194   Febbraio - Marzo  2015
ISSN 2282-3794
Dinamica e vibrazioni nelle strutture dell’ingegneria civile
Evoluzione e prospettive
di
Federico Perotti
Professore Ordinario di Dinamica delle Strutture e Teoria delle Strutture, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Politecnico di Milano
federico.perotti@polimi.it

La nota ha carattere essenzialmente introduttivo rispetto alle tematiche approfondite negli altri contributi al numero monografico. In tal senso, si cerca si tracciare, in modo sintetico, il percorso evolutivo della Dinamica delle Strutture nel recente passato e di anticiparne i presumibili sviluppi.
In particolare, e con riferimento agli aspetti applicativi della progettazione da un lato e della sperimentazione dall’altro, si cerca di individuare quali siano stati i principali fattori di sviluppo della disciplina in termini di “domanda e offerta”; questo alla luce dei requisiti di sicurezza delle strutture, ma anche delle esigenze prestazionali legate alla fruibilità delle costruzioni.
In ultimo si tenta di delineare un possibile futuro, almeno in termini di tendenze generali. Fra queste si individua lo sviluppo di competenze multidisciplinari; queste appaiono sempre più necessarie, ad esempio, nel campo della simulazione della risposta a fenomeni di interazione fluido-struttura. In termini progettuali, si anticipa il diffondersi di approcci di tipo prestazionale, già consolidati in alcuni ambiti, per il trattamento di tutte le azioni di natura dinamica agenti sulle strutture civili di significativa importanza.
 

English version
x
Dynamics and vibration in civil engineering structures
Evolution and future trends

The paper has been thought as an introduction to the topics which are addressed, in more detail, in the other contributions to the journal issue. In this light an attempt is made to track the evolution of Structural Dynamics in the last decades and to anticipate presumable developments.
Under these premises, and with reference to application issues regarding both design and experimentation, the main factors driving the development of the discipline are tentatively illustrated in terms of “demand and offer”, in light of the structural safety requirements, but also of the performance needs related to their fruition.
At last, future developments are sketched, at least in terms of general trends; among these, we can quote the strengthening of multi-disciplinary skills and competency. These are certainly needed, as a typical example, in the field of the simulation of the dynamic response under fluid-structure interaction effects. On design grounds, the spreading of performance-based procedures is anticipated; these, which appear to be consolidated in other fields, will presumably be adopted for treating all dynamic loads acting on important structures.
 

Diagnosi strutturale
Indagini dinamiche ed analisi modale in condizioni operative
di
Carmelo Gentile
Politecnico di Milano, DABC
carmelo.gentile@polimi.it

Nella presente nota vengono preliminarmente esaminate le motivazioni che hanno condotto negli ultimi 10-15 anni alla enorme diffusione delle indagini dinamiche in condizioni operative (eccitazione costituita dalle normali azioni presenti in esercizio quali traffico, microtremori e vento) per la caratterizzazione dinamica (identificazione di frequenze naturali e deformate dei modi principali di vibrare) delle strutture dell’Ingegneria Civile.
Successivamente, dopo aver brevemente richiamato i fondamenti teorici delle tecniche di identificazione modale output-only operanti nel dominio delle frequenze, vengono illustrati i risultati principali di alcune indagini di vibrazione ambientale al fine di esemplificare l’utilizzo della caratterizzazione dinamica a fini di diagnosi strutturale.
 

English version
x
Structural assessment using operational modal testing and analysis

The article firstly summarizes the reasons for which vibration testing in operational conditions (i.e., with the dynamic excitation being associated to traffic, micro-tremors and wind) has recently became the primary modal testing method for Civil Engineering structures. Subsequently, after presenting a brief theoretical background of output-only modal identification methods in the frequency domain, the main results of two dynamic tests performed in operational conditions on full-scale bridges are presented and discussed with the objective of exemplifying the high diagnostic content of ambient vibration modal testing and analysis.
 

Azione del vento ed edifici alti
Risposta dinamica e modelli equivalenti
di
Federico Cluni, 
Ricercatore Universitario, Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale, Università degli Studi di Perugia
federico.cluni@unipg.it
Massimiliano Gioffrè, 
Ricercatore Universitario, Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale, Università degli Studi di Perugia
massimiliano.gioffre@unipg.it
Vittorio Gusella
Professore Ordinario, Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale, Università degli Studi di Perugia
vittorio.gusella@unipg.it

Richiamati gli aspetti peculiari della interazione vento-struttura, sono dapprima descritti i metodi semplificati per la stima della risposta dinamica  di edifici alti  evidenziandone i limiti applicativi. Oltre alla risposta longitudinale sarà analizzata la risposta trasversale e la risposta torsionale.
Per il caso di edifici che per caratteristiche geometriche (particolari configurazioni in pianta variabili) e/o strutturali (flessibilità, smorzamento) non possono essere analizzati con metodi semplificati, si descrivono i metodi sperimentali per la determinazione delle azioni indotte dal vento e metodi di analisi dinamica che assicurino un'adeguata sicurezza strutturale e performance. In questo contesto vengono presentati i risultati di analisi dinamiche con modelli equivalenti che hanno il pregio di essere valutazioni “rapide” di estrema importanza nella fase di progettazione iniziale.
 

English version
x
Dynamic response and equivalent models for wind-excited tall buildings

Simplified methods to estimate the dynamic response (along-wind, across-wind and torsional response) of wind excited tall buildings are described highlighting practical application limits after recalling the special features of wind-structure interactions.
In the cases where it is not possible to use the above referenced simplified methods, i.e. buildings with irregular geometry (both in plane and in elevation) and/or irregular structural features (stiffness and damping), experimental methods to estimate the wind loads and structural dynamic methods to provide suitable structural safety and performance are described.
Within this context the results of dynamic analysis by equivalent beam models are presented highlighting the crucial significance in the first stage of the design process.
 

Ponti pedonali
Valutazione delle vibrazioni indotte dall’uomo
di
Alberto Ferrarotti, 
Dottorando, DICCA – Scuola Politecnica, Università degli Studi di Genova
alberto.ferrarotti@edu.unige.it
Giuseppe Piccardo, 
Professore Associato, DICCA – Scuola Politecnica, Università degli Studi di Genova
giuseppe.piccardo@unige.it
Federica Tubino
Ricercatore Universitario, DICCA – Scuola Politecnica, Università degli Studi di Genova
federica.tubino@unige.it

I ponti pedonali moderni sono spesso molto sensibili alle azioni indotte dai pedoni. Nuovi materiali tecnologicamente avanzati e tecniche di calcolo innovative permettono la progettazione di strutture sempre più snelle e leggere. L’elevata flessibilità, spesso associata a valori molto bassi di smorzamento strutturale, conduce in molti casi ad elevati livelli di vibrazione e conseguenti problemi in termini di comfort. Per queste strutture non sono sufficienti le usuali tecniche di progettazione statica e risulta indispensabile un approccio dinamico al problema. Il presente articolo, rivolto ad una utenza tecnica, offre una panoramica sull’attuale stato dell’arte sulla valutazione delle vibrazioni indotte dall’azione dell’uomo nei ponti pedonali. Partendo dalla caratterizzazione delle azioni indotte dal passo umano, vengono introdotti i diversi scenari di carico cui un ponte pedonale può essere soggetto nel corso della sua vita utile, e i due principali problemi dinamici che possono interessare questa tipologia strutturale: la verifica del livello di comfort e la verifica di instabilità alle azioni trasversali. Per entrambe le problematiche vengono forniti e criticamente analizzati i principali metodi proposti in letteratura. A conclusione del lavoro, viene illustrata una procedura per la corretta progettazione dinamica di un ponte pedonale a riassunto delle indicazioni fornite.

English version
x
Assessment of human induced vibrations on footbridges

Modern footbridges are lively structures, often sensitive to human-induced actions. Thanks to new technologically advanced materials and innovative structural computational techniques, modern footbridges are ever more flexible and lightweight. The high slenderness, often coupled with low values of structural damping, leads to high levels in structural vibrations and, consequently, to problems for the comfort of pedestrians. Classic static procedures are not reliable for this typology of structures, resulting necessary a dynamic approach to the design. The present paper is mainly addressed to technical users. It offers a brief but comprehensive view of the state of the art on the assessment of human-induced vibrations on footbridges. Starting from the characterization of the human-induced actions, the main loading scenarios, to which a footbridge can be subjected during its lifetime, are discussed. Therefore two dynamical issues related to pedestrian bridges are considered: the evaluation of comfort levels, and the transversal instability analysis. For both these problems, the main methodologies available in literature are provided and critically analyzed. Finally, a schematic procedure for the correct dynamic analysis of footbridges is proposed as a summary of the information provided.

Il controllo strutturale delle vibrazioni nell'ingegneria civile
di
Marco Domaneschi, 
Ricercatore, Professore a contratto di Scienza delle Costruzioni, Ph.D. in Ingegneria Civile, M-IABMAS, M-EACS, Dipartimento di Ing. Civile e Ambientale, Politecnico di Milano
marco.domaneschi@polimi.it
Luca Martinelli
Ricercatore, Professore aggregato di Building and Construction Techniques e Mechanics Of Solids and Structures II, Ph.D, P.E., M-AIMETA, M-IABMAS, Dipartimento di Ing. Civile e Ambientale, Politecnico di Milano
luca.martinelli@polimi.it

Il controllo strutturale per la mitigazione delle vibrazioni sta assumendo un’importanza sempre crescente per le strutture di ingegneria civile, soprattutto per attenuare sia le vibrazioni indotte da fenomeni naturali che dall’azione dell’uomo.
La nota prende in esame, nella prima parte, le strategie di controllo (attivo, semiattivo, passivo) applicabili al campo delle costruzioni civili, evidenziandone le differenze rispetto ad applicazioni in altri ambiti, i principi su cui si basano, le peculiarità e i vantaggi. In particolare, le strategie di tipo “semiattivo” si sono dimostrate particolarmente vantaggiose.
Per questa ragione, nella seconda parte, viene presentata una rassegna delle principali tipologie di dispositivi di controllo in relazione al loro utilizzo nel campo dell’ingegneria civile ed alla possibilità di utilizzo nell’ambito di strategie di controllo semiattivo.
 

English version
x
Structural vibrations control in civil engineering

Structural control is becoming more and more important for civil structures, particularly for mitigating vibrations due to natural phenomena as well as due to human action.
This note examines in its first part structural control strategies (active, semi-active, passive) applicable to civil structures, pointing out the differences with other fields of engineering, recalling the principles on which are based, the peculiarities and advantages. Particularly, semi-active strategies have been proven advantageous.
For this reason, in its second part, the note presents a review of the principal families of devices with relation to their applicability in the field of control of civil structures and to their suitability of being used inside semi-active control schemes.