prezentare probleme avansate de dinamica si inginerie seismica 2

7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2

1/31

INFLUENTA SISTEMELOR DE AMORTIZARE ASUPRA STRUCTURILOEFECTE . EXEMPLE . CON


2/31

CutremureleReprezint unul dintre cele mai mari pericole alenaturii, la via, de pe aceast planet i, de-alungul timpului, au distrus nenumrate orae isate, pe aproape fecare continent

Proiectarea seismica convenional criterii de performanO perorman acceptastructuri n timpul unbazeaz pe ipoteza structural rezista la actilaterale si are capacitateai disipare a energiei ntr-pentru un numr mar(Constantinou et al, !""#

%isiparea de energiese poate produce prinormarea de articula&ii

plastice

Metod alternativ deprotecie seismic

Utilizarea unor dispozitivespeciale cu rolul de a absorbii/sau disipa energia indusn structur de micareaseismic


3/31

Dispozitivespeciale

Ecuatia de echilibrudinamic

sau

Clasificarea dispozitivelor speciale dupa rolul avut la modificarea ecuatiei de echilibru di

Dispozitive liniare [LD]Dispozitive cu metale

ductile [YMDDEPENDENTE DEDEPLASARE

Dispozitive neliniare [NLD](histeretice)

Dispozitive cu frecare [FD

DISPOZ

ITIVE

DEPENDENTE DEVITEZA(amortizori

vascosi [VD])

Dispozitive cu fluid vascos [FVD]

Dispozitive cu fluid magneto-reologic [MRD]

DEPENDENTE DEACCELERATII

MODIFICATOAREDE

INPUT

HIBRIDE


4/31

de deplasare

dependen

te

Dispozitive histeretice prin deformare plastic

Comportarea histereticaa dispozitivelor cu materiale ductile (dispozitiveste rezultatulcapacitatii de deformare a materialului constituent;Dispozitivul de disipare absoarbe energia seismica utilizandproprietatileplastica a metalelorputernic disipative precum otelul, plumbul si cateva apot fi folosite atat incontrolul pasiv, cat si celsemiactival sistemelor struc

Ex

amortimeta

'ot aveapivot,sesina,placsau +, scacestora

elemplasti

u

AVANTAJE

Stabilitate si durabilitate ridicata;Cicluri stabile pentru curba histeretica;Sensibilitate limitata la schimbarile conditiilor mediuluiinconjurator;Controlul incarcarii maxime transferate structurii ca urmare aunei consolidari scazute;Capacitate mare de disipare de energie pentru deplasari relativmici;Usurinta inlocuirii elementelor;

Comportare multi-directionala

DEZAVANTAJE

In cazul sudurilor, acestea acomportare casanta;Ductilitatea dispozitivului eputernic influentata de formaacestuia


5/31

.emple de disipatori prin deormare plastic


6/31


7/31

de deplasare

dependente

Dispozitive cu frecare

Dispozitivul cu frecare disipa o mare cantitate deenergie prin frecarea dintre doua suIntroducerea amortizrii suplimentare, cu care este nzestrat amortizorul cu frecare,redude inerie si amplitudinea vibraiilor.Aceste dispozitive sunt folosite att in cazul controluluistructural pasiv, cat si celsemi-n cazul amortizrii interioare a structurii, deplasrile sunt datorate deplasrilor relat

amortizorilor cu frecare. Aceasta necesita ca amortizorul sa faclegtura intre doua conexiunea realizndu-se prin intermediul unor elemente structurale cum ar fi diagonale cu rigiditate finita, legtura dintre acestea fiind fcuta in serie cu amortizorul.

Dispozitiv de amortizare cu frecare tip Damptech

Consta in trei placi metalice si doua tampoane de frecare plasateintre acestea. Un surub de inalta rezistenta pretensionat incombinatie cu discuri resort si saibe intarite sunt folosite pentru amentine forta de compresiune pe suprafetele de frecare. Cantitateade energie disipata este proportionala cu rezistenta la frecare

rezultata din glisare si rotirea relativa dintre placile amortizorului.

Amortizor Damptech

Legatura disipatoare de energie (EDR

- Energy Dissipating Restraint)

Mecanism care permitefrecarea pe o zona de

miscare, cu blocaje lacapetele acestor zone.Dispozitivul, are doua

calitati care il diferentiazade celelalte: capacitatea deautocentrare ridicata sidirecta proportionalitateintre forta de frecare si

deplasare


8/31

CARACTERISTICISTRUCTURALE

Curba histeretic aunui amortizor cu

frecare ideal, de tipCoulomb

Curba histeretic aunui amortizor cufrecare determinataexperimental

Curba histereticteoretica a unuiamortizor cu frecare

Amortizorii cu frecproiecta&i ca sa nu

subac&iunea ncrcr

serviciu

sau a celor datovntului 0n

sc*imb, in timpul unmajor, ace1tia se a

(la ovaloare optima a nnainte ca alte ele

structurale sa pr

incursiuni in dom


9/31

AVANTAJE

Simplitate din punctul de vedere al materialelor, realizarii si implementarii;Eficienta in reducerea pagubelor datorate cutremurelor;Economie din punct de vedere al costurilor si timpului de instalare;Flexibilitatea aplicarii la structuri din beton, otel, zidarie si cadre de lemn;In lucru au deplasari limitate;Controlul flambajului in contravantuirile comprimate;Curba histeretica stabila;

Sensibilitate ridicata la schimbari ale conditiilor de mediu;Valori mari ale energiei disipate raportate la valori mici ale deplasarilor;Posibilitate de reutilizare.

DEZAVANTAJE

Necesitatea unei intretineri regulate, datorata faptului ca prin utilizare, interfata de frecare poatesuferii modificari si implicit rezulta modificari in comportarea sistemului;Uzura mecanica a suprafetelor de contact dupa numeroase cicluri de incarcare;Dificultati in identificarea fortei de frecare dupa instalare;

Imperfectiuni ale suprafetelor.

Domenii de utilizare

Dispozitivele se pot aplica atat la cladiri cat si la poduri, dovedindu-se foarte eficace la consolidarea si reabilitareacladirilor istorice si monumentale.Astfel, amortizorii cu frecare se pot intalni la diverse tipuri de structuri, avand diverse roluri, in functie de tipulacesteia:

Cladiri in cadre: pentru reducerea raspunsului structural sub actiunea seismica, reducerea deplasarilor relative denivel, reducerea degradarilor la elementele structurale ca urmare a disiparii de energie;

Structuri din zidarie: pentru reducerea raspunsului structural sub actiunea seismica, cresterea amortizariistructurii si a capacitatii de disipare de energie; Poduri: pentru reducerea deplasarii dintre varf si baza, amortizarea efectului de franare al autovehiculelor.


10/31

EXEMPLE STRUCTURALE


11/31

Amortizor cu frecare de tip Damptech (FDD)

Rezultate experimentale

La Centrul national pentru cercetare in inginerie seismica [National Centerfor Research on Earthquake Engineering (NCEER)] a fost testata pe masavibranta, in 2001, o cladire de trei etaje. Structura de rezistenta a cladiriipentru test a fost realizata din cadre metalice cu noduri rigide avand

inaltimea etajului de 3.0 m si deschiderea pe directia micarii de 4.5 m

In laboratoarele Universitatii Tehnice din Danemarca s-arealizat si testat un cadru cu un nivel si o deschiderePentru a verifica experimental concepul sistemului deamortizare, testele efectuate au fost atat teste statice catsi dinamice. Dimensiunile globale ale cadrului sunt1.125 m inaltimea si 1.10 m deschiderea

Comportarea histeretica a amortizorului este aproape independenta de frecventa, pentru zonele defrecvente inalte conform rezultatelor obtinute pentru momentul preluat de amortizor versus rotirearelativa intre placile amortizorului. Acest lucru justifica alegerea legii Coulomb pentru modelareafrecarii;Energia disipata pe ciclu de incarcare este proportionala cu amplitudinea deplasarii laterale;O comportare foarte stabila si fara degradari sub un numar mare de cicluri de incarcare;O comportare de incredere a amortizorului, atribuita calitatii materialului placii de frecare;FDD a disipat aproape 89% din energia de intrare atunci cand modelul cadrului a fost excitat cu ofrecventa de 3 Hz si o forta maxima de 0.8 kN

Concluzii


12/31

%ispozitivedependente

de viteza

2mortizoricu )uidvascos

2mortizorivascoelastici

(3$ solizi

Amortizoarele VE solide, sunt construite din straturi constrnse de polimeri acrilici sau copolimeri, i concepute pentru aproduce fore de amortizare prin deformatii de forfecare n materialele VE. Atunci cnd, materialele VE, sufera deformatii, acesteaprezint caracteristicile combinate, ale unui lichid vscos, solid i elastic, adic se ntorc la forma lor iniial dup fiecare ciclu dedeformare i disipa o anumit cantitate de energie sub form de cldur.


13/31

Amortizori cu fluid vascos

Amortizorul vascos, consta intr-un cilindru inchis ce contine un fluid vascos. Fluidul poate fi silicon, ulei sau alt fluidcu vascozitate controlabila. Un brat al pistonului este conectat la un element cu orificii. Prin fortarea fluidului pringaurile capului de piston se creeaza o presiune rezultand o forta de amortizare, disipandu-se in acest fel de energie.Datorita faptului ca forta de amortizare variaza numai cu viteza de incarcare, amortizorul vascos poate fi clasificat caun dispozitiv disipator de energie dependent de viteza.In general, amortizorii vascosi sunt utilizati ca sisteme de control pasiv, dar prin controlul asupra dimensiunilororificiilor sau a vascozitatii fluidului ei pot fi utilizati si in cadrul sistemelor de control semi-active.Amortizorii vascosi reprezinta o alternativa la plastificarea sau cedarea unor elemente structurale, ca o cale de a

absorbi energia seismica. Acestia pot disipa aproape intreaga energie seismica, lasand structura intacta si gata pentruutilizare imediat dupa eveniment

Caracteristici structurale

Forta rezultanta a unui amortizor vascoviteza relativa dintre cele doua capete a

V viteza relativa intre cele doua capeteamortizoruluiC si - constante de amortizare

C b hit ti t ti


14/31

Influenta exponentului de amortizareasupra curbei histeretice

Curba histeretica pentru un amortizorliniar este o elipsa pura. Cu catexponentul de amortizare scade, formacurbei histeretice se apropie de o formadreptunghiulara.Parametrul C produce o marire a arieidin interiorul ciclului histeretic rezultando crestere a energiei disipate, dar si ocrestere a fortei in amortizor.Uzual amortizorii structurali aucoeficientulcu valori intre 0.3 si 1.0;orice valoare a lui

peste 1.0 aducandfoarte slabe performante pentruamortizor. De altfel= 0.3 este cea maimica valoare pe care exponentul deamortizare poate sa o aiba in mod normal

AVANTAJE

curba histeretica stabila;functiunea de transmitere a socurilor;

se pot realiza teste experimentale;stabilitate si durabilitate ridicata;usor de implementat;sensibilitate limitata la schimbarea conditiilor de mediu.

DEZAVANTAJEnecesitatea de a se produce deplasari mari pentru o comportareoptima;

fenomenul de uzura si imbatranire a fluidului;necesitatea existentei unei forte de revenire.

DOMENII DE UTILIZARE

la cladiri in cadre: pentru redstructural sub actiunea seismi

deplasarilor relative de nivel, rla elementele structurale ca uenergie.la cladiri din zidarie ,reducerstructural sub incarcari seismiamortizarii in structura si a cadisipare de energie.la poduri: reducerea deplasapartea superioara si baza, am

efectuluifranarii vehicolelor, disozitive


15/31

Posibilitati de montaj


16/31

Exemple structurale


17/31

Rezultate experimentale

istemul de perete cu amortizare vscoas a fost dezvoltat umitomo !onstruction

!ompan" din #aponia. Dispozitivul const dintr$o carcas e%terioar din oel ataat laeta&ul inferior, umplut cu un lichid foarte vscos. ' plac de oel, ce produce o micareinterioar, este agata de la eta&ul superior n interiorul carcasei din oel. (ora deamortizare este indus de viteza relativ dintre cele dou eta&e. Arima et al., )*+- aefectuat testul e%perimental pe un cadru de oel cu eta&e, la scara naturala, cu i frperei de amortizare vscosa. /ezultatele, cadrului prevzut cu perei de amortizarevscosa, au dezvluit reduceri de rspuns de 00 pn la 12. ' cldire, din betonarmat cu eta&e, prevazuta cu perei de amortizare vscoasa a fost construita n3su4uba, #aponia i din acel moment, a fost monitorizat rspunsul acesteia lacutremur. 5ereii de amortizare, cu lichid VE, instalati ntr$o cldire, din oel, cu oinaltime de 6 m, din hizuo4a !it", #aponia, au produs o amortizare de cca. 71 $ 892i a redus rspunsul seismic al construciei cu pn la 61 $12 ):i"aza4i i :itsusa4a,

*++7-.

4istem de pereti cu av5scoas


18/31

Amortizori magneto-reologici [MR]

de viteza

dependente

%ispozitive

Amortizorul cu fluid magneto-reologic este undispozitiv de control semiactivcontrolabilcare aduce amortizorului cateva caracteristici speciale.Fluidul, numitmagneto-reologic,consta intr-o suspensie de micro-partipurtator, cum ar fi uleiul sintetic, apa sau uleiul siliconic.Cand este expus uparticulele capteaza un moment bipolar ce este aliniat campului extern, rezul

lant de particule palalel cu campul

Proprietatea principala a acestui fluid esteabilitatea de a se modifica revervascos cu o curgere libera liniara, intr-un semisolid avand rezistenta la curger

realizand -se int -un timp de ordinul milisecundelor

6luid magneto-reologic

7odelul simplifcatal amortizorului7R

Moduri de funcionare

Schema amortizorului

7odsupap

7od tangen&ialdirect

7od destrivire


19/31

Concluzii experimentale

La0 V, amortizorul MR are o comportare caracteristica unui dispozitiv vascos (deexemplu: relatia forta-deplasare este aproape eliptica, iar relatia forta-viteza esteaproape liniara)La cresterea voltajului, forta necesara curgerii fluidului creste si are o comportareasemanatoare cu comportarea unui material plastic in paralel cu un amortizorvascos.

Exemple structurale

%04'O80903 %':%:9 % 2CC;R2900


20/31

%04'O80903 %':%:9 % 2CC;R2900

Amortizori cu masa acordata

Un amortizor cu masa acordata [TMD Tuned Mass Damper] este undispozitiv compus dintr-o masa, un resort si uamortizor atasate unei structuri cu rolul de a-i reduce raspunsul dinamic. Frecventa amortizorului este acordata la o anumifrecventa a structurii in asa fel incat atunci cand este excitat, amortizorul va vibra defazat cu miscarea structurii. Energia esdisipata de forta de inertie a amortizorului care actioneaza asupra structurii.Controlul vibratiilorcu ajutorul amortizorilor cu masa acordata poate fipasiv, activ, semi-activ sau hibrid in functie d

existenta sau inexistenta unui dispozitiv de control activ conectat la masa acordata sau in functie de strategiile de control sunt adoptate pentru dispozitiv.Dispozitivul se caracterizeaza prinmasa, rigiditate si amortizare.Masa si rigiditatea amortizorului cu masa acordata su

alese in asa fel incat sa apropie frecventa proprie a dispozitivului de frecventa de rezonanta a structurii ce trebuie amortizata

DOMENIIDEUTILIZARE


21/31

DOMENII DE UTILIZARE

TMD-urile sunt adaptate pentru utilizarea in cadrulstructurilor flexibile actionate de fenomene

exterioarecaracterizate prin frecvente disturbatoare care sa excite frecventa proprie a acestora. Cele

mai potrivite excitatii asupra structurilor sunt cele de tip armonic. [Ex: incarcarea cu vant asupra

cladirilor inalte,incarcarile utile pentru podurile pietonale]

Pentru excitatii aleatoare [Ex: miscarea seismica] se pot dipune dispozitive de amortizare cu masa

acordata de tip multiplu, activ, semi-activ sau hibrid. Este problematica utilizarea in cazul

cutremurelor a TMD-urilor active sau semi-active datorita dependentei de o sursa de curent.

4tructuri inalte si zavelte, structuri cdesc*ideri mari ( 9urnuri, cladiri, poduri, pilopentru poduri, cosuri de um$ care atendinta de f actionate de vant sau dcutremur corespunzator unui mod propriu d

vibratie/ 4cari, tribune, poduri pietonale actionate de

mersul sau sariturile oamenilor/ 4tructuri metalice, ca de e.emplu planseele

uzinelor e.citate corespunzator uneia dperioadele proprii de vibratie de masini, cuar f cazul centriugilor

Exemplestructurale


22/31

Exemple structurale

%04'O80903 %':%:9 % 2CC;R2900


23/31

istemele 3;D constau n rezervoare rigide umplute cu lichid, unde energia este

absorbit de mi carea reversiva a lichidului i este disipata prin ac iunea vscoasa a

lichidului. 3;D$urile au mai multe avanta&e fata de 3:D$urile descrise anterior, acestea

fiind urmatoareleu este necesar nici un mecanism de activare= !ost minim de ntre inere= >u necesita lungimi de cursa mari=

istemele 3;D nu sunt foarte sensibile la raportul de frecven real ntresistemul primar i sistemul secundar. !u toate acestea, masa relativ mica de lichid,comparativ cu masa mare a sistemelor 3:D, necesit spa ii mai mari pentru a ob ine acela i efect de amortizare. istemele 3;!D con in recipiente tubulare umplute cu lichid, care sunt fi%ate rigid de structura. Energia este disipat prin deplasarea lichidului

din tub printr$un orificiu. (recven a de vibra ie a aparatului poate fi reglat prin schimbarea lungimea coloanei de lichid )a4ai, *++-. 3;!D$urile sunt relativ simplude pus n aplicare n cldirile e%istente, deoarece acestea nu interfereaz cu directiileverticale i orizontale ale sarcinilor. 3;!D$urile nu necesit foarte mult spa iu, amortizarea este crescut prin a&ustarea deschiderii orificiului

%04'O80903 %':%:9 % 2CC;R2900

Amortizori cu masa , de lichid ,acordata (TLD/TLCD)

Cladiri cu sisteme

(Crystal Toer d

Amortizorihibrizi !aracteristicile amortizoarelor vscoase si VE sunt ca acestea disipa energia la toa


24/31

Amortizori hibrizi !aracteristicile amortizoarelor vscoase si VE, sunt ca acestea disipa energia la toanivelurile de deformare i pe o gam larg de frecven e de e%cita ie )!hang et al., *++8-. 5e de alt parte, amortizoare cu frecare disipa energia numai n cazul n carefor a de prag este atins sau dep ita )Ai4en et al., *++*-. Amortizoarele elastice disi energia prin deformarea uniform a o elului )3sai et al., *++7-. ' combina ie a acest mecanisme de amortizare poate fi aplicata n cadrul structurii, pentru acoperireaeficienta a unei game largi de frecven e produse de e%cita iile seismice )?isano., 71 /iba4ov 711, hao., *+++-. @n astfel de dispozitiv este de obicei men ionat ca unsistem de amortizare hibrid. !u toate acestea, datorit unei variet i de problempractice, dezvoltarea i utilizarea sistemelor de amortizare hibride este nc destul d

limitata. !a e%emplu, de astfel de probleme, pot fi folosite amortizoarele hibridefrecare$VE. n cazul n care materialul VE disipa energia, se nclze te i se nmoaie uprafe ele de frecare ale elementului nu sufera aceste schimbari, astfel nct la unanumit punct, elementul nu este mpins suficient pentru a aluneca. Din moment ce sintampinate aceste dificult i, doar un numr limitat de amortizoare hibride au gsitaplicare practic.

Amortizorul h"brid cu frecare$VE, dezvoltat de compania Damptech )7111-, este,probabil, cel mai popular reprezentant al acestei categorii. Acest amortizor combinavanta&ele frecarii pure si a mecanismului de disipare a energiei de catre materialul VE.

Amortizorul este format din plcu e de frecare i tampoane din polimeri VE, separate

prin plci de o el )(ig. 7.77-. @n bol precomprimat, n combina ie cu arcuri i aibe clite este utilizat pentru men inerea for ei de strngere pe interfe e cerut n conceptul original (D. 3estarea intensiv este nc n curs de desf urare cu diferite materialeVE. $a confirmat e%perimental, c un amortizor h"brid cu frecare$VE, bine conceput,este capabil s disipe cca. 692 $+12 din energia seismica de intrare.

%04'O80903 C2R 7O%060C2 2C90


25/31

%04'O80903 C2R 7O%060C2 2C90


26/31


27/31

2vanta=e>%ezavanta=e

Exemple structurale


28/31

p


29/31


30/31

?0?;0O@R260

B 2bbas, A and Bell, D 7, (!""E$ F2 7et*odolog or %esign o 3iscoelastic %ampers in art*GuaHe-Resistant 4t#eport $o% &C'))#C *+*,art*GuaHe ngineering Researc* Center,


31/31

'RO0C9 R2;0829 %

CO492 3240; 9%S

32 7

prezentare probleme avansate de dinamica si inginerie seismica 2

Documents