AISLADORES FPS Primera y Segunda Generación

AISLADORES FPS DE LA PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN CEINCI-LAB

CON Dr. Roberto Aguiar Centro de Investigaciones Científicas, CEINCI Universidad de Fuerzas Armadas, ESPE [email protected]

AISLADORES FPS DE PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN

COMPARACIÓN DE AISLADORES DE PRIMERA Y TERCERA GENERACIÓN

q1+q2 q1

1

2

q2

AISLADOR FPS DE TERCERA GENERACIÓN

TEMARIO •

Determinación del coeficiente de fricción

•

Aisladores FPS de la Primera Generación: –

– –

•

Modelo Constitutivo

Análisis Sísmico con piso rígido. Determinación del espesor de la placa

Aisladores FPS de la Segunda Generación – – –

Deducción del factor de amortiguamiento efectivo Análisis con piso rígido. Determinación del espesor de la placa

AISLADORES FPS DE LA PRIMERA GENERACIÓN

COEFICIENTE DE FRICCIÓN VALOR INFERIOR

0.122 0.01 P 0.015

3C

VALOR SUPERIOR

1C

1.2

m ax

1KSI

1

3C 2

m ax 3

6.9 M Pa

4

( KSI )

COEFICIENTE DE FRICCIÓN

PTFE POLITETRAFLUORO ETILENO (TEFLÓN)

COEFICIENTE DE FRICCIÓN

Estructura

Deslizador

Sello

Supercie cóncava de acero inoxidable

Retenedor Material del apoyo (PTFE)

RESULTADOS PARA UN AISLADOR FPS DE SEGUNDA GENERACIÓN

RESULTADOS PARA UN AISLADOR FPS DE SEGUNDA GENERACIÓN

CAPÍTULO 8 “DISEÑO DE AISLADOR ELASTOMÉRICO”

A

B

3 0/40

30 /4 0

3 0/40

3 0/40

30 /4 0

3 0/40

30 /4 0

D

C

1

3 0/40

2

30/40

3

30 /4 0

30/40

4

3 0/40

45/45 45/45

2,7m

45/45

45/45

45/45

45/45 45/45

30 /4 0

2,7m

45/45

30/40

45/45

45/45

3 0/40

45/45

A

30 /4 0

45/45

30/40

45/45

30/50

A

3 0/40

45/45

4 5 /4 5

4m

45/45

45/ 45 30/ 40

30 /5 0

A

4m

45/45

2,7m

A

45/45

4 5 /4 5 3 0 /4 0

4 5 /4 5 3 0 /4 0

1

3 0/50

4m 4m

4m

4m

4m

30/ 40

30/ 40

4 5 /4 5

45/ 45 30/ 40

4m

3 0 /4 0

30/ 40

3 0 /4 0

4 5 /4 5 3 0 /4 0

30/ 40

4 5 /4 5 3 0 /4 0

3 0 /4 0

2

3 0 /4 0

CM 4 5 /4 5

45/ 45 30/ 40

4m

30/ 40

4 5 /4 5 3 0 /4 0

30/ 40

4 5 /4 5

3 0 /4 0

45/ 45 30/ 40

4m

4 5 /4 5 3 0 /4 0

3 0 /4 0

4 5 /4 5 3 0 /4 0

4m

3

4 5 /4 5 3 0 /4 0

4m

4

CÁLCULO DEL LÍMITE INFERIÓR DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN

CÁLCULO DEL VALOR SUPERIOR DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN

TEMARIO •


•


– –

•

Modelo Constitutivo Análisis Sísmico con piso rígido. Determinación del espesor de la placa



MODELO CONSTIRUTIVO DEL AISLADOR FPS DE PRIMERA GENERACIÓN

F W

Ff

Ref

Kef

q

2Ff

Kef*q

FACTOR DE AMORTIGUAMIENTO

F W

Ff

Ref

2Ff

Kef*q

ED q

ED eq

4 EL 2

eq

q R

CEINCI-LAB PARA AISLADORES FPS DE PRIMERA GENERACIÓN. SOLO SISTEMA DE AISLACIÓN

ESPECTROS DE NEC-11

ZONIFICACIÓN SÍSMICA DEL ECUADOR

ESPECTROS DE DISEÑO ELÁSTICO NEC-11 Espectro de Aceleración 12

Sa( g )

z Fa 1

Sa( g )

z Fa

10

1

Sa( g ) r

1 1.8

2

zF

a

T

T0

T0 Tc

n 8 ió c a r6 le e c 4 A

T

T r

1.5

2.48 Sierra

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Periodo

T0

0.1 F s

Tc

0.55F s

Tc D, E

2.6

0 0

T

r

T

A, B , C

T0

Fd Fa Fd Fa

Tc

ESPECTRO DE DESPLAZAMIENTOS DEL NEC-11 ESPECTRO DESPLAZAMIENTO 800  = 0.38 ∗  ∗  ∗  

700 S L 600 A G E 500 N O T N E I 400 M A Z 300 A L P S 200 E D

 = 0. 38 ∗  ∗  ∗ 

 = 0.38∗  ∗  ∗ 

100

 = 0.38 ∗  ∗  ∗ 

0

2

2



∗ 0.4 + 0.6 ∗



01234

PERIODO EN SEGUNDOS

T

Sd

0.38 z F a T 2 0.4 0.6

Sd

0.38 z F a T 2

T0

T

Tc

Sd

0.38 z F d T

Tc

T

Tl

Sd

0.38 z F d Tl

T0

0.1 F s

Fd Fa

T

T0

T0

T Tc

0.55 F s

Fd Fa

Tl

Tl

2.4 F d

ESPECTROS DE ERN-12

FACTORES DE SITIO ENCONTRADOS POR ERN Espectro de Aceleración 12 10 8n ó ic a l e 4cA

6re

2 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Periodo

Z = 0.4

r=1

n = 2.48

FACTORES DE DIRECTIVIDAD DEL CENTRO NORTE Y NORTE

ANÁLISIS CON VALOR INFERIOR DE µ = 0.10

Reporte para 1 aislador Para T = 2 seg

ANÁLISIS CON VALOR SUPERIOR DE µ = 0.20

TEMARIO •


•


– –

•

Modelo Constitutivo




ANÁLISIS EN COORDEN ADAS DE PISO

8 4 12

7 3

11 6 2 10 5 1 9

Dr. Roberto Aguiar

MODELO DE ELEMENTO CORTO

Dr. Roberto Aguiar

MATRIZ DE PASO DE COORDENADAS LOCALES A COORDENADAS GLOBALES

Dr. Roberto Aguiar

CINEMÁTICA us  q4  q6 l j ui  q1  q3 li u  u s  ui u  q4  q6 l j  q1  q3 li v  q2  q5

q q  l j  q  0  q q  q

1

u   1 0 v      0  1

li 0

1

0 0

2

3

1

4

5

6

        

Almazán J. L. (2001), Torsión accidental y natural en estructuras aisladas con el sistema de péndulo de fricción, Tesis Doctoral. Universidad Católica de Santiago de Chile.

Dr. Roberto Aguiar

MATRIZ DE RIGIDEZ DEL ELEMENTO

k0 k

kh

0

0

kv

kh

kd

o

kh

k eff

t

T k T 0

MATRIZ DE RIGIDEZ DE LA ESTRUCTURA kaislador

Aguiar R., (2013), Microzonificación sísmica de Quito,Universidad de Fuerzas Armadas ESPE, Quito

Dr. Roberto Aguiar

PROGRAMA kaislador [KELAS]=kaisladores(ngl,nais,Ko,T,VCAIS) ngl nais Ko T VCAIS

• • • • •

Número de grados de libertad Número de aisladores Matriz con las matrices de rigidez de cada aislador en diagonal Matriz de paso de coordenadas locales a globales Vector de colocación de elementos aislador

(1 )

k0

( 2)

k0

k0

( 3)

k0

... (i )

(i )

k0

kh

(i ) kv

PROGRAMA kaislador REALIZA TAMBIÉN ENSAMBLAJE

ia.espe.edu.ec

Dr. Roberto Aguiar

Examen del 17 de septiembre de 2013 1.- Determinar el desplazamiento vertical en voladizo. 2.- Determinar las fuerzas en el aislador kh=40 T/m; kv= 40000 T/m. h=0.30 m. Datos de aislador E= 2400000 T/m2. Módulo de elasticidad del Hormigón. Considerar que los elementos son totalmente flexibles.

Dr. Roberto Aguiar

SOLUCIÓN DEL EXAMEN

Dr. Roberto Aguiar

RESULTADOS

Dr. Roberto Aguiar

Examen del 29 de octubre de 2013 La siguiente estructura de dos pisos, tiene aisladores elastoméricos sobre la cimentación. Todas las columnas son iguales y son de 40/40 cm.; lo propio las vigas de los 2 pisos que son de 30/30 cm. ; las vigas del sistema de aislación son de 40/40 cm. El módulo de elasticidad del hormigón es 2400000 T/m2. La rigidez efectiva de uno de los aisladores vale 40 T/m; la rigidez vertical de un aislador es 40000 T/m. La altura de un aislador es 20 cm. La carga muerta Wd = 0.8 T/m2, igual en todos los pisos y la carga viva Wl=0.2 T/m2. Se pide presentar: 1. Matriz de rigidez lateral de un pórtico 2.- Matriz de rigidez en coordenadas de piso. 3.- Matriz de Masas en coordenadas de piso. 4.- Períodos y modos de vibración.

Tiempo de duración: 60 minutos. Utilice los programas de CEINCI-LAB

Dr. Roberto Aguiar

Dr. Roberto Aguiar

Dr. Roberto Aguiar

MATRIZ DE RIGIDEZ LATERAL (Igual para todos los pórticos)

Dr. Roberto Aguiar

Dr. Roberto Aguiar

MATRIZ DE RIGIDEZ EN COORDENADAS DE PISO

Dr. Roberto Aguiar

Dr. Roberto Aguiar

MATRIZ DE MASAS

PERÍODOS DE VIBRACIÓN

Dr. Roberto Aguiar

MODOS DE VIBRACIÓN

Dr. Roberto Aguiar

Ejercicio Si la estructura del examen se encuentra ubicada en la ciudad de Quito, en un sector donde los factores de sitio son: Fa = 1.155; Fd=0.575; Fs=1.790. Por otra parte el coeficiente de amortiguamiento efectivo del sistema de aislación es 0.1012. Si se considera un valor de R = 2 para la superestructura. Se pide: 1.- Presentar el espectro reducido por R y por B. 2.- Presentar los desplazamientos máximos modales en coordenadas de piso. 3.- Presentar las fuerzas máximas modales en coordenadas de piso.

Dr. Roberto Aguiar

ACELERACIONES ESPECTRALES

Dr. Roberto Aguiar

DESPLAZAMIENTOS ELÁSTICOS Y FUERZAS EN CENTRO DE MASAS

MATRIZ DE RIGIDEZ LATERAL PARA SISMODE CON µ = 0.10

MATRIZ DE RIGIDEZ EN COORDENADAS DE PISO PARA SISMO DE

MATRIZ DE MASAS

ANÁLISIS SÍSMICO EN COORDENADAS DE PISO PARA SISMODE CON µ = 0,10

ANÁLISIS PARA SISMO MCE CON µ = 0.10

MATRIZ DE RIGIDEZ EN COORDENADAS DE PISO PARA SISMO MCE

ANÁLISIS SÍSMICO EN COORDENADAS DE PISO PARA SISMOMCE CON µ = 0.10

TEMARIO •


•


–

Modelo Constitutivo

Análisis Sísmico con piso rígido.

Determinación del espesor de la placa Aisladores FPS de la Segunda Generación –

•

– – –


ESPESOR DE LA PLACA EN EL CENTRO

4 Pu

b1

fb b1

r

b

2

M Usim fb c

fb

1.7 0.65

r

2 '

c

2

fc

fb

b1 b

1

r

2

3

CALCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA

4Mu

t

b b

0.9

fy

CÁLCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA DE UN AISLADOR DESPLAZADO

DISEÑO DEL ESPESOR DE PLACAS DEL AISLADOR CARGA VERTICA CON µ = 0,10

SIMILARES RESULTADOS PARA SISMO DE Y MCE

DISEÑO DEL ESPESOR DE PLACAS DEL AISLADOR CARGA VERTICA MÁS SISMO CON µ = 0,10

CALCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA CONµ = 0,10

3.81 cm

14.6 cm

SOLO CON SISMO DE

3.81 cm 18cm

20cm

18 cm

56 cm

Péndulo de Primera Generación Espesor mínimo de placa 1.5 pulgadas. Espaciamiento mínimo entre placa y placa 1/8 De pulgada

DIMENSIONES DE UN A ISLADOR DE LA PRIMERA GENERACIÓN CON CONCAVIDAD ABAJO CON µ = 0,10 3.81 cm 14.6 cm

SISMO DE

3.81 cm 18cm

20cm

18 cm

56 cm

Péndulo de Primera Generación 3.81 cm 14.6 cm

SISMO MCE 3.81 cm 30cm

20cm

30 cm

80 cm

Péndulo de Primera Generación

ANÁLISIS CON µ = 0,20

PARA SISMO DE

PARA SISMO MCE

ANÁLISIS PARA SISMO DE DISEÑO DE CON µ = 0,20

8 4 12

7

3

11 6

2 10 5 1 9

ANÁLISIS PARA SISMO MCE CON µ = 0,20

DISEÑO DEL ESPESOR DE LA PLACA CON µ = 0,20

RESULTADOS CON µ = 0,20 3.81 cm 14.6 cm 3.81 cm 25cm

20cm

25 cm

70 cm

Péndulo de Primera Generación RESULTADOS CONµ = 0,10 3.81 cm 14.6 cm 3.81 cm 30cm

20cm

30 cm

80 cm


TEMARIO •


•


–

–

•

Modelo Constitutivo Análisis Sísmico con piso rígido. Determinación del espesor de la placa

Aisladores FPS de la Segunda Generación –

Deducción del factor de amortiguamiento efectivo

–

Análisis con piso rígido.

–

Determinación del espesor de la placa

AISLADORES FPS DE LA SEGUNDA GENERACIÓN R2= 100 cm

3.6 cm 30 cm

30 cm

3.2 cm

R1 = 100 cm

20 cm

Péndulo de Segunda Generación

DIAGRAMA DE HISTÉRESIS DE AISLADORES DE LA SEGUNDA GENERACIÓN RGIMEN I

F W

Ff

2Ff

Ref1 1

Kef

1

q

1

Kef *q 1

DIAGRAMA DE HISTÉRESIS DE AISLADORES DE LA SEGUNDA GENERACIÓN

F 2Ff 1 2Ff2 W

(Kef1+Kef2)*q

Ref1+Ref2

Ff2

W

Ref1

ueW Ff1 Kef1+Kef2 u*

2u*

q

DIAGRAMA DE HISTÉRESIS DE AISLADORES DE LA SEGUNDA GENERACIÓN ENERGÍA DISIPADA F 2Ff 1 2Ff2 W

Ref1+Ref2

Ff2

W

Ref1

ueW Ff1

ED

u*

2u*

q

DIAGRAMA DE HISTÉRESIS DE AISLADORES DE LA SEGUNDA GENERACIÓN ENERGÍA ELÁSTICA F 2Ff1 2Ff 2 W

(Kef1+Kef2)*q

Ref 1+Ref2 W

ue W F f1

Ff 2

ED Kef1+Kef2 u*

Ref1

2u*

q

DIAGRAMA DE HISTÉRESIS DE AISLADORES DE LA SEGUNDA GENERACIÓN FACTOR DE AMORTIGUAMIENTO EFECTIVO

SOLO SISTEMA DE AISLACIÓN, ANÁLISIS CON CON µ = 0.10

PRIMERA GENERACIÓN

SEGUNDA GENERACIÓN q1+q2 q1

1

2

q2

SOLO SISTEMA DE AISLACIÓN, ANÁLISIS CON CON µ = 0.20

PRIMERA GENERACIÓN


1

2

q2

TEMARIO • •

Determinación del coeficiente de fricción Aisladores FPS de la Primera Generación: –

– –

•

Modelo Constitutivo


Aisladores FPS de la Segunda Generación –

Deducción del factor de amortiguamiento efectivo Análisis con piso rígido.

–

Determinación del espesor de la placa

–


PRIMERA GENERACIÓN

SEGUNDA GENERACIÓN


PRIMERA GENERACIÓN

SEGUNDA GENERACIÓN

ANÁLISIS PARA SISMO DE CON µ = 0.10 PRIMERA GENERACIÓN

8 4 12 7

3

11 6

2 10

SEGUNDA GENERACIÓN

5 1 9

ANÁLISIS PARA SISMO DE CON µ = 0.20 PRIMERA GENERACIÓN

8 4 12 7

3

11 6

2 10

SEGUNDA GENERACIÓN

5 1 9

ANÁLISIS PARA SISMO MCE CON µ = 0.10 PRIMERA GENERACIÓN

SEGUNDA GENERACIÓN


SEGUNDA GENERACIÓN


8 4 12

7 3

11 6 2 10 5 1 9


1

2

q2


8 4 12

7 3

11 6 2 10 5 1 9


1

2

q2

DISEÑO DEL ESPESOR DE LA PLACA CON µ = 0.20

RESUMEN DE DISEÑO DE AISLADOR DE SEGUNDA GENERACIÓN 3.6 cm

DISEÑO CON µ = 0.20

3.2 cm 3.81 cm 11.20cm

20cm

11.20cm

42.40 cm

Péndulo de Segunda Generación 3.6 cm

DISEÑO CON µ = 0.10

3.2 cm 3.81 cm 12.5cm

20cm

12.5cm

45 cm


DISEÑO FINAL DE AISLADORES DE PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN 3.81 cm 14.6 cm

PRIMERA GENERACIÓN

3.81 cm 30cm

20cm

30 cm

80 cm


3.6 cm

SEGUNDA GENERACIÓN

3.2 cm 3.81 cm 12.5cm

20cm

12.5cm

45 cm


A LOS ORGANIZADORES GRACIAS POR LA INVITACIÓN Y A UDS. POR SU ATENCIÓN

ia.espe.edu.ec frp.espe.edu.ec estructuras. espe.edu.ec

AISLADORES FPS Primera y Segunda Generación

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