SEISMIC VULNERABILITY OF INDUSTRIAL STEEL PALLET RACKS: DEVELOPMENT OF FRAGILITY CURVES FOR EXISTING AND RETROFITTED CONFIGURATIONS

Globalization and the rise of e-commerce have significantly increased the production and use of goods storage systems. These types of facilities are key storage points for goods, playing an important role in society. However, recent Italian earthquakes (Emilia-Romagna 2012 and Centro Italia 2016) dramatically demonstrated the high seismic vulnerability of pallet racking systems, originally conceived and designed for static loads only. Although current racking regulations contain clear requirements against seismic actions, most of the industrial racks still in use today do not comply with these regulations. The aim of this thesis is therefore to assess the seismic fragility of these structures, trying to uncover the main characteristics that negatively affect racks during seismic action. First of all, an attempt is made to define, through a taxonomic study, which characteristics the structures present in the Italian territory have. In order to do this, a database was created, containing around 120 cases of pallet racking structures distributed from North to South Italy. After subdividing them according to height, number of levels, and the presence or absence of bracing, 9 case studies were chosen to help define seismic vulnerability. In order to be able to analyse all the defined case studies in a parametric way, a specific code was developed in the OpenSees framework, defining a 3D rack modelling, and implementing the main structural non-linearities of the uprights and connections, as well as a friction model to simulate the sliding of the pallet. The racks are then subjected to a Non-Linear Time History Analysis (NLTHA) with 268 bi-directional accelerograms with rigid and soft soil. Then the engineering demand parameters (EDPs) useful for determining the fragility curves are defined. In the last part of the thesis, seismic retrofit analyses are carried out on existing structures by performing improvement modifications to the structure through classical techniques (adding vertical bracing, improving the performance of certain elements of the structure) or through innovative techniques such as base isolation or load-level isolation system (LLIS).

La globalizzazione e l'ascesa dell’e-commerce hanno aumentato in modo significativo la produzione e l'utilizzo dei sistemi di stoccaggio. Questi tipi di strutture sono elementi fondamentali per lo stoccaggio delle merci e svolgono un ruolo importante nella società. Tuttavia, i recenti terremoti italiani (Emilia-Romagna 2012 e Centro Italia 2016) hanno dimostrato in modo drammatico l'elevata vulnerabilità sismica dei sistemi di scaffalatura porta pallet, originariamente concepiti e progettati solo per carichi statici. Sebbene le attuali normative sulle scaffalature contengano chiari requisiti contro le azioni sismiche, la maggior parte delle scaffalature industriali ancora in uso non risulta conforme a tali normative. L'obiettivo di questa tesi è quindi quello di valutare la fragilità sismica di queste strutture, cercando di individuare le principali caratteristiche che le influenzano negativamente soprattutto durante le azioni sismiche. Innanzitutto, si cerca di definire, attraverso uno studio tassonomico, quali caratteristiche hanno le strutture presenti sul territorio italiano. A tal fine, è stato creato un database contenente circa 120 casi di strutture di scaffalature portapallet distribuite dal Nord al Sud Italia. Dopo averle suddivise in base all'altezza, al numero di livelli e alla presenza o meno di controventature, sono stati scelti 9 casi studio per contribuire alla definizione della vulnerabilità sismica. Per poter analizzare in modo parametrico tutti i casi studio definiti, è stato sviluppato un codice specifico attraverso il software OpenSees, che definisce una modellazione 3D della scaffalatura e implementa le principali non-linearità strutturali dei montanti e delle connessioni, oltre a un modello di attrito per simulare lo scorrimento del pallet. Le scaffalature sono state poi sottoposte a un'analisi non lineare (NLTHA) con 268 accelerogrammi bidirezionali con terreno rigido e soffice. Dopo aver modellato la struttura vengono definiti i parametri di domanda ingegneristica (EDP) utili per determinare le curve di fragilità. Nell'ultima parte della tesi, vengono effettuate analisi di retrofit sismico su strutture esistenti eseguendo modifiche migliorative alla struttura attraverso tecniche classiche (aggiunta di controventi verticali, miglioramento delle prestazioni di alcuni elementi della struttura) o attraverso tecniche innovative come l'isolamento alla base o il sistema di isolamento di piano.