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An innovative isolation device for aseismic design

  • Autores: Mohamed Ismail Abdel Kareem Moustafa
  • Directores de la Tesis: José Rodellar Benedé
  • Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya ( España ) en 2009
  • Tribunal Calificador de la Tesis: Alejandro Horia Barbat Barbat (presid.), Amadeo Benavent Climent (secret.), Ningsu Luo (voc.), Fabio Casciati (voc.), Francisco López Almansa (voc.)
  • UNESCO :
    • 12 Matemáticas
      • 1206 Análisis numérico
    • 33 Ciencias tecnológicas
      • 3304 Tecnología de los ordenadores
        • 330412 Dispositivos de control
      • 3305 Tecnología de la construcción
  • Resumen
    • Basado en la idea de reducir la demanda sísmica en lugar de aumentar la capacidad resistente de las estructuras, el aislamiento sísmico es un método simple para mitigar o reducir los posibles daños producidos por los terremotos, La correcta aplicación de esta tecnología conduce a un mejor comportamiento de las estructuras, que sigue siendo esencialmente elástico durante los terremotos de gran magnitud. El núcleo de esta tecnología es el aislador. La mayoría de los aisladores sísmicos disponibles en la actualidad siguen teniendo limitaciones prácticas que impiden que funcionen según lo previsto e imponen restricciones a su uso efectivo y al nivel de protección proporcionado. En esta Tesis, se presenta un aislador sísmico avanzado llamado roll-n-cage (RNC). Se propone investigar su eficiencia a través de simulación numérica, en un intento de crear un sistema de aislamiento sísmico práctico, efectivo y económico, que tiene por objeto resolver los principales inconvenientes de los actuales sistemas de aislamiento sísmico, manteniendo sus principales ventajas. Este aislador incorpora aislamiento, disipación de energía, amortiguamiento y capacidad de fuerza recuperadora en una sola unidad. Además, ofrece una resistencia al viento significativa y una amplia gama de flexibilidad horizontal, por lo que es adecuado para proteger las estructuras de masa ligera, moderada y grande, así como para proteger equipos sensibles, hardware y / o antigüedades alojados en edificios. Por otra parte, las cuestiones relativas a la viabilidad, los costes de construcción y la disponibilidad de materiales, reducción o prevención de las respuestas de torsión y la resistencia a la elevación son abordados a fondo durante el diseño del aislador RNC. El aislador RNC propuesto es descrito en profundidad y sus principios de funcionamiento son presentados en detalle. La caracterización mecánica del dispositivo se ha llevado a cabo por medio de un código computacional sofisticado que simula la respuesta de los dispositivos como si estuvieran sujetos a una máquina de pruebas reales. A través de este esquema, se consigue analizar numéricamente el comportamiento del aislador RNC bajo el efecto simultáneo de cargas horizontales y verticales, como se da típicamente en situaciones prácticas. Además, se presenta una descripción matemática de las principales características asociadas a la rodadura de los aisladores RNC. Asimismo se obtiene un modelo matemático para describir en una forma razonable y manejable la relación fuerza desplazamiento exhibida por el aislador de RNC. Para evaluar la viabilidad del aislador RNC y para comprobar su capacidad para proteger los sistemas estructurales y no estructurales de los riesgos sísmicos, el dispositivo se implementa numéricamente en una variedad de estructuras con masas ligeras y grandes, además de en equipos sensibles alojados en los pisos superiores de dichas estructuras. Para extraer conclusiones de carácter relativamente general sobre el funcionamiento del aislador RNC, se estudia una amplia gama de terremotos y de características y propiedades de los aisladores y de las estructuras. Los resultados numéricos revelan que el aislador RNC propuesto puede reducir la respuesta sísmica frente a un amplio rango de excitaciones sísmicas, mientras que exhibe un rendimiento robusto para una gran variedad de estructuras. La Tesis incluye como apéndice un estudio en profundidad sobre el modelo de histéresis de Bouc-Wen. El estudio contiene una revisión de los primeros y últimos avances y aplicaciones de este modelo, que es ampliamente utilizado en la descripción de fenómenos de histéresis en las estructuras.


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