA

LCA

TO –

Velo

cità

42 e

21

m/s

Dire

zion

e Lo

ngitu

dina

leD

irezi

one

Tras

vers

ale

Dire

zion

e Ve

rtic

ale

Velocità Accelerazioni


Inviluppo Accelerazioni Verticali

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


AZ

(m/s

2 )

Max V. 21 m/s Max V. 42 m/sMin V. 21 m/s Min V. 42 m/s

Inviluppo Velocità Verticali

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


VZ (m

/s)


Inviluppo Spostamenti Verticali

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


UZ

(m)


Inviluppo Accelerazioni Trasversali

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


AY

(m/s

2 )


Inviluppo Velocità Trasversali

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


VY (m

/s)


Inviluppo Spostamenti Trasversali

0

2

4

6

8

10

12

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500Ascissa Impalcato (m)

UY

(m)


Inviluppo Accelerazioni Longitudinali

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


AX

(m/s

2 )


Inviluppo Velocità Longitudinali

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


VX (m

/s)


Inviluppo Spostamenti Longitudinali

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


UX

(m)


FRANCO BONTEMPI 174

RUNNABILITYinterazione

fra azioni ambientali edazioni antropiche

FRANCO BONTEMPI 175

21 bFaFR

1221 - RbFaFR

2R

0R 1

12R

1R

0 R 2

2112 FcF R

FRANCO BONTEMPI 176

Modelli di carico

Irregolarità della Superficie di percorrenza

Masse in moto: Effetti inerziali

Forze in motoEffetto di velocità, frequenza strutturale, frequenza dei carichi (treni di

impulsi)

Oscillatori in moto: Effetti di comfort

FRANCO BONTEMPI 177

GRANDEZZE DINAMICHE NOTEVOLI PER IL GIUDIZIO DI PERCORRIBILITA’ DEL PONTE SULLO STRETTO

MODELLI DI CARICO FERROVIARIO PER LE ANALISI DINAMICHE

LM71

TRENO L (m) p (t/m)

750

270

270

390

750

750

750

750

8.80

2.53

1.89

2.44

8.00

4.30

5.27

4.87

150 2.20

Vmax (km/h)

135

200

160

250

80

100

120

100

120

EC 1

EC 2

EC 3

EC 4

EC 5

EC 6

EC 7

EC 8

EC 9

EC 10

EC 11

Categoria

Treno passeggeri trainato da locomotore

Treno passeggeri trainato da locomotore

Treno passeggeri alta velocità

Treno passeggeri alta velocità

Treno merci trainato da locomotore




Treno urbano

Metropolitana


Treno merci trainato da locomotoreEC 12

240

120

210

210

2.15

2.78

5.72

5.34

250

120

120

100

FRANCO BONTEMPI 178


PRESTAZIONI ATTESE DALL’UTENZA FERROVIARIA

SIMULAZIONI NUMERICHE FINALIZZATE: GRUPPO 2 (due treni in transito)

LM71+LM71

TRENI L (m) p (t/m)

750 8.80

V (km/h)

80

80LM71+LM71 750 8.80

• Modelli di carico tipo forze mobili;• Modelli di carico tipo masse mobili.

t01 (s) tu1 (s)

115

0

315

200

• t0=istante di ingresso testa treno;• tu=istante di uscita coda treno;• ttot=durata della simulazione.

ttot (s)

500

400

t02 (s) tu2 (s)

0

0

200

200

Treno 1 Treno 2

Sicilia Calabria

80LM71+LM71 750 8.80 132 332 5000 200

SIMULAZIONE

S9

S10

S11

FRANCO BONTEMPI 179

Spostamenti LONGITUDINALI Spostamenti VERTICALISpostamenti TRASVERSALI

TREN

O L

M71

TREN

O E

C3



Sicilia Calabria

A

L

Spostamenti longitudinali in mezzeria

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

400 500 600 700 800 900

Spos

tam

enti

(m)

4080100135

Spostamenti trasversali in mezzeria

-0,006

-0,004

-0,002

0,000

0,002

0,004

0,006

400 500 600 700 800 900

Spos

tam

enti

(m)

4080100135

Spostamenti verticali in mezzeria

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

400 500 600 700 800 900

Spos

tam

enti

(m)

4080100135

Spostamenti verticali in mezzeria

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

400 500 600 700 800 900

Spos

tam

enti

(m)

4080135

Spostamenti trasversali in mezzeria

-0,006

-0,004

-0,002

0,000

0,002

0,004

0,006

400 500 600 700 800 900

Spos

tam

enti

(m)

4080135

Spostamenti longitudinali in mezzeria

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

400 500 600 700 800 900

Spos

tam

enti

(m)

4080135

RISULTATI DELLE SIMULAZIONIS1, S2, S3, S4 - S5, S6, S7 (UN TRENO IN TRANSITO)

FRANCO BONTEMPI 180

TREN

O L

M71

TREN

O E

C3

VALORI MASSIMI DELLE GRANDEZZE CINEMATICHE DELL’IMPALCATO

ACCELERAZIONI

4080

100135

Acc. YAcc. X

Acc. Z0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

Acc

eler

azio

ni (m

/s2 )

Velocità del treno (Km/h)

Accelerazioni massime dell'impalcato

4080

135Acc. Y

Acc. XAcc. Z

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

Acc

eler

azio

ni (m

/s2 )


Accelerazioni massime dell'impalcato

VELOCITà

40 80 100135

Vel. YVel. X

Vel. Z0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

Velo

cità

(m/s

)


Velocità massime dell'impalcato

4080

135Vel. Y

Vel. XVel. Z

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

Velo

cità

(m/s

)


Velocità massime dell'impalcato

SPOSTAMENTI

40 80 100135

Disp. YDisp. X

Disp. Z0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Spos

tam

enti

(m)


Spostamenti massimi dell'impalcato

4080

135Disp. Y

Disp. XDisp. Z

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Spos

tam

enti

(m)


Spostamenti massimi dell'impalcato

RISULTATI DELLE SIMULAZIONIS1, S2, S3, S4 - S5, S6, S7

(UN TRENO IN TRANSITO)


FRANCO BONTEMPI 181

TREN

O L

M71

TREN

O E

C3


RISULTATI DELLE SIMULAZIONIS1, S2, S3, S4 - S5, S6, S7 (UN TRENO IN TRANSITO)

Forza nei pistoni

Forza nel pistone longitudinale in Sicilia, lato nord

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

400 450 500 550 600 650

Forz

a (T

on)

4080100135

Forza nel pistone longitudinale in Sicilia, lato nord

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

400 450 500 550 600 650

Forz

a (T

on)

4080135

Tiro nei pendini

Tiro nel pendino alla sella in Sicilia, lato nord

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Forz

a (T

on)

4080100135

Tiro nel pendino alla sella in Sicilia, lato nord

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Forz

a (T

on)

4080135

Tiro nel cavo alla sella in Sicilia, lato nord

129000

130000

131000

132000

133000

134000

135000

136000

137000

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Forz

a (T

on)

4080100135

Tiro nel cavo

Tiro nel cavo alla sella in Sicilia, lato nord

129000

130000

131000

132000

133000

134000

135000

136000

137000

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Forz

a (T

on)

4080135

Sicilia CalabriaL

FRANCO BONTEMPI 182

TIRO CAVO ALL’ANCORAGGIO TIRO CAVO IN MEZZERIATIRO CAVO ALLA SELLA

CONFRONTO TRA AZIONE DEL VENTO E AZIONE DEL VENTO CON PASSAGGIO DI UN TRENO

VEN

TOVE

NTO

E T

REN

ORISPOSTA DINAMICA DEL PONTE SOGGETTO ALL’AZIONE DEL VENTO

Vento non uniforme (21 m/s)Treno LM71 (velocità 80 Km/h)

Tiro cavi alla sella

115000

120000

125000

130000

135000

140000

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Tiro

(Ton

)

Sponda siciliana, lato nord Sponda calabrese, lato nord

Sponda siciliana, lato sud Sponda calabrese, lato sud

Tiro cavi in mezzeria

115000

120000

125000

130000

135000

140000

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Tiro

(Ton

)

Tiro cavo in mezzeria, lato nord

Tiro cavo in mezzeria, lato sud

Tiro cavi all'ancoraggio

115000

120000

125000

130000

135000

140000

600 1100 1600 2100 2600 3100

Tempo (s)

Tiro

(Ton

)



Tiro cavi in mezzeria

115000

120000

125000

130000

135000

140000

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Tiro

(Ton

)

Tiro cavo in mezzeria, lato nord

Tiro cavo in mezzeria, lato sud

Tiro cavi alla sella

115000

120000

125000

130000

135000

140000

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Tiro

(Ton

)



Tiro cavi all'ancoraggio

115000

120000

125000

130000

135000

140000

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Tiro

(Ton

)



FRANCO BONTEMPI 183

TIRO NEI PENDINI FORZA NEI PISTONI LONGITUDINALIFORZA NEI PISTONI TRASVERSALI

CONFRONTO TRA AZIONE DEL VENTO E AZIONE DEL VENTO CON PASSAGGIO DI UN TRENO

VEN

TOVE

NTO

E T

REN

ORISPOSTA DINAMICA DEL PONTE SOGGETTO ALL’AZIONE DEL VENTO

Vento non uniforme (21 m/s)Treno LM71 (velocità 80 Km/h)

Tiro nei pendini

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Tiro

(Ton

)

Sella sponda siciliana, lato nord Tiro pendino in mezzeria, lato nord Sella sponda calabrese, lato nord

Sella sponda siciliana, lato sud Tiro pendino in mezzeria, lato sud Sella sponda calabrese, lato sud

Forza nei pistoni Longitudinali

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Forz

a (T

on)



Forza nei pistoni Trasversali

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

600 1100 1600 2100 2600 3100

Tempo (s)

Forz

a (T

on)



Forza nei pistoni Longitudinali

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

600 1100 1600 2100 2600 3100

Tempo (s)

Forz

a (T

on)



Tiro nei pendini

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

600 1100 1600 2100 2600 3100Tempo (s)

Tiro

(Ton

)

Sella sponda siciliana, lato nord Tiro pendino in mezzeria, lato nord Sella sponda calabrese, lato nord

Sella sponda siciliana, lato sud Tiro pendino in mezzeria, lato sud Sella sponda calabrese, lato sud

Forza nei pistoni Trasversali

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

600 1100 1600 2100 2600 3100

Tempo (s)

Forz

a (T

on)



FRANCO BONTEMPI 184

Danneggiamento su un pendinodeterminato dal passaggio del treno

Prova 1Prova 1

D=0,1752D=0,0000D=0,0400D=0,0000

D=0,23874

Danno cumulativoD=0,2154


Prova 2Prova 2

D=0,0000



FRANCO BONTEMPI 185

APPROCCIO SISTEMICO

• #1 SCOMPOSIZIONE• #2 CONVERGENZA• #3 SENSIBILITA’• #4 DELIMITAZIONE• #5 RIDONDANZA

FRANCO BONTEMPI 186

FASI COSTRUTTIVE

FRANCO BONTEMPI 187

Modi della Torre: Configurazione “free-standing”

Evoluzione del Problema strutturale: Modi di vibrare

Modi della Torre: Configurazione “in-service”

FRANCO BONTEMPI 188

Envelope of Displacements (x) induced by the turbulent wind (x) (SLU) N=2 ; tot=0.83%; 1.25%; 1.67%; f=fWarburton

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

ux (m)

h (m

) m=2x100 tons

m=2x200 tons

m=2x150 tons

Uncontrolledh

Efficacia del controllo passivo – Soluzioni single-TMD (N=2)

FRANCO BONTEMPI 189

Montaggio dell’impalcato: fronti di avanzamento

Fronte n° 1I cassoni vengono montati a

partire dalla mezzeria del ponte verso le antenne

Fronte n° 2I cassoni vengono montati a partire dalle estremità lateraliverso la mezzeria del ponte

Fronte n° 3I due metodi vengono

combinati generando quattrofronti di avanzamento

Avanzamento su due fronti Avanzamento su quattro fronti

La modellazione delle fasi di montaggio dell’impalcato avviene mediante l’attivazione in diversi step dei conci e dei trasversi di loro competenza, insieme ai pendini di collegamento con i cavi.

FRANCO BONTEMPI 190

Modellazione per fasi: studio preliminare (birth and death)

generazione dell'incastro in

mezzeria4

carico (p.p.) seconda mensola3

unione seconda mensola scarica2

mensola carica (peso proprio)1

--------------------------------------mensola scarica0

momentideformatadescrizione eventomodellostep

Analisi dei modelli elementari

-100000

0

100000

200000300000

400000

500000

600000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-100000

0

100000

200000300000

400000

500000

600000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-100000

0

100000

200000300000

400000

500000

600000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-100000

0

100000

200000300000

400000

500000

600000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

FRANCO BONTEMPI 191

Processi di modellazione per fasi del ponte: BACK ANALYSIS

FRANCO BONTEMPI 192


Fronte 1

Storia delle configurazioni geometriche dell'impalcato - fronte 1 -

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

-200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300m

m quote di montaggiodeformata peso propriodeformata finale

avanzamento

FRANCO BONTEMPI 193


Fronte 2


50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

-200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300m

m quote di montaggiodeformata peso propriodeformata finale

avanzamento

FRANCO BONTEMPI 194


Fronte 3


50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

-200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300 m

m

quote di montaggiodeformata peso propriodeformata finale

avanzamento

FRANCO BONTEMPI 195

Livelli tensionaliFB-14-09-04 [Mpa]

PP PN QA VV CAVO TORRE

riferimento 1,00 1,00 0,00 0,00 650 155SLS-4 1,00 1,00 1,00 0,00 800 205

150 50 incremento per QASLS-5 1,00 1,00 1,00 1,00 810 260

10 55 incremento per VV

riferimento 1,10 1,50 0,00 0,00 730 185SLS-4 1,15 1,50 1,50 0,00 955 260

225 75 incremento per QASLS-5 1,15 1,50 1,10 1,00 930 330

FRANCO BONTEMPI 196

Stro N

GERwww.stronger2012.com

Engineering

Approccio sistemico all'analisi e alla progettazione di grandi ponti. Systemic Approach for the Analysis and Design of Long Span Bridges