Correlation of pushover analysis and time-history analysis for shear wall buildings using OpenSeesPy

The prediction of the behavior of reinforced concrete shear walls is a key aspect of seismic design, as reinforced concrete walls are among the most widely used lateral force-resisting systems in buildings [1]. Although nonlinear time-history analysis (THA) provides reliable estimates of seismic response, its high computational cost limits its practical application [2,4]. Conversely, nonlinear static (pushover) analysis is a simpler and more efficient alternative. However, its lateral load patterns are based on simplifying assumptions and may not accurately capture the redistribution of internal forces caused by stiffness degradation and the development of plastic mechanisms [2]. This research establishes a correlation between the displacement, force, and material responses obtained from nonlinear time-history and pushover analyses. A detailed numerical model of two reinforced concrete shear walls tested during the CAMUS 1 and CAMUS 3 experimental campaigns was developed in OpenSeesPy. Both models were calibrated by comparing nonlinear time-history results with the experimental response, although only the CAMUS 1 wall was used for comparison with pushover analysis. First, the model was calibrated by comparing nonlinear time-history results with the experimental response. Subsequently, pushover analyses were performed to obtain the structural capacity curves. Finally, the draft version of the new Eurocode 8 procedure was applied to determine the target displacement and identify the corresponding internal state, enabling a direct comparison between the pushover and time-history analyses. In addition, a methodology was proposed to account for the accumulated pre-damage caused by successive seismic runs within the pushover analysis. The results demonstrate a satisfactory correlation between the two nonlinear analysis approaches. Furthermore, considering the pre-damage state improved the representation of the structural response by accounting for the stiffness degradation accumulated during previous seismic runs.

La previsione del comportamento delle pareti in calcestruzzo armato è un aspetto fondamentale della progettazione sismica, poiché tali pareti costituiscono uno dei sistemi resistenti alle azioni orizzontali più diffusi negli edifici [1]. Sebbene l'analisi dinamica non lineare nel dominio del tempo (Time-History Analysis, THA) fornisca stime affidabili della risposta sismica, il suo elevato costo computazionale ne limita l'applicazione pratica [2,4]. Al contrario, l'analisi statica non lineare (pushover) costituisce un'alternativa più semplice ed efficiente. Tuttavia, i modelli di distribuzione delle forze laterali si basano su ipotesi semplificative e potrebbero non rappresentare accuratamente la ridistribuzione delle forze interne dovuta al degrado di rigidezza e allo sviluppo di meccanismi plastici [2]. La presente ricerca propone una correlazione tra le risposte in termini di spostamenti, forze e stato dei materiali ottenute mediante analisi dinamica non lineare e analisi pushover. È stato sviluppato in OpenSeesPy un modello numerico dettagliato di due pareti in calcestruzzo armato sperimentate nelle campagne CAMUS 1 e CAMUS 3. Entrambi i modelli sono stati calibrati confrontando i risultati delle analisi dinamiche non lineari con quelli sperimentali, mentre solo la parete CAMUS 1 è stata utilizzata per il confronto con l'analisi pushover. Successivamente sono state eseguite analisi pushover per determinare le curve di capacità. Infine, è stata applicata la procedura prevista dalla versione preliminare del nuovo Eurocodice 8 per determinare lo spostamento obiettivo e identificare il corrispondente stato interno, consentendo un confronto tra i risultati delle analisi pushover e time-history. Inoltre, è stata proposta una metodologia per tenere conto del predanneggiamento accumulato durante le successive azioni sismiche nell'ambito dell'analisi pushover. I risultati mostrano una soddisfacente correlazione tra i due approcci di analisi non lineare. Inoltre, la considerazione del predanneggiamento ha consentito di rappresentare più fedelmente la risposta della struttura, tenendo conto del degrado di rigidezza accumulato durante gli eventi sismici precedenti.