Comportamentul seismic al cadrelor metalice duale contravantuite

7/29/2019 Comportamentul seismic al cadrelor metalice duale contravantuite

1/12

Raport de Cercetare

Grant: CNCSIS tip AT "Comportamentul seismic al cadrelor metalice duale contravantuiteexcentric cu link scurt detasabil"

Autor: Aurel StratanUniversitatea Politehnica din Timisoara

1. INTRODUCERE

Ingineria seismic este o tiin relativ tnr, cu o istorie de aproximativ un secol. Proiectareaantiseismic a construciilor a cunoscut o dezvoltare continu n acest timp, impulsionat deconsecinele i nvmintele noi acumulate dup producerea unor cutremure importante. Rspunsulstructurilor la cutremurele de la Loma Prieta (1989), Northridge (1994) i Hyogoken-Nanbu (1995) auartat c normele actuale i-au ndeplinit n general scopul declarat de protecie a vieii i de prevenirea colapsului structural. Totui, aceste cutremure au scos la iveal o serie de probleme legate decomportarea structurilor n general i a cadrelor metalice necontravntuite n particular. n primul rnd,pierderile economice importante care au avut loc n urma acestor cutremure de pmnt au artat c

nu este suficient s proiectm structuri care s nu se prbueasc n urma unui seism major.Reducerea distrugerilor structurale i nestructurale la cutremure de intensitate mai redus dar maifrecvente este la fel de important n contextul economiilor moderne. n al doilea rnd, cedrileneateptat de fragile ale mbinrilor rigl-stlp la cadrele metalice necontravntuite au constituit osurpriz neplcut pentru specialiti, aceste structuri fiind considerate mult timp printre cele maiductile tipuri de construcii. n cele din urm, nregistrrile efectuate au scos la iveal noi aspecte alecaracteristicilor aciunii seismice, n special legate de efectul de directivitate la cutremure locale("near-field").

Ca i rspuns la distrugerile structurale i nestructurale extinse n urma unor intensiti relativ reduseale micrii seismice i a pierderilor economice asociate, a cunoscut o dezvoltare importantproiectarea bazat pe performan (PBP). Trei documente au constituit temelia criteriilor de proiectare

bazat pe performan i au marcat cercetrile din acest domeniu: SEAOC Vision 2000 (1995), ATC40 (1996) i FEMA 273 i 274 (1996). Esena PBP este reprezentat de asigurarea unor nivele deperforman controlat a structurii sub aciunea unor nivele corespunztoare ale aciunii seismice.Structurile proiectate conform criteriilor PBP vor trebui nu doar s previn pierderea de viei omenetii colapsul structurii la cutremure rare devastatoare, ci i s limiteze degradrile (i deci pierderileeconomice) la cutremure mai frecvente dar de o intensitate mai sczut. Analiza convenional arspunsului seismic al structurilor prin metoda static echivalent, bazat pe for, are numeroaselimitri i nu reprezint o soluie adecvat n contextul PBP. n consecin, analiza dinamic neliniar,dar i metode simplificate bazate pe deplasare au cunoscut o dezvoltare important.

Modul n care o structur este afectat de un cutremur de pmnt depinde ntr-o mare msur decaracteristicile micrii seismice. Cu toate c nu putem s controlm micarea seismic n sine,trebuie totui s ncercm s-i prezicem caracteristicile i s nelegem modul n care acesteaafecteaz rspunsul elastic i inelastic al structurilor. n calitate de ingineri constructori, putem controlai mbunti performana seismic a construciilor prin modul n care concepem, conformm irealizm structura de rezisten. Configuraiile duale reprezint o posibilitate de realizare a acestuiobiectiv, analizat n aceast lucrare. Evaluarea performanei seismice a structurilor este efectuatprin analize dinamice neliniare, dar i prin metode simplificate bazate pe deplasare.

2. CARACTERIZAREA MICRII SEISMICE

Micarea seismic constituie una din principalele cauze ale degradrii structurilor n caz de cutremur,

i de aceea este important nelegerea ct mai corect a fenomenelor care o genereaz, aparametrilor care o caracterizeaz i a efectelor micrii seismice asupra construciilor. Studiul

Revista de Politica Stiintei si Scientometrie - Numar Special 2005 - ISSN- 1582-1218 1/12


2/12

micrii seismice este un domeniu dinamic, datele achiziionate n urma cutremurelor din ultimuldeceniu contribuind la o cunoatere mai profund i mai detaliat a acesteia.

1

4

2

3

Figura 1: Principalii factorii ce caracterizeaz micarea seismic ntr-un amplasament(1 factori de surs; 2 efectul propagrii undelor seismice; 3 factorii de amplasament; 4

interaciunea teren-structur).

Fenomenele complexe care genereaz i afecteaz micarea seismic, incluznd factorii de surs, depropagare, de amplasament i de interaciune teren-structur (vezi Figura 1), variabilitatea i influenareciproc dintre acetia, fac prezicerea exact a unor evenimente seismice viitoare de domeniulimposibilului. Totui, nelegerea factorilor care afecteaz micarea seismic, cuplat cu evideniereacaracteristicilor care controleaz rspunsul elastic i inelastic al structurilor inginereti sunt de realfolos, ajutndu-ne sa construim structuri mai sigure pe viitor.

Din punctul de vedere al unui inginer constructor, caracterizarea micrii seismice este important prinprisma degradrilor pe care le induce ntr-o structur. Parametrii inginereti folosii pentrucaracterizarea accelerogramelor, reprezinte amplitudinea, coninutul de frecvene i durata micriiseismice. Coninutul de frecvene al accelerogramelor, n relaie cu perioada fundamental de vibraie

Ta structurii este deosebit de important pentru rspunsul neliniar al structurii. O modalitate simpl decuantificare a coninutului de frecvene a unei accelerograme este prin perioada de control/col TC.Cerina de ductilitate a unei structuri este n strns legtur cu perioada de col (mai exact cu raportulT/TC) i cu factorul de reducere a forelor seismice. Aspectul important al fenomenului const ncerine foarte mari de ductilitate pentru structurile cu perioada mai mic dect perioada de col (T/TCsubunitar).

Figura 2: Analiza dinamic incremental pentru sisteme EPP cu perioade proprii de vibraie cuprinsentre 0.2 i 2.0 sec, nregistrarea VR77-INC-NS.

Rezultatele unei analize dinamice incrementale pentru nregistrarea VR77-INC-NS i cteva sistemeelastic-perfect plastice cu perioade iniiale diferite sunt prezentate n Figura 2. Se poate observa c



3/12

pentru sisteme cu perioada iniial mai mic dect TC=1.42 sec (T=0.2, 0.5 i 1.0 sec), reducerea chiarnesemnificativ a forei de curgere fa de fora elastic (R >1) duce la o cretere foarte rapid acerinei de ductilitate , echivalent cu colapsul structurii. Pentru perioade iniiale mai mari dect TC(T=1.5 i 2.0 sec), cerina de ductilitate n sistemul EPP crete mai ncet odat cu creterea R,deplasrile fiind chiar mai mici dect cele corespunztoare unui sistem elastic.

Micri seismice cu perioada de col TC relativ mare (fa de valorile ntlnite n majoritatea normelorde proiectare antiseismic) pot fi generate de: (1) terenurile foarte moi (cazul nregistrrii Bucureti-INCERC a cutremurului Vrancea 1977), eventual cuplate cu efecte de bazin i (2) efectul directivitiinainte n cazul unor cutremure locale. Pentru verificarea acestor afirmaii au fost analizate o serie deaccelerograme din baza de date european (Ambraseys, n.d.), cuprinznd 496 componente orizontaleale unor cutremure cu magnitudini moment cuprinse ntre 6.5 i 7.8. Corelarea dintre perioada decontrol TC pe de o parte i condiiile locale de amplasament i distana la falie pe de alt parte, auadeverit observaiile de mai sus.

(a) (b)

Figura 3: Spectrul de acceleraie mediu +/- o abatere standard pentrugrupul TC=0.5 sec (a), i TC=1.4 sec (b), 5% amortizare.

Pentru evaluarea rspunsului dinamic neliniar al unor structuri duale n cadrul acestei lucrri, au fostformate dou seturi de nregistrri a cte apte accelerograme, istorice i semi-artificiale. Cele douseturi corespund sursei seismice Vrancea i unor condiii de teren diferite: teren mediu cu TC=0.5 iteren moale cu TC=1.4 secunde. Accelerogramele au fost asociate unor spectre de proiectare nformat Eurocode i scalate la acestea pe un interval larg de perioade (de la 0.2 la 2.0 secunde) pentrureducerea dispersiei unor analize dinamice neliniare.

3. CADRE DUALE CONTRAVNTUITE EXCENTRIC

Structurile de rezisten folosite n construcii pot fi reduse la un numr limitat de tipuri structurale binedefinite. Acest lucru face posibil schematizarea structurii, analiza i dimensionarea ei, funcie dencrcrile la care este solicitat. Astfel, n cazul construciilor metalice multietajate, tipurile structuralede baz sunt: cadrele necontravntuite cadrele contravntuite centric (n X, K, V, etc.) cadrele contravntuite excentric diafragmele metalice (folosite cu precdere n SUA i Japonia). O categorie aparte a acestor tipuri

de structuri o reprezint cadrele cu diafragme din oel cu limita de curgere redus, care ofer oductilitate excelent. Aceste sisteme structurale sunt folosite aproape exclusiv n Japonia, unde au

fost studiate n detaliu, inclusiv experimental



4/12

cadrele duale, alctuite din cadre metalice necontravntuite i una din variantele cadrelorcontravntuite sau a diafragmelor metalice

Normele de proiectare antiseismic prevd diverse criterii de proiectare i alctuire pentru fiecare tipstructural, pentru asigurarea unui comportament seismic adecvat. Cadrele duale sunt tratate n schimbmult mai sumar, proiectantul fiind ndrumat ctre criteriile de proiectare specifice structurilor

componente n parte. n plus, se menioneaz doar c forele laterale sunt preluate de ctresubstructuri proporional cu rigiditatea lor (Eurocode 8, 1994). Normele americane (NEHRP 2000) maiimpun i condiii de rezisten, astfel, cadrele necontravntuite trebuie s fie capabile s preia celpuin 25% din fora lateral de calcul pentru a califica ansamblul de cadre necontravntuite i cadrecontravntuite/ n diafragme drept cadre duale. Acest criteriu este stabilit ns n mod arbitrar i nu arela baz un studiu specific (NEHRP 2000, comentarii).

Acest capitol studiaz structurile duale obinute prin combinarea a dou substructuri cu proprieti(rigiditate, rezisten i ductilitate) substanial diferite, cum ar fi cadrele contravntuite excentriccombinate cu deschideri necontravntuite cu noduri rigide. Spre deosebire de cadrele dualenecontravntuite, componentele structurilor duale contravntuite/necontravntuite influeneaz ntr-omsur mai mare caracteristicile globale ale structurii i este de ateptat ca i rspunsul seismic s fieafectat corespunztor.

Folosind principii energetice, Akiyama (1999) a demonstrat eficiena din punct de vedere alcomportamentului seismic al structurilor duale (rigid-flexibile), compuse din dou subsisteme, din careunul (flexibil) s rmn elastic n timpul cutremurului, iar altul (rigid) s disipeze energie prindeformaii plastice. Acest obiectiv se poate realiza alegnd n mod corespunztor caracteristicile celordou sisteme componente (fora de curgere Fyi i rigiditatea Ki). Comportarea global al unui cadrudual poate fi asimilat simplificat cu un sistem format din dou resorturi elastice perfect plastice (veziFigura 4) legate n paralel.

Obiectivul realizrii sistemului dual const n dirijarea deformaiilor plastice (a disiprii de energie) nsubsistemul rigid (2). Pentru aceasta, rigiditile iniiale ale celor dou subsisteme trebuie astfel alese,ca s se mpiedice apariia deformaiilor plastice n componenta flexibil (1). Considernd necesar odeformaie plastic pl2 (cerin de ductilitate) n resortul rigid, poate fi determinat ductilitateaconvenional D, reprezentnd ductilitatea resortului 2 pn la plastificarea resortului 1:

1 2

2 1

y

D

y

F K

F K =

Astfel, un indice al alctuirii corecte a sistemului dual l poate constitui ductilitatea D, care poate fimrit n urmtoarele moduri: substructura flexibil: prin creterea forei de curgere i micorarea rigiditii substructura rigid: prin scderea forei de curgere i creterea rigiditii



5/12

K1, Fy1

K2, Fy2

K=K1+K2

F

y2 y1

Fy1

Fy2

Fy1+Fy2

K1

K2

K

K1Fy2+K1xy2

pl2

Figura 4: Model simplificat al unui sistem dual generalizat.

Pentru a evalua influena configuraii duale asupra rspunsului seismic, au fost considerate doustructuri. Prima dintre acestea, dual (DUA), a fost format din cadre cu deschideri contravntuite

excentric i necontravntuite cu noduri rigide. O structur corespunztoare omogen (EBF) a fostobinut prin articularea riglelor din deschiderile unu i trei, pstrnd doar deschiderea contravntuitexcentric ca sistem de rezisten la fore laterale (vezi Figura 5).

DUA EBF

Figura 5: Configuraia dual (DUA) i cea omogen (EBF).

Criteriul de cedare corespunztor strii limit ultime (SLU) a fost determinat la atingerea deformaiilorultime (u, u) n elementele structurii. Nivelul de performan pentru starea limit a exploatrii normale(SLEN) a fost limitarea deplasrilor relative de nivel la 0.006 h, iar cel pentru starea limit de prevenire

a colapsului (PC) atingerea instabilitii dinamice. Nivelul aciunii seismice corespunztor SLEN,SLU i PC a fost =0.5, =1.0 i respectiv=1.5.



6/12

Figura 6: Rspunsul ciclic al sistemului OD.

Modelarea structurilor DUA i EBF nu a inclus efectul degradrii de rezisten a relaiei for -

deplasare a elementelor structurale. Considerarea acestui fenomen permite o evaluare mai realist acolapsului structurii, care este generat att de efectele de ordinul doi, ct i de reducerea rezisteneielementelor, ca urmare a unor deformaii excesive. n contextul structurilor duale, eficienasubstructurii secundare (flexibile) n asigurarea unui sistem de rezerv pentru structura de rezistenaprimar n cazul cedrii acesteia nu poate fi evaluat n mod corect dect prin modelarea explicit adegradrii de rezisten. n acest scop s-au efectuat o serie de analize dinamice incrementale pesisteme duale i omogene cu un singur grad de liberate dinamic, avnd caracteristici apropiate deproprietile globale ale cadrelor DUA i EBF i care s modeleze degradarea de rezisten (veziFigura 6).

Proiectarea structurilor duale formate din cadre metalice contravntuite excentric i necontravntuiteconform normelor antiseismice actuale nu ofer avantaje fa de structurile omogene. Criteriul de

proiectare guvernant este reprezentat de rezistena barelor disipative scurte. Aportul de rigiditate irezisten al structurii secundare, formate din deschideri necontravntuite cu noduri rigide, este minorla nivelul forelor de calcul, aceasta neafectnd practic dimensionarea structurii principale. Utilizareaunor mbinri rigl-stlp rigide n deschiderile necontravntuite ofer avantajul unei dimensionri maieconomice a elementelor structurale, dar crete costul nodurilor. Criteriul de proiectare pentruelementele structurii necontravntuite l constituie rezistena (SLU) n gruparea fundamental dencrcri. Constructiv, structura dual poate fi alctuit din cadre contravntuite i necontravntuiteparalele, sau ca i deschideri contravntuite/necontravntuite ale aceluiai cadru. n prima variant,conlucrarea dintre cele dou subsisteme trebuie asigurat prin intermediul unui planeu suficient derigid i puternic pentru transferul forelor de inerie.

Fenomenele care afecteaz performana seismic a structurilor duale pot fi mprite n dou grupuri:

aspecte care in de relaia for-deplasare global i tipul de micare seismic, care pot fi modelateprin sisteme cu un singur grad de liberate dinamic

distribuia cerinelor de ductilitate i a degradrilor n structur, pentru analiza crora este necesarun model cu mai multe grade de libertate dinamic

La nivelul relaiei globale for-deplasare, structurile duale sunt caracterizate de: (1) o rigiditate i ofor de curgere apropiate de cele ale structurilor omogene i (2) rezisten maxim i consolidare mairidicate. n cazul n care perioada fundamental a structurii este mai mare dect perioada de col amicrii seismice, cerina de deplasri inelastice a structurilor omogene este aproximativ egal cudeplasrile elastice. De aceea, consolidarea i rezerva de rezisten post-elastic a structurilor dualenu influeneaz cerina de ductilitate a acestora. Diferena dintre relaia for-deplasare global astructurilor duale i omogene devine important atunci cnd perioada fundamental a structurii este

mai mic dect perioada de col a micrii seismice. Cerina de deplasare inelastic a structurilor



7/12

omogene este mai mare dect deplasrile elastice n acest caz, iar consolidarea mai mare irezistena post-elastic a configuraiilor duale devin eficiente n reducerea cerinelor de ductilitate.

Limitarea deplasrilor laterale permanente este important pentru asigurarea funciunii cldirii dup uncutremur. Structurile duale sunt eficiente n reducerea acestora att timp ct substructura flexibil areun rspuns elastic. Optimizarea configuraiilor duale din acest punct de vedere poate fi efectuat

mrind ductilitatea convenional D. Din punct de vedere practic, creterea ductilitii convenionaleeste eficient prin folosirea unui oel cu limita de curgere superioar la deschiderile necontravntuite,asigurnd astfel o cretere a rezistenei, dar nu i a rigiditii sistemului flexibil. Efectul de reducere adeplasrilor permanente de ctre configuraia dual este maxim n cazul n care perioadafundamental a structurii se afl n domeniul vitezelor spectrale constante.

Performana superioar a configuraiilor duale fa de sisteme echivalente omogene devine importantpentru structurile cu ductilitate limitat, reducnd cerina de deplasri maxime i permanente, idiminund riscul atingerii instabilitii dinamice. n cazul unor sisteme foarte ductile, cum sunt icadrele contravntuite excentric cu bara disipativ scurt, aceste aspecte sunt totui mai puinimportante.

La nivelul structurilor multietajate cu structur dual, existena substructurii secundare flexibilembuntete performana seismic prin uniformizarea deplasrilor relative de nivel pe nlime,reducnd riscul unor mecanisme pariale de nivel. Cadrele contravntuite excentric cu bara disipativscurt sufer de cerine ridicate de deformaii plastice n linkurile de la nivelele inferioare. Cadreleduale conduc la o distribuie mai uniform a deformaiilor plastice n linkuri n comparaie cu celeomogene (vezi Figura 7), mbuntind capacitatea global de disipare a energiei. Folosindproiectarea de capacitate i principiile de alctuire a structurilor duale, degradrile structurale pot fiizolate doar n barele disipative scurte, asigurnd un rspuns elastic al deschiderilor necontravntuite,chiar i pentru nivele ale intensitii seismice corespunztoare strii limit ultime. Pe lng beneficiileamintite mai sus, aceast comportare reduce costurile de intervenie la structur n urma unui seismde calcul.

Figura 7: Distribuia deplasrilor relative de nivel pe nlime, =1.

n comparaie cu structurile necontravntuite, cadrele contravntuite excentric cu bara disipativscurt nu necesit o supradimensionare din condiii de deformabilitate lateral i rezult cu o greutatea structurii de rezisten redus cu aproximativ 20%.



8/12

Configuraia i proprietile post-elastice ale structurilor afecteaz rspunsul lor, dar caracteristicilemicrii seismice au o influen net mai important. Spre deosebire de rspunsul elastic al uneistructuri, care este complet definit de spectrul de pseudo-acceleraie, rspunsul n domeniul plasticdepinde nu numai de acceleraia spectral, ci i de coninutul de frecvene al micrii seismice.Structurile cu perioada fundamental mai mic dect perioada de col a micrii seismice sufer oamplificare important a cerinelor de ductilitate fa de structurile aflate n domeniul de vitezespectrale constante. n contextul proiectrii, factorul de reducere al forelor seismice depinde puternicnu numai de tipul structurii, ci i de coninutul de frecvene al micrii seismice. Normele antiseismiceactuale neglijeaz acest din urm aspect, important n contextul condiiilor seismice din Romnia,capabile s genereze micri seismice cu perioada de col n jur 1.4-1.5 secunde.

4. NCERCRI EXPERIMENTALE PE LINK DEMONTABIL

Comportarea structurilor n urma seismelor de la Loma Prieta (1989), Northridge (1994) i Hyogoken-Nanbu (1995) au artat c n general, construciile moderne ndeplinesc cerinele de prevenire acolapsului n cazul unui seism major. Totui, pierderile economice n urma acestor dezastre naturale

au fost neateptat de mari, impulsionnd dezvoltarea conceptului de proiectare bazat pe performan(PBP). Printre obiectivele acesteia se numr i minimizarea degradrilor structurale dar inestructurale la nivele mici i mijlocii ale aciunii seismice (cu perioade medie de recuren de 100-225ani). Aceasta este echivalent cu diminuarea costului global (construcie plus ntreinere/reabilitare) alunei cldiri amplasate ntr-o zon seismic.

Pe de alt parte, proiectarea bazat pe capacitate, aplicat n majoritatea normelor actuale, permiteproiectarea unor structuri care s dirijeze deformaiile plastice n anumite zone prestabilite, numitezone disipative. Folosind criteriile proiectrii bazate pe capacitate i "jocul" cu rigiditatea i rezistenacomponentelor structurii, pot fi realizate structuri duale care s izoleze deformaiile plastice ntr-unnumr limitat de elemente structurale. Acest lucru s-a artat a fi posibil cel puin pentru structurileduale n cadre contravntuite excentric i cadre necontravntuite cu noduri rigide.

O realizare judicioas a elementelor disipative poate reduce substanial costul lucrrilor de interveniela o structur afectat de un cutremur major. Ideea const n prevederea unor mbinri demontabilentre elementele disipative i restul structurii, uurnd nlocuirea zonelor degradate n cazul unuicutremur. n cazul cadrelor metalice contravntuite excentric, linkurile se pot mbina cu rigla metaliccu ajutorul unor plci de capt, asigurnd printr-o dimensionare corect a mbinrii i a linkuluidegradarea doar a prii demontabile. O astfel de mbinare cu plac de capt i uruburi de naltrezisten este prezentat n Figura 8. Dup un cutremur major, cnd majoritatea elementelordisipative trebuie nlocuite, n cazul schemei propuse, elementul disipativ degradat poate fi nlocuitrelativ uor i la un cost redus. Conceptul poate fi folosit att pentru structuri contravntuite excentricomogene, ct i duale. Ultimul caz prezint avantajul unor deformaii permanente mai mici dect lastructurile omogene, efect benefic att pentru nlocuirea elementelor demontabile, ct i pentru

funcionalitatea cldirii.

Pentru verificarea acestor ipoteze s-a efectuat un program experimental, care a avut la baz cadruldual DUA, modul de dimensionare i performana seismic a acestuia fiind descrise n capitolul 3.Scopul ncercrilor a constat n determinarea comportrii la ncrcri ciclice a linkului i a prinderiiacestuia de rigla cadrului, precum i fezabilitatea nlocuirii elementului demontabil n urma degradriiacestuia. Parametrii investigai prin ncercrile experimentale au fost: lungimea linkului, dispunerearigidizrilor, gradul de pretensionare a mbinrilor. ncercarea specimenelor a fost efectuat n grupuria cte ase specimene de aceiai lungime: LLx-m, LLx-c1, LLx-c2, LHx-m, LHx-c1, LHx-c2 (x lungimea barei). Deplasarea la curgere determinat pentru specimenul cu rigidizri rare (LLx-m) a fostfolosit pentru alctuirea istoriei de ncrcare ciclic a specimenelor din acelai grup de lungime (attLLx-c, ct i LHx-c).



9/12

e

ed

Figura 8: Conceptul de link demontabil.

ncercrile experimentale pe bare disipative demontabile au demonstrat fiabilitatea tehnologic asoluiei. Performana barelor disipative scurte demontabile i posibilitatea nlocuirii acestora le facedeosebit de atractive pentru a fi utilizate la cadre metalice duale. Din punctul de vedere al costurilor denlocuire a barelor distruse n urma unui seism, avantajul maxim l prezint barele scurte, care asigur

un rspuns elastic al mbinrii, facilitnd demontarea elementelor degradate. Concentrareadistrugerilor doar n bara disipativ demontabil poate fi asigurat prin folosirea principiilor proiectriide capacitate, inclusiv prin fabricarea barei disipative dintr-un oel cu limita de curgere inferioar celuifolosit pentru restul structurii. Zona de rigl situat ntre contravntuire i link este supus unor eforturimari, de aceea se recomand rigidizarea suplimentar a acesteia, o variant posibil fiind ceadescris n acest capitol. Detaliile de sudur dintre elementul disipativ i placa de capt propuse ifolosite la fabricarea specimenelor au demonstrat o comportare excelent a mbinrii sudate, nici unspecimen nenregistrnd cedri ale sudurii. Aspectele eseniale ale sudurii element-plac de capt auinclus: (1) eliminarea gurii de acces la rdcina sudurii; (2) sudura n 1/2V ntre tlpi i placa de captrealizat de la exteriorul seciunii i (3) aplicarea unei suduri de col pe conturul interior al seciunii(tlpi i inim). Eliminarea gurii de acces la rdcina sudurii constituie un avantaj i din punct devedere al reducerii costurilor de fabricaie, soluia fiind recomandat pentru toate mbinrile de acest

tip executate n atelier.

n comparaie cu bara disipativ clasic, linkul demontabil are un rspuns mai complex, care poate ficaracterizat prin aportul componentelor care l alctuiesc: forfecarea inimii, rotirea n mbinri ilunecarea n mbinri (Figura 9). Identificarea acestor componente i cuantificarea ponderii pe care oare fiecare n rspunsul total al elementului permite o nelegere a modului de cedare, a comportriiciclice i a caracteristicilor de rigiditate, rezisten i ductilitate totale.

L

L

DALJ

DALS

(a) (b)

Figura 9: Modul de deformare al unui link demontabil (a) i schematizarea deformrii panoului (b).

Barele disipative lungi i dispunerea deas a rigidizrilor au avut ca i efect o solicitare mai puternica mbinrilor. Rspunsul ciclic al elementelor la care mbinarea a constituit elementul cel mai slab a

fost caracterizat de: (1) o reducere a forei maxime fa de elementele dominate de forfecarea inimii;(2) o comportare de tip "pinching", cu degradarea rigiditii i a rezistenei n cadrul ciclurilor de



10/12

amplitudine constant, i (3) cedarea prin degradarea gradual a rezistenei datorit fichiuirii filetuluin uruburi (vezi Figura 10a i Figura 11a). Rspunsul post-elastic al mbinrilor a avut un caracterductil, fapt datorat cedrii prin fichiuirea filetului. Acest mod de cedare nu este n general specificuruburilor. Cedarea clasic a uruburilor prin ruperea n tij ar fi dus la o comportare mai fragil alinkurilor lungi. Pretensionarea total a uruburilor a asigurat un rspuns histeretic mai stabil ncomparaie cu pretensionarea parial, reducnd fenomenul de "pinching".

Figura 10: Relaiile for deformaie total F-Tpentru specimenele LH6-c1 i LL4-c1.

Rspunsul barelor disipative scurte a fost dictat de forfecarea panoului de inim, distana dintrerigidizri constituind un parametru important al performanei lor. n cazul rigidizrilor rare, comportareabarelor disipative scurte a fost determinat de voalarea plastic a inimii, care a dus la degradarearezistenei prin voalarea alternativ dup direcia celor dou diagonale (vezi Figura 10b i Figura 11b).Dispunerea deas a rigidizrilor a limitat voalarea plastic excesiv a inimii, ducnd la: (1) dezvoltareaforei capabile maxime a seciunii; (2) un rspuns histeretic mai stabil; (3) o capacitate de rotire mairidicat, dar i (4) o cedare mai rapid prin forfecarea inimii pe conturul panoului.

(a) (b)

Figura 11: Cedarea prin degradarea mbinrii la specimenul LH6-c2 (a) ivoalarea plastic a inimii la specimenul LL4-c1 (b).

Cu excepia barelor disipative foarte scurte (seriile LL4 i LH4), mbinarea nu a asigurat

suprarezistena rezultat pe calcule. Acest fapt se poate datora unei fore de ntindere suplimentare lacare au fost supuse mbinrile din cauza mpiedecrii deplasrilor axiale ale linkului datorit montajul



11/12

experimental. Validarea acestei ipoteze i prezena fenomenului n structuri reale contravntuiteexcentric necesit studii suplimentare. Pentru asigurarea unui rspuns elastic al mbinrii, pe bazadatelor experimentale din acest studiu se recomand n cazul barelor disipative demontabile, limitarealungimii acestora ed la valoarea 0.8 My/Vy. Rezistena barelor disipative cu lungimea limitat laaceast valoare poate fi calculat ca i pentru bara disipativ scurt clasic. Deoarece pretensionareatotal a condus la o rigiditate iniial mai mare, o comportare histeretic mai stabil i o capacitate dedeformare mai ridicat, se recomand pretensionarea total a uruburilor de nalt rezisten la barelescurte demontabile.

Cu toate c modul de cedare al specimenelor a fost diferit, funcie de lungimea barei disipative, toateelementele au demonstrat o ductilitate excelent. Cu excepia barelor disipative lungi cu rigidizri rare(LL7), restul specimenelor au demonstrat o capacitate de deformare ciclic stabil de minim 0.1radiani. Distribuirea cerinelor de ductilitate ntre mbinare i inim la barele disipative intermediare(LL5-LL6 i LH5-LH6) a avut ca efect o cretere a capacitii de rotire fa de specimenele dominatede moduri de cedare "pure". Variabilitatea limitei de curgere a mrcilor de oel folosite n construciiface totui dificil valorificarea activ a fenomenului.

mbinrile semi-rigide cu plac de capt pe nlimea profilului reduc substanial rigiditatea iniial abarelor disipative demontabile n comparaie cu soluia clasic. Pentru calculul global al unor structuricontravntuite excentric cu bara disipativ demontabil este necesar modelarea explicit acomportrii semi-rigide a mbinrilor, fie considerarea unei rigiditi echivalente a elementuluidemontabil.

5. BIBLIOGRAFIE

ATC 40, (1996). "Seismic evaluation and retrofit of existing concrete buildings". Redwood City (CA),Applied Technology Council.

Bozorgnia, Y., Bertero, V.V., (2001). "Improved shaking and damage parameters for post-earthquakeapplications" Proceedings of the SMIP01 Seminar on Utilization of Strong-Motion Data, Los Angeles,California, September 12, 2001, pp. 1-22.

Gasparini, D.A., and Vanmarcke, E.H. (1976). "Simulated Earthquake Motions Compatible withPrescribed Response Spectra," Department of Civil Engineering, Research Report R76-4,Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts.

Lungu, D., Aldea, A., Arion, C., Cornea, T., Vcreanu, R. (2003). "Hazardul seismic n Romnia",Partea I, cap. 2 din "Construcii amplasate n zone cu micri seismice puternice". OrizonturiUniversitare, Timioara.

Newmark, N., Hall, W., (1982). "Earthquake Spectra and Design", Earthquake Engineering ResearchInstitute (EERI), Oakland, CA

Stewart, J.P., Chiou, S-J., Bray, J.D., Graves, R.W., Somerville, P.G., Abrahamson, N.A. (2001)."Ground Motion Evaluation Procedures for Performance-Based Design". PEER Report 2001/09,Pacific Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering, University of California,Berkeley.

Whittaker, A., (n.d.). "Earthquake Engineering and Structural Dynamics II". accesat n martie 2003 dela: http://overlord.eng.buffalo.edu/ClassHomePages/cie619/index.htm

Engelhartd, M.D. and Popov, E.P. (1992). "Experimental performance of long links in eccentricallybraced frames". Journal of Structural Engineering, Vol.188, No.11:3067-3088.

http://overlord.eng.buffalo.edu/ClassHomePages/cie619/index.htmhttp://overlord.eng.buffalo.edu/ClassHomePages/cie619/index.htm


12/12

Prakash, V., Powell, G.H., and Campbell, S., (1994). "Drain-3dx Base Program Description and UserGuide", Version 1.10.

Ricles J.M., Popov E.P., (1994). "Inelastic link element for EBF Seismic Analysis". ASCE, Journal ofStructural Engineering, Vol. 120, No. 2: 441-463.

Fajfar, P. (2000). "A nonlinear analysis method for performance-based seismic design". EarthquakeSpectra, 16(3): 573-92.


Date post:	04-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	croitoru-gheorghe
View:	226 times
Download:	0 times

Comportamentul seismic al cadrelor metalice duale contravantuite

Documents