A model for the non linear dynamic analysis of reinforced concrete and masonry framed structures

Resumen

La evaluación de la respuesta dinámica o sísmica de estructuras complejas a menudo requiere de la integración en el dominio del tiempo de la ecuación de equilibro dinámico de la estructura, en el marco de un análisis no lineal. En el caso de estructuras de fábrica y hormigón armado, el uso de este tipo de métodos cobra especial importancia, debido al complejo comportamiento no lineal que presentan, incluso para niveles bajos de carga. Muchas de estas estructuras pueden idealizarse como entramados espaciales de barras. En las últimas dos décadas, se ha desarrollado en la UPC una generalización de los métodos matriciales convencionales para el análisis de entramados espaciales de barras, la llamada Formulación Matricial Generalizada (FMG). La formulación básica para elementos de directriz curva y sección variable fue presentada inicialmente por Carrascón et al. (1987). Posteriormente, Carol y Murcia (1989) aplicaron esta formulación al análisis non lineal de procesos variables en el tiempo. Esta formulación fue extendida luego al análisis no lineal geométrico y del material de estructuras de obra de fábrica (Molins, 1996; Molins y Roca, 1998). Una extensión de la formulación estática básica al análisis dinámico lineal fue presentada por Molins et al. (1998) a través de la propuesta de una matriz de masa consistente. Esta formulación ha probado ser una herramienta eficiente para el análisis no lineal de estructuras de pórticos espaciales, durante más de quince años de aplicación en el Departamento de Ingeniería de la Construcción de la UPC.El objetivo fundamental de este trabajo es extender la FMG al análisis dinámico no lineal de estructuras espaciales de barras de hormigón armado y obra de fábrica. Para ello, la formulación básica ha sido complementada con varias nuevas características: · Se ha desarrollado un modelo constitutivo cíclico uniaxial para el hormigón y la obra de fábrica sometida tanto a cargas cíclicas de compresión como de tracción. Se ha puesto especial énfasis en la descripción de la degradación de la rigidez producida durante los ciclos de carga en tracción y compresión, la forma de las curvas de carga y descarga, y la transición entre abertura y cierre de fisuras. Se consideran dos parámetros independientes de daño, una para tracción y otro para compresión. En el caso de cargas cíclicas de compresión, el modelo se derivó de resultados experimentales obtenidos por otros autores, considerando la dependencia de las diferentes variables con el nivel de daño alcanzado, mientras que en el caso de cargas cíclicas de tracción, se propone un modelo simple basado en observaciones experimentales.· Se adoptó un modelo constitutivo para el acero de refuerzo sometido a cargas cíclicas, el conocido modelo de Menegotto-Pinto.· Finalmente, se adoptó un procedimiento para la integración de la ecuación de equilibrio dinámico de la estructura.Una vez implementado en ordenador, el modelo propuesto a sido aplicado a varios casos de estructuras aporticadas de hormigón armado y obra de fábrica sometidas a cargas de tipo cíclico y dinámico. Los resultados obtenidos demuestran que el modelo propuesto permite predecir adecuadamente la respuesta cíclica/dinámica de este tipo estructuras.