ing. Ștefan Marin, ing. Dan Iancu
Rezumat
Introducere
Izolatorii seismici sunt dispozitive cu proces controlat de fabricare care se introduc în sisteme structurale pentru reducerea răspunsului seismic și creșterea performanțelor seismice.
La proiectarea sistemelor cu izolarea bazei trebuie avută în vedere variabilitatea parametrilor de răspuns a izolatorilor seismici pentru a obține valorile maxime ale parametrilor de răspuns ai structurii.
În continuarea se vor prezenta aspectele legate de variabilitatea parametrilor de proiectare ai izolatorilor de tip pendul cu frecare.
Deși procesul de fabricare al izolatorilor cu frecare este controlat, pentru proiectare producătorii furnizează de regulă o valoare nominală (țintă) și valorile extreme ale domeniului de încredere, minimă și maximă. Conform SR EN 15129 variabilitatea parametrilor de răspuns ai izolatorilor trebuie să se încadreze în domeniul ±20%.
Coeficientul de frecare al suprafeței de alunecare este influențat în principal de temperatura interfeței de mișcare, viteza de mișcare și presiunea pe suprafață de mișcare.
Pentru un nivel de presiune cvasi-constant pe suprafața de alunecare domeniul de variabilitate furnizat de producător acoperă influența temperaturii și vitezei pe suprafața de alunecare.
La aplicațiile la care apare o variație semnificativă a forței axiale variația coeficientului de frecare în funcție de presiunea pe suprafața de alunecare poate fi surprinsă doar printr-o curbă de variație μ-N.
În proiectarea unei structuri izolate la bază cu o variație semnificativă a reacțiunii verticale apare dificultatea de a introduce această variabilitate în modelul de calcul al structurii izolate la bază.
Cuvinte cheie: izolarea bazei, izolatori cu frecare, domeniu de încredere
Referințe pentru dependența frecării cu presiunea
Având în vedere că fiecare producător de izolatori seismici cu frecare are o rețetă și un proces propriu de aplicare a materialului de pe suprafața de alunecare domeniul de variație discret sau relația ce definește dependența coeficientului de frecare cu încărcarea axială trebuie furnizate de producătorul ales al izolatorilor după etapa de predimensionare a acestora.
În graficul de mai jos este reprezentat domeniul discret de variație al coeficientului de frecare funcție de forța axială la care este încărcat izolatorul. În grafic s-au reprezentat curbele extreme μmin și μmax și curba nominală pentru variația coeficientului de frecare furnizate de un producător de izolatori de tip pendul cu frecare.
Curbele de mai sus sunt generate de MAURER și au în vedere o forță axială în gruparea de încărcări de lungă durată de Nsd=14500kN.
Un alt producător de dispozitive seismice Freyssinet definește dependența coeficientului de frecare cu forța axială printr-o relație în funcție de raportul dintre forța axială din gruparea de lungă durată Nsd și forța axială efectivă.
Exemplu de curbe de variație a frecării cu presiunea, Freyssinet
Modelarea izolatorilor
În modelarea curentă a izolatorilor de tip pendul cu frecare programele de calcul comerciale permit modelarea cu elemente de tip resort combinat cu variație neliniară (depind de curbură), amortizare și posibilitatea de decuplare (elemente de tip GAP). Acest tip de modelare permite doar considerarea unui coeficient de frecare constant.
În procesul de proiectare după predimensionarea soluției cu izolatori seismici cu frecare, pe baza unui coeficient de frecare țintă cu valoarea constantă este important pentru aplicațiile cu variații semnificative ale forței verticale în izolatori ca dimensionarea finală a structurii și sistemului de izolare a bazei să aibă în vedere dependența frecării cu presiunea.
O modelare consistentă a dependenței frecării cu presiunea într-un model de calcul trebuie să poată corela valoarea coeficientului de frecare cu forța axială efectivă la timpul t pentru fiecare izolator seismic în parte.
Din reprezentările de mai sus se constată că modelarea coeficientului de frecare constant conduce la evaluarea neacoperitoare a parametrilor de răspuns ai izolatorilor și implicit ai structurii izolate la bază.
CSI Analysis Reference Manual, pg. 292
Metoda de modelare propusă
Scopul abordării de modelare a fost de a porni de la opțiunile de modelare disponibile în programele de calcul uzuale (comerciale) unde coeficientul de frecare este considerat constant și a introduce o metodă de scalare sau filtrare a forței axiale pentru a obține la orice pas de timp în izolator o forța axială scalată pentru coeficientul de frecare constant, pentru a obține seturile μ-N din curba de variație.
N(t) forța axială în izolator, variabilă în timp ca amplitudine datorită efectului de răsturnare al suprastructurii, până la valoarea 0 (desprindere).
Principiul metodei propuse constă în introducerea a 2 resoarte verticale neliniare suplimentare ”fictive”, în paralel cu resortul vertical care definește izolatorul seismic. Rolul acestor două resoarte verticale este de a degreva de încărcarea verticală izolatorul, de așa natură încât produsul dintre încărcare și coeficientul de frecare să urmărească curba de variație reală. S-au păstrat două resoarte în scopul echilibrului local.
