Numerical simulation of connections designed for seismic actions

Abstract

Estruturas em aço têm sido cada vez mais utilizadas em diversos tipos de aplicações. No entanto, estas demonstraram problemas quando submetidas a alguns eventos sísmicos passados, os quais provocaram elevados danos estruturais e, consequentemente, elevados custos de repação. De forma a garantir a operacionalidade dos edificios e, mais importante, a ausência de colapso na sucessão de um evento sísmico forte, uma profunda investigação está a ser feita. As mais recentes descobertas ao nível do comportamento sísmico destas estruturas estão a ser introduzidas nas regras de dimensionamento de edificios em aço situados em regiões sísmicas. Este documento tem como objectivo o estudo de um novo tipo de ligação proposta por um grupo de investigadores envolvidos num projeto europeu designado por “FREEDAM”. O principal intuito do programa é a inserção de uma nova componente dissipativa por atrito numa ligação semi-rígida viga-coluna, a qual irá permitir a dissipação da energia transferida por um evento sísmico destrutivo através do escorregamento de um adesivo, sem criar qualquer dano estrutural aos restantes componentes da ligação. O conceito de sustentabilidade está intrinsecamente associado a esta nova solução devido ao facto de nenhum elemento estrutural sofrer danos na sucessão de eventos sísmicos excepcionais. Tal é apenas possível porque o novo sistema permite o fácil acesso, reparação ou substituição do material de fricção. Adicionalmente, o grau de confiança e robustez de estruturas com este tipo de ligação poderá aumentar em zonas de elevada sismicidade. A eficiência da nova componente será avaliada com base na área e estabilidade das curvas representativas do seu comportamento histerético e com base na sua capacidade de dissipação de energia analisada isoladamente e quando implementada na ligação.

Steel structures have been widely used in different types of applications in the past years. However, some steel constructions did not have a good performance when subjected to seismic events in the past, leading to considerable damage to the buildings and the consequent significant cost of repairs. In order to guarantee that buildings remain operational or, more importantly, do not collapse after strong seismic events, extensive investigation is being carried out. The findings of recent studies are being implemented in the design regulations for steel buildings in seismic zones. The aim of this dissertation is to study a new type of connection proposed by a group of researchers involved in the European Research program named “FREEDAM”. The main goal of this program is to develop an innovative friction component within beam-to-column connections in Moment Resisting Frames (MRF), which will be able to dissipate the input energy of a destructive seismic event by means of the slippage of a damper material, without any damage to the other structural components. Additionally, the concept of sustainability is directly allied to this new solution due to the fact that no structural parts will suffer any damage during the aftermath of an earthquake. This is achievable because it is possible to easily repair or replace the friction material in the new system. Moreover, this solution also results in an increased reliability and robustness in the case of exceptional events. The efficiency of the damper material will be evaluated through the width and stability of the hysteresis loops and the energy dissipation capacity of the component alone, as well as its influence on the overall connection