Retrofitting of R/C structures on gravity columns using inverted-Y steel bracings

Abstract

It is common practice in Puerto Rico to build elevated reinforced concrete frame and shear wall structures in hillsides and hilly terrains by supporting them on gravity columns. Recent studies have indicated the vulnerability of these structures to seismic events, especially when the loading is amplified to account for the site topography. It is an objective of this research to examine the use of inverted-Y steel bracing system as a retrofitting measure. The system performance is evaluated against shear wall retrofits which is the only option currently used in the Island. The building prototypes are retrofitted and numerically analyzed in order to develop design guidelines. The size and placement of retrofits were found to be a function of geometric and topographic properties such as the building footprints, column heights, number of bays, and whether or not the earthquake is amplified. The inverted-Y retrofit is proven to be the more cost effective of the two options and is recommended as such. Details on the acceptable retrofitting configurations are provided as well as the built-up sections that may be used for shear links in an inverted-Y system. In the aftermath of an earthquake, it is only the shear links that will most likely need replacing. Easy reparability is an added cost benefit of these systems over the shear wall retrofits.

En Puerto Rico es una práctica común construir estructuras elevadas de hormigón armado y paredes cortantes apoyadas sobre columnas diseñadas para cargas gravitacionales en laderas de montanas o en terreno accidentado. Estudios recientes demuestran la vulnerabilidad de estas estructuras a eventos sísmicos, especialmente cuando la carga es amplificada para tomar en cuenta la topografía del terreno. El objetivo de este estudio es examinar el del sistema de marcos de acero en forma de Y-invertida para reducir daños durante un evento sísmico. El sistema será evaluado contra la única opción utilizada actualmente en la isla que es la añadidura de paredes cortantes. Prototipos de las estructuras son analizados utilizando ambos sistemas para desarrollar unas guías de diseño. Se determino que el tamaño y la colocación de ambos sistemas son función de las propiedades geométricas de la estructura como por ejemplo: la huella de la estructura, altura de las columnas, numero de luces o si el terremoto esta amplificado. El sistema de marcos de acero demostró ser la solución más costo-efectiva y se recomienda la utilización de este. Se proveen los detalles de las configuraciones aceptables para el uso del sistema recomendado, como también de las secciones compuestas que pueden ser utilizadas como el enlace de cortante. Luego de un terremoto el único componente del sistema que probablemente necesite reemplazo es el enlace de cortante. La facilidad de reparación de este sistema presenta un beneficio adicional sobre la utilización de paredes de cortante.