Innovative system for seismic resistant masonry infills in reinforced concrete frame structures

Abstract

Reinforced concrete (RC) structures with masonry infill walls constitute a significant portion of buildings, since their use is common in many countries due to the good performances of infills with respect to, temperature, noise, moisture, fire and durability. Therefore, RC structures with masonry infill walls are a popular form of construction in seismic regions too. Although, infill walls are mostly considered as non-structural elements and thus are typically neglected in the design process, the observations after earthquakes have shown that they interact with the structural system during seismic actions and that the traditional infill walls, connected with the mortar to the surrounding frame, are vulnerable to earthquake motions. Beside economic loss due to the repair or reconstruction of some infills, repair of damages to structural system, equipment, rental and relocation costs and general income losses, sometimes the consequences were total collapses of buildings and loss of human lives. Therefore, a huge effort has been made to consider the interaction of the structural system with the infill walls, but due to the complexity of the infill wall behaviour, no practical design procedures or solutions have been developed. This thesis presents the INODIS system (Innovative Decoupled Infill System) that makes seismic resistant masonry infills in RC frames structures. This system decouples infill wall form the surrounding frame through a circumferential arrangement of the U-shaped elastomer placed between the infill panel and the frame columns and beams. This allows for relative displacements between the frame and infill, without damaging an infill and simultaneously enabling a support for the out-of-plane loads. The behaviour of the decoupling system is investigated through the tests on system components and on a RC frames filled with hollow clay bricks subjected to separate and combined in-plane and out-of-plane loads. These test results are compared to the results obtained from tests on RC frames with and without traditional infills. The experimental results showed quite brittle behaviour of traditional infills as well as significant reduction of resistances for sequentially applied loading and even higher reductions of the seismic resistance if the loads are applied simultaneously. This was all solved with the application of the INODIS system, which helped in reaching high in-plane drifts without experiencing damage in infill wall and at the same time providеd reliable connection for the out-of-plane loading. Additionally, viscoelastic behaviour of elastomers provided high level of energy dissipation and improvеd damping capacity of the infilled frame...

Армиранобетонске (АБ) конструкције са зиданом испуном се врло често користе у грађевинарству. Због добрих својстава у погледу трајности, термичких карактеристика, добре изолације од буке, влаге, ватре, њихова изградња је уобичајена у многим земљама. С обзиром на то, АБ конструкције са зиданом испуном су присутне и у сеизмички активним подручијима. Иако се зидана испуна сматра неконструктивним елементом који се обично занемарује у прорачуну, уочено је да је традиционална зидана испуна, повезана са околним рамом преко малтера, подложна значајном оштећењу при дејству земљотреса. Поред економских губитака услед поправки и поновне изградње испуне, присутни су и трошкови поправке оштећења носећег система, опреме, трошкови пресељења станара, као и губици потенцијалне добити. Последице понекад могу да буду и катастрофалне, односно може доћи до тоталног рушење конструкција и губитка људских живота. Због тога се улаже значајан напор како би се интеракција испуне и носећег система узела у обзир на коректан начин у прорачуну. Међутим због комплексности понашања зидане испуне, до сада није предложен ни један практично примењив прорачунски концепт. У овој дисертација представљен је систем INODIS (Innovative Decoupled Infill System) чијом применом зидана испуна у АБ конструкцијама постаје сеизмички отпорна. Овај систем се заснива на уградњи еластомера између зидане испуне и околног рама. На овај начин се омогућавају релативна померања рама у односу на испуну, без оштећивања испуне а истовремено се пружа потпора за оптерећење управно на раван зида. Експериментално су испитане све компоненте АБ рамова са зиданом испуном и предложеним иновативним системом. Затим су експериментално испитани АБ рамови са зиданом испуном од шупљих опекарских блокова и примењеним системом INODIS. Испитивани су случајеви са оптерећењем у равни испуне као и оптерећењем управно на раван испуне, посебно и у комбинацији. Ови експериментални резултати су упоређени са резултатима експерименталних тестова на АБ раму без испуне и АБ раму са традиционалном зиданом испуном. Резултати су показали изузетно крто понашање традиционалне испуне, као и значајно смањење носивости при секвенцијално нанетом оптерећењу и још веће смањење сеизмичке носивости када су оптерећења нанета истовремено. Ово је све решено применом INODIS система, који је омогућио да се достигну велике вредности релативног међуспратног померања без појаве оштећења у испуни и у исто време пружио поуздану везу за прихватање оптерећења управно на раван зида. Такође, вискоеластично понашање еластомера допринело је повећању дисипације енергије и побољшању нивоа пригушења система...