Conceptual design of dampers added to dissipative structures

Passive energy dissipation devices, such as fluid viscous dampers (VD), are widely used in the design of new structures and as one of the possible solutions for the seismic strengthening of existing structures. Nowadays a usual structural design with VD incorporation involves a primary structure responsible only for gravitational loads and for the seismic resistance considers only the capacity of a damping device. This research proposes a promising force-based design approach through a simple conceptual model for pre-designing the reinforced concrete (RC) portal frame with combined dissipation. Assessment of its capability was done through proper non-linear finite element analysis on single-degree-of-freedom (SDOF) systems (lumped mass models), on the generalized SDOF level (1-storey RC frame), and on the simple MDOF structure (2-storey RC frame). Each structure was modelled in MidasGen software, applying time history and response spectrum analyses. In the case of lumped mass model linear VD has been used in the design computations, while for the practical reasons design strategy on more complex levels as frames has involved the equivalence of the dissipated energy between linear and nonlinear VDs. Analysed results have confirmed the validity of this conceptual strategy and that it could be applied for the design of new structures and for the problem of retrofitting of existing structures, simplifying the complexity of analysis, and saving calculation time with simple relations that have been found out. Such relevant relations and further recommendations for future research are provided in the end of this work.

I dispositivi di dissipazione passiva, come gli smorzatori fluido-viscosi (VD), sono ampiamente utilizzati nella progettazione delle nuove strutture e come una delle possibili soluzioni per il rinforzo sismico delle strutture esistenti. Attualmente un normale progetto strutturale con l’incorporazione di VD prevede una struttura primaria responsabile solo dei carichi gravitazionali e per la resistenza sismica considera solo la capacità di un dispositivo di smorzamento. Questa ricerca propone un promettente approccio progettuale basato sulla forza attraverso un semplice modello concettuale per la progettazione preliminare del portale in calcestruzzo armato (c.a.) con dissipazione combinata. La valutazione della sua capacità è stata effettuata attraverso un'adeguata analisi non lineare agli elementi finiti sui sistemi con l’unico grado di libertà (SDOF) (modelli a massa concentrata), sul livello SDOF generalizzato (telaio in c.a. a 1 piano) e sulla semplice struttura a più gradi di libertà (telaio in c.a. a 2 piani). Ogni struttura è stata modellata nel software MidasGen, applicando analisi time history ed analisi dello spettro di risposta. I risultati analizzati hanno confermato la validità di questa strategia concettuale e che essa potrebbe essere applicata per la progettazione delle nuove strutture e per il problema di restauro delle strutture esistenti, semplificando la complessità dell'analisi e risparmiando il tempo di calcolo con l’utilizzo delle semplici relazioni trovate. Alla fine del lavoro vengono inoltre fornite queste relazioni rilevanti e le ulteriori raccomandazioni per la futura ricerca.