Autore: Filippo Conti
Relatori: ing. Diego Bruciafreddo, prof. Pietro Crespi
Azienda: Thermoengineering s.r.l.
Master: Progettazione sismica delle strutture per costruzioni sostenibili a.a. 2014-2015
Il seguente lavoro ha trattato la progettazione di una Steel Stack Derrick Supported dotata di uno smorzatore a massa accordata per ridurre le vibrazioni trasversali e longitudinali indotte dal vento. Attraverso l’esecuzione di analisi in Time History si è studiato il comportamento del Tuned Mass Damper nei confronti di un’eccitazione armonica (propria dell’azione da vento trasversale) e sismica. Essendo la struttura oggetto di studio dotata di uno smorzamento strutturale molto basso, si è verificato che, per un’eccitazione armonica con frequenza pari a quella del primo modo di vibrare, gli spostamenti in sommità risultano significativi e di fondamentale importanza in quanto si innesta il fenomeno di risonanza. Il TMD, accordato per la frequenza del primo modo di vibrare della struttura è in grado di mitigare questi spostamenti grazie all’apporto di smorzamento equivalente alla struttura. La struttura dotata di Tuned Mass Damper si comporta come previsto da letteratura: si formano due picchi di amplificazione della risposta adiacenti alla frequenza del primo modo, e la loro amplificazione risulta essere all’incirca la stessa, segno che il dispositivo è stato progettato secondo i parametri di Optimum. Lo smorzamento equivalente apportato dal TMD all’intero sistema strutturale è stato valutato pari circa al 7,5%, minimo valore che si ottiene per forzanti armoniche con frequenza pari a quelle di picco del TMD. Ne consegue che la progettazione del TMD con obiettivo di apportare uno smorzamento equivalente pari all’8% è stato raggiunto e che la progettazione degli elementi strutturali considerando uno smorzamento pari al 5% è in favore di sicurezza. Si è indagata inoltre la risposta strutturale al variare di tre differenti distribuzioni di carico, proporzionale al primo modo, costante e triangolare superiore, fatte variare con leggi sinusoidali. Le risposte ottenute dimostrano che i risultati fondamentali non variano in funzione della distribuzione di carico applicato, essendo sia le amplificazioni dello spostamento in sommità, sia la smorzamento equivalente apportato, praticamente coincidenti. Si è confermato che il TMD apporta beneficio per un’eccitazione armonica con frequenza nell’intorno della frequenza di “tuning” ma che risulta praticamente ininfluente per eccitazioni armoniche con frequenze nell’intorno del secondo modo.
Ulteriore indirizzo di ricerca è stato analizzare il sistema soggetto ad un set di accelerogrammi spettro-compatibili con quello di normativa utilizzato nella progettazione. Le analisi effettuate hanno evidenziato che il beneficio apportato dal TMD in termini di massimo spostamento in sommità è molto variabile in funzione dell’accelerogramma considerato. Questo deriva dal fatto che gli accelerogrammi hanno un contenuto in frequenza molto ampio che coinvolge numerosi modi di vibrare della struttura. Essendo il TMD risultato efficace sostanzialmente solo per la frequenza di “tuning”, il beneficio che si ottiene in ambito sismico è in funzione del contenuto in frequenza dell’accelerogramma. La riduzione media di spostamento è valutabile attorno ad un 30%, variando tra 11% e un 58% nel caso di analisi con struttura priva di smorzamento.
Le analisi per eccitazione sismica sono state ripetute variando i parametri fondamentali del TMD, passando dai valori ottimali per forzante armonica a parametri ottimali per forzante sismica. I risultati ottenuti dimostrano che le differenze in termini di spostamenti in sommità rimangono sostanzialmente le stesse.
Particolare costruttivo del TMD