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Seismic behaviour of a suspension bridge with dissipative foundations

Callisto Luigi Gorini Davide Noè
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2020
Numero:
1
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 1/2020
DOI:
10.19199/2020.1.0557-1405.022

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Analisi del comportamento sismico di un ponte sospeso dotato di fondazioni dissipative 

In questo articolo si studia la risposta simica di un ponte sospeso di grande luce attraverso una serie di analisi numeriche dinamiche. Le fondazioni del ponte sono costituite da cassoni affondabili poggianti su un gruppo di pali metallici e il cassone è separato dalla testa dei pali da uno strato di ghiaia: questo accorgimento consente di limitare, attraverso un’interfaccia tra pali e fondazione di tipo essenzialmente attritivo, le azioni sismiche trasmesse alla struttura in elevazione. Nell’articolo la risposta del ponte viene studiata attraverso un approccio diretto, nel quale si utilizza un modello numerico tridimensionale che comprende sia i terreni di fondazione, sia la struttura in elevazione. Per ridurre l’onere computazionale legato alle grandi dimensioni del ponte si propone un approccio che, traendo spunto dall’elevata deformabilità dello schema strutturale, consente di analizzare separatamente i quattro punti d’appoggio del ponte, cioè le fondazioni delle torri e i blocchi di ancoraggio. In particolare i risultati presentati nell’articolo si riferiscono al comportamento sismico in corrispondenza di una delle torri del ponte sospeso, per la quale è stato sviluppato un modello strutturale semplificato che, oltre a riprodurre in caratteri salienti della torre stessa, contiene elementi reologici aggiuntivi che simulano l’interazione della torre con il sistema di sospensione e con l’impalcato. Questo modello strutturale semplificato è stato dapprima calibrato mediante una procedura di identificazione strutturale dinamica, e poi inserito nel modello numerico di interazione terreno-struttura, che è stato infine sollecitato con una delle azioni sismiche di scenario. I risultati delle analisi mettono in luce sia i benefici legati alla presenza dell’interfaccia dissipativa, sia le limitazioni di questa scelta progettuale nell’ambito delle effettive proprietà meccaniche del sottosuolo. Infatti, a causa delle resistenze medio-basse dei terreni di fondazione, gli effetti dissipativi che l’interfaccia dovrebbe concentrare al contatto tra pali e cassone in realtà appaiono distribuirsi su volumi più ampi di terreno, comprendenti quelli ubicati al di sotto della palificata. La parte finale dell’articolo presenta un’estensione dei risultati ottenuti, discutendo i risultati di uno studio parametrico nel quale si esamina l’evoluzione del comportamento sismico del ponte al variare della resistenza dell’interfaccia dissipativa e al variare del contenuto in frequenza dell’azione sismica.

This paper evaluates, with the aid of dynamic numerical analyses, the seismic performance of a long-span suspension bridge that was provided with a dissipative foundation system, consisting of a gravel layer interposed between the foundation caisson and a group of foundation piles. This system was conceived to permit a controlled development of relative horizontal displacements between the caisson and the piles during strong motion, providing an intrinsic limitation to the maximum seismic forces transmitted to the tower structure. In the paper, the performance of this innovative foundation layout is evaluated through a series of numerical analyses, in which the soil-structure interaction is studied using a direct approach, taking into account explicitly the tower’s subsoil down to the bedrock and developing a simplified description of the main structural elements of the bridge. The results of the numerical analyses showed that the effect of the dissipative layer built into the tower foundations is limited to frequencies higher than those associated to the fundamental tower modes. Moreover, the strength of the dissipative layer is activated only for strong earthquakes, while the horizontal displacements of the towers are controlled not only by the resistance of the dissipative gravel layer, but notably by the strength of the foundation soils, that provide a first important contribution to the attenuation of the motion amplitudes over a large frequency range. 

Keywords: dynamic soil-structure interaction, dissipative foundations, equivalent structural model, hysteretic damping.