Dinâmica de Estruturas

Fonte: Roberto Leon, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Virginia Tech, Blacksburg, VA

É raro hoje em dia que um ano inteiro passa sem um grande evento de terremotos causando estragos em algum lugar do mundo. Em alguns casos, como o terremoto da Banda Ache em 2005 na Indonésia, os danos envolveram grandes áreas geográficas e baixas nos seis números. Em geral, o número e a intensidade dos terremotos não estão aumentando, no entanto, a vulnerabilidade do ambiente construído está aumentando. Com o aumento da urbanização não regulamentada em áreas sismicamente ativas, como o "cinturão de fogo" do Circum-Pacífico, o aumento do mar em área costeira de baixa colocação e o aumento das concentrações de produção/distribuição de energia e nós críticos da rede digital/de telecomunicações em áreas vulneráveis, é claro que o design resistente a terremotos é a chave para a resiliência futura da comunidade.

Projetar estruturas para resistir aos danos causados por terremotos progrediu muito nos últimos 50 anos, principalmente através do trabalho no Japão após o terremoto de Niigata de 1964, e nos Estados Unidos após o terremoto de San Fernando Valley em 1971. O trabalho avançou ao longo de três trilhas paralelas: (a) trabalho experimental que visa desenvolver técnicas de construção aprimoradas para minimizar danos e perdas de vidas; b Estudos analíticos baseados em modelos avançados de materiais geométricos e não lineares; e, (c) síntese dos resultados em (a) e (b) em disposições de código de projeto que melhoram a capacidade das estruturas de resistir a cargas inesperadas.

Testes sísmicos em um ambiente de laboratório são muitas vezes difíceis e caros. Os testes são realizados principalmente utilizando as seguintes três técnicas:

1. Testes quase estáticos (QST), onde partes de uma estrutura são testadas usando deformações laterais aplicadas lentamente e equivalentemente predeterminadas com condições de limite idealizadas. Esta técnica é particularmente útil para avaliar os efeitos do detalhamento estrutural sobre a dureza e capacidade de deformação de determinadas partes das estruturas.
2. Testes pseudo-dinâmicos (PSDT), onde as cargas também são aplicadas lentamente, mas os efeitos dinâmicos são levados em conta resolvendo as equações de movimento à medida que o teste progride e utilizando feedbacks de teste direto (principalmente a rigidez instantânea) para avaliar a rigidez real e características de amortecimento da estrutura.
3. Mesas deagitação , onde modelos de escala de estruturas completas são submetidos a movimentos de entrada usando uma base ou fundação acionada hidráulica. As mesas de agitação representam uma técnica de teste mais fiel, já que a estrutura não é artificialmente contida, a entrada é um verdadeiro movimento terrestre, e as forças resultantes são verdadeiramente inerciais, como seria de esperar em um terremoto real. No entanto, os requisitos de energia são enormes, e apenas algumas mesas de agitação capazes de trabalhar em quase grande escala existem em todo o mundo. Globalmente, há apenas uma grande mesa de agitação capaz de realizar testes em estruturas em larga escala, que é a mesa de agitação na instalação de Defesa E no Japão, construída após o terremoto de Kobe de 1985.

Neste experimento, utilizaremos uma pequena mesa de shake e estruturas de modelos para estudar as características dinâmicas de comportamento de alguns modelos estruturais. São essas características dinâmicas, principalmente a frequência natural e o amortecimento, bem como a qualidade do detalhamento estrutural e construção, que tornam as estruturas mais ou menos vulneráveis a terremotos.

1. Modelos

1. Primeiro construa várias estruturas utilizando feixes de alumínio muito finos, fortes, retangulares, T6011, 1/32 em largura e com comprimentos diferentes. Para construir o primeiro modelo, insira uma única cantilever com comprimento de 12 in. a um bloco de madeira muito rígido. Coloque uma massa de 0,25 lb. na ponta do cantilever.
2. Da mesma forma, construa outras estruturas de modelo anexando cantilevers com comprimentos diferentes ao mesmo bloco de madeira rígido. Conecte uma massa de 0,25

Primeiro, determine a frequência (ω) na qual ocorreu o deslocamento máximo para cada modelo. A fórmula simples original discutida acima, precisa ser modificada porque a massa do próprio feixe ( m_b = Feixe W /g), que é distribuída sobre sua altura, não é insignificante em comparação com a massa na parte superior (m =_BlocoW /g). A massa equivalente para o caso ...

Neste experimento, a frequência natural e o amortecimento de um sistema cantilever simples foram medidos por meio de mesas de shake. Embora o conteúdo de frequência de um terremoto seja aleatório e cubra uma grande largura de banda de frequências, espectros de frequência podem ser desenvolvidos traduzindo o histórico de tempo de aceleração para o domínio de frequência através do uso de transformações fourier. Se as frequências predominantes do movimento do solo coincidirem com as da estrutura, é provável...