Riassunto analitico
In questa tesi è stato progettato ed ottimizzato un dissipatore in acciaio, teso a proteggere da eventi sismici edifici che prevedono l’utilizzo di pareti prefabbricate a cavi post-tesi. Tale dispositivo è stato progettato in modo da poter essere installato tra due pareti che si sviluppano in altezza e che possono presentare il fenomeno di rocking. I dissipatori energetici sono dispositivi nei quali si concentra il danno dovuto al sisma, prevenendo il danneggiamento di ulteriori elementi strutturali. Inoltre, in seguito all’evento sismico, possono essere facilmente riparati o sostituiti. A tal fine la forma delle braccia è stata definita mediante un processo di ottimizzazione sviluppato seguendo sia un metodo analitico che uno numerico. Per poter ottenere una deformazione a flessione il più possibile diffusa, nel metodo analitico è stata adottata la teoria dell’elasticità, mentre riguardo all’ottimizzazione per via numerica, è stato implementato un processo automatico che prevede l’utilizzo di un algoritmo di ottimizzazione. Durante tale processo, ad ogni iterazione, viene svolta un’analisi agli elementi finiti i cui risultati vengono estratti ed utilizzati per il calcolo della funzione obiettivo. La funzione obiettivo è stata minimizzata dall’algoritmo di ottimizzazione permettendo di ottenere la forma ottimale delle barre. I risultati ottenuti dai due metodi sono stati confrontati e sono state evidenziate le analogie e le differenze; in seguito, sono state analizzate le cause che hanno portato a tali risultati. Una volta portato a termine il processo di ottimizzazione e aver scelto la forma ottimale delle braccia, il dispositivo è stato modellato ed per poter essere analizzato con un programma agli elementi finiti. Dato che l’energia viene dissipata mediante cicli di isteresi, le due estremità del dispositivo devono poter raggiungere grandi spostamenti relativi. Inoltre, in aggiunta alla forza di taglio dovuta al fenomeno di rocking, il dispositivo è soggetto anche ad una forza di compressione dovuta al trasferimento delle forze sismiche orizzontali tra gli elementi connessi. Quanto detto fa sì che il problema dell’instabilità diventi rilevante. Per valutare il problema dell’instabilità e prevedere i risultati in vista delle prove sperimentali, particolare attenzione è stata posta nella scelta dei vincoli e delle condizioni al contorno. Un altro problema legato a questa tipologia di dissipatori è il riposizionamento del dispositivo una volta cessata la forzante sismica. In questo caso il problema è stato risolto grazie all’impiego di cavi di post-tesatura che riportano le pareti nella loro posizione iniziale.
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Abstract
Aimed to protect buildings that adopt post-tensioned precast concrete walls against seismic events, in this thesis a steel slit damper has been designed and optimized. To that end, the device has been designed in order to be installed between precast concrete walls that extend upward and can show rocking phenomenon. Dampers are devices in which earthquake damage is concentrated in order to prevent other structural elements to be damaged, moreover, after the seismic event, they can be easily repaired or replaced. To this purpose the shape of the device lateral strips has been optimized. In order to validate the results obtained, the optimization process has been performed by using both an analytical and a numerical method. In the analytical method the theory of elasticity formulation has been applied to obtain a flexural deformation as diffused as possible, while as it concerns the numerical optimization, an automatic process that involves the use an optimization algorithm has been implemented. In this process, the finite element analysis is automatically performed and results are extracted to evaluate the objective function. The objective function has been minimized by the optimization algorithm and the optimal shape has been determined. The results obtained by the two methods have been compared highlighting the main similarities and differences, subsequently, causes that led to these results have been researched. Once completed the optimization process and defined the optimal shape of the strips, the device model has been created in order to perform the finite element analysis. Since the energy is dissipated through hysteresis cycles, the device ends must be able to perform a large relative displacement. Furthermore, in addition to the shear force deriving from the walls rocking phenomenon, the device is subjected to compression since it has to transfer the horizontal seismic forces through the connected walls. In other words buckling phenomenon becomes relevant. To evaluate buckling and estimate the experimental tests results, particular attention has been paid to the choice of the boundary conditions. Another problem to deal with, related to these type of dampers, is the elements repositioning once the seismic forcing is over. In this case the problem has been solved by using post-tensioning cables able to bring the walls back to their initial position.
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