Effect of energy dissipation systems in reinforced concrete wall buildings
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Date
2023
Authors
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Abstract
This research aims to evaluate the seismic performance of reinforced concrete (RC) wall buildings with Replaceable Dissipation Components (RDC), since reinforced concrete wall buildings are widely used as a structural system in seismic countries. While its historical performance has been very positive, brittle failures have been observed that should be avoided. For this reason, an RDC is proposed to prevent this type of brittle failure and improve the seismic behavior of buildings with RC walls. In particular, the effectiveness of incorporating the TCDSD device proposed by Zhang et al. (2012) is evaluated, which is a device with a uniaxial constitutive with a hysteretic behavior in compression different from that in tension. This research considers as a case study a real 18-story building with unconfined RC walls and configuration in plan type fishbone that was damaged during the 2010 Chile earthquake. A simplified nonlinear finite element model (FEM) of the building is developed in the DIANA software (2018) and nonlinear time history analysis is performed using seismic records that represent the hazard at the building site. Three cases are analyzed in detail: (i) the building in its original state; (ii) the building that includes the device proposed by Zhang et al. (2021); and (iii) the building in its repaired state considering a conventional solution. A sensitivity analysis is developed on the location of the device and the parameters of its constitutive model. The results obtained show that by incorporating the RDC under the flag, the structural responses of roof drift and internal rotations of the walls decrease. In addition, when comparing these responses with that of the building repaired with the conventional solution, it is observed that they have similar performances, so the use of RDC can become competitive
Esta investigación tiene como objetivo evaluar el desempeño sísmico de edificios de muros de hormigón armado (HA) con Componentes de Disipación Reemplazables (RDC), dado que los edificios de muros de hormigón armado son ampliamente utilizados como sistema estructural en países sísmicos. Si bien su desempeño histórico ha sido muy positivo, se han observado fallas frágiles que deben evitarse. Por ello se plantea el uso de RDC para prevenir este tipo de falla frágil y mejorar el desempeño sísmico de edificios de muros de HA. En particular, se estudia la efectividad de incorporar el dispositivo TCDSD propuesto por Zhang et al. (2012), el cual es un dispositivo con una constitutiva uniaxial con un comportamiento histérico a compresión distinto que a tensión. Esta investigación considera como caso de estudio un edificio real de 18 pisos con muros de HA no confinados y configuración en planta tipo espina de pescado que resultó dañado durante el terremoto de Chile de 2010. Se desarrolla un modelo de elementos finitos (FEM) no lineal simplificado de la edificación usando el software DIANA (2018) y se realizan análisis dinámico no lineal utilizando registros sísmicos que representan la amenaza en el sitio. Se analizan en detalle tres casos: (i) el edificio en su estado original; (ii) el edificio que incluye el dispositivo propuesto por Zhang et al. (2021); y (iii) el edificio en su estado reparado considerando una solución convencional. Se desarrolla un análisis de sensibilidad sobre la ubicación del dispositivo y los parámetros de su modelo constitutivo. Los resultados obtenidos muestran que al incorporar el RDC debajo del muro bandera disminuyen las respuestas estructurales de deriva de techo y de rotaciones internas de los muros. Además, al comparar estas respuestas con la del modelo con reparación convencional se observa que tienen desempeños similares, por lo cual el uso de RDC puede llegar a ser competitivo.
Esta investigación tiene como objetivo evaluar el desempeño sísmico de edificios de muros de hormigón armado (HA) con Componentes de Disipación Reemplazables (RDC), dado que los edificios de muros de hormigón armado son ampliamente utilizados como sistema estructural en países sísmicos. Si bien su desempeño histórico ha sido muy positivo, se han observado fallas frágiles que deben evitarse. Por ello se plantea el uso de RDC para prevenir este tipo de falla frágil y mejorar el desempeño sísmico de edificios de muros de HA. En particular, se estudia la efectividad de incorporar el dispositivo TCDSD propuesto por Zhang et al. (2012), el cual es un dispositivo con una constitutiva uniaxial con un comportamiento histérico a compresión distinto que a tensión. Esta investigación considera como caso de estudio un edificio real de 18 pisos con muros de HA no confinados y configuración en planta tipo espina de pescado que resultó dañado durante el terremoto de Chile de 2010. Se desarrolla un modelo de elementos finitos (FEM) no lineal simplificado de la edificación usando el software DIANA (2018) y se realizan análisis dinámico no lineal utilizando registros sísmicos que representan la amenaza en el sitio. Se analizan en detalle tres casos: (i) el edificio en su estado original; (ii) el edificio que incluye el dispositivo propuesto por Zhang et al. (2021); y (iii) el edificio en su estado reparado considerando una solución convencional. Se desarrolla un análisis de sensibilidad sobre la ubicación del dispositivo y los parámetros de su modelo constitutivo. Los resultados obtenidos muestran que al incorporar el RDC debajo del muro bandera disminuyen las respuestas estructurales de deriva de techo y de rotaciones internas de los muros. Además, al comparar estas respuestas con la del modelo con reparación convencional se observa que tienen desempeños similares, por lo cual el uso de RDC puede llegar a ser competitivo.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2023.
Keywords
Reinforced concrete, Seismic protection, Structural behavior, Reinforced concrete wall building, Hormigón armado, Protección sísmica, Comportamiento estructural, Edificios de hormigón armado