Development of a computational procedure for the analysis of integral bridges : an iterative linear solution for soil-structure interaction

In recent decades, it has become increasingly common also in Italy the construction of integral bridges, i.e. bridges without supports between the deck and the abutments, and without joints for thermal expansion. The soil-structure interaction in integral bridges is complex to evaluate since the deck is monolithically connected to the abutments which, if they are bulkheads, also act as support for the lateral soil. In a case study, a proposal for the use of two models in parallel was presented: an exchange procedure between two models allows to harmonize the results, defining the stiffness of the springs schematizing the soil on a structural model (working in a linear field) and implementing the actions at the pile-deck node in a geotechnical model (working in a non-linear field). This proposal was followed by a validation on structural software, which however led to uncertainties about the behaviour of the integral bridge subjected to seismic action. Through a study of this situation, two modifications have been developed with respect to the proposed procedure to better capture the stresses under seismic action: the passive thrust of the most superficial compressed soil is simulated and the stiffnesses of the springs of the structural model are calculated through an automatic method. A parametric analysis, through comparisons between the procedure "nonlinear analysis + linear analysis" with a rigorous nonlinear analysis, confirmed the reliability of the new proposal. The structural analysis was carried out, through a code written specifically in Python, with Midas Civil NX thanks to its OpenAPI.

Negli ultimi decenni anche in Italia è diventata sempre più comune la costruzione di ponti integrali, cioè senza appoggi tra impalcato e pile, e privi di giunti per la dilatazione termica. L’interazione terreno-struttura nei ponti integrali è di complessa valutazione poiché l’impalcato è connesso monoliticamente alle spalle che, se sono paratie, fungono anche da sostegno per il terreno laterale. In un caso studio è stata presentata una proposta di utilizzo di due modelli in parallelo: una procedura di scambio tra due modelli permette di armonizzare i risultati, definendo la rigidezza delle molle schematizzanti il terreno su un modello strutturale (che lavora in campo lineare) e implementando le azioni al nodo palo-impalcato in un modello geotecnico (che lavora in campo non lineare). Questa proposta è stata seguita da una validazione su software strutturale, che ha però condotto a incertezze sul comportamento del ponte integrale sottoposto all’azione sismica. Attraverso uno studio di questa situazione si sono sviluppate due modifiche rispetto alla procedura proposta per cogliere al meglio le sollecitazioni sotto azione sismica: si simula la spinta passiva del terreno più superficiale compresso e si calcolano le rigidezze delle molle del modello strutturale attraverso un metodo automatico. Un’analisi parametrica, tramite confronti tra la procedura “analisi non lineare + analisi lineare” con una rigorosa analisi non lineare, ha confermato l’affidabilità della nuova proposta. L’analisi strutturale è stata effettuata, tramite un codice scritto appositamente in Python, con Midas Civil NX grazie alla sua OpenAPI.