EFICIENEFICIENŢŢA DISPOZITIVELOR PASIVE DE A DISPOZITIVELOR PASIVE DE CONTROL LA REABILITAREA SEISMICCONTROL LA REABILITAREA SEISMICĂĂ A A UNEI CLUNEI CLĂĂDIRI DIN BUCUREDIRI DIN BUCUREŞŞTITI

D. CreD. Creţţuu, E. Tulei, C. Ghindea, R. , E. Tulei, C. Ghindea, R. CruciatCruciat

Universitatea TehnicUniversitatea Tehnicăă de Construc de Construcţţii Bucureii Bucureşştiti

A 4-a Conferinţă Naţională de INGINERIE SEISMICĂ

Bucureşti, 18 decembrie 2009

SSoluoluţţiiiilele de reabilitare seismic de reabilitare seismică ă analizateanalizate

dispozitive de izolare a bazei,dispozitive de izolare a bazei,

dispozitive cu amortizare vdispozitive cu amortizare vââscoasscoasăă plasate în plasate în structură,structură,

dispozitive cu masdispozitive cu masăă acordat acordatăă..

Structura analizată

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

AB

CD

35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 435470 470 470 470 470 470 470 470 470

4258.5

77

2.5

30

06

72

.51

745

30

30 445 25 445 25 445 25 445 25 445 25 445 25 443.5 25

30

20

60

32

03

00

20

70

32

03

0

20

255 395 272.5

945 25

35 220 35 360 35 255 35

60

58

33

03

00

30

68

36

0

30

12

65

12

50

1065

1265

10

1065

1240

1240

Casa scarii

60

55

1 1

22

12

65

44

5

2012

12

65

30

28.5

55

Sala

Culoar

Sala

Sala

9 x 4,7 m

6,1

75

m3

,4

7,1

75

m

Structura analizată

A B C D

672.5 300 772.5

10

330

50

330

50

330

50

330

50

330

50

10

10

10

10

10

315

65

315

65

315

65

315

65

315

65

10

315

65

315

65

315

65

315

65

315

65

12

12

12

12

12

70 562.5 40 300 40 662.5 70

60 572.5 40 300 40 672.5 60

60 577.5 35 300 35 677.5 60

60 582.5 30 300 30 682.5 60

60 582.5 30 300 30 682.5 60

20 2020

20

20

53

60

60

65

65

380

380

380

380

380

+15.13

2-2

+11.33

+ 7.53

+ 3.73

- 0.07

- 3.87

40

40

40

40

23

42

20 53

70

12

12

12

12

12

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

65 390 65 405 65 405 65 405 65 405 65 405 65 405 65 405 65 393.5 55

50 412.6 50 420 50 420 50 420 50 420 50 420 50 420 50 420 50 411.0 45

45 420 45 425 45 425 45 425 45 425 45 425 45 425 45 425 45 418.5 40

35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 435 35 428.5 35

+15.13

38

03

80

38

03

80

12

12

12

12

12

25 2530

60

10

31

56

53

15

65

31

56

53

15

65

32

06

0

65 390 65 405 65 405 65 405 65 405 65 405 65 405 65 405 65 393.5 5517.5 47.5 1144

470 470 470 470 470 470 470 470 470

252525 25252525

+11.33

+ 7.53

+ 3.73

- 0.07

- 3.87

38

0

1-1

5 x

3,8

m

beton: C12/15, E = 24000 MPa

hp = 12 cm hp = 10 cm hp = 12 cm

Gradul de asigurare la seism al structurii existente

Q1 Q1

Q2 Q2

Q3 Q3

Q3 Q3

Q3 Q3

Q4 Q4

Q4 Q4

Q4 Q4

Q4 Q4Q5 Q5

q1

q2

q2

q2

q2

q2

q2

q2

q2

q3

q3

q3

q3 92.84

90.78

89.86

89.35

71.14

46

89

131

174

0.01141

0.029821

0.047578

0.062643

0.070784

F = 614

174

b

Modul k [s] [t]

1 1,059 0,801 351,6

2 0,354 0,117 51,4

3 0,194 0,044 19,3

kT k km

Modul fundamental de vibraţie

Gradul de asigurare la seism al structurii existente

P100-2006:

mλTSγF 1dIb

1,2I

qTβaTS 1g1d

0,24gag

s,T 05911 7521 ,Tβ

4,7251,353,5αα3,5q 1u

0,85

4308 kN/g

kN6140,8543084,7252,750,241,2 bF

92.84

90.78

89.86

89.35

71.14

46

89

131

174

0.01141

0.029821

0.047578

0.062643

0.070784

F = 614

174

b

Gradul de asigurare la seism al structurii existente

/ Capacitatea de rezistenţă a structurii

idicap FFR ,,

fortele taietoare de nivel asociate momentelor

capabile ale stalpilor de la nivelurile respective

ns

1j

infjcap,

supjcap,

icap, h

MMF

fortele taietoare de nivel corespunzatoare fortelor seismice de nivel de proiectare

Etaj

Demisol 454 614 0,740

Parter 313 568 0,551

Etaj 1 281 479 0,587

Etaj 2 227 348 0,652

Etaj 3 186 174 1,069

icap,F idF , idicap FFR ,,

mecanisme

de etaj

8,60,5514,725Rqr răspunsul dinamic în forţe trebuie redus de 8,6 ori a. î. structura să se comporte elastic

Gradul de asigurare la seism al structurii existente

/ Mărimea deplasărilor relative de nivel:

0.00941

0.0257

0.0431

0.0586

0.0683

0.0097

0.015

0.0174

0.0163

0.00941

0.0183

0.0293

0.0329

0.0308

0.0178

isd [m] i1i ssre ddd

[m]

reSLSr qdd

0,4ν

h,d SLSra 0040

m,,,d SLSra 01520830040 >

h,dcqdd ULSrare

ULSr 0250 depăşită la nivelurile 1, 2 şi

3

Acţiunea seismicăAccelerograma Inregistrarea Data

Sursa si componenta

t [s] Numar

de valori 1 INCERC Bucuresti 04.03.1977 Vrancea, NS 0,005 13074 2 INCERC Bucuresti 30.08.1986 Vrancea, NS 0,01 2594 3 IMGB Bucuresti 30.08.1986 Vrancea, NS 0,005 8584 4 INCERC Bucuresti 30.05.1990 Vrancea, EV 0,005 10497

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20 25

t [s]

Acc

eler

atie

[m

/s2 ]

Sursa Vrancea , 04.03.1977componenta NS Inregistrarea INCERC Bucuresti

PGA=2.07 m/ s2 = 0.22g

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 5 10 15 20 25

t [s]

Acc

eler

atie

[m

/s2 ]

Sursa Vrancea, 30.08.1986Componenta NS Inregistrare INCERC Bucuresti

PGA=0.89 m/ s2 = 0.09g

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 5 10 15 20 25

t [s]

Acc

eler

atie

[m

/s2 ]

Sursa Vrancea, 30.08.1986Componenta NS Inregistrare IMGB Bucuresti

PGA=0.69 m/ s2 = 0.07g

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 5 10 15 20 25

t [s]

Acc

eler

atie

[m

/s2 ]

Sursa Vrancea, 30.05.1990Componenta EV Inregistrare INCERC Bucuresti

PGA=0.99 m/ s2 = 0.10g

Acţiunea seismică

Spectre Fourier ale amplitudinilor acceleraţiilor terenului

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5T [s]

Am

plitu

din

e Fo

uri

er

1.63s

2.41s

1.22s

INCERC Bucuresti-Vr-77-NS

0.57s

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5T [s]

Am

plitu

din

e Fo

uri

er

1.36s

2.15s0.81s

INCERC Bucuresti-Vr-86-NS

0

20

40

60

80

100

120

140

0.1 0.6 1.1 1.6 2.1 2.6 3.1 3.6 4.1 4.6T [s]

Am

plitu

din

e Fo

uri

er

1.63s

1.46s

0.71s

IMGB Bucuresti-Vr-86-NS

1.34s

0.46s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5T [s]

Am

plitu

din

e Fo

uri

er

2.21s0.99s INCERC Bucuresti-Vr-90-EV

1.32s0.64s

0.32s

Soluţia de reabilitare cu dispozitive de izolare a bazei

radier general h = 60 cmm = 126 t

IS3s sTTsT CC 6,123

k = 4,92 kN/cm

c = 0,47 kNs/cm

IS4.8s CTsT 38,4

k = 1,92 kN/cm

c = 0,294 kNs/cm

%10

%10

Soluţia de reabilitare cu dispozitive de izolare a bazei

INCERC Bucuresti, sursa Vrancea, 1977, NS

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

6 8 10 12 14 16 18t [s]

Dep

lasa

re [m

]

STR IS3s IS4.8s

INCERC Bucuresti, 1977, NS

Deplasarea laterală la nivelul acoperişului

(nu conţine deplasarea de corp rigid corespunzătoare

mişcării terenului şi deformării izolatorilor seismici)

Soluţia de reabilitare cu dispozitive cu amortizare vâscoasă plasate în structură

diagonale din oţel

3240k1 kN/cm

2900k2 kN/cm

DAMP1 c = 10 kNs/cm

DAMP2 c = 100 kNs/cm

Soluţia de reabilitare cu dispozitive cu amortizare vâscoasă plasate în structură

INCERC Bucuresti, sursa Vrancea, 1977, NS

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

6 8 10 12 14 16 18t [s]

Dep

lasa

re [m

]

STR DAMP1 DAMP2

INCERC Bucuresti, 1977, NS

Deplasarea laterală la nivelul acoperişului

(nu conţine deplasarea de corp rigid corespunzătoare mişcării terenului)

Soluţia de reabilitare cu dispozitive cu masă acordată

TMD m = 9,21 t = 2,1% M

k =

ca =

F F

xxaa usignucF

kN/cm4,18

kNs/cm0,0597 ka = 362 kN/cm

0,4α

Răspunsul structurii pentru accelerograma INCERC Bucureşti, 1977, componenta NS

INCERC Bucuresti, sursa Vrancea, 1977, NS

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

6 8 10 12 14 16 18t [s]

Dep

lasa

re [m

]

STR TMD IS4.8s DAMP2

Deplasarea laterală la nivelul acoperişului

(nu conţine deplasarea de corp rigid corespunzătoare

mişcării terenului şi deformării izolatorilor seismici)

Răspunsul structurii pentru accelerograma INCERC Bucureşti, 1977, componenta NS

Forţa tăietoare de bază

INCERC Bucuresti, sursa Vrancea, 1977, NS

-1200

-800

-400

0

400

800

1200

1600

6 8 10 12 14 16 18t [s]

Fota

Tai

etoa

re d

e Baz

a [k

N]

STR TMD IS4.8s DAMP2

Comparaţii privind forţa tăietoare de bază maximă

0.0

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

1400.0

1600.0Fo

rta

Tai

etoa

re d

e Baz

a [k

N]

STR 1537.8 464.3 438.7 556.6

TMD 1558.6 444.9 433.4 538.0

IS4.8s 181.9 33.4 22.1 22.1

DAMP2 717.5 344.1 235.4 364.3

INCERC77 INCERC86 IMGB86 INCERC90

614 kN

Forţa tăietoare de bază maximă

Comparaţii privind forţa tăietoare de bază maximă

Reducerea forţei tăietoare de bază maxime (de 8,46 ori în cazul IS4.8s; de 2 ori în cazul DAMP2)

-88%

-26%

-46%

1%

-4% -1% -3%

-93% -95% -96%

-53%

-35%

-100%

-90%

-80%

-70%

-60%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

F b_c

ontr

ol/F b

_str

uct

ura

TMD 1% -4% -1% -3%

IS4.8s -88% -93% -95% -96%

DAMP2 -53% -26% -46% -35%

INCERC77 INCERC86 IMGB86 INCERC90

răspuns elastic răspuns inelastic

Comparaţii privind deplasarea laterală maximă la nivelul acoperişului

Deplasarea laterală maximă la nivelul acoperişului

0.0000

0.0200

0.0400

0.0600

0.0800

0.1000

0.1200

0.1400

0.1600

Dep

lasa

re [m

]

STR 0.1390 0.0410 0.0402 0.0593

TMD 0.1448 0.0410 0.0398 0.0577

IS4.8s 0.0123 0.0024 0.0021 0.0029

DAMP2 0.0343 0.0105 0.0074 0.0096

INCERC77 INCERC86 IMGB86 INCERC90

(nu conţine deplasarea de corp rigid corespunzătoare

mişcării terenului şi deformării izolatorilor seismici)

Comparaţii privind deplasarea laterală maximă la nivelul acoperişului

Reducerea deplasării laterale maxime de la nivelul acoperişului

(de 11,3 ori în cazul IS4.8s; de 4 ori în cazul DAMP2)

-91%

-74%-81%

4%0%

-1% -3%

-94% -95% -95%

-75%-84%

-100%

-90%

-80%

-70%

-60%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

max

_con

trol/ m

ax_s

truct

ura

TMD 4% 0% -1% -3%

IS4.8s -91% -94% -95% -95%

DAMP2 -75% -74% -81% -84%

INCERC77 INCERC86 IMGB86 INCERC90

răspuns elastic răspuns inelastic

Spectre de răspuns

Spectre de acceleratie/ deplasare (amortizare 5%)

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 t [s]

Acc

ele

ratie [m

/s

2 ]

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Depla

sare

[m

]

INCERC_77 INCERC_86 IMGB_86INCERC_90 INCERC77_deplasare

INCERC 77 a INCERC 86 a

INCERC 77 d

INCERC 90 a

IMGB 86 a

a - spectrele acceleraţiilor absolute de răspunsd - spectrul deplasărilor elastice

%5

Concluzii

Caracteristicile elastice Caracteristicile elastice şşi de amortizare trebuie alese ai de amortizare trebuie alese a.. î.î. structura sstructura săă fie fie îîndepndepăărtatrtatăă c câât mai mult de zona de rezonant mai mult de zona de rezonanţăţă cu oscilacu oscilaţţiile predominante ale terenuluiiile predominante ale terenului

PPerioada fundamentalerioada fundamentalăă a structurii izolate trebuie s a structurii izolate trebuie săă fie cel fie cel pupuţţin egalin egalăă cu cu , acoperind astfel şi situaţia majorării , acoperind astfel şi situaţia majorării perioadei predominante de oscilaţie a terenului perioadei predominante de oscilaţie a terenului

Tributul utilizării izolatorilor seismici: valori mari ale deplasării Tributul utilizării izolatorilor seismici: valori mari ale deplasării laterale, inacceptabile în cazul existenţei unor clădiri adiacente laterale, inacceptabile în cazul existenţei unor clădiri adiacente

(cca (cca 30 cm30 cm pentru şi pentru şi 50 cm50 cm pentru ) pentru )

În cazul utilizării unor izolatori seismici mai rigizi, structura va În cazul utilizării unor izolatori seismici mai rigizi, structura va efectua cu siguranţă incursiuni în domeniul postelastic de efectua cu siguranţă incursiuni în domeniul postelastic de comportarecomportare

C1 3TT C1 2TT

Dispozitivele de izolare a bazei:

Concluzii

EEliminliminăă problema deplas problema deplasăării laterale mari de corp rigid, rii laterale mari de corp rigid, caracteristiccaracteristicăă dispozitivelor de izolare a bazei dispozitivelor de izolare a bazei

CCllăădirea direa are are incursiuni in domeniul postelastic, incursiuni in domeniul postelastic, dardar îîn limitele n limitele capacitcapacităţăţilor de rezistenilor de rezistenţăţă şşi de deformarei de deformare

Amortizorii vâscoşi în structură:

Dispozitivele de tip TMD:

Sunt ineficiente în cazul acţiunilor cu bandă largă de Sunt ineficiente în cazul acţiunilor cu bandă largă de frecvenţe, specifică mişcărilor seismicefrecvenţe, specifică mişcărilor seismice

Concluzii

Rezultatele obţinute trebuie corelate cu parametrii fizico-mecanici şi dinamici ai dispozitivelor pasive care se pot realiza practic.

Viaţa bate teoria!

…

…

Teoria este teorie. Practica ne omoară!