2013 04 23 PrezentareCurs1

CONTROL STRUCTURALCURS 1: IZOLAREA SEISMIC A

BAZEI

As. Univ. Dr. Ing. Vasile-Virgil OPRIOREANU

CUPRINS1. Introducere

Conceptul de izolare seismic a bazei.

2. Izolarea seismic a bazei n lume i Romnia Dezvoltarea i aplicarea n timp. Particulariti i dificulti de implementare a soluiilor clasice de

izolare seismic pentru seismele subcrustale vrncene.

3. Izolarea seismic a bazei Dispozitive Modelare matematic Proiectare (coduri de proiectare)

4. Cazuri practice de aplicare ( dispozitive HDLRB) Prezentare Algoritm de proiectare Cazuri practice de aplicare

5. Concluzii

2

1. INTRODUCERE1.1. CONCEPTUL DE IZOLARE SEISMIC A BAZEI

Ecuaie unic de baz: Capacitatea > Cerina

Abordarea tradiional:

Creterea capacitii de

rezisten

Creterea ductilitii

Abordare alternativ

Izolarea seismic a bazei

Controlul cerinei prin introducerea unor amortizori n suprastructura

Sisteme cu mas acordat (tunned mass devices)

3

1. INTRODUCERE1.1. CONCEPTUL DE IZOLARE SEISMIC A BAZEI

4

52. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. DEZVOLTAREA I APLICAREA N TIMP A METODEI

1909 - J. A. Calantarients (medic) primul sistem de izolare seismic a bazei:

Toate elemenentele unui sistem modern de izolare (mijloc de decuplare a suprastructurii, rezisten la vnt i conexiuni flexibile pentru utiliti)


1967- Skopje, Macedonia: prima cldire izolat din lume

Sigurane seismice

Fenomenul de balansare excesiv

Sigurane seismice din sticl -se sparge la aciuni seismice mai mari.

Comportarea eficient la seism dar din cauza degradrii excesive a izolatorilor acetia au fost nlocuii n 2001

Izolatori elastomerici nearmai


Japonia

Cutremurul de la KOBE

West Japan Postal Central, Sanda (120 iz. el + am. metalici; Th=3.9s)

Cldire guvernamental, Kushiro(64 iz. el + 88 am. metalici) Cldire de birouri, Sendai

(iz. el + iz. cu frecare)

FR DEGRADRI

MAJORE


SUA

Cldire guvernamental, California(98 iz. HDLRB)-1984

Cldirea primriei, San Francisco(530 LRB; Th=2,5s)

Cldirea primriei, Los Angeles(475 HDLRB+60 SPB+58 VD)

Terminal sosiri internaionale, San Francisco(267 SPB) -2000


New Zealand

Cldirea William Clayton,Wellington (80 iz. LRB, Th2=3,0s)-1981

Muzeul Naional, Wellington (142 iz. LRB + Reazeme din teflon)

Casa Parlamentului, Wellington (512 iz. LRB)

10


Italia

Sediul diviziei de pompieri, Napoli (1981)

Proiectul CASE , LAquila (2009)

Proiectul CASE:Toate cldirile din

zona LAquilaizolate seismic

Complexul SIP, Ancona (1992)

11


Romnia

Cldire Victor Slvescu ASE, Bucureti(Iz. Elastomerici + Amortizori Vscoi)

Primria Iai - proiect Primria Bucureti - proiect

12

2. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. PARTICULARITI I DIFICULTI DE IMPLEMENTARE A SOLUIILOR CLASICE DE

IZOLARE SEISMIC PENTRU SEISMELE SUBCRUSTALE VRNCENE.

Particularitile micrilor generate de seismele subcrustale vrncene puternice:

Perioade de control lungi; Cerine de deplasare mari i foarte mari;

Adncimea mare a focarelor :

13


IZOLARE SEISMIC PENTRU SEISMELE SUBCRUSTALE VRNCENE.Spectre elastice de proiectare (=0,05);

Japonia SUA

Italia Romnia - Perioade de control lungi

14


IZOLARE SEISMIC PENTRU SEISMELE SUBCRUSTALE VRNCENE. Cerine de deplasare mari;

Cerine de deplasare mari

0.45m-0.5 m

Structuri cu baza izolat (Th =2.5s - 4.5s)

15


IZOLARE SEISMIC PENTRU SEISMELE SUBCRUSTALE VRNCENE. Dificuti de implementare a soluiei de izolare a bazei;

A. The increase of the efficiency (Th)

2

4

B. Stabile behavior (h)

Instable behavior

??

16

3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.1. DISPOZITIVE.

A.Reazeme elastomerice - din cauciuc natural (Natural Rubber Bearings NRB);- din cauciuc cu propriti de amortizare (High Damping Laminated Rubber Bearings HDLRB);- din cauciuc natural i miez de plumb (Lead Rubber Bearings LRB)

B. Reazeme cu lunecare- sistem de pendul cu frecare ( Friction Pendulum System);

C. Amortizori- amortizori vscoi;- amortizori histeretici;

Decuplare structur

+Amortizare

Amortizare

17


A.Reazeme elastomerice

Reazem din cauciuc natural(NRB)

Reazem din cauciuc cu amortizare(HDLRB)

Reazem din cauciuc cu miez de plumb(LRB)

18


B. Reazeme cu lunecare

Pendul simpl curbur Pendul cu dubl curbur Pendul cu tripl curbur

C. Amortizori

Amortizori histeretici (oel/plumb) Amortizori vscoi

19

3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.2. MODELARE MATEMATIC.

Modelarea matematic a dispozitivelor presupune: Modelarea comportrii laterale Modelarea proprietilor de amortizare

Modelare rigiditate lateral

Modelare amortizare (aria buclei histeretice)

Reazem Elastomeric cu amortizare ridicat(Laborator PEER Berkeley University)

20


Model Hooke(NRB, Predimensionare)

(+) Simplitate(-) Nu modeleaz amortizarea

Model Biliniar(LRB, FPS)

(+) Modeleaz amortizarea(-) Necesit analiz neliniar

Model Kelvin(HDLRB)

(+) Modeleaz amortizarea(+) Modeleaz fidel comportarea solidelor(+) Simplitate

21


Model Maxwell(Amortizori vscoi)

(+) Modeleaz amortizarea(+) Modeleaz fidel comportarea fluidelor vsco-elastice(+) Simplitate

Model Bouc-Wen(NRB, HDLRB)

(+) Modeleaz amortizarea(+) Modeleaz fidel comportarea lateral(-) Complexitate

22

3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.3. PROIECTARE (CODURI DE PROIECTARE).

Coduri internaionare:

ISO 22762 -1:2005 Elastomeric seismic-protection isolators Part 1: Test Methods

ISO 22762 -2:2005 Elastomeric seismic-protection isolators Part 2: Applications for bridges (Specifications)

ISO 22762 -3:2005 Elastomeric seismic-protection isolators Part 3: Applications for buildings (Specifications)

Coduri Europene:

EN 1337 -3:2005 Structurals Bearings Part 3: Elastomeric bearingsEN 15129 Cap. 8: IsolatorsEN 1998 - 2004 Cap.10: Base isolation

Coduri Americane:

UBC-97 Uniform Building Code edition 1997 ASCE 7-02 IBC-2003 OSHPD-97 Californian Code of Regulation edition 1997

Cod Italian:Norme tecniche per le costruzioni 2005 Cap. 7

Cod Romnesc:P100 1: 2006 Cap. 11

23


Metoda liniar echivalent(Predimensionare)

Reazem din cauciuc natural(NRB)

Rigiditate secant

Reazem din cauciuc cu amortizare(HDLRB)Sistem de pendul cu frecare (FPS)

Pasul 1: considerarea unui sistem SDOF liniar echivalent (Ksec)Pasul 2: modificare spectrului de proiectare funcie de amortizarea sistemului de izolare (factorul )Pasul 3: pe baza spectrelor de proiectare Sd(Th, ) se determin geometria sistemului de izolare

24


25


Limitrile aplicrii metodei liniar echivalente

Toate codurile recomand efectuarea i a unor analize de tip dinamic liniar/neliniar

26

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.1. PREZENTARE.

1982 Malaysian Rubber Producers Research Association (Londron, UK)

Variaia proprietilor fizice funcie de deformaia lateral:

27

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.1. PREZENTARE.

Model Kelvin(HDLRB)

Model Bouc-Wen(HDLRB)

28

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.2. STABILITATEA I FLAMBAJUL.

0 cos sin 0

0 0

cos 1 sin

Dar

Notm:"

#

1

"

1

"

cos" $ sin"

% cos" & sin "

Fora critic

29


Pt x = h ' 0

Pt x = 0 0 0 0 0

1 cos"

"# sin "

( 0 ( "# sin "( 0 " /(

"

(

(

Notam

Daca * 5 . .

2 /

0

30


Ipoteza I: Se consider c deplasarea lateral capabil (maxim) Dcr corespunde situaiei n care n aria de suprapunere Ar se atinge valoarea presiunii critice calculat la punctul anterior. Ipoteza II: Se consider c deplasarea lateral capabil (maxim) Dcr se obine nlocuind n ecuaia forei critice de flambaj determinat la punctul anterior aria de suprapunere Ar (n locul ariei totale A).

Deplasarea lateral critic

Pentru:

0 0.3 &

24

1 1

2

3

4

Pentru:

0.3 1&

24

41

31


Deplasarea lateral critic de rsturnare

5 ' (6

'5

(

'5

1

1 7(0

ntinderea n izolatori este permis

(dar limitat) de codurile moderne

Fenomenul de cavitate

32

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.3. SINTEZA ALGORITMULUI DE PROIECTARE.

33

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.Structur cu perei din beton armat

Amplasament: Bucureti

Regim de nlime: P+10E

Anul proiectrii: 1960

34

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.Structur cu perei de beton armat

Evaluarea capacitii cldirii de a prelua forele seismice s-a fcut printr-un calcul static neliniar (Push-Over) cu ajutorul programul PERFORM 3D.

Direcie longitudinal: cy =Fy/W=0.21- cerin deplasare = 0.14 m (Tx= 0.56s)- SLU;- R3 egal cu 0.18 (compresiune inim) i 0.23 (compresiune talp)

Direcie transversal: cy =Fy/W=0.19 - cerin deplasare = 0.17 m (Ty= 0.59s)-SLU;- R3 egal cu 0.19

35

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.Structur cu perei de beton armat

36

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.Structur cu perei de beton armatIpotezele care au stat la baza analizei dinamic neliniare sunt:

n analiz s-au considerat rezistenele medii ale materialelor; s-a utilizat un model 3D (Perform 3D) unde toate elementele structurale au fost

modelate cu o comportare neliniar (pentru pereii structurali s-a utilizat un model de fibre iar pentru stlpi i grinzi model de articulaie plastic concentrat);

pentru sistemul de izolare s-a utilizat Modelul Kelvin;

Aciunea seismic

37

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.Structur cu perei de beton armat Acceleraie

Structur cu perei de beton armat -Deplasare

Baz

VrfInput

Baz

VrfInput

38

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.Structur cu perei de beton armat - Bilan energetic

Structur cu perei de beton armat - Fora tietoare

39

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.Structur n cadre de beton armat

Structura s-a dimensionat pentru trei amplasamente diferite:

Bucureti (ag=0.24g Tc=1.6s)

Trgovite (ag=0.24g Tc=0.7s)

LAquila, Italia (ag=0.24g Tc=0.47s)

Pentru analiza s-a utilizat un model FEM 3D (Perform 3D) unde toate elementele structurale au fost modelate cu comportare n domeniul neliniar.

Pentru fiecare regiune s-a generat un set de 4 accelerograme compatibile cu spectrul de proiectare.

40

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.

Structur n cadre de beton armat Acceleraie

Roll-out test Fail Fail

Buckling Test (Pcr) Pass Pass

Buckling Test () Pass Pass

Diameter (mm) 620 620Horizontal Period

(s) 2.19 1.97

Bucuresti (Tc=1.6s)

ParametersValues

Hard Rubber Soft Rubber

Roll-out test Pass Pass



Diameter (mm) 440 420Horizontal Period (s) 2.22 2.05

Targoviste (Tc=0.7s)

ParametersValues


Roll-out test Pass Pass



Rubber Height (mm) 138 144

Horizontal Period (s) 2.21 2.31

L'Aquila (Tc=0.47s)

ParametersValues


Structur n cadre de beton armat Sistem de izolare

BazVrf

Input

BazVrf

Input

41

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.4. CAZURI PRACTICE DE APLICARE.

Structur n cadre de beton armat Deplasare

Structur n cadre de beton armat Bilan energetic

42

4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.5. CONCLUZII

Creterea amortizrii la nivelul stratului de izolare conduce la efecte semnificative (reducerea deplasrilor) n cazul structurilor cu perioad izolat mic i mai puin semnificative pentru structurile cu perioad izolat mare.

Reducerea raportului Tiz/Tstr. (flexibilizarea suprastructurii) conduce la amplificarea acceleraiilor/deplasrilor pe nlime.

Creterea amortizrii la nivelul stratului de izolare conduce la amplificarea acceleraiilor/deplasrilor pe nlime.

Pentru structuri cu perei de beton armat (grele) sistemele de izolare bazate pe dispozitive cu amortizare ridicat sunt eficiente.

Pentru structuri n cadre de beton armat (uoare) sistemele de izolare bazate pe dispozitive cu amortizare ridicat sunt ineficiente pentru amplasamente caracterizate de micri seismice cu Tc=1,6s i relativ eficiente pentru amplasamente caracterizate de micri seismice cu Tc=0,7s.

43

V mulumescpentru

atenie !

2013 04 23 PrezentareCurs1

Documents

Transcript of 2013 04 23 PrezentareCurs1