Isolamento Sismico di Ponti con Irregolarità

This thesis deals with seismic behaviour of bridges and isolated viaducts. Today this passive protection system is being more and more used especially in so-called “strategic” structures. In particular, this work is focused on irregular bridges not included within simplified theories and it is compartmentalized in two parts, as reported in the following. In the first part, general aspects of the seismic behaviour of bridges and their historically known vulnerability are illustrated. The main differences between the seismic design of bridges and buildings, characterized by very different geometry, are also defined. Then, the main devises used in isolated bridges are illustrated. Finally, modelling methods as well as available analysis and assessment methods for seismic isolated systems, according to national standards and Eurocodes, are reported and commented. In the second and more practical part, two different study cases with different isolators (elastomeric bearings and friction pendulum devices) and different isolation strategies, both concerning viaducts with continuous composite still girders, are analyzed. The first case study regards PRSI bridges (Partially Restrained Seismically Isolated) where the irregularities mainly concern the constrain system rather than the bridge geometry. For this typology, a design method has been developed and applied, able to provide a support for the preliminary design of this kind of isolated structures and to shows the main advantages due to the adoption of this approach instead of the total insolation approach. The second case study regards BDSI bridges (Bi-Directional Seismically Isolated) and, in particular, a bridge with remarkable longitudinal development and piers with different height and stiffness. For this study case the effects related to the irregular geometry and stiffness distribution have been investigated, by especially focusing on the piers modelling in order to account for the effects due to their cracking. For both the study cases, an analysis concerning the influence on the seismic response of the seismic input variability as well as the variability of the isolation system properties has been carried out.

La presente tesi affronta lo studio di ponti e viadotti isolati sismicamente. Oggi questa tecnica di protezione passiva ha visto un sempre maggior impiego soprattutto in quelle opere che si possono definire “a carattere strategico”. In particolare il presente lavoro riguarda i ponti con irregolarità non inquadrabili in teorie semplificate e si articola in due parti. Nella prima parte della tesi, a carattere generale, vengono illustrati gli aspetti generali del comportamento sismico dei ponti con quelle che possono essere definite le maggior vulnerabilità storicamente riscontrate. Vengono altresì definite le principali differenze a livello progettuale tra l’isolamento sismico dei ponti e di edifici, caratterizzati da geometrie generalmente molto differenti. Si illustrano quelli che sono i principali dispositivi che permettono la realizzazione di un ponte isolato. Infine vengono presentati i metodi di modellazione ed analisi utilizzabili nello studio dell’isolamento sismico oltre che i metodi di verifica a disposizione che fanno riferimento sia alle normative nazionali e/o agli Eurocodici. Nella seconda parte, di carattere applicativo, sono stati trattati i due differenti casi studio con tecnologie diverse (isolatori HDRB e Friction Pendulum) e con strategie di isolamento diverse ma riguardanti comunque viadotti a travata continua con impalcato a sezione mista acciaio-calcestruzzo. Il primo caso studio riguarda i ponti PRSI (Partially Restrained Seismically Isolated) in cui le irregolarità interessano per lo più i sistemi di vincolo, piuttosto che la geometria. Per questa tipologia è stato messo a punto un metodo di progetto capace di fornire un supporto alla progettazione preliminare di questo tipo di strutture e in grado di evidenziarne i principali vantaggi ne derivano dall’adozione di questo approccio in luogo di un isolamento totale. Il secondo caso studio riguarda ponti BDSI (Bi-Directional Seismically Isolated) su un opera a notevole sviluppo longitudinale e con pile a differente altezza. Per questo caso studio sono stati indagati sugli effetti legati ad all’irregolarità della geometria e della distribuzione di rigidezza, con degli approfondimenti sulla modellazione delle pile per tener conto degli effetti legati fessurazione. Per entrambi i casi studio è stato fatto un approfondimento sull’influenza sulla risposta sismica della variabilità dell’input sismico e delle proprietà del sistema di isolamento.