01_Rezumat Teza de Doctorat

7/22/2019 01_Rezumat Teza de Doctorat

1/19

Universitatea Tehnic deConstrucii Bucure ti

UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI

Facultatea de Construc ii Civile, Industrialei Agricole

TEZ DE DOCTORAT

RezumatContribu ii la mbun t irea procedurilorde proiectare seismic a structurilor cu

pere i de beton armat

Doctoranding. Eugen MORARIU

Conduc tor de doctoratprof.univ.dr.ing. Tudor POSTELNICU

BUCURE TI2012


2/19

2

MULUMIRI

Doresc s mulumesc, n primul rnd, pentru sprijinul, ajutorul i ndrumareacontinu Prof. dr. ing. Tudor Postelnicu. De asemenea, doresc s i mulumesc pentrurbdarea de care a dat dovad la aducerea tezei n formatul de fa .

Pentru timpul acordat, discuiile tiinifice i ideile valoroase pe care mi le-a oferit

aduc mulumiri Conf. dr. ing. Dan Zamfirescu. De asemenea, doresc s i mulumescpentru sprijinul primit n vederea obinerii stagiului de preg tire la Universitatea dinLiubliana, Slovenia.

Pentru stagiul de preg tire i timpul acordat doresc s i mulumesc i Prof. dr. ing.Matej Fischinger de la Universitatea din Libubliana. Acest stagiu a reprezentat un pas nainte n dezvoltarea mea profesional , intrnd n leg tur direct cu cercetarea la nivelinternaional.

De asemenea, adresez mulumirile mele Prof. dr. ing. Radu Pascu, pentru atenia iinteresul cu care a analizat o parte din cercetrile realizate, precum i pentru interveniilebine venite.

Mulumiri speciale datorez prietenului Ionu Damian, pentru discuiile interminabile i ajutorul acordat pe ntreaga realizarea a tezei.Nu n ultimul rnd adresez mulumirile mele Prof. dr. ing. Radu Perovici i Conf. dr.ing. Daniel Dan pentru bunvoina i competena cu care s-au aplecat asupra lucrri mele i pentru sugestiile primite de la domniile lor.

n final, doresc s i mulumesc soiei pentru sprijinul i rbdarea de care a datdovad , dar i p rinilor i fratelui pentru suportul oferit.

CUVINTE CHEIEFor tietoare inelastic , amplificare forei t ietoare, distribuia forei t ietoare,

perei izolai, perei cuplai, structuri duale.


3/19

3

CUPRINS

1. INTRODUCERE .................................................................................................................................. 18 1.1 Evoluia cuno tinelor de proiectare seismic a construc iilor cu pere i de beton armat .........................................18 1.2 Coninutul lucrrii ...........................................................................................................................................................20

2. STADIUL CUNOTINELOR REFERITOARE LA PROIECTAREA SEISMIC A STRUCTURILORCU PEREI DE BETON ARMAT ....................................................................................................... 22

2.1 Introducere ......................................................................................................................................................................22 2.2 Obiective .........................................................................................................................................................................22 2.3 Organizarea studiului .....................................................................................................................................................23

2.3.1 Coduri de proiectare considerate .............................................................................................................................23 2.3.2 Prezentarea structurii analizate ...............................................................................................................................23

2.4 Analiza comparativ a prevederilor codurilor considerate ..........................................................................................24 2.4.1 Rezistene de proiectare ..........................................................................................................................................24 2.4.2 ncrcarea gravitaional n combinaia seismic de proiectare ...............................................................................25 2.4.3 Structura expresiei de evaluare a forei seismice .....................................................................................................26 2.4.4 Combinaiile seismice de proiectare ........................................................................................................................28 2.4.5 Stabilirea valorilor de proiectare ale eforturilor secionale (cerinelor de rezisten ) ................................................28 2.4.6 Determinarea valorilor de proiectare ale rezistenelor la moment ncovoietor i for t ietoare ................................30

2.5 Nivelul global de siguran oferit de aplicarea codurilor analizate..............................................................................32 2.6 Concluzii ..........................................................................................................................................................................34

3. STUDIU PRIVIND CALIBRAREA VALORILOR DE PROIECTARE A FORELOR TIETOARE DINPEREII STRUCTURALI DE BETON ARMAT .................................................................................. 36 3.1 Introducere ......................................................................................................................................................................36 3.2 Obiective principale ........................................................................................................................................................37 3.3 Abordarea general a problemei....................................................................................................................................37

3.3.1 Fore t ietoare asociate capaicty design, amplificarea dinamic a forelor t ietoare n domeniul elastic decomportare ...........................................................................................................................................................37

3.3.2 Amplificarea dinamic a forelor t ietoare n domeniul inelastic de comportare ........................................................39 3.3.3 Relaia propus .......................................................................................................................................................43 3.3.4 Compararea abordrii propuse cu codurile de interes ..............................................................................................46

3.4 Obiectivele studiului parametric ....................................................................................................................................51 3.5 Prezentarea studiului parametric ...................................................................................................................................51 3.6 Parametrii studiului ........................................................................................................................................................51 3.7 Proiectarea rezisten ei pere ilor la fore laterale ...........................................................................................................53 3.8 Modelarea comport rii pereilor.....................................................................................................................................55

3.8.1 Modelarea elastic ..................................................................................................................................................55 3.8.2 Modelarea neliniar .................................................................................................................................................56

3.9 Input seismic i amortizare ............................................................................................................................................71 3.10 Rezultatele studiului parametric ....................................................................................................................................75

3.10.1 Rezultatele analizelor elastice .................................................................................................................................75 3.10.2 Verificarea i corectarea relaiei propuse cu privire la fora t ietoare de la baza pereilor .........................................84 3.10.3 Distribuia forei t ietoare pe n limea pereilor .......................................................................................................98

3.11 Concluzii ........................................................................................................................................................................ 107 4. STUDIU PRIVIND CALIBRAREA VALORILOR DE PROIECTARE A FORELOR TIETOARE DIN

PEREII DE BETON ARMAT DIN COMPONENA STRUCTURILOR DUALE ............................. 109 4.1

Prezentarea studiului .................................................................................................................................................... 109

4.2 Obiectivele studiului ..................................................................................................................................................... 110 4.3 Probleme particulare .................................................................................................................................................... 1104.4 Parametrii studiului ...................................................................................................................................................... 113 4.5 Proiectarea rezisten ei structurii la for e laterale ........................................................................................................ 116 4.6 Modelarea structurilor .................................................................................................................................................. 116

4.6.1 Modelarea elastic ................................................................................................................................................ 116 4.6.2 Modelarea neliniar ............................................................................................................................................... 117


4/19

4

4.7 Input seismic i amortizare .......................................................................................................................................... 121 4.8 Rezultatele studiului parametric .................................................................................................................................. 122

4.8.1 Rezultatele analizelor elastice ............................................................................................................................... 122 4.8.2 Verificarea i corectarea relaiei propuse cu privire la fora t ietoare de la baza pereilor ....................................... 133 4.8.3 Verificarea i corectarea distribuiei propuse a forei t ietoare pe n limea pereilor ............................................. 143

4.9 Concluzii ........................................................................................................................................................................ 1475. STUDIU PRIVIND CALIBRAREA VALORILOR DE PROIECTARE A FORELOR TIETOARE DIN

PEREII CUPLAI DE BETON ARMAT .......................................................................................... 148 5.1 Prezentarea studiului .................................................................................................................................................... 148 5.2 Obiectivele studiului ..................................................................................................................................................... 148 5.3 Probleme particulare .................................................................................................................................................... 149 5.4 Parametrii studiului ...................................................................................................................................................... 1515.5 Proiectarea rezisten ei structurii la for e laterale ........................................................................................................ 153 5.6 Modelarea sistemelor de pere i cuplai ....................................................................................................................... 154

5.6.1 Modelarea elastic ................................................................................................................................................ 154 5.6.2 Modelarea neliniar ............................................................................................................................................... 154

5.7 Input seismic i amortizare .......................................................................................................................................... 156 5.8 Rezultatele studiului parametric .................................................................................................................................. 156

5.8.1 Rezultatele analizelor elastice ............................................................................................................................... 156 5.8.2 Verificarea i corectarea relaie propuse cu privire la fora tietoare de la baza sistemelor de perei cuplai .......... 166 5.8.3 Verificarea procedeelor de repartizare a forei tietoare de baz ntre cei doi montani.......................................... 177

5.9 Concluzii ........................................................................................................................................................................ 183 6. RECOMANDRI PENTRU PROIECTARE ...................................................................................... 185

6.1 Valorile de proiectare ale for ei t ietoare la baza pere ilor ......................................................................................... 185 6.1.1 Relaia propus ..................................................................................................................................................... 1856.1.2 Compararea relaiei propuse cu codurile naionale ................................................................................................ 187

6.2 Distribuia forei t ietoare ............................................................................................................................................ 191 6.2.1 Pe n limea pereilor ............................................................................................................................................. 191 6.2.2 La baza montanilor cuplai .................................................................................................................................... 192

7. CONCLUZII....................................................................................................................................... 193 7.1 Prezentarea tezei .......................................................................................................................................................... 193 7.2 Concluzii pe capitole .................................................................................................................................................... 195

7.2.1 Capitolul 2 ............................................................................................................................................................. 195 7.2.2 Capitolul 3 ............................................................................................................................................................. 196 7.2.3 Capitolul 4 ............................................................................................................................................................. 197 7.2.4 Capitolul 5 ............................................................................................................................................................. 198

7.3 Concluzii finale ............................................................................................................................................................. 199 7.4 Contribuii personale .................................................................................................................................................... 200 7.5 Direcii viitoare de cercetare ........................................................................................................................................ 201

8. REFERINE ...................................................................................................................................... 202 9. BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................................ 205 ANEXA A STUDIU COMPARATIV DETALIAT PEREZENTAT N CAPITOLUL 2 ............................. 210

ANEXA B PROGRAM DE CALCUL PLAN PEREI IZOLAI DE BETON ARMAT(N FORMAT ELECTRONIC)

ANEXA C PROGRAM DE CALCUL PLAN STRUCTURI DUALE(N FORMAT ELECTRONIC)

ANEXA D PROGRAM DE CALCUL PLAN SISTEME PEREI CUPLAI(N FORMAT ELECTRONIC)


5/19

5

1. PREZENTAREA TEZEIObiectivul principal al studiului, l reprezint calibrarea valorilor forelor t ietoare de

proiectare din pereii de beton armat necuplai sau cuplai din cldiri etajate, n care acesteelemente constituie, sigure sau n asociere cu cadrele de beton armat (sisteme duale),structura lateral seismic . Se urmre te astfel acoperirea complet al domeniului deutilizare al pereilor de beton armat n practica inginereasc .

n vederea identificrii diferitelor abordri privind proiectarea pereilor de betonarmat, n capitolul doi a fost realizat compararea prevederilor pentru proiectareastructurilor cu perei din cele mai importante coduri de proiectare pe plan mondial. S-a ntocmit un cuprinz tor studiu comparativ al rezultatelor aplic rii prevederilor normeloreuropene, romne ti, a celor din SUA i Noua Zeelanda,ri n care ingineria seismic este dintre cele mai avansate. Capitolul se ncheie cu concluzii n msur s clarificenivelul siguranei construciilor obinute prin aplicarea normelor dinara noastr , n raportcu sigurana obinut prin aplicarea altor norme, precum i cu unele propuneri demodificare a unor prevederi ale codului romnesc aflat n revizuire.

Calibrarea valorilor forelor t ietoare de proiectare din pereii de beton armat esteabordat n succesiune de la simplu la complex, de la perei n consol pn la pereicuplai i cei care fac parte din structuri duale.

n aceast idee capitolului trei dezvolt determinarea forelor de proiectare pentrupereii n consol .

Acesta porne te de la analiza metodologiei de determinarea forelor tietoare deproiectare din perei dup principiile metodei de proiectare la capacitate (capacitydesign), conform crora fora t ietoare de proiectare este cea asociat mecanismuluiglobal de plastificare. De i corect din punct de vedere static, aceast metod aredezavantajul major al neglijrii efectelor dinamice ale rspunsului, ce se dezvolt n pereiide beton armat.

Pentru a evita acest neajuns n proiectarea curent bazat pe metoda forelor, laevaluarea forelor laterale de proiectarea seine seama de efectele dinamice n domeniulelastic ale rspunsului structural. Aceasta se realizeaz n mod simplificat n metodaforelor statice echivalente i n mod analitic n metoda spectrelor de rspuns. Acestea seobin din analiza static elastic a structurilor cu utilizarea unui factor de reducere q, careare aceea i valoare pentru toate modurile de vibraie ale unei structuri.

Studiile au ar tat ns c nivelul forelor tietoare ce se dezvolt n pereii de betonarmat pe durata aciunilor seismice este mai mare dect cel evaluat conform principiilormetodei de proiectare la capacitate (capacity design), ca urmare a fenomenelor deamplificare dinamic n domeniul neliniar.

Un progres important n evaluare forelor tietoare din pereii izolai de beton armata fost fcut de c tre Keintzel n anii 90 [14], prin introducerea metodei forelor modalelimit , precum i a unei metodologii simplificate de aplicare a acesteia, n prezentimplementat ]n EC8-1 [3]. Pe scurt metoda consider c n cazul pereilor izolai doar

rspunsul primului mod este redus de plastificarea la baz , contribuia celorlalte moduri lafora t ietoare de baz fiind elastic i nu redus cu factorul de comportare.n baza acestei metode, dar i a mbun t irilor aduse acesteia de Rejec et al. [15],

se propune o relaie pentru evaluarea forelor t ietoare din pereii n consol de betonarmat, relaia 3.14. Rezultatele aplicrii acesteia sunt comparate pe rnd cu cele obinuteprin aplicarea prevederilor naionale, dar i a celor europene att pentru metoda forelorstatice echivalente, ct i pentru metoda spectrelor de rspuns.


6/19

6

n finalul capitolului 3 un studiu parametric, bazat pe analize dinamic neliniare aunui set de 54 de perei izolai cu diferite dimensiuni ale seciunii de beton, diferite regimuride nlime i diferite procente de armare, este realizat cu scopul principal s se verificedac relaia propus (relaia 3.14) este adecvat n cazul utiliz rii unui model cuplasticitate distribuit , care ia n considerarea fisurarea i incursiuni neliniare pe n limeapereilor. De asemenea, s-a urmrit, n baza rezultatelor studiului parametric, s sepropun o regul de variaie a forei tietoare de proiectare pe n limea pereilor izolai din

beton armat. Pentru analiz au fost propuse 3 forme ale spectrului de amplificare dinamic al rspunsului elastic cu perioade de col crescnde, pentru fiecare dintre formefolosindu-se 14 accelerograme compatibile cu spectrul.

a b cFig. 3.28 Spectre elastice de accelera ie cu 5% amortizare pentru cele 14 accelerograme compatibile cu: (a)spectrul din EC8-1 [3] de tip 1 pentru teren de tip C cu perioad de col ; (b) spectrul din P100-1 [1]

cu perioad de col ; (c) spectrul cu amplificare constant

Fig. 3.10 Valorile perioadelor fundamentale de vibra ie ale pere ilor izola i propu i

int


7/19

7

a b cFig. 3.27 Schema folosit pentru modelarea comport rii pere ilor izola i: (a) model fizic; (b) model matematic;(c) sec iune de integrare, fibre de beton i de arm tur , rela ii eforturi unitare-deforma ii specifice pentru

beton i arm tur

Structurile cu perei izolai sunt rar ntlnite n practica inginereasc , de cele maimulte ori pereilor fiindu-le asociate cadre de beton armat. Apare aadar necesar investigarea influenei pe care o au cadrele asupra comportrii pereilor de beton armat nspecial asupra forelor t ietoare de la baza pereilor i asupra distribuiei forelor t ietoarepe n limea acestora. Studiile existente destinate acestui subiect sunt foarte puinnumeroase.

n capitolul 4 se dezvolt un studiu parametric bazat pe analize plane dinamicneliniare a 4 configuraii structurale care pornesc de la un perete izolat, cruia pe rnd i s-au adugat cadre adiacente peretelui, la stnga i respectiv la dreapta, cu un numr dedeschideri din ce n ce mai mare. Prin varierea regimului de n lime i a armriilongitudinale a pereilor a fost obinut un numr de 72 de structuri plane. Pentru analiz s-au folosit acelea i accelerograme utilizate n cazul analizei pereilor izolai.

Fig. 4.3 Valorile perioadelor fundamentale de vibra ie ale structurilor duale propuse


8/19

8

Fig. 4.2 Prezentarea schematic a structurilor duale propuse

Fig. 4.6 Schema model rii structurilor duale: (a) model matematic; (b) regula de comportare histeretic articula ii concentrate grinzi, modelul cu fibre de beton i de arm tur pentru stlpi i pere i, inclusiv rela iile

eforturi unitare-deforma ii specifice pentru beton i arm tur

Pereii structurali ndeplinesc ntotdeauna n cldiri i un rol funcional, de perei decompartimentare sau de nchidere. Aceast cauz oblig foarte frecvent necesitateaprezenei pereilor cu goluri cu rol funcional sau tehnic. Dac golurile sunt dispuse ordonatpe vertical , se obine o configuraie de perei cuplai prin grinzi de cuplare.

n capitolul 5, n vederea investigrii amplificrii dinamice a forei t ietoare pentruperei cuplai i identificarea influenei cuplajului asupra acestora, este realizat un studiu


9/19

9

parametric bazat pe analize dinamic neliniare. Cercetarea a avut n vedere i problemastabilirii unei reguli de distribuire pertinente a forei t ietoare ntre montanii pereilorcuplai, ca urmare a fisurrii difereniate a acestora.

Modelul de structur pe care se efectueaz studiul este constituit din doi pereiidentici, cu seciunea unuia din pereii izolai studiai anterior, cuplai printr-o grind lafiecare nivel. Prin varierea att a armrii longitudinale a pereilor i a grinzilor de cuplare, aregimului de n lime au rezult n total 108 sisteme de perei cuplai. Dac se adaug icele dou ipoteze privind rigiditatea de modelare a riglelor de cuplare (constant ,exprimat numai de n funcie de caracteristicile seciunii de beton, independent denivelul de armare, i variabil , n funcie de nivelul de armare, implicit i de gradul decuplare) se obine un numr de 216 sisteme de perei cuplai. Pentru analiz s-au folositacelea i accelerograme utilizate n cazul analizei pereilor izolai.

Fig. 5.3 Valorile gradelor de cuplare (rela ia 5.1) pentru cele 216 sisteme analizate cu perioad constant ivariabil , func ie de perioada fundamental de vibra ie

Modelarea neliniar , att pentru analize statice, ct i dinamice a fost realizat nprogramul OpenSees [22], pentru toate studiile parametrice fiind realizate softuri deinterfa n Matlab, care compileaz modelele de analiz , acestea fiind rulate ulterior nprogramul OpenSees [22].

Pentru modelarea neliniar a comportrii pereilor i stlpilor s-au folosit elementede bar cu plasticitate distribuit de tip fibr cu formulare n fore sub forma Forced-BasedBeam-Column Element. Cte un element a fost dispus pe n limea unui etaj, fiecare cucte 5 seciuni de integrare.

Pentru modelarea grinzilor au fost folosite articulaii plastice punctuale cuplasticitate concentrat cu regul histeretic de comportare de tip Takeda [35] sub formaunui material uniaxial uniaxialMaterial Hysteretic ca element de lungime 0 zeroLengthElement. Zonele elastice ale grinzilor au fost modelate cu elemente de tipelasticBeamColumn.

n capitolul 6 se sintetizeaz rezultatele capitolelor 3, 4 i 5, sub forma unei relaiigenerale pentru evaluarea forei t ietoare de la baza pereilor de beton armat, fie ei izolai,cuplai sau din componena structurilor duale. Aceast conine i un coeficient suplimentarde siguran egal cu 1.15. De asemenea, sunt prezentate i distribuiile propuse pentruvariaia forei t ietoare pe n limea pereilor, dar i distribuia la baza a forelor t ietoare ntre montanii unui cuplaj.


10/19

10

Fig. 5.1 Prezentarea schematic a Fig. 5.2 Schema model rii sistemelor de pere i cupla i: (a) modelsistemelor de pere i cupla i propuse matematic; (b) regul de comportare histeretic articula ii

plastice grinzi de cuplare, sec iune de integrare stlpi i pere i,fibre de beton i de arm tur , rela ii eforturi unitare-deforma ii

specifice pentru beton i arm tur .n final, n capitolul 7 se realizeaz o scurt prezentare a tezei, se reiau concluziile

pe capitole, se prezint concluziile finale, contribuiile personale i direciile viitoare decercetare.6. RECOMANDRI PENTRU PROIECTARE6.1 Valorile de proiectare ale for ei tietoare la baza pere ilor

6.1.1 Relaia propus Toate relaiile propuse pn n acest capitol se bazeaz pe eforturile obinute din

analiza elastic a structurilor sub aciunea forelor asociate primului mod de vibraie ,fiind n acest fel independente de metoda utilizat n evaluarea forelor laterale deproiectare.

Datorit faptului c nu toate programele de analiz structural ofer eforturileasociate primului mod de vibraie i c marea majoritatea a codurilor de proiectare prevddeterminarea eforturilor de proiectare prin metoda forelor statice echivalente sau metodaspectrelor de rspuns, se propune relaia general 6.1. Aceasta permite flexibilitatea nceea ce prive te metoda de determinare a eforturilor de proiectare.

Relaia poate fi folosit pentru toate tipurile de perei: izolai, cuplai, dar i pentrucei ce fac parte din structurile duale. Relaia a fost obinut plecnd de la relaia 5.7,modificat pentru a ine cont de aspecte specifice fiecrui tip de structur cu perei.

Se poate observa c factorul de amplificare dinamic a fost majorat cu uncoeficient suplimentar de siguran 1.15. Acesta apare necesar din dou motive. Pe de-oparte, pentru c rezultatele furnizate de relaia 5.7 au fost calibrate la medie. n tabelul 6.1se observ c media minus o abatere standard a valorilor rapoartelor ntre forele t ietoarede proiectare obinute prin aplicarea relaie 5.7 i media forelor t ietoare dinamice


11/19

11

maxime, este uor descoperitoare pentru toate structurile analizate. Pe de alt parte,pentru c aceste rezultate corespund mediei analizelor dinamice, caracterizate de oanumit variabilitate, chiar dac valoare coeficientului de variaie este de doar 10%.

Tab. 6.1 Media minus o abatere standard a valorilor rapoartelor ntre for elor t ietoare de proiectare ob inute prin aplicarea rela iei 5.7 i media for elor t ietoarea maxime ob inute din analizele dinamic neliniare

cu rezisten e medii

g

(6.1)

Unde: fora t ietoare de proiectare la baz ;, fora t ietoare i respectiv momentul ncovoietor de la baz rezultate din

analiza elastic a structurii sub aciunea forelor t ietoare de proiectareasociate:i) primului mod de vibraie:

ii) metodei forelor statice echivalente:

iii) metodei spectrelor de rspuns:

factor de suprarezisten , care consider diferitele surse ale suprarezistenei;

factor de comportare (factor de reducere), folosit n metoda forelor pentru aevalua capacitatea structurii de a disipa energie;

moment capabil de proiectare la baz ; factor de participare al masei pentru modul i, calculat ca raport ntre masa

efectiv asociat modului i i masa total m; factor de reducere a contribuiei modului doi de vibraie,

; factor de amplificare dinamic maxim al rspunsului elastic; factor de amplificare dinamic al rspunsului elastic corespunztor perioadei

modului fundamental de vibraie;


12/19

12

perioad de vibraie a modului fundamental; gradul de cuplare, este egal cu 0 pentru pereii izolai i pereii din

structurile duale, n timp ce pentru pereii cuplai: ;

momentul capabil de proiectare preluat prin efect indirect;

momentul capabil de proiectare al sistemului de perei cuplai.6.1.2 Compararea rela iei propuse cu codurile na ionale

n vederea compar rii rezultatelor oferite de relaia propus cu cele prevzute decodurile naionale (prezentate n capitolul 3.3.4), s-a calculat raportul ntre rezultateleobinute prin aplicarea relaiei propuse i produsul dintre , definit n relaia 3.16,obinndu-se astfel valorile amplificrii dinamice a forei t ietoare n accepiunea coduluiromnesc P100-1 [16], .

Pentru a putea realiza comparaia este necesar fixarea anumitor termeni dinrelaia 5.7. Astfel, n cazul pereilor izolai: , i ; n cazulpereilor ce fac parte din structuri duale se consider valorile corespunz toare structurilorcu 12 niveluri i 6 deschideri de cadre analizate: ,

i ; n

cazul pereilor cuplai se consider valorile corespunz toare sistemelor cu 12 niveluri igrad de cuplare mediu, cu perioad constant : , i .Valoarea factorului de comportare q pentru pereii izolai i cei din structurile dualea fost 4.6, n timp ce pentru pereii cuplai a fost de 6.25, conform P100-1 [16].

Raportul a fost calculat pentru patru valori ale suprarezistentei la ncovoiere aleperetelui , de la 1 la 4, determinat n raport cu momentele ncovoietoare deproiectare.

Figurile 6.1 i respectiv 6.2 prezint valorile raportului ntre forele t ietoare deproiectare obinute prin aplicarea relaiei 6.1 i produsul dintre , definit n relaia3.16, unde este fora tietoare de proiectare rezultat din analiza static elastic astructurii sub aciunea forelor de proiectare, determinat prin metoda forelor staticeechivalente (fig. 6.1) i respectiv prin metoda spectrelor de rspuns (fig. 6.2).

Se observ c pn la perioada de col , valoarea coeficientului de amplificaredinamic conform P100-1 [16], nu se modific cu variaie perioadei, ns variaz cusuprarezistena , cu metoda de determinarea a forelor laterale, cu factorii de participareai masei modale. Pentru situaiile selectate valoarea acestor coeficieni este prezentat ntabelul 6.2.

De asemenea, se observ c pn la perioada de col , influena cadrelor dinstructurile duale de i prezent , este relativ mic ca intensitate, ntruct prezena acestoraafecteaz n special contribuia modurilor superioare asupra forei t ietoare, pe aceast zon contribuia primelor dou moduri la fora tietoare fiind comparabil . Acela icomentariu este valabil i n cazul pereilor cuplai.

Dup perioada de col , se constat o cre tere rapid a amplificrii dinamice cucre terea perioadei i o scdere a acesteia cu cre terea suprarezistenei , pe seamamodificrii contribuiei modului fundamental.


13/19

13

a

b

c

Fig. 6.1 Valorile raportului ntre for ele t ietoare de proiectare ob inute prin aplicarea rela iei 6.1 i produsuldintre , definit n rela ia 3.16, unde este for a t ietoare de proiectare la baz ob inut n urmaaplic rii metodei for elor statice echivalente, plotate func ie de perioad pentru perioad de colt (stnga) i perioad de colt (dreapta), pentru: (a) pere i izola i; (b) pere i din structuri duale; (c)

pere i cupla i


14/19

14

a

b

c

Fig. 6.2 Valorile raportului ntre for ele t ietoare de proiectare ob inute prin aplicarea rela iei 6.1 i produsuldintre , definit n rela ia 3.16, unde este for a t ietoare de proiectare la baz ob inut n urmaaplic rii metodei spectrelor de r spuns, plotate func ie de perioad pentru perioad de colt (stnga) i perioad de colt (dreapta), pentru: (a) pere i izola i; (b) pere i din structuri duale; (c) pere i cupla i


15/19

15

Fig. 6.3 Valorile raportului ntre for ele t ietoare de proiectare ob inute prin aplicarea rela iei 6.1 i produsuldintre , definit n rela ia 3.16, unde este for a t ietoare de proiectare la baz ob inut n urma

aplic rii metodei for elor statice echivalente, pentru pere i izola i, cupla i i cei din componen astructurilor duale, plotate func ie de perioad pentru perioad de colt (stnga) i perioad de colt

(dreapta)

Fig. 6.4 Valorile raportului ntre for ele t ietoare de proiectare ob inute prin aplicarea rela iei 6.1 i produsul

dintre , definit n rela ia 3.16, unde este for a t ietoare de proiectare la baz ob inut n urmaaplic rii metodei spectrelor de r spuns, pentru pere i izola i, cupla i i cei din componen a structurilorduale, plotate func ie de perioad pentru perioad de colt (stnga) i perioad de colt

(dreapta)

n figurile 6.3 i respectiv 6.4, se prezint comparativ valorile raportului ntre forelet ietoare de proiectare obinute prin aplicarea relaiei 5.7 i produsul dintre ,pentru cazul , pentru perei izolai, cuplai i cei din componena structurilor duale.Se constat c influena att a cadrelor, ct i a cuplajului cre te dup perioada de col ,pe seama cre terii contribuiei modurilor superioare asupra forei t ietoare. Cu toateacestea reducerea amplificrii nu dep e te 15%, nici n raport cu forele t ietoaredeterminate prim metoda forelor statice echivalente i nici prim metoda spectrelor derspuns. n schimb, reducerea n raport cu forelor tietoare asociate primului mod de

vibraie este mai mare de circa, 22% pentru pereii din structurile duale i 16%pentru pereii cuplai.Dac examinm valorile factorilor de amplificare n accepiunea codului romnesc

P100-1 [16], , din tabelul 6.2 se deduce c o valoare aproximativ a factorului deamplificare potrivit pentru toate tipurile de perei ar fi . Aceast valoarecorespunde unei suprarezistene , obinuit pentru structurile cu perei proiectate n Romnia.


16/19

16

Tab. 6.2 Valorile raportului ntre for ele t ietoare de proiectare ob inute prin aplicarea rela iei 6.1 i produsuldintre , definit n rela ia 3.16, unde este for a t ietoare de proiectare la baz ob inut n urmaaplic rii metodei for elor statice echivalente i a metodei spectrelor de r spuns pentru: pere i izola i, pere i

din structuri duale i pere i cupla i cu perioad mai mic dect perioada de col

= = = =

6.2 Distribuia for ei tietoare6.2.1 Pe nl imea pere ilor

n baza rezultatelor studiilor parametrice au fost propuse dou distribuii ale foreit ietoare pe n limea pereilor, una pentru pereii izolai i una pentru pereii cuplai iperei ce fac parte din structurile duale. Acestea sunt prezentate n figura 6.5.

Fig. 6.5 Distribu ia for elor t ietoare de proiectare normalizate la baz pe n l imea pere ilor: izola i,cupla i i din componen a structurilor duale

6.2.2 La baza montan ilor cuplaiStudiul efectuat sugereaz aplicarea relaiei 6.2 pentru repartizarea forei t ietoare

totale ntre montanii pereilor cuplai. Relaia implic repartizarea forei tietoare aferentemodului fundamental proporional cu valoarea momentelor capabile la baza montanilor irepartizarea n mod egal a forei t ietoare aferent modului 2 de vibraie.

Relaia a rezultat prin adaptarea relaiei 5.5, valabil pentru doi perei cuplai, lacazul cu n perei cuplai.


17/19

17

(6.2)

Unde:fora t ietoare de proiectare de la baza montantului i;

momentul capabil de proiectare la baza montantului i, asociat mecanismului globalde plastificare;

suma momentelor capabile de proiectare la baza montanilor cuplajului, asociatemecanismului global de plastificare; factor de amplificare dinamic a forei t ietoare, conform relaie 6.1, evaluat la

nivelul sistemului de perei cuplai; numrul montanilor din cuplaj;

fora t ietoare de proiectare evaluat conform relaiei 6.1. la nivelul sistemului deperei cuplai.

7. CONCLUZII7.3 Concluzii finale

n baza cercetrilor realizate se poate afirma c pentru structurile cu perioad maimic dect perioada de col a spectrului de proiectare forele t ietoare dinamice din pereiide beton armat sunt uor mai mari dect de cele asociate mecanismului global deplastificare, n condiiile n care proiectarea se realizeaz conform metodei forelor i seconsider diferitele surse ale suprarezistenei. Mai mult, amplificarea dinamic a forelort ietoare pe acest domeniu este constant n raport cu perioada, reducndu-se o dat cucre terea suprarezistenei structurale. Acest lucru face posibil , calibrarea unor factoripentru evaluarea amplificrilor dinamice ale forelor t ietoare de proiectare. Este totu i deprecizat faptul c contribuia modurilor superioare este relativ nalt , fiind comparabil cucea a forele t ietoare elastice asociate primului mod de vibraie.

n schimb, dincolo de perioada de col, amplificrile dinamice ale forelor t ietoare ncep s fie semnificative, sporind pe msura ndeprtrii de perioada de col i o dat cureducerea suprarezistenei structurale. Dependena de perioad face imposibil calibrareaunor valori ale factorilor de amplificare dinamic a forelor de proiectare fiind recomandat utilizarea relaie 6.1, valabil pentru perei: izolai, cuplai i ce intr componenastructurilor duale.

Cadrele de beton armat conduc la reducerea fenomenelor de amplificare dinamic a forelor t ietoare, acest efect se datoreaz pe de-o parte modificrii caracteristicilor devibraie ale structurilor, care duce la scderea masei modale pe al doilea mod i cre tereaacesteia pe primul mod, pe de alt parte aportului pe care cadrele l au n preluareaforelor t ietoare de baz n domeniul inelastic, comparativ cu cel elastic. Dintre acestedou influene, doar prima a putut fi considerat n mod direct i introdus n relaia 6.1.Influenta cadrelor asupra forelor tietoare cre te o dat cu trecerea de perioada de col.

n ceea ce prive te influena cuplajului, s-a constatat c acesta duce la rndul sureducerea amplificrii dinamice a forelor t ietoare, acesta avnd valori minime la valorimedii ale gradului de cuplare. S-a identificat o variaie parabolic a influenei cuplajuluiasupra forelor tietoare odat cu cre terea gradului de cuplare de la minim la maxim.

Avnd n vedere reducerea fenomenelor de amplificare dinamic a forelor t ietoarectre jumtatea n limii structurilor, fapt confirmat de cercetrile realizate, a fost propus o distribuie simplificat a forei t ietoare pe n limea pereilor n consol , caracterizat de


18/19

18

o reducere rapid a forelor t ietoare pn la jumtatea n limii, urmat de o reducerelent c tre vrf. Aceast distribuie a fost corectat la pereii structurilor duale, ntructprezena cadrelor are un efect de liniarizare a distribuie forei t ietoare pe n limepereilor.

Se poate afirma, n final c formulele din codurile naionale pentru evaluareaforelor tietoare de proiectare furnizeaz rezultate apropiate de rspunsul seismic la bazastructurilor, pentru perioade fundamentale mai mici dect perioadele de col ale spectruluide proiectare. Prezena cadrelor i cuplajelor, conduc la reducerea fenomenelor deamplificare dinamic a forelor t ietoare de proiectare din perei. Este de apreciat, c estenecesar reflectarea acestui fenomen sub o form pertinent n codurile de proiectare.

n schimb distribuia forelor t ietoare pe vertical prevzut n codurile naionaleeste acoperitoare pe ntreaga n lime, fiind recomandat utilizarea unor distribuiisimplificate caracterizate de o reducere mai rapid a forelor t ietoare c tre jumtatea nlimii structurilor.7.4 Contribuii personale

O prim contribuie a lucrrii este corectarea formulei lui Rejec [15], pentru a pstraconsecvena cu metoda forelor modale limit propus de Keintzel [14]. A rezultat relaia3.14, pentru determinarea forelor tietoare de proiectare la baza pereilor izolai de betonarmat.

n baza rezultatelor studiului parametric pentru perei izolai, ecuaia propus a fostcorectat suplimentar prin introducerea unui factor de reducere a contribuiei modului doide vibraie , care ine seama de efectul fisurrii i incursiunilor neliniare de pe n limeapereilor.

O alt contribuie a tezei este propunerea, n premier , a unor relaii carein seamainfluena cadrelor asupra amplificrii dinamice a forei t ietoare din pereii de beton armatdin structurile duale, precum i de influena cuplajului, funcie de gradul de cuplare.

Au fost propuse distribuii ale forelor t ietoare pe nlimea pereilor izolai, cuplai i cei din componena structurilor duale, calibrate n baza rezultatelor studiilor parametrice.Este de apreciat c regulile de distribuire propuse sunt superioare celor din practica deproiectare curent .

Pentru pereii cuplai a fost propuse, de asemenea, un procedeu de distribuire aforei t ietore ntre montanii unui cuplaj, ce conduce la o redistribuire mai redus i mairealist a forelor t ietoare, dect ce obinut funcie de capacitatea la ncovoiere amontanilor. Aceast distribuie a fost confirmat de rezultatele studiilor parametrice.

n vederea elaborrii cercetrii au fost realizate 3 softuri de interfa n Matlab, carecompileaz modelele de analiz , rulate ulterior n programul OpenSees. Acestea permitanalizarea modal , elastic (cu fore statice echivalent i spectre de rspuns), static idinamic neliniar a unui perete n consol cu seciune simetric , a unei structuri plane cuun perete i cadre la stnga i respectiv la dreapta acestuia, a unui sistem de perei cuplaicu doi montani. Toate structurile pot avea n niveluri i orice n lime de nivel. Deasemenea, rezultatele sunt postprocesate automate fiind oferit un fi ier sintetizator alrezultatelor, dar i diverse reprezentri grafice. Aceste softuri sunt anexate tezei dedoctorat.7.5 Direcii viitoare de cercetare

Pentru viitor apare interesant analizarea influenei pe care o au cadrele asupraamplificrii dinamice n sistemele de perei cuplai.


19/19

19

De asemenea, este de interes posibilitatea introducerii contribuiei cadrelor npreluarea forelor t ietoare de la baza pereilor din structurile duale n domeniul neliniar decomportare, dar i studierea forelor t ietoare din structurile cu perei de diferite dimensiuni i cu diferite solicitri axiale.8. REFERINE SELECIE1. MTCT (2006). P100-1 Cod de proiectare seismic Partea I Prevederi de

proiectare pentru cldiri.3. CEN (2004). Eurocode 8 Design of structures for earthquake resistance. Part 1:

General rules, seismic actions and rules for buildings. European standard EN 1998-1,December 2004, European Committee for Standardization, Brussels.

12. Blakeley RWG, Cooney RD, Meggett LM (1975). Seismic shear loading at flexuralcapacity in cantilever wall structures. Bulletin of the New Zealand Society forEarthquake Engineering; 8(4):278290.

14. Keintzel E (1990). Seismic design shear forces in RC cantilever shear wall structures.European Earthquake Engineering 3:716.

15. Rejec K, Iaskovic T, Fischinger M (2010). Seismic shear force magnification in RCcantilever structural walls, designed according to Eurocode 8. Bulletin of EarthquakeEngineering; 10 (2); 567-586. DOI: 10.1007/s10518-011-9294-y

17. Rutenberg A, Nsieri E (2006). The seismic shear demand in ductile cantilever wallsystems and the EC8 provisions. Bull Earthq Eng 4:121. DOI:10.1007/s10518-005-5407-9

18. Kappos AJ, Antoniadis P (2007). A contribution to seismic shear design of R/C wallsin dual structures. Bulletin of Earthquake Engineering; 5(3):443466. DOI:10.1007/s10518-007-9041-6.

19. Priestley MJN (2003). Does capacity design do the job?: An examination of highermode effects in cantilever walls. Bulletin of the New Zealand Society for EarthquakeEngineering 2003; 36 (4): 276-292.

20. Sullivan TJ, Priestley MJN, Calvi GM (2008). Estimating the Higher-Mode Responseof Ductile Structures. Journal of Earthquake Engineering; 12 (3): 456-472. DOI:10.1080/13632460701512399

22. OpenSees (2008). Pacific Earthquake Engineering Research Center, University ofCalifornia, Berkeley. http://opensees.berkeley.edu. Cited 26 March 2012.25. Taucer FF, Spacone E, Filippou FC (1991). A fiber beam-column element for seismic

response analysis of reinforced concrete structures. Report No. UCB/EERC-91/17.Earthquake Engineering Research Center. University of California. Berkeley,California.

29. Yassin MHM (1994). Nonlinear analysis of prestressed concrete structures undermonotonic and cyclic loads. Dissertation. University of California. Berkeley,California.

32. Elmorsi M, Kianush MR, and Tso KW (1998). Nonlinear analysis of cyclically loadedreinforced concrete structures. ACI Structural Journal 95(6): 725739.

34. Finley AC (2008). Unintended consequences of modeling damping in structures.Journal of Structural Engineering, Vol. 134 (4): 581-592. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2008)134:4(581).

36. Paulay T and Priestley MJN (1992). Seismic design of reinforced concrete andmasonry Buildings. John Wiley & Sons: New York.

38. Priestley MJN, Calvi GM, Kowalsky MJ (2007). Displacement-based seismic designof structures. IUSS PRESS, Pavia.

01_Rezumat Teza de Doctorat

Documents

Transcript of 01_Rezumat Teza de Doctorat