Desempeño sísmico de un puente continuo típico con aisladores del tipo elastomérico y friccional deslizante

Abstract

Los sistemas de aislación sísmica se han convertido en una alternativa prometedora para el diseño sismo resistente de puentes. Su objetivo principal es alejar la frecuencia fundamental de una estructura de las frecuencias predominantes de alta energía de un movimiento sísmico, como resultado se transmiten fuerzas reducidas a la subestructura. Adicionalmente, los aisladores sísmicos son además capaces de proveer disipación de energía con el objetivo de reducir las aceleraciones transmitidas a la superestructura. Actualmente, los dos tipos de aisladores más usados son los elastoméricos y friccionales deslizantes. El aislador Elastomérico con Núcleo de Plomo (LRB) y el aislador deslizante Friccional de Triple Péndulo (TFP), fueron los dos tipos de aisladores seleccionados en este trabajo de investigación. Para entender mejor el comportamiento de los dos aisladores, se realizó primero un estudio de los modelos histeréticos adoptados para describir su respuesta cíclica. En el caso del LRB, se consideró un modelo capaz de describir la degradación de la resistencia debido al calentamiento del núcleo de plomo y un modelo bilineal simple. En el caso del aislador TFP, se adoptó un modelo en serie y otro en paralelo. Para validar los modelos, se realizó una comparación con ensayos cuasi estáticos cíclicos y dinámicos. Posteriormente, se analizó la respuesta sísmica de un puente de tablero contínuo aislado con LRB y TFP. En el diseño de estos aisladores, se consideró que el periodo aislado, la rigidez post-fluencia y la fuerza de fluencia sean similares, con el propósito de poder comparar los efectos únicos de cada aislador en el puente analizado. En el estudio de la respuesta sísmica del puente aislado, se realizó una serie de análisis dinámicos no lineales, considerando las dos componentes horizontales de siete registros sísmicos. En estos análisis se consideró los limites inferiores y superiores de las propiedades de cada aislador, con el objetivo de obtener los máximos valores en cuanto a desplazamientos y fuerzas desarrolladas en los aisladores. A partir de los resultados obtenidos, se concluye que el sistema con LRB es capaz de proveer respuestas más uniformes y a menores demandas sísmicas en la subestructura, sin embargo, induce mayores desplazamientos en los aisladores en comparación con el sistema TFP.

Seismic isolation systems have become a promising alternative for earthquake resistant design of bridges. Its main purpose is to move the fundamental frequency of a structure away from the prevailing high energy frequencies of a seismic movement, as a result reduced forces are transmitted to the substructure. Additionally, seismic isolators are also capable of providing energy dissipation in order to reduce accelerations transmitted to the superstructure. Currently, the two most used types of isolators are elastomeric and sliding frictional. The Lead Rubber Bearing (LRB) isolator and the Sliding Triple Friction Pendulum (TFP) isolator were the two types of isolators selected in this research work. To better understand the behavior of the two isolators, a study of the hysterical models adopted to describe their cyclical response was first carried out. In the case of the LRB, a model capable of describing the resistance degradation due to heating of the lead core and a simple bilinear model were considered. In the case of the TFP isolator, a series and a parallel model were adopted. To validate the models, a comparison was made with quasi-static cylic and dynamic tests. Subsequently, the seismic response of a critical isolated continuous deck bridge with LRB and TFP was analyzed. In the design of these isolators, it was considered that the isolated period, the post-yield stiffness and the yield strength are similar, in order to be able to compare the unique effects of each isolator in the analyzed bridge. In the study of the seismic response of the isolated bridge, a series of nonlinear dynamic analyzes was carried out, considering the two horizontal components of seven seismic records. In these analyzes, the lower and upper limits of the properties of each isolator were considered, with the aim of obtaining the maximum values in terms of displacements and forces developed in the isolators. From the results obtained, it is concluded that the system with LRB is capable of providing more uniform responses and lower seismic demands on the substructure, however, it induces greater displacements in the isolators compared to the TFP system.