Numerical sensitivity analyses approach for the seismic characterization of irregular masonry towers

A major structural feature of masonry towers is that they were originally built to carry vertical loads. Their inability to bear horizontal loading is namely highlighted in the wake of earthquakes. As such, seismic vulnerability assessment has been an area of active research and multiple analytic and numerical methods have been developed for masonry towers’ seismic characterization. A recently conducted ground-breaking study by Sarhosis et al., 2017 evaluated simplified approaches for the prediction of the seismic vulnerability of masonry towers by investigating the adequacy of running pushover analyses on idealized towers and simulating results consistent with what is observed in real case studies. This is the cornerstone upon which this thesis is developed. The study presented within this report revisits what is featured in Sarhosis et al’s (2017) article by extending the range of the studied specimens and by adopting a 3D Finite Element numerical approach using Abaqus software package. A novelty in this thesis, with respect to the aforementioned article, is that it extends its focus beyond assessing the effect of just the slenderness; it delves into understanding the role of a varying thickness and the presence of openings. Following the validation of the numerical experiments, with limit analysis, four different equations are presented to be used for a quick estimation of the normalized collapse acceleration, and predictions of the corresponding failure mechanisms are suggested.

Una delle principali caratteristiche strutturali delle torri in muratura è che sono state originariamente costruite per sopportare carichi verticali. La loro incapacità di reggere il carico orizzontale è evidenziata in seguito ai terremoti. Per questo, la valutazione della vulnerabilità sismica è stata un'area di ricerca attiva e sono stati sviluppati numerosi metodi analitici e numerici per la caratterizzazione sismica delle torri in muratura. Uno studio innovativo recentemente condotto da Sarhosis et al., 2017 ha valutato approcci semplificati per la previsione della vulnerabilità sismica delle torri in muratura, studiando l'adeguatezza delle analisi pushover su torri idealizzate e simulando risultati coerenti con quanto osservato in studi di casi reali . Queste sono le basi su cui è stata costruita la tesi. Lo studio presentato in questo elaborati rivisita ciò che è descritto nell'articolo di Sarhosis et al (2017), estendendo il range dei campioni studiati e adottando un approccio numerico 3D ad elementi finiti, usando il software Abaqus. Una novità in questa tesi, rispetto al suddetto articolo, è che estende la sua attenzione al di là della valutazione dell'effetto della sola snellezza; approfondisce il ruolo di uno spessore variabile e la presenza di aperture. Dopo la convalida degli esperimenti numerici, con l'analisi limite, vengono presentate quattro equazioni diverse da utilizzare per una rapida stima dell'accelerazione di collasso normalizzata e vengono suggerite le predizioni dei corrispondenti meccanismi di collasso.