1.pdf

Description
Download 1.pdf

Please download to get full document.

View again

of 10
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Articles & News Stories

Publish on:

Views: 5 | Pages: 10

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
  UDK 624.042.001.5:699.84 Primljeno 10. 1. 2008. GRA  EVINAR 60  (2008) 2, 99-108 99 Torzija potresno izoliranih konstrukcija nepravilnoga tlocrta David Koren, Vojko Kilar Klju  ne rije  i  potresna izolacija, nesimetri   na konstrukcija, ekscentricitet mase, ekscentricitet izolacijskog  sustava,elastomerni ležaj,  središte krutosti D. Koren, V. Kilar Izvorni znanstveni rad  Torzija potresno izoliranih konstrukcija nepravilnoga tlocrta  Razmatra se torzijski odziv potresno izoliranih nesimetri   nih višekatnih armiranobetonskih okvirnih konstrukcija pri jakom seizmi   kom djelovanju. Analizirano je više varijanti (3 stupnja torzijske krutosti, 3 stupnja ekscentri   nosti mase) izvorno simetri   ne konstrukcije, s razli   ito raspore   enim elastomernim ležajevima. Rezultati dokazuju da pravilno raspore   eni protupotresni izolatori mogu bitno reducirati nepoželjne torzijske utjecaje gornje konstrukcije i izolacijskog sustava. Key words  seismic isolation, nonsymmetrical structure, mass eccentricity, isolation system eccentricity, elastomeric bearing, centre of stiffness D. Koren, V. Kilar Original scientific paper  Torsion of seismically isolated structures of irregular plan Torsional response of seismically isolated nonsymmetrical multi-storey reinforced-concrete frame  structures, subjected to strong seismic action, is considered. Several alternatives of an initially  symmetrical structure are analysed (3 levels of torsional stiffness, 3 levels of mass eccentricity), for varied disposition patterns of elastomeric bearings. The results show that regularly arranged seismic isolators can significantly reduce adverse torsional impacts from the superstructure and the isolation  system. Mots clés isolation sismique,  structure asymétrique, excentricité structurale, excentricité du système d'isolation, appareil d'appui en élastomère, centre de rigidité D. Koren, V. Kilar Ouvrage scientifique srcinal  Torsion des structures parasismiques de plan irrégulier  La réponse torsionnelle des structures-cadres parasismiques, non-symétriques et à étages multiples,  soumises aux fortes actions sismiques, est considérée. Plusieurs alternatives de rigidité de la structure initialement symétrique sont analysées (3 niveaux de rigidité torsionnelle, 3 nivaux d'excentricité  structurale), pour schémas variés de répartition des appareils d'appui en élastomère. Les résultats montrent que les isolateurs sismiques répartis de manière régulière peuvent réduire considérablement les effets nuisibles de torsion provenant de la superstructure et du système d'isolation.      ,   ,    ,    ,    ,     .    ,   .    Op                           .     ó      (3     , 3   -    )         -   .     ,                . Schlüsselworte  seismische Isolation, unsymmetrische  Konstruktion, Massenexzentrizität,  Exzentrizität des  Isolationssystems,  Elastomerlager,Starrheitszentrum D. Koren, V. Kilar Wissenschaftlicher Originalbeitrag  Torsion seismisch isolierter Konstruktionen mit unregelmässigem Grundriss  Man betrachtet die Torsionsantwort seismisch isolierter unsymmetrischer mehrstöckiger Stahlbetonrahmenkonstruktionen bei kräftiger seismischer Einwirkung. Analysiert wurden mehrere Varianten (3 Stufen Torsionsstarrheit, 3 Stufen Massenexzentrizität) der ursprünglich symmetrischen  Konstruktion, mit verschiedentlich angeordneten Elastomerlagern. Die Ergebnisse bezeugen dass regelrecht angeordnete seismische Isolatoren unerwünschte Torsionseinflüsse der oberen Konstruktion und des Isolationssystems wesentlich reduzieren können. Autori: David Koren , dipl. ing. gra  .; prof. dr. sc. Vojko Kilar , dipl. ing. gra  ., Sveu  ilište u Ljubljani, Fakultet za arhitekturu, Zoisova 12, Ljubljana, Slovenija  Torzija potresno izoliranih konstrukcija D. Koren, V. Kilar 100  GRA  EVINAR 60  (2008) 2, 99-108 1 Uvod Rezultati istraživanja i solidno ponašanje potresno izo-liranih konstrukcija za vrijeme potresa dokazuju da je  potresna izolacija pouzdana tehnologija koja može pred-stavljati zanimljivu alternativu klasi  noj potresno otpor-noj gradnji. S tehni  koga, komercijalnoga, a kona  no i financijskoga gledišta danas više nema posebnih prepre-ka za primjenu razli  itih izolacijskih ure  aja i sustava i kod posebnih zgrada, kao što su zgrade s nepravilnim tlocrtima ili nepravilnostima po visini koje su kao takve  potresno ugroženije. Prije svega dakle treba odgovoriti na pitanje može li i do koje mjere sustav potresne izola-cije »apsorbirati« nepravilnosti u konstrukciji,  emu smo  esto svjedoci kod suvremenih konstrukcija. Polazimo od pretpostavke da pravilna primjena potresne izolacije, uzevši u obzir odre  ena konstrukcijska pravila te racio-nalna fizikalna, tehnološka i financijska ograni  enja,može bitno ublažiti nepovoljne torzijske utjecaje i pove-  ati sigurnost takvih konstrukcija u slu  aju snažnoga seizmi  kog optere  enja.U   lanku smo ponajprije opisali dosadašnja istraživanja na podru   ju potresno izoliranih nesimetri  nih konstruk-cija u nas i u inozemstvu.  lanak pak nastavljamo detalj-nom analizom brojnih podvarijanata potresno izolirane  etverokatne armiranobetonske okvirne konstrukcije i usporedbom rezultata odziva neizolirane i izolirane kon-strukcije. Primijenili smo jednostavan i cjenovno najpri-stupa  niji izolacijski sustav elastomernih ležajeva s olovnim jezgrama. Na temelju dobivenih rezultata od-govaramo na postavljena pitanja o ponašanju tlocrtno nepravilnih konstrukcija i o eventualnim prednostima koje za takve konstrukcije donosi ugradnja potresne izolacije. Nelinearnom dinami  kom analizom potanko analiziramo tri stupnja tlocrtne nesimetrije i tri stupnja torzijske krutosti gornje konstrukcije te  etiri razli  ite varijante rasporeda izolatora u ravnini temelja. Rezultati su prikazani u obliku amplifikacijskih faktora za poma-ke na krutoj i gipkoj strani zgrade te u obliku torzijskih rotacija. 2 Dosadašnja istraživanja na podru   ju potresno izoliranih nesimetri  nih konstrukcija Razmatranje posljedica jakih potresa na zgradama i ana-liza uzroka i posljedica, a i rezultati ispitivanja na pot-resnim stolovima i brojne numeri  ke simulacije ponaša-nja, potvr   uju da su tlocrtno nepravilne konstrukcije u slu  aju seizmi  kog optere  enja puno osjetljivije jer su  podvrgnute štetnim utjecajima torzije. Odziv potresno izoliranih konstrukcija u usporedbi s potresno neizolira-nim konstrukcijama bitno je druk   iji jer je izolirana kon-strukcija izložena manjim pomacima u apsolutnom smis-lu, a druk   iji je i njezin torzijski odziv. U  lanku se og-rani  avamo na sustav potresne izolacije s pomo  u elasto-mernih ležajeva koji je istraživa  ima ina  e dobro poznat i kod nas [primjerice 1–3]. Pregledom odgovaraju  e literature može se ustanoviti da je broj istraživanja torzijskog odziva potresno izolira-nih zgrada sve ve  i, pri  emu se op  enito primjenjuju dva posve razli  ita prora  unska modela. Tako odre  eni istraživa  i gornju konstrukciju modeliraju krutom te  problem reduciraju na problem odziva jednokatne kon-strukcije s tri stupnja slobode, a drugi konstrukcije mo-deliraju višekatnim sustavima kod kojih je ponašanje gornje konstrukcije elasti  no, a eventualne nelinearnosti ograni  ene na razinu izolatora ispod zgrade. Modeli s krutom gornjom konstrukcijom koji mogu dovoljno po-tanko opisati torzijske amplifikacije u samom izolacijs-kom sustavu [4] dosta su jednostavniji za primjenu, te su prije svega u prošlosti imali zna  ajnu ulogu u razvoju  potresne izolacije i time omogu  ili realizaciju brojnih  projekata s razli  itim sustavima potresne izolacije diljem svijeta – vidi primjerice [5]. Ve  ina najnovijih istraživa-nja provodi se na višekatnim 3D modelima kod kojih zna  ajnu ulogu imaju i krutost i period gornje konstruk-cije i koji mogu bolje opisati utjecaje asimetrije na po-našanje gornje konstrukcije. Po  eci istraživanja ponašanja izoliranih asimetri  nih konstrukcija objavljeni su u [6–8]. Rezultati Leeja [6] i Pana [7] temelje se na analizi krute gornje konstrukcije, a Eisenberger [8] je razmatrao višekatne nesimetri  nezgrade. Sva tri autora predlažu da radi ublaživanja tor-zijskih utjecaja potresnu izolaciju treba najbolje projek-tirati tako da se centar krutosti kao i centar nosivosti (defi-niran silom plastifikacije) izolacijskog sustava poduda-raju s centrom mase gornje konstrukcije. Lee [6] kaže da je tako projektiran izolacijski sustav sposoban uveli-ke ublažiti nepovoljne utjecaje torzije i kod ve  ih eks-centri  nosti gornje konstrukcije. Stoga suprotno svim autorima kasnijih istraživanja tvrdi kako su torzijske rotacije te posljedi  no i amplifikacije pomaka izolacij-skog sustava zbog ekscentri  nosti gornje konstrukcije zanemarive. Do sli  nih konstatacija dolazi i Pan [7], koji kao razlog zanemarivoga torzijskog odziva potres-no izoliranih nesimetri  nih konstrukcija navodi vremen-sko odstupanje me  u najve  im translacijskim i torzijskim odzivima te utjecaj prigušivanja izolacijskog sustava.  Nasuprot tome, Nagarajaiah sa suautorima [9] na više-katnim modelima zaklju  uje da je upravo ekscentri  nost gornje konstrukcije glavni uzrok torzijskoga ponašanja (ve  i pomaci na rubovima zgrade glede referentnih po-maka centra masa). Potresnom se izolacijom torzijske amplifikacije svejedno reduciraju jer je veli  ina posmi  -nih i torzijskih sila kao kod potresno izoliranih konstrukcija u apsolutnom smislu manja nego kod potresno neizoli-ranih. Pozitivne u  inke potresne izolacije za ublaživanje torzijskih utjecaja navodi tako  er Jangid [10], koji usta-  D. Koren, V. Kilar Torzija potresno izoliranih konstrukcija GRA  EVINAR 60  (2008) 2, 99-108 101 novljuje da se u  inkovitost izolacijskog sustava pove  a-vanjem njegove ekscentri  nosti smanjuje jer se pomaci izolacijskog sustava pritom pove  avaju, dok se relativni  pomaci gornje konstrukcije pritom smanjuju. Me  u najaktivnijima na podru   ju istraživanja nesimetri- je 3D višekatnih modela potresno izoliranih zgrada pos-ljednjih je godina Tena-Colunga sa suautorima. U [11] zaklju  uje da nesimetrija smanjuje u  inkovitost potres-ne izolacije jer se pritom neki izloženiji izolatori ve   plastificiraju i jako deformiraju, a drugi se još uvijek  ponašaju elasti  no. Potresno izolirana nesimetri  na gor-nja konstrukcija analizirana je u [12], gdje se glede po-maka izolacijskog sustava utvr   uje da se njihove ampli-fikacije, u usporedbi sa simetri  nom konstrukcijom, po-ve  avanjem ekscentri  nosti pove  avaju i ovise o periodu izolirane konstrukcije. Pritom zaklju  uje da je u  inkovi-tost potresne izolacije kod ve  ih ekscentriciteta gornje konstrukcije manja. Zanimljiva je tako  er konstatacija da se najve  i pomak odabranog izolatora op  enito ne doga  a kod dvostruke ekscentri  nosti, nego kod jedno-strukog. Glede utjecaja ekscentriciteta u izolacijskom sustavu [13] daje sli  ne zaklju  ke, a glavna je razlika ta što ekscentri  nost izolacijskog sustava u usporedbi s ekscentri  noš  u gornje konstrukcije ima puno ve  i ut- jecaj na pomake konstrukcije. U [14] se pak uspore  uje  ponašanje ekscentri  ne (glede mase i krutosti) gornje konstrukcije i zaklju  uje da se ve  e torzijske amplifika-cije pojavljuju pod masom ekscentri  ne gornje konstruk-cije. Zna  ajan utjecaj na ponašanje izoliranih konstruk-cija ima tako  er omjer izme  u perioda izolirane ( T  i ) i neizolirane konstrukcije ( T  n ). Za nesimetri  nu se kon-strukciju preporu  uju omjeri T  i / T  n  izme  u 3 i 4 ili  ak ve  i, kod kojih su torzijske rotacije gotovo zanemarive, a mali omjeri (ispod 2,0) nisu poželjni jer uzrokuju veli-ke torzijske amplifikacije.  Najnovije rezultate istraživanja nesimetri  nih potresno izoliranih višekatnih konstrukcija daju Seguín i sur. [15], koji potanko analiziraju utjecaj torzijske otpornosti gor-nje konstrukcije i prije svega izolacijskog sustava na  ponašanje konstrukcije; utvr   uju da se kod torzijski gipkih izolacijskih sustava pri manjim ekscentri  nosti-ma najve  e amplifikacije pomaka izolacijskog sustava  pojavljuju na krutom rubu. Nasuprot tomu, kod torzijski otpornijih izolacijskih sustava najve  e se amplifikacije  pojavljuju na gipkom rubu. Obe  avaju  i su tako  er rezultati eksperimentalnih ispi-tivanja potresno izoliranih nesimetri  nih konstrukcija [16] koji potvr   uju rezultate numeri  kih simulacija te dokazuju da se potresnom izolacijom mogu reducirati torzijski utjecaji u gornjoj konstrukciji, ali se ne mogu  posve poništiti. Eksperimenti su pokazali da odziv ovisi i o vrsti primijenjenog izolatora jer se smatra da su elas-tomerni ležajevi bez olovnih jezgra navodno u  inkovitiji za redukciju relativnih pomaka i ubrzanja gornje kons-trukcije, a ležajevi s olovnim jezgrama najvjerojatnije u  inkovitiji za redukciju torzijskih utjecaja u izolacijs-kom sustavu. Vrijede  ai norma Eurokod 8 [17] u poglavlju o potres-noj izolaciji pruža op  enite naputke glede uvažavanja i  prora  unskog dokazivanja torzijskih utjecaja potresno izoliranih konstrukcija. Preporu  uje da centri efektivne krutosti i prigušivanja izolacijskog sustava budu što  bliže to  ki projekcije centra masa na izolacijsku plohu. Osim toga propisuje da izolacijski sustav treba biti pro- jektiran tako da se primjerenim mjerama (primjena pri-gušiva  a i zadrživa  a udara i sl.) kontroliraju udari i eventualna torzijska pomicanja. Pritom kod zgrada treba uzeti u obzir torzijske u  inke, uklju  uju  i slu  ajnu eks-centri  nost (±5 % odgovaraju  e tlocrtne dimenzije po- jedinog kata). U našem se istraživanju bavimo razli  itim nesimetri  nim varijantama višekatne konstrukcije te promatramo utje-caj ugra  ene potresne izolacije (elastomerni ležajevi s olovnim jezgrama) s razli  itim položajem centra izola-cijskog sustava CI na relativne pomake i rotacije kons-trukcije te pomake i rotacije izolacijskog sustava. U us- poredbi s analizama netom spomenutih istraživa  a koji  promatraju gotovo isklju  ivo jedino pomake i rotacije izolacijskog sustava, u ovoj studiji ve  u pozornost pos-ve  ujemo relativnim pomacima i rotacijama koje za razli  ite položaje CI podnosi gornja konstrukcija. Oni su naime zna  ajni za nastanak nepoželjnih ošte  enja u no-sivom konstrukcijskom sustavu. Stoga je u analizi primi- jenjen traženi 3D nelinearni prora  unski model konstruk-cije i izolacijskog sustava koji omogu  uje primje  ivanje ošte  enja koja su posljedica nesimetrije bilo gornje kon-strukcije, bilo izolacijskog sustava. 3 Opis modela 3.1 Osnovni podaci Osnovna je referentna konstrukcija dvostruko simetri  -na konstrukcija kod koje se centar masa i centar krutosti  podudaraju, a nepravilnosti po visini nema (slika 1.). Konstrukcija je dimenzionirana na prora  unsko ubrza-nje tla a  g   = 0,35g, pri  emu je uzet u obzir faktor pona-šanja q  = 3,75. Prva tri perioda slobodnih oscilacija neizolirane konstrukcije jesu: 0,58 s (X), 0,56 s (Y) i 0,53 s (T). Potankosti o dimenzioniranju i ponašanju neizolirane konstrukcije opisane su u [18], a detaljni je  prikaz ponašanja izolirane varijante simetri  ne gornje konstrukcije dan u [19]. Nelinearne stati  ke i dinami  keanalize ponašanja neizolirane i izolirane konstrukcije  provedene su programom SAP2000 [20] na 3D-modelu, s ugra  enim plasti  nim zglobovima na oba kraja svake grede i stupa. Varijacija seizmi  kog optere  enja uvaže-  Torzija potresno izoliranih konstrukcija D. Koren, V. Kilar 102  GRA  EVINAR 60  (2008) 2, 99-108 na je nelinearnom analizom vremenskog odziva zgrada za 10 razli  itih seizmi  kih zapisa s epicentrima iz naše  blizine (tablica 1.). Pojedine smo potrese normirali na  prora  unsko ubrzanje (0,35g) i zapis u smjeru N–S pri- pisali promatranom Y-smjeru konstrukcije. Izolacijski sustav  ine potkonstrukcija od armiranobetonskih temelj-nih nosa  a (60/75 cm) i jednostavan sustav od 24 elasto-merna ležaja s olovnim jezgrama (LRB –  Lead Rubber  Bearings ). Postupak odabira i dimenzioniranja elasto-mernih ležajeva prema eurokodu op  enito je opisan pri-mjerice u [1], a potanje za promatranu zgradu u [19]. Kona  ni su ležajevi prora  unani za simetri  nu gornju konstrukciju kojoj smo s odabranim ležajevima (slika 1.)  produljili period upravo do granice ( T   y  = 1,73 s) kad se ona još ponaša elasti  no.Tablica 1. Vrijede  i akcelerogrami potresa s epicentrima u našoj blizini Država Datum Lokacija Trajanje s S  N  a   max cm/s 2 W  E  a   max cm/s 2 Crna Gora 15. 4. 1979. Ulcinj 25 279 235 Crna Gora 15. 4. 1979. Ulcinj2 25 168 218 Bosna iHercegovina 13. 8. 1981. BanjaLuka 10 506 387 Crna Gora 15. 4. 1979. Bar 25 357 353 Crna Gora 15. 4. 1979. Herceg Novi25 209 226 Rumunjska 30/31. 8. 1986. Focsani 25 273 297 Italija 11. 5. 1976. Tolmezzo 15 342 310 Italija 15. 9. 1976. Forgaria 15 299 323 Italija 15. 9. 1976. SanRocco15 136 228 Crna Gora 15. 4.1979. Petrovac 19,6/25 429 299 3.2 Uvo   enje tlocrtne nesimetrije  Nepravilnost (nesimetriju) u tlocrtu postigli smo mije-njanjem položaja centra masa gornje konstrukcije. Kons-trukcija je u cijelosti ostala nepromijenjena, pa su razlike u ponašanju isklju  ivo posljedica nepravilnosti u tlocrtu. Razli  ite smo nesimetri  ne varijante dobili tako što smo centar masa (CM) pomaknuli u +X smjeru za 10 (Asym10), 20 (Asym20) i 30 (Asym30) postotaka dulje tlocrtne di-menzije (slika 2.). Pritom smo mijenjali jedino X koor-dinate, a Y koordinate ostale su jednake. Ograni  ili smo se na 30 postotnu ekscentri  nost koja predstavlja najve-  u realnu mogu  u masenu ekscentri  nost koja se može  posti  i jedino pomicanjem dijela uporabnog optere  enja na jednu stranu konstrukcije. Slika 2. Ekscentri  nost izolacijskog sustava (e b ) za razli  ite rasporede ležajeva i razli  ite ekscentri  nosti gornje konstrukcije (e m ); jedinice [%  L ] 3.3 Omjer torzijske i translacijske frekvencije Istraživanja torzijskog ponašanja konstrukcija pri hori-zontalnom optere  enju pokazala su da zna  ajnu ulogu ima i torzijska otpornost konstrukcije koja se može izra-ziti omjerom torzijske i translacijske frekvencije:  z  y y z  s T T       (1) Torzijski gipka konstrukcija ima prvi vlastiti oblik tor-zijski, stoga je omjer torzijske i translacijske frekvencije (  s ) manji od 1,0. Kad  s  raste, sustav postaje torzijski otporniji. Za promatranu potresno neizoliranu simetri  nu konstruk-ciju omjer frekvencija  s  iznosi 1,06. Osim osnovnoga ravnomjernog rasporeda masa analizirali smo još dva dodatna rasporeda masa, pri  emu smo promijenili Y koordinate masa, a X koordinate ostale su u svim prim- jerima jednake. Pomicanjem masa na krajnje vanjske rubove konstrukcije s Y =  7,5 m (s obzirom na CM) dobili smo torzijski gipku konstrukciju (  s  = 0,81). A  pomicanjem masa na jednu centralnu liniju (Y = 0) do- bili smo torzijski krutu konstrukciju (  s  = 1,25). Oba  primjera predstavljaju dva teorijski još uvijek mogu  a Slika 1. Promatrana konstrukcija s ozna  enim položajem centra masa (CM) za nesimetri  ne varijante te svojstva ležajeva
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks