Análisis del cambio de las propiedades modales numéricas de una estructura aporticada sometida a diferentes niveles de cargas sísmicas

Abstract

La implementación de métodos que permitan una evaluación acertada del nivel de daño sufrido por una estructura es de vital importancia en el campo de la ingeniería civil. El propósito de esta investigación es contribuir en el desarrollo de criterios de evaluación que permitan establecer estas metodologías, y favorecer la obtención de diagnósticos más rigurosos acerca de la integridad de una estructura. Se realizó el diseño y la modelación de una edificación aporticada de 9 pisos en concreto reforzado con el software SAP2000, y se seleccionó uno de sus pórticos principales como estructura representativa, el cual fue sometido a un análisis estático no lineal para determinar los desplazamientos ocurridos en el nodo de control, y asociarlos con los diferentes estados de daño que establece la metodología FEMA 356. Después se hizo un modelo de análisis del pórtico en el software OpenSees, y se sometió a cargas dinámicas generadas por un sismo sintético, el cual fue escalado a determinadas magnitudes de forma que los desplazamientos ocurridos en el nodo de control se aproximaran a los obtenidos durante el análisis estático no lineal. De esta manera se asociaron los diferentes estados de daño FEMA 356 con los resultados obtenidos de un análisis modal que fue incluido en el modelo de OpenSees, el cual fue realizado a la estructura antes y después de sufrir los esfuerzos por las cargas sísmicas en cada análisis. Así se calcularon los cambios porcentuales en las frecuencias de vibración correspondientes a cada estado de daño, con el objetivo de proponer un criterio de evaluación que permita hacer un diagnóstico de la integridad estructural en edificaciones similares, a partir de los cambios en las mediciones de frecuencias de vibración ocasionados por eventos sísmicos.

The implementation of several methods for an accurate damage assessment of structures is crucial in Scivil engineering. The purpose of this research is to contribute to the development of damage assessment criteria that supports the groundwork of this methods, and enhances the preciseness of structural integrity diagnosis. The design and modeling of a nine-story reinforced concrete (RC) frame structure was performed in SAP2000, and one of its main frames was selected as a representative structure, which was subjected to a nonlinear static analysis in order to calculate the displacements at the control joint, and correlate them with the different damage states established by the FEMA 356 methodology. Then a analysis model of the frame was built using the software OpenSees, and it was subjetcted to the dynamic loads generated by a sinthetic earthquake, which was scaled to certeain magnitudes so that the displacements at the control joint were approximated to those obtained during nonlinear static analysis. In this way, the FEMA 356 damage states were associated with the results achieved in a modal analysis included in the OpenSees model, which was defined to be carried out on the structure before and after the seismic loading. Thus, the percetage changes in the vibration frequencies to each damage stated were calculated, with the aim of proposing an evaluation criterion that allows a structural integrity diagnosis in similar buildings, based on changes in vibration frequency measurements caused by seismic events.