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)
62. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. DEZVOLTAREA I APLICAREA N TIMP A METODEI
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
72. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. DEZVOLTAREA I APLICAREA N TIMP A METODEI
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
82. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. DEZVOLTAREA I APLICAREA N TIMP A METODEI
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
92. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. DEZVOLTAREA I APLICAREA N TIMP A METODEI
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
2. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. DEZVOLTAREA I APLICAREA N TIMP A METODEI
Italia
Sediul diviziei de pompieri, Napoli (1981)
Proiectul CASE , LAquila (2009)
Proiectul CASE:Toate cldirile din
zona LAquilaizolate seismic
Complexul SIP, Ancona (1992)
11
2. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. DEZVOLTAREA I APLICAREA N TIMP A METODEI
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
2. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. PARTICULARITI I DIFICULTI DE IMPLEMENTARE A SOLUIILOR CLASICE DE
IZOLARE SEISMIC PENTRU SEISMELE SUBCRUSTALE VRNCENE.Spectre elastice de proiectare (=0,05);
Japonia SUA
Italia Romnia - Perioade de control lungi
14
2. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. PARTICULARITI I DIFICULTI DE IMPLEMENTARE A SOLUIILOR CLASICE DE
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
2. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI N LUME2.1. PARTICULARITI I DIFICULTI DE IMPLEMENTARE A SOLUIILOR CLASICE DE
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
3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.1. DISPOZITIVE.
A.Reazeme elastomerice
Reazem din cauciuc natural(NRB)
Reazem din cauciuc cu amortizare(HDLRB)
Reazem din cauciuc cu miez de plumb(LRB)
18
3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.1. DISPOZITIVE.
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
3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.2. MODELARE MATEMATIC.
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
3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.2. MODELARE MATEMATIC.
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
3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.3. PROIECTARE (CODURI DE PROIECTARE).
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
3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.3. PROIECTARE (CODURI DE PROIECTARE).
25
3. IZOLAREA SEISMIC A BAZEI3.3. PROIECTARE (CODURI DE PROIECTARE).
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
4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.2. STABILITATEA I FLAMBAJUL.
Pt x = h ' 0
Pt x = 0 0 0 0 0
1 cos"
"# sin "
( 0 ( "# sin "( 0 " /(
"
(
(
Notam
Daca * 5 . .
2 /
0
30
4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.2. STABILITATEA I FLAMBAJUL.
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
4. IZOLATORI ELASTOMERICI CU AMORTIZARE (HDLRB)4.2. STABILITATEA I FLAMBAJUL.
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
Buckling Test (Pcr) Pass Pass
Buckling Test () Pass Pass
Diameter (mm) 440 420Horizontal Period (s) 2.22 2.05
Targoviste (Tc=0.7s)
ParametersValues
Hard Rubber Soft Rubber
Roll-out test Pass Pass
Buckling Test (Pcr) Pass Pass
Buckling Test () Pass Pass
Rubber Height (mm) 138 144
Horizontal Period (s) 2.21 2.31
L'Aquila (Tc=0.47s)
ParametersValues
Hard Rubber Soft Rubber
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 !
Top Related