Análise do comportamento dinâmico de uma plataforma sísmica e de um pórtico em betão armado e a sua evolução com o dano acumulado

Trabalho de Dissertação de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Este trabalho tem como objetivos a caracterização e análise do comportamento dinâmico da plataforma sísmica triaxial do LNEC e da evolução das propriedades dinâmicas de um pórtico em betão armado com o dano acumulado em sucessivos ensaios dinâmicos. Para esse fim foram analisadas as leituras da instrumentação utilizada em ensaios realizados na referida plataforma sísmica e foram desenvolvidos modelos analíticos e numéricos , com recurso ao método dos elementos finitos, da mesa sísmica e do sistema completo mesa-pórtico. A plataforma sísmica foi caracterizada com base em ensaios de identificação dinâmica utilizando sinais de entrada de acelerações com conteúdo em frequência de banda larga, do tipo “ruído branco”, e as acelerações resultantes medidas em vários ponto s da mesa sísmica. O pórtico ensaiado é constituído por dois vãos e dois pisos, com uma escala reduzida de 1:1,5, sendo os pilares na base ligados por uma viga de fundação fixa à plataforma sísmica. Sendo representativo da parte inferior de um edifício de 4 pisos, foi aplicado a cada pilar um préesforço não aderente com o objetivo de simular de forma realista a correspondente carga vertical. Foram ainda adicionadas massas concentradas a meio-vão das vigas. O ensaio sísmico do pórtico decorreu com a aplicação sucessiva de movimentos sísmicos de intensidade crescente, intercalados com ensaios de caracterização dinâmica à base de respostas impulsivas. Estes permitiram a determinação das características modais do pórtico (modos e frequências naturais e respetivos coeficientes de amortecimento) e a sua evolução desde o estado inicial até ao estado de colapso iminente. Finalmente, os resultados experimentais foram confrontados com os re sultados dos modelos numéricos para uma análise aproximada da subestruturação dinâmica do sistema completo nas suas componentes principais.

Abstract: The goals of this work are the characterization and analysis of the dynamic behavior of the triaxial shake table at LNEC and the evolution of the dynamic properties of a reinforced concrete (RC) frame due to accumulated damage from successive dynamic tests. To do s o, this work took into account the experimental results obtained in previous tests conducted on the triaxial shake table. Simultaneously, numerical and analytical models of the shake table and of the complete shake table frame system were developed. The shake table was characterized through dynamic identification tests using broadband random accelerations as input signal, similar to a “white noise”, and the resulting measured accelerations at several points of the shake table. The RC frame is a 1:1,5 ratio scaled model, composed of two spans and two stories. The bases of the columns are connected between them through tie -beams, which are attached to the shake table. The RC frame represents the lower substructure from a four -story building. Therefore, in order to simulate the vertical loads in a realistic way, each column is pre stressed with nonadherent pre-stressing bars; moreover, concentrated masses were added to the beams. The seismic tests on the RC frame were conducted with successive seismic motio ns of increasing amplitude. Between each seismic test, dynamic identification tests using impulsive motions were made. These allowed the computation of the RC frame dynamic properties (natural frequencies, mode shapes and the corresponding damping coeffici ents) and their evolution from the initial state to the state of near-collapse. Finally, a simplified dynamic substructuring analysis was performed. The response of a numerical model of the complete system was compared to the experimental results with reasonable accuracy.