Uno schema di dissipazione passiva per edifici a componenti strutturali accoppiate

Despite the conventional structural design process is based on the local analysis of the individual elements , theoretical and experimental studies of complex systems have shown that this type of structures cannot be considered only as a set of separate com-ponents , but must be evaluated in its entirety. The complexity of such analysis , how-ever, led to the development of approximate techniques solutions. One of the most used simplified approaches is the continuous method , which consists in the ideal replace-ment of a structure with equivalent beams. Among the various types of structures adopted for medium - high buildings, the shear wall-frame interaction system play a role of primary importance that, contextualized in such methods , may be represented by two Timoshenko’s coupled beams . Therefore the importance of the type of connec-tion between the two beams to characterize the overall behavior is evident. In this topic fits the study of a core wall to frame (CTF) system with viscous damping interfaces be-tween the two structural components. The object of the present discussion concerns the analysis and optimization of viscous damping devices used , together with a spring system , as connection between the core and the frame. They make this mechanism more effective than the traditional types of internal damping because of the relative translational displacements and velocities . Therefore, starting from this model the governing differential equations of motion are determined by Hamilton’s principle. Because of the complexity of these expressions a strategy of resolution through the finite element method has been adopted. Specific studies about the influence of coupled devices on the beam’s response have been carried out through the realization of a specific MatLab’s program, based on the direct in-tegration method of Newmark,. These analysis have been characterized by a first phase verged on the evaluation of the effects induced by different geometric and structural parameters on the global response. In a second phase, starting from the obtained results, it has been possible to perform an optimization process on the system. Finally we used the analysis for an interaction with a commercial finite element program in order to compare the results between the two programs.

Nonostante il convenzionale processo di progettazione strutturale sia basato su un’analisi di tipo locale dei singoli elementi, studi teorici e sperimentali di sistemi com-plessi hanno evidenziato come questa tipologia di strutture non possa esser considerata solo come un insieme di componenti separate, ma vada valutata nella sua totalità. La complessità di tali analisi tuttavia ha portato allo sviluppo di tecniche di soluzione ap-prossimata. Uno dei più utilizzati approcci semplificati è il metodo continuo, che consi-ste nell’ideale sostituzione di una struttura con modelli di travi equivalenti. Tra le varie tipologie strutturali adottate per edifici medio - alti rivestono un ruolo di primaria im-portanza gli schemi strutturali accoppiati ‘pareti-telaio’ che, contestualizzati in tale me-todo, possono essere rappresentati attraverso due mensole alla Timoshenko accoppiate. Risulta quindi evidente l’importanza della tipologia di collegamento tra le due travi per caratterizzare il comportamento globale. In quest’ottica s’inserisce quindi lo studio di un possibile schema di dissipazione passiva tra le due componenti strutturali. L’oggetto della presente trattazione riguarda l’analisi e l’ottimizzazione di dispositivi di smorza-mento viscoso utilizzati, insieme ad un sistema di molle, come connessione tra nucleo e telaio. Essi, agendo sugli spostamenti e sulle velocità relative traslazionali, rendono tale meccanismo più efficace rispetto alle classiche tipologie di smorzamento interno. Considerando dunque tale modello si sono determinate, attraverso il principio di Hamil-ton, le equazioni differenziali del moto che governano il problema. Vista la complessità di tali espressioni si è optato per una strategia di risoluzione attraverso il metodo degli elementi finiti. Tramite la realizzazione di un opportuno programma in ambiente Mat-Lab, che utilizza il metodo d’integrazione diretta di Newmark, è stato possibile condurre specifici studi sull’influenza dei meccanismi d’interfaccia sulla risposta strutturale. Que-ste analisi hanno riguardato una prima fase d’indagini volte alla valutazione degli effetti indotti da diversi parametri geometrici e strutturali sulla risposta globale; in una secon-da fase, utilizzando i risultati ottenuti, si è reso possibile effettuare un processo finaliz-zato all’ottimizzazione del sistema di accoppiamento. Infine si è potuto inserire lo stu-dio svolto in un contesto applicativo di confronto e interazione con un programma agli elementi finiti di tipo commerciale.