Modellazione di Edifici e Suolo per Analisi Dinamiche Non Lineari a Livello Urbano: Sviluppo di un Modello Semplificato per Edifici in Calcestruzzo Armato e Applicazione ad un Caso Studio a Benevento

European countries like Italy are prone to extensive damage due to major earthquakes. For this reason, a large-scale seismic risk assessment is of paramount importance to assess expected damage and plan mitigation strategies. Given the high number of buildings to be assessed, indirect methods (based for example on vulnerability indices or classification of buildings into typological classes) are often preferred with respect to methods based on detailed structural analyses that use non-linear finite element modelling. Recently, non-linear time history-based methodologies have been proposed. In these methodologies, buildings are directly implemented as multi-degrees-of-freedom stick-like models. More specifically, each inter-storey behaviour is represented as a spring, thus considerably reducing the computational effort yet achieving an increased accuracy compared to indirect methods. However, these methods are applicable to shear-type buildings only, regular both in plan and in elevation. The present work aims to overcome this gap by proposing a simplified model applicable to regular and irregular reinforced concrete buildings. More specifically, each column is described by two uncoupled springs, one in each principal direction. This approach can thus reproduce the torsional behaviour of irregular buildings. Computational times are significantly reduced compared to detailed structural analyses, making it suitable for large-scale assessments. The proposed modelling approach is applied to a suite of case studies of increasing complexity, in order to show its applicability. In addition, recent studies have shown that considering local site effects and soil-structure interaction in urban-scale assessments can lead to significant improvements in the accuracy of the results, despite the increasing computational effort. In the present work, a combined soil-buildings modelling procedure is proposed. This is achieved by explicitly modelling the soil-structure interaction making use of OpenSees and STKO as software platforms. Finally, the combined soil-buildings modelling procedure is applied to a case study in Benevento (Italy). In this way, the modelling procedure can be tested in a realistic context, assessing the advantages for large-scale risk assessment.

I paesi Europei come l’Italia sono suscettibili a consistenti danni a causa di forti terremoti. Per questo motivo, sviluppare un sistema di valutazione del rischio sismico su larga scala è di primaria importanza, per prevedere in anticipo i danni attesi e pianificare strategie di mitigazione. Dato l’elevato numero di edifici da tenere in considerazione, metodi indiretti (basati ad esempio su indici di vulnerabilità o classificazione degli edifici in classi tipologiche) sono stati inizialmente preferiti, a scapito di metodi basati sulla modellazione dettagliata delle strutture, mediante software agli elementi finiti. Recentemente, metodi basati su analisi dinamiche non lineari , sono stati proposti. Questi metodi prevedono una modellazione diretta degli edifici, i quali sono rappresentati da elementi “stick” a più gradi di libertà. Più nello specifico, il comportamento di ogni inter-piano è rappresentato da una molla, riducendo in questo modo notevolmente gli oneri computazionali e allo stesso modo ottenendo risultati più accurati rispetto ai modelli semplificati. Tuttavia, questi metodi sono applicabili esclusivamente a edifici “shear-type”, regolari in pianta e in altezza. Il presente lavoro, ha l’obiettivo di superare il suddetto gap, proponendo un modello semplificato adatto per edifici in calcestruzzo armato sia regolari che irregolari. Nello specifico, ogni colonna è descritta da due molle disaccoppiate, una per ciascuna direzione principale. In questo modo, il modello è in grado di riprodurre il comportamento torsionale delle strutture irregolari. Inoltre, i tempi computazionali sono significativamente ridotti rispetto ad un’analisi strutturale dettagliata, rendendo il modello adatto per valutazioni su larga scala. L’approccio di modellazione proposto è applicato a una suite di casi studio di complessità crescente, con l’obiettivo di mostrare la sua applicabilità. In aggiunta, studi recenti hanno mostrato come considerare gli effetti delle caratteristiche locali del suolo e dell’interazione suolo-struttura porti a un aumento significativo dell’accuratezza dei risultati, nonostante l’aumento del carico computazionale. Nel lavoro presente, una procedura di modellazione combinata suolo-strutture è proposta. L’interazione suolo-struttura è ottenuta tramite modellazione diretta, facendo uso delle piattaforme software OpenSees e STKO. Infine, la procedura di modellazione suolo-strutture è applicata ad un caso studio a Benevento (Italia). In questo modo, il è testato in un contesto realistico, valutandone l’efficacia per le valutazioni di rischio su scala territoriale.