Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4

8/9/2019 Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4

1/35

1

STUDIU PRIVIND EFICIENA SOLUIEI DEIZOLARE SEISMIC A BAZEI PENTRU

STRUCTURI DIN BETON ARMAT DIN ROMNIA

Aspecte teoretice i practice

Conf. dr. ing. Dan ZamfirescuDr. Ing. Vasile Oprisoreanu


2/35

2

O mare parte din lume, este supus la cutremure de pmnt iarsocietatea se ateapt ca inginerii de structuri s proiecta cldirile

noastre, astfel nct acestea s supravieuiasc efectelor induse deacestea.

Ecuaie unic de baz: Capacity > Demand

Ecuaia de mai sus a condus la dou abordri diferite:

I. Abordarea tradiional: pornind de la premiza ca n privinacerinei nu se poate intervenii aceast abordare trateaz strictproblema capacitii.

II. Abordarea alternativ: se dorete o reducere a cerinei prinintroducerea unor dispozitive mecanice:

- Izolarea seismice a bazei;

- Introducerea unor dispozitive de disipare a energiei


3/35

3

Abordarea tradiional

Creterea capacitiiproporional cu cerina

Creterea ductilitii


4/35

4

Izolarea Bazei

-

Concept

stiff

flexible

Fig.1 aIdeal isolation

Fig. 1 b Base-isolated

building Isolators


5/35

5

Izolarea Bazei

-

Concept

Spectru normalizat elastic

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4

T(s)

(T) (T)

(T)*

=0.05

eff=0.204=0.624

TneizTiz

Principiile Izolrii bazei laaciunea seismic seismice

a. Creterea perioadeifundamentale

T1 T1iz

b. Reducere spectrului deproiectarea () creterea

amortizrii sistemului


6/35

6

Izolarea Bazei

-

Dispozitive

Izolatori seismici:


7/35

7

Izolarea Bazei - Dispozitive

Amortizori:


8/35

8

Studiu de caz:A. Structur cu perei de beton armat (P+8E) amplasat n Bucureti i

Bacu;

B. Structur n cadre de beton armat (P+5E) amplasat n Bucureti iBacu;

Etapele studiului:

1. Predimensionare structur izolat;

2. Proiectarea structurii izolate;

2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff);

2.2 Proiectarea structurii la eforturile rezultate;

2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);

3. Concluzii;


9/35

9

Structur cu perei de beton armat

Regim de nlime:P+8E

Amplasament:

a. Bucureti

Tc= 1.6 s

ag= 0.24g (IMR=100ani)-SLUag= 0.36g (IMR=475ani)-SLSV

b. BacuTc= 0.7 s

ag= 0.28g (IMR=100ani)-SLU

ag= 0.4g (IMR=475ani)-SLSV


10/35

10

2.Proiectarea structurii izolate - P+8E

Regulide predimensionare:

Raportul ntre perioada izolat i fixat la baz > 3 ;

Efortul unitarmediu de compresiunen izolatori ~ 15 N/mm2 ;

Amortizori realizeaz o amortizare echivalent 20-30% ;

Amortizori histeretici rezistencrcrilordin vnt;

Amortizori astfel dispuinct s nu existe torsiune;

Suprastructura s rmnn domeniul elastic (q=1.5);


11/35

11


Se propune utilizarea urmtoarelor dispozitive :

Izolatori din cauciuc natural (NRB)

G=3.5 Kgf/cm2

S2=D/ ntR ~ 4

Amortizori histeretici din plumb (U180)

Fy=100 KN

y=0.0083 m

k1=12 t/cm

k2=0 t/cm

OBS: n studiul de fa s-a preferat realizarea izolrii respectiv amortizrii prindispozitive distincte care s permit un control mai strict al rspunsuluistructural ct i pentru a evidenia influena fiecrei componente n rspunsulglobal al structurii.


12/35

12


2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff )

Dimensionare izolatori: Limitarea efortului unitaraxial de compresiune pentru grupare de lung durat

Limitarea efortului axial dentindere

Limitarea deplasrii orizontale pentru SLU (IMR=100 ani)

Dimensionare amortizori:

Acestea se dimensioneaz pentru a obine o amortizare cuprinsntre 20-30% Se recomanda aceste valori de amortizare din urmtoarele considerente

Reducerea deplasrilor orizontale

Pentru valori mai mari de amortizare cresc eforturile orizontale aduse la structur

2( ) ( ) ( )

2

eff

u De eff d eff

TS T S T

1 1 112 ( ); ; 2

i

eff

uy yi i ieff eff i i

u u u eff

F F MK TF K

1

1 1 1 2( ) ( ) ( )2

eff

u eff eff

i

i i i

De d

TS T S T

10.05

u u

i i

Nu DaStop


13/35

13

2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff )

Soluia adoptat: Bucureti 16 Izolatori (d=650mm)

20 Amortizori

Bacu 16 Izolatori (d=650mm, d=600mm, d=500mm) 16 Amortizori 23.7% ~ 0.589n

eff

20.6% ~ 0.624n

eff

OBS: Bucureti:Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia ca deplasareamaxima indusa de cutremur sa fie mai mica dect deplasareacapabila a izolatorului.

Bacu: Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia de limitare aefortului unitar de ntindere in izolatori.


14/35

14

2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff)

F0 (KN) 0 F0 (KN) 0

0 (m) 0 0 (m) 0

Fy (KN) 2000 Fu (KN) 5719.138076

y (m) 0.00833 u (m) 0.327695228

Fu (KN) 5719.138 Keff (KN/m) 17406.84787

u (m) 0.327695 Teff (s) 3.017827696

K1 (KN/m) 240000

T1 (s) 0.812735

K2 (KN/m) 11614.08

T2 (s) 3.694555

Sistem biliniar Sistem liniar echivalent

Sistem Izolare

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Deplasare (m)

Forta(KN)

Sistem Biliniar

SisitemEchivalent

Bucureti

Unde: T neiz = 0.667sT iz = 3.01s


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4

T(s)

(T) (T)

(T)*

=0.05

eff=0.204=0.624

TneizTiz


15/35

15


F0 (KN) 0 F0 (KN) 0

0 (m) 0 0 (m) 0

Fy (KN) 1600 Fu (KN) 3913.486886

y (m) 0.00833 u (m) 0.236814472

Fu (KN) 3913.487 Keff (KN/m) 16523.31716

u (m) 0.236814 Teff (s) 3.097461288

K1 (KN/m) 192000

T1 (s) 0.908665

K2 (KN/m) 10123.95

T2 (s) 3.957123

Sistem biliniar Sistem liniar echivalentSistem Izolare

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Deplasare (m)

Forta(KN)

Sistem Biliniar

SisitemEchivalent

Bacu



0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4

T(s)

(T) (T)

(T)*

=0.05

eff=0.237=0.589

TneizTiz


16/35

16

2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.2 Proiectarea structurii la eforturile rezultate;

Distribuia forei seismice este constant pe nlimea cldirii (modul

1 = mod de translaie al bazei);

Dimensionarea elementelor structurale se face la valorile maximeobinute din aciunea ncrcrilor gravitaionale i a ncrcrilor

seismice;

Detalierea elementelor structurale se face n mod similar cu situaia

cldirilor supuse strict la aciuni gravitaionale;


17/35

17


0 0.05 0.1 0.15 0.2

Bucureti

Bacu

Coeficient Seismic

Cs.iz

Cs.neiz

0 20000 40000 60000 80000 100000 1 20000

Bucureti

Bacu

Moment de rsturnare

Mr.iz

Mr.neiz


18/35

18

2.Proiectarea structurii izolate

2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);

Calculul dinamic neliniar serealizeaz cu ajutorul programuluide calcul ETABS Nonlinear n caresuprastructura este modelat cuelemente caracterizate de o

comportare liniar. Modelarea sistemului de izolare serealizeaz cu ajutorul elementelor detip LINK caracterizate de legi decomportare liniare iar pentrucomportarea histeretic aamortizorilor se optat pentru

modelul histeretic Wen.


19/35


20/35

20

2.Proiectarea structurii izolate - P+8E2.3 Verificarea soluiei printr-un calcul dinamic neliniar (time history);

Acceleraia cldirii(Bucureti)-SLSV:


21/35

21


Acceleraia cldirii(Bacu)-SLU:

Acceleraia cldirii(Bacu)-SLSV:


22/35

22


Deplasarea bazei (Bucureti) SLU:

Deplasarea bazei (Bucureti) SLSV:


23/35

23


Deplasarea bazei (Bacu) SLU:

Deplasarea bazei (Bacu) SLSV:


24/35

24


Drift (Bucureti): Drift (Bacu):


25/35

25


Moment ncovoietor perete (Bucureti):

Moment ncovoietor grinzi (Bucureti):


26/35

26


Moment ncovoietor perete (Bacu):

Moment ncovoietor grinzi (Bacu):


27/35

27

3. Concluzii Structur P+8E Soluia de izolarea a bazei la aciunea seismic este foarte eficient

pentru zona Bacu (Tc=0.7s) i eficient pentru zona Bucureti (Tc=1.6s)

Coeficientul seismic este redus cu : 59 % Bacu38 % Bucureti

Momentul de rsturnare este redus cu : 69 % Bacu48 % Bucureti

Drift-ul structurii este mult redus (degradrile n elementele nestructuralescad)

Metoda simplificat ofer rezultate similare cu cele obinute prin calcululdinamic neliniar;

Att P100-2006 ct i EC8 nu prevd o verificare explicit la Starea limitde supravieuire cu toate acestea autorii acestui studiu consider c o

astfel de verificare se impune (Mecanismul de cedare asociat SLU sepoate modifica la SLSV- cedarea poate s se produc fie n stratul deizolare fie la nivelul suprastructurii)


28/35

28

Structur n cadre de beton armat

Regim de nlime:P+5E

Amplasament:

a. BucuretiTc= 1.6 s

ag= 0.24g (IMR=100ani)-SLU


b. BacuTc= 0.7 sag= 0.28g (IMR=100ani)-SLU



29/35

29

2.Proiectarea structurii izolate - P+5E2.1 Dimensionarea nivelului de izolare - metoda simplificat ( Teff, Keff)

Soluia adoptat:

Bucureti 16 Izolatori (d=650mm)

20 Amortizori

Bacu 16 Izolatori (d=450mm, d=500mm )

16 Amortizor 31% ~ 0.524neff

21.7% ~ 0.611n

eff

OBS: Bucureti: Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia ca deplasareamaxima indusa de cutremur sa fie mai mica dect deplasarea

capabila a izolatorului.Bacu: Diametrul izolatorilor a rezultat din condiia ca deplasarea

maxima indusa de cutremur sa fie mai mica dect deplasareacapabila a izolatorului.


30/35

30


F0 (KN) 0 F0 (KN) 0

0 (m) 0 0 (m) 0

Fy (KN) 2000 Fu (KN) 5446.503

y (m) 0.00833 u (m) 0.320948

Fu (KN) 5446.503 Keff (KN/m) 16829.45

u (m) 0.320948 Teff (s) 2.531012

K1 (KN/m) 240000

T1 (s) 0.67023

K2 (KN/m) 10930.89

T2 (s) 3.140519


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Deplasare (m)

Forta(KN)

Sistem Biliniar

SisitemEchivalent

Bucureti


Spectru nor malizat elastic

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4

T(s)

(T) (T)

(T)*

=0.05

eff=0.21=0.611

Tneiz Tiz


31/35

31


F0 (KN) 0 F0 (KN) 0

0 (m) 0 0 (m) 0

Fy (KN) 1600 Fu (KN) 2942.108

y (m) 0.00833 u (m) 0.181016

Fu (KN) 2942.108 Keff (KN/m) 16071.83

u (m) 0.181016 Teff (s) 2.589981

K1 (KN/m) 192000

T1 (s) 0.749339

K2 (KN/m) 7681.043T2 (s) 3.746443


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Deplasare (m)

Forta(KN)

Sistem Biliniar

SisitemEchivalent

Bacu



0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4

T(s)

(T) (T)

(T)*

=0.05

eff=0.31=0.524

Tneiz Tiz


32/35

32


0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14

Bucureti

Bacu

Coeficient Seismic

Cs.iz

Cs.neiz

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Bucureti

Bacu

Moment de rsturnare

Mr.iz

Mr.neiz


33/35

33


Drift (Bucureti): Drift (Bacu):


34/35

34

3. Concluzii Structura P+5E

Soluia de izolarea a bazei la aciunea seismic este relativ eficientpentru zona Bacu (Tc=0.7s) i puin eficient pentru zona Bucureti

(Tc=1.6s)Coeficientul seismic este redus cu : 59 % Bacu

crete cu : 60 % BucuretiMomentul de rsturnare este redus cu : 43 % Bacu

crete cu : 16 % BucuretiDrift-ul structurii este mult redus (degradrile n elementele nestructurale

scad)

Metoda simplificat ofer rezultate similare cu cele obinute prin calcululdinamic neliniar;

Att P100-2006 ct i EC8 nu prevd o verificare explicit la Starea limitde supravieuire (IMR=475 ani) cu toate acestea autorii acestui studiuconsider c o astfel de verificare se impune (Mecanismul de cedareasociat SLU se poate modifica la SLSV- cedarea poate s se produc fien stratul de izolare fie la nivelul suprastructurii)


35/35

35

V mulumesc

pentru atenie!

Documents

Exemple de Proiectare de Izolarea Bazei Curs 4