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Ingegneria sismica

03BINMX

A.A. 2021/22

2020/21

Ingegneria sismica

Il corso si propone di fornire i principi e gli strumenti pratici per affrontare le problematiche principali dell’ingegneria sismica. Dopo una introduzione ai sistemi dinamici elementari, il corso propone soluzioni moderne alle questioni legate alla previsione della risposta dinamica e al progetto antisismico di manufatti e strutture. Le esercitazioni, numeriche e progettuali, saranno volte all’utilizzazione concreta degli strumenti più aggiornati della dinamica sismica e permetteranno di analizzare consapevolmente il quadro normativo di riferimento.

Ingegneria sismica

The course is intended to provide principles and practices involved in approaching current problems in earthquake engineering. After an introduction to the subject of dynamical systems, the course will present modern solutions to questions concerned with the seismic response of structures, as well as seismic design. Exercise lessons, consisting of both numerical and design applications, aim at introducing students to handling efficient structural dynamics tools, so helping them to competently use international standards and rules for earthquake resistant structures.

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- Conoscenza e capacità di comprensione dei problemi dinamici e sismici e della loro formulazione in chiave strutturale; - Conoscenza e capacità di comprensione delle metodologie di analisi del rischio sismico partendo dalla scala regionale fino a giungere a quella locale del singolo manufatto; - Capacità di sviluppare modelli per valutare la risposta e la sicurezza delle strutture rispetto alle azioni sismiche; - Utilizzazione delle conoscenze e capacità di comprensione degli strumenti e metodi di progetto antisismico.

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- Knowledge and understanding of problems in earthquake engineering and structural dynamics, and their formulation in a structural engineering context; - Knowledge and understanding of methodologies for the assessment of seismic risk from regional to local scale; - Applying knowledge and understanding of seismic design tools and methodologies.

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Conoscenze di base di matematica, meccanica e ingegneria strutturale, con particolare riferimento al corso di Tecnica delle Costruzioni.

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Basic knowledge of mathematics, mechanics and structural engineering.

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- Effetti del sisma sulle costruzioni (2 ore) - Sistemi dinamici a un sol grado di libertà (8 ore) Risposta dell'oscillatore lineare smorzato a eccitazione armonica, periodica e oscillante aperiodica: analisi nel dominio della frequenza e del tempo. Risposta dinamica a eccitazione casuale: correlazione e covarianza temporale; densità di potenza spettrale; funzioni di trasferimento. Spettri di risposta. Valutazione sperimentale dello smorzamento. Analisi nel dominio del tempo con integrazione al passo. Fondamenti di isolamento sismico. - Sistemi dinamici a più gradi di libertà (6 ore) Analisi modale di sistemi discretizzati. Sistemi non-classicamente smorzati. Sistemi monodimensionali continui. Impiego di FEM in campo dinamico e sismico. Cenni di analisi modale sperimentale. - Cenni di sismologia e rischio sismico (8 ore) Concetti di sismologia applicata, leggi di attenuazione e scale sismiche. Stima della pericolosità sismica, metodo di Cornell. Vulnerabilità ed esposizione. - Analisi di strutture in zona sismica (8 ore) Oscillatore elasto-plastico e domanda di duttilità. Spettri di risposta di progetto. Analisi statica lineare e non-lineare, analisi modale con spettro. Analisi della risposta con terremoti artificiali nel dominio del tempo e della frequenza. - Progettazione strutturale in zona sismica (12 ore) Esperienze apprese dai recenti terremoti: costruzioni in muratura, cemento armato, legno, acciaio. Duttilità globale e capacity design. Duttilità locale e dettagli costruttivi in zona sismica. Edifici in cemento armato. Edifici esistenti in muratura. Dispositivi e sistemi di controllo passivo, ibrido, semiattivo e attivo. Monitoraggio dinamico e sismico. Protezione sismica dei beni culturali.

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- Single degree of freedom (SDoF) systems (8 h) Response of the damped linear oscillator to harmonic and periodic excitation. Response to arbitrary excitation: frequency domain and time domain analysis. Response to stochastic excitation: temporal correlation and covariance; power spectral density; transfer functions. Response spectra. Experimental evaluation of damping. Direct integration of the equations of motion, time stepping methods. Basic concepts of seismic isolation. - Multiple Degree Of Freedom (MDoF) systems (6 h) Modal analysis of discretized systems. Non-classically damped systems. Distributed mass systems. Use of FEM in earthquake engineering and dynamics. Concepts of experimental modal analysis. - Analytical dynamics (4 h) Hamilton’s principle and Lagrange’s equations - Seismic risk (6 h) Concepts of applied seismology, attenuation relationships and seismic scales. Seismic hazard analysis, Cornell’s method. Vulnerability of exposed values. - Structural analysis in seismic areas (8 h) Elastoplastic oscillator and ductility demand. Design response spectra. Linear and non-linear (push-over) static analysis. Modal analysis: response spectrum analysis; response history analysis with artificial accelerograms; frequency response analysis with spectral energy. - Earthquake resistant building design (12 h) Experiences learned from recent earthquakes: masonry, reinforced concrete, steel etc. Global ductility criteria and capacity design. Local ductility criteria and structural detailing for seismic areas. Rules for reinforced concrete buildings. Rules for existing masonry buildings. Systems and devices for passive, hybrid, semiactive and active control. Dynamic and seismic monitoring. Seismic protection of cultural heritage assets.

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Sono previste esercitazioni di tipo numerico e progettuale. Le esercitazioni in aula sono dedicate ad applicazioni numeriche finalizzate all’analisi della risposta dinamica e sismica di strutture semplici. Le esercitazioni progettuali prevedono attività di assistenza durante le quali saranno fornite le indicazioni necessarie per sviluppare un progetto completo, con relazioni di calcolo ed elaborati grafici, della struttura di un edificio sito in zona sismica. Il lavoro progettuale viene sviluppato a partire da elaborati di tipo architettonico.

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Both numerical and design applications will be developed. Students will be introduced to Matlab libraries and tools for solving earthquake engineering and dynamics problems. - Calculation of the dynamic and seismic response of elementary structures, in time and frequency domains. Seismic isolation and vibration reduction. (16 h) - Modal analysis: application to the dynamic response of framed structures subjected to real or artificial ground motions. (10 h) - Multi-modal response spectrum analysis in accordance with Eurocode 8. Application to the seismic design, adaptation, or control of a building. (20 h)

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Testi di riferimento: Normativa italiana ed europea per le costruzioni in zona sismica. Dispense del corso di Ingegneria Sismica. Testi di consultazione: - Dynamics of structures / Ray W. Clough, Joseph Penzien, 1993. - Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering/ Anil K. Chopra, 2005. - Fundamentals of earthquake engineering / Nathan M. Newmark, Emilio Rosenblueth, 1971. - Theoretical and experimental modal analysis/ Nuno MM Maia, Julio MM Silva, 1997. - Reinforced concrete structures / R. Park, T. Paulay, 1990 - Criteri di progettazione antisismica degli edifici / L. Petrini, R. Pinho, G.M. Calvi, 2004 - Progetto antisismico di edifici in cemento armato / E. Cosenza, G. Magliulo, M. Pecce, 2004 - Analisi sismica per livelli di conoscenza del patrimonio architettonico / Rosario Ceravolo, Giacomo V. Demarie, 2009

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Reference textbooks: Italian and European standards for constructions in seismic areas Lecture notes of the Earthquake Engineering course. Other readings: - Dynamics of structures / Ray W. Clough, Joseph Penzien, 1993. - Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering/ Anil K. Chopra, 2005. - Fundamentals of earthquake engineering / Nathan M. Newmark, Emilio Rosenblueth, 1971. - Theoretical and experimental modal analysis/ Nuno MM Maia, Julio MM Silva, 1997. - Reinforced concrete structures / R. Park, T. Paulay, 1990 - Analisi sismica per livelli di conoscenza del patrimonio architettonico / Rosario Ceravolo, Giacomo V. Demarie, 2009

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;

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Le modalità dell'esame orale in videocomunicazione saranno conformi al D.R. 217 del 28 febbraio 2020. Per la partecipazione all'esame lo/a studente/ssa deve essere dotato/a di mezzi adeguati: personal computer dotato di webcam o tablet, browser, connessione di rete adeguata allo svolgimento di una videoconferenza.

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Exam: Compulsory oral exam; Group project;

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The modalities of the oral exam in video communication will comply with the D.R. 217 of February 28, 2020. In order to take the exam, the student must have appropriate tools: personal computer with webcam or tablet, browser, network connection suitable for carrying out a video conference.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;

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Le modalità dell'esame orale in videocomunicazione saranno conformi al D.R. 217 del 28 febbraio 2020. Per la partecipazione all'esame lo/a studente/ssa deve essere dotato/a di mezzi adeguati: personal computer dotato di webcam o tablet, browser, connessione di rete adeguata allo svolgimento di una videoconferenza.

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Exam: Compulsory oral exam; Group project;

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The modalities of the oral exam in video communication will comply with the D.R. 217 of February 28, 2020. In order to take the exam, the student must have appropriate tools: personal computer with webcam or tablet, browser, network connection suitable for carrying out a video conference.



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