Comportamiento sísmico de marcos de momento de acero con columnas profundas

Steel Special Moment Frame (SMF) es un sistema preferido de resistencia a fuerzas sísmicas por su flexibilidad arquitectónica y alta ductilidad. Antes del terremoto de Northridge, generalmente se usaban columnas poco profundas (profundidad de sección inferior a 356 mm) en estos sistemas de resistencia a fuerzas sísmicas. Sin embargo, para lograr economía en el diseño, hubo una tendencia creciente a utilizar columnas más profundas (profundidad de sección superior a 356 mm) para satisfacer los requisitos de deriva de piso exigidos por el código en los últimos años. A pesar del amplio uso de estas columnas, muy pocas investigaciones estaban disponibles sobre el comportamiento de rótula de columnas profundas bajo compresión axial y deriva cíclica. Dado que una columna de gran altura tiene una mayor relación de esbeltez y es más vulnerable al pandeo tanto local como global, es esencial investigar su comportamiento. Estos modos de pandeo pueden afectar gravemente la respuesta de las SMF al producir efectos indeseables como el acortamiento axial, que aumenta a medida que las fuerzas de compresión aplicadas aumentan y el movimiento del suelo utilizado como entrada sísmica se vuelve más severo.
En este estudio, se investigó el comportamiento de un total de quince SMF de acero de cuatro pisos utilizando las simulaciones del programa de elementos finitos. Se estudiaron cuatro factores clave que afectan el comportamiento de estos pórticos: 1) Arriostramiento de columnas; 2) arriostramiento de vigas; 3) Rigidización de la columna; y 4) Relación de haz débil de columna fuerte (SCWB). También se investigó el efecto del nivel de fuerza axial y las propiedades de la sección de la columna para ampliar la investigación. Se muestra que las columnas profundas pueden sufrir inestabilidades locales y/o globales incluso a niveles de deriva de piso relativamente bajos. Los hallazgos indican que el desempeño de los SMF se puede mejorar arriostrando columnas profundas en el nivel superior e inferior de las alas de las vigas y agregando refuerzos en el alma de estas columnas. Se sugiere que el acortamiento de la columna se puede controlar aumentando la relación SCWB