Evaluarea incarcarilor seismice

Evaluarea incarcarilor seismice

Evaluarea incarcarilor se va face conform normativului P100-1:2006 si se vor prezenta cateva aspecte teoretice prevazute in acest normativ.

Pentru proiectarea constructiilor la actiunea seismica, teritoriul Romaniei este impartit in zone de hazard seismic. Nivelul de hazard seismic in fiecare zona se considera, simplificat, a fi constant.

Pentru centre urbane importante si pentru constructii de importanta speciala se recomanda evaluarea locala a hazardului seismic pe baza datelor seismice instrumentale si a studiilor specifice pentru amplasamentul considerat. Nivelul de hazard seismic indicat in prezentul cod este un nivel minim pentru proiectare.

Hazardul seismic pentru proiectare este descris de valoarea de varf a acceleratiei orizontale a terenului a_g determinata pentru intervalul mediu de recurenta de referinta (IMR) corespunzator starii limita ultime, valoare numita in continuare "acceleratia terenului pentru proiectare".

Acceleratia terenului pentru proiectare, pentru fiecare zona de hazard seismic, corespunde unui interval mediu de recurenta de referinta de 100 ani. Zonarea acceleratiei terenului pentru proiectare a_g in Romania, pentru evenimente seismice avand intervalul mediu de recurenta (al magnitudinii) IMR = 100 ani, este indicata in Figura III.3.1 si se foloseste pentru proiectarea constructiilor la starea limita ultima.

Miscarea seismica intr-un punct pe suprafata terenului este descrisa prin spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii absolute.

Actiunea seismica orizontala asupra constructiilor este descrisa prin doua componente ortogonale considerate independente intre ele; in proiectare spectrul de raspuns elastic pentru acceleratii absolute se considera acelasi pentru cele 2 componente.

Spectrele normalizate de raspuns elastic pentru acceleratii se obtin din spectrele de raspuns elastic pentru acceleratii prin impartirea ordonatelor spectrale cu valoarea de varf a acceleratiei terenului a_g.

Conditiile locale de teren sunt descrise prin valorile perioadei de control (colt) T_C a spectrului de raspuns pentru zona amplasamentului considerat. Aceste valori caracterizeaza sintetic compozitia de frecvente a miscarilor seismice.

Perioada de control (colt) T_C a spectrului de raspuns reprezinta granita dintre zona de amplificare dinamica si inceputul zonei de atenuare dinamica. T_C se exprima in secunde.

In conditiile seismice si de teren din Romania, pentru cutremure avand IMR = 100 ani, zonarea pentru proiectare a teritoriului Romaniei in termeni de perioada de control (colt), T_C, a spectrului de raspuns obtinuta pe baza datelor instrumentale existente pentru componentele orizontale ale miscarii seismice este prezentata in Figura III.3.2.

Formele normalizate ale spectrelor de raspuns elastic pentru componentele orizontale ale acceleratiei terenului, β(T), pentru fractiunea din amortizarea critica ξ si in functie de perioadele de control (colt) T_B, T_C si T_D sunt:

T T_B

T_B<T T_C β(T)=β

T_C<T T_D

T> T_D

unde:

β(T)  spectrul normalizat de raspuns elastic;

β factorul de amplificare dinamica maxima a acceleratiei orizontale a terenului de catre structura;

T perioada de vibratie a unei structuri cu un grad de libertate dinamica si cu raspuns elastic.

Perioada de control (colt) T_B poate fi exprimata simplificat in functie de T_C: T_B =0,1T_C. Valorile T_B sunt indicate in tabelul III.3.1.

Perioada de control (colt) T_D a spectrului de raspuns reprezinta granita dintre zona (palierul) de valori maxime in spectrul de viteze relative si zona (palierul) de valori maxime in spectrul de deplasari relative. Valorile T_D sunt indicate in tabelul III.3.1.

T_B si T_C sunt limitele domeniului de perioade in care acceleratia spectrala are valorile maxime si este modelata simplificat printr-un palier de valoare constanta.

Tabelul III.3.1 Perioadele de control (colt) T_B, T_C, T_D ale spectrului de raspuns pentru componentele orizontale ale miscarii seismice

Spectrele normalizate de raspuns elastic (ξ=0,05) pentru acceleratie pentru conditiile seismice si de teren din Romania sunt reprezentate in Figura III.3.1 pe baza valorilor T_B, T_C si T_D din Tabelul III.3.1.

Figura III.3.1 Zonarea teritoriului Romaniei in termeni de valori de

varf ale acceleratiei terenului pentru proiectare a_g pentru cutremure avand intervalul

mediu de recurenta IMR = 100 ani

Figura III.3.2 Zonarea teritoriului Romaniei in termeni de perioada de control (colt), T_C a spectrului de raspuns

Figura III.3.3 Spectrul normalizat de raspuns elastic pentru acceleratii pentru componentele orizontale ale miscarii terenului, in zonele caracterizate prin perioadele de control (colt): T_C = 1,0s.

Spectrul de raspuns elastic pentru componentele orizontale ale acceleratiei terenului in amplasament Se(T), exprimat in m/s2, este definit astfel:

unde valoarea este considerata in m/s².

Spectrul de raspuns elastic pentru deplasari pentru componentele orizontale ale miscarii terenului, (T), exprimat in m, se obtine prin transformarea directa a spectrelor de raspuns elastic pentru acceleratie (T) utilizand urmatoarea relatie:

Spectrul de proiectare pentru acceleratii (T), exprimat in m/, este un spectru de raspuns inelastic care se obtine cu relatiile:

0 < T T_B

T > T_B

unde:

q este factorul de comportare al structurii (factorul de modificare a raspunsului elastic in raspuns inelastic), cu valori in functie de tipul structurii si capacitatea acesteia de disipare a energiei.

Factorul de comportare q, care tine seama de capacitatea de disipare de energie a structurii pentru fiecare directie de calcul a cladirii, are valorile din tabelul III.3.2

Tabelul III.3.2 Valorile lui q pentru structuri regulate in elevatie

Pentru cazurile obisnuite se pot adopta urmatoarele valori aproximative ale raportului α_u/α₁:

Pentru cadre sau pentru structuri duale cu cadre preponderente:

o      cladiri cu un nivel: = 1.15;

o      cladiri cu mai multe niveluri si cu o singura deschidere: = 1.25;

o      cladiri cu mai multe niveluri si mai multe deschideri: = 1.35;

Pentru sisteme cu pereti structurali si sisteme duale cu pereti preponderenti:

• structuri cu numai 2 pereti in fiecare directie: = 1.0;
• structuri cu mai multi pereti: = 1.15;

• structuri cu pereti cuplati si structuri duale cu pereti preponderenti: = 1.25.

In cazul in care structura prezinta regularitate completa si se pot asigura conditii de executie perfect controlate, factorul q poate lua valori sporite cu pana la 20%.

Capacitatea de disipare de energie. Clase de ductilitate

Proiectarea seismica a constructiilor de beton armat va asigura o capacitate adecvata de disipare de energie in regim de solicitare ciclica, fara o reducere semnificativa a rezistentei la forte orizontale si verticale.

Aplicarea prevederilor din normativul P100-2006 pentru constructii de beton asigura acestora, cu un grad de incredere inalt, o capacitate substantiala de deformare in domeniul postelastic, distribuita in numeroase zone ale structurii, si evitarea cedarilor de tip fragil. Constructiile care respecta aceste prevederi se incadreaza in clasa de ductilitate inalta H.

Alternativ,pentru constructii amplasate in zonele seismice de caracterizate de valori =0,16g se poate adopta o proiectare care sa inzestreze structurile cu capacitate de ductilitate mai mica, cu un spor corespunzator de rezistenta. In acest caz constructiile se incadreaza in clasa de ductilitate medie (M), pentru care codul cuprinde prevederi separate.

In cazuri deosebite (de exemplu la structuri cu elemente care au sectiuni dezvoltate si cu rezistenta inalta ca urmare a respectarii altor conditii) se admite si pentru constructiile amplasate in zonele seismice = 0.16g proiectarea pentru clasa medie de ductilitate. Optiunea de a proiecta pentru una din cele doua clase de ductilitate se face prin selectarea valorilor coeficientilor de comportare q.

Tipuri structurale

Cladirile din beton pot fi clasificate intr-una din urmatoarele tipuri, corespunzator comportarii estimate sub incarcari seismice orizontale:

• sistem tip cadre;
• sistem dual (preponderent cu cadre sau cu pereti);
• sistem tip pereti;
• sistem pendul inversat;
• sistem flexibil la torsiune;

Cu exceptia sistemelor flexibile la torsiune, constructiile de beton pot fi incadrate in sisteme structurale diferite in cele doua directii principale.

Proiectarea elementelor din clasa de ductilitate inalta (H)

Conditii referitoare la materiale

La realizarea elementelor seismice principale se vor utiliza betoane de clasa cel putin C 20/25. Elementele structurale se armeaza numai cu bare din otel profilat. Fac exceptie etrierii inchisi si agrafele pentru armarea transversala care pot fi executati din bare neprofilate.

In zonele critice ale elemente lor principale se vor utiliza oteluri cu alungiri specifice corespunzatoare efortului maxim de cel putin 7,5%. Din cele prezentate concluzionam ca structura ce urmeaza a fi proiectata are clasa de ductilitate H, determinata de conditiile seismice si natura structurii si alegem =1.35 deoarece cladirea are mai multe niveluri si mai multe deschideri. Structura se incadreaza conform tabelului III.3.2 in categoria 'Cadre,Sistem dual, Pereti cuplati' si avand clasa de ductilitate H valoarea factorului de comportare q =5_. Avand in vedere regularitatea structurii despre care s-a discutat anterior,in capitolul II, actiunea seismica a fost modelata folosind metoda fortelor statice echivalente. Actiunea fortelor laterale a fost considerata separat pe directiile principale de rezistenta ale cladirii. Modurile proprii fundamentale de translatie pe cele doua directii pricipale au contributia predominanta in raspunsul seismic total, efectul modurilor proprii superioare de vibratie putand fi neglijat. Forta taietoare de baza corespunzatoare modului propriu fundamental pentru fiecare directie principala, se determina conform P100-1:2006, cu relatia:

unde:

= 1.0 este factorul de importanta-expunere la cutremur a cladiri.

Clase de importanta si de expunere la cutremur si factori de importanta

Tabelul III.3.3. Clase de importanta si de expunere la cutremur pentru cladiri

Nivelul de asigurare al constructiilor se diferentiaza functie de clasa de importanta si de expunere la cutremur din care acestea fac parte. Importanta constructiilor depinde de consecintele prabusirii asupra vietii oamenilor, de importanta lor pentru siguranta publica si protectia civila in perioada de imediat dupa cutremur si de consecintele sociale si economice ale prabusirii sau avarierii grave.

Clasa de importanta si de expunere la cutremur este caracterizata de valoarea factorului de importanta γ_I, conform P100-1:2006. Definirea claselor de importanta si valorile asociate γ_I se dau in tabelul III.3.3. Factorul de importanta γ_I = 1.0 este asociat cu evenimente seismice avand interval de recurenta de referinta.

Din cele prezentate concluzionam ca structura ce urmeaza a fi proiectata are clasa de importanta si de expunere III, =1.0

este ordonata spectrului de proiectare corespunzatoare perioadei fundamentale de vibratie T1 pentru orasul Craiova si perioada TB = 0.1 s < T1 < Tc = 1.0 s;

este factorul de comportare al structurii, pentru cadre sau pentru structuri duale cu cadru preponderente, cladiri cu mai multe niveluri si mai multe deschideri αu α

	masa totala a cladirii calculata ca suma tuturor maselor de nivel

	este factorul de corectie care tine seama de modul propriu fundamental in raspunsul seismic, pentru constructii cu mai mult de 2 niveluri si mai multe deschideri;

fortele seismice de nivel;

	masa de nivel, determinata conform anexei C din codul P100-1:2006

componenta formei fundamentale pe directia gradului de libertate dinamica de translatie la nivelul 'i';

Forma proprie poate fi aproximata printr-o variatie liniara crescatoare pe inaltime. In acest caz fortele orizontale de nivel sunt date de relatia:

unde:

reprezinta inaltimea nivelului 'i' fata de baza constructiei considerata in model.