The dynamic analysis of the FIP isolation system of a mosque based in Azerbaijan

This work aims to define what type of seismic isolation system should be adopted for the design of a mosque located in Shusha, Azerbaijan. This project is currently in its preliminary phase and is being followed by the iDeas S.r.l. firm, with which I collaborated in the drafting of this work. A Friction Isolation Pendulum (FIP) system was chosen, which is able to guarantee certain dynamic characteristics without depending on the mass of the superstructure. This device works by exploiting friction, in fact it consists of two curved surfaces that slide over each other, both characterised by a specific radius of curvature. Due to its hysteretic behaviour, the device dissipates energy and reduces the input accelerations on the superstructure. In order to define the properties of the device, two types of modelling were developed: an equivalent linear model and a non-linear model. The linear equivalent model develops a simplified system with one degree of freedom (SDoF) and defines, by means of an iterative procedure, the displacement values and the properties of the isolation system, in terms of stiffness and damping. The second model adopted is purely non-linear and takes into account the complexity of real device behaviour. This model was developed with the Finite Element Method (FEM) using the Midas GEN software. Based on the values obtained from the linear equivalent modelling, the linear properties of the isolators are set in Midas, while the non-linear properties are automatically calculated by the software once the values of the friction coefficient and the radius of curvature are known. For the latter model, non-linear time-history analyses were performed with seven spectrum-compatible accelerograms. In addition, some simplifications were introduced for the modelling of the superstructure, which is still at a preliminary stage. The final chapter shows the results of both modelling, which were then compared to understand the effectiveness of the linear equivalent modelling. In addition, the results of the eigenvalue analysis, necessary to obtain the dynamic characteristics of the overall system, are shown in order to appreciate the efficiency of the chosen isolation system.

Questo lavoro ha l'obiettivo di definire quale tipo di sistema di isolamento sismico conviene adottare per il progetto di una moschea situata a Shusha, in Azerbaijan. Tale progetto è ad oggi in fase preliminare ed è seguito dallo studio iDeas S.r.l., con cui ho collaborato per la stesura di questo lavoro. E' stato scelto un sistema di isolamento a pendolo inverso (FIP) che è in grado di garantire certe caratteristiche dinamiche senza dipendere dalla massa della sovrastruttura. Tale dispositivo funziona sfruttando l'attrito, difatti è costituito da due superfici curve che scorrono l'una sull'altra, entrambe caratterizzate da uno specifico raggio di curvatura. Grazie al suo comportamento isteretico, il dispositivo dissipa energia e riduce le accelerazioni in ingresso sulla sovrastruttura. Al fine di definire le proprietà del dispositivo, sono state sviluppate due tipi di modellazione: una modellazione lineare equivalente e una non lineare. Il modello lineare equivalente sviluppa un sistema semplificato ad un grado di libertà (SDoF) e definisce, mediante una procedura iterativa, i valori di spostamento e le proprietà del sistema di isolamento, in termini di rigidezza e smorzamento. Il secondo modello adottato è puramente non lineare e tiene conto della complessità del comportamento del dispositivo reale. Tale modello è stato sviluppato con il metodo agli elementi finiti (FEM) mediante l’utilizzo del software Midas GEN. Sulla base dei valori ottenuti dalla modellazione lineare equivalente, le proprietà lineari degli isolatori vengono impostate su Midas, mentre le proprietà non lineari vengono calcolate automaticamente dal software una volta noti i valori del coefficiente di attrito e del raggio di curvatura. Per quest’ultimo modello sono state effettuate analisi non lineari Time History a integrazione diretta con sette accelerogrammi spettro-compatibili. Inoltre, sono state introdotte alcune semplificazioni per la modellazione della sovrastruttura, che ad oggi è ancora in fase preliminare. Il capitolo finale mostra i risultati di entrambe le modellazioni, che sono stati poi confrontati per comprendere l'efficacia della modellazione lineare equivalente. Inoltre, vengono mostrati i risultati dell'analisi agli autovalori, necessaria per ottenere le caratteristiche dinamiche del sistema complessivo, al fine di apprezzare l'efficienza del sistema di isolamento scelto.