Risposta sismica non lineare di strutture isolate : effetto dell'eccitazione rotazionale

The work presented herein has been carried out to study the seismic response of a base-isolated structure under a complete “6-dimensional” seismic input model (6D) instead of an excitation just defined by the translational components (3D). To this aim, the complete spectral description of the 6D motion is derived from the space-time stochastic model of the free-field displacement, including also the correlation between horizontal and vertical seismic motion components. The characterization of the rigid foundation’s displacements is thus obtained from the free-field motion through a kinematic transformation due to soil-structure interaction. The rigid-mat excitation model is then applied to the dynamic analysis of the reactor building designed within the IRIS international project. The structure is isolated by high damping laminated rubber bearings and their multiaxial behavior is accurately analyzed within the framework of a hysteretic model. The non-linear response evaluation of the structural system required time-histories analyses. The time-histories, used as input excitation at the structure’s support, are generated through an ad hoc procedure for the simulation of a multivariate stochastic processes. The effect of the rotational input components were studied especially in term of both absolute accelerations transmitted to the structure and relative displacements imposed on the isolation devices. The results showed how a complete seismic excitation pointed out high frequency components in terms of absolute acceleration, while it did not involve in significant increments of the average extreme values of relative displacements. In same situations, however, large increments in the elongation, and thus in the tension force, of some devices were detected; in our opinion, the aspect deserves further attention by the research community.

Il presente lavoro di ricerca è stato condotto allo scopo di indagare la risposta di una struttura isolata alla base, soggetta ad una sollecitazione sismica definita non solo dalle tre componenti traslazionali (3D), come previsto dalla comune pratica progettuale, ma anche dalle tre componenti rotazionali, ovvero quella di torsione e i due contributi di rocking intorno ai due assi orizzontali (6D). La trattazione viene sviluppata a partire da un modello stocastico di sollecitazione sismica definito in termini spettrali, che permette di caratterizzare la variabilità spazio-temporale del moto sismico free field che agisce alla base del complesso strutturale, contemplando anche la correlazione tra componenti ortogonali locali. Successivamente si caratterizza il moto completo della fondazione, ipotizzata rigida, ricorrendo ad una trasformazione cinematica che tiene conto dell’interazione dinamica tra terreno e struttura. Tale modello di sollecitazione sismica è applicato per l’analisi stocastica della risposta di una particolare struttura di strategica importanza, quale l’edificio che ospita il reattore nucleare sviluppato nell’ambito del progetto internazionale IRIS. La struttura è isolata alla base mediante dispositivi elastomerici armati, per i quali si è studiato il comportamento tenso-deformativo attraverso un accurato modello che tiene conto della risposta isteretica. A tal proposito, sono state eseguite analisi dinamiche non lineari che hanno previsto la simulazione dell’evento sismico attraverso la generazione artificiale di time-histories di accelerazione sulla base dello spettro di potenza definito in precedenza. I risultati ottenuti sono stati elaborati in termini sia di spostamenti e accelerazioni assolute sulla sovrastruttura, che di spostamenti relativi tra le basi degli isolatori e corrispondenti azioni assiali, mettendo a confronto i casi di modellazione 6D e 3D dell’input sismico. Si è concluso che l’effetto della descrizione completa dell’eccitazione sismica si traduce nella presenza di componenti ad alta frequenza per le accelerazioni assolute e comporta incrementi poco significativi, nel valore medio in termini di spostamenti relativi. In alcune situazioni si sono tuttavia verificati incrementi notevoli nel valore dell’allungamento, e quindi della tensione di trazione, nei dispositivi di isolamento; l’aspetto pare pertanto meritevole di ulteriore attenzione a livello di ricerca applicata.