Nonlinear dynamic analysis of steel buildings subjected to earthquakes

• Autores: F. Núñez, D. Ruiz, J Cortés
• Localización: Revista ingeniería de construcción, ISSN-e 0718-5073, Vol. 36, Nº. 2, 2021, págs. 173-196
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análisis dinámico no lineal de edificios de acero sometidos a sismos
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    Resumen: Los métodos de análisis dinámico no lineal generalmente proporcionan modelos más ajustados de la respuesta estructural para fuertes movimientos sísmicos. Por ello, se realizó una evaluación sísmica no lineal dinámica de seis edificaciones: dos de 5, dos de 12 y dos de 20 pisos de altura y con una planta regular. El sistema estructural de los edificios fue diseñado de acuerdo a la NSR-10 (norma sismo resistente colombiana) y con la microzonificación sísmica de Bogotá. Los seis edificios fueron analizados utilizando metodologías no lineales y sometidos a los movimientos sísmicos de dos terremotos: el terremoto de Quetame de 2008 y el terremoto de Mesa de los Santos de 2015, ambos registrados en Bogotá DC por el RAB (red de acelerómetros de Bogotá). Utilizando el módulo no lineal de un software de elementos finitos y siguiendo las pautas de FEMA 356, se evaluó la respuesta de los edificios a 81 señales sísmicas del terremoto de Mesa de los Santos y 78 del terremoto de Quetame. Las señales incluían tres movimientos de tierra perpendiculares correspondientes a las direcciones norte-sur, este-oeste y vertical. Con los resultados del análisis dinámico no lineal, se evaluaron las rótulas plásticas no lineales de los elementos estructurales de las edificaciones para los dos sismos analizados. Con base en los resultados, se construyeron mapas para mostrar las derivas (distorsiones de entrepiso) en la dirección Y, las derivas en la dirección X y las derivas totales. Asimismo, se verificaron las conexiones en el primer piso, un piso intermedio y el último piso de los edificios analizados. Los resultados sugieren que los edificios de acero tienen un mejor desempeño estructural en comparación con los edificios de concreto reforzado que también fueron analizados (análisis no lineal) con terremotos reales (en suelos blandos de Bogotá) en investigaciones anteriores.

  • English

    Abstract: Non-linear dynamic analyses methods generally provide a more adjusted modeling of the structural response for strong seismic events. Such a dynamic seismic non-linear evaluation took place for six buildings: two 5 story-height, two 12 story-height and two 20 story-high and with a regular configuration. The structural systems of the buildings complied to the NSR-10 (Colombian earthquake resistant standard) and with the seismic microzoning of Bogotá. The analysis done to the previous structures used non-linear methodologies along with two time- histories corresponding to two well recorded earthquakes: Quetame earthquake circa 2008 and the Mesa de los Santos earthquake circa 2015. Said events characterized by records at Bogotá D.C. by the RAB (network of accelerometers of Bogotá). A structural evaluation using the nonlinear approach of a finite element software and following the FEMA 356 guidelines, the structural response to 81 seismic signals from the Mesa de los Santos earthquake and 78 from the Quetame earthquake helped in understanding the simulated behavior. Said signals included three perpendicular ground movements corresponding to the north-south, east-west and vertical directions. With the results of the non-linear dynamic analysis, plastic hinges helped in understanding the nonlinear structural response when the earthquakes hit separately. Based on the results, sway maps showing the results in the Y and X directions, clustered the most affected areas of the city. At the same time, a thorough analysis of moment connections at the first floor, at an intermediate floor and at the last floor of the buildings showed the capacity of the original design. The results suggest that steel buildings have a better structural performance when compared with reinforced concrete buildings that were also analyzed (nonlinear analysis) with real earthquake (in soft soils) in previous investigations.