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Title: Demanda de deformación en edificaciones porticadas de concreto reforzado con sistemas de disipación de energía
Authors: Gómez Minotas, Valentina
Adviser: Oviedo Amézquita, Juan Andrés
Keywords : Cociente de demanda de deformación
Disipadores de energía
Espectros de energía
Factor de corrección
Potencial de daño sísmico
Seismic deformation demand ratio
Energy dissipation devices
Input energy spectrum
Correction factor
Potential seismic damage
Issue Date: 2015
Publisher: Universidad EIA
Abstract: El objetivo de este trabajo consiste en evaluar la predicción de la demanda de deformación en estructuras de concreto reforzado luego de adicionar disipadores histeréticos. Los sistemas de disipación de energía disminuyen la vulnerabilidad sísmica de una edificación, incrementan el amortiguamiento y minimizan los daños estructurales causados por sismos moderados o severos. Estos sistemas no se han implementado en Colombia como métodos de análisis en el diseño estructural por el desconocimiento de los diseñadores y constructores sobre el comportamiento sísmico de edificaciones con estos procesos innovadores. Por esto se plantea un modelo para predecir el cociente de demanda de deformación que relaciona la máxima deformación del sistema con disipadores Δ’max y sin disipadores Δmax expresada como Δ’max/Δmax. Este modelo considera que la energía de entrada del sistema sin disipadores es igual a la energía de entrada del sistema con disipadores multiplicada por un factor de corrección ajustado ϕ’. Éste simboliza un cambio en el período y la rigidez del sistema al adicionar disipadores, variando así la cantidad de energía de entrada. Además, ϕ’ explica el valor necesario para que la predicción de Δ’max/Δmax de cada estructura sea igual al valor real de este cociente. Para analizar Δ’max/Δmax se diseñaron 5 edificios de 2, 4, 6, 8 y 10 pisos y se desarrollaron 5 modelos equivalentes de un sólo grado de libertad (SDOF). Se instalaron disipadores histeréticos modificando sus propiedades mecánicas y los modelos fueron sometidos a 30 registros sísmicos escogidos según un perfil de suelo tipo C y la presencia de un pulso con una frecuencia de 1-2 s en el registro de velocidad (“killer-pulse”). A diferencia de investigaciones anteriores, en este trabajo se ajustaron los espectros de respuesta de velocidad y energía al espectro de velocidad de diseño y a un espectro de energía supuesto para representar adecuadamente la intensidad sísmica de la NSR-10. Los registros se modificaron garantizando demandas de deformación similares entre los registros para que el comportamiento inelástico de las estructuras sea comparable. De esta forma se minimiza la variabilidad de la energía de entrada al sistema, obteniendo así una correlación más precisa de Δ’max/Δmax de cada modelo. Los parámetros analizados fueron: input de energía, desplazamiento máximo, aceleración, ductilidad, entre otros. Después de ejecutar los análisis no lineales se plantearon ecuaciones para estimar ϕ’ para cada sismo y modelo SDOF en función de las características de los disipadores y de un factor de corrección teórico ϕteórico obtenido mediante relaciones empíricas. Los resultados mostraron una disminución considerable en las deformaciones máximas y en la demanda de ductilidad luego de disponer los disipadores histeréticos en las estructuras. Finalmente se obtuvo una mejor correlación entre las deformaciones obtenidas por las ecuaciones propuestas y por los análisis no lineales en vista de que se redujo significativamente la variabilidad en el input de energía. Por consiguiente se concluye que la metodología desarrollada es una herramienta adecuada para el diseño preliminar de una edificación porticada de concreto reforzado con disipadores de energía.
Abstract (English): The aim of this paper is to evaluate the prediction of seismic deformation demand in R-C frame buildings after installing hysteretic dampers. Energy dissipation systems reduce seismic vulnerability of buildings, increase its damping and minimize structural damage caused by moderate or severe earthquakes. These systems haven´t been applied in Colombia as analysis methods in the structural design due to lack of knowledge of designers and engineers about the seismic behavior of buildings with these innovative processes. Thus, a model is proposed to predict the ratio of seismic deformation demand based on the maximum deformation demand of the system with dampers Δ’max and without dampers Δmax, defined as Δ’max/Δmax. This model is subjected to the hypothesis that the input energy of the system without dampers is equal to the input energy of the system with dampers multiplied by an adjusted correction factor ϕ’. This factor symbolizes a change in the system’s period and stiffness after adding dampers and hence a variation in the input energy of the system. At the same time, ϕ’ explains the necessary value to make the prediction of Δ’max/Δmax of each record and structure equal to the real value of this ratio. To analyze Δ’max/Δmax, 5 buildings of 2, 4, 6, 8 and 10 floors were designed and 5 equivalents models of single degree of freedom (SDOF) were developed. Hysteretic dampers were added modifying their mechanical properties and the models were subjected to 30 acceleration records selected according to soil C classification and the killer-pulse characteristic observed in the original velocity record. Unlike previous research, in this study the velocity and energy response spectrum were matched to the design velocity spectrum and to an input energy spectrum suposed in order to represent properly the seismic intensity stated in the NSR-10.The records were adjusted in order to ensure similar deformation demands from all ground motions so that the inelastic behavior of the structures could be comparable. As a result, the input energy variability will be reduced, obtaining an accurate correlation of Δ’max/Δmax of each model. The analyzed parameters were: input energy, maximum displacement, acceleration, ductility, etc. After executing the non-linear analyses, some equations were introduced to estimate ϕ’ of each earthquake and each SDOF model regarding the damper’s parameters and a theoretical correction factor ϕtheoretical obtained from empirical expressions in previous studies. The results displayed a significant decrease in maximum drift and ductility demand after setting up hysteretic dampers in the structures. Furthermore, a more fitting correlation was achieved between the drifts using the proposed equations and drifts recorded from the non-linear analyses made in this work due to a substantially reduction of the input energy variability. Therefore, it is concluded that the methodology developed in this paper is an effective tool for a preliminary design of a reinforced concrete frame building with hysteretic dampers.
Description: 99 páginas
URI: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/2058
Citation: Gómez Minotas, V. (2015) Demanda de deformación en edificaciones porticadas de concreto reforzado con sistemas de disipación de energía (Trabajo de grado). Recuperado de: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/2058
Location: CIVI00466
Appears in Collections:Ingeniería Civil

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