Normativ MP 036/2004

Prezentul ghid stabileste prevederile generale de alcatuire si de calcul referitoare la sistemele de protectie seismica pasiva a cladirilor autoadaptabile la solicitari seismice (cladiri cu autoacordare).

Prevederile ghidului se aplica in principal la constructii de locuinte, social-culturale si industriale realizate cu structuri in cadre de beton armat sau metalice.

Prevederile se refera cu precadere la constructii noi; cu titlu informativ, ele pot fi utilizate ca elemente de referinta in proiectarea unor consolidari ale cladirilor afectate de cutremure, atunci cand conceptia initiala a acestora nu intra in contradictie cu principiile de baza ale prezentului ghid.

Respectarea masurilor constructive prevazute de prezentul ghid nu anuleaza obligatia proiectantului de a verifica prin calcule ingineresti rezistenta, stabilitatea si rigiditatea elementelor structurale propuse.

1.2.1 Structurile in cadre sunt cele la care incarcarile verticale si orizontale sunt preluate si transmise fundatiilor (sau infrastructurii) in totalitate printr-un sistem spatial de stalpi si grinzi.

1.2.2 Sisteme de protectie seismica pasiva sunt sisteme structurale proiectate astfel incat sa se obtina o micsorare semnificativa a incarcarilor dinamice prin modificarea caracteristicilor dinamice ale sistemului in procesul actiunii seismice, in limitele reglabile prevazute initial.

1.2.3 Legaturi care ies din lucru - elemente constructive de rezerva, care se decupleaza din sistemul structural atunci cand se depaseste un anumit nivel de solicitare structurala, nivel prestabilit in procesul de proiectare.

1.2.4 Cadrele cu contravantuiri excentrice - un sistem structural in care eforturile din structura sunt absorbite sub forma de forta taietoare sau moment incovoietor, prin intermediul unor segmente scurte de grinda denumite linkuri active.

1.3.1 Sisteme de legaturi care ies din lucru:

- panouri - legaturi rigide: panouri fixate de fundatiile stalpilor sau de grinda de fundare la partea inferioara si de rigle, la partea superioara. Iesirea din lucru este produsa de distrugerea panoului; - tiranti diagonali care ies din lucru. Drept asemenea legaturi se pot folosi elemente din beton armat precomprimat sau metalice cu bolt de forfecare; - diafragme sub forma de panou, zabrele decorative, arc, element triunghiular de tipul grinzii cu zabrele cu noduri rigide. Panoul se fixeaza de structura portanta principala cu ajutorul unor pane de beton sau fonta, elemente metalice sudate, etc.

Prima varianta prezinta avantajul simplitatii tehnologice si nu necesita masuri speciale de protectie anticoroziva.

A doua si a treia varianta se caracterizeaza printr-un grad sporit de incredere al calculului, refacerea legaturii este mai simpla si necesita un consum neinsemnat de materiale.

1.3.2 Cadrele contravantuite excentric (CCE) sunt un sistem hibrid ce imbina proprietatile cadrelor rezistente la moment incovoietor cu cele ale cadrelor contravantuite simetric. Acest sistem ofera avantaje economice si satisface atat cerintele de rigiditate cat si cele de ductilitate. In mecanismul de cedare intervin deformatii importante ale linkurilor in domeniul postelastic. In functie de modul de plasticizare se disting trei tipuri de linkuri:

- lungi sau de incovoiere - la care capacitatea de rezistenta se obtine prin curgerea materialului datorita eforturilor axiale din incovoierea sectiunii; - scurte sau de forfecare - la care capacitatea de rezistenta se obtine prin plasticizarea meterialului datorita eforturilor tangentiale din forta taietoare; - intermediare - la care capacitatea de rezistenta se obtine prin plasticizarea simultana a sectiunii din incovoiere si din forfecare.

Prezenta metodologie de calcul se va utiliza impreuna cu prevederile din actele normative care precizeaza aspecte specifice de calcul si alcatuire, cum ar fi:

- STAS 10107/0-90 Constructii civile si industriale. Calculul si alcatuirea elementelor din beton, beton armat si beton precomprimat; - STAS 10101/1-91 Actiuni in constructii. Greutati tehnice si incarcari permanente. - STAS 10101/2A1-91 Actiuni in constructii. Incarcari datorate procesului de exploatare; - STAS 10103-76 Constructii din otel. Principii fundamentale de calcul. - Normativ pentru proiectarea antiseismica a constructiilor de locuinte, social-culturale, agrozootehnice si industriale. Indicativ P100-92; - Cod de proiectare pentru structuri in cadre din beton armat. Indicativ NP 007-97; - Normativ pentru executarea lucrarilor din beton si beton armat. C140-86;

Lista actelor normative complementare nu este exhaustiva si se va actualiza in raport de revizuirea sau modificarea acestora.

- Tipul si clasa betoanelor - eventualii aditivi care se vor utiliza - Tipul si marca otelului beton - Tipul de otel si profile laminate utilizate

- Pentru materiale nou introduse in opera, conform prevederilor normativelor in vigoare la data executiei proiectului, specifice fiecarui tip de material in parte; - Pentru materialele existente in structurile ce urmeaza a se consolida, conform determinarilor distructive si nedistructive de laborator si a specificatiilor expertizelor tehnice.

Prevederi suplimentare pentru materialul "beton": - Clasa minima recomandata: C12/15.

Prevederi suplimentare pentru materialul "otel-beton": - Pentru armaturi de rezistenta: otel-beton OB37 si PC52, conform STAS 438/1-80 "Otel-beton laminat la cald. Marci si conditii generale de calitate" - Pentru armaturi constructive: otel-beton OB37

Conditiile generale de proiectare precizeaza cerintele de performanta structurala care, daca sunt respectate, asigura sistemului structural o comportare favorabila sub actiunea incarcarilor seismice, un nivel controlat de siguranta prin reglarea autoacordarii, conditii favorabile de executie, de intretinere si de reparare/consolidare in cazul producerii unor degradari sau avarii.

3.2.1 Indeplinirea conditiilor generale de proiectare (a cerintelor de performanta structurala) la care se refera prezentul capitol, se realizeaza prin:

- Conceptia generala de proiectare care sa asigure alegerea unor sisteme de protectie pasiva adecvate conditiilor de structura (destinatie, regim de inaltime, forma in plan si elevatie, deschideri, travei, inaltimi de etaj) si amplasament (zona seismica, teren de fundare) specifice constructiei; - Respectarea prezentei metodologii de calcul si a actelor normative complementare privind calculul si alcatuirea tuturor componentelor sistemului structural si ale elementelor nestructurale; - Utilizarea metodelor de calcul al eforturilor, deplasarilor si treptei de solicitare la care legaturile de rezerva ies din lucru, adecvate importantei constructiei, tipului si caracteristicilor sistemului structural, conditiilor de amplasament; - Efectuarea, in conditii justificate din punct de vedere tehnic si economic, a unor cercetari suplimentare pe modele sau pe prototipuri realizate la scara naturala si/sau a unor studii analitice aprofundate care sa precizeze particularitatile structurii autoadaptabile la solicitari seismice in toate stadiile semnificative de comportare. Acestea se impun cu precadere in cazul in care este necesara refacerea sistemelor de protectie pasiva scoase din lucru de miscarile seismice.

3.2.2 Comportarea structurala la actiunea seismica poate fi semnificativ imbunatatita (scadere importanta a incarcarilor dinamice) prin modificarea (autoadaptarea) caracteristicilor dinamice ale sistemului, in limitele reglabile prevazute initial. Astfel de sisteme nestationare, cu parametri variabili in sensul definit, se pot "autoadapta" la actiunile seismice.

Tabel: Sisteme de protectie pasiva

Indicativ S1 - Schema si mod de lucru: Tiranti diagonali cu bolt de forfecare - Material: Metal Indicativ S2 - Schema si mod de lucru: Panou de rigidizare in forma de H - Material: Beton armat Indicativ S3 - Schema si mod de lucru: Contravantuire excentrica de tip K - Material: Metal

3.2.3 Una din caile de realizare constructiva a sistemelor antiseismice cu "autoadaptare" este proiectarea unor constructii cu legaturi care ies din lucru, adica elemente constructive de rezerva care se decupleaza din sistem atunci cand se depaseste un anumit nivel dat al amplitudinii oscilatiilor constructiei. Iesirea din lucru a legaturilor de rezerva produce restructurarea scheletului intern al sistemului si modificarea caracteristicilor sale dinamice. Utilizarea elementelor de rezerva sporeste siguranta constructiilor la actiuni seismice de diferite tipuri.

3.2.4 Impunerea mecanismului de lucru sub actiunea seismica inca din stadiul de proiectare permite obtinerea unor modele de calcul simple si asigurarea unui calcul cu un grad sporit de siguranta si incredere. Se poate prevedea, de asemenea, o tehnologie simpla si convenabila pentru reparatii dupa cutremur.

3.3.1 Toate elementele sistemelor de protectie pasiva vor fi dimensionate sau, dupa caz, verificate la starile limita ultime (de rezistenta si stabilitate) in conformitate cu prevederile standardelor in vigoare, cu cele ale actelor normative specifice, precum si cu cele ale prezentei metodologii de calcul.

3.3.2 Din punct de vedere al dimensionarii, alcatuirii si armarii se vor diferentia zonele curente ale elementelor, zonele plastice potentiale si zonele de cedare corespunzatoare iesirii din lucru a legaturilor de rezerva.

3.3.3 Stabilirea zonelor plastice potentiale ale sistemelor de protectie din beton armat si evaluarea lungimii lor de calcul, conform STAS 10107/0-90, pct. 1.2.5 se vor face in conformitate cu prevederile prezentei metodologii de calcul.

3.4.1 Sistemul structural al constructiilor cu autoacordare va respecta urmatoarele conditii de limitare a deplasarilor:

- Deplasarile relative de nivel maxime date de fortele seismice orizontale vor respecta prevederile normativului P100-92, pct. 6.2.4. - Dupa iesirea din lucru a legaturilor de rezerva si autoacordarea sitemului structural, deplasarile relative de nivel (incluzand componenta post-elastica), vor respecta, de asemenea, deplasarile limta admise de normativul P100-92, precum si cele din prezenta metodologie de calcul.

3.4.2 Din punct de vedere al rigiditatii la deplasari laterale ale sistemului structural, se recomanda urmatoarele conditii:

- Sistemele de protectie pasiva vor fi astfel dimensionate si dispuse in structura incat rigiditatea cadrelor plane care compun sistemul spatial sa fie cat mai uniforma. In acest sens se recomanda ca perioadele proprii corespunzatoare modului fundamental de vibratie, calculate pentru cadrele independente si ansamblul constructiei cu autoacordare, sa fie cat mai apropiate. - Sistemele de protectie pasiva nu vor introduce variatii mari ale rigiditatii de nivel pe inaltimea constructiei; variatia local brusca a rigiditatii relative de nivel in zona de dispunere a legaturilor de rezerva este admisa cu conditia considerarii in calcule a efectelor determinate de aceasta.

3.5.1 Pentru a obtine un mecanism favorabil de disipare a energiei la actiuni seismice se va urmari ca, la cutremurele de intensitate ridicata (vezi pct. 2.3 din Normativul P100-92) sa se respecte urmatoarele:

- Amplasarea sistemelor de protectie pasiva nu trebuie sa modifice ordinea de aparitie a articulatiilor plastice in structura de rezistenta, la inceput in rigle si numai ulterior - eventual - in stalpi; - Sistemul de protectie S2 va fi astfel proiectat incat la nivelul prevazut de solicitare sa apara articulatiile plastice la capetele riglei, stalpii urmand sa lucreze in continuare in domeniul elastic; - Legaturile de rezerva vor fi proiectate astfel incat sa iasa din lucru la eforturi corespunzand unui nivel de cca. 50% din solicitarea structurala in domeniul de rezonanta; - Sistemele de protectie proiectate la parterul cladirilor vor fi fixate pe fundatii astfel incat infrastructurile si fundatiile sa lucreze, de regula, numai in domeniul elastic. In situatii justificate se pot admite incursiuni in domeniul post-elastic de comportare si in unele elemente ale infrastructurii, cu luarea masurilor adecvate de asigurare a ductilitatii acestora ca si a posibilitatii de reparare post-seism.

3.5.2 Indeplinirea cerintelor de la pct. 3.5.1 se face prin ierarhizarea adecvata a capacitatilor de rezistenta ale celor trei componente ale sistemului structural: infrastructura, suprastructura si sistemele de protectie pasiva.

In cazul sistemului S2, cu panou de rigidizare din beton armat in forma de H, posibilitatea de dezvoltare a unui mecanism favorabil de reducere semnificativa a eforturilor din solicitari seismice este conditionata de realizarea unei ductilitati locale suficiente a zonelor plastice precum si de evitarea producerii unor ruperi premature, casante, ale elementelor structurale. Pentru aceasta, se vor respecta urmatoarele conditii:

- Prin dimensionarea, alcatuirea si armarea sistemul S2 se va asigura zonelor plastice potentiale de la capatul riglei panoului o capacitate ridicata de deformare post-elastica, fara o scadere semnificativa de capacitate portanta si/sau rigiditate sectionala la cicluri repetate de incarcari-descarcari in domeniul plastic de comportare; - Prin dimensionarea, alcatuirea si armarea elementelor sistemului S2, se vor evita ruperile premature, cu caracter casant, care ar impiedica functionarea mecanismului de autoadaptare a structurii la solicitarile seismice; - Se vor evita ruperile in sectiuni inclinate din forta taietoare, separari ale elementelor in lungul unor planuri de lunecare prefisurate (rosturi de turnare), ruperea specifica elementelor subarmate.

Masuri minimale pentru realizarea acestor conditii sunt prevazute in STAS 10107/0-90.

4.1.1 Calculul eforturilor structurale se poate face prin metode cu diferite grade de complexitate, clasificate astfel dupa gradul de fidelitate cu care reflecta comportarea sub incarcari a structurii.

4.1.2 In selectarea metodelor de calcul al eforturilor, proiectantul va tine seama de urmatoarele:

- Categoria de importanta a constructiei si gradul ei de repetitivitate - Caracteristici geometrice si mecanice ale sistemului structural (deschideri, travei, forma in plan si elevatie, modul de realizare-monolit, prefabricat, mixt) - Posibilitatile de amplasare a sistemelor de protectie pasiva de dimensiuni si in numar suficient astfel incat sa se obtina eficienta maxima in reducerea solicitarilor din actiunea seismica

4.1.3 Sistemul S1 (cu tiranti diagonali) va fi inclus in calculul structural utilizand programe de calcul spatial care permit modelarea tirantilor. In cazul constructiilor din clasa de importanta III sau IV, cu o forma cvasiregulata in plan si o distributie relativ uniforma a rigiditatilor pe nivel (deci cu o pondere redusa a eforturilor din torsiune), se admite calculul cadrelor plane independente, considerand tirantii in calcul pe rand, cate unul, in functie de sensul de actionare. Astfel se pot utiliza instrumente simplificate de calcul plan, care nu admit modelarea tirantilor ca elemente structurale.

4.1.4 Sistemul S2 (panou de rigidizare din beton armat in forma de H) se schematizeaza in calculul static prin reducerea elementelor componente (rigle si stalpi) la axele lor, corespunzand pozitiei centrului de greutate al sectiunilor transversale (vezi fig. 4.1).

In calculele mai detaliate sau daca: - delta M se considera dimensiunea finita a nodului. - delta M = M - Mr

unde: - M = momentul in stalp - Mr = momentul in rigla

In calcule se va tine seama de excentricitaile determinate de dezaxarea prin variatiile de sectiune ale stalpilor. Aceasta dezaxare poate fi neglijata la stalpii la care variatiile de sectiune la nivelul riglei respecta conditiile: - delta - delta

unde: - delta reprezinta decalajul pe orizontala al axelor stalpilor - h reprezinta inaltimea stalpilor sub sau deasupra riglei pana la prinderile pe structura principala.

4.1.5 Deschiderile si inaltimile de calcul se determina functie de pozitiile axelor stalpilor si riglei. Intrucat sunt recomandate prinderile articulate pe structura principala (din considerente de refacere post-seism), inaltimea stalpilor se masoara intre prinderea pe fundatii si intradosul riglei (ramura inferioara) si intre fata superioara a riglei si prinderea articulata pe structura principala (ramura superioara).

4.2.1 Incarcarile luate in calcul sunt incarcarile din gruparea speciala aplicate structurii principale. Se vor respecta integral prevederile Codului de proiectare pentru structuri in cadre din beton armat indicativ NP 007-97.

4.2.2 Structura principala se va schematiza - de regula - ca un sistem dinamic cu mase discrete, conform prevederilor Normativului P100-92 (sisteme cu un numar finit de grade de libertate dinamica). Masele vor fi concentrate astfel incat sa reflecte cu suficienta acuratete comportarea dinamica reala a sistemului.

4.2.3 Sistemele de protectie pasiva vor fi incluse in schema statica de calcul a structurii cladirii conform precizarilor din cadrul subcapitolului 4.1.

4.3.1 Analiza structurala la actiuni seismice cuprinde: - determinarea fortelor seismice; - determinarea eforturilor si deplasarilor produse de actiunile seismice in punctele caracteristice ale structurii din punct de vedere al sistemelor de protectie pasiva; - determinarea eforturilor in elementele sistemelor de protectie pasiva corespunzatoare nivelului de 50% din eforturile maxime la rezonanta;

4.3.2 Metodele de analiza structurala la actiuni seismice se clasifica si se caracterizeaza conform tabelului 4.1, adaptat dupa normativul P100-92.

Tabelul 4.1 Metode de analiza a structurilor cu sisteme de protectie pasiva

Nr. crt. 1 - Metoda A - Metoda curenta de proiectare Calcul al eforturilor: Static elastic Modelarea actiunii seismice: Forte conventionale conform P100-92 Sistem de protectie pasiva: S1 - Eforturi de dimensionare: N Sistem de protectie pasiva: S2 - Static postelastic - Eforturi de dimensionare: N, M, T Sistem de protectie pasiva: S3 - Eforturi de dimensionare: M, T Conditii generale de proiectare: Conform capitolului 3

Nr. crt. 2 - Metoda B - Metoda bazata pe considerarea proprietatii de deformare inelastica Calcul al eforturilor: Statica neliniara Modelarea actiunii seismice: Forte conventionale Sistem de protectie pasiva: S2 - Eforturi de dimensionare: N, M, T Sistem de protectie pasiva: S3 - Eforturi de dimensionare: M, T Calcul al eforturilor: Dinamica neliniara Modelarea actiunii seismice: Accelerograme Sistem de protectie pasiva: S2 - Eforturi de dimensionare: N, M, T Sistem de protectie pasiva: S3 - Eforturi de dimensionare: M, T Conditii generale de proiectare: Se stabileste mecanismul structural de plastificare si cerintele de deformare si ductilitate in articulatiile plastice

4.3.3 Metoda curenta de proiectare (metoda A) este obligatorie, cel putin ca etapa preliminara, pentru toate cele trei tipuri structurale. Cand este asociata unui model de calcul plan, metoda se poate aplica pentru calculul constructiilor din clasa de importanta III si IV, conform clasificarii din Normativul P100-92, in urmatoarele conditii:

- constructii cu inaltime redusa sau medie, conform clasificarii Codului de proiectare indicativ NP 007-97, cu structura regulata, cu o distributie relativ uniforma a rigiditatilor pe cele doua directii ortogonale (a caror rigiditate la deplasari laterale nu difera cu mai mult de 20%) - constructiile trebuie sa aiba o forma in plan cat mai regulata, favorabila unei bune comportari la actiuni seismice, conform normativului P100-92, astfel incat sa nu se dezvolte eforturi semnificative din torsiune.

Cand este asociata unui model de calcul spatial, metoda curenta de proiectare poate fi utilizata pentru structurile etajate curente, cu inaltime redusa si medie, fara restrictii in ceea ce priveste forma in plan, cu conditia utilizarii calculului automat.

4.3.4 Metoda bazata pe considerarea proprietatii de deformare inelastica a structurii (metoda B) cuprinde doua procedee:

- analiza statica in domeniul post-elastic de comportare, la incarcari orizontale crescatoare monoton, proportionale cu fortele seismice conventionale. Procedeul pune in evidenta succesiunea formarii articulatiilor plastice pentru sistemele S2 si S3 de protectie pasiva. Este recomandat pentru constructiile din clasa a II-a de importanta, conform clasificarii Normativului P100-92. - analiza dinamica, cu considerarea proprietatilor post-elastice de deformare a sectiunilor, la actiuni seismice modelate ca o miscare a bazei descrisa prin accelerograme (inregistrate sau artificiale). Este recomandat pentru constructiile din clasa I de importanta, conform clasificarii Normativului P100-92.

Tirantii se vor dimensiona astfel incat sa iasa din lucru la o solicitare axiala corespunzatoare unui nivel de solicitare structurala de cca. 50% din solicitarea la rezonanta (conform precizarilor cap. 6).

Tirantii cu bolt de forfecare ofera un control eficient al momentului cedarii. Boltul este metalic, cu sectiune circulara si are doua sectiuni de forfecare. Dimensionarea diametrului va fi determinata din conditia de forfecare la nivelul de solicitare prestabilit.

5.2.1 Elementele sistemului (stalpi si rigla) se dimensioneaza la starile limita ultime conform prevederilor din STAS 10107/0-90.

5.2.2 Diagramele de momente infasuratoare pe rigle se stabilesc pe baza rezultatelor calculului static.

Sectiunile semnificative de la extremitatile riglelor corespund sectiunii de la fata reazemului (vezi fig. 4.1).

Situatia de solicitare corespunde gruparii speciale de incarcari, notata in continuare GS. Se vor considera diagramele de momente din GS pentru actiuni seismice pe directia riglei, in ambele sensuri. Principiul aplicarii metodei este indicat in fig. 5.1

5.2.3 Stabilirea diagramelor de forta taietoare pe rigla are in vedere evitarea ruperilor casante, prin cedari in sectiuni inclinate.

Stabilirea valorilor fortei taietoare asociate momentelor capabile (Q_as) se face cu relatia:

Q_as = ( |M^st_cap| + |M^dr_cap| ) / l_1 (5.1)

unde: - Momentele capabile M^st_cap si M^dr_cap se determina in functie de armaturile efective din rigla considerand rezistentele de calcul ale armaturii (R_a) majorate cu 25%. - Q_as se determina pentru ambele sensuri ale actiunii seismice pe directia riglei - l_1 = distanta intre sectiunile in care se formeaza articulatiile plastice

Valorile diagramei de momente capabile ale riglei se vor stabili astfel incat sa se evite formarea de articulatii plastice in camp: l_1 -> l_0, unde l_0 este distanta dintre fetele reazemelor riglei pe stalpi (fig. 5.2).

5.2.4 Pentru stabilirea diagramelor infasuratoare in stalpi se vor considera momentele incovoietoare determinate prin calcul in GF si GS de incarcari si corectii stabilite functie de momentele capabile in rigle, pentru asigurarea mecanismului favorabil de formare a articulatiilor plastice la capetele riglei.

Momentele incovoietoare in sectiunile extreme ale stalpilor, corespunzatoare GS de incarcari, se determina cu relatia:

M = k_M * M_s * sum|M_cap,rigla| / sum M^s_rigla

La aplicarea acestei relatii se vor considera urmatoarele: - M_s = momentul incovoietor in stalp in GS de incarcari, considerand actiunea seismica pe directia panoului in forma de H (sistemul S2);

- sum |M_cap,rigla| = suma momentelor capabile in sectiunile in care apar articulatii plastice, determinate pentru acelasi sens de rotire si in conditiile precizate la paragraful 5.2.3, fara majorarea rezistentei armaturilor din rigle; - sum M^s_rigla = suma algebrica a valorilor momentelor incovoietoare corespunzatoare, obtinute in GS de incarcari - K_M = 1.4

5.2.5 La sistemele de protectie pasiva cu stalpii avand schema statica de consola verticala (incastrare in infrastructura si articulatie cu suprastructura), pentru determinarea fortelor taietoare de dimensionare (Q) se va considera valoarea:

Q = 1.2 Q_s * M_cap,st / M_s (5.3)

unde: - Q_s = forta taietoare din GS de incarcari - M_cap,st = momentul capabil in stalp - M_s = momentul in stalp din GS de incarcari

5.2.6 Daca sistemul de protectie pasiva S2 se proiecteaza cu prinderi prin noduri rigide pe infrastructura si suprastructura constructiei, atunci determinarea fortelor taietoare de dimensionare se face cu relatia:

Q = 1.2 Q_s * sum|M_cap,gr| / sum M^s_gr (5.4)

cu limitarile: Q Q

unde: - M^s_cap.st. si M^i_cap.st. = valorile momentelor capabile in sectiunea de la extremitatea superioara, respectiv inferioara a stalpului, determinate corespunzator fortei axiale din GS de incarcari - H_0E = inaltimea libera a stalpului - psi = coeficientul de reducere a fortei seismice, dat in normativul P100-92, pct. 5.3.6.

5.2.7 Fortele axiale in stalpii sistemului de protectie pasiva S2 in GS de incarcari se determina dupa cum urmeaza: - riglele sistemului se considera plastificate; reactiunile transmise stalpilor de aceste rigle se determina cu relatia 5.1. - reactiunea transmisa la stalp de riglele neplastificate corespunde GS de incarcari

5.2.8 Redistribuirea momentelor incovoietoare de la rigla la stalp

Dupa formarea articulatiilor plastice la capetele riglei, la suprasolicitarea acestora se admite redistribuirea momentelor incovoietoare la stalpii adiacenti.

Redistribuirea momentelor este admisa in urmatoarele conditii: - redistribuirea sa fie mai mica decat 30% din valoarea momentelor determinate de ipoteza comportarii elastice; - pe elementele la care se opereaza redistribuiri de momente, forta taietoare determinata din actiuni seismice nu se modifica (se admit translatii ale diagramelor de momente incovoietoare, conform Codului de proiectare pentru structuri in cadre din beton armat indicativ NP007-97, paragraful 6.1.7

5.2.9 Riglele sistemului S2 se dimensioneaza si verifica conform prevederilor din STAS 10107/0-90, cap. 3 (Calculul elementelor din beton armat).

Se recomanda ca momentele capabile in rigle sa fie stabilite astfel incat la actiuni seismice de mare intensitate, distanta intre sectiunile de formare a articulatiilor plastice (l_1) sa respecte conditia:

l_1 >= 5/6 * l_N (5.7)

unde l_N = distanta intre sectiunile de formare a articulatiilor plastice de moment negativ, corespunzator celor doua sensuri ale actiunii seismice.

5.2.10 Nodurile stalp-rigla ale sistemului de protectie pasiva S2 sunt solicitate predominant la actiuni seismice.

Fortele taietoare de calcul la care se dimensioneaza aceste noduri se vor determina cu urmatoarele relatii:

- forta taietoare orizontala: Q_h = 1.25 A_a R_a - Q_s (5.8)

unde: - A_a = aria de armatura intinsa a riglei din sectiunea de la fata nodului - Q_s = forta taietoare de calcul a stalpului superior in sectiunea de la fata nodului

Q_v = Q_h * h_g / h_s (5.9)

5.2.11 Forta taietoare orizontala in nod, determinata conform prevederilor paragrafului 5.2.8, se preia prin beton si armaturi transversale, ale caror contributii se insumeaza:

Q_h

unde: - Q_ha = forta taietoare preluata de armaturile transversale (orizontale) in nod, care se calculeaza cu relatia: Q_ha = A_h R_a - A_h = suma ariilor armaturilor transversale din nod care indeplinesc simultan urmatoarele conditii: - intersecteaza planul potential de cedare (pe diagonala nodului), fig. 5.3 - sunt situate in latimea nodului b_n - sunt dispuse intre armaturile longitudinale superioare si inferioare din rigla

- Q_hb = forta taietoare preluata de beton, care se calculeaza cu relatia: Q_hb = [(0.5 + n) A_1 / A_a] Q_h (5.11)

A_1 si A_a sunt ariile de armatura comprimata si respectiv intinsa din rigla, pentru care rezulta cel mai mic raport A_1 / A_a; se va respecta A_1 / A_a N = N / (b_n h_n R_c)

Cadrele cu contravantuiri excentrice prezinta urmatoarele avantaje principale: - rigiditati laterale de valori apropiate celor corespunzatoare cadrelor cu contravantuiri clasice; - capacitate de disipare a energiei in domeniul postelastic similara cadrelor clasice, cu noduri grinda-stalp rezistente la momente incovoietoare; - consumuri de otel cu 25 - 35 % mai reduse fata de cadrele clasice, necontravantuite.

La proiectarea structurilor prevazute cu acest sistem de protectie se au in vedere urmatoarele deziderate principale: - distribuirea incarcarilor laterale in proportie de 70 - 80 % la contravantuiri si 20 - 30% la stalpi; - stabilirea unei variante optime de structura privind rigiditatea laterala, pe de o parte si capacitatea de disipare a energiei, pe de alta parte fiind cunoscut ca aceste cerinte sunt in opozitie; - realizarea imbinarilor grinda-stalp rezistente la momente si forte taietoare severe avand in vedere cresterea importanta a rigiditatii linkurilor de forfecare prin consolidarea otelului, imbinari la care articulatiile plastice sunt dirijate in sectiunea grinzii; - formarea mecanismelor de cedare prin dezvoltarea initiala a articulatiilor plastice in linkuri astfel incat stalpii si contravantuirile sa lucreze in domeniul elastic moderat plastic pana la epuizarea capacitatii linkurilor.

Pentru asigurarea formarii mecanismului dorit de plasticizare si disipare a energiei pe durata incarcarilor laterale mari se recomanda folosirea procedeelor de analiza in domeniu plastic.

Predimensionarea elementelor structurale corespunzatoare CCE impune parcurgerea urmatoarelor etape principale:

a. determinarea excentricitiatilor convenabile astfel incat sa fie satisfacute cerintele de rigiditate si ductilitate; b. determinarea fortelor orizontale maxime pe niveluri conform prevederilor normativului P 100-92 in care coeficientul Psi se considera egal cu 1; c. determinarea unui prim set de solicitari in elementele CCE in ipoteza distribuirii fortei taietoare de nivel la contravantuiri si la stalpi intr-o proportie prestabilita; d. dimensionarea sectiunilor astfel incat articulatiile plastice sa se produca in linkuri.

Controlul deplasarii relative de nivel a structurii se realizeaza prin lungimea linkului activ.

Relatia intre deformatia ultima a structurii, theta_p si deformatia ultima a linkului, gamma_p rezulta din mecanismele de cedare:

theta_p * L = gamma_p * e (5.12)

in care L - deschiderea cadrului; e - lungimea linkului activ.

Relatia dintre deplasarea relativa de nivel prescrisa in norme delta si deformatia theta_p este:

delta

in care Psi - coeficientul din normativul P 100-92, tabel 5.4.

Deformatia unghiulara gamma_p masoara efortul mediu de lunecare in linkurile de forfecare, iar in cele de moment - rotirile articulatiilor plastice de la capetele linkului.

In cazul linkurilor corect conformate se accepta deformatia maxima unghiulara gamma_max = 0,10.

Pentru o deplasare delta impusa, lungimea aproximativa a linkului rezulta din relatia:

e = 10 * delta * L / psi (5.14)

In mecanismele de deplasare in domeniul postelastic, corespunzatoare CCE, se disting trei tipuri de articulatii plastice:

- tip 1 - articulatia dezvoltata de momentul de plasticizare integrala a sectiunii, M_p; - tip 2 - articulatia dezvoltata de un moment M M_p*, care este supusa, simultan si la o forta taietoare relativ mare; - tip 3 - articulatia dezvoltata de momente egale sau mai mici decat M_p* insotita de plasticizarea integrala a inimii, din forta taietoare.

Valorile solicitarilor M_p, M_p* si V_p asociate articulatiilor plastice mentionate anterior se determina cu relatiile:

M_p = sigma_c * Wp (5.15) M_p* = sigma_c * (h-t) * (b-t_i) * t (5.16) V_p = tau_c * (h-t) * t_i (5.17) tau_c = sigma_c / sqrt(3) (5.18)

in care: - M_p - momentul capabil plastic al sectiunii; - M_p* - momentul capabil plastic al sectiunii redus datorita eforturilor de forfecare; - V_p - forta taietoare capabila a sectiunii in domeniu plastic; - sigma_c, tau_c - limia de curgere din eforturi axiale si respectiv tangentiale; - h, b, t, t_i - dimensiunile sectiunii dublu T.

In functie de lungimea de balans a unei sectiuni, b* linkurile se clasifica astfel: - pentru e > b* linkuri lungi sau de moment care formeaza articulatii plastice de tip 1; - pentru e - pentru e = b* linkuri ideal plastice care formeaza articulatii de tip 3.

Pentru obtinerea unui raspuns inelastic optim al linkului de forfecare sectiunea grinzii CCE se va proiecta cu b_max* > 2 * M_p* / V_p*.

Capacitatile de rezistenta si de disipare a energiei ale CCE sunt conditionate de capacitatea de rezistenta a imbinarilor linkului cu celelalte elemente structurale, acestea trebuind sa suporte incarcari ciclice severe. Masurile cele mai importante privesc asigurarea stabilitatii la flambaj general al ansamblului link-contravantuire si la flambaj local a inimii si talpilor linkurilor de ductilitate mare.

Analiza parametrica a carui necesitate s-a impus in scopul relevarii aspectelor caracteristice sistemelor studiate, are doua componente distincte: - analiza fiecarui sistem in parte, cu evidentierea datelor caracteristice privind raspunsul seismic, respectiv a factorilor de amplificare in acceleratii si deplasari; - analiza comparativa a comportarii sistemelor inainte si dupa iesirea din lucru a legaturilor suplimentare, cu referire la mecanismul de cedare si eficienta tipurilor de protectie pasiva la actiunile seismice.

In consecinta, desfasurand un proces de analiza complex, in ambele componente ale studiului parametric asa cum au fost ele definite mai sus, se evidentiaza urmatoarele caracteristici esentiale ale sistemelor de legaturi care ies din lucru:

- Sistemul diagonalelor de rigidizare impune un control riguros al momentului iesirii din lucru a acestora. Cedarea simultana a legaturilor suplimentare este importanta, in caz contrar putand apare solicitari severe la torsiune generala. Cedarea brusca a diagonalelor la sistemul M1 conduce la o modificare radicala a caracteristicilor dinamice proprii ale structurii de rezistenta, intr-un interval de timp foarte scurt. - Panourile de rigidizare din beton armat reactioneaza mai lent la actiunea seismica in domeniul de rezonanta. De asemenea, flexibilizarea structurala nu este atat de accentuata ca la sistemul cu diagonale de rigidizare. Din acest punct de vedere, sistemul este mai putin eficient, avand insa avantajul controlului mai exact asupra mecanismului de flexibilizare.

In concluzie, atunci cand se dispune de mecanisme performante si fiabile de scoatere din lucru a digonalelor de rigidizare la un nivel prestabilit al eforturilor induse in structura de rezistenta de actiunea seismica, acest sistem poate fi considerat mai eficient. Aceasta eficienta consta atat in reducerea substantiala a solicitarilor in domeniul de raspuns maxim, cat si in usurinta refacerii ulterioare a acestor legaturi, cu cheltuieli minime. Se recomanda fie folosirea unor bolturi de forfecare proiectate din materiale cu comportare omogena si cat mai sigura, sau utilizarea unor dispozitive electromecanice care sa intrerupa continuitatea diagonalelor la un anumit nivel de solicitare prestabilit.

Pentru dimensionarea sistemului de legaturi care ies din lucru, este necesara determinarea fortei taietoare de nivel multiplicata cu factorul de amplificare pentru domeniul de rezonanta, factor cu valoarea Psi = 5.

Aceasta forta taietoare de nivel se distribuie la elementele structurale de nivel, inclusiv la sistemul de legaturi care ies din lucru.

Acestea vor fi dimensionate astfel incat sa cedeze la cca. 50 % din nivelul de solicitare determinat conform precizarilor de mai sus. Aceasta cedare implica forfecarea boltului de cuplare in cazul diagonalelor de rigidizare sau formarea de articulatii plastice in rigla panoului de rigidizare din beton armat in forma de H.

Este foarte importanta conditia ca formarea articulatiilor plastice la capetele riglelor sa se produca la eforturi nu mai mari de 50 % din cele prevazute la rezonanta, astfel ca modificarea semnificativa a caracteristicilor dinamice ale structurii sa se produca in timp util.