«

»

Pereti din beton armat disipatori de energie

Share

Pentru cei interesati, va prezentam date edificatoare privind tipurile de pereti slitati din beton armat, monoliti sau prefabricati, disipatori de energie, precum si comportarea lor la actiuni seismice.

Datorita solutiilor de disipare a energiei propuse de cercetatori pentru peretii structurali din beton armat, ductilitatea de ansamblu a structurii creste, rezultand un plus de siguranta pentru structura.

Obiectivul acestor solutii  este de a crea o structura ideala pentru cladirile multietajate inalte, care la actiuni seismice reduse se comporta rigid, dar sub actiunea unor cutremure de intensitate ridicata se transforma intr-o structura flexibila.

Solutiile de ductilizare a peretilor prezentate in acest articol sunt viabile si usor de pus in practica.

 

Peretii structurali din beton armat reprezinta elemente de rezistenta utilizate frecvent in construc­tiile din zonele seismice, datorita faptului ca au o rigiditate si o rezistenta laterala ridicata la incarcari orizontale exterioare.

Daca rigiditatea peretelui este foarte mare, incarcarile seismice preluate de structura devin mari rezultand, astfel, sectiuni neecono­mice ale peretelui. Fenomenul se petrece, in special, la cladirile multietajate inalte.

In cazul unor seisme de intensitate ridicata, sunt preferate structurile flexibile, care pot accepta deformatii mari. In schimb, la seisme de intensitate redusa, care au loc mai frecvent, sau la actiuni ale vantului, se prefera structuri  rigide care nu permit deplasari mari. Disiparea energiei acumulate in structura pere­telui se produce, in general, prin degradari concentrate la baza peretelui.

Pe aceasta tema au fost efectuate numeroase cercetari cu scopul imbunatatirii ductilitatii si redundan­tei peretilor structurali la actiuni orizontale si au fost propuse o serie de solutii practice. Peretii slitati repre­zinta o varianta de pereti structu­rali speciali, cu ductilitatea imbunata­tita. Intentia specia­­lis­tilor a fost de a reduce concentratia degra­darilor de la baza peretelui si de a o distribui pe inaltimea acestuia.

Formarea articulatiei plastice confera structurii capacitatea de disipare a energiei cinetice dar, in acelasi timp, constituie o stare avariata a structurii. O proiectare bazata pe performanta va asigura viata locuitorilor, reabilitarea viabila din punct de vedere economic si abor­dabila din punct de vedere tehnic, a unei constructii supusa la un seism major.

 

Principii de alcatuire a peretilor slitati

Un perete din beton armat special, cu proprietati foarte bune de disipare a energiei seismice, numit perete slitat, a fost patentat de prof. K. MUTO din Japonia in 1973 [1]. Acesti pereti reprezinta primul sistem de disipare a energiei folosit la structurile din Japonia.

Prima cladire realizata cu acest sistem este Keio Plaza din Tokyo (1968) (fig. 1) [2], o structura cu 36 etaje, in cadre din otel. In cadrele structurii sunt introduse fasii verticale din beton armat care formeaza un panou slitat, contactul dintre fasii fiind executat cu mortar, placi de azbest, rasini sinte­tice sau placi metalice (fig. 2).

Disiparea energiei seismice se reali­zeaza prin distrugerea conexiunii dintre fasiile de beton armat.

In figura 2 se prezinta trei solutii de alcatuire a panourilor slitate: din fasii prefabricate din beton armat, din fasii prefabricate din beton armat prinse cu conectori si din panouri cu slituri incomplete.

Obiectivul acestei inventii  este de a crea o structura ideala pentru cladirile multietajate inalte, care la actiuni seismice reduse se comporta rigid iar sub actiunea unor cutremure de intensitate ridicata se transforma intr-o structura flexibila. Initial, disiparea energiei era realizata prin distributia fisurilor pe o suprafata cat mai mare in panoul slitat.

Spre deosebire de japonezi, cer­cetatorii coreeni [3] au propus un alt tip de perete slitat (fig. 3), folosit in special la structurile din beton armat la care fasiile sunt ancorate in grinzi. In comparatie cu peretii slitati din fasii prefabricate, acesti pereti au o ductilitate mai buna, un nivel de disipare a energiei mai ridicat si accepta deplasari late­rale mai mari. Compor­tarea structurala a acestor panouri este influentata de proprietatea beto­nului din care sunt alcatuite fasiile, de mari­mea panoului, de intensitatea incarcarii axiale, de grosimea slitului si de materialul cu care este umplut slitul.

Un alt tip de perete slitat este analizat de cercetatorii chinezi de la universitatea din Hong Kong (fig. 4) [4]. Pe inaltimea slitului s-au introdus conexiuni din beton armat, care leaga peretii structurali, formand o zona disipativa.

Cercetarile au fost efectuate in comparatie cu un perete din beton armat solid, fara slituri. Rezultatele au evidentiat eficienta peretelui slitat: descresc deplasarile la incarcari ciclice cu 14% – 25%, scade driftul cu 19% – 26%,  forta seismica indusa in perete este mai redusa cu 20% – 25% si descreste perioada proprie a structurii, ductilitatea structurii fiind imbunatatita. Performanta seismica depinde de rezistenta de curgere a conexiunilor.

O proiectare eficienta a acestor sisteme trebuie sa tina seama de un calcul rational al conectorilor. In ace­lasi timp, trebuie evitata intra­rea prematura in curgere a conectorilor si, de asemenea, trebuie evitata distrugerea peretilor, fara intrarea in curgere a conectorilor.

Un model de perete slitat, propus la Universitatea din Shanghai, China, de Lu si Wu [5], [6] in 1996 (fig. 5), introduce, intre fasiile din beton armat, curele de cauciuc disipatoare de energie cinetica. Pentru a imbunatati comportarea seismica, la fiecare nivel al structurii se reali­zeaza conexiuni cu ajutorul a patru bare de armatura care strapung cureaua de cauciuc si sunt ancorate in perete. Sistemul, astfel alcatuit, are o capacitate foarte buna de disipare a energiei seismice. Energia seismica este disipata de deformarea elastica a cauciucului, de armaturile care formeaza conexiunile si intra in curgere si de frecarea dintre beton si cureaua de cauciuc.

Aceasta varianta de perete slitat reprezinta o imbunatatire a variantei cu conectori din beton armat, pentru ca nivelul de distrugere este mai mic iar disiparea energiei este mai accentuata.

Cu aceasta solutie structurala au fost construite doua cladiri cu 38 de etaje in Shanghai, in anul 1997.

Cercetatorii de la Universitatea din Teheran [7] au analizat un alt tip de perete slitat (fig. 6), cu scopul de a creste cantitatea de energie disipata de un perete din beton armat,  introducand un numar mare de slituri la partea superioara si un numar redus de slituri la baza peretelui. In acest mod, cedarea rezulta din actiunea fortei taietoare pe fiecare fasie formata. Cu cat numarul de slituri creste, peretele structural se comporta mai ductil, iar numarul de articulatii plastice este mai mare, rezultand cresterea energiei disipate pe inaltimea peretelui.

Un perete cu canale verticale a fost cercetat in China (fig. 7), principiul de baza fiind cel al peretilor slitati [8]. Acesti pereti au o rezistenta mai mare decat un perete slitat, deplasari mai mici si o ductilitate mai scazuta. Disiparea energiei cinetice este produsa de fisurarea betonului in dreptul canalelor verticale din structura peretelui.

Cercetatorii rusi au patentat si ei un panou disipator de energie la care fasiile din beton armat sunt prinse prin post-comprimare (fig. 8). Disiparea de energie este realizata prin frecarea dintre fasii [9].

 

Concluzii

O proiectare economica a constructiilor, bazata pe performanta, are in vedere disiparea energiei seismice acumulate in structura. Peretii din beton armat reprezinta elemente de rezistenta folosite des la structurile proiectate in zone cu potential seismic ridicat. Problemele principale ale acestor elemente (ductilitatea si redundanta scazuta) sunt eliminate prin solutiile prezentate in acest articol. Cercetarile efectuate au aratat imbunatatiri remarcabile ale peretilor structurali: comportare seismica foarte buna si curbe histeretice stabile cu disipare mare de energie cinetica.

 

BIBLIOGRAFIE

1. MUTO K., OHMORI N., ITOH T., Composite building structure and walls therefor, United States Patent 3736712, 1973.

2. AOYAMA H., DR. KIYOSHI MUTO (1903-1989), Structural Engineering International 1, (2005): 50-52.

3. LIOU Y. W.,SHEU S. M., Prediction of lateral stiffness for fully slitted RC shear wall, Journal of the Chinese Instutute of Engineers 21 (1998) : 221-232

4. KWAN A. K. H., DAI H., CHEUNG Y. K., Non-linear sesimic responce of reinforced concrete slit shear walls, Journal of Sound and Vibration 226 (1999): 701-718.

5. LU X., WU X., Study on a new shear wall system with shaking table test and finite element analysis, Eartquake Engineering and Structural Dynamics 29 (2000): 1425-1440.

6. LU X., HUANJUN J., Nonlinear eartquake response analysis and energy calculation for seismic slit shear wall structures, Eartquake Engineering and Engineering Vibration 1 (2002): 227-237.

7. SABOURI J., ZIYAEIFAR M., Shear walls with dispersed input energy dissipation potential, Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing) 10 (2009): 593-609.

8. DING J. D., DAI H., XIA X. D., Asesimic constructions and design method for multi-storey composite structures, Eartquake Engineering and Structural 9. Dynamics 25 (1996): 887-907.

9. PAVLIK, V. S., VASIONKIN, A. N., Earthquake resistant building, Patent nr. 512279, URSS, 1976.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 59 – mai 2010, pag. 14

 

Autor:
prof. dr. ing. Ioan Petru CIONGRADI,
drd. ing. Sergiu Andrei BAETU – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi” Iasi



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2010/05/24/pereti-din-beton-armat-disipatori-de-energie/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.