Resumen de la comparación del código de diseño de aislamiento sísmico japonés con códigos extranjeros

En octubre de 2022, se aprobó la Norma ISO 23618:2022 (Bases para el diseño de estructuras - Principios generales paraestructuras sísmicamente aisladas) fue publicado. Este documento compara el detallediseño de aislamiento sísmicoprocedimientos de cuatro regiones/países-Japón (N.º de notificación MLIT. 2009), China (GB/T 51408-2021), EE. UU. (ASCE 7-16) y el Eurocódigo (EC8) para proponer un flujo de trabajo de diseño común para la práctica de la ingeniería. Las dimensiones clave de comparación incluyen cargas sísmicas, métodos de análisis, combinaciones de cargas principales ydispositivo de aislamientométodos de prueba. Se utiliza un modelo de edificio de hormigón armado (RC) de 7 pisos para demostrar los procedimientos de diseño, con los resultados del método lineal equivalente (ELM) y el análisis del historial de respuesta (THA) resumidos.

Las diferencias principales en cargas sísmicas, métodos de análisis, combinaciones de cargas y pruebas de dispositivos entre los cuatro códigos se resumen en la Tabla 1 (disposiciones generales) y la Tabla 2 (estado límite último, ULS, requisitos).
Tabla 1: Disposiciones clave deCódigos de diseño de aislamiento sísmico

Tabla 2: Carga sísmica ULS y requisitos de respuesta de super-estructura

Código clave-notas específicas:

1. Filosofía de diseño: Japón utiliza el método de diseño de tensiones permitidas; China, EE.UU. y EC8 utilizan el método de diseño de estados límite.
2. Cargas de tensión: China y EE. UU. tienen diseños de cargas de tensión críticas (con más dispositivos-resistentes a la tensión utilizados) en comparación con Japón.
3. Control de calidad del dispositivo: todos los códigos requieren pruebas estrictas de prototipos; Japón y EE.UU. prueban el 100% de los dispositivos de producción, mientras que China y EC8 permiten el muestreo.

3.1 Modelo de análisis
Se utiliza un edificio RC de 7 pisos modificado (basado en Saito 2011 y Feng 2022). Parámetros clave:
1. Períodos fundamentales de base-fija: dirección del marco (Tx): 0,564, 0,190, 0,107 s; Dirección del muro de corte (Ty): 0,238, 0,105, 0,087s.
2. Dispositivo de aislamiento: Rodamientos de caucho con plomo (LRB)(seleccionado para restaurar la fuerza y ​​la amortiguación).
Diámetro: 650–750 mm (Japón, China, EC8); 900 mm (EE. UU., debido a las grandes cargas sísmicas MCER).
Tabla 3: Propiedades de diseño nominal del sistema de aislamiento

3.2 Carga sísmica
1. Lugares de destino: Tokio (Japón), Beijing (China), San Francisco (EE.UU.), Reggio Calabria (EC8).
2. Condición del suelo: Perfil fijo; Velocidad media de la onda de corte (30 m superiores): 209 m/s.
3. Características de los espectros:
1) Amortiguación del 5%: EE. UU. tiene el mayor espectro de aceleración/pseudovelocidad (≈1,5 veces el de Japón).
2) Espectros de pseudovelocidad: aumenta con el período (China); constante/disminuciones (Japón, EE.UU., EC8).
3) Amortiguación ULS para edificios aislados: ~20%.
3.3 Resultados del análisis de respuesta
Se comparan dos métodos principales: ELM (método lineal equivalente) y THA (análisis del historial de respuestas).
3.3.1 Método lineal equivalente (ELM)
Todos los códigos definen ELM para sistemas de un solo-grado-de-libertad (SDOF), pero con diferentes aplicabilidades. China utiliza el 85% de masa equivalente y calcula respuestas para cargas de 475 y 2475 años (no se consideran propiedades límite).
Tabla 4: Resultados clave de la respuesta de ELM y THA

3.3.2 Análisis del historial de respuesta (THA)
1. Movimientos del suelo:6 pares (Japón, valores máximos); 10 pares (China, EE.UU., EC8, valores medios); todos coinciden con el 5% de los espectros de diseño.
2. Modelado:
a) marco 3D;LRBidealizado como bilineal.
b) Análisis horizontal: amortiguamiento de Rayleigh (amortiguamiento del sistema de aislamiento=0; amortiguamiento de la super-estructura del 1.º/2.º período=3%).
c) Super-estructura: no-lineal (Japón, China); elástico (EE.UU., EC8).
3. Software:SERA3D Ver10.8 (THA); PKPM (China, RSA); ETABS V18 (RSA vertical).
4. Análisis vertical:RSA con amortiguación de Rayleigh (amortiguación del primer/segundo período vertical=3%); Los modos de vibración del haz son prominentes (debido a la alta rigidez vertical del aislamiento).
3.3.3 Principales hallazgos
1. Japón:Deriva de aislamiento ULS > Deriva SLS; ELM y THA se seleccionan de forma independiente (20% ELM, 80% THA en la práctica); El movimiento del suelo del campo cercano- de Kobe NS produce el corte más grande (superando el ELM); ELM predice una mayor deformación del aislamiento.
2.China:La carga de 475-años (RSA) diseña la superestructura; La carga de 2475 años (THA) comprueba la deriva; La carga de diseño utiliza el máximo de resultados RSA/THA.
3. Estados Unidos:Los resultados de THA están limitados por ELM; El corte ELM es ligeramente mayor que el diseño sísmico (debido a Rᵢ=1.875 para aislamiento versus R=5 para diseño sísmico normal).

Este documento comparadiseño de aislamiento sísmicoprocedimientos de Japón, China, EE. UU. y EC8, centrándose en cargas sísmicas, métodos de análisis y pruebas de dispositivos. Un modelo de edificio RC de 7-pisos demuestra los flujos de trabajo de diseño, comparando los resultados de ELM y THA. El objetivo es proponer un procedimiento de diseño común para la práctica de la ingeniería, abordando las diferencias específicas del código en la filosofía de diseño, combinaciones de carga y requisitos de análisis.

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