An innovative isolation device for aseismic design

Abstract

ResumenBasado en la idea de reducir la demanda sísmica en lugar de aumentar la capacidad resistente de las estructuras, el aislamiento sísmico es un método simple para mitigar o reducir los posibles daños producidos por los terremotos. La correcta aplicación de esta tecnología conduce a un mejor comportamiento de las estructuras, que sigue siendo esencialmente elástico durante los terremotos de gran magnitud. El núcleo de esta tecnología es el aislador. La mayoría de los aisladores sísmicos disponibles en la actualidad siguen teniendo limitaciones prácticas que impiden que funcionen según lo previsto e imponen restricciones a su uso efectivo y al nivel de protección proporcionado.En esta Tesis, se presenta un aislador sísmico avanzado llamado roll-n-cage (RNC). Se propone investigar su eficiencia a través de simulación numérica, en un intento de crear un sistema de aislamiento sísmico práctico, efectivo y económico, que tiene por objeto resolver los principales inconvenientes de los actuales sistemas de aislamiento sísmico, manteniendo sus principales ventajas. Este aislador incorpora aislamiento, disipación de energía, amortiguamiento y capacidad de fuerza recuperadora en una sola unidad. Además, ofrece una resistencia al viento significativa y una amplia gama de flexibilidad horizontal, por lo que es adecuado para proteger las estructuras de masa ligera, moderada y grande, así como para proteger equipos sensibles, hardware y / o antigüedades alojados en edificios. Por otra parte, las cuestiones relativas a la viabilidad, los costes de construcción y la disponibilidad de materiales, reducción o prevención de las respuestas de torsión y la resistencia a la elevación son abordados a fondo durante el diseño del aislador RNC.El aislador RNC propuesto es descrito en profundidad y sus principios de funcionamiento son presentados en detalle. La caracterización mecánica del dispositivo se ha llevado a cabo por medio de un código computacional sofisticado que simula la respuesta de los dispositivos como si estuvieran sujetos a 4 una máquina de pruebas reales. A través de este esquema, se consigue analizar numéricamente el comportamiento del aislador RNC bajo el efecto simultáneo de cargas horizontales y verticales, como se da típicamente en situaciones prácticas. Además, se presenta una descripción matemática de las principales características asociadas a la rodadura de los aisladores RNC. Asimismo se obtiene un modelo matemático para describir en una forma razonable y manejable la relación fuerza desplazamiento exhibida por el aislador de RNC.Para evaluar la viabilidad del aislador RNC y para comprobar su capacidad para proteger los sistemas estructurales y no estructurales de los riesgos sísmicos, el dispositivo se implementa numéricamente en una variedad de estructuras con masas ligeras y grandes, además de en equipos sensibles alojados en los pisos superiores de dichas estructuras. Para extraer conclusiones de carácter relativamente general sobre el funcionamiento del aislador RNC, se estudia una amplia gama de terr...

Passive and hybrid mitigation of potential near-fault inner pounding of a self-braking seismic isolator

“…Those curvatures absorb exactly the gradually developed uplift that results in rolling of the quasi-ellipsoidal rolling body keeping the same vertical offset between lower-most and uppermost surfaces of the RNC isolator. More detailed description and thorough treatment of the RNC isolator is found in [29].…”

“…A new seismic isolation device, called roll-n-cage (RNC) isolator, has been recently proposed in [17][18][19][20]. Fig.…”

Reduced-order coupled bidirectional modeling of the Roll-N-Cage isolator with application to the updated bridge benchmark

“…The Roll-N-Cage (RNC) isolator has been recently proposed [1,6] as an attempt to enhance aseismic design. It is a rolling-based isolation system that allows to achieve the maximum possible structure-ground decoupling and, therefore, to minimize the seismic force transfer to the isolated structure.…”

“…Following the formulation in [12], the restoring force vector in a hysteretic system may be expressed as: (1) in which u is the displacement vector with orthogonal components u x and u y , in x and y directions respectively; q the restoring force vector with components q x and q y ; K is the initial stiffness matrix; α is the post-yielding stiffness ratio; Z represents the hysteretic displacement vector.…”

“…A new seismic isolation system, namely the Roll-N-Cage one (RNC in the following), has been recently [1] proposed in the literature. This system incorporates several interesting features and mechanisms in a single unit; among the others: isolation, energy dissipation, buffering.…”