Performance-Based Seismic Design of structural walls using a hysteretic multilinear model

In recent years, innovative structural systems based on Recycled Plastic Lumber walls (RPLW), precast ferrocement walls (PFW), and hollow reinforced concrete walls (HRCW) have been proposed for one and two-story housing so as to lessen the housing deficiency. This thesis presents the results drawn from cycling loading tests carried out over these three types of structural walls, in order to determine their strength, hysteretic behavior, ductility, energy dissipation capacity, equivalent viscous damping, and damage limit states. With the aim to assess their performances for the Design Basic Earthquake (DBE) and the Maximum Considered Earthquake (MCE), it was developed a nonlinear dynamic analysis methodology focused on the Performance-Based Seismic Design philosophy, which uses the Mostaghel’s multilinear hysteretic model to represent and describe accurately the actual inelastic behavior and energy dissipation capacity of the structural walls; for the parameter identification of this hysteretic model, a novel procedure that uses the simple Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm was proposed, which estimated in a good way the experimental hysteretic behavior of the walls, so the models were good enough for simulation purposes. Additionally, the IO, LS, and CP structural performance levels were related to the damage limit states and several assumptions were made to obtain performance-based seismic assessments as realistic as possible. Also, sets of actual recorded and artificial ground motions were employed to validate the use of the methodology, which were scaled to achieve the spectral matching with the NSR-10 target spectrum. Using the median of the Incremental Dynamic Analysis (IDA) results, the performance points of the RPLW fell within the LS and CP ranges for the DBE and the MCE, respectively, which evidences that this structural system meets exactly the basic safety performance objective established in the design philosophy of the NSR-10 building code. On the other hand, the performance points of the PFW and HRCW fell within the IO range for both earthquake hazard levels, which demonstrates their excellent seismic behavior. The obtained results approve the use of these structural systems for one and two-story housing Resumen: En los últimos años, sistemas estructurales basados en muros de madera plástico reciclado (RPLW), muros prefabricados de ferrocemento (PFW) y muros huecos de concreto reforzado (HRCW) han sido propuestos para viviendas de uno y dos pisos con el fin de disminuir la deficiencia de vivienda. Esta tesis presenta los resultados obtenidos de las pruebas de carga cíclica realizadas sobre estos tres tipos de muros estructurales, a fin de determinar su resistencia, comportamiento histérico, ductilidad, capacidad de disipación de energía, amortiguamiento viscoso equivalente y estados límite de daño. Con el objetivo de evaluar sus desempeños para el terremoto básico de diseño (DBE) y el terremoto máximo considerado (MCE), se desarrolló una metodología de análisis dinámico no lineal enfocada en la filosofía de diseño sísmico basado en desempeño, la cual utiliza el modelo histerético multilineal de Mostaghel para representar y describir con precisión el comportamiento inelástico real y la capacidad de disipación de energía de los muros estructurales; para la identificación de los parámetros de este modelo histerético, fue propuesto un novedoso procedimiento que usa el algoritmo simple de la Optimización por Enjambre de Partículas (PSO), el cual estimó de buena manera el comportamiento histerético experimental de los muros, por lo que los modelos fueron lo suficientemente buenos para propósitos de simulación. Adicionalmente, los niveles de desempeño estructural IO, LS y CP fueron relacionados con los estados límite de daño y varias suposiciones fueron hechas para obtener evaluaciones sísmicas basadas en el desempeño lo más realistas posible. También se emplearon conjuntos de sismos reales y sismos artificiales para validar el uso de la metodología, los cuales fueron escalados para lograr la coincidencia espectral con el espectro objetivo de la NSR-10. Usando la mediana de los resultados del Análisis Dinámico Incremental (IDA), los puntos de desempeño del RPLW cayeron dentro de los rangos LS y CP para el DBE y el MCE, respectivamente, lo que evidencia que este sistema estructural cumple exactamente con el objetivo de desempeño de seguridad básico establecido en la filosofía de diseño de la NSR-10. Por otro lado, los puntos de desempeño del PFW y HRCW cayeron dentro del rango de IO para ambos niveles de amenaza sísmica, lo que demuestra sus excelentes comportamientos sísmicos. Los resultados obtenidos aprueban el uso de estos sistemas estructurales para viviendas de uno y dos pisos Maestría