8/17/2019 izolarea bazei.pdf
1/26
IzolareaIzolarea SeismicaSeismica aa BazeiBazeiConcept,Concept, MetodeMetode sisi DispozitiveDispozitive
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
2/26
Izolarea Bazei - Concept
stiff
flexible
Fig.1 a – Ideal isolationFig. 1 b – Base-isolated
building Isolators
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
3/26
Izolarea bazei vs proiectare
traditionalaProiectare traditionala:
• Aparitia unui cutremur – degradari structurale si nestructurale
• Lucrari de reparatii si consolidare post-cutremur• Este avantajos economic dpdv al costului initial
Izolarea Bazei:
• Fara degradari structurale si nestructurale
• Cost (initial) majorat
• Castig privind functionarea neintrerupta si siguranta crescuta
(cladiri a caror functionare este critica)
• Consolidare – pastrarea caracteristicelor arhitecturale in intregime
precum si functionarea neintrerupta in timpul lucrarilor
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
4/26
Componentele stratului de izolare
• Izolatori (poseda flexibilitate laterala pentru a realizaizolarea la miscari laterale si rigiditate mare pe directielaterala pentru transferul incarcarilor gravitationale) :– Izolatori din cauciuc natural (NRB)– Izolatori din cauciuc natural cu miez de plumb (LRB)– Izolatori cauciuc sintetic ce poseda proprietati de
amortizare (HDBR)
– Dispozitive ce permit alunecarea (SB)
• Amortizori (disipatori de energie cu scopul de a reducedeplasarea relativa a stratului de izolare si de a oprimiscarea)
– Amortizori hidraulici – amortizori vascosi– Amortizori din plumb – amortizori histeretici– Amortizori din otel – amortizori histeretici
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
5/26
Izolatori
rubber steel
Proprietati mecanice:• Diametru: 500-1550 mm• D/nt R ~ 5• Deformatii de proiectare: 250 – 300% deformatie de forfecare (450 -
550 mm for 800 mm diam.)
• Deformatie ultima: 400% (550-800 mm)• Efort unitar de compresiune de lunga durata: 10-15 N/mm 2• Effort unitar de compresiune de scurta durata: 20-30 N/mm 2• Curgere lenta, imbatrinirea, efortul unitar vertical, deformatiile
laterale, temperatura, istoria incarcarii, frecventa ciclurilor deincarcare – 10% modificari ai parametrilor principali (sub 20%cumulat)
• Raportul rigiditatilor verticale si laterale 2500-3000• Consolidarea rigiditatii laterale dupa deformatii > 300% (6-8 ori)• Obligatoriu a fi cuplati cu disipatori• Model de calcul
Cauciuc natural (NRB)
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
6/26
Conformare:• Similar cu NRB• Diferente – material sintetic ce disipa energie
Proprietati mecanice• In general similare NRB• Amortizare vascoasa echivalenta: ~ 20% pentru 300% deplasare
laterala
• Dependenta parametrilor principlai de factorii enumerati este ingeneral mai mare (20-25% cumulat)• Model de calcul: biliniar modificat
IzolatoriCauciuc sintetic cu amortizare HDRB
Inainte de deformatii mari Dupa deformatii mari
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
7/26
Izolatori
Conformare:• In principiu este un izolator NRB cu miez de plumb (60~150 mm)
• Disipa energie histeretica
Proprietati mecanice:• Similar cu HRB• Forta laterala coresp. curgerii: 100 kN (100 mm diam. miez plumb)
• Rigiditate initiala mare: 10-16 ori rigiditatea post “curgere” (astfelincat sa reziste incarcari din vant)• Model de calcul: bilinear or modified bilinear
Cauciuc natural cu miez de plumb (LRB)
rubber
steel
lead
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
8/26
Izolatori
Conformare:• PTFE (polytetrafluoro-thylene) ce
aluneca pe placi de otel inoxidabil• Cateodata folosite pe suprafata unui
NRB
Ce permit alunecarea SB
Proprietati mecanice:• Rigiditate initiala foarte mare• Rigiditate neglijabila dupa initierea miscarii (folosite in conjunctie cu
NRB, HDRB, LRB)• In principal adoptate pentru reducerea rigiditatii la deplasari mari a
cladirilor izolate.• Coeficientul de frecare depinde in general de presiunea verticala si
de viteza miscarii.
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
9/26
Amortizori
Conformare:• Amortizori hidraulici• Amortizare vascoasa: proportionala cu
viteza miscarii
Hidraulici
Proprietati mecanice:• Forta de amortizare: 500 to 1500 kN• Deplasare: 500-700 mm• Viteza maxima de miscare: 1-1.5 m/sec• Diminueaza miscarea pe directia instalarii• Este de preferat folosirea pentru structurile mari (forte mari)
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
10/26
Amortizori
Conformare:• Bara de plumb indoita in forma de U• Diam. 180-260 mm• Disipa energie histeretica
Plumb
Proprietati mecanice:• Rigiditate initiala mare (rezista la actiunea vantului)• Rezistenta la curgere modesta (100 – 230 kN)• Nu prezinta degradari la un numar mare de cicluri de mare
intensitate
• Deplasari maxime (600 – 800 mm)• Amortizarea este modesta (folosit de obicei in conjunctie cu altetipuri de amortizori – in Japonia cu amortizori de otel)
• Model de calcul – biliniar (elasto-plastic)
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
11/26
Amortizori
Conformare:
• Spirale de otel• Disipa energie histeretica
Otel
Proprietati mecanice:• Rgiditate initiala scazuta• Rezistenta la curgere relativ mare (~ 300 kN)• Deformatii maxime 500-550 mm• Model de calcul – biliniar cu consolidare
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
12/26
Principii de proiectare
i
ieff W
W
41 ∑= ∆π
ξ
Fu
F
Fn
∆y
∆δ
K 1
K e
R K i
∆
ueff
F K = - Rigiditate efectiva
- amortizare efectiva
eff
eff K M
2T π = - Perioada efectiva
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
13/26
Principii de proiectare
55.0 )5( 10 eff ≥+= ξ η
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Perioada T , s
T B
=0.07 T D
=3
5.775/T 2
1.925/T
β 0 =2.75
T C
=0.7s
η γ eff
T g I b a M F =
72.0~
8.3~reducereaeficient
63.0~%20
6 ~q
eff
β
η ξ ⇒=
Avantaj – Suprastructura nu trebuie sa fie ductila
mm500~izolator d m24.0d 2.1
m2.063.0*2
8.2*72.0*81.9*24.0 )T ( S d 2
De
⇒=⇒=
=
==
γ π
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
14/26
Principii de proiectare
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Perioada T , s
T D =2
8.8/T 2
4.4/T β 0 =2.75
T B =0.16 T C =1.6s
Perioade predominante lungi
2
e De
2
T )T ( S )T ( S =
π
mm800~izolator d m41.0d 2.1
m35.063.*2
6 .3*72.0*81.9*24.0 )T ( S d 2
De
⇒=⇒=
=
==
γ π
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
15/26
• Raportul intre perioada izolata si fixata la baza > 3• Efortul unitar mediu de compresiune in izolatori ~ 10
N/mm 2
• Amortizori – realizeaza o amortizare echivalenta 15-20%.
• Amortizori histeretici – reziste incarcarilor din vant• Amortizori asrfel dispusi incat sa nu existe torsiune• Suprastructura sa ramana in domeniul elastic (q=1.5)
• Calculul dinamic (Etabs etc.) :– Accelerograme inregistrate– Accelerograme compatibile cu spectrul (artificiale
sau inregistrate)
Reguli generaleeff eff e j j ,T S m f ξ =
eff eff e j j ,T S m f ξ =
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
16/26
Proiectare - Verificari
• Nivelul de izolare:– Cerinta de deplasare < deformatia de proiectare a izolatorilor
(deformatie ~ 250%) factor de siguranta 1.2– Factor de siguranta mare fata de pierderea stabilitatii izolatorilor 2– Spatiul de izolare - factor de siguranta 1.2– Nu se accepta eforturi unitare de intindere ( < 1 N/mm 2 in situatii
limita)• Suprastructura si fundatii:
– Raspunda in domeniul elastic– Cedarile ductile nu sunt obligatorii– Ierarhizarea capacitatilor de rezistenta nu este necesara– Acceleratiile de etaj sunt limitate (Japonia 2m/s 2 )– Instalatii si echipamente trebuie proiectate astfel incat sa nu fie
compromise la nivelul izolarii
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
17/26
Probleme
• Incertitudinile de comportare (±10% ÷ ±25% pentru rigiditate si±10% ÷ ±15% pentru rezistentele de curgere ale amortizorilor)
• Actiunea verticala a seismului (miscarea orizontala izolata si
amortizata, vibratiile pe directie verticala nu)• Miscarile seismice cu perioade predominante mari > 1.5 s ce induccerinte de deplasare mari
Solutii exista:M.Miyazaki – Japonia:• Minimizarea punctelor de sprijin pentru
a putea utiliza izolatori cu diam. 1300-1500 mm fara reducerea perioadei
• Deplasare maxima ~ 800 mm
• 200% deformatie laterala – 4.5 sperioada efectiva
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
18/26
Izolarea seismica - Japonia
0
200
400
600
800
1000
1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001
Number of approved seismic isolatedbuildings before 2001
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1994 1995 1996 1997 1998 1999-2000
Floor area of seismic isolated buildings (sq. m)
40000-5000020000-4000010000-200005000-10000
4000-50003000-40002000-30001000-2000500-10000-500
Types of Facilities
Before 1995
28%
4%
9%24%
24%
11%
apartments
houses
computer center office building
laboratories
other
After 1995
44%
5%2%
17%3%
29% apartments
housescomputer center
office building
laboratories
other
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
19/26
Tipuri de izolatori si amortizori
25%
11%18%
20%
4%
6%
6%
10%
NRB
NRB mix
NRB + LRB
HDRB
HDRB Mix
sliding or rolling
LRB
LRB mix
Yea r 2000
3%
19%
1%
5%
1%
32%10%
10%
4%3%
6%
7%
Steel
Steel + Lead
Steel Mix
Lead
Lead Mix
LR B
HDRB
Oil
Friction
HDRB Mix
LRB Mix
Other
Tendinte:• NRB si LRB cei mai folositi• Tendinta de utilizare scazuta a HDRB (rigiditate mare?)• SB utilizare in crestere (creste perioada efectiva)• Tendinta de crestere a efortului unitar mediu (de la 3-8 la 7-13
N/mm 2 )• Amortizori: plumb si otel.• Crestere a perioadei efective (de la 2-3 s la 3-4 s)
3%
23%
37%
21%
16%2.5 ~ 3
3 ~ 3.5
~ 2.5
3.5 ~ 4
4 ~ 4.5
Izolatori Perioada efectiva (s)Amortizori
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
20/26
Comportarea cladirilor izolate
• Nu exista informatii foerte multe• Kobe 1995: 2 cladiri izolate Matsumura-Gumi
Research Laboratory si West Japan PostalSavings Computer Center (West-1):
– Amplasament: 30 Km de epicentru– Comportare foarte buna (0.3g PGA) – situate in
afara zonei caracterizate prin miscari agresive.• Niigata 2004:– Spital: Comportare foarte buna (reducere
importanta a deplasarilor si fortelor)– Miscare caracterizata prin perioade predominante
mici
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
21/26
Kobe - 1995
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
22/26
Kobe
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
23/26
Niigata 2004
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
24/26
Izolarea bazei - Japonia
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
25/26
Izolarea bazei - Japonia
8/17/2019 izolarea bazei.pdf
26/26
Izolarea bazei - Japonia