Seismic structural analysis and design

Obiettivo del corso è quello di fornire i principi basilari della dinamica delle strutture finalizzati alla comprensione delle tecniche di protezione sismica delle strutture e dei componenti non-strutturali. L'iter di apprendimento parte da un approccio fenomenologico ai vari problemi della dinamica delle strutture, per procedere solo in un secondo momento ad una più rigorosa trattazione analitico/matematica. I concetti erogati durante il corso saranno inoltre, laddove possibile, illustrati mediante applicazioni pratiche ed esperimenti tramite l'ausilio della tavola vibrante a disposizione del laboratorio strutture.

Lo studente alla fine del corso sarà in grado di valutare l'azione sismica sulle strutture, di conoscere i criteri di progettazione delle strutture in zona sismica, e di effettuare l'analisi sismica di un edificio dotato di dispositivi di protezione sismica quali isolatori alla base, e/o dissipatori di energia.

1. Introduzione alla dinamica delle strutture

1. Il concetto di oscillatore elementare (SDOF)
2. Vibrazioni libere non smorzate
3. Vibrazioni libere smorzate
4. Vibrazioni per forzante armonica: il coefficiente di magnificazione
5. Equazioni del moto in termini di variabili di stato
6. Funzioni risposta al gradino unitario e all’impulso unitario
7. Il concetto di spettro di risposta
8. Equazioni del moto di strutture a più gradi di libertà (MDOF)
9. Vibrazioni libere non smorzate di strutture MDOF e modi propri di vibrare
10. Vibrazioni libere smorzate di strutture MDOF
11. Analisi modale di strutture classicamente smorzate
12. Cenni all’analisi modale di strutture non-classicamente smorzate (analisi modale complessa)

2. Analisi sismica delle strutture

1. Analisi sismica delle strutture classicamente smorzate
2. Il concetto di fattore di partecipazione modale e la massa partecipante
3. Analisi sismica delle strutture con il metodo degli spettri di risposta
4. Risposta inelastica delle strutture: il concetto di duttilità
5. Il concetto di spettro di progetto e spettro elastico, e la normativa italiana
6. Cenni sulla modellazione dell’azione sismica: richiami normativi

3. Sistemi di protezione sismica delle strutture

1. Principi alla base dell’isolamento sismico
2. Legami costitutivi dei dispositivi di isolamento sulla base di prove sperimentali
3. Progettazione degli edifici isolati alla base
4. Principi alla base dei sistemi di dissipazione supplementare di energia: dissipatori fluido viscosi e isteretici
5. Legami costitutivi dei dispositivi di dissipazione supplementare sulla base di prove sperimentali
6. Progettazione degli edifici con dispositivi dissipativi

4. Applicazioni ed esempi progettuali

1. Esercitazione mediante software agli elementi finiti
2. Implementazione dei legami costitutivi lineari e non-lineari dei dispositivi di isolamento e dei dissipatori all’interno dei programmi di calcolo
3. Modello di calcolo di una struttura con dispositivi di protezione sismica
4. Confronti tra struttura convenzionale e struttura con dispositivi di protezione sismica
5. Elaborato progettuale

• Presentazioni del docente su tutti gli argomenti trattati nel corso
• Anil K. Chopra, Dynamics of Structures 4th edition, Pearson Prentice Hall. USA; 2012
• Ray W. Clough, Joseph Penzien, Dynamics of Structures, Computers & Structures Inc., USA, 1995
• Mauro Dolce, F.C. Ponzo, A. Di Cesare, G. Arleo. Progetto di Edifici con Isolamento Sismico, IUSS Press, 2004
• Constantin Christopoulos, André Filiatrault. Principles of Passive Supplemental Damping and Seismic Isolation, IUSS Press, 2006
• Giuseppe Muscolino, Dinamica delle Strutture, McGraw-Hill, Milano, 2002