Claudio Ceccherini
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Parole chiave Parole chiave Parole chiave
Parole chiave Protezione sismica, Dissipatori Autoricentranti SSCD, Analisi Dinamiche Incrementali IDA Motivazioni
Motivazioni Motivazioni
Motivazioni In seguito ad eventi sismici di entità moderata i costi derivanti dalla perdita di operatività di un edificio - dovuta ai danni riportati da elementi strutturali e non - possono risultare significativi, spesso paragonabili o addirittura superiori al costo originario della costruzione. Ciò si deve nella maggior parte dei casi alla presenza di spostamenti residui esibiti dalla struttura, ammessi dai metodi tradizionali di progettazione antisismica. Un sistema dotato di una risposta ottimale ad un terremoto dovrebbe incorporare da un lato le caratteristiche non lineari proprie di strutture tradizionali - limitando le forze indotte nella struttura e fornendo capacità dissipative supplementari - ed allo stesso tempo includere capacità di ricentramento, permettendo alla costruzione di tornare quanto più possibile vicino alla posizione iniziale e riducendo così gli spostamenti residui. Ciò si può ottenere attraverso l’utilizzo di sistemi innovativi di tipo autocentrante che combinano entrambe queste caratteristiche.
Problema Problema Problema
Problema Gli studi riguardanti i dissipatori autoricentranti sono relativamente recenti e le informazioni disponibili sulla risposta dinamica in campo non lineare di tali sistemi sono ancora limitate. Si propone lo studio di un particolare tipo di dispositivi dissipativi basati su un prototipo ideato, sviluppato e brevettato dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa. Il dispositivo SSCD (Steel Self-Centering Device) è realizzato interamente in acciaio e combina le capacità di dissipazione di appositi elementi - cartucce dissipative - a quelle ricentranti date dall’azione di cavi post-tesi. L’obiettivo è quello di analizzare l’influenza dei dispositivi su una struttura modello, valutando come questi modificano il comportamento dinamico e le capacità massime del sistema.
Metodo Metodo Metodo
Metodo Sono condotti dei test di laboratorio sul prototipo per caratterizzarne il comportamento reale. I dati ottenuti sono analizzati ed impiegati per elaborare un metodo valido e semplificato per il dimensionamento dei dispositivi dissipativi e la loro integrazione all’interno dei codici di calcolo. I dispositivi vengono inseriti all’interno di una struttura modello il cui comportamento in fase plastica viene analizzato attraverso Analisi Incrementali Dinamiche IDA, basate sull’analisi dinamica non lineare della struttura. Queste sono in grado di fornire dati relativi alla risposta del sistema al variare sia delle caratteristiche intrinseche del sistema che dell’azione sismica di progetto. Reiterando la procedura con varie caratteristiche dei dispositivi SSCD si forniscono delle basi per uno studio parametrico del sistema. Risultati
Risultati Risultati
Risultati Il sistema strutturale analizzato risulta potenzialmente dotato di notevoli capacità resistenti nei confronti dell’azione sismica. I risultati dei singoli casi indicano che il criterio di intervento migliore per migliorare la capacità massima della struttura è costituito dall’ottimizzazione del coefficiente di dissipazione dell’energia β dei singoli dispositivi, con il quale si possono incrementare notevolmente le prestazioni del sistema, in grado nel migliore dei casi di sopportare scuotimenti del suolo pari a 0,40g.
Conclusioni Conclusioni Conclusioni
Conclusioni Il dispositivo SSCD si adatta bene a differenti esigenze di progetto. Le potenzialità connesse all’impiego di tali dispositivi risultano notevoli e la loro implementazione negli edifici - sia di nuova costruzione che esistenti - può costituire un’efficace strategia di progettazione antisismica in grado di soddisfare le più moderne richieste in termini di sicurezza strutturale. Le sue componenti possono essere modificate in base alle esigenze, consentendo di controllare e governare il comportamento dinamico delle strutture, e conferendo loro notevoli capacità resistenti nei confronti delle azioni sismiche, anche per terremoti caratterizzati da elevati tempi di ritorno.
Claudio Ceccherini
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Keywords Keywords Keywords
Keywords Seismic protection, Steel Self-Centering Device SSCD, Incremental Dynamic Analysis IDA
Reasons Reasons Reasons
Reasons Costs associated to the loss in operativity of a building after a moderate seismic event - due to structural and nonstructural damages - can result significant, often comparable or higher than the original cost of the building. That occurs because traditional antiseismic design methods allow residual displacements in structures. An optimal seismic-response structural system should include typical nonlinear characteristics of traditional systems - limiting forces into the structure and providing supplemental dissipation - and at the same time recentering capabilities, taking the structure back to its starting position at the end of seismic motion, limiting residual displacements. This objective can be achieved through the introduction of innovative recentering systems that include both these features.
Problem Problem Problem
Problem Researches about recentering dampers are recent and the amount of available information about the dynamic nonlinear response of these kind of systems is still limited. In this paper the study of a particular damper is proposed, based on a prototype designed, developed and patented by the Department of Civil and Industrial Engineering of University of Pisa. The Steel Self-Centering Device SSCD is entirely made up of steel and combines steel’s dissipation and post-tension cables recentering capabilities. The target is the analysis of devices’ influence on a sample structure, to evaluate how the dynamic behavior and the maximum capabilities of the system are modified.
Met Met Met
Methhhhodododod Lab tests are carried out to characterize the behavior of the SSCD device. Data is analyzed and employed to define a simplified method for the dimensioning of the dampers and their integration in software codes. Devices are deployed in a sample structure whose plastic behavior is analyzed with a nonlinear dynamic analysis method, Incremental Dynamic Analysis IDA, that gives the response of the system for a given structure layout and seismic force. The base for a parametric study of the system is achieved repeating the procedure with different SSCDs characteristics.
Results Results Results
Results The proposed structural system exhibits remarkable capabilities regarding seismic action. Results show that the best criteria to improve system’s maximum strength is given optimizing the value of the energy dissipation coefficient β for each SSCD device; in this way system performance can be significantly improved, reaching the peak resistance for 0,40g ground shaking.
Conclusion Conclusion Conclusion
Conclusionssss The Steel Self-Centering Device SSCD can be easily adapted to different design needs. The potential of the employment of these devices is remarkable, and its implementation within new and existing structures can be a valid antiseismic philosophy, able to satisfy modern structural safety needs. Its components can be freely modified to achieve different requirements, allowing structure’s dynamic behavior control and handling, giving the building significant resistance toward seismic action also for high return period earthquakes.
