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- Fiabilidade Estrutural de Edifícios Existentes de Betão Armado sem Dimensionamento SismorresistentePublication . Sousa, Romain; Costa, Alfredo Campos; Costa, Aníbal; Candeias, PauloAté à introdução e disseminação do atual regulamento de dimensionamento sismorresistente em 1983, o Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSA), a generalidade dos edifícios de betão armado eram dimensionados para resistir apenas a cargas gravíticas. O presente estudo pretende caracterizar o comportamento sísmico destes edifícios bem como quantificar a fiabilidade estrutural quando avaliados à luz do Eurocódigo 8 - Parte 3. Por forma a criar um contexto representativo desta classe de edifícios, foram gerados centenas de modelos numéricos que refletem as principais características geométricas e mecânicas dos materiais, e que obedecem às regras e disposições construtivas definidas nos regulamentos nacionais anteriores à introdução do RSA. A análise probabilística dos resultados obtidos para os níveis de perigosidade associados às diferentes regiões do território nacional fornece indicações de quais as combinações edifícios/zonas sísmicas que apresentam uma maior vulnerabilidade face à ação sísmica.
- Numerical simulation of beam-to-column connections in precast reinforced concrete buildings using fibre-based frame modelsPublication . Sousa, Romain; Batalha, Nádia; Rodrigues, HugoRecent earthquakes exposed the poor performance of precast RC structures, imposing damage on both structural and non-structural elements. The concentration of damage at the beam-to-column connections highlights the vulnerability of these systems and the need to understand and improve its seismic performance. The numerical simulation of connection systems in efficient software packages has been addressed in the past by several authors. However, these models fail in describing the different mechanisms independently and, therefore, are difficult to apply to generic connection solutions. Once identified the main lateral load resisting mechanisms involved, a new numerical model is proposed accounting for friction, dowel behaviour and the contribution of the neoprene components. The proposed model was validated against different experimental tests and a parametric study was performed to understand the contribution of the different components, especially in what concerns to the maximum horizontal strength and hysteretic energy dissipation.
- Using Nonlinear Static Procedures for the Seismic Assessment of Irregular RC BuildingsPublication . Sousa, Romain; Eroglu, T; Kazantzidou, D.; Kohrangi, M.; Sousa, L.; Nascimbene, Roberto; Pinho, R.The application of Nonlinear Static Procedures (NSPs) to assess the seismic vulnerability of existing structures has become widely accepted and extensively used in the literature as well as in engineering practice. Nevertheless, their success in predicting the response of irregular buildings is not yet fully verified. The main goal of the present study is to evaluate the capability and accuracy of some of the existing nonlinear static procedures (N2 and ACSM, in this case) to estimate the seismic performance of irregular structures. In order to accomplish this objective, four existing buildings, irregular in plan and elevation, were subjected to an extensive number of nonlinear static and dynamic analyses. The comparisons, focused on both global and local response parameters provide first indications on the reliability of static procedures to estimate the actual response of irregular RC buildings.
- Avaliação da Segurança Sísmica de Edifícios Existentes em Betão ArmadoPublication . Sousa, Romain; Costa, Alfredo Campos; Costa, Aníbal GuimarãesA avaliação da segurança sísmica de edifícios existentes tem como quadro de referência o Eurocódigo 8 – Parte 3. Tendo em conta que uma parte significativa do território nacional apresenta uma sismicidade moderada a baixa, a aplicação dos procedimentos definidos neste código conduz a análises demasiado complexas para a maioria dos edifícios existentes de pequeno a médio porte. Neste trabalho são propostos dois métodos expeditos que permitem avaliar a resistência sísmica de edifícios de betão armado sem recurso a modelos numéricos, apenas com base nas propriedades geométricas (Método I) e também mecânicas (Método II) dos pilares dos edifícios. Não obstante a simplicidade destes métodos, utilizaram-se no seu desenvolvimento análises probabilísticas de avaliação de segurança sísmica, aplicadas a um universo de estruturas representativas de uma fração relevante do parque habitacional português. Os métodos aqui propostos permitem assegurar idêntico nível de fiabilidade estrutural para diferentes graus de perigosidade sísmica em Portugal, com avaliações mais conservativas para métodos com graus de simplificação crescente.
- Modelação numérica do escorregamento de armaduras em elementos de betão armadoPublication . Sousa, Romain; Correia, António A.; Almeida, João P.; Pinho, RuiEstruturas porticadas de betão armado (BA) sujeitas à ação sísmica apresentam frequentemente deformações localizadas nas extremidades dos seus elementos devidas ao escorregamento das armaduras em relação ao betão, nomeadamente ao longo do seu comprimento de amarração. Apesar de as mesmas poderem representar 40% da deformação lateral total de elementos em BA, a modelação numérica deste comportamento apresenta ainda diversas limitações. O presente artigo introduz uma estratégia de simulação onde, pela primeira vez, um modelo explícito para o escorregamento de armaduras é associado a um elemento de viga, com discretização seccional por fibras, através de um elemento de ligação com comprimento nulo. O elemento proposto adota uma sofisticada relação constitutiva de aderência, representando os efeitos da degradação cíclica ou da cedência das armaduras, entre outros. O modelo é validado através da comparação entre resultados numéricos e experimentais, demonstrando uma eficiência, precisão e estabilidade numérica assinaláveis.
- Modellazione di una pila da ponte nell’ambito di un “Blind Prediction Contest"Publication . Biachi, Federica; Sousa, Romain; Pinho, RuiNel presente lavoro vengono descritte le strategie di modellazione impiegate per la previsione della risposta nonlineare dinamica di una pila da ponte a scala reale in cemento armato soggetta a sei accelerogrammi di crescente intensità. Il prototipo della struttura, una colonna a sezione circolare con diametro pari a 1.22 m, di altezza pari a 7.32 m misurata dal piano di fondazione e che sorregge all’estremità un blocco in cemento armato di 230 tonnellate, è stato testato sulla “NEES @ UC San Diego Large High Performance Outdoor Shake Table” in occasione del recente “Concrete Column Blind Prediction Contest 2010”. Al termine della competizione sono state messe a disposizione dei partecipanti le misurazioni sperimentali necessarie per procedere con il confronto con i risultati numerici della previsione. Da tale confronto è emerso che, grazie alle strategie adottate in fase di modellazione e grazie all’utilizzo di un appropriato software di calcolo agli elementi finiti (a plasticità diffusa, cioè con elementi a fibre), è stato possibile stimare in modo sufficientemente accurato il comportamento della struttura in esame.
- Updating Fragility Curves for Portuguese Pre-Seismic Code Reinforced Concrete BuildingsPublication . Moghimi, Sanam; Sousa, Romain; André, João; Costa, Alfredo Campos; Carvalho, Alexandra; Lourenço, Paulo B.This paper is part of a broader study under development at LNEC with the main aim of defining general policies for the cost-effective seismic retrofitting of the existing Portuguese building stock. The paper will summarise the methodology implemented for determining accurate capacity and fragility curves of existing pre-seismic design code reinforced concrete (RC) buildings when subjected to seismic action. The methodology involved the definition of probabilistic models of relevant input variables (geometry and materials), performing advanced numerical models of RC buildings under seismic action, setting of appropriate limit states and finally analysis of the results in order to derive the updated curves for Portuguese building stock. This paper will also present a comparison between curves obtained from the current study and the corresponding curves currently being used in LNEC’s seismic risk assessment platform (LNECloss).
- A Displacement-Based Design Approach for Seismic Retrofitting of RC FRames with Steel BracesPublication . Sousa, RomainThe introduction in Europe of the new regulation for seismic design will impose stricter performance requirements for building structures. This will result in a significant number of existing reinforced concrete structures having inadequate seismic resistance and therefore requiring intervention. One of the possible retrofitting options is the application of steel braces. However, this approach is not widely used due to the lack of seismic regulation in this field. The main goal of this work is the development of a fast and reliable design method that can promote the retrofitting of reinforced concrete frames with steel braces. In the last years, the scientific community has demonstrated that seismic design based in displacements is more adequate and rigorous that the traditional based in forces. Focused in obtaining the fundamental parameters for the application of this new method, it has been realized static and dynamic non-linear analysis in reinforced concrete structures strengthened with concentric steel braces. The results enable the definition of parameters such as displacement profiles, yielding displacements and target displacements among others. Based on the obtained results, it is proposed a displacement based method that enable, in a simple way, to design the retrofitting system so that the hybrid structure presents adequate seismic behaviour.
- Dimensionamento de Contraventamentos Metálicos para Reforço sísmico de estruturas de Betão ArmadoPublication . Sousa, Romain; Miguel Castro, JoséA entrada em vigor da nova regulamentação europeia para o dimensionamento sísmico fará com que um grande número de estruturas de betão armado existentes não apresente resistência sísmica adequada, conduzindo por isso à necessidade do seu reforço. Nesse sentido, apesar do contraventamento de estruturas de betão armado com elementos metálicos surgir como uma boa solução de reforço, o seu uso é limitado devido à falta de regulamentação aplicável neste domínio. O principal objectivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de um método de dimensionamento simples e expedito que possa promover o reforço de estruturas porticadas betão armado com contraventamentos metálicos. Nos últimos anos, a comunidade científica tem demonstrado que o dimensionamento sísmico com base em deslocamentos é mais adequado e rigoroso que os métodos tradicionais baseados em forças. Com vista à obtenção de parâmetros fundamentais para a aplicação deste novo método, foram realizadas análises não lineares estáticas e dinâmicas em estruturas porticadas de betão armado reforçadas com contraventamentos metálicos concêntricos. Os resultados fornecidos pelas análises permitiram determinar uma variedade parâmetros tais como o perfil de deslocamentos laterais, o deslocamento de cedência, o deslocamento alvo, entre outros. Com base nos resultados obtidos propõe-se um método de dimensionamento baseado em deslocamentos que permite, de uma forma simples e expedita, dimensionar o sistema de reforço de modo a que a estrutura híbrida apresente um comportamento sísmico adequado.
- A Fibre-Based Frame Element with Explicit Consideration of Bond-Slip EffectsPublication . Sousa, Romain; Correia, António A.; Almeida, João P.; Pinho, RuiReinforced concrete (RC) frames subjected to seismic loading often depict localized member-end deformations due to strain penetration effects between adjacent members, such as beam-column and column-footing joints. Past experimental programs indicate that the bond-slip deformations occurring at the interface between the reinforcement and the surrounding concrete can contribute up to 40% of the lateral deformation of the RC members. The employment of advanced bond-slip models within detailed finite element formulations, capable of simulating continuous domains with highly discretized meshes, has witnessed great advances over the recent years with encouraging results. Nonetheless, this modelling approach is computationally heavy and hence inapplicable for practical seismic (nonlinear) analysis of structures. Alternatively, the use of beam-column elements with lumped or distributed plasticity is a more computationally efficient and engineering-friendly modelling approach. Unfortunately, the elements of this type available in conventional numerical packages did not yet consider an explicit simulation of the interface between the reinforcing bars and the surrounding concrete along their embedment length. The present study aimed at overcoming the foregoing limitation by developing an explicit bond-slip model applicable to general fibre-based beam-column elements. Using a state-of-the-art bond-slip constitutive model, the current paper introduces a zero-length element that computes the localized member-end deformations accounting for the bond-slip response at each reinforcing bar of a given RC section. Along with the material properties and anchorage conditions, the proposed nonlinear model also accounts for cyclic degradation and rebar yielding effects. Validation studies conducted with the proposed numerical formulation reveal a good agreement with past experimental tests, evidencing an important stability and accuracy at the expense of an acceptable additional computational effort.