UN APPROCCIO SPEDITIVO PER LA LOCALIZZAZIONE DEL … · 2017. 3. 14. · UN APPROCCIO SPEDITIVO PER...

UN APPROCCIO SPEDITIVO PER LA LOCALIZZAZIONE DEL DANNO SU STRUTTURE INTELAIATE IN

CEMENTO ARMATO

Autori:C. Iacovino, G. Auletta, R. Ditommaso, A. Mossucca, A. Nigro, D. Nigro, F.C. Ponzo

34° Convegno - Trieste - 17/19 novembre 2015

Scuola di Ingegneria, Università della Basilicata, Potenza

Valutazione delle caratteristiche dinamiche della struttura

Variazione nel tempo

- Valutazione del danno e della sua entità

- Valutazione scenari di danno

- Frequenza

- Deformata modale

- Smorzamento viscoso equivalente

Metodi Non-destructive Damage Evaluation (NDE)

(Rytter, 1993)

Structural Health Monitoring

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1° Livello: in grado di individuare la presenzadi un danno sulla struttura

2° Livello: in grado di individuare la posizionedel danno

3° Livello: in grado di localizzare e valutare l’entità del danno

4° Livello: in grado di individuare l’eventuale presenza del danno, stimarne l’entità e la posizione oltre a dare indicazioni circa l’impatto che il danneggiamento ha sulla struttura

(Rytter, 1993)

Structural Health Monitoring

34° Convegno - Trieste - 17/19 novembre 2015

STEP 1: Valutazione della risposta strutturale in accelerazione all’ultimo livello

STEP 2: Definizione della matrice filtrante relativa al modo di vibrare considerato(tarata sul segnale registrato all’ultimo livello)

STEP 3: Convoluzione della matrice filtrante con la trasformata di Stockwell deisegnali registrati a tutti i livelli e lungo la stessa direzione

STEP 4: Determinazione della deformata modale nel tempo

Valutazione della curvatura modale

Descrizione della procedura di localizzazione

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STEP 1: Valutazione della risposta strutturale in accelerazione all’ultimo livello

Sensore

Descrizione della procedura di localizzazione

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STEP 2: Definizione della matrice filtrante relativa al modo di vibrare considerato(tarata sul segnale registrato all’ultimo livello)

Selezione manuale del modo fondamentale di vibrare

S5(τ,f)

Time (s)

Fre

quency (

Hz)

0 10 20 30 40 50 60 700

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Descrizione della procedura di localizzazione

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STEP 3: Convoluzione della matrice filtrante con la trasformata di Stockwell deisegnali registrati a tutti i livelli e lungo la stessa direzione

Accelerazioni ai vari livelli

Trasformata di Stockwellnormalizzata

Matrice filtrante

Tempo (s)

Fre

qu

enza

(H

z)

0 10 20 30 40 50 60 700

0.5

1

1.5

2

2.5

3

G (τ,f)

S5(τ,f)

S4(τ,f)

S3(τ,f)

S2(τ,f)

S1(τ,f)

S0(τ,f)

Convoluzione S(t,f)*G(t,f)0 10 20 30 40 50 60 70

-10

-5

0

5

10

AC

C. (m

/s2)

TEMPO (s)

FR

EQ

UE

NZ

A (

Hz)

0 10 20 30 40 50 60 700

1

2

3

Descrizione della procedura di localizzazione

34° Convegno - Trieste - 17/19 novembre 2015

0 10 20 30 40 50 60 70-10

-5

0

5

10

AC

C. (m

/s2)

TEMPO (s)

FR

EQ

UE

NZ

A (

Hz)

0 10 20 30 40 50 60 700

1

2

3

STEP 4: Determinazione della deformata modale e della relativa curvatura neltempo

Driftmassimo

C – Istante Finale

A – Istante Iniziale

A B C

B – Istante Minima Frequenza

Descrizione della procedura di localizzazione

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Riflessioni critiche

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-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

-0.6

Acce

lera

tio

n (

g)

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

-0.6

Acce

lera

tio

n (

g)

Time (s)

Fre

qu

en

cy (

Hz)

0 10 20 30 40 50 600

2

4

6

8

10

Time (s)

Fre

qu

en

cy (

Hz)

0 10 20 30 40 50 600

2

4

6

8

10

Time-Frequency Responsein X (Wall) Direction

Time-Frequency Responsein Z (Frame) Direction

iniziale finale

minima

Riflessioni critiche

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iniziale

minima

finale

2 4 6 8 10 12 14

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

Tempo[sec]

Sposta

menti[m

]

Spostamento isolatore 25

Spostamento calcolato

Spostamenti ottenuti con sismosignal

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Riflessioni critiche

di / dy

Fi

/ F

y

F

0,1∙F

u3∙u10∙u50∙u

Struttura a 3 piani Struttura a 5 piani Struttura a 8 piani

Puntone Equivalente Legame F - u

Modello con TamponaturaInput Sismici

Suolo D

Suolo B

Struttura a 5 piani - pianta a L

Applicazione della procedura di localizzazione

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C – Istante FinaleA – Istante Iniziale B – Istante di Minima FrequenzaStruttura a 5 piani

Struttura a 5 piani tamponata

Risultati

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Struttura a 3 piani

Struttura a 8 piani

Struttura a 5 piani - pianta a L

Risultati

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Struttura a 5 piani

Struttura a 5 piani tamponata

Risultati

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ELEMENTO TRAVE

BARRE ALLUMINIOELEMENTO PILASTRO

SENSORI ACCELEROMETRICI POSEIDONTRASDUTTORI

POTENZIOMETRICI

Modello sperimentale a 5 piani in scala 1:15

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Curvatura modaleDeformata modale Drift assoluto Variazione curvatura

Risultati Sperimentali

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Risultati Sperimentali

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Attività in corso: ottimizzazione della procedura

Struttura a 5 piani Struttura a 5 piani tamponata

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Attività in corso: ottimizzazione della procedura

La curvatura modale e la differenza di curvatura tra i piani riescono a dareinformazioni sulla posizione del danno e quindi a localizzare, in modo veloceed intuitivo, il livello dove questo si è concentrato maggiormente a seguito diun evento sismico, a partire dal solo dato accelerometrico.

Conclusioni

Tale opportunità risulta di fondamentale importanza sia per comprenderemeglio i meccanismi di danneggiamento delle strutture durante gli eventisismici, sia per mettere in atto strategie di localizzazione del danno basatesulla variazione istantanea della curvatura modale.

Le peculiarità del metodo possono rivelarsi utili per monitorare un grannumero di strutture strategiche, valutare in tempo reale l’eventualedanneggiamento degli edifici in caso di eventi sismici importanti e contribuirealla determinazione degli scenari di danno.

La differenza di curvatura modale risulta ben correlata al drift di piano: ciòpone le basi per valutare l’indice di danno direttamente dalla differenza dicurvatura e associare tali parametri a una stima del danno atteso,distinguendo i danni non strutturali da quelli strutturali.

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Sviluppi futuri

Estendere lo studio ad una più ampia casistica di tipologie strutturali,mediante simulazioni numeriche, modelli sperimentali in scala esperimentazioni su strutture reali, al fine di validare la procedura proposta efornire stime del danneggiamento sempre più accurate, considerando anchel’interazione dinamica suolo – struttura.

Il parametro differenza di curvatura modale merita ulteriori studi in quantorisulta essere indicatore di una possibile propensione alla concentrazione dideformazione e, quindi, al danneggiamento.

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Ottimizzazione della procedura di localizzazione del danno, riducendo ilnumero di stazioni accelerometriche installate sulla struttura, al fine dicontenere gli oneri computazionali e, soprattutto, i costi.

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GRAZIE PER L’ATTENZIONE