izolarea bazei
Post on 14-Dec-2014
28 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
IzolareaIzolarea SeismicaSeismica a a BazeiBazei
Concept, Concept, MetodeMetode sisi DispozitiveDispozitive
Izolarea Bazei - Concept
stiff
flexible
Fig.1 a – Ideal isolation
Fig. 1 b – Base-isolated
building Isolators
Izolarea bazei vs proiectare
traditionala
Proiectare traditionala:
• Aparitia unui cutremur – degradari structurale si nestructurale
• Lucrari de reparatii si consolidare post-cutremur
• Este avantajos economic dpdv al costului initial
Izolarea Bazei:
• Fara degradari structurale si nestructurale
• Cost (initial) majorat
• Castig privind functionarea neintrerupta si siguranta crescuta
(cladiri a caror functionare este critica)
• Consolidare – pastrarea caracteristicelor arhitecturale in intregime
precum si functionarea neintrerupta in timpul lucrarilor
Componentele stratului de izolare
• Izolatori (poseda flexibilitate laterala pentru a realizaizolarea la miscari laterale si rigiditate mare pe directie
laterala pentru transferul incarcarilor gravitationale):– Izolatori din cauciuc natural (NRB) – Izolatori din cauciuc natural cu miez de plumb (LRB)– Izolatori cauciuc sintetic ce poseda proprietati de
amortizare (HDBR)– Dispozitive ce permit alunecarea (SB)
• Amortizori (disipatori de energie cu scopul de a reduce deplasarea relativa a stratului de izolare si de a oprimiscarea)
– Amortizori hidraulici – amortizori vascosi– Amortizori din plumb – amortizori histeretici– Amortizori din otel – amortizori histeretici
Izolatori
rubber
steel
Proprietati mecanice:• Diametru: 500-1550 mm• D/ntR ~ 5• Deformatii de proiectare: 250 – 300% deformatie de forfecare (450 -
550 mm for 800 mm diam.)• Deformatie ultima: 400% (550-800 mm)• Efort unitar de compresiune de lunga durata: 10-15 N/mm2
• Effort unitar de compresiune de scurta durata: 20-30 N/mm2
• Curgere lenta, imbatrinirea, efortul unitar vertical, deformatiilelaterale, temperatura, istoria incarcarii, frecventa ciclurilor de incarcare – 10% modificari ai parametrilor principali (sub 20% cumulat)
• Raportul rigiditatilor verticale si laterale 2500-3000• Consolidarea rigiditatii laterale dupa deformatii > 300% (6-8 ori)• Obligatoriu a fi cuplati cu disipatori• Model de calcul
Cauciuc natural (NRB)
Conformare:• Similar cu NRB• Diferente – material sintetic ce disipa energie
Proprietati mecanice• In general similare NRB• Amortizare vascoasa echivalenta: ~ 20% pentru 300% deplasare
laterala• Dependenta parametrilor principlai de factorii enumerati este in
general mai mare (20-25% cumulat)• Model de calcul: biliniar modificat
IzolatoriCauciuc sintetic cu amortizare HDRB
Inainte de deformatii mari Dupa deformatii mari
Izolatori
Conformare:• In principiu este un izolator NRB cu miez de plumb (60~150 mm) • Disipa energie histeretica
Proprietati mecanice:• Similar cu HRB• Forta laterala coresp. curgerii: 100 kN (100 mm diam. miez plumb) • Rigiditate initiala mare: 10-16 ori rigiditatea post “curgere” (astfel
incat sa reziste incarcari din vant)• Model de calcul: bilinear or modified bilinear
Cauciuc natural cu miez de plumb (LRB)
rubber
steel
lead
Izolatori
Conformare:• PTFE (polytetrafluoro-thylene) ce
aluneca pe placi de otel inoxidabil
• Cateodata folosite pe suprafata unuiNRB
Ce permit alunecarea SB
Proprietati mecanice:• Rigiditate initiala foarte mare• Rigiditate neglijabila dupa initierea miscarii (folosite in conjunctie cu
NRB, HDRB, LRB)
• In principal adoptate pentru reducerea rigiditatii la deplasari mari a cladirilor izolate.
• Coeficientul de frecare depinde in general de presiunea verticala side viteza miscarii.
Amortizori
Conformare:• Amortizori hidraulici
• Amortizare vascoasa: proportionala cu viteza miscarii
Hidraulici
Proprietati mecanice:• Forta de amortizare: 500 to 1500 kN• Deplasare: 500-700 mm• Viteza maxima de miscare: 1-1.5 m/sec• Diminueaza miscarea pe directia instalarii• Este de preferat folosirea pentru structurile mari (forte mari)
Amortizori
Conformare:• Bara de plumb indoita in forma de U
• Diam. 180-260 mm
• Disipa energie histeretica
Plumb
Proprietati mecanice:• Rigiditate initiala mare (rezista la actiunea vantului)• Rezistenta la curgere modesta (100 – 230 kN)• Nu prezinta degradari la un numar mare de cicluri de mare
intensitate• Deplasari maxime (600 – 800 mm)• Amortizarea este modesta (folosit de obicei in conjunctie cu alte
tipuri de amortizori – in Japonia cu amortizori de otel)• Model de calcul – biliniar (elasto-plastic)
Amortizori
Conformare:• Spirale de otel
• Disipa energie histeretica
Otel
Proprietati mecanice:• Rgiditate initiala scazuta• Rezistenta la curgere relativ mare (~ 300 kN)• Deformatii maxime 500-550 mm• Model de calcul – biliniar cu consolidare
Principii de proiectare
i
i
effW
W
4
1 ∑=∆
πξ
F u
F
F n
∆y ∆δ
K1
K e
R K i
∆u
effF
K = - Rigiditate efectiva
- amortizare efectiva
eff
eff
K
M2T π= - Perioada efectiva
Principii de proiectare
55.0)5(10 eff ≥+= ξη
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Perioada T , s
T B=0.07 T D=3
5.775/T2
1.925/T
β 0 =2.75
T C=0.7s
ηβγeffTgIb aMF =
72.0~
8.3~reducereaeficient
63.0~%20
6~q
eff
β
ηξ ⇒=
Avantaj – Suprastructura nu trebuie sa fie ductila
mm500~izolatordm24.0d2.1
m2.063.0*2
8.2*72.0*81.9*24.0)T(Sd
2
De
⇒=⇒=
=
==
γπ
Principii de proiectare
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Perioada T , s
TD =2
8.8/T2
4.4/T
β 0 =2.75
T B=0.16 TC=1.6s
Perioade predominante lungi
2
eDe2
T)T(S)T(S
=π
mm800~izolatordm41.0d2.1
m35.063.*2
6.3*72.0*81.9*24.0)T(Sd
2
De
⇒=⇒=
=
==
γπ
• Raportul intre perioada izolata si fixata la baza > 3• Efortul unitar mediu de compresiune in izolatori ~ 10
N/mm2
• Amortizori – realizeaza o amortizare echivalenta 15-20%.
• Amortizori histeretici – reziste incarcarilor din vant• Amortizori asrfel dispusi incat sa nu existe torsiune• Suprastructura sa ramana in domeniul elastic (q=1.5)
• Calculul dinamic (Etabs etc.) :– Accelerograme inregistrate– Accelerograme compatibile cu spectrul (artificiale
sau inregistrate)
Reguli generale
( )effeffejj ,TSmf ξ=
( )effeffejj ,TSmf ξ=
Proiectare - Verificari
• Nivelul de izolare:– Cerinta de deplasare < deformatia de proiectare a izolatorilor
(deformatie ~ 250%) factor de siguranta 1.2– Factor de siguranta mare fata de pierderea stabilitatii izolatorilor 2– Spatiul de izolare - factor de siguranta 1.2– Nu se accepta eforturi unitare de intindere ( < 1 N/mm2 in situatii
limita)
• Suprastructura si fundatii:– Raspunda in domeniul elastic– Cedarile ductile nu sunt obligatorii– Ierarhizarea capacitatilor de rezistenta nu este necesara– Acceleratiile de etaj sunt limitate (Japonia 2m/s2) – Instalatii si echipamente trebuie proiectate astfel incat sa nu fie
compromise la nivelul izolarii
Probleme
• Incertitudinile de comportare (±10% ÷ ±25% pentru rigiditate si±10% ÷ ±15% pentru rezistentele de curgere ale amortizorilor)
• Actiunea verticala a seismului (miscarea orizontala izolata siamortizata, vibratiile pe directie verticala nu)
• Miscarile seismice cu perioade predominante mari > 1.5 s ce induccerinte de deplasare mari
Solutii exista:M.Miyazaki – Japonia:• Minimizarea punctelor de sprijin pentru
a putea utiliza izolatori cu diam. 1300-1500 mm fara reducerea perioadei
• Deplasare maxima ~ 800 mm• 200% deformatie laterala – 4.5 s
perioada efectiva
Izolarea seismica - Japonia
0
200
400
600
800
1000
1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001
Number of approved seismic isolatedbuildings before 2001
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1994 1995 1996 1997 1998 1999-2000
Floor area of seismic isolated buildings (sq. m)
40000-50000
20000-40000
10000-20000
5000-10000
4000-5000
3000-4000
2000-3000
1000-2000
500-1000
0-500
Types of Facilities
Before 1995
28%
4%
9%24%
24%
11%
apartments
houses
computercenter
office building
laboratories
other
After 1995
44%
5%2%
17%3%
29%apartments
housescomputer center
office building
laboratories
other
Tipuri de izolatori si amortizori
25%
11%18%
20%
4%
6%
6%
10%
NRB
NRB mix
NRB + LRB
HDRB
HDRB Mix
sliding or rolling
LRB
LRB mix
Year 2000
3%
19%
1%
5%
1%
32%10%
10%
4%
3%
6%
7%
Steel
Steel + Lead
Steel Mix
Lead
Lead Mix
LRB
HDRB
Oil
Friction
HDRB Mix
LRB Mix
Other
Tendinte:• NRB si LRB cei mai folositi• Tendinta de utilizare scazuta a HDRB (rigiditate mare?)• SB utilizare in crestere (creste perioada efectiva)• Tendinta de crestere a efortului unitar mediu (de la 3-8 la 7-13
N/mm2)• Amortizori: plumb si otel.• Crestere a perioadei efective (de la 2-3 s la 3-4 s)
3%
23%
37%
21%
16%2.5 ~ 3
3 ~ 3.5
~ 2.5
3.5 ~ 4
4 ~ 4.5
Izolatori Perioada efectiva (s)Amortizori
Comportarea cladirilor izolate
• Nu exista informatii foerte multe• Kobe 1995: 2 cladiri izolate Matsumura-Gumi
Research Laboratory si West Japan Postal Savings Computer Center (West-1):– Amplasament: 30 Km de epicentru– Comportare foarte buna (0.3g PGA) – situate in
afara zonei caracterizate prin miscari agresive.
• Niigata 2004:– Spital: Comportare foarte buna (reducere
importanta a deplasarilor si fortelor)– Miscare caracterizata prin perioade predominante
mici
Kobe - 1995
Kobe
Niigata 2004
Izolarea bazei - Japonia
Izolarea bazei - Japonia
Izolarea bazei - Japonia
top related