analisi dinamica di strutture isolate alla base horae sito nuovo/9-friction.pdf · 4 isolamento...
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Isolamento sismicoNegli ultimi trent’anni l’ingegneria sismica ha compiuto notevoli progressi sviluppando moderne strategie di protezione sismica passiva, quale l’Isolamento Sismico
Queste strategie richiedono l’uso di particolari dispositivi che vengono inseriti negli edifici per modificarne la risposta complessiva sotto sisma e disaccoppiare il moto del suolo da quello della struttura
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Isolamento sismicoL’andamento dello spettro di risposta proposto dalle NTC ’08 dimostra che le accelerazioni spettrali Se possono essere drasticamente ridotte se si riesce ad aumentare notevolmente il periodo principale T della struttura
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Isolamento sismicoLe strutture tradizionali, a base fissa, hanno periodo principale T abbastanza bassi, che in genere ricadono nell’intervallo in cui l’accelerazione spettrale Se viene notevolmente amplificata
T
F0 ag
5
Isolamento sismicoSe alla base si interpone, tra fondazione e struttura, un elemento molto deformabile in senso orizzontale il periodo cresce notevolmente e conseguentemente l’accelerazione si riduce a valori molto più bassi
T
F0 ag
TI
Se
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Isolamento sismicoL’efficacia del sistema di isolamento è tanto maggiore quanto più alto è il rapporto tra il periodo della struttura isolata e il periodo della struttura a base fissa
T
F0 ag
TI
Se
2.5 3ITT
= ÷
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Isolamento sismicoDi conseguenza strutture molto alte o in generale dotate periodo elevato non traggono grossi vantaggi dall’isolamento in termini di riduzione dell’accelerazione spettrale.
A fronte di una riduzione modesta dell’accelerazione spettrale, c’è il problema degli spostamenti che, risulterebbero troppo elevati. Con periodi superiori ai 3 secondi si potrebbero avere spostamenti tali da rendere inagibile il fabbricato; inoltre, i collegamenti verticali, scale e ascensori, condotte idriche, telefoniche, impianti in genere, diventerebbero ingestibili per fabbricati ad uso civile
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Isolamento sismicoStrutture a base fissa ed isolate: forme modali
Struttura a base fissa Struttura isolata
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Isolamento sismico
Struttura a base fissa Struttura isolata
Strutture a base fissa ed isolate: spostamenti
160 mm34 mm
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Isolamento sismicoStrutture a base fissa ed isolate: accelerazioni
Struttura a base fissa Struttura isolata
2.6 m/s213.0 m/s2
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Isolamento sismicoTipologie di isolatori: isolatori elastomerici
Sono costituiti da strati alterni di lamierini in acciaio e di elastomero, e possono avere all’interno un nucleo in piombo
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Isolamento sismicoTipologie di isolatori: isolatori elastomerici
Sono costituiti da strati alterni di lamierini in acciaio e di elastomero, e possono avere all’interno un nucleo in piombo
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Isolamento sismicoTipologie di isolatori: isolatori elastomerici
Sono costituiti da strati alterni di lamierini in acciaio e di elastomero, e possono avere all’interno un nucleo in piombo
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Isolamento sismico
Isolatore in gomma e piombo Isolatore in gomma
Tipologie di isolatori: isolatori elastomerici
Sono costituiti da strati alterni di lamierini in acciaio e di elastomero, e possono avere all’interno un nucleo in piombo
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Isolamento sismico
Sono caratterizzati da ridotta rigidezza orizzontale, per garantire l'incremento del periodo proprio della struttura, ed elevata rigidezza verticale, per ridurre l'abbassamento sotto carico
Il nucleo in piombo ha lo scopo di limitare gli spostamenti elastici e conferire un’adeguata capacità dissipativa per diminuire ulteriormente l’energia in ingresso
Tipologie di isolatori: isolatori elastomerici
Sono costituiti da strati alterni di lamierini in acciaio e di elastomero, e possono avere all’interno un nucleo in piombo
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Isolamento sismico
Vanno utilizzati insieme ad elementi ad attrito (slitte) che garantiscono la rigidità orizzontale sotto azioni orizzontali modeste (vento)
Richiedono ispezioni periodiche per verificarne la funzionalità
Sono relativamente costosi
Dopo un evento sismico possono risultare danneggiati e/o presentare spostamenti residui. In questo caso è necessario la loro sostituzione ed il ricentraggio dell’edificio
Tipologie di isolatori: isolatori elastomerici
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Isolamento sismico
Isolatore a curvatura semplice Isolatore a doppia curvatura
Sono costituiti da una coppia di superfici curve che scorrono l’una sull’altra
Tipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)
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Isolamento sismico
Sfruttano la legge fisica del moto del pendolo per allungare il periodo naturale della struttura isolata
N
r
R
F
r
N
R
F
r
Tipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)
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Isolamento sismico
Sfruttano la legge fisica del moto del pendolo per allungare il periodo naturale della struttura isolata
sgn( )NF u N ur
µ= + ˙
N
R
F
N R
F
Nµ
u
F
1 /N r
Tipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)
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Isolamento sismico
Sfruttano la legge fisica del moto del pendolo per allungare il periodo naturale della struttura isolata
Il periodo è indipendente dalla massa della struttura, con notevole vantaggio nel caso di isolamento di edifici leggeri.
Tipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)
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Isolamento sismico
La forza di richiamo, e quindi la rigidezza orizzontale, dipende linearmente dallo sforzo assiale, e cioè dalla massa che compete al singolo isolatore. Ne segue che i baricentri di massa e rigidezza di piano risultano sempre coincidenti.
1 sgn( )sgn( ) ( ) ( )N uF u N u k u u k u Nr r u
µ µ = + = = + ˙
˙
Sfruttano la legge fisica del moto del pendolo per allungare il periodo naturale della struttura isolata
Il periodo è indipendente dalla massa della struttura, con notevole vantaggio nel caso di isolamento di edifici leggeri.
Tipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)
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Isolamento sismico
Hanno la duplice funzione di dissipare energia per attrito e di generare la forza di richiamo per il ricentraggio della struttura attraverso l’azione della gravità
Non richiedono ispezioni periodiche per verificarne la funzionalità
Sono meno costosi degli isolatori elastomerici
Tipologie di isolatori: isolatori a scorrimento (friction pendulum)
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Isolamento sismico
Il comportamento del sistema di isolamento può essere modellato come lineare equivalente se sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni:
a) la rigidezza equivalente del sistema d’isolamento è almeno pari al 50% della rigidezza secante per cicli con spostamento pari al 20% dello spostamento di riferimento;b) lo smorzamento lineare equivalente del sistema di isolamento, come definito in precedenza, è inferiore al 30%;c) le caratteristiche forza-spostamento del sistema d’isolamento non variano di più del 10% per effetto di variazioni della velocità di deformazione, in un campo del ±30% intorno al valore di progetto, e dell’azione verticale sui dispositivi, nel campo di variabilità di progetto;d) l’incremento della forza nel sistema d’isolamento per spostamenti tra 0,5ddc e ddc, essendo ddc lo spostamento del centro di rigidezza dovuto all’azione sismica, è almeno pari al 2,5% del peso totale della sovrastruttura.
NTC 2008: modellazione
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Isolamento sismico
Gli stati limite, ultimi e di esercizio, possono essere verificati mediante l’uso di accelerogrammi, o artificiali o simulati o naturali.
Capitolo 3.2.3.6 IMPIEGO DI ACCELEROGRAMMI
Gli accelerogrammi artificiali devono avere uno spettro di risposta elastico coerente con lo spettro di risposta adottato nella progettazione. (Spettrocompatibilità)
Nel caso di integrazione al passo delle equazioni del moto è necessario utilizzare accelerogrammi spettrocompatibili
NTC 2008: Nel caso in cui ameno un punto dei controlli del paragrafo 7.10.5.2 non è andato a buon fine bisogna attivare l'analisi dinamica non lineare
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Isolamento sismico
Nel caso di integrazione al passo delle equazioni del moto è necessario utilizzare accelerogrammi spettrocompatibili
NTC 2008: analisi
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Isolamento sismico
Nel caso di integrazione al passo delle equazioni del moto è necessario utilizzare accelerogrammi spettrocompatibili
NTC 2008: analisi
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Applicazione: struttura isolataModello: caratteristiche dinamicheStima periodo fondamentale sistema strutturale
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Isolamento sismico
Gli spostamenti orizzontali degli isolatori sono di notevole entità e quindi non sono trascurabili gli effetti P - δ
u N
N
M N uδ = ⋅
C.D.S. Win - OpenSees: effetto P - δ
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Isolamento sismico
Gli spostamenti orizzontali degli isolatori sono di notevole entità e quindi non sono trascurabili gli effetti P - δ
u N
N
M1
M2
M N uδ = ⋅
1 1 2 2;M M M Mδ δα α= =
1 2 1α α+ =
Isolatori elastomerici:1
2
0.50.5
αα
= =
C.D.S. Win - OpenSees: effetto P - δ
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Isolamento sismico
N
N
N
N
Isolatori friction pendulum a semplice curvatura:
1
2
0.01.0
αα
= =
Isolatori friction pendulum a doppia curvatura:
1
2
0.50.5
αα
= =
C.D.S. Win - OpenSees: effetto P - δ
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