La risposta dinamica del ponte nella prestazione sismica delle spalle

In questa nota si esamina l’influenza del comportamento dinamico della struttura del ponte sulla risposta sismica delle spalle. Lo studio si avvale di analisi dinamiche condotte su modelli numerici del sistema spalla-terreno, nei quali l’interazione con la sovrastruttura è riprodotta mediante un macro-elemento strutturale che simula la risposta dinamica del ponte. Il metodo è stato validato con riferimento alla risposta di un modello di interazione terreno-struttura completo. Quindi, mediante l’utilizzo del macro-elemento strutturale, si è eseguito uno studio parametrico sulla risposta dinamica di una spalla in cui si sono variate le caratteristiche modali del ponte. I risultati ottenuti mostrano che le azioni inerziali trasmesse dalla struttura del ponte alla spalla possono influenzare significativamente la prestazione del sistema geotecnico a seconda del grado di accoppiamento dinamico tra la risposta del ponte e quella del sistema spalla-terreno. Infine, si forniscono delle prime indicazioni su come modellare questi effetti inerziali nella progettazione sismica delle spalle.

In this paper we analyse the seismic performance of bridge abutments, with a particular focus on the influence of the dynamic response of the superstructure. This study makes use of dynamic analyses on finite element numerical models of soilabutment systems implemented in the analysis framework OpenSEES. In these models the interaction with the superstructure is reproduced by a macro-element that simulates the global dynamic response of the bridge structure. Specifically, the macro-element simulates the combined nonlinear and frequency-dependent behaviour of the bridge structure. The frequency-dependent features can be calibrated through a modal analysis of the bridge while the material nonlinearities of the structure can be obtained through a pushover analysis of the structural bridge model. The proposed approach was validated against the results of a full soil-structure interaction model, showing the ability of the macroelement to reproduce with a reasonable accuracy both the displacement field and the internal forces in the abutment, limiting at the same time the computational demand of the soil-structure models. Then a parametric study was carried out in which the modal characteristics of the bridge structure, as described by the macro-element, were varied. It was shown that the inertial forces transferred by the superstructure can alter significantly the displacements and the stresses in the abutment as a consequence of the dynamic coupling between the responses of the superstructure and of the soil-abutment system. On the basis of the above results, some indications were finally provided to model the inertial effects coming from the superstructure in the seismic design of bridge abutments.