Antonio VITOLO | Projects

PROGETTAZIONE SISMICA DI STRUTTURE IN ACCIAIO EQUIPAGGIATE CON DISSIPATORI AD ATTRITO

Al fine di garantire l'eliminazione totale del danneggiamento a seguito di eventi sismici distruttivi si prevede che la “sostituzione” delle zone dissipative sia combinata con l'impiego di criteri di progettazione rigorosi atti a garantire che le colonne restino in campo elastico. L'impiego combinato di collegamenti equipaggiati con dissipatori ad attrito e della teoria del controllo del meccanismo plastico (TPMC) per il progetto delle colonne potrà condurre al “Free From Damage Design”. Ne risulta che la dissipazione offerta dai dispositivi ad attrito non è di tipo supplementare, ma di tipo sostitutivo. Dal punto di vista tecnologico, l'innovazione fondamentale nel “Free From Damage Design” è rappresentata dalla progettazione e sperimentazione di collegamenti trave-colonna innovativi equipaggiati con dissipatori ad attrito i cui cuscinetti (friction pads) risultano facilmente sostituibili, alla stessa stregua delle pasticche dei freni delle autovetture, qualora risultino consumati a seguito di eventi sismici ripetuti. L'energia sismica in ingresso viene concentrata nei suddetti dissipatori posti in corrispondenza delle flange delle travi e, con opportuno braccio di leva, al piede delle colonne del primo piano. Una campagna sperimentale è già stata condotta presso il Laboratorio “Prove Materiali e Strutture” dell'Università degli Studi di Salerno allo scopo di investigare il comportamento ciclico rotazionale di tali collegamenti innovativi, al variare dei parametri di progetto ritenuti maggiormente significativi per la concezione dei collegamenti stessi. Inoltre, anche i collegamenti colonna fondazione verranno testati presso il Laboratorio “Prove Materiali e Strutture”. Nel progetto di ricerca proposto, ad una più ampia scala, la possibilità di conseguire l'ambizioso obiettivo di strutture prive di danneggiamento anche in occasione di eventi sismici distruttivi verrà investigata mediante la progettazione di un “Edificio Pilota”, con il quale verrà condotta una prima applicazione della strategia del Free From Damage Design ad un caso studio realistico. Lo sviluppo di un modello agli elementi finiti (FEM), mediante software di calcolo SAP2000, consentirà l'analisi della risposta sismica di tale edificio di concezione innovativa tenendo conto del comportamento non lineare dei collegamenti trave-colonna e colonna-fondazione, equipaggiati con dissipatori ad attrito. Si prevede che i risultati di tali analisi possano evidenziare la possibilità di realizzare strutture in grado di sopportare senza alcun danneggiamento valori molto elevati dell'accelerazione spettrale, semplicemente progettando adeguatamente la corsa dei dispositivi dissipatori. Per quanto riguarda lo sviluppo della metodologia di progettazione, essa dovrà affrontare i seguenti aspetti: 1) definizione di criteri di progettazione, basati sui principi del "capacity design", per collegamenti trave-colonna equipaggiati con dissipatori ad attrito. Tali criteri dovranno, inoltre, tener conto del campo di variazione della forza di scorrimento dei dissipatori dovuta ad una possibile variazione aleatoria del coefficiente di attrito; 2) definizione di dettagli costruttivi ottimizzati per collegamenti colonna-fondazione equipaggiati con dissipatori ad attrito e definizione di criteri di progettazione che tengano conto anche della variazione aleatoria del coefficiente di attrito; 3) definizione delle modalità di applicazione della teoria del controllo del meccanismo plastico al caso di strutture in acciaio equipaggiate con dissipatori ad attrito; 4) modellazione del comportamento ciclico dei suddetti collegamenti ai fini delle analisi dinamiche non-lineari. La ricerca verrà completata con analisi dinamiche non lineari, ripetute per diversi accelerogrammi di eventi sismici significativi, finalizzate all'analisi delle prestazioni sismiche di diverse tipologie strutturali in acciaio le cui zone dissipative sono state sostituite dai suddetti dispositivi ad attrito.