Seismic retrofit of vulnerable buildings in Spain with hysteretic energy dissipators

Abstract

In Spain, there are numerous vulnerable buildings, such as reinforced concrete frames with waffle slabs or wide beams. The use of hysteretic energy dissipators for seismic protection of wide-beam buildings is proposed. This study focusses in 3 and 6-story representative buildings; each building is designed for no, moderate and mid seismicity (design PGA 0.0 g, 0.12 g and 0.23 g, respectively). The mechanical parameters of the dissipators are selected from two approaches: an algorithm aiming to obtain uniform cumulated plastic ductility along the height of the building and a simpler approach where the yielding forces of each dissipative device are chosen proportional to those induced by the equivalent static forces in the Spanish design code. The suitability of the proposed solutions is assessed through dynamic analyses for representative seismic records; the performance criteria are the reduction of the interstory drift, of the base shear, of the absolute accelerations, and of the cumulated plastic displacements in the structure and in the dissipators. Three cases are compared: bare frame (building without any bracing), protected frame (building with dissipators) and braced frame (building with rigid connections instead of dissipators). This research belongs to a wider initiative that includes testing and practical applications.En España existen numerosos edificios vulnerables, como los de pórticos de hormigón armado con losas reticulares y con vigas planas. Se propone el uso de disipadores de energía histeréticos para protección sismorresistente de edificios de vigas planas. El estudio se centra en edificios representativos de tres y seis plantas; cada edificio se proyecta para sismicidad nula, moderada y media (aceleración de proyecto 0,0 g, 0,12 g y 0,23 g, respectivamente). Los parámetros mecánicos de los disipadores se eligen según dos formulaciones: un algoritmo orientado a lograr en éstos la mayor uniformidad posible, a lo largo de la altura del edificio, de la ductilidad plástica acumulada y un procedimiento más sencillo en que las fuerzas de plastificación de cada disipador es proporcional a las fuerza generada en este dispositivo por las fuerzas estáticas equivalentes según la normativa española. El rendimiento de las soluciones propuestas se evalúa, a partir de cálculos dinámicos para registros sísmicos representativos, en términos de reducción de los desplazamientos máximos entre plantas, de la fuerza de interacción entre la estructura y el terreno, de las aceleraciones absolutas en las plantas y de los desplazamientos plásticos acumulados en la estructura y en los disipadores. Para ello se comparan tres alternativas: edificios sin proteger, edificios protegidos con disipadores y edificios con arriostramientos rígidos. Esta investigación forma parte de un proyecto más amplio, que incluye ensayos experimentales e iniciativas para la aplicación de los resultados obtenidos.