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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DOTTORATO DI RICERCA IN RISCHIO SISMICO – XXIII CICLO Coordinatore prof. Aldo ZOLLO DIPARTIMENTO DI SCIENZE.

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Presentazione sul tema: "UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DOTTORATO DI RICERCA IN RISCHIO SISMICO – XXIII CICLO Coordinatore prof. Aldo ZOLLO DIPARTIMENTO DI SCIENZE."— Transcript della presentazione:

1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DOTTORATO DI RICERCA IN RISCHIO SISMICO – XXIII CICLO Coordinatore prof. Aldo ZOLLO DIPARTIMENTO DI SCIENZE FISICHE Ph D Day ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Tutors: Dottorando - XXIII CICLO : prof. ing. Gaetano MANFREDI dott. ing. Vincenzo PENTANGELO prof. ing. Gennaro MAGLIULO ANNO ACCADEMICO 2008/2009

2 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 1 STRUTTURA/NSCs CAPACITA FRAGILITA (struttura ) FRAGILITA (NSCs ) CAPACITA (struttura) CAPACITA (NSCs ) STATO LIMITE (struttura) STATO LIMITE (NSCs) Confronto probabilistico tra stati limite di struttura ed NSCs Criterio di progetto

3 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Vediamo ora come si effettua unanalisi probabilistica di danno (performance analysis) per un semplice edificio al cui interno vi siano una controsoffittatura ed un ascensore idraulico. Curve di fragilità per la struttura allo stato limite ultimo ed allo stato limite di danno (ricavata). Curve di fragilità per i componenti installati nella struttura: controsoffittatura ed ascensore idraulico (letteratura). Probabilità di raggiungimento dello stato limite (ultimo e/o danno) per la struttura e per i componenti in essa installati al fine di confrontarne le rispettive performances. 2

4 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Curva di fragilità della struttura Progetto elastico secondo EC8 in media duttilità. Zona sismica 1 (a g =0.35g) e suolo di categoria B (stiff soil) - type 1. Pilastri 1° liv. = 40 x 40 cm Pilastri 2° liv. = 35 x 35 cm Travi 1° liv. = 30 x 40 cm Travi 2° liv. = 30 x 35 cm Analisi dinamica incrementale (analisi IDA). Modello a plasticità concentrata Sette coppie di accelerogrammi spettro-compatibili secondo EC8 3

5 Scelta di un modello non lineare appropriato della struttura in esame; Selezione di un numero appropriato di accelerogrammi; Definizione dello stato limite e delle corrispondenti soglie di capacità; Scelta di un EDP per la misura di intensità dello scuotimento al suolo; Scelta di un indice di danno (Domanda su Capacità); Quando D/C=1Raggiungimento Stato Limite Fattore di scala per lo scaling degli accelerogrammi; Analisi dinamica non lineare per ciascun livello e tracciamento delle curve IDA 1.Tracciamento curve IDA Curva di fragilità della struttura (Vamvatsikos and Cornell 2004, Jalayer et al 2007) dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 4

6 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 2.Tracciamento curve di fragilità La verticale per D/C=1 intercetta sulle curve IDA un insieme di punti di cui si determina media e deviazione standard logaritmica; Nel piano in cui sono state diagrammate le curve IDA si traccia una retta verticale per D/C=1; La curva di fragilità è una CDF tracciata nel piano (EDP; P f ): Esempio di curva di fragilità 5

7 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA DM = D/C in termini di duttilità D = duttilità richiesta C = duttilità disponibile=0.75θ u / θ y Variabile da 0.1g ad 1.4g Primo elemento a plasticizzarsi La fragilità è una probabilità condizionata ad un DM: Curva di fragilità della struttura - slu 6

8 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 7

9 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Altra curva è quella ottenuta assumendo la Peak Floor Acceleration come EDP: Lo scaling degli accelerogrammi avviene per mezzo di fattori di scala dei livelli corrispondenti ai punti di intersezione delle curve IDA con la verticale per D/C=1; Tracciamento curve di fragilità una volta noti media e deviazione standard logaritmica dei valori di PFA. Curva di fragilità della struttura - slu 8

10 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 9

11 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Curva di fragilità della struttura - sld Variabile da 0.1g ad 1.4g La fragilità è una probabilità condizionata ad un DM: DM = D/C in termini di drift di interpiano IDR (d r /h) D = IDR richiesta C = IDR disponibile=

12 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 11

13 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Lo scaling degli accelerogrammi avviene per mezzo di fattori di scala dei livelli corrispondenti ai punti di intersezione delle curve IDA con la verticale per D/C=1; Tracciamento curve di fragilità una volta noti media e deviazione standard logaritmica dei valori di IDR. Altra curva è quella ottenuta assumendo lIDR come EDP: Curva di fragilità della struttura - sld 12

14 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 13

15 Livelli di performance Ascensore - StrutturaPGA P Fascensore 75% P FSLU 10% P FSLD 80% dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 14

16 P FControsoffittatura 10% P FSLU 15% P FSLD <90% Danno lieve Livelli di performance Controsoffittatura - StrutturaPFA dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 15

17 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Considerazioni e conclusioni Per ciascun componente installato nella struttura si può ripetere lanalisi probabilistica come in precedenza; Questa tipologia di analisi consente dunque di individuare in una struttura il componente meno performante in relazione allo Stato Limite assunto per la struttura; 16 Necessità di creare un framework per lassessment ed il design degli elementi non strutturali che sia congruente con i criteri del Performance Based Seismic Design che attualmente si applicano per le strutture. Generalmente lo SLD è quello più significativo perché è noto che il danneggiamento dei componenti non strutturali viene innescato in corrispondenza di livelli di intensità di scuotimento al suolo molto più piccoli di quelli richiesti per causare il danneggiamento agli elementi strutturali (SLU); Sviluppi futuri

18 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA PARTE II 17 Il problema che dopo un anno di lavoro ci si è posti è il seguente: Per eseguire verifiche probabilistiche bisogna disporre delle curve di fragilità delle strutture e dei componenti non strutturali in essa presenti. Le curve di fragilità per le strutture si ricavano, come visto, tramite analisi più o meno complesse eseguite allelaboratore elettronico. Per i componenti, per esempio una controsoffittatura, le curve di fragilità si possono ricavare solo con laiuto della sperimentazione. Infatti per una controsoffittatura è difficile effettuare unanalisi agli elementi finiti a causa delle incertezze legate al comportamento fisico sugli elementi di cui essa è composta; inoltre la complessità del modello matematico ed il comportamento fortemente non lineare rendono lanalisi strutturale allelaboratore di tali elementi fortemente non realistica.

19 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 18 Le prove su tavola sono in grado di riprodurre in maniera fedele il comportamento di una controsoffittatura installata ad un certo livello di un edificio quando questo viene investito da un terremoto. Modello RealeModello per Test Per una controsoffittatura, da adesso in avanti assunta come riferimento in questa ricerca, prove di elevata raffinatezza ed innovatività nellambito dellingegneria sismica sono le prove su tavola vibrante, anche note come prove di performance sismica.

20 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 19 Nella realtà, ossia nelle condizioni in cui si trovano le controsoffittature, quando un edificio viene investito da un terremoto esse vengono sottoposte ad una storia temporale di accelerazioni che rispetto al segnale di partenza costituito dallinput alla base della struttura subisce una duplice alterazione: 1.Livello cui viene installata la controsoffittaturaPFA 2.Caratteristiche della controsoffittaturaPCA Le controsoffittature sono dunque sospese agli impalcati degli edifici; pertanto i test di qualificazione sismica e di fragilità, per essere significativi, devono impiegare una storia di accelerazioni rappresentativa delle sollecitazioni in corrispondenza di un certo livello e non lo scuotimento in prossimità del terreno.

21 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 20 Di questo se ne tiene conto mediante ladozione di opportuni spettri di risposta per i componenti non strutturali. Detti spettri sono contenuti nelle prescrizioni per lesecuzione di prove di qualificazione sismica su componenti non strutturali. (AC 156)

22 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 21 E necessario inoltre progettare una idonea struttura di supporto per il provino (controsoffittatura) da testare. Unidea è quella di realizzare un tavolino in acciaio. Il tavolino viene appoggiato con i suoi quattro ritti direttamente sulla tavola vibrante mentre la controsoffittatura viene installata, secondo le modalità illustrate in precedenza, in corrispondenza dellimpalcato. Unidea è quella di realizzare il tavolino con tubolari ed angolari in acciaio completi di saldature e bullonature; proprio come una struttura in acciaio. Bisogna predisporre anche un corrente perimetralmente al provino da testare per garantire il collegamento con i ritti del telaio: tale corrente nel modello reale è integrato nella controsoffittatura e provvede ad assicurare la controsoffittatura alle pareti lateralmente mentre nel modello da testare deve essere appositamente predisposto. A corredo della prova bisogna inoltre predisporre accelerometri e trasduttori di spostamento LVDT per il monitoraggio della risposta della controsoffittatura.

23 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA Purtroppo in Italia, e forse anche in Europa, non esiste una norma riguardo le prove di qualificazione sismica su componenti non strutturali in generale. In mancanza daltro e soprattutto nellattesa che tecnici si mettono a lavoro per redigere una norma del tipo citato, si è ricondotti nellesecuzione delle prove alla normativa statunitense: 22 Purtroppo le prove su tavola risultano tanto raffinate quanto costose; infatti facendo una rapida stima si è preventivata unaliquota base pari a circa euro cui si aggiunge un aliquota variabile pari circa a 7000÷10000 euro per ciascuna tipologia di controsoffitto da provare ossia per ciascuna prova. International Conference of Building Officials (ICBO). (2000). ICBO AC 156 Acceptance Criteria for the Seismic Qualification of Nonstructural Componens, ICBO Evaluation Service. Inc., Whittier, California.

24 dott. ing. Vincenzo Pentangelo ANALISI DEI COMPONENTI NONSTRUTTURALI DEGLI EDIFICI SOTTO AZIONE SISMICA 23 Volendo provare almeno una decina di controsoffitti, le prove richiederebbero: Notare come le suddette prove sono le prime che si eseguono in Italia e forse anche in Europa almeno sui componenti nonstrutturali. Prove simili sono state eseguite solo negli Stati Uniti ed in particolare presso la Università di Buffalo a New York. Per tale motivo in Italia manca un protocollo di prova di riferimento come già detto. Le tavole vibranti sono in dotazione presso il laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Strutturale.

25 Grazie per l attenzione


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