RELUIS Linea di ricerca N · RELUIS Linea di ricerca N.4 Firenze ... Esecuzione di analisi...

RELUIS Linea di ricerca NRELUIS Linea di ricerca N.4.4

FirenzeFirenzeGennaio 2007Gennaio 2007

EUCENTRE Univerisà degli studi di Pavia

• WHAT SHOULD BE THE STRUCTURAL STRENGTH? (BASE SHEAR FORCE)

• HOW SHOULD THIS STRENGTH BE DISTRIBUTED

WITHIN A PERFORMANCE-BASED ENVIRONMENT:

INTERDEPENDENCY OF STRENGTH AND STIFFNESS

Stiffness EI = M/φ

M M

φy3 φy2 φy1 φ φy φ

M1

M2

M3

M1

M2

M3

(a) Design assumption (constant stiffness)

(b) Realistic assumption (constant yield curvature)

INFLUENCE OF STRENGTH ON MOMENT-CURVATURE RESPONSE

me Fu

F Fn rKi

he Ki Ke

Δy Δd

(a) SDOF Simulation (b) Effective Stiffness Ke

1 2 3 4 5 6Displacement Ductility

0

20

40

60

Dam

pin

g (

%)

0 1 2 3 4 5Period (seconds)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Dis

pla

cem

ent

(m)

5%

10%

15%

20%

30%→

↓

Δd

Te

Elasto-Plastic

Steel Frame

Concrete Frame

Unbonded Prestressing

(c) Equivalent damping vs. ductility (d) Design Displacement Spectra

DDBD fundamentalsDDBD fundamentals

θy = 0.5εy(lb/hb)

EXPERIMENTAL DRIFTS OF BEAM/COLUMN TEST UNITS COMPARED WITH EQUATION

0 4 8 12 16 20Time (seconds)

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15D

isp

lace

men

t (m

)

Tangent Stif fness

Initial Stif fness

RESPONSE OF SDOF MODEL, T=0.5sec

TO 1.5*EL CENTRO 1940 NS

DOES DDBD MAKE A DIFFERENCE?

• Determining moment demand by elastic modal analysis is inappropriate, resulting in poor distributions of lateral strength

• Force-based design uses elastic stiffness which is not known at the start of the design. DDBD uses yield displacement or drift which IS known at the start of the design.

• DDBD achieves a specified limit state at the design intensity; force-based design, at best, is bounded by the limit state, and vulnerability to damage is variable.

• The design effort with DDBD is less than with force-based design.

INFLUENCE OF SEISMIC INTENSITY ON DESIGN FORCES

Force-Based Design Displacement-Based Design

1

212 Z

ZVV bb = 2

112 Z

ZTT ee = , but22 /4 eee TmK π=

Hence:2

1

212 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ZZKK ee

Hence:2

1

212 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ZZVV BB

If Z2 = 0.5Z1, Vb2 = 0.5Vb1 : Vb2 = 0.25Vb1

BASE SHEAR AS FUNCTION OF BUILDING HEIGHT

• Assume shape function is linear (i.e. dual wall/frame)

• Assume story mass constant at m per storey.

• Effective mass: me = k1nm

• Design displacement: Δd = k2n

• Effective period: Te = k3Δd = k2k3n

• Effective Stiffness: Ke = 4π2me/Te2 = k4m/n

• Base Shear: VB = keΔd = k4m/n.k2n = k5m

•Thus base shear force is independent of building height (!)

Heff,1

Heff,2

m

m

m

m

m

m

m

m

m

VB1 VB2

Δd2

Δd1

(a) Building 1 (b) Building 2 (c) Design Displacements

HA HB HC

C A

B


Stiffness: prop. to 1/H3 prop. to 1/H

Shear Force: prop. to 1/H3 prop. to 1/H

Moments: prop. to 1/H2 equal

Rebar: prop. to 1/H2 equal

Ductility: equal (!) prop. to 1/H2

BRIDGE COLUMNS OF UNEQUAL HEIGHT

` F Hc HA HB Δ

A B C Force Wall B Walls A,C A lwA lwB lwC ΔyB (Disp.) ΔuB

BUILDINGS WITH WALLS OF UNEQUAL LENGTH


Stiffness: prop. to lw3 prop. to lw2

Shear Force: prop. to lw3 prop. to lw2

Moments: prop. to lw3 prop. to lw2

Rebar ratio: prop. to lw equal

Ductility: equal (!) prop. to lw

Linea IV: 12 unitLinea IV: 12 unitàà di ricercadi ricercaTask Argomento UR 1 Principi, aspetti generali, azione Pavia

2 Strutture in calcestruzzo, a telaio Bologna 3 Strutture in calcestruzzo, a pareti e

miste Ferrara

4 Strutture prefabbricate Brescia

5 Struttura in muratura Genova 6 Strutture in acciaio Napoli 7 Strutture miste acciaio – calcestruzzo Benevento 8 Strutture in legno Trento 9 Ponti esistenti e di nuova costruzione Milano Poli 10 Strutture sismicamente isolate Basilicata 11 Fondazioni superficiali e profonde Milano Poli 12 Strutture di sostegno Perugia

Review of programme LINEA IVReview of programme LINEA IV

Development of a Development of a model code and model code and general general commentarycommentary

DevelopmentDevelopment of of specificspecificguidelinesguidelines

ReRe--designdesign and and verificationverification

SpecificSpecificimprovementsimprovements totothe the displacementdisplacementbasedbased methodmethod

Identification and Identification and discussion of discussion of issuesissues

NonNon--linear timelinear time--history analyseshistory analyses

Design using Design using displacementdisplacement--based methodsbased methods

Design Design usingusingtraditionaltraditionalmethodsmethods

SelectionSelection of case of case studiesstudies

DefinitionDefinition of of specificspecific aspectsaspects

DefinitionDefinition of of generalgeneral aspectsaspects

33°° ANNOANNO22°° ANNOANNO11°° ANNOANNO

►► UR2 sta considerando Strutture a telaio in c.a. UR2 sta considerando Strutture a telaio in c.a. a differente numero di piani e campate (in a differente numero di piani e campate (in particolare, da 1 a 6 piani e da 1 a 3 campate) particolare, da 1 a 6 piani e da 1 a 3 campate) –– con con attivitaattivita nel secondo anno di:nel secondo anno di:

Progettazione dei telai considerati (6 telai) Progettazione dei telai considerati (6 telai) secondo il metodo del DDBD;secondo il metodo del DDBD;Modellazione non lineare dei telai progettati Modellazione non lineare dei telai progettati tramite elementi finiti a plasticittramite elementi finiti a plasticitàà distribuita del distribuita del tipo a fibre: tipo a fibre: calibrazionecalibrazione dei modelli analitici;dei modelli analitici;Esecuzione di analisi di Esecuzione di analisi di PushoverPushover per valutare per valutare resistenza e duttilitresistenza e duttilitàà delle strutture;delle strutture;Stima della domanda sismica attraverso metodi Stima della domanda sismica attraverso metodi semplificati: metodo N2 (semplificati: metodo N2 (implementatonellimplementatonell’’OPCM OPCM 3274) e procedura 3274) e procedura ““inversainversa”” del Direct del Direct DisplacementDisplacement BasedBased Design;Design;Esecuzione di analisi dinamiche non lineari con Esecuzione di analisi dinamiche non lineari con diversi gruppi di sismi ed esame dei parametri di diversi gruppi di sismi ed esame dei parametri di risposta: spostamento in sommitrisposta: spostamento in sommitàà, spostamenti , spostamenti di piano e di interpiano, configurazione delle di piano e di interpiano, configurazione delle plasticizzazioniplasticizzazioni e deformazioni dei materiali nelle e deformazioni dei materiali nelle sezioni critiche.sezioni critiche.

UR2: Strutture a telaio in C.A.UR2: Strutture a telaio in C.A.

0 50 100 150 200 250 3000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Spostamento orizzontale δ [mm]

altezza della struttura [cm] Inviluppo spostamenti massimi assoluti

Sismi tipo 2 - ag = 0.35

Sismi tipo 1.1 - ag = 0.35


Sismi con Te>4s - ag = 0.35


0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

1

2

3

4

5

6

Drift di piano [%]

n° piano Inviluppo drift massimi




Sismi con Te>4s - ag = 0.35


UR3: Strutture a pareti e miste in C.A.UR3: Strutture a pareti e miste in C.A.

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7

Valo

ri d

i dut

tilità

[-]

Accelerogrammi artificialiDuttilità richiesta Duttilità richiesta media Duttilità disponibile

►► UR3 sta considerando Strutture in calcestruzzo a pareti e UR3 sta considerando Strutture in calcestruzzo a pareti e miste. miste. AttivitaAttivita nel secondo anno:nel secondo anno:

Progettazione della struttura secondo il metodo di forze Progettazione della struttura secondo il metodo di forze ––EC8.EC8.Progettazione della struttura secondo il metodo di Progettazione della struttura secondo il metodo di spostamenti spostamenti -- DDBD;DDBD;Esecuzione di analisi dinamiche non lineari in SAP2000 con Esecuzione di analisi dinamiche non lineari in SAP2000 con diversi gruppi di sismi ed esame dei parametri di risposta: diversi gruppi di sismi ed esame dei parametri di risposta: taglio, momenti flettenti, spostamenti di piano e di taglio, momenti flettenti, spostamenti di piano e di interpiano.interpiano.Analisi nonAnalisi non--lineari in Straus7 come controllo dei analisi.lineari in Straus7 come controllo dei analisi.Considerazione della implicazione dei risultati ottenuti.Considerazione della implicazione dei risultati ottenuti.

““double teedouble tee”” beamsbeams

““omegaomega”” beamsbeams

long span wooden beamslong span wooden beams

UR4: Strutture PrefabbricateUR4: Strutture Prefabbricate►► UR4 sta considerando Strutture UR4 sta considerando Strutture

Prefabbricate. Prefabbricate. AttivitaAttivita nel secondo nel secondo anno:anno:

Progettazione delle strutture Progettazione delle strutture secondo il metodo di forze secondo il metodo di forze –– EC8.EC8.Progettazione della struttura Progettazione della struttura secondo il metodo di spostamenti secondo il metodo di spostamenti --DDBD;DDBD;Esecuzione di analisi dinamiche non Esecuzione di analisi dinamiche non lineari.lineari.Considerazione della implicazione Considerazione della implicazione dei risultati ottenuti.dei risultati ottenuti.Utilizzo delle prove sperimentali per Utilizzo delle prove sperimentali per considerare gli effetti di diverse considerare gli effetti di diverse connessioni alla base delle connessioni alla base delle collonecollone..

SingleSingle--storey case study structuresstorey case study structures

PC columnsPC columns

M=Me

h=he

Δd

Ke, Ke,

Δd

h=he

M=Me

Kfoundation

Kfoundation

M=Me

h=he

Δd

Ke, Ke,

Δd

h

M

Kfoundation

Me

he

1.1.

3.3.

2.2.

4.4.

RESEARCH PHASE DEFINITION

Columns fixed at the base and pinned at the top, the foundation flexibility is not taken into account.

As in phase 1 but considering the effect of foundation flexibility

Take into account the different types of base connection (pocket foundation, grouted sleeves…); foundation flexibility taken into account

Considering the effect of changing the inflection point along the column due to the presence of column to beam connections.

Unità di ricerca N.4STRUTTURE PREFABBRICATE

... vediamo dei risultatiper questa fase


Roof drift – mean values

Roof drift – max values

►► UR4 UR4 ObservationsObservations::FBD performance is dependent on qFBD performance is dependent on q--factor and cracked stiffness chosen factor and cracked stiffness chosen ––without optimal choice of q & without optimal choice of q & KKcrcr, poor , poor performance likelyperformance likely..FBD FBD doesdoes notnot leadlead toto uniformuniform control control of of deformationsdeformations;;DDBD DDBD leadsleads toto muchmuch improvedimproved control control of of deformationsdeformations (& (& choicechoice of of appropriate design appropriate design parametersparameters isis notnotarbitraryarbitrary).).

M=Me

h=he

Δd

Ke, Ke,

Δd

h=he

M=Me

Kfoundation

Kfoundation

M=Me

h=he

Δd

Ke, Ke,

Δd

h

M

Kfoundation

Me

he

1.1.

3.3.

2.2.

4.4.

RESEARCH PHASE DEFINITION

Columns fixed at the base and pinned at the top, the foundation flexibility is not taken into account.

As in phase 1 but considering the effect of foundation flexibility

Take into account the different types of base connection (pocket foundation, grouted sleeves…); foundation flexibility taken into account

Considering the effect of changing the inflection point along the column due to the presence of column to beam connections.


Adesso... ricerca sperimentaleper questa fase

COLUMN TO FOUNDATION CONNECTIONSExperimental work being used to calibrate parameters of hysteresis rule for finite element analyses to validate the DDBD procedure & progress with phase 3:


UR5: Struttura in muraturaUR5: Struttura in muratura►► UR5 sta considerando Struttura in muratura. UR5 sta considerando Struttura in muratura.

Progettazione di struttura in muratura secondo Progettazione di struttura in muratura secondo il metodo di spostamenti (DDBD) non il metodo di spostamenti (DDBD) non éé molto molto sviluppata. sviluppata. PercioPercio’’, l, l’’attivitaattivita nel secondo anno:nel secondo anno:

Considerazione di un modello Considerazione di un modello constitutivoconstitutivo, con , con riferimento a diverse prove sperimentale, che riferimento a diverse prove sperimentale, che potrebbe fornire informazione sulla smorzamento potrebbe fornire informazione sulla smorzamento equivalente tipica della struttura in muratura;equivalente tipica della struttura in muratura;Esecuzione di analisi dinamiche non lineari con Esecuzione di analisi dinamiche non lineari con diversi modelli diversi modelli constitutiviconstitutivi ed esame dei ed esame dei parametri di risposta: spostamenti, duttilitparametri di risposta: spostamenti, duttilitàà, , smorzmentosmorzmento equivalente.equivalente.

UR5: Struttura in muraturaUR5: Struttura in muratura

►► Case Case StudyStudy StructureStructure examinedexamined toto considerconsiderresponseresponse parametersparameters obtainedobtained usingusing the the consitutiveconsitutive model. model.

►► DifferencesDifferences betweenbetween proposedproposed model (ED) model (ED) and EPP model and EPP model evaluatedevaluated..

►► SignificantSignificant amountsamounts of of energyenergy dissipationdissipationobservedobserved..

UR6: Strutture in AcciaioUR6: Strutture in Acciaio►► UR6 sta considerando Struttura in acciaio. UR6 sta considerando Struttura in acciaio.

Nel primo anno la ricerca ha sviluppato il Nel primo anno la ricerca ha sviluppato il processo DDBD per la progettazione di processo DDBD per la progettazione di strutture del tipo MRF e strutture del tipo MRF e bucklingbuckling--restrainedrestrained brace (BRB). Nel secondo anno brace (BRB). Nel secondo anno di ricerca:di ricerca:

Sviluppo di una metodologia DDBD per Sviluppo di una metodologia DDBD per strutture in acciaio di forma strutture in acciaio di forma CBFCBF..Progettazione di due strutture del tipo CBF Progettazione di due strutture del tipo CBF (5 e 10 piani) secondo il trial metodo di (5 e 10 piani) secondo il trial metodo di spostamenti spostamenti -- DDBD;DDBD;Valutazione della metodologia tramite una Valutazione della metodologia tramite una seria di analisi dinamiche non lineari con seria di analisi dinamiche non lineari con confronto dei parametri di risposta: taglio, confronto dei parametri di risposta: taglio, spostamenti di piano e di interpiano.spostamenti di piano e di interpiano.Considerazione della implicazione dei Considerazione della implicazione dei risultati ottenuti.risultati ottenuti.

3500

3500

3500

3500

4000

3500

3500

3500

3500

3500

0123456789

10

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

u i (m)

Floo

r

TargetRHA Average2s_R12s_R22s_R32s_R42s_R52s_R62s_R7

4000

3500

3500

3500

3500

UR7: UR7: StruttureStrutture mistemiste acciaioacciaio--calcestruzzocalcestruzzo►► UR7 sta considerando strutture miste UR7 sta considerando strutture miste

acciaioacciaio--calcestruzzo. Nel secondo anno di calcestruzzo. Nel secondo anno di ricerca:ricerca:

Progettazione di un edificio residenziale Progettazione di un edificio residenziale strutture di tipo CBF (5 e 10 piani) secondo il strutture di tipo CBF (5 e 10 piani) secondo il metodo di forze;metodo di forze;Investigazione del comportamento della Investigazione del comportamento della struttura tramite analisi dinamiche non struttura tramite analisi dinamiche non lineari con confronto dei parametri di lineari con confronto dei parametri di risposta: taglio, spostamenti di piano e di risposta: taglio, spostamenti di piano e di interpiano. interpiano. AnisiliAnisili condotto in SAP2000 e condotto in SAP2000 e SeismostructSeismostruct..Considerazione dei risultati ottenuti da varie Considerazione dei risultati ottenuti da varie prove sui elementi di strutture miste prove sui elementi di strutture miste –– e e incorporazione del informazione ottenuto nei incorporazione del informazione ottenuto nei modelli analitici.modelli analitici.Valutazione dei Fattori di Riduzione degli Valutazione dei Fattori di Riduzione degli Spettri Elastici e analisi statistica, di utilizzare Spettri Elastici e analisi statistica, di utilizzare in un metodo di spostamenti in un metodo di spostamenti -- DDBD.DDBD.

Pianta piano tipo

X

Y

24,0

0

6,00

6,00

6,00

6,00

31,00

7,006,005,006,007,00

X5

X4

X3

X2

X1

Y6Y5Y4Y3Y2Y1

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE 360HE B VAR

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE 360 IPE 360 IPE 360 IPE 360

IPE 360 IPE 360 IPE 360 IPE 360 IPE 360




IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

IPE

140

HE B VAR HE B VAR HE B VAR HE B VAR HE B VAR

HE B VAR HE B VAR HE B VAR HE B VAR HE B VAR HE B VAR




15 0

CBFCBF MRFMRF

IPE 360 IPE 360 –– S275 S275 –– L = 4.0 m da provare a momento negativoL = 4.0 m da provare a momento negativo

Prove Prove susu travitravi pressopresso laboratoriolaboratorio CETMA/CETMA/BrindisiBrindisi

Larghezza collaboranteLarghezza collaborante

Grado di connessioneGrado di connessione

UR7: UR7: StruttureStrutture mistemiste acciaioacciaio--calcestruzzocalcestruzzo

Prove Prove susu collegamenticollegamenti base base colonnecolonne pressopresso laboratoriolaboratorio DIST/NapoliDIST/Napoli

Composite column

Foundation blockAnchor bolts

Steel plate

0

100

200

300

400

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

Lateral Drift (rad)

Late

ral F

orce

(kN

)

Traditional base

Socket-type base

N=330kNN=170kN

N=330kN

N=520kN

Precast Composite column

Socket foundation block

No-shrink filling grout

219.1

G1 G2

G4 G3

Y

X

12

24

5015

015

050

150

50

550

550

24

12

550

40

10 10

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

-0,03 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03

Lateral Drift (rad)

Base moment (kNm) Traditional base

Socket-type base

<


CriticalitCriticalitàà

ModelloModello con con elementielementirigidirigidi a 15 cma 15 cm

ModelloModello con con elementielementirigidirigidi a 45 cma 45 cm

ConnessioneConnessione travetrave--solettasoletta: : elementielementi rigidirigidi tratra due due travitravi sovrappostesovrapposte((travetrave 1: 1: profiloprofilo –– travetrave 2: 2: solettasoletta in c.a.)in c.a.)


UR8: UR8: StruttureStrutture in in LegnoLegno►► Characteristics of timber joints studied Characteristics of timber joints studied –– in particular, in particular,

annular arrangement of bolts.annular arrangement of bolts.►► Important deformation parameters obtained. Design Important deformation parameters obtained. Design

displacement considerations made.displacement considerations made.►► DisplacementDisplacement--based design methodology proposed.based design methodology proposed.►► MonteMonte--Carlo simulations to probabilistically evaluate Carlo simulations to probabilistically evaluate

performance of case study structures undertaken.performance of case study structures undertaken.►► Expression for design displacement of annular connection Expression for design displacement of annular connection

calibrated using results of calibrated using results of montemonte--carlo simulations.carlo simulations.

UR8: Portal frame case studyUR8: Portal frame case study

Radial joint behaviour studied – intended that joints yield.

UR8: Displacement considerationsUR8: Displacement considerations

►► Design displacement formulation has been refined using Design displacement formulation has been refined using MonteMonte--Carlo simulations to calibrate trial expression.Carlo simulations to calibrate trial expression.

Trial Expression formed through sub-structuring approach:

Joint Deformations Structural Deformations

UR8: UR8: SimulazioneSimulazione Monte CarloMonte Carlo

UR8: Calibrated design displacement expressionUR8: Calibrated design displacement expression

UR9: UR9: PontiPonti esistentiesistenti e e didi nuovinuovi costruzionecostruzione►► DDBD of a suite of regular concrete DDBD of a suite of regular concrete

bridges. Comparison with force based bridges. Comparison with force based design. Verification with time history design. Verification with time history analyses.analyses.

►► DDBD of a suite of irregular concrete DDBD of a suite of irregular concrete bridges. Comparison with force based bridges. Comparison with force based design. Verification with time history design. Verification with time history analyses.analyses.

►► DDBD of a suite of long span concrete DDBD of a suite of long span concrete bridges with limited ductile piers and bridges with limited ductile piers and with/without inwith/without in--plane movement plane movement joints. Comparison with force based joints. Comparison with force based design. Verification with time history design. Verification with time history analyses.analyses.

H = 10.0 m

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Position [m]

Dis

plac

emen

ts [m

]

UR10: UR10: StruttureStrutture sismicamentesismicamente isolateisolate►► First year of research undertook DDBD and verification analyses First year of research undertook DDBD and verification analyses of a suite of a suite

of different baseof different base--isolation systems. isolation systems. ►► NLTHA results indicated that DDBD works well for certain forms oNLTHA results indicated that DDBD works well for certain forms of base f base

isolation but not for others, such as isolation but not for others, such as ElastoElasto--Plastic base isolation systems.Plastic base isolation systems.

0 100 200 300 400 500 600Shear (KN)

2nd floor

4th floor

3rd floor

1st floor

Isolator

0

100

200

300

400

500

600

700

1 5 0 2 00 2 5 0 3 00

Target Displacement/Limit Displacement (%)

(mm

)

0

100

200

300

400

500

600

700

40% 60% 100%80%

(mm

)Elasto-Plastic system (EP) with r=1.5%

SAPAVG

DDBD

DDBD

ULD

TLD

JPNbase

dis

plac

emen

t

Ground Motion Intensity Storey Shear Force

Elasto-Plastic system (EP) with r=1.5%L4

L3

L2

L1

L0

SAP2000 model

Year 1 Results:

►► Given these findings, the two main activities in Given these findings, the two main activities in second year of research have been:second year of research have been:

Development of corrected equivalent viscous damping ratios that Development of corrected equivalent viscous damping ratios that will be will be applicable to isolated structures, and applicable to isolated structures, and Development of enhanced force distributions for the static analyDevelopment of enhanced force distributions for the static analysis of sis of buildings with different seismicbuildings with different seismic

Experimental Shaking table and Pseudo-Dynamic Tests on different reduced-scale

Models of multi-storey base-isolated buildings

Development of enhanced equivalent static force

Distributions

Development of enhanced damping ratios &/or

damping reduction factors

ExperimentalExperimentalApproach Approach

Numerical Numerical ApproachApproach

Use of iterative procedure as per “Blandon and

Priestley [2005]”

NLTHAs (SAP2000) of 3, 5, & 8-storey buildings with

different Isolation Systems

UR10: SecondUR10: Second--Year ActivitiesYear Activities

AIM 1 AIM 1 AIM 2 AIM 2

ElastoElasto--Plastic systems (EP)Plastic systems (EP)

SB + SMA devices without viscous dampersSB + SMA devices without viscous dampers

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

5 10 15 20 25 30 35 400

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 10 20 30 40 50 60 70

Ashour

Tolis Faccioli

SSN

prEC8

FR-ESP

CHINA

JPN

N-H

Wu Hanson

EC8

Iter. Proc.

optim.ξi

η f

ξi

ξ f/ξ

i

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 10 20 30 40 50 60 70

AshourTolis FaccioliSSNprEC8FR-ESPCHINAJPNN-HWu HansonEC8optim.r=0r=1.5r=3r=5r=10

η f

ξi (%)0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

0 10 20 30 40 50 60 70

ξi

ξf /

ξi μ=10

μ=20

μ=30

μ=40

μ=50

μ=60

μ=70

μ

ξi

ξ f/ξ

i

ξi

η f

%%

%

%%

UR10: UR10: ResultatiResultati

Elasto-Plastic systems (EP) SB + SMA devices without VD

Results show that the DDBD refinements lead to significant improvement in performance:

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Dy=10mm, r=1%Dd/Dlim=40%




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Reviewed DDBD

DDBD

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Dy=5mm, r=5%b=0.5, FR=10%Dd/Dlim=40%

Dy=5mm, r=3%b=0.3, FR=5%Dd/Dlim=60%

Dy=10mm, r=5%b=0.5, FR=2.5%

Dd/Dlim 80%

Dy=5mm, r=1%b=0.5, FR=2.5%Dd/Dlim=100%

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Reviewed DDBD

DDBD

DA

Vm

ax(S

AP)

/Dt

exact predictions

ERROR <15% ERROR <10%

DA

Vm

ax(S

AP)

/Dt

UR10: FindingsUR10: Findings

0 0.5 1 1.5 2 2.5

S0

S1

S2

S3

Linear (e)

Bilinear (g)

Parabolic (f)

Pi=f( T2/T1, T1/Tf; Tis/Tf )

∑ ⋅⋅

=ii

iibi am

amVF

e

e

d

d

c

c

b

b

b

g

g

g

f

f

f

ed

c

a

a

a

0 1 5 3 0 4 5

e

e

d

d

c

c

b

b

b

g

g

g

f

f

fe

d

c

a

a

a

0 1 5 3 0 4 5

e

e

d

d

c

c

b

b

b

g

g

g

f

f

fed

c

a

a

a

0 1 5 3 0 4 5

LDRB PGA=0.54g;Tiso/Tbf=3.56

a: experimentalb: uniform (ITA)c: triangular (ITA/USA)

g: bilinear

S3

S2

S1

kNFSB+SHD

PGA=0.31g;Tiso/Tbf=4.26FSB+SMA

PGA=0.54g;Tiso/Tbf=3.86

d: trapezoidal (JPN)e: linearf: parabolic

S3

S2

S1

S3

S2

S1

90.0

353.0

97.5

Tavola Vibrante

Celle di carico

150.0

90.0

150.0

345.0

Forze statiche equivalenti Forze statiche equivalenti –– Confronti sperimentaliConfronti sperimentali

Attività svolta nel corso del secondo anno di ricerca1. Simulazione numerica delle prove sperimentali eseguite su tavola

vibrante presso il PWRI, mediante il codice di calcolo 4GL(Paolucci, 1997)

2. Calibrazione ed utilizzo del modello costitutivo SFCM, allo scopo di creare abachi che descrivano il decadimento della rigidezza e l’incremento di smorzamento del sistema terreno - fondazione

UR11: Deep & shallow foundationsUR11: Deep & shallow foundations

Accumulo di deformazioni plastiche osservata nel corso delle prove a PWRI (Giappone):(a) cedimento iniziale della fondazione , (b) rotazione in una direzione, e conseguente plasticizzazione del terreno sottostante (c) diminuzione della superficie di contatto terreno – fondazione, al termine della prima fase(d) plasticizzazione nell’altra direzione(e) diminuzione della superficie di contatto terreno – fondazione, al termine della seconda fase .

UR11: Deep & shallow foundationsUR11: Deep & shallow foundations x1x0 φh

φ h

m1

m0

k0,c0

kv,cv kr,cr

k1,c1

xg yg

Modello a 4 gradi di libertàper l’analisi dell’interazione terreno – struttura (Paolucci, 1997)

40 42 44 46 48 50Time (s)

-0.5-0.25

00.25

0.5

M/V

B

degr.

40 42 44 46 48 50-0.05

-0.0250

0.0250.05

Rot

atio

n (ra

d)

Experimental4GL- no degr.4GL - degr.

Case 1-2

Case 1-4

Shake table test resultscompared with those predictedby 4 DOF model of the system.

Overturning –Good Prediction!

Base Rotation –Good Prediction!

Vertical Settlement– Not Good.

richiede l’utilizzo di un legame costitutivo più complesso –

futuro sviluppo

Obiettivo II: Simulazione di prove cicliche, mediante il modello SFCM, per mettere in evidenza l’influenza di vari parametri progettuali sull’andamento delle curve di decadimento della rigidezza e di variazione dello smorzamento

Calibrazione dei parametri del modello:prove sperimentali eseguite ad Ispra (TRISEE, 1998)

UR11: UR11: FondazioniFondazioni superficialisuperficiali e e profondeprofonde

Analisi ed interpolazione dei risultati:

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1rotazione θ (rad)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Kθ

/ Kθ 0

(-)

Vmax/V

La disposizione dei punti dipende

unicamente dal fattore di sicurezza del carico verticale 0,000000

0,200000

0,400000

0,600000

0,800000

1,000000

1,200000

0,000100 0,001000 0,010000 0,100000 1,000000

rotazione (rad)

K θ/K

θ0

maKK

ϑϑϑ

⋅+=

11

0Rigidezza Rotazionale:


0,000000

0,200000

0,400000

0,600000

0,800000

1,000000

1,200000

0,000010 0,000100 0,001000 0,010000 0,100000 1,000000

spostamento u/B (-)

KT/

KT 0

1E-006 1E-005 0.0001 0.001 0.01spostamento normalizzato u/B (m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

KT

/ KT 0

(-)

nbKTKT

ϑ⋅+=

11

0Rigidezza

Traslazionale:

La disposizione dei punti dipende dal

fattore di sicurezza e dal valore di h/B

Analisi ed interpolazione dei risultati:

Smorzamento:


1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1rotazione θ (rad)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0.1

0.3

0.5

0.7

smor

zam

ento

η (-

)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,000100 0,001000 0,010000 0,100000 1,000000

rotazione (rad)

smor

zam

ento

η

(-)

La disposizione dei punti dipende

unicamente dal fattore di sicurezza del carico verticale

dc +⋅= ϑη

Rigidezza rotazionale - sabbia densa (VMAX/V=29.7 - a=5192.13, m=1.02)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1

rotazione (rad)

K/K

0 (-)

abacosperimentali

Rigidezza rotazionale - sabbia mediamente addensata (VMAX/V=16.3 - a=653.02, m=0.788)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1

rotazione (rad)

K/K

0 (-)

abacosperimentali

Verifica: confronto con i

dati sperimentali:PWRI

UR12: UR12: Strutture di SostegnoStrutture di Sostegno►► UR12 sta considerando strutture di UR12 sta considerando strutture di

sostegno. Nel secondo anno di ricerca:sostegno. Nel secondo anno di ricerca:Sviluppo di una metodologia DDBD per Sviluppo di una metodologia DDBD per struttura di sostegno. struttura di sostegno. Applicazione del metodologia ad una Applicazione del metodologia ad una struttura di sostegno costituita da una struttura di sostegno costituita da una paratia in paratia in c.ac.a....Valutazione della metodologia tramite una Valutazione della metodologia tramite una seria di analisi dinamiche non lineari (seria di analisi dinamiche non lineari (PlaxisPlaxisv8v8.5.5).).Considerazione della implicazione dei Considerazione della implicazione dei risultati ottenuti.risultati ottenuti.

A

1a) 1b) 1c)

Vb,u

Vb,y

Δy Δd displ.

forc

es

KeKi

?

Vb

Ke

me

αp = 45°- φ/2αa

zi

mta,i(zi)

mtp,i(zi)

h

ACTIVE

PASSIVE

d

Δi,max Δd

C

B

∑

∑ ∑ ∑

=

= = =

++

ξ+ξ+ξ=ξ n

1ii,pi,tpi,ta

n

1i

n

1i

n

1ii,ppi,tptpi,tata

e)mmm(

mmm

UR12: UR12: Strutture di SostegnoStrutture di Sostegno

LINEA IV LINEA IV -- sommariosommario

Development of a Development of a model code and model code and general general commentarycommentary

DevelopmentDevelopment of of specificspecificguidelinesguidelines

ReRe--designdesign and and verificationverification

SpecificSpecificimprovementsimprovements totothe the displacementdisplacementbasedbased methodmethod

Identification and Identification and discussion of discussion of issuesissues

NonNon--linear timelinear time--history analyseshistory analyses

Design using Design using displacementdisplacement--based methodsbased methods

Design Design usingusingtraditionaltraditionalmethodsmethods

SelectionSelection of case of case studiesstudies

DefinitionDefinition of of specificspecific aspectsaspects

DefinitionDefinition of of generalgeneral aspectsaspects

33°° ANNOANNO22°° ANNOANNO11°° ANNOANNO

Some research units completing 3rd year activities

All research units have undertaken majority of

2nd year activities

►► RC framesRC frames►► RC walls & frameRC walls & frame--wallswalls►► PC structures PC structures –– capanonecapanone►► UnreinforcedUnreinforced masonry masonry

structuresstructures►► Steel structures Steel structures –– MRFsMRFs, ,

CBFsCBFs, BRB frames, BRB frames►► Composite structures Composite structures --

MRFsMRFs

►► Timber structures Timber structures ––capanonecapanone con con nodinodi anulareanulare

►► Bridges Bridges –– RC: Regular & RC: Regular & IrregularIrregular

►► Isolated structures Isolated structures ––►► Retaining structures Retaining structures ––

paratiaparatia a a cuneocuneo►► Foundation Structures Foundation Structures ––

piled and pad footingspiled and pad footings

LINEA IV LINEA IV ProposalProposal forfor final final yearyear of of researchresearch

Formation of a draft model code to cover:

SampleSample PagesPages

Info to be proposed:

Design motions

Performance Criteria

SampleSample PagesPagesInfo to be proposed:

Strain limits

Drift limits

Material Strengths



Design displacement profile for different structural types.

Guidelines for the formation of equivalent SDOF systems



Equivalent viscous damping expressions

Effective period & stiffness approach

Design base shear and equivalent lateral forces.

... e Capacity Design?

GrazieGrazie

RELUIS Linea di ricerca N · RELUIS Linea di ricerca N.4 Firenze ... Esecuzione di analisi...

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