Behavior of Reinforced Concrete Buildings with Sliding Belt Seismic Isolation and Elastic Limiter of Horizontal Displacements

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

An effective way of ensuring seismic resistance of buildings and structures is the use of active seismic protection systems - seismic isolation. One known type of seismic isolation is a sliding belt at foundation level. However, the application of this seismic protection system is limited by the lack of necessary design justifications and studies. The behavior of a cast-in-situ reinforced concrete building with different number of storeys (5, 9, 16 floors) with sliding belt seismic isolation at foundation level containing fluoroplastic plates and an elastic limiter of horizontal displacements is considered. The main focus of the study is the effect of the size of the gap between the elastic limiter and the side faces of the upper foundation on the efficiency of the sliding belt. The analysis was carried out using the direct dynamic method. Comparative graphs of relative displacements and the stress intensity distributions for each calculation case are obtained. It is revealed that proximity of the elastic limiter to the foundation increases the likelihood of collision and the emergence of dangerous vibrations that can lead to the failure of the structure. The optimally selected gap size will allow the sliding belt to operate effectively, limiting excessive horizontal displacements, and reduce seismic loads on the superstructure.

About the authors

Oleg V. Mkrtychev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Author for correspondence.
Email: mkrtychev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2828-3693
SPIN-code: 9676-4986

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Strength of Materials

Moscow, Russia

Salima R. Mingazova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Email: salima.mingazova@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0009-3654-4038
SPIN-code: 7506-5852

Postgraduate student of the Department of Strength of Materials

Moscow, Russia

References

  1. Eisenberg Ya.M., Smirnov V.I. Seismic safety of structures and settlements. Innovative solutions. Urban planning. 2013;(1):57-64. (In Russ.) EDN: PYWRPV
  2. Mkrtychev O.V., Bubnov A.A. Features of calculating a seismically insulated building by displacement. Vestnik MGSU. 2014;(6):63-70. (In Russ.) EDN: SIJYDH
  3. Mirzaev I., Turdiev M. Vibrations of buildings with sliding foundations under real seismic effects. Construction of Unique Buildings and Structures. 2021;1(94):9407. https://doi.org/10.4123/CUBS.94.7
  4. Smirnov V.I. Application of innovative technologies of seismoisolation of buildings in seismic zone. Earthquake engineering. Constructions safety. 2009;(4):16-23. (In Russ.) EDN: QCLRRB
  5. Maureira-Carsalade N., Pardo E., Oyarzo-Vera C., Roco A. A roller type base isolation device with tensile strength. Engineering structures. 2020;221:111003. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111003
  6. Erdik M., Ulker O., Sadan B, Tuzun C. Seismic isolation code developments and significant applications in Turkey. Soil dynamics and earthquake engineering. 2018;115:413-437. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2018.09.009
  7. Paolo M. Calvi, Gian Michele Calvi. Historical development of friction-based seismic isolation systems. Soil dynamics and earthquake engineering. 2018;106:14-30. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2017.12.003
  8. Takafumi Fujita Dr. Seismic isolation of civil buildings in Japan. Progress in structural engineering and materials. 2005;1(3). https://doi.org/10.1002/pse.2260010311
  9. Zhou F.L. Seismic isolation of civil buildings in the People’s Republic of China. Progress in structural engineering and materials. 2001;3(3):268-276. https://doi.org/10.1002/pse.85
  10. Avinash A.R., Krishnamoorthy A., Kamath K., Chaithra M. Sliding isolation systems: historical review, modeling techniques, and the contemporary trends. Buildings. 2022;12(11):8-23. https://doi.org/10.3390/buildings12111997
  11. Asaad R., Kaadan A. Retrofitting existing masonry structures by using seismic base isolation system. Arabian journal for science and engineering. 2023;49:5243-5254. https://doi.org/10.1007/s13369-023-08381-9
  12. Warn G.P., Ryan K.L. A Review of seismic isolation for buildings: historical development and research needs. Buildings. 2012;(2):300-325. https://www.mdpi.com/2075-5309/2/3/300
  13. Patil A.Y., Patil R.D. A review on seismic analysis of a multistoried steel building provided with different types of damper and base isolation. Asian journal of civil engineering. 2024;25:3277-3283. https://doi.org/10.1007/s42107023-00978-7
  14. Cardone D., Flora A., Gesualdi G. Inelastic response of RC frame buildings with seismic isolation. Earthquake engineering and structural dynamics. 2013;42(6):871-889. https://doi.org/10.1002/eqe.2250
  15. Hou S., Chen Y., Wu H., Wang Z. Seismic isolation design and analysis of a complex medical building. Structural concrete. 2024;25(3):1495-1498. https://doi.org/10.1002/suco.202300832
  16. Banovic I., Radnic J., Grgic N., Matesan D. The use of limestone sand for the seismic base isolation of structures. Advances in Civil Engineering. 2018;(6):1-12 https://doi.org/10.1155/2018/9734283
  17. Dushimimana A., Dushimimana C., Mbereyaho L., Niyonsenga A.A. Effects of building height and seismic load on the optimal performance of base isolation system. Arabian journal for science and engineering. 2023;48:13283-13302. https://doi.org/10.1007/s13369-023-07660-9
  18. Leblouba M. Selection of seismic isolation system parameters for the near-optimal design of structures. Scientific Reports. 2022;12:14734. https://doi.org/10.1038/s41598-022-19114-7
  19. Politopoulos I., Pham H. Sensitivity of seismically isolated structures. Earthquake engineering and structural dynamics. 2009;38(8):989-1007. https://doi.org/10.1002/eqe.879
  20. Whittaker A.S., Sollogoub P., Kim M.K. Seismic isolation of nuclear power plants: past, present and future. Nuclear Engineering and Design. 2018;338:290-299. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2018.07.025
  21. Yu C.-C., Bolisetti C., Coleman J.L., Kosbab B., Whittaker A.S. Using seismic isolation to reduce risk and capital cost of safety-related nuclear structures. Nuclear engineering and design. 2018;326:268-284. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2017.11.016
  22. Lo Frano R. Benefits of seismic isolation for nuclear structures subjected to severe earthquake. Science and technology of nuclear installations. 2018;2018(1):8017394. https://doi.org/10.1155/2018/8017394
  23. Hall J.F. The role of damping in seismic isolation. Earthquake engineering and structural dynamics. 1999; 28(12):1717-1720. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-9845(199901)28:1<3::AID-EQE801>3.0.CO;2-D
  24. Du Y., Li H., Spencer B.F. Effect of non-proportional damping on seismic isolation. Journal of structural control. 2002;9(3):205-236. https://doi.org/10.1002/stc.13
  25. Mkrtychev O., Mingazova S. Analysis of the reaction of reinforced concrete buildings with a varying number of stories with a seismic isolation sliding belt to an earthquake. IOP Conference series: materials science and engineering. 2020;869:052065. https://doi.org/10.1088/1757-899X/869/5/052065
  26. Mkrtychev O., Mingazova S. Numerical analysis of antiseismic sliding belt performance. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2023;19(2):161-171. https://doi.org/10.22337/2587-9618-202319-2-161-171
  27. Mkrtychev O., Mingazova S. Study of the seismic isolation sliding belt: The case of a monolithic reinforced concrete building. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1425(1):012161. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1425/1/ 012161
  28. LS-DYNA. KEYWORD users manual. Volume I, II. Livermore Software Technology Corporation (LSTC). P. 3186.
  29. Mkrtychev O.V., Jinchvelashvili G.A. Problems of accounting for nonlinearities in the theory of seismic resistance (hypotheses and misconceptions): monograph. Moscow: MGSU; 2014. (In Russ.) ISBN 978-5-7264-0801-9

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».