Analisi pushover multimodale e IRSA
L'analisi pushover monomodale è valida per gli edifici il cui comportamento sismico può essere rappresentato da un solo modo di vibrare dominante. Questo articolo descrive le opzioni di pushover multimodale, IRSA e pushover monomodale adattivo, utilizzate quando tale condizione non è soddisfatta o quando si desiderano evidenziare gli effetti dei modi superiori, nonché la visualizzazione 3D dei risultati del pushover. Per il flusso di base del pushover consultare l'articolo Come eseguire l'analisi pushover non lineare.
1. Quando si usa?
Secondo TBDY 2018 Articolo 5.6.2.2, il pushover monomodale può essere utilizzato alle seguenti condizioni:
- il rapporto di massa efficace partecipante del modo dominante deve essere almeno il 70 %,
- il coefficiente di irregolarità torsionale deve essere ηbi ≤ 1,4.
Se una di queste condizioni non è soddisfatta, la normativa richiede il pushover multimodale (5.6.6) oppure il calcolo non lineare nel dominio del tempo (5.7). StatiCAD verifica automaticamente entrambe le condizioni e le riporta nella relazione di pushover. Anche quando le condizioni sono soddisfatte, il pushover multimodale può essere eseguito come controllo aggiuntivo per vedere i contributi dei modi superiori sugli elementi dei piani alti.
2. Attivazione delle opzioni
- Aprire il progetto e completare l'analisi statica.
- Aprire la finestra Analisi → Analisi Pushover Non Lineare.
- Dalle caselle di direzione selezionare le direzioni di spinta (ad es. +X+0,3Y e −Y−0,3X). La corsa multimodale usa la direzione principale e il segno (+X, −X, +Y, −Y) delle direzioni selezionate; la componente ortogonale con coefficiente 0,3 non viene applicata nella corsa multimodale, perché la distribuzione di carico modale contiene già insieme le componenti Fx, Fy e torsionale (Mz).
- Selezionare le opzioni necessarie tra quelle nella parte inferiore della finestra:
| Opzione | Descrizione |
|---|---|
| Pushover multimodale (MPA, 5.6.6) | Nelle direzioni principali selezionate vengono eseguite le spinte modali e le rotazioni plastiche di estremità degli elementi vengono combinate con la regola CQC per formulare il giudizio sull'edificio. |
| Pushover incrementale multimodale IRSA | La spinta procede nei tratti lineari tra una formazione di cerniera e l'altra con gli incrementi spettrali di tutti i modi; in ogni tratto l'analisi modale viene rinnovata con la rigidezza corrente (vedere Paragrafo 4). |
| Pushover monomodale adattivo (5.6.5) | La distribuzione di carico viene rinnovata a ogni formazione di cerniera a partire dalla forma modale corrente; le righe di confronto con la distribuzione fissa vengono aggiunte alla finestra di avanzamento. |
| P-Delta (rigidezza geometrica del 2° ordine) | Se selezionata, tutte le corse di pushover (monomodali, multimodali, adattive) vengono eseguite con la rigidezza geometrica che tiene conto dello sforzo normale e nella relazione compare la riga "DİKKATE ALINDI" (preso in considerazione). |
- Premere il pulsante Analizza. Nella finestra di avanzamento vengono scritte prima le combinazioni di direzione monomodali selezionate, poi le sezioni multimodali e IRSA.
Queste opzioni, come le altre impostazioni del pushover, vengono salvate nel file di progetto. All'apertura di vecchi file di progetto risultano disattivate.
Opzione multimodale nella finestra di pushover (in basso a sinistra) e giudizio prestazionale complessivo dell'edificio del pushover multimodale nella finestra di avanzamento.
3. Lettura dei risultati del pushover multimodale
La sezione del pushover multimodale contiene, per ogni direzione principale, le seguenti informazioni:
| Informazione | Significato |
|---|---|
| Numero di modi selezionati e partecipazione cumulativa | Vengono selezionati i modi con partecipazione superiore all'1 % nella direzione principale, finché la partecipazione cumulativa raggiunge il 95 %. |
| Tabella dei modi (T, partecipazione, Sae, CR, domanda) | Periodo di ciascun modo, rapporto di massa efficace nella direzione principale, accelerazione spettrale elastica, coefficiente di amplificazione dello spostamento e domanda di spostamento in sommità. Nei modi superiori a periodo breve CR > 1 (EK 5B); la domanda dei modi superiori è piccola. |
| Numero di estremità snervate | Numero di estremità plasticizzate nel punto di domanda di quel modo. I modi superiori restano generalmente elastici; è il comportamento atteso. |
| Spostamento in sommità CQC | Combinazione CQC delle domande in sommità dei modi (a titolo informativo). |
| Profilo degli spostamenti di piano | Combinazione CQC degli spostamenti di piano e degli spostamenti relativi di interpiano; mostra il contributo dei modi superiori ai piani alti. |
| Tabella dei danni | Valori combinati con CQC tra i modi delle rotazioni plastiche di estremità degli elementi e regioni di danno. |
| Prestazione dell'edificio (multimodale) | Giudizio complessivo sull'edificio secondo TBDY 15.8 e relativa motivazione. |
Importante: ai sensi di TBDY 5.6.6.2, le sollecitazioni modali non vengono combinate statisticamente; la valutazione viene condotta sulla deformazione (rotazioni di estremità). La colonna dei momenti nella tabella dei danni non è un valore combinato; mostra a titolo informativo soltanto il momento di domanda del modo dominante.
Nella stessa sezione viene fornita a titolo informativo anche una valutazione della rotazione totale (lettura delle domande di rotazione di estremità combinate di TBDY 5.6.6.2). Per le ipotesi di formula della rotazione di snervamento, tale lettura è tipicamente conservativa; la decisione principale è data dalla combinazione CQC delle rotazioni plastiche.
Dopo l'esecuzione di una corsa multimodale, al termine della relazione di pushover ottenuta con il pulsante Relazione viene aggiunto automaticamente il riepilogo dell'ultima corsa multimodale eseguita nella direzione principale del record selezionato (tabella dei modi, spostamento in sommità CQC, profilo degli spostamenti di piano e giudizio complessivo sull'edificio).
Coerenza elastica (TBDY 5.6.6.1): quando il metodo viene applicato con rigidezze elastiche, deve fornire gli stessi spostamenti del calcolo lineare con combinazione modale. StatiCAD esegue numericamente questo confronto per ogni modo e per la combinazione CQC e ne mostra il risultato.
4. IRSA — combinazione modale incrementale
Se l'opzione IRSA (Incremental Response Spectrum Analysis) è selezionata, al termine del flusso di analisi vengono eseguite anche le corse IRSA per le direzioni principali di quelle selezionate. In IRSA la spinta procede nei tratti lineari tra una formazione di cerniera e l'altra con gli incrementi spettrali di tutti i modi e in ogni tratto l'analisi modale viene rinnovata con la rigidezza corrente. In questo modo la variazione della forma e del periodo di tutti i modi dovuta a una cerniera viene considerata passo per passo.
Il metodo predefinito è IRSA completo: la distribuzione di carico di ciascun tratto viene costruita con l'accelerazione spettrale al periodo corrente e l'amplificazione CR nei periodi brevi viene applicata passo per passo. In questo modo l'aumento della domanda sismica di una struttura che si ammorbidisce entra automaticamente nel calcolo.
L'output IRSA comprende il controllo di coerenza elastica, la tabella dei tratti (incremento, periodo corrente, estremità aperte), la domanda in sommità e il taglio alla base, il profilo di piano, la tabella dei danni e il giudizio prestazionale IRSA sull'edificio. Al termine della relazione di pushover viene aggiunto anche il riepilogo IRSA eseguito nella stessa direzione principale.
5. Visualizzazione 3D dei risultati del pushover
Dopo l'esecuzione di una corsa di pushover, nel visualizzatore 3D della finestra Sistema agli Elementi Finiti è possibile seguire la forma deformata dell'analisi pushover e le cerniere plastiche. Nella scheda Spostamenti della finestra delle opzioni di visualizzazione:
- dall'elenco Carico si seleziona Pushover (questa opzione compare se nella sessione è stata eseguita almeno una corsa di pushover).
- dall'elenco Corsa pushover si seleziona la combinazione di direzione da visualizzare.
- con il cursore Passo ci si sposta lungo la curva di pushover. La riga informativa sotto il cursore mostra, per quel passo, la forza di taglio alla base, lo spostamento in sommità, il numero di cerniere plastiche e il livello prestazionale dell'edificio; il passo di domanda è inoltre contrassegnato con l'etichetta (İSTEM). Muovendo il cursore, la vista 3D si aggiorna in tempo reale.
- la casella Mostra spostamenti deve essere selezionata. La Scala di visualizzazione è il coefficiente di amplificazione della deformazione; alla prima selezione di Pushover la scala viene impostata automaticamente a un valore adatto agli spostamenti del pushover (1000) e può essere modificata liberamente.
Le cerniere plastiche sono mostrate con segni quadrati colorati all'estremità dell'elemento in cui si sono formate:
| Colore | Regione di danno |
|---|---|
| Blu | Danno Limitato |
| Verde | Danno Significativo (snervato, al di sotto del limite del Danno Controllato) |
| Giallo | Danno Avanzato (tra il limite del Danno Controllato e quello della Prevenzione del Collasso) |
| Rosso | Regione di Collasso (limite della Prevenzione del Collasso superato) |
I segni sono sempre disegnati in primo piano e non scompaiono dietro i gusci dei solai. Se la casella Mostra nomi elementi è selezionata, accanto a ogni cerniera vengono scritti anche il nome dell'elemento e la regione di danno.
6. Domande frequenti
Perché il risultato multimodale differisce poco da quello monomodale? Se la partecipazione del modo dominante è alta (ad esempio 79 %) e i modi superiori restano elastici, le rotazioni plastiche combinate sono molto vicine a quelle del modo dominante e il giudizio risulta generalmente lo stesso. La differenza diventa evidente negli edifici con bassa partecipazione del modo dominante (50–60 %), con effetti torsionali o alti.
Perché −X e +X possono differire? Se la disposizione delle armature e la geometria sono asimmetriche, il verso della spinta modifica la capacità. La corsa multimodale viene eseguita separatamente per ciascuna delle direzioni con segno selezionate.
Vedo "Seçilen mod sayısı = 1" (numero di modi selezionati = 1); è normale? È normale se nella direzione principale un solo modo garantisce il 95 % di partecipazione; in tal caso il risultato multimodale equivale a quello monomodale.
Il pushover multimodale sostituisce il calcolo nel dominio del tempo? Nessun metodo di pushover statico equivale pienamente al calcolo non lineare nel dominio del tempo. Per strutture critiche e irregolari, un'ulteriore valutazione secondo TBDY 5.7 è a discrezione dell'ingegnere.