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STRATEGIE ALTERNATIVE DI STRATEGIE ALTERNATIVE DI PROTEZIONE SISMICA PROTEZIONE SISMICA PROF. ING. BRUNO PALAZZO PROF. ING. BRUNO PALAZZO Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile GIORNATA SUL RISCHIO SISMICO IN CAMPANIA in memoria di Filippo Vinale

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STRATEGIE ALTERNATIVE DI STRATEGIE ALTERNATIVE DI PROTEZIONE SISMICAPROTEZIONE SISMICA

PROF. ING. BRUNO PALAZZOPROF. ING. BRUNO PALAZZO

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

GIORNATA SUL RISCHIO SISMICO

IN CAMPANIAin memoria di Filippo Vinale

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

Nell'ultimo decennio, accanto agli approcci tradizionali diconferire adeguata resistenza e duttilità alle strutture, laricerca di strategie innovative non convenzionali diprotezione sismica ha fatto registrare straordinariavanzamenti

E' possibile riconoscere che gran parte dell'insieme deidiversi approcci innovativi proposti, presenta una comunelinea di pensiero che si potrebbe definire del Controllo delleVibrazioni in quanto, la sua filosofia, consiste principalmentenell'intento di regolare artificialmente ed in modointelligente, la risposta dinamica di un sistema al fine diridurne le vibrazioni indotte dal vento o dal sisma

STRATEGIE INNOVATIVE DI PROTEZIONE SISMICA

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

STRATEGIE CONVENZIONALI

PROGETTO ELASTICO PROGETTO INELASTICO CAPACITY DESIGN

CONTROLLO DELLE VIBRAZIONI

SMORZAMENTO DI MASSA ATTIVO

VARIAZIONE DI SMORZAMENTO

DISSIPAZIONE SUPPLEMENTARE

IBRIDO

ATTIVO / SEMIATTIVO

PASSIVO

FORZANTI DI CONTROLLO

VARIAZIONE DI RIGIDEZZA

SMORZAMENTO DI MASSA

ISOLAMENTO SISMICO

ISOLAMENTO ATTIVO

DI ENERGIA

PASSIVOIBRIDOCONTROLLO

CONTROLLO

CONTROLLO

ISOLAMENTO + SMORZAMENTODI MASSA ATTIVO

ISOLAMENTO + SMORZAMENTO ISOLAMENTO + DISSIPAZIONE

DI MASSA

ISOLAMENTO MULTIPLO

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

LA LOGICA DEL CONTROLLO

In p u t S T R U T T U R A R isp o sta

C O N T R O L L O R E

Controllore in Ciclo Chiuso

Risposta InputCONTROLLORE STRUTTURA

Controllore in Ciclo Aperto

Risposta Input STRUTTURA

La struttura generica

Relazioni Eccitazione-Risposta

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

SCHEMA DI UN CONTROLLO ATTIVO

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A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

CONTROL SYSTEM APPROACHTRANSFER FUNCTION

H(s)Y(s)X(s)

A transfer function is a mathematical representation of the relationbetween the input and output of a linear time-invariant system. Thetransfer function is commonly used in the analysis of single-inputsingle-output. In its simplest form for continuous-time signals, thefunction is often written as:

)()()(

sXsYsH =

In seismic engineering study of a system transfer function allows for ananalysis of the amplification effects of the seismic input on thefrequency spectra

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A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

AMPLIFICATION FUNCTION ANALYSIS

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

MDOF SYSTEM – FIXED BASE

MDOF System model First Level Displacement Transfer function

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

1

2

3

4

5

6

7

8Magnitude

First modal formT=0.52 sec

ξ1=0.02A1(ω)=7.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

1

2

3

4

5

6

level

Modal displacement

ω (rad/sec)

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A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

AMPLIFICATION FUNCTION ANALYSISBI&TMD SYSTEM PRINCIPLE

ACI Spring 2005 Convention, April 17-21, New York, NY

MDOF+TMD System model Top displacement Transfer Functions

mTkTcT

“TMD tuned on first modal frequency of fixed basestructure”

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

5

10

15

20

25

30

35Magnitude

ω (rad/sec)

Base Fixed system

Base Fixed system + TMD(Den Hartog optimization)

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TMD PRINCIPLE

SDOF+TMD System model

1

P Q

TMD

1 1

(s)H| | G || H| |cwithout TMD

ξ = ξ*

ξ = 0.1

B

PRIMARY SYSTEM TMD EFFECTω ωΒ

B

(s) (s)T

ωω ω ω ωω

with TMD

SDOF+TMD block diagram

Ug(s) Ub(s)Hb(s)

G(s)

2

2

2 isisis ss

ωωξμ

+⋅−

structure

TMDα(s)

+

-

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

k

c

c

k /2

(t)

(t)

u

u

(t)u

m

m

x

x

bT M D

ω ξb b,

ω ξ, T

b

b

b

k /2b

T

b

b

g

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SMORZAMENTO DI MASSAYOKOHAMA LANDMARK TOWER - 1993

Sistema di smorzamento di massa ibrido a pendolo (340 t)

70 pianiAlt. 296 m

W=260610 t

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Reduction of seismic responsefor damage control

Semi-Activecontrol

PEDdevices

Baseisolation

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ASPETTI ENERGETICIASPETTI ENERGETICISISTEMA NATURALMENTE SMORZATOSISTEMA NATURALMENTE SMORZATO

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

BILANCIO ENERGETICO:BILANCIO ENERGETICO:

Uang Bertero 1988Uang Bertero 1988inHEK EEEEE =+++ ξ

x(t)

[

m

k/2 k/2c

ug(t)

gu&&

0 10 20 30 40 50 60-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

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RISPOSTA IMPULSIVA SMORZATARISPOSTA IMPULSIVA SMORZATA

( ) ( ) ( )[ ]tbsentaetx toξξ

ξω ωω += − cos

t-ξ 0e ϖ

t-ξ 0e ϖ

Tξ 0cc

ξ =

Fattore di smorzamento

mk2c0 ⋅=

20ξ ξ1ωω −=

dove

Pulsazione smorzata

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

x(t)

t

OSCILLATORE SEMPLICEOSCILLATORE SEMPLICE

[

m

k/2 k/2c

ξξ=2=2--5 % 5 %

X(t)

0

0

)0()0(

xxxx&& =

=

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

0 5 10 15 20-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

v0=1 m/sec2

x0=0 m

T0=1 sec

t (sec)

x (m)

0 5 10 15 20-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

t (sec)

x (m)v0=1 m/sec2

x0=0 m

T0=1 sec

0 5 10 15 20-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

t (sec)

x (m)v0=1 m/sec2

x0=0 m

T0=1 sec

0 5 10 15 20-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

v0=1 m/sec2

x0=0 m

T0=1 sec

t (sec)

x (m)

ξξ=0.02=0.02 ξξ=0.05=0.05

ξξ=0.10=0.10 ξξ=0.20=0.20

OSCILLATORE SEMPLICEOSCILLATORE SEMPLICE

RISPOSTA IMPULSIVA INFLUENZA DELLO RISPOSTA IMPULSIVA INFLUENZA DELLO SMORZAMENTOSMORZAMENTO

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f(t)xkxcxm =⋅+⋅+⋅ &&&

t)cos(ωA)(f f⋅=t

kf(t)x0 =

o

max

xx

0

f

ωω

1

2

3

4

5

ξ=0

ξ=0.05

ξ=0.10

ξ=0.20

ξ=0.30

ξ=0.50

ξ=0.70

6

1

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

RISPOSTA STAZIONARIA FORZANTE ARMONICA RISPOSTA STAZIONARIA FORZANTE ARMONICA INFLUENZA DELLO SMORZAMENTOINFLUENZA DELLO SMORZAMENTO

EQUAZIONE DINAMICA:EQUAZIONE DINAMICA:

Forzante Armonica:Forzante Armonica:

Spostamento statico:Spostamento statico:

Funzione di amplificazioneFunzione di amplificazione

OSCILLATORE SEMPLICEOSCILLATORE SEMPLICE

RISONANZARISONANZA

FATT. FATT. AMPLIFICAZIONEAMPLIFICAZIONE

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

SPETTRO DI RISPOSTA Sa SPETTRO DI RISPOSTA Sa INFLUENZA DELLO SMORZAMENTOINFLUENZA DELLO SMORZAMENTO

Eccitazione El Centro 19/05/1940Eccitazione El Centro 19/05/1940

0 1 2 3 4 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

T (sec)

a (m/sec2)Smorzamento viscoso equivalente 5%

Smorzamento viscoso equivalente 10%Smorzamento viscoso equivalente 20%

Smorzamento viscoso equivalente 30%Smorzamento viscoso equivalente 40%

Smorzamento viscoso equivalente 50%

0 10 20 30 40 50 60-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Spettro di Spettro di risposta delle risposta delle accelerazioniaccelerazioni

ug (m/sec2)

t (sec)

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

Eccitazione El Centro 19/05/1940Eccitazione El Centro 19/05/1940

Spettro di risposta degli spostamentiSpettro di risposta degli spostamenti0 1 2 3 4 5

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0.05Smorzamento viscoso equivalente 5%

Smorzamento viscoso equivalente 10%Smorzamento viscoso equivalente 20%

Smorzamento viscoso equivalente 30%Smorzamento viscoso equivalente 40%

Smorzamento viscoso equivalente 50%

SPETTRO DI RISPOSTA SdSPETTRO DI RISPOSTA SdINFLUENZA DELLO SMORZAMENTOINFLUENZA DELLO SMORZAMENTO

SdSd

TT

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

AumentareAumentare l’energial’energia dissipatadissipata mediantemediante l’utilizzol’utilizzo didi dispositividispositiviextrastrutturaliextrastrutturali aa paritàparità didi energiaenergia inin ingressoingresso puòpuò ridurreridurre lala dissipazionedissipazioneistereticaisteretica nellanella strutturastruttura portanteportante

inHEext

K EEEEEE =++++ ξξint

ASPETTI ENERGETICIASPETTI ENERGETICISISTEMA DOTATO DI SMORZAMENTO SUPPLEMENTARESISTEMA DOTATO DI SMORZAMENTO SUPPLEMENTARE

x(t)

[

m

k/2 k/2c

ug(t)

gu&&

cext

0 10 20 30 40 50 60-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

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DISSIPATORI DI ENERGIADISSIPATORI DI ENERGIA

VISCOSOVISCOELASTICO

ATTRITIVOISTERETICO

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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SISTEMI DI DISSIPAZIONETAYLOR (22.5 t)

SISTEMI DI DISSIPAZIONETAYLOR (675 t)

DISSIPATORI FLUIDO VISCOSIDISSIPATORI FLUIDO VISCOSI

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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DISPOSITIVI ISTERETICIDISPOSITIVI ISTERETICI

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

Energia dissipata per ciclo

Dispositivo ADASInstallazione nella Wells Fargo Bank di San Francisco (1992)

Dispositivo TADAS Installazione in una struttura test

ADAS = Added Damping ADAS = Added Damping and Stiffnessand Stiffness

DISPOSITIVI DIPENDENTI DISPOSITIVI DIPENDENTI DALLO SPOSTAMENTODALLO SPOSTAMENTO

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DISSIPATORE “TADAS”DISSIPATORE “TADAS”

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

Bo

x

z

Vista Frontale

y

L

x

h

y

x

F / N

Vista Laterale Modello equivalente

F / NΔ

Mmax=F·L/N

( ) ( )∫

+

−=−

2/

2/

h

ho ydy

LxLBxL

NF σ

TADAS = Triangular Added TADAS = Triangular Added Damping And Damping And Stiffness Stiffness

Equazione di equilibrio alla rotazione di una sezione a distanza x

dall’incastro

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ σ==

LhNB

,F,F oyumax 4

51512

Massima azione resistente del dispositivo

Plasticizzazione contemporanea delle sezioni del dispositivo

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DISPOSITIVIDISPOSITIVI ““Buckling-Restrained Brace ””

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

L’IDEA:

L’involucro permette al profilo di non instabilizzarsi e di presentare uncomportamento post-elastico caratterizzato da cicli isteretici stabili

Nippon SteelNippon Steel

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

SCHEMA DI DISSIPATORE VARIABILE

SISTEMI AVD

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SMART DAMPERSSMART DAMPERS

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

FLUIDO MAGNETOREOLOGICO MRFLUIDO MAGNETOREOLOGICO MR

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IL MILLENNIUM BRIDGE

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

ISOLAMENTO SISMICO• L’isolamento sismico alla base consente di ridurre la

trasmissione del moto del suolo alla struttura inelevazione mediante l’interposizione, tra le fondazioni ela soprastruttura, di speciali dispositivi di vincolo chedisaccoppiano il moto della sovrastruttura da quello delterreno

• In particolare, un sistema isolato realizza alla base unlivello flessibile dissipativo che agisce come un “filtropassa-basso” sulla eccitazione in ingresso per ridurre glieffetti sulla sovrastruttura, la cui risposta in frequenzapresenta le maggiori amplificazioni spostate nel campodelle frequenze più elevate

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PRINCIPI DELL’ISOLAMENTO SESMICO

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

Page 33: Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di ... · Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile Nell'ultimo decennio, accanto agli approcci

INCREMENTO DELLA DOMANDA DI SPOSTAMENTO ALLA BASE

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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Isolation Degree I=TB/TS

DESIGN RESPONSE SPECTRADESIGN RESPONSE SPECTRA

T

Sa

SaS

SaB

SdB

Sd=SaT2/(2π)2

TS

Fixed Base

SdS

TB

IsolatedAcceleration Displacement

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

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INNALZAMENTO DEL FATTORE DI SMORZAMENTO

LO SMORZAMENTO PUO’ ESSERE INTERNO OD ESTERNO AGLI ISOLATORI

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

CONCETTI INTRODUTTIVICONCETTI INTRODUTTIVI

STRATEGIA 1 :STRATEGIA 1 :inHEK EEEEE =+++ ξ

x(t)

[

m

kis /2

c

ug(t)

gu&&

kis /2

ISOLAMENTO SISMICO ISOLAMENTO SISMICO ALLA BASEALLA BASE

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A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

AMPLIFICATION FUNCTION ANALYSISBASE ISOLATION SYSTEM PRINCIPLE

ACI Spring 2005 Convention, April 17-21, New York, NY

SDOF+BI System model

BI functional principle

SDOF+BI block diagram

ωb, ξb

ωis, ξis

mis

mb

ug(t)

uis(t)

ub(t)

xb(t)

( )( ) gis

gbisbb

UsGU

UsG(s)HU(s)HX

⋅=

⋅⋅=⋅=

is

12ξb

ωis ωb isω ωbω

G H.| |(s)H| |

1 1campo di attenuazione

G ||

ω

bωω is <<

1

ω

12ξ

ISOLAMENTO SOPRASTRUTTURA

SISTEMA ISOLATO

(s) (s) (s)ISOLATION LAYERSUPERSTRUCTURE

BASE ISOLATION SYSTEM

“attenutation field”

Ug(s)G(s)

Xb(s)isolation

Hb(s)

superstructureUis(s)

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K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis

Mode Period (sec) Damping (%)

1st 0.5213 2.00

2nd 0.1772 2.25

3rd 0.1106 3.14

4th 0.0839 3.97

5th 0.0710 4.62

6th 0.0647 5.03

6-DOF Fixed base System

Relative Displacement Transfer Functions

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

5

10

15

20

25

30

35

Fixed system (Top to base relative displacement )

BI system (Top to base relative displacement )

Magnitude

ω (rad/sec)

First modal form

T=1.72 secξ1=0.02

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

0 0.5 1 1.5

IS

1

2

3

4

5

6

Level

Modal displacement

BASE ISOLATED VS FIXED BASE TRANSFER FUNCTIONS

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

1 2

1

2

ISOLATEDFIXED BASE

1

2

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A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

AMPLIFICATION FUNCTION ANALYSIS

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis

BASE ISOLATED SYSTEM PRINCIPLE

MDOF Base Isolated System model Relative Displacement transfer functions

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

5

10

15

20

25Magnitude

ω (rad/sec)

BI system (Top to isolated base relative displacement transfer function)

BI system (Base relative displacement transfer function)

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

ISOLAMENTO SISMICOComportamento Sismico

Struttura dotata di isolamento sismico

Struttura fissa alla base

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Base isolation is a “no robust” control strategy towards seismicexcitations whose spectra present high energy contents in lowfrequencies. As known, low frequencies excitations can lead toconsiderable displacement of the base level due to the first modecharacteristics.

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

SEISMIC ISOLATION ROBUSTNESS

Mexico City 19/09/1985Component: N90WLength: 180.08 secPGA: 167.918 cm/sec2

0

1

2

3

4

5

6

7

0 .1 1 1 .9 2 .8 3 .7 4 .6 5 .5 6 .4 7 .3

max

aSa

ξ = 0 .0 5

T (sec)

Typical range for firstmodal period of baseisolated systems

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K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis

cis

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

AMPLIFICATION FUNCTION ANALYSISEFFECT OF DAMPING IN ISOLATION LAYER

MDOF Base Isolated System model

Isolation relative displacement transfer functions

0 5 10 15 20 25 300

5

10

15

20

25 Magnitude

ω (rad/sec)

BI system – ξ1 =0.02(Isolation layer relative displacement transfer function)

BI system – ξ1 =0.50(Isolation layer relative displacement transfer function)

Page 43: Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di ... · Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile Nell'ultimo decennio, accanto agli approcci

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.5

1

1.5

2

2.5

3Magnitude

ω (rad/sec)

BI system – ξ1=0.02(Top to isolated base displacement transfer function)

BI system – ξ1=0.50(Top to isolated base displacement transfer function)

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis

cis

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

AMPLIFICATION FUNCTION ANALYSISEFFECT OF DAMPING IN ISOLATION LAYER

MDOF Base Isolated System model Relative Displacement transfer functions

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

6th Level

5th Level

4th Level

3rd Level

2nd Level

1st Level

Isolation Layer

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2

6th Level

5th Level

4th Level

3rd Level

2nd Level

1st Level

Isolation Layer

First modal formT=1.72 secA1(ω)=0.26

Second modal formT=0.27 secA1(ω)=1.17

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A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

A COMBINED CONTROL STRATEGYBASE ISOLATION + TUNED MASS DAMPER

(Palazzo, Petti)

THE AIM OF THIS COMBINEDSTRATEGY IS TO PROTECT THE MAINSYSTEM FROM UNFAVORABLE SEISMICEXCITATIONS BY CONTROLLINGRESONANT COMPONENTS REDUCINGTHE DEFORMATION RESPONSE OF THEISOLATING BEARINGS.

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis

kT

cT

MDOF BI&TMD System model

++

TMD

Isolation Structure Seismic excitation

mT

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ω (rad/sec)

BI&TMD system(Top to base relative displacement)

BI system(Top to base relative displacement)

Magnitude

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis

MDOF BI&TMD System model BI&TMD Transfer Functions

mT

kT

cT

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

TMD doesn’t introduce spill over effects.The benefits provided by the isolation are not

reduced by the TMD

BI&TMD SYSTEM TRANSFERFUNCTION

TOP TO THE BASE RELATIVE DISPLACEMENT

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K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

Montenegro earthquake 1979 (favorable excitation)

Isolation layer drift

Top level relative displacement

0 5 10 15 20 25-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

t (sec)

xIS (m)

BI systemBI&TMD system

0 5 10 15 20 25-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

t (sec)

BI systemBI&TMD system

Fixed base systemxTOP (m)

RESPONSE TIME-HISTORY

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RESPONSE TIME-HISTORYMexico City earthquake 1985 (unfavorable excitation)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

t (sec)

xis (m)

BI system

BI&TMD system

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

-6

-4

-2

0

2

4

6

x 10 -3

BI systemBI&TMD system

Fixed base system

t (sec)

xTOP (m)

Isolation layer relative

displacement

Top level relative displacement

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

ACI Spring 2005 Convention, April 17-21, New York, NY

K1

M1

K2

M2

K3

M3

K4

M4

K5

M5

K6

M6

Kis

Mis m

T

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TIME HISTORY ENERGY COMPARISON

0 5 1 0 1 5 2 0 25 30 0

0 .0 5

0 .1

0 .1 5

0 .2

0 .2 5

0 .3

0 .3 5

0 .4

E is+ E is,b

E is

t (sec)

(Jou le /K g) BIS SYSTEM

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 0

0 .0 5

0 .1

0 .1 5

0 .2

0 .2 5

0 .3

0 .3 5

0 .4

t (sec)

(Jou le/K g)

E is+ E TM D ,is+ E is,b

E is+ E TM D ,is

E is

BI&TMD SYSTEM

A passive robust control strategy: Base Isolation and Tuned Mass Damping

mT

ωb,ξb

mb

misωis,ξis

ωT,ξT

ωb,ξb

ωis,ξis

mb

mis

Seismic inputEl Centro NS

(1940)

Seismic inputEl Centro NS

(1940)

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

ISOLAMENTO SISMICOISOLAMENTO SISMICOTipologie di dispositivi:Tipologie di dispositivi:

Dispositivi a scorrimento Dispositivi a scorrimento (con elementi dissipativi)(con elementi dissipativi)

Dispositivi elastomericiDispositivi elastomerici

Dispositivi elastomerici Dispositivi elastomerici con nucleo in piombocon nucleo in piombo

La superficie di contatto può essere piana La superficie di contatto può essere piana o curva (ricentraggio)o curva (ricentraggio)

Gomma ad alto e basso smorzamentoGomma ad alto e basso smorzamento

Piatti metallici vengono inseriti tra gli Piatti metallici vengono inseriti tra gli strati di gomma (rigidezza verticale)strati di gomma (rigidezza verticale)

L’anima in piombo conferisce al L’anima in piombo conferisce al dispositivo migliori capacità dissipativedispositivo migliori capacità dissipative

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SCHEMA DI ISOLATORE ELASTOMERICO

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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LEGAME COSTITUTIVO ISOLATORI ELASTOMERICI

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

Dati GLIS - ANIDIS

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EDIFICI TELECOM ANCONA

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

ESEMPI DI APPLICAZIONEESEMPI DI APPLICAZIONENuova scuola di San Giuliano di PugliaNuova scuola di San Giuliano di Puglia

Il nuovo edificio è isolato allabase mediante 73 dispositivi dicui 61 del tipo HDRB e 12 deltipo a scorrimento acciaio-teflon

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

ESEMPI DI APPLICAZIONEESEMPI DI APPLICAZIONECentro polifunzionale Rione Traiano Centro polifunzionale Rione Traiano -- NapoliNapoli

Può essere considerato la primaapplicazione in Europa dell’isolamentosismico per il miglioramento di unastruttura esistente.

La struttura è stata progettata prima del1980, ed è stata integrata con l’applicazionedi 630 dispositivi HDRB inseriti nell’ambitodella struttura originale.

Courtesy of R. Sparacio

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

ESEMPI DI APPLICAZIONEESEMPI DI APPLICAZIONECentro polifunzionale Rione Traiano Centro polifunzionale Rione Traiano -- NapoliNapoli

Applicazione morse

Applicazione martinetti

Messa in carico

Bloccaggio dei martinetti

Posizionamento sega

Taglio del tronco di pilastro

Fasi realizzative montaggio isolamento

Courtesy of R. Sparacio

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

ESEMPI DI APPLICAZIONEESEMPI DI APPLICAZIONECentro polifunzionale Rione Traiano Centro polifunzionale Rione Traiano -- NapoliNapoli

Rimozione del tronco tagliato

Inserimento isolatore

Rilascio del carico

Rimozione morse

Courtesy of R. Sparacio

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

ESEMPI DI APPLICAZIONEESEMPI DI APPLICAZIONECentro polifunzionale Rione Traiano Centro polifunzionale Rione Traiano -- NapoliNapoli

Nodo strutturale del nuovo solaio

d’irrigidimento

Courtesy of R. Sparacio

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UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA

(USC) HOSPITAL

SITUATO A 36 KM EPICENTROEQ.NORTHRIDGE 1994 M=6.8 – PGA=0.49 g –Soprastruttura 0.1 – 0.13 g

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UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA (USC)

HOSPITAL RISPOSTA TERREMOTO DI NORTHRIDGE

Soprastruttura 0.1 – 0.13 g

PGA=0.49 g

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

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Design Basis Earthquake (DBE): 0.20g S2 Construction Cost: $30 Million

Construction Start: March 1987 Construction Completion: May 1989

Number & Type of Isolators: 208 LRI, 239 RI

Salt Lake City and County Building - Salt Lake City, Utah

ADEGUAMENTO SISMICO

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile

ISOLAMENTO SISMICO

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ISOLAMENTO SISMICO ALLA BASE

San Francisco City HallAdeguamento sismico mediante 530 isolatori

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Prof. Ing. Bruno PalazzoProf. Ing. Bruno PalazzoDipartimento di Ingegneria Civile – Università degli Studi di Salerno

ATTUATORI SEMIATTIVIATTUATORI SEMIATTIVIDispositivi a rigidezza variabileDispositivi a rigidezza variabile

Kajima Technical Research Institute, TokyoKajima Technical Research Institute, Tokyo

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Propagation

Detection

Event Origin

Real-Time Engineering for Risk Mitigation Actions

Early Warning and RealEarly Warning and Real--Time EngineeringTime Engineering

4. IL FUTURO

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GRAZIE PER L’ATTENZIONE