Simulazioni agli elementi finiti del comportamento dinamico di pareti in muratura
Autore
Massimo Garutti - Università degli Studi di Ferrara - [2005-06]
Documenti
Abstract
Il comportamento di edifici in muratura soggetti ad azione sismica è tema sicuramente di grande interesse. Tuttavia, è ancora lontano dall’esserne effettivamente compreso il comportamento dinamico, tant’è che un’analisi dinamica nel dominio del tempo non è generalmente prevista nei codici di calcolo. Quando anche contemplata, si basa su criteri fenomenologici e modelli semplificati.
Punto cruciale nello studio della vulnerabilità sismica di strutture in muratura è indubbiamente la capacità di simularne numericamente la risposta. Lo scopo di questa tesi è indagare se, a livello del singolo elemento strutturale, è possibile, o meglio significativo, svolgere delle analisi dinamiche al passo con codici agli elementi finiti.
Per questo motivo, dopo avere esposto, al Capitolo 1, i concetti fondamentali di risposta sismica degli edifici in muratura, definendo i meccanismi di collasso (primo e secondo modo), l’importanza dei collegamenti tra pareti ortogonali (comportamento scatolare) e il danneggiamento dei maschi murari e delle fasce di piano, al Capitolo 2 si è presentato lo stato dell’arte sul comportamento dinamico di strutture a blocchi sovrapposti, in quanto base necessaria per affrontare in modo rigoroso la modellazione di strutture in muratura più complesse. In merito si sono esaminate diverse ed autorevoli pubblicazioni riguardanti il fenomeno del “rocking motion”, partendo dal problema generale della dinamica e dell’urto del blocco singolo semplicemente appoggiato su suolo rigido.
Al Capitolo 3, pur essendo noto che il comportamento meccanico delle murature è tipicamente non lineare, si è valutata la risposta dinamica di pannelli murari, di diversa geometria, con analisi lineari, allo scopo di costituire un background di risultati, mancante o comunque carente in letteratura, inerenti diversi aspetti del comportamento dinamico della muratura nel piano e di dimostrare come l’interpretazione corretta dello stesso presenti particolari incertezze. Nella sostanza, si sono confrontati diversi modelli elastici-lineari agli elementi finiti, tenendo conto in modo diverso della tessitura e delle proprietà elastiche di mattoni e malta. In ordine crescente di complessità, le pareti sono state studiate con modelli omogenei equivalenti (isotropi ed ortotropi) e, successivamente, con modelli eterogenei.
Al Capitolo 4, utilizzando la metodologia, a tutt’oggi, più completa a disposizione, ossia l’analisi dinamica non lineare “time-history”, si è proceduto a simulare il comportamento dinamico di una parete muraria ad eccitazione sismica, rispettivamente, con modelli elasto-plastici omogenei ed elasto-plastici eterogenei. Dato che i modelli necessitano però, di una validazione basata sull’effettiva capacità di riprodurre risultati sperimentali e, d’altra parte, per potersi dimostrare effettivamente utili, deve essere verificata la loro applicabilità a casi reali, si è scelta una parete in muratura realmente testata in laboratorio.
A completamento della tesi, si è realizzata inoltre, una seconda parte, strutturata, rispettivamente, in due Appendici.
In Appendice A, si sono riportate le basi fondamentali della Dinamica, richiamando dapprima, i concetti e le definizioni generali (dinamica analitica, coordinate generalizzate, Principi di d’Alembert e Hamilton, Equazioni di Lagrange, ect.), proseguendo con cenni sulla Meccanica vibratoria (sistemi SDOF e MDOF: oscillazioni libere, forzate, smorzate e non smorzate), fino ad illustrare l’Analisi dinamica al passo, descrivendone le generalità, le differenze con l’Analisi modale e i metodi di integrazione con riferimento particolare a quello di β-Newmark.
Infine, in Appendice B, si è presentata una rassegna di pubblicazioni inerenti sperimentazioni e modelli teorici, riguardanti pareti e costruzioni in muratura, rispettivamente, semplice e rinforzata.
Punto cruciale nello studio della vulnerabilità sismica di strutture in muratura è indubbiamente la capacità di simularne numericamente la risposta. Lo scopo di questa tesi è indagare se, a livello del singolo elemento strutturale, è possibile, o meglio significativo, svolgere delle analisi dinamiche al passo con codici agli elementi finiti.
Per questo motivo, dopo avere esposto, al Capitolo 1, i concetti fondamentali di risposta sismica degli edifici in muratura, definendo i meccanismi di collasso (primo e secondo modo), l’importanza dei collegamenti tra pareti ortogonali (comportamento scatolare) e il danneggiamento dei maschi murari e delle fasce di piano, al Capitolo 2 si è presentato lo stato dell’arte sul comportamento dinamico di strutture a blocchi sovrapposti, in quanto base necessaria per affrontare in modo rigoroso la modellazione di strutture in muratura più complesse. In merito si sono esaminate diverse ed autorevoli pubblicazioni riguardanti il fenomeno del “rocking motion”, partendo dal problema generale della dinamica e dell’urto del blocco singolo semplicemente appoggiato su suolo rigido.
Al Capitolo 3, pur essendo noto che il comportamento meccanico delle murature è tipicamente non lineare, si è valutata la risposta dinamica di pannelli murari, di diversa geometria, con analisi lineari, allo scopo di costituire un background di risultati, mancante o comunque carente in letteratura, inerenti diversi aspetti del comportamento dinamico della muratura nel piano e di dimostrare come l’interpretazione corretta dello stesso presenti particolari incertezze. Nella sostanza, si sono confrontati diversi modelli elastici-lineari agli elementi finiti, tenendo conto in modo diverso della tessitura e delle proprietà elastiche di mattoni e malta. In ordine crescente di complessità, le pareti sono state studiate con modelli omogenei equivalenti (isotropi ed ortotropi) e, successivamente, con modelli eterogenei.
Al Capitolo 4, utilizzando la metodologia, a tutt’oggi, più completa a disposizione, ossia l’analisi dinamica non lineare “time-history”, si è proceduto a simulare il comportamento dinamico di una parete muraria ad eccitazione sismica, rispettivamente, con modelli elasto-plastici omogenei ed elasto-plastici eterogenei. Dato che i modelli necessitano però, di una validazione basata sull’effettiva capacità di riprodurre risultati sperimentali e, d’altra parte, per potersi dimostrare effettivamente utili, deve essere verificata la loro applicabilità a casi reali, si è scelta una parete in muratura realmente testata in laboratorio.
A completamento della tesi, si è realizzata inoltre, una seconda parte, strutturata, rispettivamente, in due Appendici.
In Appendice A, si sono riportate le basi fondamentali della Dinamica, richiamando dapprima, i concetti e le definizioni generali (dinamica analitica, coordinate generalizzate, Principi di d’Alembert e Hamilton, Equazioni di Lagrange, ect.), proseguendo con cenni sulla Meccanica vibratoria (sistemi SDOF e MDOF: oscillazioni libere, forzate, smorzate e non smorzate), fino ad illustrare l’Analisi dinamica al passo, descrivendone le generalità, le differenze con l’Analisi modale e i metodi di integrazione con riferimento particolare a quello di β-Newmark.
Infine, in Appendice B, si è presentata una rassegna di pubblicazioni inerenti sperimentazioni e modelli teorici, riguardanti pareti e costruzioni in muratura, rispettivamente, semplice e rinforzata.
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