Sistemi minimi per la progettazione sismica di ponti con diverse soluzioni per lo schema di vincolo

The seismic behaviour of a bridge is mainly governed by the connection system (“bearings layout”) designed between the superstructure (bridge deck) and the substructures (piers and abutments). The choice of the “bearings layout” represents the critical point of the seismic conceptual design of a new bridge and acquires great significance for an effective design of the strengthening interventions on an existing bridge, with repercussions of the costs. The solutions available for the structural designer are various. Beside the traditional solutions that encompass fix, uni- and multi-directional bearings, nowadays the commercial seismic protection devices allow for different structural solutions, such as: (i) the use of Shock Transmitters, (ii) the energy dissipation through added dampers, (iii) the bridge deck isolation with respect to the substructures, (iv) the coupling of isolators and dampers. With the aim of providing the practitioner with an overall picture of the possible structural choices, this paper examines and discusses different technological solutions and identifies minimal models (characterised by a small number of degrees of freedom), which may reveal to be useful for the preliminary analysis of the bridge seismic response. In more detail, for each solution, the minimal dynamic systems are developed and presented for both the longitudinal and transversal directions for an infinitely stiff (both axially and laterally) rectilinear bridge deck. The bridge analysis by means of minimal systems allows to quickly estimate and compare, by means of non-linear dynamic simulations with accelerograms, the seismic performances which are achievable with the different devices.

Il comportamento di un ponte sottoposto all’azione sismica è principalmente governato dal sistema di connessione (“schema di vincolo”) progettato tra la sovrastruttura (impalcato) e le sottostrutture (pile e spalle). La scelta dello “schema di vincolo” rappresenta quindi l'aspetto cruciale della concezione strutturale sismica di un ponte di nuova progettazione e assume grande rilevanza per un’efficace progettazione degli interventi di miglioramento/adeguamento sismico di ponti esistenti, con una notevole ripercussione sui costi di tali opere. Le possibilità a disposizione del progettista sono molteplici. Accanto alle soluzioni tradizionali che prevedono appoggi fissi, monodirezionali e multidirezionali, i dispositivi attualmente disponibili in commercio consentono diverse soluzioni strutturali, quali, ad esempio, (i) l’impiego di Shock Transmitters, (ii) la dissipazione dell’energia sismica mediante smorzatori viscosi, (iii) l’isolamento dell’impalcato rispetto alle sottostrutture, (iv) l’accoppiamento di isolatori e dissipatori. Al fine di fornire al progettista un quadro completo delle possibili scelte per lo schema di vincolo più adatto al caso in esame, in questa memoria si passano in rassegna diverse soluzioni tecniche identificando modelli minimi con un numero discreto di gradi di libertà, utili per l’analisi preliminare del comportamento sismico del ponte. Per ogni soluzione la memoria fornisce i sistemi dinamici minimi elaborati in due direzioni del moto nel piano (longitudinale e trasversale), nel caso di impalcato rettilineo infinitamente rigido, trasversalmente ed assialmente. L’analisi del ponte mediante i sistemi minimi consente al progettista di valutare e confrontare velocemente, attraverso simulazioni dinamiche non lineari con accelerogrammi, le prestazioni sismiche ottenibili con i diversi dispositivi.