of 35
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
1/35
1
STUDIU PRIVIND EFICIENA SOLUIEI DEIZOLARE SEISMIC A BAZEI PENTRU
STRUCTURI DIN BETON ARMAT DIN ROMNIA
Aspecte teoretice i practice
Conf. dr. ing. Dan ZamfirescuDr. Ing. Vasile Oprisoreanu
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
2/35
2
O mare parte din lume, este supus la cutremure de pmnt iarsocietatea se ateapt ca inginerii de structuri s proiecta cldirile
noastre, astfel nct acestea s supravieuiasc efectelor induse deacestea.
Ecuaie unic de baz: Capacity > Demand
Ecuaia de mai sus a condus la dou abordri diferite:
I. Abordarea tradiional: pornind de la premiza ca n privinacerinei nu se poate intervenii aceast abordare trateaz strictproblema capacitii.
II. Abordarea alternativ: se dorete o reducere a cerinei prinintroducerea unor dispozitive mecanice:
- Izolarea seismice a bazei;
- Introducerea unor dispozitive de disipare a energiei
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
3/35
3
Abordarea tradiional
Creterea capacitiiproporional cu cerina
Creterea ductilitii
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
4/35
4
Izolarea Bazei
-
Concept
stiff
flexible
Fig.1 aIdeal isolation
Fig. 1 b Base-isolated
building Isolators
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
5/35
5
Izolarea Bazei
-
Concept
Spectru normalizat elastic
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4
T(s)
(T) (T)
(T)*
=0.05
eff=0.204=0.624
TneizTiz
Principiile Izolrii bazei laaciunea seismic seismice
a. Creterea perioadeifundamentale
T1 T1iz
b. Reducere spectrului deproiectarea () creterea
amortizrii sistemului
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
6/35
6
Izolarea Bazei
-
Dispozitive
Izolatori seismici:
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
7/35
7
Izolarea Bazei - Dispozitive
Amortizori:
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
8/35
8
Studiu de caz:A. Structur cu perei de beton armat (P+8E) amplasat n Bucureti i
Bacu;
B. Structur n cadre de beton armat (P+5E) amplasat n Bucureti iBacu;
Etapele studiului:
1. Predimensionare structur izolat;
2. Proiectarea structurii izolate;
2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff);
2.2 Proiectarea structurii la eforturile rezultate;
2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
3. Concluzii;
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
9/35
9
Structur cu perei de beton armat
Regim de nlime:P+8E
Amplasament:
a. Bucureti
Tc= 1.6 s
ag= 0.24g (IMR=100ani)-SLUag= 0.36g (IMR=475ani)-SLSV
b. BacuTc= 0.7 s
ag= 0.28g (IMR=100ani)-SLU
ag= 0.4g (IMR=475ani)-SLSV
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
10/35
10
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E
Regulide predimensionare:
Raportul ntre perioada izolat i fixat la baz > 3 ;
Efortul unitarmediu de compresiunen izolatori ~ 15 N/mm2 ;
Amortizori realizeaz o amortizare echivalent 20-30% ;
Amortizori histeretici rezistencrcrilordin vnt;
Amortizori astfel dispuinct s nu existe torsiune;
Suprastructura s rmnn domeniul elastic (q=1.5);
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
11/35
11
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E
Se propune utilizarea urmtoarelor dispozitive :
Izolatori din cauciuc natural (NRB)
G=3.5 Kgf/cm2
S2=D/ ntR ~ 4
Amortizori histeretici din plumb (U180)
Fy=100 KN
y=0.0083 m
k1=12 t/cm
k2=0 t/cm
OBS: n studiul de fa s-a preferat realizarea izolrii respectiv amortizrii prindispozitive distincte care s permit un control mai strict al rspunsuluistructural ct i pentru a evidenia influena fiecrei componente n rspunsulglobal al structurii.
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
12/35
12
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E
2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff )
Dimensionare izolatori: Limitarea efortului unitaraxial de compresiune pentru grupare de lung durat
Limitarea efortului axial dentindere
Limitarea deplasrii orizontale pentru SLU (IMR=100 ani)
Dimensionare amortizori:
Acestea se dimensioneaz pentru a obine o amortizare cuprinsntre 20-30% Se recomanda aceste valori de amortizare din urmtoarele considerente
Reducerea deplasrilor orizontale
Pentru valori mai mari de amortizare cresc eforturile orizontale aduse la structur
2( ) ( ) ( )
2
eff
u De eff d eff
TS T S T
1 1 112 ( ); ; 2
i
eff
uy yi i ieff eff i i
u u u eff
F F MK TF K
1
1 1 1 2( ) ( ) ( )2
eff
u eff eff
i
i i i
De d
TS T S T
10.05
u u
i i
Nu DaStop
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
13/35
13
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff )
Soluia adoptat: Bucureti 16 Izolatori (d=650mm)
20 Amortizori
Bacu 16 Izolatori (d=650mm, d=600mm, d=500mm) 16 Amortizori 23.7% ~ 0.589n
eff
20.6% ~ 0.624n
eff
OBS: Bucureti:Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia ca deplasareamaxima indusa de cutremur sa fie mai mica dect deplasareacapabila a izolatorului.
Bacu: Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia de limitare aefortului unitar de ntindere in izolatori.
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
14/35
14
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff)
F0 (KN) 0 F0 (KN) 0
0 (m) 0 0 (m) 0
Fy (KN) 2000 Fu (KN) 5719.138076
y (m) 0.00833 u (m) 0.327695228
Fu (KN) 5719.138 Keff (KN/m) 17406.84787
u (m) 0.327695 Teff (s) 3.017827696
K1 (KN/m) 240000
T1 (s) 0.812735
K2 (KN/m) 11614.08
T2 (s) 3.694555
Sistem biliniar Sistem liniar echivalent
Sistem Izolare
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Deplasare (m)
Forta(KN)
Sistem Biliniar
SisitemEchivalent
Bucureti
Unde: T neiz = 0.667sT iz = 3.01s
Spectru normalizat elastic
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4
T(s)
(T) (T)
(T)*
=0.05
eff=0.204=0.624
TneizTiz
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
15/35
15
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff )
F0 (KN) 0 F0 (KN) 0
0 (m) 0 0 (m) 0
Fy (KN) 1600 Fu (KN) 3913.486886
y (m) 0.00833 u (m) 0.236814472
Fu (KN) 3913.487 Keff (KN/m) 16523.31716
u (m) 0.236814 Teff (s) 3.097461288
K1 (KN/m) 192000
T1 (s) 0.908665
K2 (KN/m) 10123.95
T2 (s) 3.957123
Sistem biliniar Sistem liniar echivalentSistem Izolare
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Deplasare (m)
Forta(KN)
Sistem Biliniar
SisitemEchivalent
Bacu
Unde: T neiz = 0.667sT iz = 3.09s
Spectru normalizat elastic
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4
T(s)
(T) (T)
(T)*
=0.05
eff=0.237=0.589
TneizTiz
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
16/35
16
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.2 Proiectarea structurii la eforturile rezultate;
Distribuia forei seismice este constant pe nlimea cldirii (modul
1 = mod de translaie al bazei);
Dimensionarea elementelor structurale se face la valorile maximeobinute din aciunea ncrcrilor gravitaionale i a ncrcrilor
seismice;
Detalierea elementelor structurale se face n mod similar cu situaia
cldirilor supuse strict la aciuni gravitaionale;
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
17/35
17
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.2 Proiectarea structurii la eforturile rezultate;
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Bucureti
Bacu
Coeficient Seismic
Cs.iz
Cs.neiz
0 20000 40000 60000 80000 100000 1 20000
Bucureti
Bacu
Moment de rsturnare
Mr.iz
Mr.neiz
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
18/35
18
2.Proiectarea structurii izolate
2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Calculul dinamic neliniar serealizeaz cu ajutorul programuluide calcul ETABS Nonlinear n caresuprastructura este modelat cuelemente caracterizate de o
comportare liniar. Modelarea sistemului de izolare serealizeaz cu ajutorul elementelor detip LINK caracterizate de legi decomportare liniare iar pentrucomportarea histeretic aamortizorilor se optat pentru
modelul histeretic Wen.
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
19/35
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
20/35
20
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Acceleraia cldirii(Bucureti)-SLSV:
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
21/35
21
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Acceleraia cldirii(Bacu)-SLU:
Acceleraia cldirii(Bacu)-SLSV:
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
22/35
22
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Deplasarea bazei (Bucureti) SLU:
Deplasarea bazei (Bucureti) SLSV:
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
23/35
23
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Deplasarea bazei (Bacu) SLU:
Deplasarea bazei (Bacu) SLSV:
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
24/35
24
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Drift (Bucureti): Drift (Bacu):
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
25/35
25
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Moment ncovoietor perete (Bucureti):
Moment ncovoietor grinzi (Bucureti):
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
26/35
26
2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Moment ncovoietor perete (Bacu):
Moment ncovoietor grinzi (Bacu):
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
27/35
27
3. Concluzii Structur P+8E Soluia de izolarea a bazei la aciunea seismic este foarte eficient
pentru zona Bacu (Tc=0.7s) i eficient pentru zona Bucureti (Tc=1.6s)
Coeficientul seismic este redus cu : 59 % Bacu38 % Bucureti
Momentul de rsturnare este redus cu : 69 % Bacu48 % Bucureti
Drift-ul structurii este mult redus (degradrile n elementele nestructuralescad)
Metoda simplificat ofer rezultate similare cu cele obinute prin calcululdinamic neliniar;
Att P100-2006 ct i EC8 nu prevd o verificare explicit la Starea limitde supravieuire cu toate acestea autorii acestui studiu consider c o
astfel de verificare se impune (Mecanismul de cedare asociat SLU sepoate modifica la SLSV- cedarea poate s se produc fie n stratul deizolare fie la nivelul suprastructurii)
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
28/35
28
Structur n cadre de beton armat
Regim de nlime:P+5E
Amplasament:
a. BucuretiTc= 1.6 s
ag= 0.24g (IMR=100ani)-SLU
ag= 0.36g (IMR=475ani)-SLSV
b. BacuTc= 0.7 sag= 0.28g (IMR=100ani)-SLU
ag= 0.4g (IMR=475ani)-SLSV
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
29/35
29
2.Proiectarea structurii izolate - P+5E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff)
Soluia adoptat:
Bucureti 16 Izolatori (d=650mm)
20 Amortizori
Bacu 16 Izolatori (d=450mm, d=500mm )
16 Amortizor 31% ~ 0.524neff
21.7% ~ 0.611n
eff
OBS: Bucureti: Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia ca deplasareamaxima indusa de cutremur sa fie mai mica dect deplasarea
capabila a izolatorului.Bacu: Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia ca deplasarea
maxima indusa de cutremur sa fie mai mica dect deplasareacapabila a izolatorului.
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
30/35
30
2.Proiectarea structurii izolate - P+5E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff )
F0 (KN) 0 F0 (KN) 0
0 (m) 0 0 (m) 0
Fy (KN) 2000 Fu (KN) 5446.503
y (m) 0.00833 u (m) 0.320948
Fu (KN) 5446.503 Keff (KN/m) 16829.45
u (m) 0.320948 Teff (s) 2.531012
K1 (KN/m) 240000
T1 (s) 0.67023
K2 (KN/m) 10930.89
T2 (s) 3.140519
Sistem biliniar Sistem liniar echivalentSistem Izolare
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Deplasare (m)
Forta(KN)
Sistem Biliniar
SisitemEchivalent
Bucureti
Unde: T neiz = 0.67sT iz = 2.53s
Spectru nor malizat elastic
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4
T(s)
(T) (T)
(T)*
=0.05
eff=0.21=0.611
Tneiz Tiz
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
31/35
31
2.Proiectarea structurii izolate - P+5E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff )
F0 (KN) 0 F0 (KN) 0
0 (m) 0 0 (m) 0
Fy (KN) 1600 Fu (KN) 2942.108
y (m) 0.00833 u (m) 0.181016
Fu (KN) 2942.108 Keff (KN/m) 16071.83
u (m) 0.181016 Teff (s) 2.589981
K1 (KN/m) 192000
T1 (s) 0.749339
K2 (KN/m) 7681.043T2 (s) 3.746443
Sistem biliniar Sistem liniar echivalentSistem Izolare
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Deplasare (m)
Forta(KN)
Sistem Biliniar
SisitemEchivalent
Bacu
Unde: T neiz = 0.67sT iz = 2.58s
Spectru normalizat elastic
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4
T(s)
(T) (T)
(T)*
=0.05
eff=0.31=0.524
Tneiz Tiz
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
32/35
32
2.Proiectarea structurii izolate - P+5E2.2 Proiectarea structurii la eforturile rezultate;
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
Bucureti
Bacu
Coeficient Seismic
Cs.iz
Cs.neiz
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Bucureti
Bacu
Moment de rsturnare
Mr.iz
Mr.neiz
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
33/35
33
2.Proiectarea structurii izolate - P+5E2.5 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);
Drift (Bucureti): Drift (Bacu):
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
34/35
34
3. Concluzii Structura P+5E
Soluia de izolarea a bazei la aciunea seismic este relativ eficientpentru zona Bacu (Tc=0.7s) i puin eficient pentru zona Bucureti
(Tc=1.6s)Coeficientul seismic este redus cu : 59 % Bacu
crete cu : 60 % BucuretiMomentul de rsturnare este redus cu : 43 % Bacu
crete cu : 16 % BucuretiDrift-ul structurii este mult redus (degradrile n elementele nestructurale
scad)
Metoda simplificat ofer rezultate similare cu cele obinute prin calcululdinamic neliniar;
Att P100-2006 ct i EC8 nu prevd o verificare explicit la Starea limitde supravieuire (IMR=475 ani) cu toate acestea autorii acestui studiuconsider c o astfel de verificare se impune (Mecanismul de cedareasociat SLU se poate modifica la SLSV- cedarea poate s se produc fien stratul de izolare fie la nivelul suprastructurii)
8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4
35/35
35
V mulumesc
pentru atenie!