Nella presente Tesi è stata analizzata la risposta sismica di un edificio multipiano in acciaio in presenza e in assenza di controventi dissipativi. L’attenzione è stata accentrata sulla capacità di modellazione in campo non lineare offerta dai codici di calcolo DRAIN2DX e SAP2000nl e sulla riduzione del danneggiamento strutturale a seguito dell’inserimento di dispositivi di dissipazione supplementare d’energia.
Le analisi condotte sono state specialmente finalizzate allo studio delle problematiche di modellazione, progettazione ottimale e di applicazione tecnico-costruttiva di due particolari tipi di dispositivi, ovvero gli ADAS ed i siliconici fluido-viscosi.
La scelta dei codici di calcolo è stata dettata dalla loro ampia diffusione nell’ambito della comunità tecnico scientifica. Con il loro impiego si è pensato altresì di fornire, con la presente tesi, un contributo di validità generale e di facile divulgazione.
I dispositivi ADAS sono caratterizzati da leggi elastico-dissipative legate all’isteresi metallica, ampiamente comprovate da numerose prove sperimentali.
I dispositivi siliconici, di più recente utilizzo in campo strutturale, nell’ultimo decennio sono stati studiati, sia dal punto di vista sperimentale che analitico-numerico ai fini dell’approfondimento delle specifiche prestazioni nonché del comportamento meccanico.
Per i dispositivi ADAS è stato possibile utilizzare direttamente gli elementi contenuti nella libreria di entrambi i codici di calcolo; per i dispositivi siliconici è stato invece utilizzato il solo codice SAP2000nl, mettendo a punto uno specifico assemblaggio di elementi del tipo nllink, riproducendo il comportamento sperimentale già evidenziato in occasione di prove condotte presso il laboratorio di Strutture del Dipartimento d’Ingegneria Civile dell’Università di Firenze (Ing. G. Terenzi). Un’ulteriore verifica dell’efficacia di tale modello, con particolare riferimento dello stesso, al caso di applicazione in strutture controventate, è stata eseguita per confronto con i risultati di prove sperimentali condotte presso il laboratorio Elsa del J.R.C. di Ispra, nell’ambito del progetto europeo ECOLEADER e di una collaborazione interuniversitaria con il Dott. Rollo dell’Università di Udine.
L’aspetto della progettazione ottimale dei dispositivi ADAS, ha portato alla messa a punto di una procedura di pre/post processamento dei risultati derivanti dall’uso di DRAIN2DX. Per i dispositivi siliconici è stato invece utilizzato un metodo basato sull’attribuzione ai dispositivi supplementari di una frazione prestabilita dell’energia d’ingresso.
Le principali conclusioni a cui si è pervenuti sono qui di seguito riepilogate.
- I codici di calcolo DRAIN2DX e SAP2000nl hanno restituito risultati praticamente indistinguibili per l’edificio privo di controventi dissipativi, fino al raggiungimento di una accelerazione di picco pari a 0,2g. In corrispondenza di tale accelerazione si ha l’attivamento della condizione di svergolamento del diagonale compresso del controvento. SAP2000nl non permette di modellare lo svergolamento. Per campi d’accelerazioni superiori a quella indicata, gli esiti numerici sono risultati ancora confrontabili adottando un’area opportunamente ridotta per i diagonali del controvento.
- Nell’edificio dotato di dispositivi ADAS tale condizione viene raggiunta con un valore di PGA pari a 0.4g. In corrispondenza di tale accelerazione non si raggiunge lo svergolamento, ma la formazione di cerniere plastiche. Grazie alla predisposizione di opportuni elementi nllink alle estremità delle aste pure SAP2000nl consente la formazione di cerniere plastiche al raggiungimento di un predefinito valore del momento Mpl, altresì prescindendo dalla presenza di sforzo normale. Lo stesso codice non permette di definire un dominio d’interazione momento flettente – sforzo normale (M-N). Per ovviare a tale limitazione è necessario eseguire successive analisi iterative, cambiando ogni volta manualmente il valore del momento di plasticizzazione, calcolato in corrispondenza di un certo sforzo normale.
- Le considerazioni riportate nei punti precedenti suggeriscono, per la modellazione dei sistemi ADAS, l’utilizzo del codice di calcolo DRAIN2DX. Questa scelta ha condotto alla realizzazione di un programma “OTTIMIZZA_ADAS” (sviluppato in ambiente Visual Basic) con funzioni di pre-post processore del codice stesso. Tale programma consente di effettuare una progettazione ottimale finalizzata alla minimizzazione del danno operando un costante controllo sugli spostamenti.
- Il principale limite del codice di calcolo DRAIN2DX risulta essere l’impossibilità di rappresentare modelli a viscosità non lineare. Questo lo ha reso inutilizzabile ai fini dello studio dei dispositivi siliconici.
- Come già premesso attraverso il codice di calcolo SAP2000nl, dalla combinazione di più elementi non lineari, è stato realizzato Il modello che simula il comportamento dei dispositivi SFV. Tale modello consente di giungere a soddisfacenti stime degli spostamenti e dei cicli di dissipazione ottenuti per via sperimentale peraltro ottenibili anche per via numerica attraverso un ulteriore codice di calcolo con denominazione IDARC. Questo apre prospettive interessanti in chiave progettuale, in quanto SAP2000nl è un software commerciale assai diffuso.
- L’inserimento di dispositivi ADAS e SFV, per la dissipazione supplementare d’energia, si è dimostrato efficace nei confronti dei terremoti di progetto utilizzati nella presente Tesi. I limiti di accettabilità delle azioni, secondo la normativa italiana, in termini di PGA risultano:
§ per l’edificio privo di dispositivi dissipativi = 0.15g,
§ per l’edificio dotato di dispositivi ADAS > 0.49g,
§ per l’edificio privo di dispositivi siliconici > 0.49g.
- In particolare gli ADAS diminuiscono sensibilmente il danneggiamento strutturale, che comunque rimane presente. Per i dispositivi SFV non si ha danneggiamento almeno fino ad accelerazioni di picco pari a 0.49g.
- Dalle analisi dinamiche incrementali (I.D.A.) condotte sull’edificio, il telaio dotato di dispositivi siliconici si è dimostrato comunque migliore in termini di livelli prestazionali. Tale superiorità di prestazione è dovuta al fatto che, superata una certa soglia di PGA (0.25g/0.30g), si ha il raggiungimento della massima corsa dei dispositivi oltre la quale si assiste ad un recupero della fase elastica del controvento.
Il presente lavoro lascia naturalmente aperta la strada ad ulteriori approfondimenti e sviluppi ed in particolare:
- miglioramento dei dispositivi ADAS attraverso l’inserimento di un adeguato ritegno che ne limiti lo spostamento, una volta superata una determinata soglia di accelerazione;
- studio dell’inserimento dei dispositivi studiati in altre tipologie edilizie e strutturali come telai in C.A., strutture progettate seguendo le indicazioni dell’Eurocodice allo scopo di aumentare i livelli prestazionali e ridurre o annullare il danneggiamento strutturale anche dopo eventi sismici di intensità eccezionale.