Controllo strutturale di ponti strallati mediante sistema RNC : formulazione bidimensionale del sistema di controllo

A new seismic isolation system, the Roll-N-Cage one, has been recently proposed in literature. This device incorporates several features and mechanisms such as isolation, energy dissipation and buffering. It can also provide enough stiffness against low loading levels, a wide range of horizontal flexibility, high vertical stiffness and strenght to support even heavy mass structures. Herein is proposed a characterization of this device through the Park-Wen bi-directional hysteretic model, along with a buffering model. A monodimensional finite element, the Park-Wen element, will be implemented to simulate, thanks to an external executable program, the RNC behaviour in structural analysis carried out with the commercial FE code ANSYS. The model parameters, used in the analysis, come from an identification procedure based on experimental data provided, for the very first time, by laboratory tests on a smal-scale device prototype. The case study herein selected is the update of the Bill Emerson Memorial Bridge model, chosen as Benchmark control problem for seismic response of cable-stayed bridges. The refined version includes new modelling aspects such as the moving from the single rod type representation of the cable model to a description with several rope elements for each cable or the introduction of soil-structures interaction through impedance functions. Analysis are carried out in the time domain for a seismic multiple support excitation, wich includes the vertical component of the earthquake as well. The seismic input, wich consequentely is not the same on all the support, satisfies a fixed coherence function. Comparisons between the two different bridge configurations (controlled and uncontrolled) are hence shown, along with two different ways of device modelling. At last, the buffering effects on the structure are detected.

In questo lavoro è proposta la caratterizzazione di un nuovo sistema di isolamento sismico, denominato Roll-N-Cage, di recente proposto in letteratura. Questo sistema racchiude intrinsecamente diverse caratteristiche e meccanismi interessanti come l'isolamento, la dissipazione di energia e il fine-corsa (buffer). Esso è dotato inoltre di adeguata rigidezza nei confronti dei bassi livelli di carico, di un vasto range di spostamento orizzontale, di elevata rigidezza verticale e di capacità di resistenza anche per strutture pesanti. La caratterizzazione di tale dispositivo avviene mediante il modello isteretico endocronico bidirezionale di Park-Wen. Parallelamente, il modello di Park-Wen è modificato per introdurre un modello di comportamento della risposta quando viene raggiunto il fine-corsa (buffer). L’implementazione del dispositivo Roll-N-Cage mediante le relazioni di Park-Wen avviene in un elemento finito monodimensionale, sviluppato per l’ambiente software ANSYS. Nelle analisi, i dispositivi RNC sono resi tramite un eseguibile esterno, richiamato dalla procedura principale di controllo dell’analisi in ANSYS. I parametri di modello utilizzati sono stati ottenuti mediante una procedura di identificazione effettuata su dati sperimentali provenenti da test di laboratorio realizzati per la prima volta su un prototipo in scala ridotta del dispositivo. Il caso studio qui affrontato con analisi dinamiche con integrazione al passo nel dominio del tempo, è una versione raffinata del modello del Bill Emerson Memorial Bridge, già assunto come benchmark internazionale sul controllo strutturale dei ponti strallati. La versione adottata include nuovi aspetti nella modellazione come la discretizzazione di ciascun cavo in più elementi finiti, rispetto alla modellazione di ogni cavo mediante un solo elemento finito utilizzata nel modello originale, o l'introduzione dell'interazione terreno-struttura mediante funzioni di impedenza. Le analisi sono eseguite nel dominio del tempo per un'eccitazione sismica multi-supporto, in cui è considerata anche la componente verticale del sisma. L'input sismico, che di conseguenza non è il medesimo in tutti gli appoggi, soddisfa una fissata funzione di coerenza. Si presentano i confronti tra due configurazioni del ponte (controllata e non controllata) e tra due diversi metodi di modellazione del dispositivo RNC. Si indaga infine sugli effetti provocati dal meccanismo di buffer sulla struttura.