Dynamic analysis of structures with XY-FPS and FPS isolators and the influence of SSI under uplift conditions

Abstract

Aunque actualmente el efecto positivo del uso de aisladores sísmicos en estructuras es no cuestionado, la eficacia del aislamiento sísmico en estructuras sometidas a una fuerte excitación del suelo, incluidos los efectos cercanos a la falla, se ve potencialmente afectada en situaciones que inducen levantamiento indeseable en los dispositivos de aislamiento sísmico. El XY-FPS es un tipo de aislador de péndulo friccional con capacidad de resistir fuerzas de tensión. Este dispositivo consta de dos superficies cilíndricas deslizantes, ortogonales entre sí, y una unidad mecánica que evita el levantamiento y conecta las superficies (rieles) permitiendo el movimiento en sus dos direcciones de forma independiente. Este estudio intenta responder las siguientes preguntas: (i) qué efectos tiene el uso de los dispositivos XY-FPS en la respuesta sísmica tridimensional de las estructuras cuando se compara con los dispositivos FPS, incluso cuando no se produce ningún levantamiento; (ii) cuál es la magnitud de las fuerzas de tracción que se generan en estructuras esbeltas con dispositivos XY-FPS sometidos a terremotos de tipo impulsivo; y (iii) cuál es la magnitud del levantamiento y de las fuerzas de impacto en estas mismas estructuras cuando utilizan dispositivos FPS, y (iv) cuál es la respuesta sísmica de estructuras considerando el efecto lineal de la flexibilidad del suelo usando dispositivos FPS. Se han considerado tres modelos estructurales, llamados A, B y C. El modelo A corresponde a un edificio de un solo piso con “un” aislador, cuando no se produce levantamiento. El modelo B, es una estructura simétrica de marco resistente a momento de hormigón armado de 10 pisos, con ocho aisladores; y el Modelo C es similar al Modelo B y considera solo aisladores FPS, incluida la interacción lineal suelo-estructura. Se ha desarrollado un modelo novedoso del aislador XY-FPS, que incorpora un acoplamiento friccional total y grandes deformaciones. Se muestra que el efecto pendular del aislador XY-FPS es prácticamente idéntico al del FPS, mientras que el efecto de friccional en el aislador XY-FPS es fuertemente anisotrópico. Los resultados obtenidos con los modelos A y B indican que los desplazamientos máximos de los aisladores XY-FPS no solo son menores, sino que también son muy sensibles a la direccionalidad del movimiento sísmico, en comparación con su contraparte del FPS. Por el contrario, la respuesta de la superestructura es mayor para las estructuras con XY-FPS.