Ανάλυση χρονοϊστορίας κατασκευών εδραζόμενων σε επίπεδα εφέδρανα ολίσθησης

• Κύριος συγγραφέας: Ζέρβας, Ανδρέας
• Άλλοι συγγραφείς: Μαραθιάς, Πέτρος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Σεισμική μόνωση; Δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας; Μοντέλο υστέρησης; Σεισμική μηχανική; Εφέδρανα ολίσθησης; 624.176 2; Base isolation; Time history analysis; Bouc Wen model; Earthquake engineering; Sliding bearings

Ο κίνδυνος για την ακεραιότητα δομημάτων που γειτνιάζουν σε ενεργά σεισμικά ρήγ- ματα έχει γίνει αντιληπτός από την αρχαιότητα. Η συνήθης πρακτική που ακολουθείτο ήταν αυτή της ισχυροποίησης τους με σκοπό την αύξηση της ασφάλειάς τους έναντι σει- σμού. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1960 όμως, έγινε σαφές ότι η αύξηση της δυσκαμ- ψίας και της αντοχής ενός δομήματος δεν λύνει το σεισμικό του πρόβλημα με τεχνικο- οικονομικά αποδεκτό τρόπο, καθώς ο κίνδυνος αστοχίας του εδάφους θεμελίωσης ή και ανατροπής του δεν μπορεί να εξαλειφθεί. Έτσι, προτάθηκε ο ενδοτικός τρόπος σχεδια- σμού των κατασκευών, δια του οποίου, με τη δημιουργία αξιόπιστου ελαστοπλαστικού συστήματος στον φέροντα οργανισμό, εξασφαλίζεται με την επιθυμητή πιθανότητα, η μη κατάρρευση. Δεν είναι όμως δυνατόν να αποφευχθεί παράλληλα και το μεγάλο κόστος επισκευών που συνεπάγεται η είσοδος των υλικών του δομήματος στην πλαστική περιοχή παραμορφώσεων τους. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1970, ξεκίνησε η ανάπτυξη της σεισμικής μόνωσης, μιας νέας μεθόδου αντιμετώπισης του σεισμικού κινδύνου των κατασκευών, βασιζόμενης στην ιδέα της απομονώσεώς τους από την κίνηση του εδάφους θεμελιώσεως. Η υλοποίηση της επιτυγχάνεται δια της παρεμβολής, μεταξύ θεμελιώσεως και δομήματος, συσκευών (anti-seismic devices) μειωμένης δυσκαμψίας, με ελαστική ή ελεγχόμενη και εγγυημένη ελαστοπλαστική συμπεριφορά. Έχουν μέχρι σήμερα αναπτυχθεί αρκετά διαφορετικά και το καθένα με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, συστήματα σεισμικής μόνωσης. Κύριος όμως στόχος όλων των συστημάτων είναι η αύξηση της πρώτης ιδιοπεριόδου της κατασκευής ώστε να βρεθεί στην περιοχή του φάσματος όπου οι απόλυτες επιταχύνσεις έχουν απο- μειωθεί σημαντικά. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι αρχικά, η δημιουργία αξιόπιστου προγράμματος H/Y για την αντιμετώπιση σεισμικά μονωμένων κατασκευών οποιουδήποτε μεγέθους και πο- λυπλοκότητας και στη συνέχεια η διερεύνηση των παραμέτρων που επηρεάζουν την από- κριση κατασκευών με επίπεδα εφέδρανα ολίσθησης. Η εργασία αυτή αναπτύσσεται στα κεφάλαια 1 έως 6 και στο παράρτημα Αʹ. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια αναφορά στην καταστροφική επίδραση των σεισμών στις κατασκευές, δια της παραθέσεως των αποτελεσμάτων πραγματικών σεισμικών γε- γονότων του παρελθόντος. Παρουσιάζεται επίσης ο τρόπος αντιμετώπισης τους από τους κανονισμούς κατά τη διάρκεια του προηγούμενου αιώνα. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται παρουσίαση της μεθόδου προστασίας των κατασκευών δια της σεισμικής μόνωσής τους και εξηγείται ο μηχανισμός απομείωσης της σεισμικής απόκρισης τους. Παρουσιάζονται ακόμη τα κύρια συστήματα σεισμικής μόνωσης που βασίζονται στη χρήση ελαστομεταλλικών εφεδράνων και εφεδράνων ολίσθη- σης. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η μεθοδολογία εξιδανίκευσης για τη δυναμική ανάλυση σεισμικά μονωμένων κατασκευών τόσο όσον αφορά τη δυσκαμψία και την κατα- νομή της ύλης της ανωδομής, όσο και τη μη γραμμική συμπεριφορά των στοιχείων σεισμικής μόνωσης (anti-seismic devices). Ειδικότερα εξετάζονται οι παράμετροι που διέπουν τη συμπεριφορά επιπέδων εφεδράνων ολίσθησης, μέσω της χρήσης του μοντέλου υστέρησης Bouc Wen. Στο κεφάλαιο 4 διατυπώνεται το σύστημα των διαφορικών εξισώσεων που διέπει την κίνηση των ποσοτήτων ύλης της κατασκευής υπό σεισμική φόρτιση. Το σύστημα αυτό συμπληρώνεται με τις απαιτούμενες διαφορικές εξισώσεις ανά εφέδρανο ολί- σθησης για τον υπολογισμό των δυνάμεων τριβής με τη χρήση του μοντέλου Bouc Wen. Για τις ανάγκες της επίλυσης γίνεται κατάλληλη επιλογή του βήματος ολοκλή- ρωσης, το οποίο βαίνει μειούμενο κατά τη μετάβασης από ολίσθηση σε σύνδεση και αυξανόμενο στην αντίθετη περίπτωση. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται χρήση του προγράμματος Η/Υ για την επίλυση πραγματικού 26– ορόφου σεισμικά μονωμένου κτιρίου. Παρουσιάζονται τα γεωμετρικά και κινημα- τικά χαρακτηριστικά της κατασκευής και γίνεται υπολογισμός της απόκρισης της, για διάφορες θεωρήσεις σύνδεσης ανωδομής–θεμελίωσης. Στη συνέχεια γίνεται συ- γκριτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων, αναφορικά με την επιρροή του συντε- λεστή τριβής των εφεδράνων ολίσθησης στην απόκριση και υπολογισμός της απο- τελεσματικότητας της σεισμικής μόνωσης ανάλογα με την ένταση των εδαφικών επιταχύνσεων. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται συνοπτική παρουσίαση των βασικών δομών (classes) του προ- γράμματος, με τη χρήση της αντικειμενοστραφούς γλώσσας προγραμματισμού C++ και διαγραμματική παρουσίαση των βασικών συναρτήσεων για την ολοκλήρωση του συστήματος των μη γραμμικών διαφορικών εξισώσεων που διέπουν την κίνηση της κατασκευής. Στο παράρτημα Αʹ παρατίθενται ο κώδικας σε C++ των βασικών συναρτήσεων που αναφέρθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο. Με τα αποτελέσματα της εργασίας αυτής, επιβεβαιώνεται η αποτελεσματικότητα της εξιδανίκευσης του τρόπου εισαγωγής των δυνάμεων τριβής από εφέδρανα ολίσθησης σε πολυβάθμια ταλαντούμενα συστήματα με τη χρήση του μοντέλου Bouc Wen. Αποδεικνύ- εται επίσης ότι η μείωση της απόκρισης σεισμικά μονωμένων κατασκευών με επίπεδα εφέδρανα τριβής είναι σημαντική ακόμα και στην περίπτωση υψηλών κτιρίων, με ιδιαί- τερα μεγάλη πρώτη ιδιοπερίοδο της τάξης των 2 sec. Τέλος αναδεικνύεται ο κρίσιμος ρόλος του συντελεστή τριβής στη μείωση της σεισμικής απόκρισης. Αντικείμενο περαιτέρω έρευνας είναι ο ακριβής καθορισμός του βέλτιστου συντελε- στή τριβής δια του οποίου πετυχαίνεται η μέγιστη μείωση των απολύτων επιταχύνσεων των ταλαντούμενων μαζών των εξεταζόμενων δομημάτων. Ο καθορισμός αυτός θα πρέ- πει να συνυπολογίζει τα γεωμετρικά και αδρανειακά χαρακτηριστικά του δομήματος, τα χαρακτηριστικά του εδάφους θεμελιώσεως και τα αντιπροσωπευτικά επιταχυνσιογραφή- ματα της περιοχής του έργου.