Aspectos teóricos y prácticos del comportamiento sísmico de uniones mixtas semirrígidas: análisis, ensayos y simulaciones

Abstract

The most important aspects of a structure when it has to be designed against seismic actions are: resistance capacity, ductility capacity and the amount of energy dissipated during the seismic excitation. The combination of steel and concrete, in composite elements, leads to an improved behaviour due to the increment in the stiffness and the resistance of the main sections, while at the same time, the ductile behaviour of composite structures is similar to the one exhibited by steel structures. In the last few years composite structures have become very popular in the building industry; however their use in seismic zones is reduced, due to the lack of knowledge about their behaviour against seismic actions. The main focus of this dissertation is to describe the behaviour of a double sided extended end plate composite joint. Several tests of full scale substructures have been performed to evaluate the main properties of this proposed joint. The data collected from the test is used to simplify the behaviour of the joint in a model of two rotational springs that is used to perform seismic simulations. Three frames of different heights and spans are analysed. For each frame and each type of slabs two pushover analysis are performed to evaluate the ultimate capacity of the frame. Incremental dynamic analyses are also performed to evaluate the seismic properties of each frame with three different accelerograms matching three types of elastic response spectra. The data from the simulations is used to evaluate the seismic behaviour, the characteristics of this type of joint when applied to moment resisting frames, and to ensure the improved behaviour of this structural typology under seismic actions.

Las principales características a tener en cuenta cuando se diseña una estructura ante esfuerzos sísmicos son: la capacidad resistente, la capacidad dúctil y la capacidad de disipar energía durante la acción sísmica. La combinación del acero con el hormigón en las estructuras mixtas, proporciona un incremento en la resistencia y rigidez de la estructura, manteniendo al mismo tiempo el buen comportamiento dúctil de las estructura de acero. En los últimos años, el uso de la estructura mixta en naves industriales ha incrementado notablemente. No obstante, su uso en zonas sísmicas es reducido, debido en gran parte a la falta conocimiento acerca del comportamiento de la estructura mixta ante las acciones sísmicas. El principal objetivo de esta tesis se centra en estudiar el comportamiento de una unión mixta semirrígida con chapa de testa doblemente extendida. Con este fin se han realizado numerosos ensayos de la unión para identificar sus propiedades principales. La información obtenida de estas simulaciones se ha utilizado para simplificar la complejidad de la unión en un modelo de dos muelles rotacionales con el que realizar diversas simulaciones sísmicas. Con este modelo se han analizado tres pórticos con diferentes alturas y diferente numero de vanos. Para cada pórtico y solución de forjado se han realizado dos análisis por pushover para evaluar la capacidad última del pórtico. También se han realizado análisis dinámicos incrementales en el dominio del tiempo con los que evaluar las propiedades sísmicas de cada pórtico. En estos análisis se han empleado tres acelerogramas artificiales obtenidos a partir de tres espectros de respuesta elástica diferentes. La información obtenida de las simulaciones ha permitido: evaluar el comportamiento sísmico de la unión, identificar los beneficios que la unión aporta al comportamiento sísmico de los pórticos diseñados con estas uniones y garantizar el buen comportamiento de esta tipología estructural ante esfuerzos sísmicos.