Abstract:
This project develops a seismic retrofit methodology for exterior beam–column joints in reinforced-concrete frames using Fe-SMA, aimed at increasing strength, ductility, and the system’s strength hierarchy. The hypothesis states that a thermally activated Fe-SMA strengthening to induce prestress increases joint shear strength and rotational capacity, mitigating brittle mechanisms. It is justified by the vulnerability of deficient joints in existing buildings and by the lack of standardized modeling and design procedures. A typical joint and a three-story frame with nine joints were modeled in SeismoStruct, considering material nonlinearity. The joints were represented with bilinear moment–rotation links and were evaluated through pushover analysis per ASCE/SEI 41-17, applying gravity loads and incremental lateral loads at master nodes with a rigid diaphragm. The strengthening was defined with Near Surface Mounted Fe-SMA bars, anchorage grout, and thermal activation; for Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-1(V,C), a recovery stress σ_prestress=350 MPa with 2% prestraining was adopted. Joint capacity increased from 8.3 to 51.0 kN·m. In the frame, peak base shear rose from 52.24 to 85.82 kN (≈64%) and shear failure in first-story columns was delayed relative to yielding. In conclusion, the methodology enables sizing and verification of Fe-SMA strengthening for exterior joints and shows how local improvements translate into global gains in capacity and ductility, leaving a basis for experimental validation. Keywords: Fe-SMA, beam–column joint, three-story frame, pushover analysis, seismic retrofit.
Description:
Se desarrolla una metodología de retrofit sísmico para nudos exteriores viga–columna en pórticos de concreto armado con Fe-SMA, orientada a aumentar resistencia, ductilidad y jerarquía de resistencia del sistema. La hipótesis establece que un refuerzo Fe-SMA activado térmicamente para inducir presfuerzo incrementa la resistencia al cortante y la capacidad rotacional del nudo, mitigando mecanismos frágiles. Se justifica por la vulnerabilidad de nudos deficientes en edificaciones existentes y por la carencia de procedimientos estandarizados de modelación y diseño. Se modeló en SeismoStruct una unión típica y un pórtico de tres pisos con nueve nudos, considerando no linealidad material. Los nudos se representaron con links bilineales momento–rotación y se evaluaron mediante análisis pushover según ASCE/SEI 41-17, aplicando cargas gravitacionales y cargas laterales incrementales en nudos maestros con diafragma rígido. El refuerzo se definió con barras Fe-SMA Near Surface Mounted, grout de anclaje y activación térmica; para Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-1(V,C) se adoptó σ_prestress=350 MPa con 2% de pretensado. La capacidad del nudo aumentó de 8.3 a 51.0 kN·m. En el pórtico, el cortante basal máximo pasó de 57,85KN a 95,106 kN (≈64%) y la falla por corte en columnas del primer piso se retrasó respecto de la fluencia. En conclusión, la metodología permite dimensionar y verificar refuerzos Fe-SMA en nudos exteriores y demostrar cómo mejoras locales se traducen en incrementos globales de capacidad y ductilidad, dejando una base para validación experimental.
