Passive damping of buildings through sub-structuring and additional masses

The seismic protection and the retrofitting of the structures have become nowadays extremely topical given the number of earthquakes which continue to affect many parts of our planet, including Italy. The goal of this thesis is to provide an operational scheme of intervention, depending on the existing structural types, consisting of different possible arrangements, including the exploitation of the stiffness difference that can be found between the structural elements, the construction of a rigid contrast element or the addition of tuned masses. Browsed the devices on the market, the most current strategies of intervention are introduced by referring to studies of Italian and foreign authors. The discussion of the thesis is based on a simplified model with two degrees of freedom that can describe conceptually the problem and to derive the salient features. Initially, the case of a rigid contrast member is considered, subjected prior to forcing and subsequently to the basic acceleration of harmonic type. At a later stage, the type of system with so-called Tuned Mass Damper is introduced. This system is the subject of studies by many researchers and starts being adopted in many newly built buildings. The two strategies of intervention will then be studied in parallel to highlight the influence of the various parameters on the global response of the system subjected to stochastic excitation considering formulations present in literature. Finally, it will be possible to study an application of the developed concepts using a finite element analysis software to check the effectiveness of the proposed solutions.

La protezione e l’adeguamento sismico delle strutture sono diventati oggigiorno problemi di estrema attualità visto il numero di terremoti che continuano a colpire molte zone nel nostro pianeta, tra cui l’Italia. L’obiettivo di questa tesi è quello di fornire uno schema operativo di intervento a seconda delle tipologie strutturali esistenti che consiste di diversi possibili accorgimenti, tra cui lo sfruttamento della differenza di rigidezza che si può riscontrare tra gli elementi strutturali, la costruzione di un elemento di contrasto rigido o l’aggiunta di masse accordate. Passati in rassegna i dispositivi presenti in commercio, si introducono le strategie più attuali di intervento facendo riferimento agli studi di autori italiani e stranieri. La trattazione della tesi si basa su un modello semplificato a due gradi di libertà che permette di descrivere concettualmente il problema e di ricavarne i tratti salienti. Inizialmente si considera il caso di elemento di contrasto rigido, soggetto prima a forzante e successivamente ad accelerazione di base di tipo armonico. In una fase successiva si introduce la tipologia di sistema con cosiddetto Tuned Mass Damper, sistema adottato in molti edifici di recente costruzione e oggetto di studi da parte di molti ricercatori. Le due strategie di intervento verranno quindi studiate parallelamente per evidenziare l’influenza dei vari parametri in gioco sulla risposta globale del sistema soggetto ad eccitazione non più di tipo deterministico ma stocastico. Solo a questo punto sarà possibile studiare un’applicazione dei concetti assimilati utilizzando un software per analisi ad elementi finiti per verificare l’efficacia delle soluzioni proposte.