Risposta sismica fuori piano di strutture murarie: gli effetti P-Delta in un approccio a macro-elementi

Il presente lavoro presenta un’evoluzione the macro-elemento discrete che tiene conto degli effetti del secondo ordine (cosiddetti effetti P-Delta P-Δ) in grado di descriver la risposta di rocking di muri in muratura soggetti a carichi fuori dal proprio piano. In accordo con la strategia a macro-elementi discreti, il modello proposto descrive un muro di muratura attraverso una mesh di macro-elementi discreti connessi tramite interfacce che simulano le non linearità costitutive e considera l’effetto delle non linearità geometriche seppur mantenendo un onere computazionale limitato se confrontato con le più accurate strategie di modellazione agli elementi finiti (Finite Element Method FEM) e agli elementi distinti (Distinct Element Method DEM). Il modello consente anche una semplice calibrazione basata su parametri meccanici macroscopici della muratura seguendo una semplice seppur efficace strategia di calibrazione a fibre. La tridimensionalità dei macroelementi consente di includere sia il comportamento nel piano che quello fuori piano evitando di limitare il modello globale alla sola simulazione del comportamento detto “box-type”, come nei noti modelli a telaio equivalente o ad altri approcci semplificati in cui viene considerato solo il comportamento nel piano delle pareti in muratura. I meccanismi di collasso fuori piano sono una delle principali cause di danno o addirittura collasso strutturale per strutture murarie non rinforzate che includono costruzioni storiche e monumentali soggette a carichi di tipo sismico, come dimostrato dalle diverse osservazioni dopo terremoti anche di intensità limitata. L'attivazione di questi meccanismi è generalmente associata a eccitazione e spostamenti sismici inferiori a quelli necessari per il collasso nel piano. Tuttavia, dopo la loro attivazione, questi meccanismi possono spesso evolvere verso grandi spostamenti, associati a cinematiche da blocco rigido, che influenzano fortemente la risposta meccanica e cinematica post-picco. Pertanto, le non-linearità geometriche, spesso ignorate nei modelli numerici per ragioni computazionali, dovrebbero essere incluse nelle analisi quando i meccanismi di collasso fuori piano dominano la risposta strutturale. Il presente lavoro presenta una nuova, semplificata ma allo stesso tempo accurata, formulazione degli effetti P-Delta all’interno della strategia di modellazione a macro-elementi discreti secondo cui l'equilibrio globale viene imposto facendo riferimento alla configurazione del sistema indeformata, evitando di assemblare e aggiornare la matrice di rigidezza geometrica durante l'analisi. l vettore di carico del sistema viene, quindi, aggiornato in ogni fase dell'analisi, tenendo conto dei momenti aggiuntivi generati dalle forze agenti sui macroelementi nella configurazione deformata. Il modello proposto è validato in campo statico rispetto a soluzioni analitiche in forma chiusa di benchmark a blocchi rigidi in grandi spostamenti e con riferimento ai risultati di prove sperimentali quasi-statiche già disponibili in letteratura. Inoltre, vengono eseguite ampie analisi parametriche per indagare il ruolo dei parametri meccanici della muratura e delle caratteristiche geometriche della parete sulla risposta di rocking della parete muraria. Inoltre, al fine di investigare il ruolo della dissipazione coinvolta nel meccanismo di rocking di un blocco rigido, è stato considerato un modello di damping proporzionale alla rigidezza locale delle interfacce. Con questo scopo, è stata calcolata e assemblata un amatrice di smorzamento locale per ogni interfaccia di rocking. Tale matrice di smorzamento viene aggiornata ad ogni step dell’analisi in modo che sia ad ogni instante proporzionale alla matrice di rigidezza tangente delle interfacce. Qualora siano presente alter sorgenti di dissipazione viscosa tale matrici vengono sommate. Il modello di smorzamento proposto è stato quindi validato conducendo analisi dinamiche non lineari in vibrazioni libere e armoniche su modelli di blocco rigido confrontando i risultai con quelli previsti dalla teoria classica proposta da Housner nel 1963 e con test sperimentali riportati in letteratura che includono avanzate simulazioni agli elementi finite. I risultati hanno dimostrato che il modello di smorzamento proposto, combinato con la formulazione P-Delta DMEM di nuova concezione, prevede accuratamente la risposta fuori piano non lineare delle pareti in muratura fino al raggiungimento della configurazione critica in corrispondenza della quale i carichi gravitazionali diventano non stabilizzanti. Nell'ultima parte della tesi, attraverso analisi statiche e dinamiche non lineari, vengono analizzati casi studio rappresentativi. In particolare, due casi studio sono stati analizzati: uno relative ad una facciata di una chiesa e uno relativo ad un modello di un'intera chiesa. Gli effetti P Delta sono alternativamente considerati e trascurati nelle simulazioni al fine di valutarne l'influenza sulla risposta e sulla valutazione della capacità ultima di una struttura muraria.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2023

Author dc:creator

• CUSMANO, VALERIA

Contributors dc:contributor

• CALIO', Ivo Domenico

• Unreinforced masonry structure
• Out-of-plane behavior
• Discrete Macro-Element
• DMEM
• P-Delta Effects
• Strutture murarie non rinforzate
• Comportamento fuori piano
• Macro-Elemento Discreto
• Effetti P-Delta
• Non linearità geometriche

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/597693

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/597693