Selection of seismic input for non-linear dynamic time-history analyses of buildings: procedures and applicative case-study

The objective of this thesis work is to analyse and compare the criteria for selecting and scaling ground motion acceleration time-histories that are compatible with respect to a target spectrum according to different seismic norms currently in force in different countries, to be used as input ground motion to perform non-linear dynamic analyses of buildings. In the first part of the thesis, the criteria previously mentioned are analysed and compared according to the current Italian (NTC 2018), European (Eurocode 8 – Part 1-1) and American (ASCE/SEI 7-22) regulations, in order to highlight the similarities and differences among these standards. In the second part, an applicative case study is carried out by selecting and scaling sets of recorded accelerograms from Strong-Motion Databases (such as SIMBAD or NGAWest2) following the provisions of the Italian standard NTC 2018, using the code Select&Match developed by the Department of Civil and Environmental Engineering of Politecnico di Milano. Those ground motion time-histories are thereafter used to perform non-linear dynamic analyses of a real-like case study of a six-storey reinforced concrete frame-type building located in Norcia (Italy), either adopting simply selected accelerograms or spectrally-matched ones, to point out the results obtained in the different cases, comparing them finally to the modal analysis with response spectrum at SLV limit state, as prescribed by the standard to check out the consistency of the results obtained. In the end, the outcomes obtained from the analyses are highlighted and commented in the conclusions, to show the greater accuracy, in terms of design parameters for the quantification of the seismic demand, attainable by the use of appropriately scaled and matched acceleration time-histories that better represent and approximate the target spectrum with respect to the simply selected ones, which have not undergone any scaling or matching procedure.

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di analizzare e confrontare i criteri di selezione e scalatura delle storie temporali di accelerazione del moto del terreno che siano compatibili rispetto ad uno spettro di riferimento secondo differenti norme sismiche attualmente in vigore in differenti paesi, da utilizzarsi come input sismico per svolgere analisi dinamiche non lineari di edifici. Nella prima parte dell’elaborato, vengono analizzati e confrontati i criteri precedentemente citati tra l’attuale normativa italiana (NTC 2018), europea (Eurocodice 8 – Parte 1-1) e americana (ASCE/SEI 7-22), al fine di evidenziare analogie e differenze tra gli standard. Nella seconda parte, viene analizzato un caso studio applicativo, selezionando e scalando set di accelerogrammi reali da database di Strong-Motion (come SIMBAD o NGAWest2), in accordo con le prescrizioni delle Norme Tecniche per le Costruzioni NTC 2018, utilizzando il codice Select&Match, sviluppato dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del Politecnico di Milano. Questi accelerogrammi del moto del terreno sono poi utilizzati per lo svolgimento di analisi dinamiche non lineari di un caso studio applicativo di un edificio realistico a telaio in calcestruzzo armato di sei piani situato a Norcia (Italia), sia adottando accelerogrammi non scalati che scalati, per evidenziare i risultati ottenuti nei diversi casi, confrontandoli con le analisi modali con spettro di risposta allo stato limite SLV, come prescritto dalle NTC 2018 per verificare la consistenza dei risultati ottenuti. Infine, i risultati raggiunti dalle analisi sono presentati e commentati nelle conclusioni, per mostrare la maggiore accuratezza, in termini di parametri di progetto per la definizione della domanda sismica, ottenibile con l’uso di accelerogrammi opportunamente scalati, che meglio rappresentano e approssimano lo spettro target rispetto a quelli semplicemente selezionati, che non sono stati sottoposti ad alcuna procedura di scalatura.