Effetti dello smorzamento proporzionale nella risposta dinamica strutturale

Stime dello smorzamento nelle strutture civili pongono un serio problema nella dinamica strutturale. Vi sono serie difficoltà di fornire misure accurate a partire da test dinamici. In presenza di azioni sismiche, gli spostamenti e le sollecitazioni in una struttura sono influenzati in maniera rilevante dalla sua capacità dissipativa. Nasce quindi l’esigenza di una valutazione accurata dei coefficienti di per una progettazione ottimale degli elementi strutturali.

Il presente lavoro ha analizzato e studiato il comportamento dello smorzamento viscoso proporzionale in presenza di danno nei sistemi strutturali. Le conseguenze derivanti dalla modellazione dei vari modelli delle forze dissipative adottati sono ricavate mediante la realizzazione di algoritmi in ambiente Matlab. Queste valutazioni sono applicate su di un caso studio di un telaio in c.a. deformabile a cinque livelli (5 gradi di libertà traslazionali). Lo studio dimostra che utilizzando un modello di proporzionale alla rigidezza tangente e con i coefficienti di proporzionalità basati sulle frequenze aggiornate non sono prodotte forze dissipative artificiali a differenza invece di modelli basati su rigidezza iniziale e coefficienti di proporzionalità basati sulle frequenze non aggiornate.

Va sottolineato che, soprattutto nelle strutture che hanno parti strutturali a elevata rigidezza, l’utilizzo di un modello di smorzamento rispetto ad un altro comporta una progettazione in molti casi differente. Allo scopo di ridurre i sovra smorzamenti artificiali, è stato realizzato uno studio della variazione della funzione smorzamento modale rispetto ad un valore prestabilito in fase progettuale.

Selezionando una quantità desiderata di smorzamenti e un range di frequenze tali da coprire i modi di vibrare di interesse, è computata la deviazione dell’effettivo smorzamento rispetto al valore mirato prima dell’analisi. In definitiva, è possibile controllare la variabile coefficiente di smorzamento modale e ridurre i sovra smorzamenti artificiali che si sviluppano durante l’analisi con modelli di smorzamento proporzionali alla rigidezza iniziale e rigidezza tangente.

Lo smorzamento e la sua funzione

Lo smorzamento rappresenta l’efficienza con cui una struttura dissipa l’energia immessa da un’azione come il sisma. Più precisamente è pari al rapporto tra l’energia dissipata in un ciclo di oscillazione e la massima energia accumulata nella struttura in quel ciclo. A differenza delle caratteristiche di massa e rigidezza, lo smorzamento non si riferisce a un fenomeno fisico unico ed è difficile per il progettista valutarlo, a meno che vengano introdotti nella struttura sistemi di dissipazione esterni.

La funzione dello smorzamento è quella di dissipare energia e limitare l’ampiezza delle vibrazioni forzate in una struttura. In tal caso, la capacità di smorzamento di una struttura può essere definita come la percentuale dell’energia totale di vibrazione persa in un ciclo. Numerosi studi sono presenti sulla valutazione dell’effetto dello smorzamento sul comportamento dinamico delle strutture e sulle modalità di inclusione nei modelli numerici. Lo smorzamento rappresenta ancora uno degli aspetti più complessi del comportamento strutturale, anche a causa dell’assenza di un modello matematico universale per la schematizzazione delle forze dissipative (Woodhouse,1998). Ci sono molti meccanismi di smorzamento quanti sono i modi di convertire l’energia meccanica in calore. In una struttura possono coesistere diversi meccanismi di smorzamento. Essi possono essere classificati come segue (Lagomarsino 1993):

• intrinseco al materiale strutturale;
• dovuto all’attrito nei nodi strutturali e tra elementi strutturali e non strutturali; e
• energia dissipata nel terreno di fondazione;
• aerodinamico o idrodinamico;
• introdotto da elementi di dissipazione attivi o passivi;

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  Effetti dello smorzamento proporzionale nella risposta dinamica strutturale (21,9 MiB)
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