Riassunto analitico
Una intensa collaborazione tra l’Università Roma Tre e l’Università di Fuzhou (Fujian, Cina) prosegue dal 2013. La ricerca è incentrata sul tema delle pile da ponte in calcestruzzo armato, ossia gli elementi più critici, specialmente nei riguardi dell’azione sismica.
Prove pseudo-dinamiche sono state realizzate su provini in scala 1:6 con differenti caratteristiche e metodi di riparazione, in modo da identificare gli interventi più idonei per conseguire un miglioramento in termini di resistenza e duttilità. Una notevole quantità di dati è stata ottenuta da una lunga campagna di prove sperimentali. L’obiettivo principale del presente lavoro di tesi è di sfruttare i dati a disposizione per mettere a punto un modello numerico, capace di simulare la risposta delle pile da ponte sottoposte ad una particolare eccitazione.
Lo strumento di partenza per raggiungere questo scopo è il modello di Bouc-Wen (BW), ovvero uno dei modelli ad equazioni differenziali di maggiore successo, ed ampiamente utilizzato per la descrizione del comportamento dinamico di strutture con proprietà isteretiche. Esso è stato successivamente modificato da Baber e Noori, creando il cosiddetto modello di Bouc-Wen-Baber-Noori (BWBN). Quest’ultimo contiene un elevato numero di parametri, i cui valori ottimali vanno identificati, in questo caso utilizzando un Algoritmo Genetico. Ciò rende il modello molto complesso, difficilmente gestibile e poco affidabile. Pertanto, viene proposta una modifica ad esso, con l’obiettivo di ottenere uno strumento più semplice, affidabile e allo stesso tempo accurato.
Il modello è implementato attraverso la scrittura di un codice MATLAB, il quale riceve in input i dati forza-spostamento ottenuti dalle prove sulle pile, identifica i valori ottimali dei parametri e fornisce come output la risposta simulata in termini di forza e spostamento. Sei pile originali e le corrispondenti pile soggette a riparazione sono analizzate, partendo dal modello di Bouc-Wen originale, utilizzando successivamente quello di Bouc-Wen-Baber-Noori, per poi finire con il modello semplificato proposto nel presente lavoro. I risultati sono messi a confronto, evidenziando gli aspetti positivi e negativi dei corrispondenti modelli, riscontrando una buona affidabilità e accuratezza del modello semplificato, ma soprattutto un tempo di calcolo enormemente inferiore rispetto al modello di BWBN, aspetto estremamente rilevante ai fini pratici.
Infine, viene sviluppato un modello tramite il software Opensees, con lo scopo di determinare la lunghezza della porzione di pila soggetta a plasticizzazione, informazione necessaria per stabilire la lunghezza della zona da riparare in quanto maggiormente danneggiata. Inoltre, esso permette di effettuare ulteriori studi relativi al modello di Bouc-Wen semplificato proposto in questo lavoro, tra cui una verifica della sua stabilità e una generalizzazione variando il diametro della pila.
|
Abstract
An intense collaboration between the Roma Tre University and the Fuzhou University (Fujian, China) continues from 2013. The research is focused on the issue of the reinforced concrete bridge piers, which are the most critical elements, especially with regards to the seismic action.
Pseudo-dynamic tests were performed on 1:6 scale specimens with different characteristics and repair methods, in order to identify the right interventions to obtain an improvement of strength and ductility. A huge amount of data was obtained from a long campaign of experimental tests. The principal purpose of this work is to use the available data in order to define a numerical model, which allows predicting the hysteretic behavior of the bridge piers under a particular excitation.
The starting tool to achieve this goal is the Bouc-Wen model (BW), which is one of the most successful smooth differential equations models, and it is widely used in the description of the dynamic behavior of structures with hysteresis properties. It was later modified by Baber and Noori, creating the so-called Bouc-Wen-Baber-Noori model (BWBN). The latter contains a large number of parameters, whose optimal values must be identified, in this case using a Genetic Algorithm. This makes it a very complex model, hardly manageable and unreliable. Thus, a modification is proposed in this work, in order to obtain a model that is more simple, reliable and at the same time accurate.
The model is implemented through a MATLAB code, which receives as input the force-displacement data obtained from the tests, identifies the optimal values of the parameters and provides as output the simulated response in terms of force and displacement. Six original piers and the corresponding repaired piers are analyzed, using the original Bouc-Wen model, then the Bouc-Wen-Baber-Noori model and finally the proposed simplified model. The results are compared, highlighting the positive and negative aspects of each one, discovering a good reliability and accuracy of the simplified model and, especially, a computational time much lower than the BWBN model, extremely relevant aspect for practical purposes.
Finally, an Opensees model is developed, in order to determine the length of the portion of the pier subjected to plastic behavior, very important information to set the length of the area to be repaired because most damaged. It also allows further studies about the proposed simplified Bouc-Wen model, such as a check of its stability and a generalization by varying the pier’s diameter.
|
