DISIPADORES DE ENERGÍA PARA CONTROL DE VIBRACIONES DE ESTRUCTURAS

Transcripción

1 DISIPADORES DE ENERGÍA PARA CONTROL DE VIBRACIONES DE ESTRUCTURAS F. López Almansa 1, Luis M. Bozzo 2 1 Universidad Politécnica de Cataluña 2 Universidad de Girona

2 Disipadores de energía Se instalan en barras de arriostramiento, muros o elementos que cumplan la misma función. Más simples que los aisladores (ya que no soportan el peso del edificio) viento sismo

3 Instalación de disipadores

4 Instalación de disipadores

5 Normativa Estados Unidos. Federal Emergency Management Agency (FEMA): NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations. PartI: Provisions FEMA No

6 Condiciones exigibles a los disipadores Alta capacidad de disipación de energía Ciclos de histéresis estables Simplicidad, economía y bajo mantenimiento Robustez, durabilidad y fiabilidad Facilidad de sustitución en caso de daño Fuerza de recuperación (puede ser manual) Inicio de la disipación de energía para pequeños desplazamientos

7 Tipos de disipadores Plastificación o extrusión de metales dúctiles Disipadores friccionales Materiales visco-elásticos. Poca eficacia, no son útiles frente a terremotos. Calentamiento Flujo de fluidos viscosos Aleaciones con memoria de forma ( Shape memory Alloys SMA), Nitinol. Superelasticidad Conversión de energía mecánica en eléctrica Otros

8 Disipadores basados en plastificación de metales (acero) ADAS DIMENSIONES EN PULGADAS DIMENSIONES EN PULGADAS 2.00

9 Disipadores basados en plastificación de metales (acero) Bell damper

10 Wells & Fargo Bank Edificio de 2 plantas Estructura no simétrica 7 ADAS en barras diagonales. F y = 150 kips No fue necesario modificar la cimentación

11 Disipador basado en plastificación de acero (para tuberías)

12 Disipador basado en plastificación de acero (para edificios)

13 Disipador Shear-Link (X. Cahís, L.M. Bozzo)

14 Disipador Shear-Link Ensayo dinámico del disipador

15 Disipador Shear-Link Lazo experimental de histéresis 40 F (kn) Ultimate behavior (bending) shear behavior 0-40 d (mm)

16 Modelo analítico del comportamiento estructural del Shear-Link d y 3 H = + 12EI H ' V A G w Teoría clásica de vigas + Von Mises para predecir la plastificación σ = z M I x V S τ = I t w 2 σ + σ σ σ + 3τ = σ 2 z 2 x z x vm

17 Comparación entre resultados numéricos y experimentales (antes del pandeo) Fx (KN) Numerical (FEM) Experimental dx (mm) experimental modelo analítico FEM d y (mm) F y (kn)

18 Ventajas del disipador Shear- Link Inicio de la disipación para bajos valores del desplazamiento Alta capacidad de disipación de energía Reserva de capacidad de disipación de energía en caso de rotura de los paneles Lazo histerético estable

19 Disipadores de cables metálicos

20 Disipador basado en extrusión de plomo

21 Disipadores de fricción Limited slip bolted (LSB) joint Pall s friction damper Sumitomo s friction damper Energy dissipating restraint (EDR) Slotted bolted connections (SBC) Friction of cables

22 Disipador de fricción (Limitd slip bolted LSB- joint)

23 Disipador de fricción (Pall) (1)

24 Disipador de fricción (Pall) (2)

25 Disipador de fricción (Sumitomo)

26 Disipador de fricción (EDR) Varias posibilidades de funcionamiento Distintos lazos de histéresis

27 Slotted bolted connections (SBC)

28 Disipador basado en fricción de cables

29 Disipadores viscoelásticos (para viento) Instalación de disipadores en las Torres Gemelas ( )

30 Disipadores viscoelásticos (para viento) Columbia Sea First building Two Union Square building (Seattle)

31 Shock absorbers

32 Viscous dampers

33 Muros viscosos ( VD-Walls )

34 Dash pot (GERB) Movimiento horizontal y vertical (y giros) Modelo numérico de Maxwell basado en derivadas fraccionales

35 DREAMY Cada disipador está compuesto por dos amortiguadores verticales y un brazo horizontal rígido Las fuerzas (verticales) en los amortiguadores se multiplican por efecto palanca convirtiéndose en una fuerza horizontal sobre la planta superior

36 Amortiguador mecatrónico La energía mecánica se transforma en eléctrica El factor de amortiguamiento se puede ajustar Rendimiento óptimo a bajas frecuencias y grandes amplitudes

37 Conexiones semirrígidas

38 Utilidad de los disipadores de energía Bare frame / protected frame / braced frame

39 Utilidad de los disipadores de energía Bare frame / protected frame / braced frame

40 Ensayos con disipadores de fricción Laboratorio de la Universidad de Bristol