Desempenho sísmico de uma nova junta de pórtico de concreto pré-moldado com uma estrutura construída

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5334 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Uma nova ligação viga-pilar de estrutura de concreto pré-moldado é projetada nesta pesquisa. A conexão adota o modo de montagem da coluna pré-moldada e da área de costura em conjunto para manter a integridade da área de junta e aumentar a eficiência da montagem. Com base na conexão de manga de cimentação convencional, um dispositivo de mola prato é construído na extremidade da viga para melhorar a ductilidade da junta. Dez corpos de prova de conexão foram testados sob baixas cargas cíclicas, incluindo duas conexões monolíticas, quatro conexões pré-moldadas comuns e quatro novas conexões pré-moldadas. Os parâmetros de teste incluíram o tipo de junta e a relação de pressão axial, e a diferença no desempenho sísmico foi determinada avaliando o modo de falha, características de histerese, degradação da rigidez, dissipação de energia e deformação por cisalhamento da área da junta. Comparadas às conexões monolíticas, as conexões pré-moldadas convencionais apresentam características de histerese semelhantes. Embora sua ductilidade seja ligeiramente inferior, sua capacidade de carga é maior. Em comparação com as duas conexões anteriores, a nova conexão com o dispositivo de mola prato integrado tem desempenho sísmico superior. A relação de pressão axial é um aspecto significativo na determinação do modo de falha da conexão pré-moldada, e a amostra apresenta menos danos por cisalhamento em uma relação de pressão axial maior.

As estruturas de concreto pré-moldado (PC) têm as vantagens de melhorar a qualidade da construção, aumentar a eficiência da construção, conservar mão de obra, economizar energia e reduzir emissões; conseqüentemente, o tema estratégico da industrialização de novos edifícios baseados em estruturas de PC tem recebido atenção crescente nas últimas décadas1,2,3,4. No entanto, o fraco desempenho sísmico das estruturas de PC durante os terremotos tem sido a razão que limita o uso generalizado de estruturas de PC em áreas de alta intensidade5. É bem sabido que o desempenho sísmico das estruturas de pórtico de PC está altamente correlacionado com a confiabilidade da conexão viga-coluna de PC. Em muitos estudos experimentais, constatou-se que o fenômeno de colapsos de edifícios de PC, causado por falhas nas conexões viga-coluna de PC, é o mais comum6,7. Consequentemente, avaliar o desempenho sísmico das ligações viga-pilar do pórtico de PC é um pré-requisito para a implementação generalizada de estruturas de pórtico de concreto pré-fabricadas em locais de alta intensidade.

A ductilidade e o consumo de energia têm sido extensivamente investigados como dois aspectos cruciais que influenciam o desempenho sísmico das conexões de estruturas de PC. O modo de montagem de componentes pré-moldados tem um efeito direto no consumo de energia da estrutura do PC, e vários pesquisadores melhoraram a eficiência energética da conexão do PC inventando vários modos de montagem. Atualmente, o modo de montagem mais comum é a pré-moldagem de vigas e pilares separadamente, que são posteriormente trazidos ao local para montagem e vazados com concreto na área da junta8,9. Diferentes formas de montagem apresentam problemas distintos. Após a concretagem do pilar10,11, a área de concretagem do pilar é muito grande, resultando em uma construção ineficiente, e o surgimento de pontos fracos no pilar prejudica seu consumo de energia. A aplicação de concreto na extremidade da viga12 pode garantir a integridade da coluna e estar em conformidade com o princípio de projeto de “coluna forte e viga fraca” no projeto sísmico; no entanto, as nervuras longitudinais da viga não podem ser contínuas nas juntas e é difícil garantir a transmissão eficaz das tensões durante os terremotos. Juntos, os componentes pré-moldados e as costuras garantem a integridade da região do nó e fazem com que a área de junção tenha um melhor desempenho no consumo de energia5,13. A forma confiável da conexão de reforço dentro do membro pré-moldado é outro fator chave que afeta a capacidade de consumo de energia da conexão da estrutura de PC, e a conexão de sobreposição comum requer um longo comprimento de sobreposição e baixa resistência de ligação . Estudos que melhoram as conexões sobrepostas demonstraram que, embora possam melhorar seu desempenho sísmico, o complexo processo de fabricação e construção dificulta sua promoção em componentes pré-moldados16,17. As conexões de manga são amplamente utilizadas por sua operação simples, juntas confiáveis ​​e excelentes capacidades de transferência de tensão; entretanto, a ductilidade dos componentes do PC é fraca devido às suas características inerentes5,18.