TMD Optimization and Pushover Analysis of Chimneys

FIG 3

Autore: ing. Federico Russotto Calandrini
Relatori: ing. Marco Vincenzo Valente
Azienda: Dipartimento A.B.C. – Politecnico di Milano
Master: Progettazione sismica delle strutture per costruzioni sostenibili  a.a. 2015-2016

A partire dagli anni ’50, le ciminiere industriali sono state realizzate in calcestruzzo armato anziché in muratura, venendo incontro alle esigenze impiantistiche ed ambientali per le quali si necessitava di raggiungere altezze superiori a 100 m e collocare, all’interno della “pelle” esterna (anche detta “shell”),  un maggior numero di camini (anche fino a quattro). La progettazione strutturale di tali ciminiere veniva condotta secondo la normativa vigente all’epoca che non teneva conto dell’azione sismica. Poiché tali ciminiere sono presenti in zone attualmente classificate sismiche secondo la normativa italiana, devono essere oggetto di un miglioramento strutturale. A tal fine, in questa tesi si indaga l’utilizzo di smorzatori a massa accordata (TMD) con i quali il miglioramento viene approcciato secondo il metodo energetico: il sistema ciminiera con TMD ha uno smorzamento maggiore rispetto alla sola ciminiera ed il periodo di tale sistema si sposta sullo spettro elastico in modo da ottenere una minore accelerazione sollecitante di progetto. Pertanto, considerando n.8 ciminiere esistenti, per mezzo di analisi dinamiche lineari, si evidenziano i miglioramenti  nei due casi “ciminiera” e “ciminiera con TMD”, in termini di taglio alla base, momento alla base e spostamento in sommità.

Le grandezze principali del TMD (massa, smorzamento e rigidezza), a partire dall’analisi agli autovalori, vengono calcolate secondo le formulazioni di letteratura (Ormondroyd, Den Hartog et al.) e, quindi, ottimizzate applicando sette accelerogrammi spettro-compatibili ad entrambi i suddetti casi.  I benefici del TMD sono anche mostrati in termini di smorzamento equivalente, attraverso l’applicazione di forzanti sinusoidali.

Il miglioramento strutturale viene analizzato anche con analisi statiche non lineari nelle quali si considera, per le diverse sezioni delle ciminiere, una riduzione di rigidezza calcolata a partire dai diagrammi momento – curvatura delle sezioni stesse. Tramite tali analisi è possibile individuare anche il limite di funzionamento del TMD. A conclusione delle diverse tipologie di analisi, i risultati ottenuti in termini di taglio, momento e spostamento sono classificati anche in funzione di alcuni parametri caratteristici delle ciminiere: la snellezza geometrica, il coefficiente di rastremazione ed il peso complessivo (strutturale e non) distribuito lungo l’elevazione della ciminiera.

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