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PONTI ED EDIFICI -
APPLICARE LE ANALISI PREVISTE DALLE
NUOVE NORMATIVE TECNICHE
Modellazione di edifici e ponti in muratura esistenti
Utilizzo del Modello “Strumas” (Structural Masonry, Prof.Pande, Swansea)
Esempi di analisi Pushover di edifici con schemi a Telaio Equivalente (metodo
SAM, prof. Magenes). Un esempio di procedura guidata
Ing. Luigi Griggio
ESEMPI
S
GUIDATI
GU
DI PONTI
O
IN
MURATURA
1)
USO DEL MODELLATORE
Midas/Fx+
DISEGNO DEL PONTE TRAMITE LINEE, SUPERFICI E SOLIDI DIRETTAMENTE NEL
MODELLATORE-MESHATORE
MODELLATORE
MESHATORE FX +
(per geometrie complesse)
Opzione: importazione del disegno da standard tipo dxf o da altri standard
Nel seguente esempio si vedono generate 12 curve e 3 superfici (spalla sx, spalla dx, arcata)
2) AUTOMESHING in Midas/Fx+
MESHATURA AUTOMATICA CON MESH DI TIPO STRUTTURATE E NON
Opzione: MESH DI TIPO QUADRANGOLARE e selezione della densità di mesh a piacere dell’utente lungo i lati scelti
Nel seguente esempio si vede mesh di tipo strutturata per le spalle e non strutturata per l’arcata
3) ESTRUSIONE DELLA MESH lungo lo spessore
dell’arco
4) ESTRUSIONE DELLA MESH lungo linee guida
qualsiasi
5) ESPORTAZIONE DIRETTA DEL MODELLO IN
Midas/Gen
6) ASSEGNAZIONE DELLE CONDIZIONI AL CONTORNO (boundary) quali:
Vincoli o molle di interazione con il terreno
Nell’esempio inserimento automatico di molle alla Winkler (con calcolo automatico della rigidezza) applicate direttamente agli
elementi solidi
Upgrade Contents
Nonlinear Point Springs
• Compression-only/Tension-only and Multi-Linear Type point springs
have been added.
Model > Boundary > Point Spring Support
Effects & Usage
• Linear, Multi-Linear and Compression-only springs can be used for
g the soil structure interaction e.g.
g integral
g bridge.
g
modeling
• By using Multi-Linear (Bi-Linear) springs, the effects of temperature,
braking and acceleration in rail structure interaction can be determined.
Point Spring Support
Multi-Linear Point Spring Support
Compression-only/Tension-only
Point Spring Support
Auto generation of Nonlinear Springs for Integral Bridge Analysis
Model > Boundaries > Integral Bridge Spring
S
S
Support
Upgrade Contents
• Generate
G
t nonlinear
li
springs
i
tto representt th
the stiffness
tiff
off the
th backfill
b kfill and
d soilil
Effects & Usage
• Models the abutment-soil interaction as compression-only springs and the
soilil adjacent
dj
t tto piles
il as nonlinear
li
springs.
i
N
Nonlinear
li
characteristics
h
t i ti off springs
i
over the pile height is automatically varied.
• Linear, compression-only and Multi-Linear springs are automatically
assigned to nodes depending upon the spring direction.
• By selecting the abutment and pile elements and entering geometry data
(ground level, abutment height, deck length, etc.) and soil properties, the
spring stiffness at each node is automatically calculated.
Define compression-only
springs for abutment backfill
Define nonlinear springs for the
soils adjacent to piles
Integral Bridge Model
Inserimento dei parametri del terreno Kx, Ky, Kz (molle lineari alla Winkler)
7) ASSEGNAZIONE DEI CARICHI quali :
•
•
•
•
peso proprio struttura tramite la gravità e la densità dei materiali - Self weigt
spinta laterale del terreno sulle spalle
carico accidentale corrispondente al carico trasmesso da 2 assi posteriori di 40 ton su un’area
opportuna di influenza disposti in diverse posizioni
SPINTA TERRA
CARICHI DA 40 TON - P1 – P2 ( NON vanno combinati assieme)
STRUMAS
-
Masonry Material Models
Model > Property > Plastic Material
Related post
post-processor
processor
● Results > Stresses > Solid Stress
Yield status
at each step
C
Comment
t&R
Reference
f
Brick Material
Bed Joint Material
●
Applicable only to 8-node Solid elements
●
MIDAS/Gen Online Manual V.720
- Refer to Model > Property
p y > Plastic Material
Head Joint Material
Geometry of Masonry Panel
8) IMPUT DELLE CARATTERISTICHE DEI MATERIALI
Bl
Blocchi
hi (E,
(E P
Poisson,
i
resistenza
i t
a ttrazione
i
d
dell bl
blocco, factor
f t R)
Legante – malta - orizzontale (E, Poisson, resistenza a trazione del blocco, factor R)
Legante – malta - verticale (E, Poisson, resistenza a trazione del blocco, factor R)
Dimensione dei blocchi e spessori degli strati di malta
9) DEFINIZIONE DELLE ANALISI NON LINEARI –
STATICHE
Inserimento della sequenza di carico dei vari load case
Analysis – Nonlinear Analysis control
Settare Material NonLinear
Settare gli step di carico dei vari load case
10) LANCIO DELL’ANALISI Nonlineare
Il sw esegue in questo caso analisi per i 4 casi di carico
Il caso di carico 4 in modo indipendente
Il caso 1+2+3 in modo sequenziale
11) VALUTAZIONE DEI RISULTATI DELLE ANALISI Nonlineari
Result – Stresses – Solid stresses
Load case – perm – nl step-2
Le crociette nere “yield Point” indicano la rottura per trazione nei punti gauss dei
vari elementi
A) MODELLO di un ponte a 2 campate con Midas/Fx+
DISEGNO DEL PONTE TRAMITE LINEE, SUPERFICI E SOLIDI DIRETTAMENTE NEL
MODELLATORE MESHATORE FX +
MODELLATORE-MESHATORE
(geometria complessa)
B) ESPORTAZIONE MODELLO FEM
in Midas/Gen
• Importato il modello si segue la procedura riportata nei punti da 1 …… 11
dell’esempio precedente
Spinta terreno applicata alle spalle
Carico permanente applicato all’estradosso del ponte con valore variabile
linearmente da un minimo in chiave arco ad un massimo ai reni per effetto
d ll variazione
della
i i
di altezza
lt
Carico accidentale P1 dovuto alle presenza di 2 carichi da 40 ton cadauno (4
assix 40 ton) su un’area di influenza di circa 6m x 4m trasformato in carico
equivalente
i l t di
distribuito
t ib it di 3500 d
daN/mq
N/
(80000/(6
(80000/(6x4=3333
4 3333 = circa
i
3500 d
daN/mq)
N/ )
POSIZIONE 1
POSIZIONE 2
Menù ad albero con indicazione dei casi di carico elementari
Inserimento della sequenza di carico
Pp + spinta terra sulle spalle
Carico permanente portato
Carico accidentale P1
Result – Stresses – Solid stresses
Load case – perm – nl step-2
Le crociette nere “yield Point” indicano la rottura per trazione nei punti gauss dei
vari elementi
Da notare l’insorgere di rotture in corrispondenza delle zone esterne del ponte
Result – Stresses – Solid stresses
Load case – Q1 – carico da 40+40 ton – nl step-2
step 2
ESEMPIO DI MODELLAZIONE
COMPLESSA DI UN VIADOTTO
ESISTENTE
SS
IN C
CAP
AL FINE DELLA VERIFICA SECONDO
LA NUOVA NORMATIVA SISMICA e
alla nuova classificazione
Ingg:
Luigi Griggio
Roberto Boscolo
Viadotto pluri campate in curva
Modellazione di dettaglio dei particolari per
una valutazione corretta delle frequenze e
d ll rispettiva
della
i
tti risposta
i
t sismica
i i
Modellazione dei contatti trave trave
link elastici
General Link - tipologie di isolatori e smorzatori Non lineari
Tipologia “Viscoelastic Damper - Maxwel Model”
Tipologia “Viscoelastic Damper - Kelvin Model”
Tipologia “Viscoelastic Damper - assemblato Maxwel + Kelvin”
Tipologia “ Hysteretic System ”
Tipologia “ Lead Rubber ”
Tipologia “ Friction Pendulum ”
Addition of Linear Constraints function
Model > Boundaries > Linear Constraints
Upgrade Contents
• The Linear Constraints function is newly implemented to constrain a specific
node to subordinate to the movements of certain nodes.
Effects & Usage
•Rigid Link can be applied in terms of global axis only.
only Using Linear
Constraint, it enables to constrain displacement/rotation between nodes in
terms of any axis as well as global axis.
Linear Constraint Display
Explicit Type
Weighted Displacement Type
5. Limit Strength for Tension only/Compression only Truss
Model > Elements > Create Elements
Upgrade Contents
P
• Addition of Limit Strength for Tension only/Compression
only Trusses.
Tensile
Force Limit
u
Effects & Usage
•An additional method of representing material nonlinearity.
Both Tension only / Compression only limits are provided.
P
u
Compressive
Force Limit
Applicazione di rigid o elastic “link”
per la connessione dei vari punti del
modello
Altro modello di ponte rettilineo a più campate
modello di
dettaglio
del
basamento
delle pile
con pali di
fondazione
Interazione
3D terreno
struttura
ESEMPIO DI MODELLAZIONE
COMPLESSA
CO
SS DI U
UN VIADOTTO
O O
CON STRUTTURA MISTA
ACCIAIO - CLS
7. Tapered Composite Beam Section
Model > Properties > Section (Tapered Section)
Upgrade
g
Contents
• Addition of tapered sections for composite beams
Effects & Usage
• allows modeling of composite girder by simply specifying dimensions of
desired tapered section.
Examples of Tapered Composite Girder
4. Input of Reinforcement in a Composite Section
Model > Properties > Reinforcement of Sections
Upgrade Contents
• Input the reinforcement data of composite section
• Define the Cracked Section
Effects & Usage
• The effect of reinforcement on stiffness calculation is considered.
• When Cracked Section is defined, the concrete section in negative
moment region is ignored and only the reinforcement is considered for
analysis.
• Can be used in the analysis for a Composite Plate Girder Bridge
5. Multiple elastic moduli for Composite Sections
Upgrade Contents
Model > Properties > Sections
• Input
p multiple
p elastic moduli, which will be applied
pp
to different cases, for
the calculation of composite section properties.
Effects & Usage
• Without p
performing
g construction stage
g analysis,
y
the variation of the
elastic modulus can be considered for creep and shrinkage analyses.
• Varying stiffness property of post-composite section can be applied to
different load cases using ‘Boundary Change Assignment to Load
Cases/Analyses’.
Section properties of post-composite section calculated using ‘Long Term’
and ‘Shrinkage’ elastic modular ratios
1. Composite Plate Girder Design as per EN1994-2
Design > Composite Plate Girder Design
Composite Plate Girder Modeling
Upgrade Contents
• Composite Plate Girder Design as per EN1994-2 is newly
implemented.
Effects & Usage
EC4 Composite Plate Girder Design Parameter dialog
•Bending Resistance
•Resistance to Vertical Shear
•Resistance to Lateral-torsional Buckling
•Resistance to Transverse force
•Resistance to Longitudinal Shear
•Resistance to Fatigue
Composite Plate Girder Result Table
11. Section stiffness reflecting steel reinforcement in the construction stage
Model > Properties > Section > Composite
Model > Properties > Reinforcement of Sections
Load > Construction Stage Analysis Data > Composite Section for C.S.
Upgrade Contents
• Steel reinforcement entered in the deck of composite plate girder is
considered in the construction stage analysis
analysis.
Effects & Usage
• Cracked section properties of plate girders at the support region
can be applied to the construction stage analysis. Stresses of steel
reinforcement are calculated and provided in the table.
ESEMPIO DI MODELLAZIONE
DI U
UN VIADOTTO
O O IN C.A.P
C
A CASSONE
MONO o PLURICELLULARE
ESEMPIO DI MODELLAZIONE
DI UN PONTE IN C
C.A.P
AP
A CASSONCINI PREFABBRICATI E
SOLETTA COLLABORANTE
MODELLO PER PROVA DI COLLAUDO
9. European PSC Section DB
Model > Properties > Section (PSC -Value )
Upgrade
g
Contents
• Addition of the most frequently-used PSC Sections from the UK and
Italy.
Effects & Usage
g
• The section DB can be effectively used in modeling of concrete PSC
composite girder coupled with Composite-PSC Section Type
PSC Sections for UK and Italy
8. Composite Section Definition with PSC-Value Type
Model > Properties > Section (Composite )
Upgrade
g
Contents
• Addition of Composite-PSC Section by using pre-defined PSC-Value
Type.
Effects & Usage
g
• The bottom section of the composite girder can now be defined by
an arbitrary section in addition to currently implemented T and I
Sections.
Example of Composite-PSC Type Girder
ROAD AND TRAMWAY VIADUCT
BETWEEN PIERS PS3-PS4
3D-FEM ANALYSIS AND DESIGN WITH THE SUPPORT
OF Midas Civil SOFTWARE
Ruggero Cervellini eng, CEO
Andrea De Zotti eng
TABLE OF CONTENTS
ƒ
Description of 3D-FEM models
To take account the actual behaviour of the structure during the
earthquake, a very detailed model has been developed. A semplification
of the last one can be while used for the static analysis.
ƒ
Time History analysis
The core analysis performed.
ƒ
Moving Load analysis
Using the actual load train from Romanian standard.
ƒ
Construction Stage analysis
Bridging each viaduct from PS4 to PS3.
Description of 3D-FEM models
Piers
The figures below show type of elements used in piers modelling. As shown, the Rigid Link
collect deck’s axis to top of damping device, bottom of pier and top of piles to plinth axis (plate
elements). General Link to perfectly describe the behaviour of damping device are used. Also
the plinth are developed keeping the actual shape in order to value the mass subject to
earthquake.
MODELLO di un MURO DI SOSTEGNO Curvo modellato con Midas/Fx+
DISEGNO TRAMITE LINEE, SUPERFICI E SOLIDI DIRETTAMENTE NEL
MODELLATORE MESHATORE FX +
MODELLATORE-MESHATORE
(geometria
(
t i complessa)
l
)
ESPORTAZIONE MODELLO FEM
in Midas/Gen
Assegnazione di kx,ky,kz di contatto con il terreno
Assegnazione della spinta del terreno con andamento lineare crescente dall’alto
al basso con legge
P = (Po+ gxHxKa)
VEDREMO I RISULTATI
PIU’ AVANTI
Muro di sostegno modellato come “ PLANE STRESS “
Impostazione delle analisi
Yield Point - Stress - per
step 1 - 0.5 H
Yield Point - Stress - per step 2
0.75 H
Yield Point - Stress - per step 3 1 H
Yield Point - Stress - per step 4
1.5 H
Yield Point - Stress - per step 5
2.0 H
Yield Point - Stress - per step 6
2.5 H
Yield Point - Stress - per step 7
3.0 H
Rottura complessiva alla base del muro - step 10 - 4.5 H
RISULTATI DEL MODELLO
MURO CURVO
Yield Point - Stress - step 1 - 0.5 H
Yield Point - Stress - step 2 - 0.75 H
Yield Point - Stress -
step 2 -
1.0 H
DIGA A GRAVITA’
Formata da BLOCCHI DI CALCESTRUZZO INERTE APPOGGIATI SU
STRATI DI MALTA
Altezza DIGA
100 m
Battente acqua 80 m
Dimensione base 78 m
Incrementi di spinta
p
: 0,10
, – 0,20
, – 0,30
, – 0,40
, – 0,50
, – 0,75
, – 1,0
, -1,3
, – 1,5
,
GRAZIE
DELL
DELL’ ATTENZIONE
Ing. Luigi Griggio