análise sísmica - Seismic analysis

Primeiro e segundo modos de construção de resposta sísmica

Análise sísmica é um subconjunto de análise estrutural e é o cálculo da resposta de um edifício (ou nonbuilding estrutura) a sismos . É parte do processo de projeto estrutural , engenharia sísmica ou avaliação estrutural e retrofit (veja engenharia estrutural ) em regiões onde os terremotos são predominantes.

Como pode ser visto na figura, um prédio tem o potencial de 'onda' e para trás durante um terremoto (ou mesmo um grave vento tempestade). Isso é chamado de 'fundamental o modo ', e é a menor frequência de construir resposta. A maioria dos edifícios, no entanto, têm modos mais elevadas de resposta, que são ativados exclusivamente durante os terremotos. A figura mostra apenas o segundo modo, mas existem mais elevado 'trepidação' (vibração anormal) modos. No entanto, os primeiro e segundo modos tendem a causar a maior parte dos danos na maioria dos casos.

As primeiras provisões para resistência sísmica foram a exigência de projeto para uma força lateral equivalente a uma proporção do peso do edifício (aplicado em cada nível do chão). Esta abordagem foi adotada no apêndice de 1927 Uniform Building Code (UBC), que foi usado na costa oeste dos Estados Unidos. Ele mais tarde se tornou claro que as propriedades dinâmicas da estrutura afetou as cargas geradas durante um terremoto. No Los Angeles County Building Code of 1943 uma disposição para variar a carga com base no número de níveis de piso foi adotado (com base em pesquisa realizada pelo Caltech em colaboração com a Universidade de Stanford eo Costeira dos Estados Unidos e Geodetic Survey , que começou em 1937) . O conceito de "espectros de resposta" foi desenvolvido na década de 1930, mas não foi até 1952 que uma comissão conjunta da Secção de San Francisco da ASCE e a Associação dos Engenheiros estruturais do norte da Califórnia (SEAONC) propôs usar o período de construção (o inverso da frequência) para determinar as forças laterais.

A Universidade da Califórnia, Berkeley era uma base cedo para análise sísmica baseado em computador de estruturas, liderado pelo Professor Ray Clough (que cunhou o termo elementos finitos ). Alunos incluídos Ed Wilson , que passou a escrever o programa SAP em 1970, um dos primeiros " análise de elemento finito programa".

Engenharia sísmica tem se desenvolvido muito desde os primeiros dias, e alguns dos desenhos mais complexos agora usar elementos especiais do terremoto de proteção ou apenas na fundação ( isolamento de base ) ou distribuída em toda a estrutura . Analisando estes tipos de estruturas requer código elemento de computador especializado explícita finito, que divide o tempo em pequenas fatias e modelos o real física , bem como jogos de vídeo comuns, muitas vezes têm "motores de física". Edifícios muito grandes e complexos podem ser modelados dessa maneira (como o Centro de Convenções Internacional de Osaka).

métodos de análise estrutural pode ser dividido nas seguintes cinco categorias.

análise estática equivalente

Esta abordagem define uma série de forças que atuam sobre um edifício para representar o efeito do movimento do solo terremoto, normalmente definido por um projeto sísmico espectro de resposta . Assume-se que o edifício responde em sua fundamentais modo . Para que isso seja verdade, o edifício deve ser de baixo crescimento e não deve torcer significativamente quando o solo se move. A resposta é lido a partir de um desenho espectro de resposta , dada a frequência natural do edifício (quer calculada ou definida pelo código de construção ). A aplicabilidade deste método é estendido em muitos códigos de construção através da aplicação de fatores para explicar os edifícios mais altos com alguns modos mais elevados, e para os baixos níveis de torção. Para ter em conta efeitos devidos a "ceder" da estrutura, muitos códigos de aplicar factores de modificação que reduzem as forças de concepção (por exemplo, factores de redução de força).

análise de espectro de resposta

Esta abordagem permite que os vários modos de resposta de um edifício a ser tidos em conta (no domínio da freqüência ). Isso é necessário em muitos códigos de construção para todos, exceto estruturas muito simples ou muito complexos. A resposta de uma estrutura pode ser definida como uma combinação de diversas formas especiais ( modos ) que, em uma cadeia de vibração correspondem às " harmónicas ". Análise de computador pode ser usado para determinar esses modos para uma estrutura. Para cada modo, uma resposta é lido a partir do espectro de cálculo, com base na frequência modal e a massa modal, e eles são, então, combinadas para fornecer uma estimativa da resposta total da estrutura. Neste temos que calcular a magnitude das forças em todas as direções, ou seja, X, Y e Z e depois ver os efeitos sobre o edifício .. métodos de combinação incluem o seguinte:

  • absoluto - valores de pico são somados
  • raiz quadrada da soma dos quadrados (SRSS)
  • combinação quadrática completo (CQC) - um método que é uma melhoria em relação SRSS para modos espaçados

O resultado de uma análise de espectro de resposta utilizando o espectro de resposta a partir de um movimento do solo é geralmente diferente da que seria calculado directamente a partir de uma análise dinâmica linear usando esse movimento do solo directamente, uma vez que a informação de fase é perdida no processo de gerar o espectro de resposta.

Nos casos em que as estruturas sejam muito irregular, muito alto ou de importância para uma comunidade na resposta a desastres, a abordagem espectro de resposta não é mais apropriado, e análise mais complexa é muitas vezes necessária, tais como não-linear análise estática ou análise dinâmica.

análise dinâmica linear

procedimentos estáticos são apropriadas quando os efeitos do modo mais elevados não são significativos. Isso geralmente é verdade para, edifícios regulares curtas. Portanto, para edifícios altos, edifícios com irregularidades de torção, ou sistemas não ortogonais, um procedimento dinâmico é necessária. No procedimento dinâmico linear, a construção é modelado como um multi-grau de liberdade do sistema (MDOF) com uma matriz de rigidez elástica linear e uma matriz de amortecimento viscoso equivalente.

A entrada sísmica é modelado utilizando qualquer análise ou tempo de análise espectral história modal mas em ambos os casos, as forças internas e deslocamentos correspondentes são determinados utilizando análise linear elástica. A vantagem destes procedimentos dinâmicos lineares com respeito a linear procedimentos estáticos é que os modos mais elevadas podem ser considerados. No entanto, eles baseiam-se em resposta elástica linear e, consequentemente, a aplicabilidade diminui com o aumento do comportamento não-linear, que é aproximado por factores globais de redução de força.

Na análise dinâmica linear, a resposta da estrutura para movimento do solo é calculado no domínio do tempo , e todas as fase de informação é, por conseguinte, mantida. Apenas propriedades lineares são assumidos. O método analítico pode usar decomposição modal como um meio de reduzir os graus de liberdade na análise.

análise estática não linear

Em geral, os procedimentos lineares são aplicáveis ​​quando é esperado que a estrutura permaneça quase elástica para o nível do movimento do solo, ou quando os resultados de design na distribuição quase uniforme de resposta não-linear ao longo da estrutura. Como o objetivo da estrutura de desempenho implica maiores exigências inelásticos, a incerteza com os procedimentos lineares aumenta a um ponto que requer um alto nível de conservadorismo nas premissas de demanda e critérios de aceitabilidade para evitar o desempenho não intencional. Portanto, os procedimentos que incorporam análise inelástica pode reduzir a incerteza e conservadorismo.

Esta abordagem também é conhecida como análise "pushover". Um padrão de forças é aplicado a um modelo estrutural que inclui propriedades de não-lineares (tais como o rendimento do aço), e a força total é representada graficamente contra uma deslocação de referência para definir uma curva de capacidade. Este pode, então, ser combinada com uma curva de demanda (tipicamente sob a forma de uma aceleração de deslocamento espectro de resposta (RAMs)). Isto essencialmente reduz o problema a um único grau de liberdade do sistema (SDOF).

procedimentos estáticos não lineares usar modelos estruturais SDOF equivalentes e representam movimento do solo sísmica com espectros de resposta. drifts história e ações componentes são relacionados posteriormente ao parâmetro demanda global pelas pushover ou capacidade curvas que são a base dos procedimentos estáticos não lineares.

análise dinâmica não-linear

análise dinâmica não linear utiliza a combinação de registos movimento do solo com um modelo estrutural detalhada, portanto, é capaz de produzir resultados com incerteza relativamente baixa. Em análises dinâmicas não lineares, o modelo estrutural detalhada submetido a um recorde de terra-motion produz estimativas de deformações de componentes para cada grau de liberdade no modelo e as respostas modais são combinados usando esquemas como a raiz quadrada da soma dos quadrados.

Na análise dinâmica não linear, as propriedades não-lineares da estrutura são considerados como parte de um domínio do tempo de análise. Esta abordagem é a mais rigorosa, e é exigido por alguns códigos de construção de edifícios para configuração incomum ou de especial importância. No entanto, a resposta calculada pode ser muito sensíveis às características do movimento do solo indivíduo usado como entrada sísmica; portanto, várias análises são necessárias usando diferentes registros de movimento do solo para alcançar uma estimativa fiável da distribuição probabilística de resposta estrutural. Desde as propriedades da resposta sísmica depende da intensidade ou gravidade, o abalo sísmico, uma avaliação abrangente exige analisa numerosos dinâmica não-linear em vários níveis de intensidade para representar diferentes cenários terremoto possíveis. Isto levou ao surgimento de métodos como a análise dinâmica incrementais .

Veja também

Referências

  1. ^ ASCE. (2000). Pré-padrão e Comentário para o Seismic Reabilitação de Edifícios (FEMA-356) (Relatório No. FEMA 356). Reston, VA: American Society of Civil Engineers preparado para a Agência Federal de Gestão de Emergências.
  2. ^ ATC. (1985). Dados dano do terremoto de Avaliação para a Califórnia (ATC-13) (Relatório). Redwood, CA: Conselho de Tecnologia Aplicada.
  3. ^ Bozorgnia, Y, Bertero, V, "Earthquake Engineering: De Engenharia Sismologia para Baseada em Performance Engineering", CRC Press, 2004.
  4. ^ "Early Finite Element Research, em Berkeley", Wilson, E. e Clough R., apresentado na Conferência Nacional Quinta EUA em Mecânica Computacional, 4-6 agosto de 1999
  5. ^ "Os desenvolvimentos históricos na evolução da Engenharia Sísmica", ensaios ilustrados por Robert Reitherman, curee de 1997, p12.
  6. ^ Vamvatsikos D., Cornell CA (2002). Incremental Análise Dinâmica. Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estruturas, 31 (3): 491-514.