Autor(es):
Rodrigues, Hugo Filipe Pinheiro 
Data: 2012
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/8772
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia civil; Betão armado; Resistência sísmica
Descrição
A análise dos efeitos dos sismos mostra que a investigação em engenharia
sísmica deve dar especial atenção à avaliação da vulnerabilidade das
construções existentes, frequentemente desprovidas de adequada resistência
sísmica tal como acontece em edifícios de betão armado (BA) de muitas
cidades em países do sul da Europa, entre os quais Portugal. Sendo os pilares
elementos estruturais fundamentais na resistência sísmica dos edifícios, deve
ser dada especial atenção à sua resposta sob ações cíclicas. Acresce que o
sismo é um tipo de ação cujos efeitos nos edifícios exige a consideração de
duas componentes horizontais, o que tem exigências mais severas nos pilares
comparativamente à ação unidirecional.
Assim, esta tese centra-se na avaliação da resposta estrutural de pilares de
betão armado sujeitos a ações cíclicas horizontais biaxiais, em três linhas
principais.
Em primeiro lugar desenvolveu-se uma campanha de ensaios para o estudo
do comportamento cíclico uniaxial e biaxial de pilares de betão armado com
esforço axial constante. Para tal foram construídas quatro séries de pilares
retangulares de betão armado (24 no total) com diferentes características
geométricas e quantidades de armadura longitudinal, tendo os pilares sido
ensaiados para diferentes histórias de carga. Os resultados experimentais
obtidos são analisados e discutidos dando particular atenção à evolução do
dano, à degradação de rigidez e resistência com o aumento das exigências de
deformação, à energia dissipada, ao amortecimento viscoso equivalente; por
fim é proposto um índice de dano para pilares solicitados biaxialmente.
De seguida foram aplicadas diferentes estratégias de modelação não-linear
para a representação do comportamento biaxial dos pilares ensaiados,
considerando não-linearidade distribuída ao longo dos elementos ou
concentrada nas extremidades dos mesmos. Os resultados obtidos com as
várias estratégias de modelação demonstraram representar adequadamente a
resposta em termos das curvas envolventes força-deslocamento, mas foram
encontradas algumas dificuldades na representação da degradação de
resistência e na evolução da energia dissipada.
Por fim, é proposto um modelo global para a representação do comportamento
não-linear em flexão de elementos de betão armado sujeitos a ações biaxiais
cíclicas. Este modelo tem por base um modelo uniaxial conhecido, combinado
com uma função de interação desenvolvida com base no modelo de Bouc-
Wen. Esta função de interação foi calibrada com recurso a técnicas de
otimização e usando resultados de uma série de análises numéricas com um
modelo refinado. É ainda demonstrada a capacidade do modelo simplificado
em reproduzir os resultados experimentais de ensaios biaxiais de pilares. Recent earthquakes around the world have shown that earthquake engineering
research should focus on the vulnerability assessment of existing
constructions. Quite often these constructions are lacking adequate seismic
resistance as in the case of several reinforced concrete buildings.
Since the columns are key structural elements for the adequate seismic
performance of buildings, special attention should be given to their structural
response under load reversals. Moreover, earthquake effects generally require
the inclusion of two horizontal component loads that are recognized to be more
damaging than one-direction actions.
The present thesis focuses on the assessment of the structural response of RC
columns under bidirectional horizontal loads in three main streamlines.
First, an experimental testing campaign was performed on 24 rectangular
building columns, for different types of loading. Two specimens of each column
cross-section type were uniaxially tested, one in each direction (strong and
weak). All the other specimens were tested under bidirectional loading
conditions for different paths. All columns were tested under constant axial
loading conditions. The experimental results are presented and the global
behaviour of the tested columns is discussed, particularly focusing on the
damage evolution, stiffness and strength degradation associated to the
increasing demands, energy dissipation and equivalent viscous damping. In
this framework, one proposal is introduced for a biaxial damage index and
validated against the experimental results.
Subsequently, the tested columns were simulated with different non-linear
modelling strategies. The studied models are classified into two categories,
according to the non-linearity distribution assumed in the elements: lumpedplasticity
and distributed inelasticity. The analyses show that the global
envelope response is satisfactorily represented with different modelling
strategies, but significant differences were found in terms of strength
degradation for higher drift demands and of energy dissipation.
Finally, a simplified hysteretic model is proposed for the representation of the
non-linear response of reinforced concrete members subjected to biaxial
bending combined with constant axial load. The proposed model corresponds
to an upgrade of an existing uniaxial hysteretic model, with piecewise linear
behaviour, and adopts an interaction function based on the formulation of
Bouc-Wen smooth hysteretic model. The proposed biaxial model requires the
same type of information as for the corresponding uniaxial one, along with a
correcting term given by an interaction function which modifies the response in
each uniaxial direction in order to couple the two directions’ responses. For the
calibration of the proposed interaction function, optimization techniques were
used in order to adjust the required parameters. The validity of the simplified
model is demonstrated through the simulation of the response of reinforced
concrete columns tested under biaxial loading. Doutoramento em Engenharia Civil
