Medidas de intensidad sísmica para reducir la variabilidad de la respuesta estructural de edificaciones usando análisis dinámico incremental bidireccional

Abstract

Los análisis sísmicos mayormente consideran de forma independiente los efectos a lo largo de los ejes ortogonales de las edificaciones, sin tomar en cuenta la orientación real de la demanda sísmica. No obstante, estudios muestran que la simultaneidad y el ángulo de incidencia del sismo afectan significativamente la respuesta estructural. Por otro lado, la vulnerabilidad estructural suele evaluarse mediante funciones de fragilidad obtenidas del análisis dinámico incremental (IDA), en la cual se relaciona una medida de demanda (DM) con una medida de intensidad (IM). Dado ello, la selección de la IM influye en la variabilidad de los resultados. Esta investigación desarrolla curvas IDA que incorporan en su análisis, el efecto de la simultaneidad y el ángulo de incidencia sísmico. El IDA se aplicó a 15 modelos estructurales híbridos, con diferentes sistemas estructurales en cada dirección, permitiendo captar los efectos de torsión y rigidez. Se seleccionaron 52 registros sísmicos de una base de datos empleando el espectro RotD50, considerando las distintas orientaciones del sismo. Se evaluaron 27 IM con el fin de determinar la que minimice la variabilidad estructural en mayor magnitud. Se determinó la variabilidad estructural promedio para cada IM considerando los distintos estados de daño: operatividad, ocupación inmediata, seguridad de vida, prevención de colapso y colapso. Los resultados indican que, para los estados de daño dentro del rango elástico, la IM con mejor desempeño es la aceleración espectro ( ), mientras que, para el comportamiento no lineal, la ley de potencia CR ( ) es la más efectiva.

Seismic analyses usually consider the effects along the orthogonal axes of buildings as independent, without considering the actual orientation of the seismic demand. However, studies show that the simultaneity and the angle of incidence of the earthquake significantly affect the structural response. On the other hand, structural vulnerability is usually evaluated using fragility functions obtained from Incremental Dynamic Analysis (IDA), in which a demand measure (DM) is related to an intensity measure (IM). Therefore, the selection of the IM influences the variability of the results. This research develops IDA curves that incorporate in their analysis the effect of simultaneity and seismic angle of incidence. The IDA was applied to 15 hybrid structural models, with different structural systems in each direction, allowing to incorporate the effects of torsion and stiffness. Fifty-two seismic records were selected from a database using the RotD50 spectrum, considering the different earthquake orientations. Twenty- seven MI were evaluated to determine the one that minimizes the structural variability in greater magnitude. The average structural variability was determined for each MI considering the different damage states: operability, immediate occupancy, life safety, collapse prevention and collapse. The results indicate that, for damage states within the elastic range, the IM with the best performance is the acceleration spectrum ( ), while, for nonlinear behavior, the CR power law ( ) is the most effective.