Click here to load reader

6. Calculul structurilor la acţiunea seismică - ct.upt.ro · PDF file6. Calculul structurilor la acţiunea seismică 91 Figura 6.1. Zonarea teritoriului României în termeni de

  • View
    23

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of 6. Calculul structurilor la acţiunea seismică - ct.upt.ro · PDF file6. Calculul...

  • Dinamica Structurilor i Inginerie Seismic. [v.2014] http://www.ct.upt.ro/users/AurelStratan/

    90

    6. Calculul structurilor la aciunea seismic

    6.1. Introducere

    Metodele curente de proiectare a structurilor sub aciunea ncrcrilor permanente, utile i climatice (vnt, zpad) presupun o comportare a structurii preponderent n domeniul elastic i o aciune static a ncrcrilor. Aspectul dinamic al aciunii seismice i comportarea inelastic a structurilor afectate de cutremure majore impun metode de proiectare specifice, reglementate n norme de proiectare seismic. n Romnia aceste reglementri sunt coninute n codul P100-1 (2013): "Cod de proiectare seismic P100 Partea I - Prevederi de proiectare pentru cldiri". Acest este aliniat n mare parte la norma european de proiectare seismic EN 1998-1 (2004). Acest capitol trateaz principalele aspecte ale calculului structurilor inginereti la aciunea seismic, bazate n mare msur pe prevederile P100-1 (2013).

    Prevederile P100-1 (2013) conin declarativ dou cerine fundamentale (sau nivele de performan) pe care trebuie s le ndeplineasc structurile amplasate n zone seismice: De siguran a vieii. Construciile trebuie s fie proiectate astfel nct, sub efectul aciunii seismice de

    proiectare, s posede o marj suficient de siguran fa de prbuirea local sau global a structurii, astfel nct vieile oamenilor s fie protejate. Nivelul aciunii seismice asociat acestui nivel de performan corespunde unui cutremur cu intervalul mediu de recuren (IMR) de 225 ani. Este de remarcat c n prezent majoritatea normelor de proiectare seismic folosesc un cutremur cu IMR=475 ani pentru nivelul de performan de siguran a vieii. Este de ateptat ca urmtoarea ediie a codului romnesc de proiectare seismic s adopte aceeai valoare a intervalului mediu de recuren.

    De limitare a degradrilor. Construciile trebuie s fie proiectat astfel nct pentru cutremure de pmnt cu o probabilitate de apariie mai mare dect aciunea seismic de proiectare (corespunztoare nivelului de performan de siguran a vieii), structura s nu sufere degradri sau scoateri din uz ale cror costuri s fie exagerate n comparaie cu costul construciei. Nivelul aciunii seismice asociat acestui nivel de performan corespunde unui cutremur cu IMR=40 ani. Pentru comparaie, EN 1998-1 (2004) prevede un cutremur cu IMR=95 ani pentru nivelul de performan de limitare a degradrilor.

    Este de remarcat faptul c sub aciunea seismic de proiectare corespunztoare nivelului de performan de siguran a vieii, construcia poate suferi importante degradri structurale i nestructurale. Din aceast cauz, construciile cu risc nalt pentru populaie, cum sunt centralele nucleare, nu intr n domeniul de aplicare al normativului P100-1 (2013).

    ndeplinirea prin calcul a celor dou cerine fundamentale (de siguran a vieii i de limitare a degradrilor) se realizeaz verificnd structurile la dou stri limit: Stri limit ultime (SLU), asociate colapsului structural i altor forme de degradare structural care pot

    punea viaa oamenilor n pericol. Verificarea la SLU implic asigurarea de ctre proiectant a unui echilibru ntre rezistena i ductilitatea structurii.

    Stri limit de serviciu (SLS), asociate apariiei unor degradri, dincolo de care nu mai sunt ndeplinite cerine specifice de exploatare. Poate fi necesar limitarea att a degradrilor structurale, ct i a celor nestructurale. n general verificarea la SLS implic limitarea deplasrilor relative de nivel, pentru asigurarea proteciei elementelor nestructurale, echipamentelor, etc.

    6.2. Aciunea seismic

    6.2.1. Spectrul elastic

    Teritoriul Romniei este mprit n zone seismice funcie de hazardul seismic local, care, n mod simplificat, este considerat constant n fiecare zon seismic. Hazardul seismic pentru proiectare se exprim prin valoarea de vrf a acceleraiei orizontale a terenului ag determinat pentru intervalul mediu de recuren (IMR) de referin corespunztor strii limit ultime. Pentru centre urbane importante i pentru construcii de importana special se recomand evaluarea local a hazardului seismic pe baza datelor seismice instrumentale i a studiilor specifice pentru amplasamentul considerat.

  • 6. Calculul structurilor la aciunea seismic

    91

    Figura 6.1. Zonarea teritoriului Romniei n termeni de valori de vrf ale acceleraiei terenului pentru proiectare ag pentru cutremure avnd IMR = 225 ani (P100-1, 2013).

    Figura 6.2. Zonarea teritoriului Romniei n termeni de perioad de control TC a spectrului de rspuns (P100-1, 2013).

    Zonarea acceleraiei de vrf a terenului pentru proiectare ag n Romnia, pentru evenimente seismice avnd intervalul mediu de recuren IMR = 225 ani, este prezentat n Figura 6.1. Aceste valori ale ag se folosesc pentru proiectarea construciilor la starea limit ultim.

  • Dinamica Structurilor i Inginerie Seismic. [v.2014] http://www.ct.upt.ro/users/AurelStratan/

    92

    Aciunea seismic ntr-un punct de pe suprafaa terenului este descris prin spectre de rspuns elastic de pseudo-acceleraie: dou componente orizontale i una vertical. Componentele orizontale ale micrii seismice sunt considerate independente i sunt descrise de acelai spectru.

    Condiiile locale de teren afecteaz forma spectrelor de rspuns elastic i modific att amplificarea acceleraiei de vrf a terenului, ct i coninutul de frecvene al micrii seismice (exprimat prin valorile perioadelor de control TB, TC i TD). Codul P100-1 (2013) reflect doar cel de-al doilea aspect, specificnd trei valori ale perioadei de control TC pe o hart de zonare macroseismic (vezi Figura 6.2). Unei valori a perioadei de control TC i corespund o pereche de valori TB i TD, n conformitate cu Tabelul 6.1. Perioada de control TC a spectrului de rspuns reprezint limita dintre zona de pseudo-acceleraie constant i zona de pseudo-vitez constant. n mod similar, perioada de control TD reprezint limita dintre zona de pseudo-vitez constant i zona de deplasare constant.

    Tabelul 6.1. Perioadele de control TB, TC i TD ale spectrului de rspuns pentru componentele orizontale ale micrii seismice (P100-1, 2013).

    Interval mediu de recuren a magnitudinii cutremurului Valori ale perioadelor de control IMR = 225 ani, pentru SLU TB, s 0.14 0.20 0.32

    TC, s 0.7 1.0 1.6

    TD, s 3.0 3.0 2.0

    Spectrul de rspuns elastic pentru componentele orizontale ale pseudo-acceleraiei terenului n amplasament Se(T), exprimat n m/s

    2, este definit astfel:

    ( )e gS T a T (6.1)

    unde valoarea ag este acceleraia de vrf a terenului, exprimat n m/s2, iar (T) este spectrul de rspuns

    elastic normalizat la valoarea de vrf a acceleraiei terenului.

    Forma normalizat a spectrelor de rspuns elastic pentru componentele orizontale ale acceleraiei terenului, (T), pentru fraciunea din amortizarea critic =0.05 este dat de relaiile (vezi Figura 6.3):

    0T TB: 0 11

    B

    T TT

    (6.2)

    TB

  • 6. Calculul structurilor la aciunea seismic

    93

    seismic din amplasament, iar accelerogramele trebuie scalate astfel nct media aritmetic a acceleraiilor de vrf ale accelerogramelor s nu fie mai mic dect valoarea ag din amplasament.

    Figura 6.3. Spectre normalizate de rspuns elastic pentru componentele orizontale ale micrii seismice, n zonele caracterizate prin perioadele de control: TC = 0.7 (a), TC = 1.0 (b) i TC = 1.6s , conform P100-1,

    2013.

    n EN 1998-1 (2004) spectrul de rspuns elastic normalizat este definit de relaii similare cu (6.1) - (6.5), ns, spre deosebire de P100-1 (2013), norma european specific dou tipuri de spectre (tip 1 i tip 2) funcie de magnitudinea sursei seismice. n plus, n EN 1998-1 (2004) perioadele de control TB, TC i TD sunt specificate funcie condiiile locale de teren pentru amplasamentul structurii, i nu la nivel macroseismic, iar factorul de amplificare dinamic maxim 0 variaz funcie de tipul terenului. Clasificarea Eurocode folosete cinci categorii de teren: A, B, C, D i E, caracterizate de profilul stratigrafic i de viteza medie a undelor de forfecare n primii 30 de metri vs,30, precum i dou categorii speciale S1 i S2, care necesit studii specifice (vezi Figura 6.4 i Tabelul 6.2).

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Perioada T , s

    T D =3

    5.25/T 2

    1.75/T

    = 2.5

    T B =0.14

    T C=0.7s

    =0,05

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Perioada T , s

    T D =3T C=1.0s

    7.5/T2

    2.5/T

    =2.5

    T B =0.2

    =0,05

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Perioada T , s

    T D =2

    8/T2

    4/T

    =2.5

    T B =0.32T C=1.6s

    =0,05

  • Dinamica Structurilor i Inginerie Seismic. [v.2014] http://www.ct.upt.ro/users/AurelStratan/

    94

    Tabelul 6.2. Tipuri de teren conform EN 1998-1, 2004.

    tip teren

    descrierea profilului stratigrafic vs,30, m/s

    A Roc i alte formaiuni geologice similare, cu un strat de material mai slab la suprafa, de maxim 5 m grosime

    >800

    B Nisipuri sau pietriuri foarte dense, sau argile foarte rigide, cu grosimi de cel puin cteva zeci de metri, caracterizate de o cretere progresiv a proprietilor fizice odat cu adncimea

    360-800

    C Nisipuri sau pietriuri cu densitatea normal i medie, sau argile rigide, cu grosimea de la cteva zeci la cteva sute de metri

    180-360

    D Depozite cu coeziune medie i mic (cu sau fr cteva straturi de sol coeziv) sau de sol predominant coeziv moale spre ferm

    800 m/s

    S1 Depozite alctuite din argile/aluviuni moi cu o grosime de cel puin 10 m, un indice plastic ridicat (PI>40) i un coninut ridicat de ap

  • 6. Calculul structurilor la aciunea seismic

    95

    incertitudi

Search related