UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIOARAFACULTATEA DE CONSTRUCII I ARHITECTURDEPARTAMENTUL DE CONSTRUCII METALICEI MECANICA CONSTRUCIILORCONTRIBUII LA STUDIUL COMPORTRIISTRUCTURILOR METALICE N CADREMULTIETAJATE CU NODURI SEMI-RIGIDETez de DoctoratAutor:Ing. Florea DINUConductor tiinific:Acad.Dr.HC Prof.Em.Ing Dan MATEESCU- Timioara, Ianuarie 2004 -UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIOARAFACULTATEA DE CONSTRUCII I ARHITECTURDEPARTAMENTUL DE CONSTRUCII METALICEI MECANICA CONSTRUCIILORCONTRIBUII LA STUDIUL COMPORTRIISTRUCTURILOR METALICE N CADREMULTIETAJATE CU NODURI SEMI-RIGIDETez de DoctoratAutor:Ing. Florea DINUComisia de doctorat:Prof. Dr. Ing. Ion COSTESCU Preedinte (Universitatea Politehnica din Timioara)Acad. Dan MATEESCU - Conductor stiintific (Universitatea Politehnica din Timioara)Prof. Dr. Ing. Ioannis VAYAS Membru (Universitatea Naionala Tehnica Atena, Grecia)Prof. Dr. Ing. Dan LUNGU Membru (Universitatea Tehnica de Construcii Bucureti)Prof. Dr. Ing. Dan DUBINA - Membru (Universitatea Politehnica din Timioara) - Timioara, Ianuarie 2004 -iCUPRINSCAPITOL 1.INTRODUCERE.............................................................................................. 1.1CAPITOL 2.COMPORTAREA STRUCTURILOR N CADRE METALICE LAACIUNEA UNOR MICRI SEISMICE PUTERNICE.................................................... 2.12.1. Introducere .................................................................................................................. 2.12.2. Comportarea cldirilor in cadre metalice sub aciunea unor cutremure istorice......... 2.12.2.1 San Francisco, 1906 ............................................................................................ 2.12.2.2 Kanto, Japonia, 1923........................................................................................... 2.32.2.3 Cutremurul din Romnia de la 10 noiembrie 1940............................................. 2.42.2.4 Prince William Sound, Alaska, 1964 .................................................................. 2.42.2.5 San Fernando, SUA, 1971................................................................................... 2.52.2.6 Cutremurul din Romnia de la 4 martie 1977..................................................... 2.52.2.7 Mexico City, 1985............................................................................................... 2.92.2.8 Northridge, SUA, 1994 ..................................................................................... 2.112.2.9 Kobe, Japonia, 1995.......................................................................................... 2.202.2.10 Taiwan 1999....................................................................................................... 2.312.3. Observaii si concluzii ............................................................................................... 2.31CAPITOL 3. CALCULUL STRUCTURILOR N CADRE METALICE INND SEAMADE COMPORTAREA REAL A MBINRILOR .............................................................. 3.13.1 Introducere .................................................................................................................... 3.13.2 Calculul structurilor in cadre innd seama de comportarea real a mbinrilor inconformitate cu norma european EN 1993-1.1 (Eurocode 3) ........................................... 3.23.2.1 Modelarea cadrelor si metode de analiz global .................................................. 3.33.2.1.1 Analiza global elastic................................................................................... 3.43.2.1.2 Analiza global plastic .................................................................................. 3.73.2.2 Clasificarea structurilor in cadre .......................................................................... 3.123.2.2.1 Cadre contravntuite si necontravntuite ...................................................... 3.123.2.2.2 Cadre cu noduri fixe sau cu noduri deplasabile ............................................ 3.123.2.2.3 Imperfeciunile cadrelor ................................................................................ 3.133.2.3 Clasificarea elementelor si mbinrilor rigl-stlp............................................... 3.143.2.3.1 Clasificarea dup rigiditate............................................................................ 3.143.2.3.2 Clasificarea mbinrilor dup rezisten........................................................ 3.153.2.3.3 Clasificarea elementelor si mbinrilor dup ductilitate ............................... 3.163.2.4 Modelarea, caracterizarea si clasificarea mbinrilor........................................... 3.173.2.4.1 Modelarea mbinrilor................................................................................... 3.173.2.4.2 Caracterizarea mbinrilor............................................................................. 3.223.3 Calculul structurilor in cadre solicitate seismic .......................................................... 3.343.3.1 Criterii de proiectare............................................................................................. 3.343.3.2 Prevederi referitoare la mbinri .......................................................................... 3.373.3.3 Metode de calcul .................................................................................................. 3.383.3.3.1 Analiza static liniar.................................................................................... 3.383.3.3.2 Analiza dinamic liniar................................................................................ 3.393.3.3.3 Analiza static neliniar ................................................................................ 3.393.3.3.4 Analiza dinamic neliniar............................................................................ 3.393.4 Probleme actuale in proiectarea antiseismic a structurilor in cadre metalice............ 3.43ii3.4.1 Comportarea mbinrilor la ncrcri seismice .................................................... 3.433.4.2 Proiectarea bazat pe performan ....................................................................... 3.463.5 Concluzii ..................................................................................................................... 3.46CAPITOL 4. FACTORI CARE INFLUENEAZ DUCTILITATEA LOCAL ASTRUCTURILOR N CADRE METALICE.......................................................................... 4.14.1 Introducere .................................................................................................................... 4.14.2 Caracteristicile mecanice ale oelului............................................................................ 4.14.3 Influena vitezei de deformare....................................................................................... 4.24.3.1 Studiu experimental asuprainfluenei vitezei de deformare.............................. 4.54.3.1.1 ncercarea de traciune pe materialul de baz si de adaos............................... 4.74.3.1.2 ncercarea de traciune pe epruvete sudate...................................................... 4.84.3.1.3 Modul de rupere al epruvetelor sudate.......................................................... 4.114.3.1.4 Concluziile ncercrilor experimentale ......................................................... 4.144.3.2 Studiu numeric asupra influenei vitezei de deformare..................................... 4.144.3.2.1 Descrierea modelelor..................................................................................... 4.154.3.2.2 Descrierea materialului si a ncrcrii ........................................................... 4.164.3.2.3 Descrierea rezultatelor................................................................................... 4.174.3.2.4 Relaii analitice pentru determinarea caracteristicilor mecanice................... 4.194.4 Efectul acumulrii deformaiilor plastice - oboseala plastic ..................................... 4.214.4.1 Comportarea elementelor supuse la ncrcri monotone ..................................... 4.224.4.2 Comportarea elementelor supuse la ncrcri ciclice........................................... 4.244.4.3 Studiu parametric ................................................................................................. 4.304.5 Concluzii ..................................................................................................................... 4.36CAPITOL 5. INTRODUCEREA PROIECTRII BAZATE PE PERFORMAN NNORMELE ACTUALE DE CALCUL SEISMIC.................................................................. 5.15.1 Introducere .................................................................................................................... 5.15.2 Proiectarea bazat pe performan ................................................................................ 5.15.2.1 Vision 2000 ............................................................................................................ 5.15.2.2 FEMA 273.............................................................................................................. 5.25.2.3 FEMA 350.............................................................................................................. 5.45.3 Implementarea unei noi metode bazat pe performan in normele seismice actuale .. 5.45.3.1 Definirea nivelelor de performan ........................................................................ 5.55.3.2 Definirea intensitilor seismice asociate nivelelor de performan ...................... 5.85.3.3 Capacitatea de disipare a structurii Factorul de reducere q................................. 5.95.3.4 Calculul solicitrilor seismice .............................................................................. 5.135.4 Concluzii ..................................................................................................................... 5.14CAPITOL 6. APLICAREA METODOLOGIEI DE PROIECTARE BAZATE PE FACTORIDE REDUCERE PARIALI LA PROIECTAREA I VERIFICAREA STRUCTURILORMETALICE............................................................................................................................. 6.16.1 Introducere .................................................................................................................... 6.16.2 Aplicarea metodei bazate pe performan la proiectarea cldirilor noi ........................ 6.16.2.1 Caracteristicile limit pentru nivelele de performan considerate........................ 6.36.2.2 Calculul solicitrilor seismice ................................................................................ 6.46.2.3 Rezultatele studiului parametric............................................................................. 6.76.3 Aplicarea metodei de proiectare bazate pe performan la verificarea unei structuriexistente............................................................................................................................. 6.176.3.1 Date generale privind construcia......................................................................... 6.17iii6.3.2 Dimensionarea structurii de rezisten a cldirii Banc Post ................................. 6.196.3.3 Determinarea caracteristicilor limit pentru nivelele de performan considerate....................................................................................................................................... 6.226.3.4 Definirea intensitii seismice pentru nivelele de performan considerate......... 6.246.3.5 Rezultatele studiului parametric........................................................................... 6.256.4 Concluzii ..................................................................................................................... 6.26CAPITOL 7. CONCLUZII FINALE...................................................................................... 7.17.1 Rezumatul tezei ............................................................................................................. 7.17.2 Contribuii personale..................................................................................................... 7.57.3 Valorificarea rezultatelor............................................................................................... 7.6A. Publicaii tiinifice..................................................................................................... 7.6B. Programe de cercetare naionale................................................................................. 7.8C. Programe de cercetare internaionale ......................................................................... 7.97.4 Continuarea cercetrilor ................................................................................................ 7.9BIBLIOGRAFIEANEXA A1. CALCULUL IMBINARILOR RIGLA-STALP CU METODACOMPONENTELOR........................................................................................................... A1.1A1.1 Determinarea caracteristicilor de rezistenta ale mbinrilor.................................... A1.1A1.2 Determinarea momentului capabil al mbinrilor rigla-stlp sau de continuitate ... A1.9A1.3 Determinarea caracteristicilor de rigiditate ........................................................... A1.12A1.4 Exemplu de calcul al unei imbinari sudate grinda-stalp........................................ A1.16A1.5 Exemplu de calcul al unei imbinari grinda-stalp cu suruburi si placa de capat extinsa........................................................................................................................................ A1.21A1.6 Exemplu de calcul al unei imbinari grinda-stalp cu corniere prinse cu suruburi pe talpi........................................................................................................................................ A1.28ANEXA A2. INFLUENTA VITEZEI DE DEFORMARE-REZULTATEEXPERIMENTALE SUPLIMENTARE ............................................................................. A2.1A2.1 ncercri la traciune pe materialele de baz (TTM, W) ......................................... A2.1A2.2 ncercri pe epruvete sudate (TTW)........................................................................ A2.2A2.3 Introducerea vitezei de ncrcare............................................................................. A2.6A2.4 Curbe caracteristice pentru materialul de baza si de depozit .................................. A2.8A2.5 Influena materialului de baz la incercarile pe epruvete sudate TTW................. A2.17A2.6 Influena vitezei de ncrcare la incercarile pe epruvete sudate TTW.................. A2.26A2.7 Influena tipului de ncrcare la incercarile pe epruvete sudate TTW................... A2.32ivLISTA FIGURILORFigura 2.1 Efectele cutremurului asupra cldirilor: a) Avarii la cldirea primriei din SanFrancisco; b) Prbuirea cldirii primriei din Santa Rosa............................................. 2.1Figura 2.2 Vedere de ansamblu a oraului San Francisco: a) oraul cuprins de incendiile careau urmat cutremurului; b) amploarea distrugerilor ......................................................... 2.2Figura 2.3 Vedere de ansamblu dup cutremur, Tokyo 1923 ................................................. 2.3Figura 2.4 Podul Eitaibashi distrus de cutremur, Tokyo 1923................................................ 2.3Figura 2.5 Avarii la cldirile cu structur metalic, Prince William Sound, Alaska, 1964 .... 2.4Figura 2.6 Avarii extinse la cldirea spitalului Olive View Community dinSylmar, construitacu puin timp nainte de producerea cutremurului .......................................................... 2.5Figura 2.7 nregistrarea cutremurului Vrancea 1977, staia INCERC: a) nregistrareaacceleraiei, componenta N-S; b) Spectrul de rspuns elastic al acceleraiei; c) Spectrulde rspuns elastic al vitezei; d) Spectrul de rspuns elastic al deplasrii........................ 2.6Figura 2.8 Prbuirea acoperiului metalic la ntreprinderea de utilaj petrolier Teleajen ...... 2.7Figura 2.9 Zonarea seismic a teritoriului Romniei in conformitate cu STAS 11 101/1-77. 2.8Figura 2.10 Evoluia coeficientului dinamic pentru oraul Bucureti, n perioada 1963-2000(Lungu, 2003).................................................................................................................. 2.9Figura 2.11 Complexul Pino Suarez ..................................................................................... 2.10Figura 2.12 Prbuirea completa a unei cldiri din complexul Pino Suarez, Mexico City, 1985....................................................................................................................................... 2.11Figura 2.13 Efectele cutremurului asupra cldirilor din complexul Pino Suarez: a) flambajullocal la stlpii chesonai; b) cedarea contravntuirilor.................................................. 2.11Figura 2.14 Localizarea epicentrului micrii....................................................................... 2.12Figura 2.15 Spectru de rspuns elastic, Northridge 1994 ..................................................... 2.12Figura 2.16 mbinare rigl-stlp folosit in Statele Unite..................................................... 2.14Figura 2.17 Moduri de cedare a mbinrilor rigl-stlp sudate............................................. 2.15Figura 2.18 Distribuia distrugerilor pe fiecare componenta a mbinrii .............................. 2.16Figura 2.19 Procedee de mbuntire a comportrii mbinrilor: a) eclise suplimentare petlpi; b) reducerea seciunii grinzii................................................................................ 2.19Figura 2.20 Valorile PGA pentru nregistrrile maxime....................................................... 2.21Figura 2.21 Accelerogramele pentru cele trei componente (nregistrare JMA).................... 2.21Figura 2.22 Spectrul de rspuns elastic pentru cutremurul Kobe, 1995 ............................... 2.22Figura 2.23 Nivelul pagubelor raportat la vechimea construciilor ...................................... 2.23Figura 2.24 Distribuia avariilor in funcie de numrul de nivele......................................... 2.23Figura 2.25 Formarea unui mecanism de nivel la o cldire in cadre metalice, Kobe, 1995 . 2.24Figura 2.26 Ruperi in stlpi produse in urma cutremurului Kobe, 1995 .............................. 2.24Figura 2.27 Contravntuiri centrice avariate de cutremur..................................................... 2.25Figura 2.28 Deplasri laterale mari datorita ruperii contravntuirilor .................................. 2.25Figura 2.29 Distrugeri suferite de contravntuiri .................................................................. 2.25Figura 2.30 Nivelul si localizarea distrugerilor in prinderile stlpilor la baz...................... 2.26Figura 2.31 mbinrile rigla-stlp folosite uzual la cldirile metalice moderne ................... 2.27Figura 2.32 Ruperea sudurilor de col in mbinrile rigl-stlp: a) la partea superioar astlpului; b) la captul riglei.......................................................................................... 2.27Figura 2.33 Ruperea sudurilor de adncime in mbinrile rigl-stlp................................... 2.28Figura 2.34 Alctuirea nodurilor studiate ............................................................................. 2.29Figura 2.35 Detaliu de execuie pentru gaura de acces: a) detaliu pre-Kobe; b) detaliumbuntit prin reducerea dimensiunii gurii; c) detaliu fr gaur de acces.............. 2.29vFigura 2.36 Soluii de mbuntire a comportrii nodurilor a) detaliu de sudur fr gaur deacces Japonia; b) reducerea seciunii grinzii - SUA................................................... 2.30Figura 2.37 Curbele experimentale moment ncovoietor rotire: a) nod rigl-stlp fr gaurde acces; b) nod rigl-stlp cu seciunea grinzii redus; c) nod rigl-stlp folosit naintede cutremurul Kobe 1995.............................................................................................. 2.30Figura 2.38 Spectrele de rspuns ale acceleraiei si vitezei .................................................. 2.31Figura 3.1 Relaii moment-rotire pentru mbinri uzuale ....................................................... 3.1Figura 3.2 Etapele procesului de proiectare bazat pe concepia tradiional .......................... 3.2Figura 3.3 Etapele procesului de proiectare bazat pe utilizarea comportrii reale a mbinrilor......................................................................................................................................... 3.3Figura 3.4 Relaia for-deplasare pentru o structur in cadre multietajate ............................ 3.4Figura 3.5 Caracteristicile moment-rotire pentru elemente si mbinri .................................. 3.5Figura 3.6 Rspunsul for - deplasare intr-o analiz elastic de ordinul I............................. 3.5Figura 3.7 Analiza global elastic si verificrile la dimensionare (Eurocode 3, Partea 1-1) 3.6Figura 3.8 Rspunsul ncrcare-deplasare intr-o analiz elastic de ordinul II ...................... 3.6Figura 3.9 Domeniul de valabilitate al analizei elastice de ordinul II..................................... 3.7Figura 3.10 Analiza global plastic si verificrile la dimensionare (Eurocode 3, Partea 1-1)......................................................................................................................................... 3.8Figura 3.11 Caracteristicile moment-rotire pentru elemente si mbinri ................................ 3.9Figura 3.12 Rspunsul for-deplasare intr-o analiz elastic-perfect plastic......................... 3.9Figura 3.13 Caracteristicile moment-rotire pentru elemente si mbinri .............................. 3.10Figura 3.14 Caracteristicile moment-rotire pentru elemente si mbinri .............................. 3.11Figura 3.15 Rspunsul for-deplasare intr-o analiz rigid-plastic ..................................... 3.11Figura 3.16 Sisteme de contravntuiri................................................................................... 3.12Figura 3.17 Imperfeciunile cadrelor..................................................................................... 3.13Figura 3.18 Limitele pentru clasificarea mbinrilor rigl-stlp dup rigiditate................... 3.14Figura 3.19 mbinare de rezisten total.............................................................................. 3.15Figura 3.20 Clasificarea mbinrilor dup rezisten ............................................................ 3.16Figura 3.21 Clasele de seciuni pentru elemente................................................................... 3.16Figura 3.22 Capacitatea de rotire a unei mbinri ................................................................. 3.17Figura 3.23 Clasele de ductilitate pentru mbinri ................................................................ 3.17Figura 3.24 Caracteristica la ncovoiere a resortului............................................................. 3.19Figura 3.25 Definirea parametrului de transformare ......................................................... 3.19Figura 3.26 Limitele factorului : a) momente egale si de sens invers; b) momente egale si deacelai sens .................................................................................................................... 3.20Figura 3.27 Curbele biliniare moment-rotire ........................................................................ 3.20Figura 3.28 Reprezentarea liniar a caracteristicii M-........................................................ 3.21Figura 3.29 Reprezentarea rigid-plastica a caracteristicii M- ............................................. 3.21Figura 3.30 Reprezentrile neliniare ale caracteristicii M-................................................. 3.22Figura 3.31 mbinarea rigl-stlp studiat experimental....................................................... 3.23Figura 3.32 Curbele moment-rotire obinute pe cale experimental..................................... 3.23Figura 3.33 Aria de forfecare; a) in cazul stlpilor in cruce; b) in cazul stlpilor dublu-T .. 3.24Figura 3.34 Modelul cu elemente finite ................................................................................ 3.25Figura 3.35 Forma deformata a nodului solicitat antisimetric: a) experimental; b) numeric 3.25Figura 3.36 Curba moment-rotire din analiza numeric ....................................................... 3.25Figura 3.37 Caracteristica moment-rotire a unei mbinri .................................................... 3.26Figura 3.38 Tipuri de mbinri acoperite de prevederile Eurocode 3 ................................... 3.28Figura 3.39 mbinarea rigl-stlp cu uruburi si plac de capt extins ............................... 3.28Figura 3.40 Influenta grosimii inimii stlpului tw asupra rigiditatii la rotire a mbinrii ...... 3.29Figura 3.41 Influenta grosimii inimii stlpului tw asupra momentului capabil al mbinrii . 3.29viFigura 3.42 Influena grosimii plcii de capt tp asupra rigiditii la rotire a mbinrii........ 3.32Figura 3.43 Influena grosimii plcii de capt tp asupra momentului capabil al mbinrii ... 3.32Figura 3.44 Influena grosimii tlpii stlpului tf asupra momentului capabil al mbinrii.... 3.33Figura 3.45 Metoda BALLIO-SETTI ................................................................................... 3.35Figura 3.46 Metoda NEWMARK si HALL.......................................................................... 3.36Figura 3.47 Calculul rotirii plastice p.................................................................................. 3.37Figura 3.48 Curba for-deplasare intr-o analiz static neliniar ........................................ 3.39Figura 3.49 Curba de rspuns pentru o singura nregistrare seismic................................... 3.40Figura 3.50 Curbele de rspuns pentru un set de nregistrri seismice................................. 3.40Figura 3.51 Definirea vitezei de cretere a acceleraiei ........................................................ 3.42Figura 3.52 Curbele moment rotire sub ncrcri ciclice...................................................... 3.44Figura 3.53 Modul de aplicare a ncrcrilor simetrice si antisimetrice ............................... 3.44Figura 3.54 Rezultatele ncercrilor experimentale: a) ncrcarea simetrica; b) ncrcareaantisimetric .................................................................................................................. 3.45Figura 4.1 Diagrama efort unitar deformaie specific pentru oelul de construcii ............ 4.1Figura 4.2 Variaia rezilienei materialului cu temperatura .................................................... 4.2Figura 4.3 Moduri de cedare a mbinrilor sudate: a)Azuma et al, 2000; b) Dubina et al, 2001......................................................................................................................................... 4.3Figura 4.4 Variaia limitei de curgere si a rezistenei la ntindere cu viteza de deformare..... 4.3Figura 4.5 Epruvetele sudate TTW: a) alctuire si dimensiuni; b) modul de pregtire adetaliilor de sudur.......................................................................................................... 4.5Figura 4.6 Epruvetele executate din materialul de baz TTM................................................ 4.6Figura 4.7 Variaia limitei inferioare de curgere (Rel) si a rezistenei la ntindere (Rm) pentrumaterialul de baz si de depozit, teoretic si experimental (MD - material de adaos) ..... 4.7Figura 4.8 Diagrama caracteristica - pentru cele trei viteze de ncrcare: a) OL37; b) OL52......................................................................................................................................... 4.8Figura 4.9 Variaia alungirii totale la rupere (Lar) cu viteza de deformare............................. 4.8Figura 4.10 Variaia limitei convenionale de curgere (Rp02) pentru ncrcarea monotona... 4.9Figura 4.11 Variaia rezistentei la ntindere (Rm) cu viteza de deformare pentru epruvetelesudate............................................................................................................................. 4.10Figura 4.12 Variaia ductilitii (alungirea la rupere) epruvetelor sudate ncrcate monoton cuviteza de deformare ....................................................................................................... 4.10Figura 4.13 Diagrama for - deplasare pentru cele trei tipuri de sudur: a) sudura de colt; b)sudura in 1/2V; c) sudura in K...................................................................................... 4.11Figura 4.14 Ruperea epruvetelor sudate in materialul de baz la ncrcarea monoton:...... 4.12Figura 4.15 Corelarea ruperii in sudur cu grosimea insuficient a cordoanelor de sudur decol (ruperile in sudur marcate cu sgei) .................................................................... 4.13Figura 4.16 Ruperea epruvetelor cu sudur de col............................................................... 4.13Figura 4.17 Ruperea epruvetelor cu sudur cu prelucrare in 1/2V....................................... 4.13Figura 4.18 Ruperea epruvetelor cu sudur cu prelucrare in K ............................................ 4.14Figura 4.19 Modelele cu elemente finite: a) cu sudur de col, b) cu prelucrare n K, c) cuprelucrare n V............................................................................................................ 4.15Figura 4.20 Curbele caracteristice de material introduse n modelul cu elemente finite...... 4.16Figura 4.21 Curbele for - deplasare pentru epruvetele mbinate cu sudur de col............ 4.17Figura 4.22 Forma deformata a modelului cu sudur de col: a) iniial; b) final; c)experimental....................................................................................................................................... 4.17Figura 4.23 Curbele for - deplasarepentru epruvetele mbinate cu sudur in 1/2V......... 4.18Figura 4.24 Forma deformat a modelului cu sudur in V: a) iniial; b) final; c)experimental....................................................................................................................................... 4.18Figura 4.25 Curbele for - deplasarepentru epruvetele mbinate cu sudur in K .............. 4.18viiFigura 4.26 Forma deformat a modelului cu sudur in K: a) iniial; b) final; c)experimental....................................................................................................................................... 4.19Figura 4.27 Definirea curbei caracteristice : a) termenii generali; b) modul de obinere adeformaiei specifice corespunztoare iniierii ecruisrii.............................................. 4.21Figura 4.28 Curbele teoretice si experimentale : a) OL37; b) OL52 ........................... 4.21Figura 4.29 Condiiile de ncrcare pentru grinda simplu rezemat ..................................... 4.23Figura 4.30 Relaia moment ncovoietor in cmp rotirea la capt pentru grinda simplurezemat ........................................................................................................................ 4.23Figura 4.31Curba moment ncovoietor - rotire pentru o seciune din cmp ....................... 4.24Figura 4.32 ncercri experimentale pe stlpi ....................................................................... 4.25Figura 4.33 Relaia dintre ncrcarea lateral si deplasarea la vrf....................................... 4.25Figura 4.34 Variaia rezistenei, rigiditii si energiei disipate in funcie de nivelul ductilitii....................................................................................................................................... 4.26Figura 4.35. Curbele de rezisten la oboseal (Eurocode 3, Partea 1.9, 2000).................... 4.26Figura 4.36. Spectrul ncrcrii ............................................................................................. 4.27Figura 4.37. Metoda rezervorului pentru calculul numrului de cicluri ............................... 4.28Figura 4.38. Curbele de deformabilitate la oboseal............................................................. 4.28Figura 4.39 Spectrul de energii si acceleraii pentru cele trei micri seismice.................... 4.31Figura 4.40. Variaia indicele de distrugere cu acceleraia maxim ..................................... 4.32Figura 4.41 Indicii de distrugere pentru cele trei micri seismice....................................... 4.32Figura 4.42 Variaia indicelui de distrugere cu panta curbelor de oboseal ......................... 4.33Figura 4.43 Variaia indicelui de distrugere cu capacitatea de rotire.................................... 4.34Figura 4.44 Indicele de distrugere pentru cele dou nivele ale ncrcrii verticale.............. 4.34Figura 4.45 Indicele de distrugere pentru cadrele analizate.................................................. 4.34Figura 4.46 Indicele de distrugere pentru diferite nivele de flexibilitate a nodurilor ........... 4.35Figura 4.47 Factorii q pentru cadrele analizate..................................................................... 4.35Figura 5.1 Definirea nivelelor de performan in funcie de frecvena cutremurelor ............. 5.2Figura 5.2 Spectrul de rspuns conform FEMA-273, pentru o amortizare de 5%.................. 5.3Figura 5.3 Determinarea deplasrilor de nivel ........................................................................ 5.5Figura 5.4 Determinarea deplasrilor de nivel remanente ...................................................... 5.6Figura 5.5 Funcia de probabilitate a acceleraiei ................................................................... 5.8Figura 5.6 Acceleraia terenului n funcie de perioada de revenire (ATC 40)....................... 5.9Figura 5.7 Definirea factorilor de comportare q ................................................................... 5.10Figura 5.8 Curba de rspuns pentru o singur nregistrare seismic..................................... 5.13Figura 5.9 Curbele de rspuns pentru un set de nregistrri seismice................................... 5.14Figura 6.1 Structurile considerate in analiza........................................................................... 6.1Figura 6.2 Limitele pentru clasificarea mbinrilor rigl-stlp dup rigiditate....................... 6.2Figura 6.3 Modelul biliniar folosit pentru elemente i mbinri ............................................. 6.4Figura 6.4 Spectrele de rspuns nescalate pentru nregistrrile din grupa 1 (Tc < 0,7sec) ..... 6.5Figura 6.5 Accelerogramele din grupul 1 (Tc < 0,7sec).......................................................... 6.5Figura 6.6 Spectrele de rspuns nescalate pentru nregistrrile din grupa 2 (Tc 1,5sec) ..... 6.6Figura 6.7 Accelerogramele din grupul 2 (Tc 1,5sec) .......................................................... 6.6Figura 6.8 Spectrele de rspuns scalate................................................................................... 6.7Figura 6.9 Acceleraiile limit: a) cadrele cu noduri rigide; b) cadrele cu noduri semirigide 6.9Figura 6.10 Factorii de reducere q pentru cele dou tipuri de noduri.................................. 6.13Figura 6.11 Factorii de reducere q pentru cele trei structuri C2, C4, C6............................. 6.13Figura 6.12 Factorii de reducere qpentru cele doua grupe de cutremure .......................... 6.14Figura 6.13 Factorii de reducere q1 pentru cele trei structuri C2, C4, C6, noduri rigide...... 6.14Figura 6.14 Multiplicatorii accelerogramelor pentru starea limit de serviciu - SLS........... 6.15Figura 6.15 Factorul de reducere q1...................................................................................... 6.16viiiFigura 6.16 Cldirea Banc Post din Timioara: a) amplasarea cldirii; b) cldirea finalizat....................................................................................................................................... 6.17Figura 6.17 Structura metalica in faza de montaj.................................................................. 6.18Figura 6.18 mbinarea rigl-stlp cu uruburi si placa de capt............................................ 6.18Figura 6.19 Factorul de amplificare dinamica , conform P100-92 ..................................... 6.19Figura 6.20 Seciunile elementelor si mbinarea rigl-stlp.................................................. 6.20Figura 6.21 Limitele pentru clasificarea mbinrilor rigl-stlp dup rigiditate pentru cadrelenecontravntuite ............................................................................................................ 6.21Figura 6.22 Curba caracteristic moment-rotire ................................................................... 6.21Figura 6.23 Cadrul transversal analizat................................................................................. 6.22Figura 6.24 Aranjamentul experimental: a) nodul ncrcat simetric; b) nodul ncrcatantisimetric.................................................................................................................... 6.22Figura 6.25 Curbele moment ncovoietor - rotire:a) nod ncrcat simetric; b) nod ncrcatantisimetric.................................................................................................................... 6.23Figura 6.26 Modurile de rupere ale mbinrilor.................................................................... 6.23Figura 6.27 Accelerograma micrii Banloc, iulie 1991....................................................... 6.24Figura 6.28 Spectrul de rspuns elastic al micrii ............................................................... 6.24Figura 6.29 Factorii de reducere q pentru structura Banc Post............................................ 6.26Figura A1.1 Dimensiunile unui element echivalent T ......................................................... A1.1Figura A1.2 Talpa stlpului cu placa de capt suplimentara................................................ A1.1Figura A1.3 Dispunerea plcilor suplimentare de inima...................................................... A1.3Figura A1.4 Compresiunea stlpului pe direcie transversala.............................................. A1.4Figura A1.5 Modul de definire a mrimilor e, emin, rc si m.................................................. A1.5Figura A1.6 Modelarea tlpii rigizata a stlpului prin elemente T ...................................... A1.6Figura A1.7 Modelarea unei placi de capt extinse ca elemente T...................................... A1.8Figura A1.8 Valoarea coeficientului pentru talpa stlpului rigidizata si placa de capt .. A1.9Figura A1.9 Modelele simplificate pentru mbinri cu uruburi si placi de capt extinse. A1.11Figura A1.10 Caracteristicile geometrice ale imbinarii grinda-stalp sudata...................... A1.16Figura A1.11 Imbinare grinda-stalp cu suruburi si placa de capat extinsa ........................ A1.21Figura A1.12 Imbinare grinda-stalp bulonata cu corniere de aripi .................................... A1.28Figura A2.1 Epruvete TTM.................................................................................................. A2.1Figura A2.2 Modul de prelevare a epruvetelor TTM........................................................... A2.2Figura A2.3 Epruvete TTW................................................................................................. A2.3Figura A2.4 Modul de prelevare a epruvetelor TTW........................................................... A2.4Figura A2.5 Prelucrarea tablelor pentru realizarea sudurii .................................................. A2.4Figura A2.6 Msurtorile efectuate si bazele de msurare (L0 i Lt) ................................... A2.5Figura A2.7 Viteza de incarcare pentru specimen TTM31M1 ............................................ A2.6Figura A2.8 Viteza de incarcare pentru specimen TTM31M2 ............................................ A2.6Figura A2.9 Viteza de incarcare pentru specimen TTM31M3 ............................................ A2.6Figura A2.10 Viteza de incarcare pentru specimen TTM3CM1.......................................... A2.7Figura A2.11 Viteza de incarcare pentru specimen TTM3CM2.......................................... A2.7Figura A2.12 Viteza de incarcare pentru specimen TTM3CM3.......................................... A2.7Figura A2.13 Relatia -, specimen TTM31M1.................................................................. A2.8Figura A2.14 Relatia -, specimen TTM31M2.................................................................. A2.8Figura A2.15 Relatia -, specimen TTM31M3.................................................................. A2.8Figura A2.16 Relatia -, specimen TTM32M1.................................................................. A2.9Figura A2.17 Relatia -, specimen TTM32M2.................................................................. A2.9Figura A2.18 Relatia -, specimen TTM32M3.................................................................. A2.9Figura A2.19 Relatia -, specimen TTM51M1................................................................ A2.10Figura A2.20 Relatia -, specimen TTM51M2................................................................ A2.10ixFigura A2.21 Relatia -, specimen TTM51M3................................................................ A2.10Figura A2.22 Relatia -, specimen TTM52M1................................................................ A2.11Figura A2.23 Relatia -, specimen TTM52M2................................................................ A2.11Figura A2.24 Relatia -, specimen TTM52M3................................................................ A2.11Figura A2.25 Relatia - pentru materialul de depozit W1_1........................................... A2.12Figura A2.26 Relatia - pentru materialul de depozit W2_1........................................... A2.12Figura A2.27 Relatia - pentru materialul de depozit W3_1........................................... A2.12Figura A2.28 Relatia - pentru materialul de depozit W1_2........................................... A2.13Figura A2.29 Relatia - pentru materialul de depozit W2_2........................................... A2.13Figura A2.30 Relatia - pentru materialul de depozit W3_2........................................... A2.13Figura A2.31 Influenta materialului, 1 =0.0001 s-1........................................................... A2.14Figura A2.32 Influenta materialului, 2 =0.03 s-1.............................................................. A2.14Figura A2.33 Influenta materialului, 3 =0.06 s-1.............................................................. A2.14Figura A2.34 Influenta vitezei de incarcare, TTM31M..................................................... A2.15Figura A2.35 Influenta vitezei de incarcare, TTM32M..................................................... A2.15Figura A2.36 Influenta vitezei de incarcare, TTM51M..................................................... A2.15Figura A2.37 Influenta vitezei de incarcare, TTM52M..................................................... A2.16Figura A2.38 Influenta vitezei de incarcare, W_1 ............................................................. A2.16Figura A2.39 Influenta vitezei de incarcare, W_2 ............................................................. A2.16Figura A2.40 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.0001 s-1..................... A2.17Figura A2.41 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.03 s-1......................... A2.17Figura A2.42 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.06 s-1......................... A2.17Figura A2.43 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.0001 s-1......................... A2.18Figura A2.44 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.03 s-1............................. A2.18Figura A2.45 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.06 s-1............................. A2.18Figura A2.46 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.0001 s-1.................... A2.19Figura A2.47 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.03 s-1........................ A2.19Figura A2.48 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.06 s-1........................ A2.19Figura A2.49 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.0001 s-1..................... A2.20Figura A2.50 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.0001 s-1..................... A2.20Figura A2.51 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.03 s-1......................... A2.20Figura A2.52 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.03 s-1......................... A2.21Figura A2.53 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.06 s-1......................... A2.21Figura A2.54 Influenta materialului de baza, sudura de colt, 1 =0.06 s-1......................... A2.21Figura A2.55 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.0001 s-1......................... A2.22Figura A2.56 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.0001 s-1......................... A2.22Figura A2.57 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.03 s-1............................. A2.22Figura A2.58 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.03 s-1............................. A2.23Figura A2.59 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.06 s-1............................. A2.23Figura A2.60 Influenta materialului de baza, sudura in K, 1 =0.06 s-1............................. A2.23Figura A2.61 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.0001 s-1.................... A2.24Figura A2.62 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.0001 s-1.................... A2.24Figura A2.63 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.03 s-1........................ A2.24xFigura A2.64 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.03 s-1........................ A2.25Figura A2.65 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.06 s-1........................ A2.25Figura A2.66 Influenta materialului de baza, sudura in 1/2V, 1 =0.06 s-1........................ A2.25Figura A2.67 Influena vitezei de ncrcare, sudura de colt, OL37 ................................... A2.26Figura A2.68 Influena vitezei de ncrcare, sudura in K, OL37....................................... A2.26Figura A2.69 Influena vitezei de ncrcare, sudura in 1/2V, OL37.................................. A2.26Figura A2.70 Influena vitezei de ncrcare, sudura de colt, OL52 ................................... A2.27Figura A2.71 Influena vitezei de ncrcare, sudura in K, OL52....................................... A2.27Figura A2.72 Influena vitezei de ncrcare, sudura in 1/2V, OL52.................................. A2.27Figura A2.73 Influena vitezei de ncrcare, sudura de colt, OL37 ................................... A2.28Figura A2.74 Influena vitezei de ncrcare, sudura de colt, OL37 ................................... A2.28Figura A2.75 Influena vitezei de ncrcare, sudura in K, OL37....................................... A2.28Figura A2.76 Influena vitezei de ncrcare, sudura in K, OL37....................................... A2.29Figura A2.77 Influena vitezei de ncrcare, sudura in 1/2V, OL37.................................. A2.29Figura A2.78 Influena vitezei de ncrcare, sudura in 1/2V, OL37.................................. A2.29Figura A2.79 Influena vitezei de ncrcare, sudura de colt, OL52 ................................... A2.30Figura A2.80 Influena vitezei de ncrcare, sudura de colt, OL52 ................................... A2.30Figura A2.81 Influena vitezei de ncrcare, sudura in K, OL52....................................... A2.30Figura A2.82 Influena vitezei de ncrcare, sudura in K, OL52....................................... A2.31Figura A2.83 Influena vitezei de ncrcare, sudura in 1/2V, OL52.................................. A2.31Figura A2.84 Influena vitezei de ncrcare, sudura in 1/2V, OL52.................................. A2.31Figura A2.85 Influenta tipului de incarcare, sudura de colt, OL37, 1 =0.0001 s-1........... A2.32Figura A2.86 Influenta tipului de incarcare, sudura de colt, OL37, 1 =0.03 s-1............... A2.32Figura A2.87 Influenta tipului de incarcare, sudura de colt, OL37, 1 =0.06 s-1............... A2.32Figura A2.88 Influenta tipului de incarcare, sudura in K, OL37, 1 =0.0001 s-1............... A2.33Figura A2.89 Influenta tipului de incarcare, sudura in K, OL37, 1 =0.03 s-1................... A2.33Figura A2.90 Influenta tipului de incarcare, sudura in K, OL37, 1 =0.06 s-1................... A2.33Figura A2.91 Influenta tipului de incarcare, sudura in 1/2V, OL37, 1 =0.0001 s-1.......... A2.34Figura A2.92 Influenta tipului de incarcare, sudura in 1/2V, OL37, 1 =0.03 s-1.............. A2.34Figura A2.93 Influenta tipului de incarcare, sudura in 1/2V, OL37, 1 =0.06 s-1.............. A2.34Figura A2.94 Influenta tipului de incarcare, sudura de colt, OL52, 1 =0.0001 s-1........... A2.35Figura A2.95 Influenta tipului de incarcare, sudura de colt, OL52, 1 =0.03 s-1............... A2.35Figura A2.96 Influenta tipului de incarcare, sudura de colt, OL52, 1 =0.06 s-1............... A2.35Figura A2.97 Influenta tipului de incarcare, sudura in K, OL52, 1 =0.0001 s-1............... A2.36Figura A2.98 Influenta tipului de incarcare, sudura in K, OL52, 1 =0.03 s-1................... A2.36Figura A2.99 Influenta tipului de incarcare, sudura in K, OL52, 1 =0.06 s-1................... A2.36Figura A2.100 Influenta tipului de incarcare, sudura in 1/2V, OL52, 1 =0.0001 s-1........ A2.37Figura A2.101 Influenta tipului de incarcare, sudura in 1/2V, OL52, 1 =0.03 s-1............ A2.37Figura A2.102 Influenta tipului de incarcare, sudura in 1/2V, OL52, 1 =0.06 s-1............ A2.37xiLISTA TABELELORTabel 2.1 Comportarea cldirilor metalice la aciunea cutremurului Mexico City,1985...... 2.10Tabel 2.2 Variaia indicelui de distrugere in funcie de numrul de nivele al cldirilor....... 2.15Tabel 2.3 Numrul victimelor si magnitudinea celor mai puternice cutremure din Japonia 2.20Tabel 2.4 Distribuiaavariilor pe diferitele tipuri de mbinri ............................................. 2.26Tabel 3.1 Modelarea mbinrilor........................................................................................... 3.18Tabel 3.2 Tipurile de analiz si modelarea mbinrilor ........................................................ 3.19Tabel 3.3 Valorile coeficientului ....................................................................................... 3.21Tabel 3.4 Caracteristicile mbinrilor obinute experimental si cu Eurocode 3.................... 3.24Tabel 3.5 Componentele mbinrilor (dup Eurocode 3)...................................................... 3.27Tabel 3.6 Momentul capabil si rigiditatea la rotire a mbinrilor ......................................... 3.30Tabel 3.7 Momentul capabil si rigiditatea la rotire a mbinrilor (continuare)..................... 3.31Tabel 3.8 Concepte de proiectare, factori de comportare i clase de ductilitate pentrustructurile metalice ........................................................................................................ 3.36Tabel 3.9Caracteristicile micrilor seismice...................................................................... 3.42Tabel 4.1 Descrierea programului experimental ..................................................................... 4.6Tabel 4.2 Mrimile caracteristice si modul de rupere al epruvetelor TTW ncercate monoton......................................................................................................................................... 4.9Tabel 4.3 Modul de definire a curbelor de oboseal............................................................. 4.29Tabel 4.4. Cadrele considerate in studiul parametric............................................................ 4.30Tabel 5.1 Nivele de performan structural pentru structuri n cadre necontravantuite........ 5.2Tabel 5.2 Nivele de performan structural si descrierea strii de degradare pentru structuri ncadre necontravntuite..................................................................................................... 5.8Tabel 5.3 Perioadele de recuren propuse de diferii autori (in ani)...................................... 5.9Tabel 6.1 Caracteristicile cadrelor analizate. .......................................................................... 6.2Tabel 6.2 Parametrii rezistenei la oboseal determinai experimental (Calado 1999)........... 6.3Tabel 6.3 Valorile limit pentru strile limit considerate...................................................... 6.4Tabel 6.4 Factorii de scalare ................................................................................................... 6.7Tabel 6.5 Valorile acceleraiilor limita pentru nivelele de performanta ................................. 6.8Tabel 6.6 Valorile factorilor de reducere pentru cadrele cu noduri rigide............................ 6.11Tabel 6.7 Valorile factorilor de reducere pentru cadrele cu noduri semirigide .................... 6.12Tabel 6.8 Valorile factorilor de reducere .............................................................................. 6.16Tabel 6.9 Valorile limit pentru strile limit considerate.................................................... 6.24Tabel 6.10 Factorii de reducere q si q1................................................................................ 6.25Tabel A1.1 Rezistenta elementului echivalent T ................................................................. A1.2Tabel A1.2 Lungimile efective pentru cazul tlpii stlpului nerigidizata............................ A1.6Tabel A1.3 Lungimile efective pentru cazul tlpii stlpului rigidizata................................ A1.7Tabel A1.4 Lungimile efective pentru placa de capt.......................................................... A1.7Tabel A1.5 Determinarea centrului zonei comprimate, a braului de prghie z si distribuiaforelor pentru obinerea momentului capabil Mj,Rd................................................... A1.10Tabel A1.6 Valorile coeficientului ................................................................................. A1.12Tabel A1.7 mbinri sudate sau cu eclise de tlpi.............................................................. A1.13Tabel A1.8 mbinri cu uruburi si placa de capt si prinderi la baza ............................... A1.13Tabel A1.9 Coeficienii de rigiditate pentru componentele principale .............................. A1.14Tabel A1.10 Coeficienii de rigiditate pentru componentele principale (continuare)........ A1.14Tabel A1.11 Dimensiunile profilelor ................................................................................. A1.16Tabel A1.12 Caracteristici de material............................................................................... A1.16xiiTabel A1.13 Factorul de reducere ................................................................................... A1.16Tabel A1.14 Dimensiunile profilelor ................................................................................. A1.21Tabel A1.15 Caracteristici de material............................................................................... A1.21Tabel A1.16 Dimensiunile profilelor ................................................................................. A1.28Tabel A1.17 Caracteristici de material............................................................................... A1.28Tabel A2.1 Epruvete TTM................................................................................................... A2.1Tabel A2.2 Epruvete W........................................................................................................ A2.2Tabel A2.3 Recapitulare ncercri TTW.............................................................................. A2.2Tabel A2.4 Epruvete TTW ncercate monoton .................................................................... A2.2Tabel A2.5 Epruvete TTW ncercate ciclic.......................................................................... A2.3Tabel A2.6 Modul de rupere al epruvetelor TTW ncercate monoton............................... A2.38Tabel A2.7 Modul de rupere al epruvetelor TTW ncercate ciclic .................................... A2.381. Introducere1.1CAPITOL 1.INTRODUCEREStructurileincadremultietajatesuntfolositeinprezentpescaralargalarealizareacldirilorcivilesauindustriale.Sistemulstructuralesteeconomicsipoatefiuorconfiguratpentruandepliniovarietatedecerinefuncionalesiarhitecturale.Comportareabunaaacestorstructurilaaciuneacutremurelorputernicedarsiexperienancercrilorexperimentaleefectuateauconstituitunaltargumentinfavoareautilizriiacestorsistemestructurale.Primamaresurprizas-aprodusodatcucutremureledinStateleUnite(Northridge1994)siJaponia(Kobe1995),cndpentruprimadataafostscoasainevidentavulnerabilitateaacestorconstruciilaaciuneaseismica.Avariilesuferitedembinrilerigla-stlpdarsidealtecategoriideelementestructuraleaucondusladerulareaunorampleprogramedecercetare,attinStateleUnitesiJaponia,catsiinEuropasiinalteregiuniafectatedecutremureputernice.Acesteprogramedecercetareauncercatpedeopartesadeterminefactoriicarecontribuitlaproducereaavariilormenionateiarpedealtapartesagseasc soluii pentru mbuntirea comportrii structurilor in cadre metalice.In Statele Unite cercetrile cele mai importante s-au desfasurat in cadrul programului decercetare SAC. Consoriul format a cuprins 3 organizaii profesionale de prestigiu din StateleUnite:-SEAOC (Structural Engineers Association of California)-ATC (Applied Technology Council)-CUREe (California Universities for Research in Earthquake Engineering)Programul,destinatinprincipalreduceriirisculuiseismicreprezentatdestructurileincadremetalice,s-adesfasuratincolaborarecuFEMA(FederalEmergencyManagementAgency)siacuprinsattcercetrireferitoareladezvoltareademetodesitehnologiinoipentruconstruciilemetalicedarsiprocedeedeinspecie,repararesireabilitareacldirilorexistente. Rezultatele obinute in urma cercetrilor au constituit un mare pas nainte in ceea cepriveteimbunatatireacomportriistructurilormetaliceinzoneseismice.Suntamintiteaicirecomandrileprivindevaluareasireparareacldirilorexistente(FEMA267,FEMA351,FEMA 352, FEMA 356) sau proiectarea cldirilor noi(FEMA 302, FEMA 350, FEMA 353)dar si normele de proiectare antiseismica (UBC97, AISC1997, AISC2002).InJaponiaefectelecutremuruluidelaKobedin1995aufostcumultmaiputernicedectceledinStateleUnite,attdinpunctdevederealpagubelor(decirca10orimairidicate) dar mai ales al numrului foarte mare de victime (o descriere amanuntita a celor douacutremureestedataincapitolul2).Dupcutremuraufostdemarateampleprogramedecercetarepentrudeterminareacauzelorcareaustatlabazaacestuiadevratdezastru.Cercetrileauconduslamodificriimportanteattinceeaceprivetesoluiilestructuralefolositecatsiinmoduldedefinireaaciuniiseismice,modificricareaustatlabazanoilornorme japoneze de proiectare antiseismica:-AIJ (1996): Damage and Lessons of Steel Structures in Hyogoken-Nanbu earthquake;-JRA (1996): Design Specifications for Highway Bridges, Part V: Seismic Design-TheBuildingStandardLawofJapan(2000).Aceastaaaprutiniunie2000,cumodificrisemnificativefadeversiuneaprecedent,revizuitn1998,prinintroducereaunor criterii de proiectare bazate pe conceptul de performan.InEuropacelmaiampluprogramdecercetareindomeniulcomportriiseismiceastructurilor metalice si mbinrilor acestora l-a constituit COPERNICUS-RECOS (ReliabilityofMomentResistantConnectionsofSteelBuildingFramesinSeismicAreas).Programul,desfasuratinperioada1997-1999,s-aconstituitcaoreplicalaprogramulamericande1. Introducere1.2cercetare SAC si a cuprins universitati si institute de cercetare din 8 tari europene:-Belgia-Bulgaria-Frana-Grecia-Italia-Portugalia-Romnia-SloveniaActivitiledecercetaredesfasuratedeechipadecercetaredintaranoastrs-audesfasurat in principal in cadrul urmtoarelor instituii:-Universitatea "Politehnica" din Timioara-INCERC Timioara-Academia Romana, TimioaraAutorulafostimplicatdirectinactivitatiledecercetarecareprezentatalAcademieiRomane in acest program. Cercetrile s-au concentrat in principal pe urmtoarele direcii:-studiul criteriilor de proiectare si a riscului seismic-cerine de ductilitate pentru mbinrile semi-rigide-interaciunea dintre ductilitatea locala si globala-influenta topologiei structurale asupra comportrii structurilor in cadre metalice-metoda de determinare a factorului q bazata pe conceptul de fora tietoare la baza-influenta topologiei mbinrilor si asimetriei incarcarilorProgramul a constituit punctul de plecare pentru o mare parte din cercetrile desfasurateincadrultezeidedoctorat,fiindamintiteaiciattstudiilelegatedeinteraciuneadintreductilitatealocalasiglobalacatsicelelegatedecerineledeductilitatepentrumbinrilesemi-rigide.Deasemenea,programuldecercetareapusbazeleuneicolaborrifructuoaseintreAcademiaRomanasiUniversitatea"Politehnica"pedeopartesiUniversitateaNaionalaTehnicadinAtena,reprezentatadeProf.IoannisVayas.Astfel,cercetriledesfasurate dup ncheierea programului COPERNICUS RECOS de ctre autor mpreuna cuProf.IoannisVayass-aumaterializatinnumeroaselucrridecercetareprezentateincadrulunor manifestri stiintifice importante (STESSA 2000, NATO Workshop 2000) si in paginileunorrevistedeprestigiu(JournalofEarthquakeEngineering,Stahlbau).Asdorisafacprecizarea ca nceputul colaborrii cu Prof. Ioannis Vayas a fost dat de realizarea diplomei delicena la Universitatea din Atena in anul 1994, in cadrul programului european TEMPUS.In anul 1999, an in care s-a ncheiat programul de cercetare COPERNICUS RECOS, audemaratcercetrileincadrulaltuiprogramdecercetaresianumeCOSTC12(Improvingbuildings structural quality by new technologies). La acest program de cercetare participa 22detarieuropenesiesteplanificatsasencheielasfarsitulanului2004,unuldinceidoireprezentaninaionalifiindchiarautorul(alturideProf.DanDubinadelaUPTimioara).Cercetrile din cadrul programului se desfasoara pe trei grupuri de lucru si anume:- WG1 - Tehnologii mixte- WG2 - Integritatea structurala sub incarcari excepionale- WG3 - UrbanismDomeniiledecercetaredincadrulgrupuluidelucru2suntaxateinprincipalpestudiulcomportrii cldirilor la aciuni excepionale si cuprind:- Integritatea structurala a cldirilor la aciunea cutremurelor de mare intensitate- Integritatea structurala a cldirilor la aciunea focului- Evaluarea robustetei structurale- Metode de evaluare a performantelor structurale sub aciunea incarcarilor excepionale- Repararea si consolidarea cldirilor existente1. Introducere1.3Cercetriledesfuratedectreautorincadrulacestuiprogramdecercetaresuntinstrnsalegturacutematicalucrriidedoctorat,inspecialinceeacepriveteintegritateastructurala a cldirilor la aciunea cutremurelor de mare intensitate dar si metodele generale deevaluare a performantelor structurale sub aciunea incarcarilor excepionale.In prezent activitatea de cercetare pe plan internaional este continuata prin participareaautorului,careprezentantalAcademieiRomane,FilialaTimioaralaproiectuldecercetarePROHITECH(EarthquakeProtectionofHistoricalBuildingsbyReversibleMixedTechnologies),cesevadesfasurainperioada2004-2006.Proiectulestecoordonatdeunconsoriuformatdinspecialitidela13instituiidecercetareproveninddin11taridepe3continente:Europa,AfricasiAsia,inspecialdinzonamediteraneanasibalcanica.Proiectulisi propune sa abordeze un domeniu actual si de mare importanta si anume protecia seismicaa cldirilor monumentale si istorice folosind materiale si tehnologii reversibile (incluznd aicimaterialeprecumotelulsifolosindcametodadeanalizametodabazatapeperformanta).Dup cum este cunoscut, zonele limitrofe Marii Mediterane, incluznd aici si Romnia, suntzonecuoseismicitateridicata,careadpostesctotodatsiomarepartedinpatrimoniulculturaluniversal.Cldirilesimonumenteleistoricesuntprintrecelemaiexpuserisculuiseismic, avnd in vedere ca au fost construite intr-o perioada in care prevederile de calcul sialctuireseismicanuexistausauerauinsuficiente.Evenimenteleseismicecareaumarcataceastazonainultimiiani(Friuli-Italia,1976;Vrancea-Romania,1977;CampaniasiBasilicata-Italia,1980;Banat-Romania,1991;Erzincam-Turcia,1992;Umbria-Italia,1997;Adana-Turcia,1998;IzmitsiDuzce-Turcia,1999;Atena-Grecia,1999)auartatcarisculseismicesteincontinuacretere.Proiectulisipropunecalafinalsafurnizezepropuneridecodificarepentruproteciacldiriloristoricesimonumentaleexistente,urmrindstructurasifilozofia normelor europene Eurocode.Inparalelcuactivitatiledesfasuratepeplaninternaional,autorulaparticipatsilanumeroaseprogramedecercetarepeplannaional,cadirectordegranturisiproiectedecercetare sau colaborator la acestea. Sedistinge aici participarea la grantul major de cercetare"SiguranalacutremuraconstruciilordinRomniaamplasateinzonecumiscariseismiceputernice", susinut si finanat de Banca Mondiala si Guvernul Romniei. In program au fostimplicate,pelngAcademiaRomanadinTimioara,Universitatea"Politehnica"dinTimioarasiUniversitateaTehnicadeConstruciidinBucureti.Programul,desfasuratinperioada 1999-2001, a cuprins doua domenii de cercetare distincte si anume:I.Hazard, vulnerabilitate i risc seismic-Hazardul seismic n Romnia:-sursa Vrancea;-surse de suprafa n Banat;-Fragilitatea seismic a structurilor pentru construcii;-Managementul riscului seismic. Aplicaie pentru Bucureti;-Microzonarea seismic a Bucuretiului.II. Structuri performante din oel pentru cldiri amplasate n zone seismice-Tendine i evoluii n normele de proiectare antiseismic a cldirilor cu structur metalic;-Criterii pentru evaluarea performanelor globale ale structurilor n cadre metalice;-Caracterizarea comportrii mbinrilor rigl-stlp pentru analiza global a structurilor ncadre;-Cadre metalice multietajate cu structur dual;-Soluii constructive pentru case cu structur metalic.Autorulafostdirectimplicatincercetrilereferitoarelacriteriilepentruevaluareaperformantelorglobalealestructurilorncadremetalice,rezultateleacestorcercetriregsindu-se in buna msura si in teza de doctorat.1. Introducere1.4Aceastascurtadescriereacontextuluinaionalsiinternaionalincares-audesfasuratcercetrile dar si aciunile la care autorul a participat in mod direct pe perioada realizrii tezeidedoctoratdemonstreazactualitateadomeniuluicercetatintezadedoctoratsiintegrareacercetrilor in cadrul preocuprilor actuale in domeniu.Teza de doctorat are ca scop studiul comportrii structurilor in cadre multietajate supuseaciunii seismice, tinand seama de comportarea reala a mbinrilor rigla-stlp.NormaromaneascadecalculseismicP100-92restrictioneazautilizareambinrilorrigla-stlpsemirigidesaucurezistentaparialalarealizareacldirilorcustructurametalica.Normaprevedecaformareaarticulaiilorplasticesaseproducinriglesaustlpidarnuinmbinri. Pentru a realiza acest lucru, momentul capabil al mbinrilor rigla-stlp trebuie sa fiemai mare cu 20% dect momentul plastic capabil al riglelor adiacente. Aceste prevederi suntintrodusefarainsacainnormeleromanetidecalculalstructurilormetalicesaexisteprevederi clare privind determinarea momentului capabil sau rigiditatii la rotire a mbinrilorrigla-stlp.Spre deosebire de situaia din tara noastr, normele de calcul din alte tari au nceput sapermitfolosireambinrilorrigla-stlpsemirigidesaucurezistentapariala.Deexemplu,normaeuropeanadecalculseismic,Eurocode8,permiteutilizareambinrilorrigla-stlpsemirigidesi/saucurezistentalastructurileincadre,dacasuntsatisfcuteurmtoarelecondiii:-capacitatea de rotire a mbinrii poate sa urmreasc deformaiile structurii;-efectele deformaiilor produse in mbinare asupra deplasrilor de ansamblu ale structuriisunt luate in considerare prin intermediul unei analize statice neliniare sau neliniare dinamice(time history).Introducereambinrilorrigla-stlpsemirigideesteastfellegatadeverificareaductilitatiimbinrilor.Acestlucrusereflectasiinconinutultezeidedoctorat,uncapitolntregfiindrezervatstudiuluiductilitatiilocaleambinrilor.Tezacuprindestudiiteoretice,numerice si experimentale si este structurata pe 7 capitole si doua anexe:Capitolul 1 : IntroducereCapitolul 2 : ComportareastructurilorincadremetalicelaaciuneaunormiscariseismiceputerniceCapitolul 3 : CalcululstructurilorincadremetaliceinndseamadecomportarearealaambinrilorCapitolul 4 : Factori care influeneaz ductilitatea locala a structurilor in cadre metaliceCapitolul 5 : IntroducereaproiectriibazatepeperformantainnormeleactualedecalculseismicCapitolul 6 : Aplicarea metodologiei de proiectare bazate pe factori de reducere pariali laproiectarea si verificarea structurilor metaliceCapitolul 7 : Concluzii finaleBibliografieAnexa A1 : Aplicarea metodei componentelor la calculul mbinrilor rigla-stlpAnexa A2 : Influenta vitezei de deformare-rezultate experimentale suplimentareCapitolul 1 prezint situaia actuala pe plan mondial in domeniul studiului comportriiseismice a cldirilor cu structura metalica. Sunt prezentate pe scurt si activitatile de cercetaredesfasuratedeautorincadrulunorprogramedecercetarecuparticiparenaionalasauinternaionala din domeniul tezei de doctorat.Capitolul2prezintcomportareastructurilormetalicelaaciuneaunorcutremureputernice.Suntprezentatemiscarileseismiceimportantecareaumarcatistoriaseismicadinultimii 100 de ani, ncepnd cu miscari seismice mai vechi (San Francisco 1906, Tokyo 1923)1. Introducere1.5si terminnd cu unele de dat recent (Northridge 1994, Kobe 1995, Chi-Chi 1999). In paralelcudescriereacutremurelorsuntprezentatecercetrilecareauavutlocdupproducereafiecrui cutremur, prescripiile de calcul aflate in vigoare la acea data si modificrile care auaprutdupcutremur.Inconcluziilestudiuluiseremarcnecesitateadezvoltriinormelormoderneprinintroducereaproiectriibazatepeperformansi,totodat,prinimbunatatireareglementrilor de calcul al mbinrilor rigl-stlp.Capitolul3prezintinprimapartemetodeleactualedecalculalstructurilorincadremetalice.Suntprezentatedeasemeneaprescripiiledecalculalmbinriloricriteriiledeclasificare a mbinrilor coninute in norma european Eurocode 3. Se remarc aici, in primulrnd,lipsaunorprevedericlarereferitoareladeterminareacapacitiiderotireambinrilorrigl-stlp. In partea a doua a capitolului sunt prezentate prevederile referitoare la proiectareastructurilorincadremetaliceinzoneseismice,inspecialcelereferitoarelacondiiilecetrebuiendepliniteincazulproiectriistructurilordisipative.Inultimapartesuntprezentateproblemele actuale existente in normele de calcul si tendinele actuale in domeniu.Capitolul4prezintstudiilentreprinsedeautorindomeniulductilitiilocaleastructurilor metalice si a factorilor care contribuie la reducerea acesteia. In cadrul metodei deproiectarelamaimulteniveledeperforman,parametrulcelmaiimportantlreprezintductilitatealocalaambinrilorexprimatderegulasubformacapacitiiderotire.Intra-adevr, distrugerile suferite de structurile metalice sub aciunea ultimelor cutremure puternice,s-audatoratnmaremsuraavarieriimbinrilorrigl-stlplanivelefoarteredusealedeplasrilordenivel,datoritductilitiiinsuficiente.Deasemenea,colapsulunorcldiricustructurmetalic,s-adatoratdinnoudepiriicapacitiiderotire.Ductilitatealocalaambinrilor devine in acest fel elementul cheie in asigurarea unei comportri corespunztoarela aciunea seismic. Sunt prezentate aici cercetrile ntreprinse de autor cu privire la influenavitezeidedeformareasupramaterialuluidebazsiasuprambinrilorsudateprecumiinfluenaacumulriideformaiilorplasticeasuprareduceriiductilitiilocale.Acumulareadeformaiilorplasticeestedescriscaunfenomendeobosealplasticsiesteintrodusometodoriginalpentrucalcululrezisteneilaobosealplastic.Influenavitezeidedeformare este studiat att experimental ct si numeric, cu ajutorul unui model cu elementefinite, folosind programul NASTRAN. Concluziile studiului sunt prezentate pe larg in finalulcapitolului.Capitolul5prezintinprimaparteistoriaapariieisidezvoltriiconceptuluideperforman in proiectarea structurilor metalice si tendinele actuale din acest domeniu. Suntprezentate comparativ prevederile FEMA267, FEMA350 si SEAOC VISION 2000. In parteaadouaacapitoluluiesteprezentatmetodologiapropusdeautorpentruproiectareastructurilormetalicelamaimulteniveledeperformanprecumsimodalitateadeimplementareinnormeleactualedeproiectareantiseismic.Pentruaceastasuntintroduse3niveledeperforman,referitoarelasatisfacereacondiiilordedrift,driftremanentsicapacitate de rotire-starea limit de serviciu-starea limit de avarie-starea limit ultimPentrufiecaredinceletreistrilimitsuntdeterminaifactoriidecomportareq,denumiisifactori q pariali.Capitolul 6 prezint modalitatea practic de implementare a conceptului de performanin normele actuale. Se exemplific aplicarea metodei att la proiectarea structurilor noi ct silaverificareacelorexistente.Pentrudeterminareafactorilorqpariali,s-arealizatunstudiu1. Introducere1.6parametricpeofamiliedecadremultietajatecunoduririgidesisemirigide,supuseaciuniiunorcutremurecucaracteristicidiferite.Pentrualuainconsiderareinfluenaconfiguraieigeometricesiaperioadelorpropriialestructuriiasuprarspunsuluiseismic,aufostalesecadrecunlimidiferite.Valorileparametrilorfolosiipentrudefinireanivelelordeperforman au fost definite in cadrul capitolelor 4 si 5. In final se prezint valorile factorilorqparialicorespunztorifiecreistrilimit.Aplicareametodeilaverificareauneicldiriexistente s-a exemplificat pe o structur in cadre metalice multietajate, amplasat in Timioarai supus accelerogramei micrii Banloc, iulie 1991. In final se prezint valorile factorilor qpariali pentru cele trei stri limit.Capitolul7conineconcluziilefinalealecercetrilordesfurateincadrultezei,contribuiile autorului in domeniul temei studiate si posibilitile de continuare a cercetrilor.Anexa A1 prezint mai multe exemple de aplicare a metodei componentelor la calcululcaracteristicilor mbinrilor rigl-stlp. Sunt prezentate trei tipuri de mbinri rigl-stlp dintrecele mai folosite in practica curent: mbinarea rigl-stlp cu sudur direct intre rigl si talpastlpului, mbinarea cu uruburi si plac de capt extins si mbinarea cu corniere pe tlpi.AnexaA2prezintrezultatelesuplimentareobinuteincadrulprogramuluiexperimental asupra influenei vitezei de deformare.2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.1CAPITOL 2.COMPORTAREA STRUCTURILOR N CADREMETALICE LA ACIUNEA UNOR MICRI SEISMICEPUTERNICE2.1.Introducerencdelaapariialor,normeledecalculantiseismicauavutcascopproiectareacldirilorastfelnctsubaciuneaunuicutremurmajorsafieevitatcolapsulstructurii,acceptndu-seastfelunanumitniveldedegradarealacesteia.Pentruaseasiguraacestdezideratestenecesarautilizareaacelorsoluiistructurale,materialesaudetaliidealctuirecare conduc la o ct mai bun ductilitate a structurii.Ostructuresteconsideratductildacestecapabilssuportedeformaiiinelasticeconsiderabilefroscderesemnificativacapacitiiportante,concomitentcuevitareainstabilitiilocalesauglobaleastructurii.nacestcontextstructurilencadremetaliceaufostconsideratemaiductilencomparaiecualtesistemestructurale.Muliinginericredeauchiar c structurile n cadre metalice sunt invulnerabile la aciunea seismic si c eventualeledistrugeriarconstanplasticizareaunorelementesaumbinri.Cutremuruldin17ianuarie1994 din Statele Unite (Northridge 1994) a modificat ns radical aceast situaie, scond laivealocomportaretotalnecorespunztoareaunorcldirincadremetalice,avnddiferiteregimuri de nlime i fiind construite la perioade diferite de timp. La aceast concluzie i-auaduscontribuiairuperilecasantealeunormbinririgla-stlp,nspecialsudate.Ocomportare nesatisfctoare a structurilor metalice s-a putut observa i n cazul cutremuruluide la Kobe (17 Ianuarie 1995). SpredeosebiredecutremuruldelaNorthridge,laKobes-aunregistratsicedricompletealeunorstructurimetalice.Majoritateastructurilorerauvechi,proiectatesirealizateinconformitatecuvechilenormeantiseismice.S-aunregistratinssiprbuirialeconstruciilormetalicemoderne,proiectateinconformitatecuultimelenormeantiseismice.Dintotalulcldirilormetaliceavariate,circa30%aufostcldiriconsideratemoderne. Observaiile si cercetrile desfurate dup aceste evenimente seismice au contribuitla perfecionarea cunotinelor si la modernizarea normelor de proiectare seismic.2.2.Comportarea cldirilor in cadre metalice sub aciunea unor cutremure istorice2.2.1San Francisco, 1906Cutremurul din 18 aprilie 1906 care a afectat oraul San Francisco a fost unul din celemai puternice cutremure care au afectat Statele Unite (magnitudinea M=8,3) (Figura 2.1).

a)b)Figura 2.1 Efectele cutremurului asupra cldirilor: a) Avarii la cldirea primriei din SanFrancisco; b) Prbuirea cldirii primriei din Santa Rosa2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.2Conform unor estimri recente, datorit cutremurului si incendiilor care au urmat, i-aupierdutviaapeste3000depersoanesiaufostdistrusesauavariatepeste28000decldiriPagubelematerialeaufostestimatela374milioaneUSD(lavaloareadinanul1906).Cldirile in cadre metalice de la acea vreme erau in mare parte realizate prin nituire. Preluareaforelelateraleserealizaprinintermediulportalelorcunoduririgide,contravntuirilorsaupereilordinzidrie.Inafardeavariilenregistratedepereiidinzidrie,s-aunregistratavariisilanivelulelementelorsimbinrilor:flambajullocalalstlpilor,rupereaprinforfecareaniturilor,etc.Distrugerileinmbinrilenituiteerauinsatribuitedefectelordeconstruciesineglijeneinexecuie.S-aunregistratdeasemeneaplastificriurmatedeflambaj la diagonalele centrice. Un alt aspect important l-a constituit si distrugerea protecieilafocastructuriimetalicedatoritcutremurului,astfelcincendiilecareauurmat(Figura2.2)auconduslaprbuireamaimultorcldirimetalice.Dupproducereacutremurului,aufost introduse pentru prima dat in norm prescripii referitoare la ncrcarea seismic. Astfel,structura era dimensionat s reziste unei presiuni laterale egale cu 1,5 kN/mp. ncrcarea dinseism era indirect legat de masa cldirii, prin intermediul suprafeei laterale.a)b)Figura 2.2 Vedere de ansamblu a oraului San Francisco: a) oraul cuprins de incendiile careau urmat cutremurului; b) amploarea distrugerilorRaportul realizat de United StatesGeologicalSurvey(USGS1907)artacastructurilemetalice au avut cea mai bun comportare dei nu fuseser proiectate la ncrcrile din seism.Raportul prezenta de asemenea structurile metalice ca soluia optima pentru zonele seismice.Privind retrospectiv, se poate vedea ca unele din concluziile raportului nu au fost validate deexperienaseismiculterioar,structurimetaliceavndoconfiguraieasemntoareprbuindu-se sub aciunea cutremurelor recente (Mexico City 1985, Kobe 1995).2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.32.2.2Kanto, Japonia, 1923CutremuruldelaKantodin1septembrie1923aafectatinprincipaloraeleTokyosiYokohama. Cutremurul, cu magnitudinea M=8,3, a dus la pierderea unui mare numr de vieiomeneti (peste 142 000) si a provocat mari pagube materiale. In ceea ce privete comportareastructurilormetalice,sepotspunedestuldepuinelucruri,avndinvederecprimelestructuri metalice au fost ridicate cu doar civa ani nainte de cutremur. Cldirile metalice ausuferitavariiminoredincauzaseismului,insdincauzadistrugeriiprotecieilafocdinzidriedecrmida,incendiilecareauurmatcutremuruluiauprovocatavariiextinse(probleme asemntoare cu cele nregistrate la San Francisco, 1906).Figura 2.3 Vedere de ansamblu dup cutremur, Tokyo 1923Astfelaaprutideeaprotejriistructurilormetaliceprinnglobareainbeton.Dinceledouapodurimetaliceexistentelaaceadat,unulasuferitavariinensemnateiarcelalalts-aprbuit complet (Figura 2.4). Figura 2.4 Podul Eitaibashi distrus de cutremur, Tokyo 1923InurmaacestuicutremuraufostintroduipentruprimadatainJaponiacoeficieniiseismici la calculul structurilor, reprezentai prin procente din greutatea structurii. ncepnd cu1927 valoarea coeficientului seismic a fost stabilit la 0,10 pentru toate tipurile de cldiri. Afost introdus si o limit de 30m in ce privete nlimea maxim a cldirilor.2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.42.2.3Cutremurul din Romnia de la 10 noiembrie 1940Cutremuruldinanul1940afostunuldincelemaiputernicecutremurecareauafectatRomnia,magnitudineacutremuruluifiindmaimaredectceaacutremuruluidinmartie1977.Cutremurulsenscrieinclasacutremurelordeadncimemedie,adncimeafocaruluifiindaproximatla150kmiarmagnitudineaGutenberg-RichterlaM=7,4.CutremurulaprovocatprbuireabloculuiCarlton,ceamainaltcldiredinbetondelaaceavremedinBucureti,avnd11etaje.Deicldirilecustructurmetaliceraudestuldepuine,s-aunregistratcazurideavariilastructurilemetalice.SepoateexemplificaaiciUzinaMecanicdinPlopeni,Prahova,avndstructurarealizatdinstlpimetalicisifermemetalicede18mdeschidere.DezastrulprovocatdeprbuireabloculuiCarltondarsideteriorareagravamultoraltecldiridelocuitdinBucuretiauaduspentruprimadatinatenieproblemasiguraneiconstruciilorsiinspecialaceeaasiguraneiantiseismice.naintedeanul1940cldirileerauproiectatesarezistedoarlasarcinilegravitaionale.Subimpulsuldistrugerilorprovocatedecutremuruldinanul1940,auaprutintaranoastrprimelepreocupriindomeniulinginerieiseismice,preocupricareaucondussilaprimeleprevederidecalculseismic.Acesteprescripiinuaupututfiinsaaplicatepescaralargdectdupncheierearzboiului.2.2.4Prince William Sound, Alaska, 1964Cutremuruldin28martie1964afostcelmaiputernicnregistratpeteritoriulnord-american, avnd o magnitudine M=8,4 si o durat foarte mare (3 4 minute). S-au nregistrat131devictimeiarpagubeleaudepit500demilioaneUSD.Celmaimultdesuferitdepeurmacutremuruluiauavutcldiriledinbeton,inspecialcelecunlimemare.S-aunregistratavariisilaunelestructurimetalice,unadincelemaiafectatefiindocldiredebirouricuasenivele.Structuraderezisteneraalctuitadincadrecunoduririgidepeodireciesicurezistenparialpecealaltdirecie.mbinrilerigla-stlperaurealizatecusudura de antier si uruburi de nalt rezisten. Avariile s-au localizat in principal la primulnivel si s-au datorat flambajului stlpilor din cauza ncrcrilor axiale mari (Figura 2.5 ).

Figura 2.5 Avarii la cldirile cu structur metalic, Prince William Sound, Alaska, 1964Cauzacareaconduslaflambajullocalalstlpilorsidesprindereatlpilordeinimafostncrcareaaxialafoartemare.Acestmoddecedareademonstratincapacitateancercrilor monotone de a surprinde comportarea reala a elementelor sub ncrcri seismice.2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.52.2.5San Fernando, SUA, 1971Cutremurul din 9 februarie 1971, cu magnitudinea M=6,6, a provocat pierderea a 65 deviei omeneti si pagube materiale de peste 500 milioane USD. Cutremurul a scos in evidentacomportarea nesatisfctoare a structurilor in cadre din beton armat si pericolul reprezentat demecanismul de cedare de nivel (Figura 2.6).Figura 2.6 Avarii extinse la cldirea spitalului Olive View Community dinSylmar, construitacu puin timp nainte de producerea cutremuruluiObservaiile fcute in urma cutremurului au condus la schimbri importante in normeledecalculseismic.Aufostdesfurateinvestigaiiasupraunuinumrde32decldiricustructur metalic, din care dou nu erau finalizate (Steinbrugge et al., 1971). Raportul artac,spredeosebiredecldiriledinbetonarmat,lacldirilecustructurametalicanus-auobservateavariilaelementeleprincipalederezisten.Sevaobservansmaitrziu,dupcutremurul de la Northridge din 1994, c multe dintre avariile produse de cutremurul din 1971aurmasneobservate,fiinddestuldegreudedescoperitdeoarecestructurileafectatenuprezentauindiciivizibile,cumarfidrifturiremanentesaudegradrialeelementelordenchidere.Investigaiimaiamnuniteaupututfiinsfcuteasupracelordoucldiriaflatenc in execuie la data producerii cutremurului. Astfel, investigaiile efectuate asupra unei dincele doua cldiri, avnd 52 de nivele, au scos la iveala un numr mare de mbinri sudate careprezentaufisuri.Acestedefectesuntdeobiceiprezenteatuncicndsefolosescmbinricusudura de antier iar in urma inspeciilor acestea sunt descoperite si remediate. Raportul artainscaopartedinfisuriarfipututficauzatedecutremur.Unaltraportreferitorlaaceeaicldire a identificat trei tipuri principale de defecte in elemente i mbinri:-desprinderea lamelara a tlpii stlpului la nivelul tlpilor sau inimii riglei-fisuri in sudura dintre tlpile grinzilor si stlpi-fisuri in sudura dintre inima grinzilor si stlpiUneledintreacesteavariiaveausfieconsemnatesimaitrziu,dupcutremuruldelaNorthridge.2.2.6Cutremurul din Romnia de la 4 martie 1977Cutremuruldela4martie1977afostunuldincelemaiputernicecutremurecareauafectat ara noastr, avnd o magnitudine mai redus dect cea a cutremurului din anul 1940.AcestcutremurfacepartedincategoriadecutremuresubcrustaledinregiuneaVranceacareconstituieprincipalasursseismicdepeteritoriulRomniei.Cutremurulaprovocatmaripierderi materiale si de viei omeneti. Conform datelor care au fost furnizate la acea vreme s-2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.6aunregistratpeste 1500devictime, peste11000depersoaneaufostrnitesis-auprbuitsauavariatgravpeste32000delocuine(Balanetall,1982).Pagubeleaufostestimatelapeste 2 miliarde USD (conform statisticilor oficiale). Amploarea pierderilor a fost dat att deintensitatea mare a cutremurului ct si de aria extins a zonelor afectate.Caracterizareamicriiseismice.Cutremuruldin1977senscrieinclasacutremurelordeadncimemedie,adncimeafocaruluifiindaproximatla109km(cucirca40kmmaiaproapedesuprafadectcutremuruldin1940)iarmagnitudineaGutenberg-RichterafostM=7,2. Distana epicentral fa de Bucureti a fost de 105 km. Cutremurul a avut ca trsturidistincte caracterul multioc si directivitatea accentuat a propagrii micrii pe direcia NE-SV. Acceleraia de vrf a terenului la nregistrarea INCERC, direcia N-S a avut valoarea de194,93cm/sec2,vitezadevrfaavutvaloareade71,94cm/seciardeplasareadevrfaterenului 16.31 cm (Figura 2.7).INCERC, BUCURESTI, NS, MARTIE, 1977PGA=0,199g, Tc=1,33s-250-200-150-100-500501001502000 5 10 15 20 25 30Timp [sec]Acceleratia [cm/sec2]02004006008000,00 2,00 4,00 6,00Perioada [sec]cm/s2a) b)0501001502000,00 2,00 4,00 6,00Perioada [sec]cm/s

010203040500,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00Perioada [sec]cmc) d)Figura 2.7 nregistrarea cutremurului Vrancea 1977, staia INCERC: a) nregistrareaacceleraiei, componenta N-S; b) Spectrul de rspuns elastic al acceleraiei; c) Spectrul derspuns elastic al vitezei; d) Spectrul de rspuns elastic al deplasriiS-au constatat de asemenea amplificri mari in intervalul 1,0 1,6sec, cu un maxim la1,6sec.Datoritanumruluifoartemicdenregistrrialecutremurului(primanregistrareseismicauneimicriseismiceintaras-aobinutlacutremuruldin4martie1977,lasubsolulsediuluiINCERCdinBucureti),caracteristiciledeamplificarealeterenuluicorespunztoarenregistrriiINCERCN-Saufosteronatatribuiteuneizonemaridinar.SpectreledecalculcarevorfimaitrziunglobateinnormaseismicP100/78,P100/81,P100/90siP100/92aveausaconindomeniifoartelargideamplificaredinamicchiarsi2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.7pentru zone in care acest fenomen nu era prezent.Caracterizareaavariilorprodusedecutremur.Intaranoastrdeis-anregistratooarecare dezvoltare in domeniul construciilor nc de la nceputul secolului XX, dar mai alesintre cele doua rzboaie mondiale, preocuprile in domeniul ingineriei seismice au nceput deabia dup cutremurul din 1940. nainte de anul 1940 cldirile erau proiectate s reziste doar lasarcinile gravitaionale. Sub impulsul distrugerilor provocate de cutremurul din anul 1940, auaprut si primele prevederi de calcul seismic. Cel mai mult de suferit de pe urma cutremuruluidin martie 1977 au avut cldirile cu structur flexibil datorit compoziiei spectrale a micriiseismice a terenului (amplificri dinamice in domeniul perioadelor 1,0...1,6sec). In cazul unordeformaiimaricorelatecuoductilitatedeansamblunecorespunztoare,s-auprodusdistrugeri generalizate urmate uneori de prbuiri complete.Inproiectareaantiseismicestedemarensemntateadoptareaunuicompromisraionalinjoculrezisten-ductilitate,princompensarealipseiderezistencarearfinecesar pentru o comportare elastica cu o cretere a ductilitii, dar fr a depi anumitelimite dictate de necesitatea evitrii deformaiilor prea mari.Incazulrealizriiunorconstruciilipsitedeductilitate(saucuductilitateredus),pentruobinereauneiasigurri seismice comparabilecuceaaunorconstruciiductile,estenecesarocreterecorespunztoareacapacitiiportantelaaciuneasolicitrilorconsiderate ca aplicate static, ceea ce implic, de obicei, sporiri de consumuri de materiale.Obinereauneiductilitiadecvateinstadiuldesolicitarepostelastic(respectivevitarearuperiicasante,fragile)aconstruciilortrebuieasigurat,attprintr-oconcepieadecvatastructuriisielementelorsalectiprinadoptareaunorsistemeconstructivegenerale, care au o mare importan . (Cutremurul de pmnt din Romnia de la 4 martie1977, Blan et al, 1982).Acesteobiectivermninntregimevalabilesiastzi.Lacutremuruldin1977intensitile seismice au depit in multe zone valorile prevzute de norme. Cldirile care auprezentat o ductilitate adecvata au suferit avarii fr insa a suferi prbuiri.Comportareaconstruciilormetalice.Datoritnumruluiredusdeconstruciimetaliceexistente in ara noastr la data producerii cutremurului, exist puine informaii cu privire lamodul de comportare al acestora. Marea majoritate a cldirilor metalice o constituiau cldirileindustriale, cu precdere halele metalice parter. Acestea erau folosite in special in cazul unornlimi mari si al unor regimuri speciale de exploatare. Structura de rezisten a acestora eraalctuita din stlpi metalice, ferme metalice si nvelitori uoare din tabl cutat. Comportareaacestoraafostmultmaibun dect a halelor executate din altemateriale,inspecialdatoritncrcrilor proprii mici aduse de nvelitoare. Au existat si cteva cazuri de prbuiri parialedar numai la halele mai vechi executate din arpante metalice rezemate pe perei portani dinzidrie (Figura 2.8).Figura 2.8 Prbuirea acoperiului metalic la ntreprinderea de utilaj petrolier Teleajen2. Comportarea structurilor n cadre metalice la aciunea unor micri seismice puternice2.8Concluzii si msuri in urma cutremurului din 4 martie 1977. Cutremurul, avnd in multezone o intensitate mult mai mare dect cea prevzut in norm, a scos in eviden asigurareainsuficient la aciunea seismic, in special a cldirilor vechi, proiectate si realizate nainte de1940,anulintroduceriiprimelorprescripiidecalculseismic.Deiconstruciilemetaliceauprezentatavariireduseincomparaiecuconstruciiledinbetonsauzidrie,studiilesiobservaiile efectuate dup cutremur au artat importana urmtoarelor aspecte:-Naturaterenuluiareomareimportanasupracomportriiconstruciilor,inprincipaldator