AUTORE: Ing. Fabrizio Fossi
TUTORS: Ing. Marco Zucca, Ing. Marco Bellini
TIROCINIO: Ing. Marco Bellini
MASTER: Master in “Progettazione sismica delle strutture per costruzioni sostenibili” a.a. 2020/21
Oggetto del presente lavoro di tesi è l’analisi di vulnerabilità di un ponte ad arco in calcestruzzo armato.
Il ponte in esame si sviluppa per una lunghezza totale di circa 90 m ed è costituito da tre campate di uguale lunghezza (30 m). La struttura portante è composta da travi ad arco di altezza variabile, collegate mediante sottili piastre ad arco in calcestruzzo armato, sostenute da spalle e pile in calcestruzzo e pietrame. L’impalcato, composto da una piastra in calcestruzzo armato sostenuta da un graticcio di travi, è collegato alle travi ad arco mediante pilastri a sezione variabile e puntoni diagonali che ridistribuiscono i carichi sulle pile.
L’analisi di vulnerabilità sismica è stata condotta con un modello tridimensionale agli elementi finiti realizzato impiegando il software di calcolo Midas Gen. Le travi principali ad arco, gli elementi di collegamento delle stesse, la soletta dell’impalcato, le pile e le spalle sono state modellate con elementi plate mentre il graticcio di travi dell’impalcato, i pilastri ed i puntoni sono stati modellati come elementi di tipo beam.
L’intera struttura è stata vincolata alla base delle pile e delle spalle bloccando i gradi di libertà Dx, Dy e Dz.
Vista generale del modello FEM
Le analisi condotte considerando come carichi agenti quelli previsti dalla normativa vigente hanno evidenziato che il ponte non garantisce sufficienti prestazioni sia in condizioni statiche (SLU) che in condizioni sismiche (SLV).
L’effettiva capacità del ponte è stata quindi investigata mediante un procedimento iterativo consistente nella progressiva riduzione dell’intensità dei carichi agenti fino alla valutazione di un livello di sicurezza ritenuto accettabile.
Il risultato a cui si è pervenuto è che la struttura è in grado di sopportare il 30% delle azioni da traffico e il 25% del sisma di progetto, condizioni di sicurezza in entrambi i casi ottenibili prevedendo interventi di rinforzo delle travi ad arco, per le quali le verifiche risultano localmente non soddisfatte.
FOR INTERNATIONAL STUDENTS:
This work describes the seismic vulnerability assessment of a reinforced concrete arch bridge.
The bridge consists of three spans of equal length (30 meters each) with a total length of 90 meters and is supported by two reinforced concrete abutments at both ends and by two concrete piers.
Its main structural elements are reinforced concrete arch beams of variable height connected by concrete thin plates.
The deck, composed by a reinforced concrete slab and supported by longitudinal and cross concrete beams, is connected by columns and diagonal strut elements to the concrete arch beams.
In order to perform a seismic vulnerability assessment of the bridge, a 3D finite element model (FEM) of the structure was developed in the Midas Gen Software.
The concrete arch beams, thin plate connection, slab, piers and the abutments were modeled with plate finite elements whereas the deck beams, the columns and the struts were modeled with beam finite elements.
The seismic vulnerability assessment conducted determined that the bridge does not have sufficient capacity to either support vertical loads (SLU) or for seismic action (SLV).
In order to evaluate the effective load capacity of the bridge, several numerical assessments were performed through an iterative procedure consisting in the progressive reduction of the intensity of the applied loads.
The result show that an acceptable level of safety is reachable foreseeing 30% of the traffic load and the 25% of the overall design seismic action.