Valutazione di fattibilità di un telaio pluripiano tridimensionale in acciaio per prove sperimentali sismiche su tavola vibrante di elementi non strutturali

This work is part of a research addressed to the evaluation of the seismic behaviour of non structural elements. In particular, in this work two main topics have been developed: i) the feasibility evaluation of a tridimensional four-storey steel frame for the execution of experimental tests on shaking table of non structural elements; ii) the determination, throgh numerical analysis, of the acceleration floor amplifications. The first topic consists of the study of 10 different frame configurations (wth different geometry and dynamic characteristics) subjected to dynamic modal analysis with response spectrum. The used seismic input comes from 34 natural accelerograms, which have been organized depending on the pulse factor and the period of the peak velocity. Specific flow analysis to evaluate the effort of the hydraulic system are included in this study. A particular result of the work consists of the information regarding the maximum amplification that can be applied to the seismic input during the experimental tests as a function of the considered accelerogram, of the frame configuration and of the expected performances of the hydraulic system. Lastly, a geometrical solution of the frame has been selected and designed to be characterized, through few “quick” changes, by three different configurations, each one with a specific period of vibration. A detailed study of appropriate “easily adjustable” beam-column and beam-slab joints has been developed to achieve that requirement. The second topic has been developed by the execution of time-history analisis on the three configurations of the selected frame to determine the acceleration floor amplification. The seismic input is the same previously adopted. Compariosns between the results of the numerical nalysis and the maximum amplifications predicted by both Eurocode 8 and Sullivan et al. (2014) approach have been done.

La presente tesi si sviluppa nell’ambito di un lavoro legato alla valutazione del comportamento sismico di elementi non strutturali. In particolare, in questa tesi sono sviluppati due argomenti principali: i) la valutazione di fattibilità di un telaio tridimensionale in acciaio di quattro piani per l’esecuzione di prove sperimentali sismiche su tavola vibrante di elementi non strutturali; ii) la determinazione, per via numerica, delle amplificazioni di piano in accelerazione. Il primo argomento comprende lo studio di 10 differenti configurazioni di telaio (per geometria e caratteristiche dinamiche) sottoposte ad analisi dinamiche modali con spettro di risposta. L’input sismico utilizzato discende da 34 accelerogrammi registrati, che in questo lavoro sono stati classificati in funzione delle caratteristiche di impulsività e periodo di picco in velocità. Lo studio include anche valutazioni di flusso finalizzate a verificare l’impegno dell’impianto con cui verranno effettuate le prove sperimentali comparato alle attuali prestazioni. Il lavoro ha permesso di determinare la massima amplificazione dell’input sismico che si può pensare di applicare durante le prove sperimentali in funzione della configurazione di telaio e delle caratteristiche dell’impianto idraulico. A completamento del lavoro, una soluzione geometrica del telaio è stata considerata e progettata in modo da possedere caratteristiche di flessibilità architettonica tali da garantire, attraverso modifiche minime, tre configurazioni contraddistinte da differenti periodi principali di vibrazione. Uno studio di dettaglio di appropriati vincoli “modificabili” trave-colonna e solaio-trave è stato condotto per soddisfare tale requisito. Il secondo argomento è stato sviluppato sottoponendo la soluzione geometrica di riferimento (e le sue tre relative configurazioni) ad analisi di tipo time-history per la determinazione degli spettri di piano. Un confronto fra i risultati ottenuti e la massima amplificazione prevista sia dall’Eurocodice 8, sia dall’approccio proposto da Sullivan et al. (2014) è stato effettuato.