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 Biaxial seismic behaviour of reinforced concrete columns
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/8772

title: Biaxial seismic behaviour of reinforced concrete columns
other titles: Comportamento sísmico biaxial de pilares de betão armado
authors: Rodrigues, Hugo Filipe Pinheiro
advisors: Varum, Humberto
Arêde, António
keywords: Engenharia civil
Betão armado
Resistência sísmica
issue date: 2012
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: A análise dos efeitos dos sismos mostra que a investigação em engenharia sísmica deve dar especial atenção à avaliação da vulnerabilidade das construções existentes, frequentemente desprovidas de adequada resistência sísmica tal como acontece em edifícios de betão armado (BA) de muitas cidades em países do sul da Europa, entre os quais Portugal. Sendo os pilares elementos estruturais fundamentais na resistência sísmica dos edifícios, deve ser dada especial atenção à sua resposta sob ações cíclicas. Acresce que o sismo é um tipo de ação cujos efeitos nos edifícios exige a consideração de duas componentes horizontais, o que tem exigências mais severas nos pilares comparativamente à ação unidirecional. Assim, esta tese centra-se na avaliação da resposta estrutural de pilares de betão armado sujeitos a ações cíclicas horizontais biaxiais, em três linhas principais. Em primeiro lugar desenvolveu-se uma campanha de ensaios para o estudo do comportamento cíclico uniaxial e biaxial de pilares de betão armado com esforço axial constante. Para tal foram construídas quatro séries de pilares retangulares de betão armado (24 no total) com diferentes características geométricas e quantidades de armadura longitudinal, tendo os pilares sido ensaiados para diferentes histórias de carga. Os resultados experimentais obtidos são analisados e discutidos dando particular atenção à evolução do dano, à degradação de rigidez e resistência com o aumento das exigências de deformação, à energia dissipada, ao amortecimento viscoso equivalente; por fim é proposto um índice de dano para pilares solicitados biaxialmente. De seguida foram aplicadas diferentes estratégias de modelação não-linear para a representação do comportamento biaxial dos pilares ensaiados, considerando não-linearidade distribuída ao longo dos elementos ou concentrada nas extremidades dos mesmos. Os resultados obtidos com as várias estratégias de modelação demonstraram representar adequadamente a resposta em termos das curvas envolventes força-deslocamento, mas foram encontradas algumas dificuldades na representação da degradação de resistência e na evolução da energia dissipada. Por fim, é proposto um modelo global para a representação do comportamento não-linear em flexão de elementos de betão armado sujeitos a ações biaxiais cíclicas. Este modelo tem por base um modelo uniaxial conhecido, combinado com uma função de interação desenvolvida com base no modelo de Bouc- Wen. Esta função de interação foi calibrada com recurso a técnicas de otimização e usando resultados de uma série de análises numéricas com um modelo refinado. É ainda demonstrada a capacidade do modelo simplificado em reproduzir os resultados experimentais de ensaios biaxiais de pilares.

Recent earthquakes around the world have shown that earthquake engineering research should focus on the vulnerability assessment of existing constructions. Quite often these constructions are lacking adequate seismic resistance as in the case of several reinforced concrete buildings. Since the columns are key structural elements for the adequate seismic performance of buildings, special attention should be given to their structural response under load reversals. Moreover, earthquake effects generally require the inclusion of two horizontal component loads that are recognized to be more damaging than one-direction actions. The present thesis focuses on the assessment of the structural response of RC columns under bidirectional horizontal loads in three main streamlines. First, an experimental testing campaign was performed on 24 rectangular building columns, for different types of loading. Two specimens of each column cross-section type were uniaxially tested, one in each direction (strong and weak). All the other specimens were tested under bidirectional loading conditions for different paths. All columns were tested under constant axial loading conditions. The experimental results are presented and the global behaviour of the tested columns is discussed, particularly focusing on the damage evolution, stiffness and strength degradation associated to the increasing demands, energy dissipation and equivalent viscous damping. In this framework, one proposal is introduced for a biaxial damage index and validated against the experimental results. Subsequently, the tested columns were simulated with different non-linear modelling strategies. The studied models are classified into two categories, according to the non-linearity distribution assumed in the elements: lumpedplasticity and distributed inelasticity. The analyses show that the global envelope response is satisfactorily represented with different modelling strategies, but significant differences were found in terms of strength degradation for higher drift demands and of energy dissipation. Finally, a simplified hysteretic model is proposed for the representation of the non-linear response of reinforced concrete members subjected to biaxial bending combined with constant axial load. The proposed model corresponds to an upgrade of an existing uniaxial hysteretic model, with piecewise linear behaviour, and adopts an interaction function based on the formulation of Bouc-Wen smooth hysteretic model. The proposed biaxial model requires the same type of information as for the corresponding uniaxial one, along with a correcting term given by an interaction function which modifies the response in each uniaxial direction in order to couple the two directions’ responses. For the calibration of the proposed interaction function, optimization techniques were used in order to adjust the required parameters. The validity of the simplified model is demonstrated through the simulation of the response of reinforced concrete columns tested under biaxial loading.
description: Doutoramento em Engenharia Civil
URI: http://hdl.handle.net/10773/8772
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CIVIL - Teses de doutoramento

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