Cursul 3 - Constructii Civile - Infrastructuri Pentru Cladiri Civile

download Cursul 3 - Constructii Civile - Infrastructuri Pentru Cladiri Civile

of 30

  • date post

    27-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    30
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Cursul 3 - Constructii Civile - Infrastructuri Pentru Cladiri Civile

  • CAPITOLUL 2

    INFRASTRUCTURI PENTRU CLADIRI CIVILE

  • 1. Introducere n calculul la aciuni seismice a structurilor, interaciunea dinamic dintre construcie

    i masivul de pmnt poate influena sensibil rspunsul structural. Masivul de pmnt acioneaz, n conlucrarea lui cu construcia, indirect ca filtru frecvenial i direct ca reazem deformabil pe o zon activ situat n vecintatea acesteia. Rolul de reazem deformabil i filtru dinamic se intercondiioneaz reciproc i au o importan hotrtoare asupra rspunsului seismic al structurii.

    Proprietile dinamice ale subsistemelor aflate n intercondiionare reciprocstructura i masivul de pmnt - conduc la efecte neglijabile n cazul unor medii de fundare rigide, ns devin semnificative pentru medii de fundare slabe, deformabile.

    Analizele de interaciune seismic mediu de fundare sistem structural s-au dezvoltat n ultimele decenii odat cu proiectarea centralelor nuclearo-electrice pe terenuri nestncoase (vs1100 m/s), situaie n care rspunsul seismic este influenat semnificativ de comportarea dinamic a masivului de pmnt pe care acestea sunt amplasate.

    Rigurozitatea analizei de interaciune mediu de fundare sistem structural la aciuni seismice este legat de corectitudinea modelrii sistemului alctuit din structur i masivul de pmnt, de acurateea valorilor atribuite parametrilor care definesc excitaia seismic i de proprietile fizico-mecanice ale pmntului. Dei afectate nc de incertitudini, analizele de interaciune seismic mediu de fundare sistem structural au fcut, pe plan mondial, progrese remarcabile n formularea modelelor de calcul pentru definirea excitaiei seismice i evaluarea corect a caracteristicilor dinamice ale masivului de pmnt. Cercetrile n acest domeniu s-au dezvoltat considerabil i stadiul cunotinelor este foarte avansat. n ultima perioad exist o tendin de implementare n practica de proiectare a centralelor nuclearo-electrice a analizelor seismice pe modele stochastice care permit nu numai fundamentri mai riguroase n definirea excitaiei seismice i a rspunsului structural, ci i cuantificri ale riscurilor seismice de avariere structural.

    Investigaiile teoretice i experimentale efectuate n ultimul timp abordeaz o serie de aspecte n care efectele n interaciunea seismic mediu de fundare sistem structural pot fi semnificative i pentru care abordrile actuale sunt nesatisfctoare: structuri ngropate i partial ngropate (construcii speciale, tuneluri, conducte etc.), fundaii flexibile i fundaii pe piloi, presiuni seismice pe pereii substructurilor, etc. Evident c aceste investigaii vor continua i n viitor cu efecte favorabile n mbuntirea acurateei rezultatelor obinute din analizele de interaciune seismic mediu de fundare sistem structural, prezentnd interes n primul rnd pentru construcii speciale la care aplicarea n procesul proiectrii este justificat. Pentru central nuclearo-electrice parte din aspectele menionate mai sus au fost n ultimul timp aplicate n proiectare. S-a creat n momentul de fa un decalaj mare ntre stadiul de cunoatere la nivelul cercetrii, al aplicrii analizelor de interaciune seismic mediu de fundare sistem structural la construcii speciale, n primul rnd Centrale Nuclearo-Electrice, i cunotinele inginerilor proiectani ai construciilor convenionale, curente. Pentru a promova aplicarea practic a procedeelor de evaluare a efectelor interaciunii seismice mediu de fundare sistem structural, inginerii proiectani trebuie s fie convini de necesitatea evalurii acestor efecte. Procedeele de evaluare trebuie s devin parte integrant din calculul la aciuni seismice globale i din procesul de proiectare.

    Codurile de proiectare pentru construcii curente, ale unor ri avansate bazate pe comportarea unui sistem cu un singur grad de libertate dinamic, introduc ca efecte ale interaciunii seismice mediu de fundare sistem structural numai creterea perioadei de oscilaie i a amortizrii pentru modul fundamental al sistemului structural, neglijnd introducerea altor efecte semnificative (dispersia micrii de input seismic, neliniariti etc.). n felul acesta codurile nu promoveaz procedee de evaluare corect a interaciunii seismice mediu de fundare sistem structural n procesul de proiectare.

  • n Fig.1.1 este prezentat schema ansamblului sistem structural structur de fundare mediu de fundare, acionat de unde seismice. Influena caracteristicilor masivului de pmnt asupra rspunsului dinamic al structurii se realizeaz prin efecte indirecte i directe. n cazul efectelor directe, masivul de pmnt influeneaz ca filtru dinamic, iar cazul efectelor indirecte ca reazem deformabil pe o zon activ situat n imediata vecintate a acesteia, avnd o ntindere comparabil cu dimensiunile n plan ale construciei. n studiul fenomenului de interaciune mediu de fundare sistem structural, proprietile dinamice ale subsistemelor aflate n intercondiionare reciproc duc la efecte neglijabile n cazul unor medii de fundare rigide, dar pot deveni semnificative pentru medii de fundare deformabile.

    n Fig.1.2 se prezint influena caracteristicilor masivului de pmnt asupra rspunsului dinamic al structurii.

    Fig. 1.1. - Schema ansamblului sistem structural structur de fundare i mediu de fundare acionat de unde seismice

    Fig. 1.2 - Influena caracteristicilor masivului de pmnt asupra rspunsului dinamic al structurii

  • 2 Interaciunea seismic dintre mediul de fundare i sistemul structural Pentru a ilustra aspectele eseniale ale fenomenului de interaciune seismic dintre

    mediul de fundare i sistemul structural al unei construcii, se consider cazul unei structuri ideal elastic, fr amortizare (rigiditatea structurii constituind factor semnificativ privind nelegerea fenomenului), cu un singur nivel, cu fundaie de suprafa, n dou situaii de rezemare:

    a) pe suport rigid, indeformabil;

    b) pe suport flexibil.

    Structura este reprezentat printr-un sistem cu un grad de libertate. Se consider masa m la nlimea h. Se noteaz cu k rigiditatea structurii.

    a. Cazul n care structura reazem pe suportul rigid, indeformabil (Fig.1.3)

    b. Cazul n care structura reazem pe suportul flexibil (Fig.1.4)

    Excitaia seismic orizontal, generat de unde de forfecare cu propagare vertical, produce deplasarea absolut y a masei sistemului;

    y = yg + y1 unde:

    yg = deplasarea terenului n camp liber datorat micrii seismice; y1 = deplasarea fa de baza a masei m datorit flexibilitii structurii. Ecuaia de micare a sistemului neamortizat se scrie:

    11 + 11 = 0 iar dac se ine seama de expresia deplasrii absolut y, rezult:

    11 + 11 = 1 Pulsaia proprie a vibraiilor structurii, pe o baz rigid, fr interaciune mediu de fundare sistem structural este:

    0 = 11

    = numrul de oscilaii ntr-un interval de

    timp t = 2 sec

    Deplasarea absolut y a masei sistemului:

    = + 0 + 10 + 1 unde:

    yg = deplasarea terenului n camp liber datorata micrii seismice; y0 = deplasarea datorat deformabilitii mediului de fundare;

    h10= deplasarea datorat rotirii (0) de corp rigid a structurii cauzat de deformabilitatea la rotire a mediului de fundare;

    y1 = deplasarea fa de baza a masei m1 (deplasare din rigiditate).

    Rigiditile elementelor sistemului sunt notate astfel:

    k1 = rigiditatea structurii; kx = rigiditatea la translaie a fundaiei;

    k = rigiditatea la rotire a pmntului. Deoarece efortul de legtur este unic, se pot scrie relaiile:

    11 = 0 111 = 0

    Ecuaia de micare a sistemului neamortizat rezult:

    1 + 11 = 0

  • Daca se ine seama de expresia deplasrii absolute n cazul n care structura reazem pe suportul flexibil rezult:

    1 +11

    121 +11 + 11 =

    1 (1

    +1

    12 + 1) + 11 = 1

    Se constat ca deformabilitatea mediului de fundare flexibilizeaz sistemul. Descreterea frecvenei proprii depinde de raportul mediu de fundaresystem structural prin

    termenii: 1

    si

    112

    .

    Dac primul termen este predominant, efectul interaciunii este datorat n principal micrii de translaie a bazei; dac cel de-al doilea termen este predominant, efectul interaciunii este datorat micrii de rotaie a bazei. Amortizarea sistemului la pulsaia proprie se poate exprima aproximativ prin relaia:

    =

    0 [1 (

    0)2

    ] + (

    0)2

    [1

    2

    +11

    2

    2

    ]

    unde:

    Ds = amortizarea intern a structurii de tip histeretic; Dt = amortizarea intern de material a pmntului de tip histeric;

    Cx; C, = amortizarea vscoas la translaie, respectiv la rotaie. n cele mai multe cazuri Dt>Ds , astfel nct efectul interaciunii produce o cretere a

    amortizrii.

    3 Caracteristicile dinamice ale masivului de pamant n cadrul acestui subcapitol se prezint o caracterizare a materialelor, care trebuie avut

    n vedere n studiul comportrii la aciuni dinamice a masivelor de pmnt. Efectuarea unei analize de interaciune seismic mediu de fundare sistem structural,

    ntmpin dificulti legate att de corectitudinea modelrii mediu de fundare sistem structural, ct i de acurateea valorilor atribuite parametrilor care definesc excitaia seismic i proprietile fizico-mecanice ale pmntului. Proprietile dinamice ale celor dou subsisteme aflate n interaciune, sistemul structural i mediul de fundare, au o importan semnificativ asupra efectului fenomenului de interaciune.

    Una din dificultile ce se manifest nc n momentul de fa n cazul analizelor de interaciune seismic mediu de fundare sistem structural, o constituie evaluarea caracteristicilor dinamice ale mediului de fundare.

    Principalii parametri ce caracterizeaz comportarea dinamic a pmnturilor sunt: densitatea (), coeficientul lui Poisson (), vitezele de propagare ale undelor seismice (vs, vT), modulul de forfecare (G), raportul de amortizare (D).

    Analiza rspunsului seismic al med