Modelo de análisis no lineal dinámico simplificado para la predicción de la respuesta sísmica de pórticos de concreto con disipadores de energía Propuesta para el diseño sismorresistente en Colombia

Abstract

RESUMEN

En general, el método de diseño estructural puede resumirse en dos grandes etapas: una etapa de diseño y otra de verificación. En el código japonés ya se implementó, para la etapa de verificación, un modelo de un grado de libertad (SDOF) que busca reducir la complejidad de estructuras de pórticos de concreto reforzado como un sistema de múltiples grados de libertad (MDOF), permitiendo incluso el análisis de este tipo de estructuras en las que se instalan disipadores de energía por deformación. Esta simplificación se realiza con técnicas de linealización que han demostrado tener un buen acercamiento a la respuesta sísmica de la estructura al cumplir ciertas condiciones. Como sistema constructivo, los pórticos de concreto reforzado son ampliamente usados en Colombia, pero los ejemplos de este tipo de estructuras que usen alguna Técnica de Control de Respuesta Sísmica (TCRS) son escasos. Como TCRS, los disipadores de energía por deformación, se destacan por su economía y funcionalidad. En este trabajo se valida y propone para la práctica de diseño estructural, el modelo SDOF desarrollado por Oviedo Amézquita et al. (2010), que distinto a otros modelos SDOF comúnmente usados, es capaz de diferenciar el comportamiento del pórtico de concreto reforzado y del sistema de disipadores, dando así un mejor tratamiento a la respuesta general de la edificación. Este modelo también usa el método de análisis no lineal dinámico para predecir la respuesta de la estructura, lo que constituye otra ventaja al usar el método de análisis estructural más completo, en contraste con los métodos usados tradicionalmente. Para el logro del objetivo del proyecto, se diseñan dos edificaciones en concreto reforzado, una de tres y otra de seis pisos, correspondientes a la estructura típica de un hospital. Las estructuras son luego equipadas con diferentes sistemas disipadores de energía (diferentes resistencias y deformaciones de fluencia) y se obtienen los respectivos sistemas SDOF equivalentes. Posteriormente se realiza una serie de análisis estructurales no lineales dinámicos de las estructuras modeladas como sistemas SDOF equivalentes y sistemas MDOF para finalmente comparar sus derivas máximas. Los resultados de este estudio indican que hay una buena correlación entre los resultados del modelo y el de las estructuras, dando la posibilidad al modelo de ser usado en la práctica de diseño estructural para edificaciones equipadas con disipadores de energía por deformación de baja a mediana altura como las estudiadas. La mayoría de edificaciones colombianas están en este rango de alturas, pero es escaso el uso de disipadores, y una de las razones principales es el desconocimiento de metodologías de análisis de estas de técnicas. Así, puede verse como el desarrollo de este modelo constituye una propuesta que simplifica la metodología de análisis, permitiendo la entrada de estas técnicas que han sido eficaces en otros países.

ABSTRACT

In general, structural design method can be resumed in two main steps: design and verification. In the Japanese design code, it has been implemented for the verification step, a single-degree-of-freedom (SDOF) system model that reduces the complexity of reinforced concrete (R/C) frame structures as a multi-degree-of-freedom (MDOF) system, even allowing the analysis of this type of structures in which hysteretic dampers are installed. This simplification is performed with linearization techniques which results have proven to be close to the structure seismic response when certain conditions are met. As a construction system, R/C frames are widely used in Colombia, but cases where these type of structures that use some Seismic Response Control Technique (SRCT) are scarce. As SRCT, hysteretic dampers stand out for their economy and functionality. This work validates and propose, for the structural design practice, the SDOF system model developed by Oviedo Amézquita et al. (2010) that, distinct to other commonly used SDOF models, differentiates the behavior of the R/C frame and the damper system, giving better treatment to the overall response of the building. This model also uses the nonlinear dynamic analysis for predicting the structure response, which constitutes another advantage using the more complete structural analysis method, in contrast with the methods traditionally used. To achieve the objective of the project, two R/C buildings are designed: a three and a six-story typical structure for a hospital. The structures are then equipped with different energy dissipating systems (different yield resistance and yield deformation) to obtain the respective equivalent SDOF systems. Later, a series of nonlinear structural dynamic analysis of the structures modeled as equivalent SDOF systems and MDOF systems are performed to finally compare their maximum drifts. The results of this study indicate that there is a good correlation between the results of the model and the structures, giving the model the possibility to be used in structural design practice for mid- to high-rise buildings equipped with hysteretic dampers as studied. Most buildings in Colombia are in this range of heights, but there is little use of SRCT’s, and one of the main reasons is the lack of methods for analysis of these techniques. Thus, it can be seen the development of this model as a proposal to simplify the analysis methodology, allowing the entry of these techniques that have been effective in other countries.