Pieroni, Ludovica; Freddi, Fabio; Di Benedetto, Sabatino; Latour, Massimo; (2022) Ottimizzazione del posizionamento di nodi ricentranti in telai momento resistenti in acciaio tramite un algoritmo genetico = Optimal Placement of Self-Centering Joints in Steel Moment Resisting Frames Through a Genetic Algorithm. In: Proceedings of the XXVIII Congresso C.T.A. Collegio dei Tecnici dell'Acciaio (C.T.A.): Milan, Italy.

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Abstract

Nowadays’ earthquake engineering is coping with the challenging task of providing low-cost seismic resilient structures. For Steel Moment Resisting Frames (MRFs) a viable solution is to use Self-Centering Damage-Free (SCDF) devices at Column Bases (CBs) and Beam-to-Column Joints (BCJs), ensuring both the energy dissipation capacity and the self-centering behavior of the structure. Past studies demonstrated the beneficial effects gained in damage and residual drifts reduction through the use of SCDF devices in all BCJs and CBs. However, this solution leads to the highest structural complexity and cost, limiting the practical application of these systems. Significant improvements can be obtained including a limited number of SCDF BCJs, but there is a lack of generalized recommendations on the number required and the effective placement. In this work, a Genetic Algorithm (GA) is proposed to define the optimal placement of a limited number of SCDF BCJs in steel MRFs. The GA is implemented in Matlab, and Non-Linear Time-History Analyses are performed in OpenSees to calculate the Fitness-Function based on residual drifts. An 8-story 3-bays steel MRF and a type of SCDF device are selected as case study and non linear Finite Element Models (FEM) are developed in OpenSees. The GA is applied assuming 16 SCDF BCJs and it is validated through a Brute Force approach. The results show that the proposed GA is an efficient methodology to solve the considered optimization problem. // Uno degli obiettivi principali dell'ingegneria sismica odierna è quello di progettare strutture sismo-resilienti a basso costo e tali da poter essere ampiamente utilizzate su larga scala. Per i telai momento resistenti in acciaio (MRFs), una possibile soluzione consiste nell'utilizzo di dispositivi dissipativi-ricentranti (SCDF) nei nodi trave-colonna (BCJs) e nodi di base (CBs) in modo da garantire sia la capacità dissipativa che il comportamento ricentrante della struttura. È stato dimostrato che l'uso di tali dispositivi in tutti i BCJs e CBs ha effetti benefici nella riduzione dei danni e degli spostamenti residui. Tuttavia, tale soluzione incrementa complessità e costo strutturale, limitando l'applicazione di questi sistemi nella pratica progettuale. Al fine di raggiungere un compromesso, studi precedenti hanno investigato l’utilizzo di un numero limitato di SCDF BCJs dimostrando che tali soluzioni possono fornire miglioramenti significativi in termini di prestazione sismica mantenedo una complessità ridotta. Tuttavia non ci sono ancora raccomandazioni generalizzate rispetto al numero di dispositivi necessario e al loro efficace posizionamento. In questo studio, viene proposto un Algoritmo Genetico (GA) per definire il posizionamento ottimale di un numero limitato di SCDF BCJs in MRFs in acciaio. Il GA è implementato in Matlab ed analisi dinamiche non lineari sono eseguite in OpenSees per calcolare la Fitness-Function basata sui drifts residui. Un MRF in acciaio con 8 piani e 3 campate e un tipo di dispositivo SCDF sono considerati per la definizione di un caso studio. Il GA è applicato assumendo 16 SCDF BCJs e validato rispetto un approccio Brute Force. I risultati mostrano che il GA proposto è una metodologia efficiente per risolvere il problema di ottimizzazione considerato.

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