Seismic response of steel MR-frames with friction joints

Abstract

Todos os anos existem relatos de eventos sísmicos que são responsáveis pela destruição de grande parte das cidades. Por esta razão nos países industrializados, encontrar soluções estruturais capazes de fazer frente a estes terramotos sem causar danos estruturais aos edifícios, tem vindo a ser investigado pela comunidade científica. Ao longo dos últimos anos têm vindo a ser implementadas diversas soluções que tem por base o conceito de dissipação de energia suplementar, isto é, estruturas que quando sujeitas a acções sísmicas tenham a capacidade de absorver a energia induzida pelo sismo, sem provocar danos significativos aos diferentes componentes estruturais. Uma destas soluções é a de utilização de amortecedores de fricção em edifícios, por apresentarem uma eficácia-custo elevada, para além de que são fácil instalação e manutenção. Nesta dissertação apresenta-se uma nova tipologia de ligações viga-pilar inseridas em pórticos simples em aço estrutural, com o objectivo principal de se conseguir estruturas que, quando solicitadas por acções sísmicas de alta intensidade, não registem danos nos principais componentes estruturais. Esta nova tipologia de ligação consiste na introdução de amortecedores de fricção, de modo a dissiparem a energia induzida pela acção sísmica. O tipo de ligações referido tem vindo a ser estudado pela Universidade de Salerno e foi recentemente proposta pelo projecto Europeu FREEDAM (Free from damage connections), projecto no qual se insere este trabalho de dissertação. Assim sendo, o objectivo principal desta dissertação é o estudo do comportamento de pórticos simples com esta nova tipologia de ligações, quando solicitadas por acções sísmicas de alta intensidade. O estudo será feito através de modelação numérica a partir do software de elementos finitos SeimoStruct tendo em conta uma análise estática não linear Pushover e uma análise dinâmica não linear, seguindo a metodologia de análise estipulada no EC8. Com a adopção deste novo tipo de ligações, espera-se uma melhoria no comportamento da estrutura quando solicitada a acções sísmicas quando comparada com o comportamento dos pórticos simples com ligações convencionais devido à capacidade de dissipação de energia dos amortecedores de fricção.

It is well known that, every year, earthquakes are responsible for the destruction of almost entire cities. For this reason, especially in countries with medium to high seismicity, has been a main concern among the scientific community find structural solutions able to withstand destructive seismic events without damage to the main structural members. Over the past few years, several solutions with the so-called strategy of supplementary energy dissipation or passive control, where the input energy of the earthquake is dissipated by means of viscous damping or hysteretic damping by the introduction of energy absorbers, have been studied and used on buildings located in high seismicity regions. Among the different strategies within in the framework of passive control systems, are the friction dampers devices. These devices are widely used because they present high potential at a low cost and are easy to install and maintain. In this dissertation an innovative typology of beam-to-column connections for steel moment resisting frames are proposed aiming the goal of free from damages structures under destructive seismic actions. The innovative typology is constituted by the use of friction dampers within beam-to-column connections, so that dissipative zones are constituted by friction devices at beam ends. This kind of connection has already been studied by the University of Salerno and has been proposed by the European Project FREEDAM (“Free from damage connections”), in which this dissertation is inserted. In this view, in this dissertation work has been studied the behaviour of steel MR-frames with that new connection typology when under destructive seismic events. Numerical analysis on this innovative type of frames has been carried out with the finite elements software SeismoStruct, considering a seismic nonlinear static analysis (pushover analysis) and a nonlinear dynamic analysis, according to Eurocode 8-1. It is expected a substantial improvement of the structure behaviour when comparing with steel moment resisting frames with conventional joints. The reason for this substantial behaviour improvement deals with the fact that the friction damper material dissipate all the earthquake input energy, without any damage for the steel components.