Comparación entre 3 tipos alternativos de conexión en un edificio de acero bajo cargas sísmicas

• David De León-Escobedo ^[1] ; Juan Carlos Trueba-Albino ^[2]
  1. [1] Universidad Autónoma del Estado de México

     Universidad Autónoma del Estado de México

     México

     
  2. [2] Universidad Autónoma Metropolitana

     Universidad Autónoma Metropolitana

     México

     
• Localización: Ingeniería, investigación y tecnología, ISSN 1405-7743, ISSN-e 2594-0732, Vol. 21, Nº. 3, 2020
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Comparison between 3 types of alternative connections for a steel building under seismic load
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  • español

    Se presenta un procedimiento simplificado basado en simulaciones de Monte Carlo y resultados experimentales previos, el cual compara la efectividad en costo de tres tipos de conexiones alternativas de acero, considerando las incertidumbres en la carga sísmica y resistencias. Dicha efectividad se mide a través de la probabilidad de falla y el costo esperado en el ciclo de vida del edificio. El procedimiento consta de tres etapas: 1) Análisis no lineal de la respuesta máxima, del marco crítico del edificio, ante escenarios predefinidos de aceleraciones sísmicas típicas en la Ciudad de México para identificar la junta crítica y la relación funcional entre la respuesta máxima y las aceleraciones sísmicas; 2) Identificación, mediante análisis de elemento finito, del estado límite crítico de cada conexión en términos de la respuesta máxima y 3) Simulación de Monte Carlo del estado límite de cada conexión para calcular la probabilidad de falla de cada tipo de conexión. Con estas probabilidades de falla se calcula el costo esperado en el ciclo de vida del edificio, para cada tipo de conexión, incluyendo las principales consecuencias de falla. Se observa que las tres conexiones tienen un comportamiento histerético estable y la que tiene cartelas conduce a una menor probabilidad de falla y, aunque su costo es mayor que las otras dos, genera los menores costos esperados en el ciclo de vida, y es recomendable para zonas de alta sismicidad. Las otras dos pueden recomendarse para zonas de baja sismicidad o sismicidad media. Una de las limitaciones del estudio es que solo se consideró un tipo de estructuración y tamaño de planta y elevación, conviene analizar otros tipos estructurales y otros tamaños del edificio. Los diseñadores podrán contar con un ejemplo que les oriente para las condiciones de tipo estructural, demanda sísmica y costos que correspondan a sus casos.

  • English

    A simplified procedure based on Monte Carlo simulations and previous experimental results, to assess the economic effectiveness of 3 alternative steel connections, considering the uncertainty on the seismic load and resistances, is presented. The effectiveness is assessed through the building failure probability and the expected life-cycle cost. The procedure is based on 3 steps: 1) Nonlinear analyses of the building maximum response, for the critical frame, under predefined scenario typical seismic accelerations in Mexico City in order to identify the critical joint and the resulting functional relationship between maximum response and seismic acceleration, 2) Identification, through Finite Element Analysis, of the critical limit state per connection in terms of the maximum response, and 3) Monte Carlo simulation of the limit state function, per connection, to calculate the failure probability .With the failure probability, the building expected life-cycle cost is calculated, for each connection type, including the main failure consequences. It is observed that the 3 connection types shoe stable hysteretic behavior and the connection type with brackets produces the lowest failure probability. Therefore, even though this is the most expensive connection, it generates the lowest expected life-cycle cost and it is recommended for sites with high seismicity. The other 2 connection types may be recommended for zones with medium or low seismicity. One of the shortcomings of the study is that it was performed only for a single building and other structural types and sizes must be considered before making general recommendations. Designers may count now with an example that serves as an orientation to their connection type selection according to their conditions on seismic environment and structural type.