Upload
costea-tedy
View
245
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
1/31
INFLUENTA SISTEMELOR DE AMORTIZARE ASUPRA STRUCTURILOEFECTE . EXEMPLE . CON
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
5/31
.emple de disipatori prin deormare plastic
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
6/31
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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.
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
10/31
EXEMPLE STRUCTURALE
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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.
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
15/31
Posibilitati de montaj
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
16/31
Exemple structurale
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
22/31
Exemple structurale
%04'O80903 %':%:9 % 2CC;R2900
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
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$urile nu necesit foarte mult spa iu, amortizarea este crescut prin a&ustarea deschiderii orificiului
%04'O80903 %':%:9 % 2CC;R2900
Amortizori cu masa , de lichid ,acordata (TLD/TLCD)
Cladiri cu sisteme
(Crystal Toer d
Amortizorihibrizi !aracteristicile amortizoarelor vscoase si VE sunt ca acestea disipa energia la toa
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
24/31
Amortizori hibrizi !aracteristicile amortizoarelor vscoase si VE, sunt ca acestea disipa energia la toanivelurile de deformare i pe o gam larg de frecven e de e%cita ie )!hang et al., *++8-. 5e de alt parte, amortizoare cu frecare disipa energia numai n cazul n carefor a de prag este atins sau dep ita )Ai4en et al., *++*-. Amortizoarele elastice disi energia prin deformarea uniform a o elului )3sai et al., *++7-. ' combina ie a acest mecanisme de amortizare poate fi aplicata n cadrul structurii, pentru acoperireaeficienta a unei game largi de frecven e produse de e%cita iile seismice )?isano., 71 /iba4ov 711, hao., *+++-. @n astfel de dispozitiv este de obicei men ionat ca unsistem de amortizare hibrid. !u toate acestea, datorit unei variet i de problempractice, dezvoltarea i utilizarea sistemelor de amortizare hibride este nc destul d
limitata. !a e%emplu, de astfel de probleme, pot fi folosite amortizoarele hibridefrecare$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 $+12 din energia seismica de intrare.
%04'O80903 C2R 7O%060C2 2C90
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
25/31
%04'O80903 C2R 7O%060C2 2C90
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
26/31
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
27/31
2vanta=e>%ezavanta=e
Exemple structurale
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
28/31
p
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
29/31
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
30/31
?0?;0O@R260
B 2bbas, A and Bell, D 7, (!""E$ F2 7et*odolog or %esign o 3iscoelastic %ampers in art*GuaHe-Resistant 4t#eport $o% &C'))#C *+*,art*GuaHe ngineering Researc* Center,
7/26/2019 Prezentare Probleme Avansate de Dinamica Si Inginerie Seismica 2
31/31
'RO0C9 R2;0829 %
CO492 3240; 9%S
32 7