Acciones Dinamicas S-07 - Espectros de Respuesta Inelasticos 1

October 13, 2017 | Author: IngMercho | Category: Elasticity (Physics), Earthquakes, Solid Mechanics, Building Engineering, Dynamics (Mechanics)
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Espectros de respuesta inelasticos...

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Dinámica de las Estructuras (S-07) - Respuesta de Sistemas Inelásticos sometidos a sismos M.I. Carlos Villaseñor M. Función de las 8 Constantes Modificada

En la sesiones anteriores aprendimos a determinar el cortante basal usando el espectro de pseudo-aceleración elástico, dicho cortante basal se obtiene multiplicando el desplazamiento por la ordenada espectral correspondiente al periodo natural y la relación de amortiguamiento de un sistema. Sin embargo, la mayoría de las estructuras son diseñadas para cortantes basales menores que los cortantes basales elásticos asociados a sismos fuertes. Lo anterior lo podemos confirmar si comparamos el espectro de diseño especificado por las normas técnicas vigentes para factores de comportamiento sísmico Q >1, con un espectro elástico de diseño correspondiente a Q =1. Esta diferencia implica que las estructuras diseñadas de acuerdo al código sufren desplazamientos más allá del límite lineal elástico cuando están sujetas a sismos.

No es de sorprender entonces que dichas estructuras deben deformarse más allá de su límite elástico durante un sismo intenso, lo cual se traduce en daños durante dicha excitación. No obstante, si los daños causados por sismos intensos llegan a ser muy severos o graves para ser reparados o incluso que la estructura colapse, es un indicativo de que la capacidad de deformación demandada de la estructura la cual debió diseñarse resultó ser ineficiente. Es un hecho entonces que el reto principal del ingeniero es diseñar estructuras de modo que se tenga control sobre los daños potenciales de modo que éstos se encuentren dentro de un rango aceptable de costos.

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Relaciones Fuerza - Deformación

Desde los años 60 se han realizado muchas pruebas de laboratorio para determinar el comportamiento de las estructuras bajo condiciones de sismo. Durante un sismo las estructuras describen un movimiento oscilatorio con deformaciones reversibles. Las pruebas cíclicas para simular este comportamiento se ha realizado sobre miembro estructurales, conexiones, modelos a escala, los resultado obtenidos indican que el comportamiento cíclico fuerza - deformación de una estructura dependen del material del que fueron hechas y del sistema estructural mismo. Dicho comportamiento cíclico muestra una gráfica histerética:



Idealización Elastoplástica

Considere la relación fuerza desplazamiento de una estructura durante la fase inicial de carga, ésta describiría una gráfica de comportamiento como se muestra en la figura. Como veremos más adelante resulta conveniente idealizar la curva de comportamiento de modo que se muestre como un comportamiento elástico y luego perfectamente plástico. A la gráfica resultante (idelizada) se le conoce como aproximación elastoplástica. 

En la gráfica elastoplástica se definen los siguientes elementos: fy = fuerza de fluencia, u y=desplazamiento o deformación de fluencia, u m= desplazamiento máximo de fluencia.



Cuando se carga se realizan ciclos de carga y descarga, y durante los intervalos de aplicación de las cargas se alcanza la fluencia del sistema, se obtiene la deformación máxima de fluencia cuando la carga se deja de aplicar, es entonces que la gráfica describe una trayectoria de recuperación, cuya pendiente (que es la rigidez) es la misma que la trayectoria lineal inicial, si se aplica ahora la carga en sentido contrario hasta alcanzar nuevamente la fluencia obtendremos una gráfica histerética elastoplástica.



La relación cíclica de fuerza - deformación describe la historia de movimiento del sistema.



Durante un sismo encontraremos que el punto u m corresponderá al momento en que la velocidad sea cero para luego seguir una trayectoria de descarga, donde la velocidad cambia se signo. Entonces cuando la velocidad ( u' ( t)  0) tenemos que la deformación es creciente y cuando ( u' ( t)  0) es decreciente.

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Correspondencia con Sistemas Lineales y Resistencia Normalizada de Fluencia y Factor de Ductilidad

Es necesario evaluar y comparar los valore pico de desplazamiento entre un sistema elastoplástico y un elástico correspondiente. El periodo natural de vibrar para los dos sistemas es el mismo, es decir, en el sistema elastoplástico, el periodo está definido por la zona elástica al igual que el sistema lineal. El periodo natural de vibrar solo está definido para una sistema elastoplástico cuando los desplazamiento son menores que el desplazamiento de fluencia ( u  u y).

La resistencia normalizada de fluencia (también conocida como la inversa del factor "R o Q"), esta definida como:

1 R

=

1 Q

=

fy fo

=

k uy k uo

=

uy uo

donde: fo = el valor pico de la resistencia (también denominada también como fSo) correspondiente al desplazamiento pico ( u o) en un sistema con comportamiento elástico. fy = el valor de la resistencia de fluencia en el sistema elastoplástico.

Otra forma de interpretar "R" es que nos indica la fracción de resistencia necesaria para que el sistema de comporte de manera elástica.

El factor de reducción de resistencia de fluencia (Factor "R") se define como:

R=Q=

fo fy

=

uo uy

que es el recíproco del factor

El valor pico (valor absoluto máximo) del desplazamiento en un sistema inelástico debido a un sismo esta definido como um , si normalizamos dicho valor con respecto al desplazamiento de fluencia obtenemos el factor de ductilidad:

μ=

fy fo

um uy

Considerando la ductilidad, podemos obtener las siguientes relaciones: um uo

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=

μ R

=

μ Q

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Ecuación de Movimiento y Control de Parámetros

La ecuación de movimiento para un sistema elastoplástico es:

Si dividimos toda la ecuación entre la masa

u''  2  ξ  ωn  u' 

ms u''  c u'  fS( u u' ) =  m u''g ( t)

1  f ( u u' ) =  u''g ( t) ms S

k

pero ωn =

2 uy u''  2  ξ  ωn  u'  ωn   f ( u u' ) =  u''g ( t) fy S

k

ms =

ms

ωn

2

=

fy uy



1 ωn

2

2 u''  2  ξ  ωn  u'  ωn  u y  fSn( u u' ) =  u''g ( t)

fSn( u u' ) =

fS( u u' ) fy

En la ecuación de movimiento resultante, encontramos que u ( t) para un u''g ( t) dado, depende de la frecuencia natural de vibración, la relación de amortiguamiento y del desplazamiento de fluencia. u ( t) = u y  μ ( t )

Ahora sabemos que el factor de ductilidad que obtuvimos fue sobre los valores pico de los desplazamientos, pero en la repuesta de un sistema podemos encontrar que: 



Si sustituimos estás últimas definiciones sobre la ecuación de movimiento de un sistema inelástico: Dividiendo entre fy fo

=

uy uo

uy

u' ( t) = u y  μ' ( t)

= μ ( t)

u'' ( t) = u y  μ'' ( t)

 uy μ'' ( t)   2ξ ωn uy μ' ( t)   ωn

2





 u y  fSn u y  μ ( t) u y  μ' ( t) =  u''g ( t)

 u''g ( t) 2 μ'' ( t)  2  ξ  ωn  μ' ( t)  ωn  u y  fSn( μ ( t) μ' ( t) ) = uy

uy

pero

u ( t)

2 2 u''g ( t) μ'' ( t)  2  ξ  ωn  μ' ( t)  ωn  u y  fSn( μ ( t) μ' ( t) ) =  ωn  fy

fy fy fy fy uy = uo = uo = = fo k uo k 2 ωn  ms

ms

2 2 u''g ( t) μ'' ( t)  2  ξ  ωn  μ' ( t)  ωn  u y  fSn( μ ( t) μ' ( t) ) =  ωn  fy

2 2 u''g ( t) μ'' ( t)  2  ξ  ωn  μ' ( t)  ωn  u y  fSn( μ ( t) μ' ( t) ) =  ωn  ay

ms fy = a y  ms

ay =

fy ms

que puede ser interpretada como la aceleración de la masa necesaria para producir la fuerza de fluencia fy

De esta última ecuación, podemos observar que es obvio que μ ( t) depende también de ωn , ξ y el factor a y , que a su vez depende de ωn, ξ y R.



Efecto de la Fluencia en la Respuesta del Sistema

Para comprender cómo la respuesta de un sistema de 1G.L. es afectado por la la fluencia compararemos la respuesta de un sistema elastoplástico con un sistema elástico que tenga las mismas características en cuanto a periodo, y factor de amortiguamiento. Ejemplo 1. Compare la respuesta de un sistema elastoplástico con un sistema inelástico con las siguientes características. Tn  0.5s, ξ  0%  

fy = 0.125 fo

Incluya en su comparación las gráficas de la aceleración absoluta normalizada con respecto a la gravedad. Utilice el programa de las 8 constantes para analizar la respuesta elástica y el programa Degtra para la respuesta inelástica. Δt  0.02s

cargando el acelerograma

Acel El Centro 

El Centro Sismo de 1940 (02).txt

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t  0



i  1  rows Acel El Centro  1 2π rad ωn   12.566  Tn s ωD  ωn  1  ξ

2

 12.566 

t  0 1 k

ωn = rad

i 1

 Δt  t

i

2 s ms  800Ton m



Ton 2 k  ms ωn  126330.936 m



p   ms Acel El Centro  g

w  ms g  7845.32 Ton

s



ms

t



u 8 Const'  u 8 Const Δt p k ξ ωn ωD 1  cm 3 3 10 3 2 10 3 1 10 p  ( Ton)

1 3 0  1 10 3  2 10 3  3 10

10

20

30

t 10 5 u 8 Const'  ( cm)

1 0

10

20

30

5  10 t   u o  max u 8 Const'   8.161 cm   2 fS  ms ωn  u 8 Const' 4 2 10 4 1 10 fS  ( Ton)

1 0

10

20

30

4  1 10 4  2 10 t

 fo  max fS   10310.482  Ton  

Para obtener la aceleración absoluta (o aceleración total) debemos regresar a la ecuación de movimiento para un sistema inelástico 2

u''  2  ξ  ωn  u'  ωn  u =  u''g ( t)

2 u''rel =  u''g ( t)  2  ξ  ωn  u'  ωn  u

aceleración relativa

2 u''rel  u''g ( t) =  2  ξ  ωn  u'  ωn  u ms u''abs = fS

por lo tanto de la gráfica anterior podemos obtener el pico de la aceleración absoluta:

fS =

w g

fo cm u''abs-o   1288.81 ms 2 s

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aceleración total o absoluta

2 u''abs =  2  ξ  ωn  u'  ωn  u  u''abs

fS w

=

u''abs g

u''abs-o  1.314 g

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El programa de las 8 constantes ha sido modificado para calcular la aceleración absoluta:



u''abs  u 8 Const Δt p k ξ ωn ωD 2  g

2 1  u''abs ( g )

1 0

10

20

30

1 2 t

  u''abs-o  max u''abs   1.314 g  

Procesando ahora el sistema elastoplástico: Para el sistema inelástico, tenemos que: fS' ( u ) 

fy  0.125 fo

( k  u ) if  fy  k  u  fy

u y 

ks( u ) 

fy if k  u  fy

  fy 

fy k

 0.402 in

u 0  0

 2k    ωn 

c  ξ  

k if  u y  u  u y 0 otherwise

 0  Ton

u' 0  0

s cm

u s   40cm  39.9 cm  40cm

if k  u   fy 3 4 10 u Dgt' Inelst 

3 2 10

 

fS' u s  ( kip)

Repuesta T_0.5 R_0.125 Xhi_0.dat

1 3

 2.4  1.8  1.2  0.6

0

0.6

1.2

1.8

2.4

3

u Dgt' Inelst  u Dgt' Inelst m

3  2 10

3  4 10 u s ( in)

1

10

u Dgt' Inelst ( cm) u 8 Const'  ( cm)

1

5

1

0

10

20

30

5  10 t

El desplazamiento pico de fluencia es

 u m  max u Dgt' Inelst   4.369 cm  

Se observa en la gráfica que el sistema, los episodios de fluencia causan una serie de derivas con respecto a la posición inicial de equilibrio, cuando el sismo termina el sistema ya no recupera su forma vertical original, es decir que la estructura presenta una deformación permanente residual. Por otro lado, se tiene el el pico de deformación es menor y sucede en un tiempo diferente que el pico obtenido en un sistema elástico lineal.

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Carga de los resultados obtenidos del programa Degtra para la aceleración absoluta:

u''Dgt' Inelst 

Repuesta a_abs T_0.5 R_0.125 Xhi_0.dat

m u''Dgt' Inelst  u''Dgt' Inelst 2 s fo

w  ms g

w

 1.314

fo  1.314 w

fy  0.164 w

0.2

fy  ( w )

1 4

0.1  u''Dgt' Inelst ( g )

1

2 0 0

2

4

6

8

u Dg

10 2

 0.1  fy  ( w )

 0.2

1

4

t

1  u''Dgt' Inelst ( g )  u''abs ( g )

1

1

0

2

4

6

1 fy  ( w ) 1  fy  ( w ) 10

8

1

t

El sistema elastoplástico no desarrolla la misma resistencia que el correspondiente sistema lineal, en el caso de sistema inelástico, la energía de deformación es disipada por las deformaciones plásticas. Ejemplo 2. Obtenga la ductilidad máxima para cada unos de los sistemas. Considere el mismo periodo pero con ξ  5% (utilice el programa Degtra). a) R  1  

b) R 



c) R 



d) R 

Tn  0.5 s

a) R  1

1 0.5 1 0.25

2 4

1 0.125

8

Δt  0.02 s

ms  7845320 kg

w  7845.32 Ton

k  126330.936

tenemos que el factor R = 1 nos indica que el valor pico de la resistencia es igual a la de fluencia

Carga de los resultados obtenidos del programa Degtra para la aceleración absoluta:



u Dgt' Inelst 

Ton m

R=

fo fy

rad ωn  12.566  s =1

ωD  ωn  1  ξ

2

 12.551 

rad s

fo = f y

Repuesta T_0.5 R_1.0 Xhi_0.05.dat

u Dgt' Inelst  u Dgt' Inelst m



u 8 Const'  u 8 Const Δt p k ξ ωn ωD 1  cm

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5

u 8 Const'  ( cm)

1 0

u Dgt' Inelst ( cm)

1

10

20

30

5

 10 t

 u o  max u Dgt' Inelst   5.688 cm  

El sistema tiene el mismo comportamiento que un sistema elástico lineal, no se desarrolla fluencia en ningún momento durante el evento sísmico. Comparado con el programa de las 8 constante, obtenemos gráficas idénticas. b) R 

1 0.5

2

R=

fo fy

=2

fo = 2fy

Carga de los resultados obtenidos del programa Degtra para la aceleración absoluta:

fy = 0.5fo u Dgt' Inelst 

Repuesta T_0.5 R_2.0 Xhi_0.05.dat





u Dgt' Inelst  u Dgt' Inelst  m

5

u Dgt' Inelst ( cm) u 8 Const'  ( cm)

1 0

1

10

20

30

5

 10 t

b) R 

1 0.25

4

R=

fo fy

 u m  max u Dgt' Inelst   4.102 cm   =4

fo = 4fy

Carga de los resultados obtenidos del programa Degtra para la aceleración absoluta:

μ 

um uo

 R  1.442

fy = 0.25fo u Dgt' Inelst 

Repuesta T_0.5 R_4.0 Xhi_0.05.dat





u Dgt' Inelst  u Dgt' Inelst  m

5

u Dgt' Inelst ( cm) u 8 Const'  ( cm)

1

1

0

10

20

30

5

 10 t

 u m  max u Dgt' Inelst   4.418 cm  

b) R 

1 0.125

8

R=

fo fy

=8

fo = 8fy

μ 

um uo

 R  3.107

fy = 0.125fo

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Carga de los resultados obtenidos del programa Degtra para la aceleración absoluta:

u Dgt' Inelst 

Repuesta T_0.5 R_8.0 Xhi_0.05.dat

 uDgt' Inelst  uDgt' Inelstm

5

u Dgt' Inelst ( cm) u 8 Const'  ( cm)

1 0

1

10

20

30

5

 10 t  u m  max u Dgt' Inelst   5.255 cm  

μ 

um uo

 R  7.39

Como es de esperar de forma intuitiva, los sistemas con menor resistencia a la fluencia tienen mayor número episodios de fluencia, y eso a su vez hace que la deformación permanente u p de la estructura después de que el sismo ha cesado tienda a aumentar, aunque dicha tendencia no es la regla generalmente, también se observa que los pico de desplazamiento u m son menores que el correspondiente para el sistema elástico, dichas tendencias no siempre suceden así, ya que depende del periodo del sistema, las características del movimiento del terreno y del factor de amortiguamiento. El factor de ductilidad calculado para cada sistemas elastoplástico (con "Q" diferente), se interpreta como la demanda de ductilidad impuesta sobre cada sistema elastoplástico para un sismo dado. Esta demanda representa un requerimiento de capacidad de ductilidad que debe tomarse en cuenta al momento de diseñar una estructura, de modo que dicha capacidad exceda la demandada en el sitio. Ejemplo 3. Construya el espectro de ductilidad para R = 1 1.5 2 4 8 y ξ  5% , periodo mínimo de 0.01s y máximo 20s construyendo el vector de periodos: Tn min  0.01s

Tn max  20s

ΔTn  Tn min

n 

Tn max ΔTn

 2000

i  1  n  1

Tn  Tn min 1

Tn  ΔTn  Tn i 1 i

Primero calcularemos el espectro de respuesta de desplazamiento para un sistema lineal





u o  Espctr D8 Const Δt Tn ms p ξ 1  cm

40 30 u o  ( cm)

1 20 10

0 u m 

5

10

15

20

25

Tn

Periodo 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

um  [m] (R=1) um  [m] (R=1.5) um  [m] (R=2) um  [m] (R=4) um  [m] (R=8) 7.91E‐06 3.16E‐05 7.06E‐05 1.26E‐04 2.48E‐04 3.40E‐04 6.80E‐04 9.55E‐04 1.23E‐03

1.14E‐05 4.48E‐05 9.91E‐05 1.75E‐04 3.05E‐04 5.04E‐04 8.18E‐04 1.05E‐03 1.37E‐03

1.50E‐05 2.92E‐05 5.85E‐05 1.12E‐04 1.29E‐04 2.43E‐04 2.25E‐04 4.19E‐04 3.47E‐04 6.34E‐04 5.88E‐04 8.93E‐04 9.36E‐04 1.41E‐03 1.19E‐03 1.68E‐03 1.55E‐03 0.002295793 Pág.- 9

5.63E‐05 2.12E‐04 4.54E‐04 7.73E‐04 1.15E‐03 1.58E‐03 2.07E‐03 2.51E‐03 3.44E‐03

u m  u m m

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Espectro de demanda de ductilidad

R  1

R  2

R  8

 1 um μR=1    R uo

 1 um u m/uo R=1    uo

 3 um μR=2    R uo

 3 um u m/uo R=2    uo

 5 um μR=8    R uo

 5 um u m/uo R=8    uo

R  1.5

R  4

 2 um μ R=1.5    R uo

 2 um u m/uo R=1.5    uo

 4 um μ R=4    R uo

 4 um u m/uo R=4    uo

Gráfica Normalizada de Desplazamientos Pico

Gráfica de Demanda de Ductilidad

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Para sistemas con con periodo muy largos, la deformación u m de un sistema elastoplástico es independiente del factor de reducción "R o Q" y resulta ser casi igual a u o del sistema lineal correspondiente. Esto es, porque la masa, durante el movimiento tiende a permanecer en su lugar sin moverse, por lo que en realidad experimenta deformación igual al pico de desplazamiento del suelo. También podemos observar en la gráfica de demanda de ductilidad que para dicho rango de periodos la demanda de ductilidad es igual "Q". Para sistemas entre 0.5 y 3s de periodo, u m , puede ser mayor o menor que u o (esto es que pueden o no exceder a 1 en la gráfica normalizada de desplazamiento), ambos son afectado irregularmente por las variaciones de fy/fo, la demanda de ductilidad puede ser mayor o menor que el factor "R o Q". Para sistemas con periodos cortos, la razón um /uo se incrementa a medida que fy/fo disminuye (o bien que la resistencia de fluencia disminuye), la demanda de ductilidad puede ser mucho mayor que el factor de reducción "R o Q". Este resultado implica que la demanda de ductilidad para sistemas con periodos muy cortos puede ser grande no obstante si se tienen resistencia a la fluencia muy cercanas a la mínima a fo.

Espectros de Respuesta de Ductilidad Constante

Ejemplo 4. Utilizando el programa Degtra, construya una espectro de resistencia de ductilidad constante para μ = 1 1.5 2 4 8 y ξ  5% , periodo mínimo de 0.01s y máximo 3s. Luego: a) Calcule el desplazamiento máximo de fluencia para Tn = 0.5s , μ = 4  

b) Calcule el desplazamiento máximo de fluencia para Tn = 0.5s , μ = 1.5



c) Calcule el desplazamiento máximo de fluencia para Tn = 0.5s , μ = 1

De los resultados obtenido en el Degtra:

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fy/ms 

Fy/m [m] (µ=1) Fy/m [m] (µ=1.5) Fy/m [m] (µ=2) Fy/m [m] (µ=4) Fy/m [m] (µ=8)

Periodo 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

3.12E+00 3.12E+00 3.10E+00 3.11E+00 3.92E+00 3.73E+00 5.48E+00 5.89E+00 5.98E+00

3.00E+00 2.95E+00 2.90E+00 2.88E+00 3.21E+00 3.69E+00 4.39E+00 4.30E+00 4.46E+00

2.96E+00 2.89E+00 2.82E+00 2.77E+00 2.74E+00 3.22E+00 3.77E+00 3.67E+00 3.78E+00

2.88E+00 2.76E+00 2.67E+00 2.58E+00 2.50E+00 2.45E+00 2.83E+00 2.59E+00 2.797367

2.78E+00 2.62E+00 2.49E+00 2.38E+00 2.27E+00 2.17E+00 2.08E+00 1.94E+00 2.10E+00

fy/ms  fy/ms

m s

2

Los resultado obtenidos del programa están dados en fuerza por unidad de masa, es decir m/s2, para normalizar dichos valores con respecto a g's, habría que dividir las cantidades entre g. Por lo tanto, la gráfica nos proporcionará los valores de la resistencia en fracciones de g's. fy/w 

fy/ms g

fy/w μ=1  fy/w

1

fy/w μ=1.5  fy/w

2

fy/w μ=2  fy/w

3

fy/w μ=4  fy/w

4

fy/w μ=8  fy/w

5

1

fy/w μ=1

0.8

fy/w μ=1.5 0.6 fy/w μ=2 fy/w μ=4

0.4

fy/w μ=8 0.2

1

2 Tn  ( s)

3

1

De la gráfica anterior, dada la excitación como la de "El Centro", y las propiedades Tn y ξ de un sistema, se puede determinar la resistencia a la fluencia fy de acuerdo a un factor de ductilidad dado. De la misma manera que se obtiene la pseudo-aceleración en un sistema elástico: fy = ms S ay

μ=

um uy

fy ms

u m = μ u y

= S ay

2 Sa  ωn  u o

para un sistema elastoplástico

que es el resultado que nos regresa el programa Degtra (fuerza por unidad de masa) pero k =

fy uy

Para el sistema considerado en estos ejemplos:

u m = μ

fy k

= μ

fy ms g

ms S ay ms ωn

ms  7845320 kg

2

= μ

=

2 Say  ωn  u y Say

fy

g

w

ms S ay

 2π  ms    Tn 

k  126330.936

2

=

S ay g

 Tn   u m = μ   2π 

2  S ay

Ton m

a) Calcule el desplazamiento máximo de fluencia para Tn  0.5s , μ  4 Del espectro obtenido, tenemos que

Say  0.17951 g  176.039

cm 2 s

Pág.- 12

fy  ms S ay  1408.313 Ton

 Tn   u m  μ    2π 

2  S ay  4.459 cm

19/Sep/2012

23:31

b) Calcule el desplazamiento máximo de fluencia para Tn  0.5s , μ  1.5 Del espectro obtenido, tenemos que

Say  0.4059  g  398.052

cm s

2

2

fy  ms S ay  3184.415 Ton

 Tn   u m  μ    2π 

   2π 

2

fy  ms S ay  7186.235 Ton

u m  μ  

 S ay  3.781 cm

c) Calcule el desplazamiento máximo de fluencia para Tn  0.5s , μ  1 Del espectro obtenido, tenemos que

Say  0.91599 g  898.279

cm 2 s

Si comparamos con el espectro de respuesta de desplazamiento elástico obtenemos que



uo

50

 5.688 cm

fo  k  u o



50

Tn

 S ay  5.688 cm

 7186.248  Ton

Efectos Relativos de Amortiguamiento y Ductilidad

En la gráfica tripartita se han graficado tanto para espectro elástico como para espectros inelásticos para relaciones de amortiguamientos ξ = 2% 5% 10%. Se tienen las siguientes observaciones: 

El amortiguamiento es despreciable para periodos muy largos ya que,según la gráfica la resistencia por unidad de masa es prácticamente la misma.



Para periodo muy cortos el amortiguamiento es igualmente despreciable.

Finalmente se puede apreciar que las variaciones causadas por el amortiguamiento tienen un efecto reducido, y generalmente se desprecian al momento de considerar los espectros de diseño.

Pág.- 13

19/Sep/2012

23:31



Espectros Inelásticos de Diseño

Los espectros de diseño pueden construirse a partir de los espectros de repuesta de ductilidad constante para muchos sismos que resulten admisibles en un sitio dado, luego dichos datos deben asociarse a su probabilidad de excedencia. Finalmente los espectros de diseño proveen una base conveniente para direccionar condiciones que traten acerca del diseño de nuevas estructuras y la evaluación de seguridad en estructuras ya existentes. En las NTCDF, básicamente el método consiste en calcular la resistencia de acuerdo a un valor permisible de ductilidad, dicho valor está representado por el coeficiente de comportamiento sísmico (Q) que es independiente de el periodo natural y el factor de reducción de las fuerzas sísmicas con fines de diseño (Q'), como función del periodo natural. El segundo factor se utiliza para reducir las fuerzas sísmicas que se utilizarán para diseñar la estructuras mediante el método estático, es decir para obtener la resistencia para limitar el comportamiento a cierto grado de ductilidad representado por Q.

1.0

19.55

1.5 EL TENAYO C. EL

DEL CERRO CERRO DEL CHIQUIHUITE CHIQUIHUITE

JU AR EZ ES ID EN TE AV .P R

AL CA N

CA CALZ LZAD TA TACU A ME CUBA BA MEXICO

AD

CALZ DE

RS ID AV .U NIE

S SU R SURG

PE R IF ER IC O

AV.IN

20

N UNIO LA

HID AL GO F.C

AV

DE

RESO

NG

1.5 30

2.0

RIO CHURUBUSCO

10

20

20

IMO ON JER SAN

AZ TE CA S

DE S DA TE Z A ON LLZ M CA IRA M

LM A

EJE 11 IN

C.DE ZACATEPEC

19.30

SU R

SUR

GE NT ES

SUR

ESTADIO ESTADIO AZTECA AZTECA

1.5

1.0

DE

3.5 4.0

19.45

2.0

3.5 4.5 4.0

3.0

1.5 1.0 2.5

4.5

4.0

3.5

RA L

2.0 1.0 2.5

2.0

3.0

2.5

3.0

3.0 2.0

20

1.5

2.0

1.0

2.5 2.0 1.5

1.5

1.0

1.0

2.5 1.0

30

40

40

2.0 20 30

1.0

1.0

2.0

2.5

2.0

2.5

1.5

1.5

1.0

3.0

Tlahuac

1.0

1.5 2.5

30 40

1.0 20

3.5

3.5

3.5 2.0

2.5

3.0

VIA

3.5 4.0 3.5

1.5

3.5

19.25

2.0

1.5 1.0

3.0

4.0

2.0 2.5

3.5 4.5 4.0

4.0

3.0

3.5

4.5

4.0

4.5

4.5

4.0 4.0 3.0

1.0

4.5 4.0

4.5

4.5 3.5

4.5

3.0

4.5

2.5

4.5

3.5

4.5 4.0

3.5 2.0

3.0

2.5

1.5

4.5

4.0 3.5

3.0

1.5

2.0

4.0

4.5

3.5

2.5

19.30

1.0

4.0

1.0

3.5

2.0 2.5 1.0 1.5

-99.25

19.35

4.0

3.5

3.0 4.0

4.0

2.5

1.5 1.0

4.5

2.5

1.0

4.5

3.0

2.5

2.0

3.5

2.5

4.0

3.5 4.0

3.5

4.0

2.5

1.0

3.0

2.5

4.5

3.0

3.5

4.5

3.0

4.5

4.0

3.5

2.5

1.0

3.0

2.5 3.5

4.0

3.0

DU CT O

2.0

2.5

1.5

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

1.0

1.0

3.0

2.0

19.40

1.0

1.0

1.0

CAL CALZAD A A DE DEL HU HUESO ESO

TL AL PA N

FE

4.0

30 1.5 1.0

20

1.5

1.0

2.0 2.5

30

40

20

TL AL PA N

PERIFERICO

RITO

3.5

1.5

1.0 EJE EJE 10 SUR 10 SUR

CD.UNIVERSITARIA

V.

2.0

CERRO DE LA ESTRELLA

30

1.0

AV. DE LAS TORRES

4.0 A

4.5

2.5 40

30 1.0

20

3.0 4.0 3.5

3.0

DIST

3.0 30

4.5

OCH IACA

PA NT ITL AN 4.5 CA LZ .IG 4.0 NA 4.0 CIO 4.0 ZA RA 70 GO ZA 60 3.5

50

3.5

4.5

SAN JUAN

OME Z

50 3.0 3.5 40 2.5 2.0 1.5 1.0 1.5 20

NTE

NES LEO LOS DE RTO

4

1.0

3.0

70

60

DEL

IE DES

AN IL LO

70

9

2.5

2.0

CION DIVI

19.35

J.M RICO J.M RICO

ENTE

1

20

14

70

40

3.5

3.0

AV.R OJO G

EJE 5 SUR

18

AV.RIO CHURU BUSCO

20

70

EJE 4 SUR

50

EJE 2OTE

1.5

4.0

iztacalco 4.0

2.5

2.0 30

1.0

10

4

AL ROS DEL AV.

VIGA

3.0

40

4.5

ZA RA 60 4.5 GO 4.0 ZA CD. DEPORTIVA

AV.MORELOS

ORNIA AV.CALIF VIADUCTO

TLALPA N

AV.PATRIOTISMO

1.5

20

AV. X

4.5 70

1.0

2.0 3.0

4.0

60

AV .H AN GA RE S

DE MIER

3.5

YA YU

E

3.0 50

EJE CENTRAL

1.0

19.40

2.0

2.5

4.5

AEROPUERTO 4.5

4.0

v.carranza 4.5

FRAY CERV ANDO Y T

iztapalapa

30

.T AV

2.5

60 3.5

O .C AV

Latitud

10

2.0

CALZ DE LA

RE LA DE O SE EPEC PA PULT CHA 40 V. A

3.0

50

ZOCALO

V.CARRANZ A

AV.CUAHUTEMOC N.Ñ OS H

1.0

AEROPUERTO

TA PO

4.0

cuauhtemoc A RM FO

3.5

19.50

1.0

3.0

CO CO EX

50

2.5

30 1.5

1.5 4.0

4.5 VIA

NTE

EJE I NTE

40

2.0 4.5

10

50

NAL

SAN COSM E

L. NA

20

3.5

3.0

F.F.C.C

A

TE TERM RM IN INOS OS

4.0 4.5

4.5

ARAGON

2.5

EJE 2

EST.

IN AR M

10 L. L. DE DE

40

2.0

30

4.0

2.0

2.5

4.0

JUAN DE ARAGO N

2.5

AV.C O

1.5

20

SA SA N JO AQ UI UIN

40

3.0 SAN

3.0

3.5

50 2.0

1.5

CANAL DE

AV.I.P.N

NT E

GPE

Z O BA STAV

EN TE S .IN SU RG

30

Z

1.0

19.45

1.0

YAC C. DEL TEPE

2.5

3.5

C.DE LOS GACHUPINES

30

2.0

3.0

3.0

2.5

D

AV

NTE 35

EJO ALL

VIA GU

EV .D

BAS

LZ CA

CO

MARTINE

20

g.a madero

AL

I FER

azcapotzalco

1.0

NTR

I PER

10

MAX IMO

CE

20

TZALCO LA VILLA

20

EJE

AZCAPO

.G RA

RD AN

CALZ. DE

BIOLOGO

1.5 3.5

N

10 SE

1.5

ZACATENCO

20

19.55

3.0

2.5 DE M EXIC O

CALZ . DE

UI LE S

1.0

2.5

B

Latitud

NT E RIC O RIF E PE

AV . AQ

2.0

2.0

ESTA DO

19.50

VIA GUS TAVO

1.0

Morelos No. 100

-99.20

-99.15

-99.10

-99.05

Longitud

-99.00

3.0

-98.25 19.25

Mapa de zonificación estratigráfica NTCDF

Pág.- 14

19/Sep/2012

23:31

A continuación se presenta un algoritmo para calcular el espectro de diseño NTCDF 2004





Espectro diseño param zona Q T_est Tf ΔTn T_Sal 

c  param zona 1

param  Zona I II IIIa IIIb IIIc IIId

a 0  param zona 2

  Tb   param s zona 4  Ta  param s zona 3

r  param zona 5

c 0.16 0.32 0.40 0.45 0.40 0.30

ao 0.04 0.08 0.10 0.11 0.10 0.10

Ta 0.20 0.20 0.53 0.85 1.25 0.85

Tb 1.35 1.35 1.80 3.00 4.20 4.20

r 1.00 1.33 2.00 2.00 2.00 2.00

c  1.5 c if T_est = 1 c  1.0 c if T_est = 2 T  0s 1 for i  1 

Tf ΔTn

if T  Ta i T i a  a0  c  a0  i Ta



a/Q  a 0  i



c  Q

T  i  a 0   Ta

if Ta  T  Tb i a c i c a/Q  i Q if T  Tb i

 Tb  a  c   i  Ti    a/Q  i T

i 1

r

 Tb   Q T   i

r

c

 T  ΔTn i

a if T_Sal = 1 a/Q otherwise

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23:31

Ejemplo 5. Construya el espectro de diseño hasta para Tn = 5s para para una estructura del grupo A , ubicada cerca del cruce de Av. Universidad y Av. California. La resistencia a fuerzas laterales es suministrada en todos los entrepisos por muros de mampostería de piezas huecas, confinados o con refuerzo interior. La estructura tiene algunas irregularidades. Según el mapa de zonificación la estructura se encuentra en la zona:

NAL

EJE I NTE

40

C OS ME

30 1.5

cuauhtemoc

ZONA II

H

2.0 30

1.0

10

1.5

20

1.0

AV

Tn max  20s

ΔTn  0.01s

n 

Tn max ΔTn

LA VIGA

EJE 5 SU

.U NIE RS IDA D

ZONA I

 2000

i  1  n  1



Sa/g  Espectro diseño param zona Q T_est Tn max ΔTn 1



T_est 

2.5

R

40

TLALPAN

ZONA IIIa

3.0

40

20

CALZ DE

AV.PATRIOTISMO

ZONA IIIb

FORNIA AV.CALI VIADUCTO

YA

E

ZONA IIIc

3.5

50

EJE 2OTE

ZONA IIId

3.0

YU O .C AV

1.0

2.0

1.5

C ALZ D E

30

50

ZOCALO

2.5

EJE CENTRAL

10

V.CARRANZ A

N.Ñ OS

D O C SE EPE PA ULT P A H .C 40 V A

AV.CUAHUTEMOC

MA OR EF 2.0 R A EL

1.0

Edificio de concreto en Zona IIIa

zona 

2.5

2.5

Dadas las características estructurales tenemos la siguiente ductilidad permisible:

3.0

Q 

iztapalapa

S AN

20

2.0 1.5

Tn  0 1

Tn  ΔTn  Tn i 1 i



Say/g  Espectro diseño param zona Q T_est Tn max ΔTn 2



0.8

0.6

Sa/g 0.4 Say/g

0.2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Sa  S a/g g

Say  S ay/g g

Tn

Ejemplo 6 Realice la comparación entre los desplazamientos pico para los diferentes factores de comportamiento sísmico, utilice los mismos datos y condiciones descritas del ejemplo anterior. T Q  ( 1 1.5 2 3 4 )

Pág.- 16

19/Sep/2012

23:31

um

Para encontrar el desplazamiento pico

um =

2   Tn     pero  S   Q  a  2π   μ

uo

Q=R=

uo uy

=

=

μ

um =

Q

Sa

Q

μ

um =

S ay

μ

Sa

uo

uo =

Sa ωn

2   Tn     Sa     2π  

2

 Tn   = Sa  2π 

 Tn   = μ  Say    2π 

2 uy =

Say ωn

2

2

Say

Dado que estamos tratando con espectros de diseño podemos asumir que la ductilidad puede estar representada con el mismo factor Q.





S' ay param zona Q T_est Tn max ΔTn 

for i  1  length( Q)







S ay  Espectro diseño param zona Q T_est Tn max ΔTn 2  g if i = 1 i







S ay  augmentS ay  Espectro diseño param zona Q T_est Tn max ΔTn 2  g otherwise i   S ay

Calculando los espectros:



Say  S' ay param zona Q T_est Tn max ΔTn



μ=1  1

μ=1_5  2

μ=2  3

μ=3  4

μ=4  5

8

6

Say 4

2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Tn

u m 

for i  1  length( Q) μQ

i

 2  i  Tn     if i = 1 u m  μ Say     2π     2   i  Tn     otherwise u m  augmentu m μ Say      2  π   um

Pág.- 17

19/Sep/2012

23:31

3 1 10

100 μ=1 1 um  ( cm)

10

μ=1_5 1 um  ( cm) 1

μ=2 1 um  ( cm) μ=3 1 um  ( cm)

0.1

μ=4 1 um  ( cm)

0.01

3 1 10

4 1 10 0.01

0.1

1 Tn  ( s)

10

100

1

Obteniendo la razón entre el desplazamiento pico inelástico con respecto al elástico   μ=1 um u m/uo μ=1    μ=1 um

  μ=1_5 um u m/uo μ=1.5    μ=1 um

  μ=2 um u m/uo μ=2    μ=1 um

  μ=3 um u m/uo μ=3    μ=1 um

μ=4 um u m/uo μ=4    μ=1 um

10

u m/uo μ=1 u m/uo μ=1.5 u m/uo μ=2

1

u m/uo μ=3 u m/uo μ=4

0.1 0.01

0.1

1 Tn  ( s)

10

100

1

Pág.- 18

19/Sep/2012

23:31

  μ=1 S ay Q μ=1    μ=1 S ay

Calculando R o Q:

  μ=1 Say Q μ=1.5   μ=1_5 Say

  μ=1 S ay Q μ=2    μ=2 S ay

  μ=1 S ay Q μ=3    μ=3 S ay

  μ=1 S ay Q μ=4    μ=4 S ay

10

Q μ=1 Q μ=1.5 Q μ=2 Q μ=3 Q μ=4

1 0.01

0.1

1 Tn  ( s)



10

100

1

Espectros Inelásticos de Diseño: Aplicaciones

Los conceptos de espectro inelástico desarrollados en las secciones precedentes, proveen dos aspectos de diseño estructural:

1. Diseño estructural basado en ductilidad permisible Bajo este lineamiento, las estructuras deben incluir detalles de diseño que en conjunto con la selección de los materiales, debe lograrse la capacidad de ductilidad que sea adecuada para el desplazamiento permisible. Para esto debe determinarse la resistencia de fluencia y la deformación de diseño del sistema, los cuales están en función de la ductilidad permisible y los valores conocidos del periodo y el porcentaje de amortiguamiento, el valor de la pseudo-aceleración se obtiene del espectro de diseño correspondiente. 

La resistencia de fluencia mínima necesaria para limitar el demanda de ductilidad dentro de la ductilidad permisible está dada por:



El desplazamiento pico expresado en términos de la pseudo-aceleración elástica es:



Que a su vez puede ser expresada en función de la pseudo-acelaración de fluencia:

fy =

um =

um =

S ay g



μ Q

w 2    2π  



 S a  



μ Sa

Tn

2   Tn     Sa     2π  

 Tn   = μ  Say    2π 

2

Say

Ejemplo 7 Considere un marco de un piso (un grado de libertad lateral) y determine la deformación lateral y la fuerza lateral en términos de unidades de masa para los cuales el marco debe ser diseñado bajo las siguientes condiciones: a) El sistema debe tener un comportamiento elástico lineal.  b) La ductilidad permisible es de 2.  c) La ductilidad permisible es de 4.  Considere que la estructura pertenece al grupo A y está ubicado en la zona IIIb. Pág.- 19

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T'n  0.25s

2 s ms  800  Ton m

T Q  ( 1 2 4 )

ξ  5%

Construyendo el espectro de diseño

Tn max  20s

ΔTn  0.01s

Calculando los espectros

zona 

n 

Tn max ΔTn

T_est 

 2000

i  1  n  1

Tn  0 1



Say  S' ay param zona Q T_est Tn max ΔTn

Tn

i 1

 ΔTn  Tn

i



800

Say

Say

Say

1

2

3

 cm  2 s 

1





 cm   2 s   cm  2 s 

600 1 400 1



200

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Tn

a) El sistema debe tener un comportamiento elástico lineal.

Q=R=

uo uy

=

Sa S ay

μ  1

del espectro se obtiene:

Q  1

Sa  270.84

fy/w 

b) La ductilidad permisible es de del espectro se obtiene:

cm 2 s

Say  173.49

cm

Q 

2 s

fy/w 

del espectro se obtiene:

Tn  T'n

ξ  5%

cm 2 s Sa g

 0.276

u m 



2    2π  

 0.429 cm

2   Tn      S   Q  a  2π  

 0.549 cm

2   Tn     S   Q  a  2π  

 0.79  cm

μ Q



 S a  



Tn

μ  2

Sa  270.84 

c) La ductilidad permisible es de

T'n  0.25 s

Sa Say S ay g

 1.561

 0.177

u m 

μ

μ  4

Sa  270.84 

cm 2 s

Say  124.82

cm

Q 

2 s

fy/w 

Sa Say S ay g

 2.17

 0.127

u m 

μ

Ejemplo 8 Pág.- 20

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Considere los mismos datos del problema anterior considerando un sistema con el periodo que se indica. Resuelva los incisos a, b y c. a) El sistema debe tener un comportamiento elástico lineal.

Q=R=

uo uy

=

Sa S ay

μ  1

del espectro se obtiene:

Q  1

Sa  661.95

fy/w 

b) La ductilidad permisible es de del espectro se obtiene:

cm 2 s

Say  330.97

cm

Q 

2 s

fy/w 

del espectro se obtiene:

Tn  T'n

ξ  5%

cm 2 s Sa g

 0.675

u m 

2   Tn     S   Q  a  2π  

 104.796 cm

2   Tn     S   Q  a  2π  

 104.795 cm

μ

μ  2

Sa  661.95 

c) La ductilidad permisible es de

T'n  2.5s

Sa Say S ay g

2

 0.337

u m 

μ

μ  4

Sa  661.95 

cm 2 s

Say  165.49

cm

Q 

2 s

fy/w 

Sa Say S ay g

4

 0.169

u m 

μ Q



2    2π  



 S a  



Tn

 104.798 cm

2. Diseño estructural basado en desplazamientos permisibles (Diseño por Desempeño) En este aspecto del diseño se tiene una desplazamiento permisible y en base a éste se diseña la rigidez de la estructura y se determina la ductilidad asociada. Esta función es parecida a la anterior, la diferencia es que solo calcula el espectro de diseño elástico y uno inelástico: Q debe igualarse a la ductilidad que se desea.  Esta función sirve para tantear 





Say 2 param zona Q T_est Tn max ΔTn 







Sa  Espectro diseño param zona Q T_est Tn max ΔTn 1  g







augmentS a  Espectro diseño param zona Q T_est Tn max ΔTn 2  g  

Programa para el cálculo del diagrama de interacción de una columna de concreto

 

β1 f*c 

0.85 if f* c  280

  max1.05       

kgf 2 cm f*c

1400

kgf 2 cm



0.65 otherwise

  

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Diag_intSecc rec' h b A s y f* c fy Es Z T_sal 

εy 

fy Es

for j  1  1500 c

 0.003   y  0.003  Z ε  1 y 

 

a  β1 f*c  c Cc  0.85  f* c a  b n  length( y ) for i  1  n εs  i

 c  yi     0.003  c 

fs  ε s  E s i i fs

i

if  fy  fs  fy i

fs  signfs   fy otherwise i  i Fs  fs  0.85  f* c  A s if y  a i i  i  i Fs  fs  As otherwise i i i a'  a j n

Pn  Cc  j



i 1

Fs i

 h a Mn  Cc     j  2 2

n F   h   s 2   i i  1



y

  

i



Z  Z  0.025

   1 if T_sal   Ton Ton m     a' Mn    1 otherwise Diag int  csort augment    m Ton m   



Diag int  csort augment

Pn



Mn

=1

Problema 5 - Diseño por Desempeño Considere la subestructura de un puente de concreto está formada por marcos de 3 columnas, el sistema que conforma la superestructura tiene una rigidez tal que puede considerarse infinitamente rígida, las columnas tienen sección cuadrada con una distribución la distribución de armado tal como se muestra en la figura. Es necesario diseñar el armado para las condiciones de carga permanente, variables y la rotación permisible en base de las columnas, la estructura es del grupo B y se ubica en la zona II.

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H  8.5m

h  120cm

Cpp  58.5 Ton

θ base  0.02rad

W  1200Ton

zona 

f'c  250

kgf 2 cm

T_est 

ms 



b  h

Cpp  W g

 128.331

s

2

m

 Ton

Iteración 01

Comenzaremos estimando un desplazamiento de fluencia de

u y  5cm

u m  u y  H  θ base  22 cm

μ 

um uy

 4.4

Calculando el espectro de diseño de desplazamientos: Tn  0

Tn max  20s

ΔTn  0.01s

n 

Tn max ΔTn



 2000

Say Esp  Say 2 param zona μ T_est Tn max ΔTn

i  1  n  1







u m' S ay 

Tn  0.01s 1

Tn  ΔTn  Tn i 1 i

 

for i  1  length Tn

 Tn  i u m  μ  S ay    i i  2π 

2

um 100 u m ( cm)

10

1

Tn'  2.499 s

la rigidez del sistema es:

1 2 1 u m' Say Esp   ( cm)





del espectro de lee:

 2π  k  ms    Tn' 

0.1 0.01

 811.259

Ton m

y la fuerza lateral de diseño es:

3 1 10 4 1 10 0.01

2

fy  k  u y  40.563  Ton 0.1

1

10

100

Tn

Ahora, dadas las características de la sección transversal que deben tener las columnas

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h  110cm

b  h

d  h  3.5in  101.11  cm

2 Ag  b  h  12100 cm

b  110 cm

Mu  fy  H  344.785 Ton m

Pu  Cpp  W  1258.5  Ton

Características de los materiales f'c  250

kgf

f*c  0.8 f' c  200 

2 cm

Ec  14000 f'c

kgf 2 cm

 221359.436

Características:

kgf

f'' c  0.85  f* c  170 

2 cm

fAy  4200

2 cm

kgf 2 cm

6 kgf Es  2.039  10 2 cm

FR  0.9

kgf 2 cm

Acero de refuerzo i  #8

Nlechos  6

7.1

30.402    10.134  10.134  As    10.134  10.134    30.402 

13.2 13.2 13.2 120.0

kgf

13.2 13.2 13.2

103.325     83.995   64.665  y     45.335   26.005     6.675 

As  101.34cm

2 cm

2

cm

13.2 13.0

fAy  4200 120.0



DI  Diag_intSecc rec' h b A s y f* c fAy E s 0.335 1

kgf

ε cu  0.003

2 cm

1 Pn  DI  Ton



ε y 

fAy Es

Pu  ( Ton)

1

β1 f*c  0.85

2 Mn  DI  Ton m

3000

Pn  ( Ton)

 

 0.002

Mn'  390.599 Ton m Mn'

2200

fy' 

1400

Calculando la profundidad del bloque de compresión correspondiente

 45.953  Ton



DI  Diag_intSecc rec' h b A s y f* c fAy E s 0.335 

1 600

 200 0

H

45

90

135

180

225

270

315

360

405

450

1 a  DI  m a'  61.865 cm

 1000 Mn  ( Ton m)

Calculando la sección transformada: n' 

Es Ec

1

Mu  ( Ton m)

 9.211

Calculando el 12 Ec Iag Ton desplazamiento plástico k   1785.743  3 m nuevo: H

1

4 Iag  4128539.572 cm u y 

3fy' k

 7.72  cm

u m  u y  H  θ base  24.72 cm μ 

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um uy

 3.202

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Iteración 02

Calculando el espectro de diseño de desplazamientos: Tn  0

Tn max  20s

ΔTn  0.01s

n 

Tn max ΔTn

 2000



Say Esp  Say 2 param zona μ T_est Tn max ΔTn

i  1  n  1





Tn  0.01s 1



Tn

i 1

 ΔTn  Tn

i

 

u m' S ay 

for i  1  length Tn

 Tn  i u m  μ  S ay    2  π i i 

2

um 100 u m ( cm)

10

del espectro de lee:

1

Tn'  2.977 s

la rigidez del sistema es:

1 2  1  u m' Say Esp    ( cm)

 2π    Tn' 

k  ms 

0.1 0.01

2  571.656

Ton m

y la fuerza lateral de diseño es:

3 1 10

fy  k  u y  44.132  Ton

4 1 10 0.01

0.1

1

10

100

Tn

Ahora, dadas las características de la sección transversal que deben tener las columnas h  110cm

b  h

d  h  3.5in  101.11  cm

2 Ag  b  h  12100 cm

b  110 cm

Mu  fy  H  375.118 Ton m

Pu  Cpp  W  1258.5  Ton

Características de los materiales f'c  250

kgf 2 cm

Ec  14000 f'c

Características:

f*c  0.8 f' c  200 

kgf 2 cm

 221359.436

2 cm

f'' c  0.85  f* c  170 

kgf 2 cm

13.2 13.2 13.2 13.2 13.2

kgf 2 cm

6 kgf Es  2.039  10 2 cm

FR  0.9

2 cm Nlechos  6

30.402    10.134  10.134  As    10.134  10.134    30.402 

13.2

fAy  4200

kgf

Acero de refuerzo i  #8

7.1

120.0

kgf

2 cm

103.325     83.995   64.665  y     45.335   26.005     6.675 

As  101.34cm

2

cm

13.2 13.0

fAy  4200 120.0

kgf 2 cm

ε cu  0.003

Pág.- 25

ε y 

fAy Es

 0.002

 

β1 f*c  0.85

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DI  Diag_intSecc rec' h b A s y f* c fAy E s 0.335 1

1 Pn  DI  Ton



2 Mn  DI  Ton m

3000

Mn'  390.599 Ton m fy' 

2200

Pn  ( Ton) Pu  ( Ton)

Mn' H

 45.953  Ton

 1 1400

Calculando la profundidad del bloque de compresión correspondiente

1

DI  Diag_intSecc rec' h b A s y f* c fAy E s 0.335 



600

 200 0

45

90

135

180

225

270

315

360

405

450

1 a  DI  m a'  61.865 cm

 1000 Mn  ( Ton m)

Calculando la sección transformada: n' 

Es Ec

1

Mu  ( Ton m)

 9.211

Calculando el 12 Ec Iag Ton desplazamiento plástico k   1785.743  3 m nuevo: H

1

4 Iag  4128539.572 cm u y 

3fy' k

 7.72  cm

u m  u y  H  θ base  24.72 cm μ 

Pág.- 26

um uy

 3.202

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