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Dynamic soil-structure interaction analysis by experimental and numerical modelling

Abate Glenda Massimino Maria Rossella
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2016
Numero:
2
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 2/2016

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Studio dei fenomeni di interazione dinamica terreno-struttura mediante modellazione sperimentale e numerica 

Il presente lavoro analizza i fenomeni d’interazione terrenofondazione- sovrastruttura in campo dinamico (DSSI) mediante prove su tavola vibrante 1-g, eseguite su un sistema costituito da un telaio in acciaio 1.30x0.95x1.30 m poggiato su un deposito di sabbia 5.0x1.0x0.9 m. Il sistema è sottoposto a sollecitazioni con legge sinusoidale. È, inoltre, monitorato da numerosi accelerometri e trasduttori di spostamento. La prova su tavola vibrante è simulata attraverso analisi numeriche agli elementi finiti (FEM), considerando per il terreno sia un modello costitutivo viscoelastico lineare, ancora ampiamente usato nella pratica professionale, sia un sofisticato modello costitutivo viscoelasto-plastico con incrudimento isotropo e cinematico, sicuramente più appropriato per analisi dinamiche. La risposta dinamica del sistema è analizzata sia nel dominio del tempo che nel dominio della frequenza. I principali obiettivi del presente lavoro sono: i) studiare gli effetti di non-linearità del terreno e di interazione terreno-struttura (DSSI) sul terreno e sulle strutture, utili ai fini pratici di progettazione, in termini di accelerazioni e spostamenti del terreno e della struttura; ii) evidenziare alcuni aspetti cruciali della modellazione numerica nel riprodurre prove su tavola vibrante per studi di interazione dinamica terreno-struttura (DSSI). Questo lavoro fa parte di un’attività di ricerca composta da numerose prove e simulazioni numeriche relative in primo luogo all’interazione dinamica terreno-fondazione (DSFI) e in secondo luogo all’interazione terreno-fondazione-struttura (DSSI). 
Parole chiave: prove su tavola vibrante; telaio in acciaio; modellazione FEM; visco-plasticità del terreno; accelerazioni e spostamenti; dominio del tempo e della frequenza.

The paper deals with a coupled dynamic soil-foundation-superstructure interaction (DSSI), which was investigated by means of a 1-g shaking table test, consisting of a 5.0x1.0x0.9 m sand deposit and a 1.30x0.95x1.30 m steel frame. The system was subjected to sine-dwell horizontal acceleration time-histories and monitored by numerous accelerometers and displacement transducers. The shaking table test was simulated by numerical FEM analyses, using a linear visco-elastic (LE) constitutive model for the soil, which is still widely used in professional practice, as well as a sophisticated visco-elasto-plastic constitutive model with isotropic and kinematic hardening (NL) that is definitely more appropriate for dynamic analyses. The dynamic response of the system has been analysed in the time and frequency domains. The main goals of the paper are: i) to investigate the effects of soil non-linearity and DSSI in terms of accelerations and displacements in soils and on structures that could be useful for practical engineering purposes ii) to highlight some crucial aspects of numerical modelling when reproducing shaking table tests on DSSI. This paper is part of a long-term research activity consisting of numerous tests and related numerical simulations, firstly on dynamic soil-foundation interaction (DSFI) and secondly on DSSI. 
Keywords: shaking table test; sand pluviation; steel frame; FEM modelling; soil visco-plasticity; PBD analysis.