Εκτίμηση της συνεισφοράς των τοιχωμάτων στη σεισμική αντίσταση υφιστάμενων κατασκευών Ο/Σ

• Κύριος συγγραφέας: Χατζηδουκάκης, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Δρίτσος, Στέφανος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Μη γραμμική στατική ανάλυση; Υφιστάμενα κτίρια Ο/Σ; Φασματική ανάλυση; ΚΑΝ.ΕΠΕ.; Τοιχώματα; Non-linear static analysis; Existing RC buildings; Response-spectrum analysis; KAN.EPE.; Shear wall

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η αποτίμηση της συμμετοχής των τοιχωμάτων στην αναλαμβανόμενη σεισμική ένταση, σε υφιστάμενες κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα. Πιο συγκεκριμένα, διερευνάται ο βαθμός συμμετοχής των τοιχωμάτων εκφραζόμενος με τον όρο βαθμό τοιχωματοποίησης, ο οποίος προσδιορίζεται ως ο λόγος των σεισμικών δυνάμεων που παραλαμβάνονται από τα τοιχώματα στη βάση του κτιρίου, ως προς τις σεισμικές δυνάμεις που παραλαμβάνονται από το σύνολο των κατακόρυφων στοιχείων. Η εκτίμηση του κρίνεται απαραίτητη, καθώς διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας υφιστάμενων κατασκευών, και πιο συγκεκριμένα στη βαθμονόμηση των κριτηρίων σεισμικής επιβάρυνσης βάσει του δευτεροβάθμιου προσεισμικού ελέγχου. Ο καθορισμός του προαναφερθέντος βαθμού πραγματοποιείται με εκτέλεση ελαστικών φασματικών αναλύσεων, θεωρώντας το ελαστικό φάσμα σχεδιασμού του Εθνικού Προσαρτήματος του Ευρωκώδικα 8 για τη περίπτωση μέσης σεισμικής έντασης του σεισμού σχεδιασμού, και ανελαστικών στατικών αναλύσεων λαμβάνοντας υπόψιν ιδιομορφική καθ’ύψος κατανομή της οριζόντιας φόρτισης, όπως προβλέπεται στον Ευρωκώδικα 8 – Μέρος 3 και στον Κανονισμό Επεμβάσεων ΚΑΝ.ΕΠΕ. Για τον σκοπό αυτό, προσομοιώνονται και αναλύονται στο λογισμικό ΕΤΑBS 13 τριώροφα, πενταώροφα και οκταώροφα τοιχωματικά μοντέλα, διατηρώντας σταθερή την κάτοψη του πρωτότυπου φορέα, μεταβάλλοντας ωστόσο την συνολική επιφάνεια των τοιχωμάτων ανα διεύθυνση. Τονίζεται ωστόσο ότι για τη περίπτωση των 8όροφων δομημάτων, η ανάλυση περιορίζεται μονάχα στην ελαστική απόκριση, στα πλαίσια της Ελαστικής Φασματικής Ανάλυσης. Μία σημαντική παράμετρος που επηρεάζει τους βαθμούς τοιχωματοποίησης των φορέων είναι το μήκος διάτμησης των τοιχωμάτων, το οποίο εκτιμήθηκε ακριβέστερα ως ο λόγος της δρώσας καμπτικής ροπής ως προς την διατμητική δύναμη στη βάση τους για τον πλέον δυσμενή σεισμικό συνδυασμό δράσεων, με εφαρμογή ελαστικών φασματικών αναλύσεων, έχοντας επισυνάψει τις απομειωμένες λόγω ρηγμάτωσης δυσκαμψίες στα δομικά στοιχεία, σύμφωνα με τον πίνακα Σ4.1 του ΚΑΝ.ΕΠΕ. Κατόπιν, τα μήκη Ls των τοιχωμάτων υπολογίζονται εκ νέου με επισύναψη των ενεργών δυσκαμψιών των δομικών στοιχείων κατά §7.2.3 ΚΑΝ.ΕΠΕ. και συγκρίνονται με τα αντίστοιχα μήκη της προηγηθείσας ανάλυσης. Εν τέλει, τα εκτιμώμενα μήκη διάτμησης τοιχωμάτων των ελαστικών φασματικών αναλύσεων συγκρίνονται με τα αντίστοιχα Ls τοιχωμάτων κατά παραδοχή §7.2.3 ΚΑΝ.ΕΠΕ. Παράλληλα, διερευνάται η συνεισφορά των τοίχων πλήρωσης στη σεισμική αντίσταση των τοιχωματικών φορέων και κατ’επέκταση εξετάζεται η επιρροή τους στους εκτιμώμενους βαθμούς τοιχωματοποίησης, γεγονός που επιτυγχάνεται με τη μοντελοποίηση των τοιχοπληρώσεων ως ισοδύναμες θλιβόμενες ράβδοι, και ανάλυση των προσομοιωμάτων των κτιρίων με και χωρίς την παρουσία των τοιχοπληρώσεων. Ταυτοχρόνως, ελέγχεται η επιρροή του εξεταζόμενου επιπέδου επιτελεστικότητας στους εκτιμώμενους βαθμούς συμμετοχής των τοιχωμάτων, με άλλα λόγια καταγράφεται ο βαθμός τοιχωματοποίησης στα διάφορα στάδια ανάπτυξης βλαβών κατά την διενέργεια της ανελαστικής στατικής ανάλυσης της κατασκευής. Έπειτα, εκτιμώνται διάφορες εναλλακτικές προσεγγιστικές εκφράσεις ή αλλιώς προσεγγιστικοί δείκτες, και συγκρίνονται με τους αντίστοιχους βαθμούς τοιχωματοποίησης των ελαστικών φασματικών και ανελαστικών στατικών αναλύσεων, στοχεύοντας στην διατύπωση εκφράσεων συσχέτισης των εν λόγω προσεγγιστικών δεικτών και των αναλυτικών βαθμών. Άλλωστε, η παρούσα εργασία αποπειράται να απαντήσει στον προβληματισμό του κατά πόσον μπορεί να εκτιμηθεί ο βαθμός τοιχωματοποίησης με στοιχειώδεις υπολογισμούς, χωρίς τη διενέργεια ακριβέστερων αναλύσεων των φορέων. Επιπλέον, μέσω διεξαγωγής της ανελαστικής στατικής ανάλυσης, διερευνάται και καταγράφεται ο βαθμός ανεπάρκειας των τοιχωματικών φορέων με βάση τις μετακινήσεις, σύμφωνα με την παράγραφο §5.7.4.2 του ΚΑΝ.ΕΠΕ., για τις Στάθμες επιτελεστικότητας Β «Σημαντικές βλάβες» και Γ «Οιωνεί κατάρρευση, λαμβάνοντας υπόψιν τον σεισμό σχεδιασμού μέσης εντάσεως κατά ΕΚ8. Έπειτα, γίνεται η πιλοτική προσπάθεια συσχέτισης του αναλυτικού βαθμού ανεπάρκειας της ανελαστικής στατικής ανάλυσης, με τον εκτιμώμενο αναλυτικό βαθμό τοιχωματοποίησης, ούτως ώστε να αποκτηθεί μία πρώτη εικόνα της συνεισφοράς των συμμετρικά τοποθετημένων τοιχωμάτων στην μείωση της τρωτότητας της κατασκευής. Συγχρόνως, κατά αναλογία με τους βαθμούς τοιχωματοποίησης, επιχειρείται η συσχέτιση της αναλυτικής ανεπάρκειας, αφενός με τα απλοϊκά ποσοστά της επιφάνειας τοιχωμάτων προς την επιφάνεια ορόφου και δόμησης δΑο% και δΑδ% αντίστοιχα, αφετέρου με μία αντίστοιχη προσεγγιστική ανεπάρκεια, η οποία εκτιμάται ως ο λόγος της απαιτούμενης τέμνουσας βάσης Vreq προς το άθροισμα των ανακυκλιζόμενων διατμητικών αντοχών VR των κατακόρυφων στοιχείων του ισογείου. Συμπερασματικά, αναφορικά με τα μήκη διάτμησης των τοιχωμάτων ισογείου κατά τη διενέργεια της ελαστικής φασματικής ανάλυσης με χρήση των δυσκαμψιών του πίνακα Σ4.1 ΚΑΝ.ΕΠΕ. και των ενεργών δυσκαμψιών βάσει της παραγράφου §7.2.3 ΚΑΝ.ΕΠΕ., παρατηρούνται αμελητέες διαφορές των Ls με την επισύναψη των διαφορετικών δυσκαμψιών. Άλλωστε, οι ενεργές δυσκαμψίες των τοιχωμάτων υπολογίστηκαν με βάση το Ls της ελαστικής φασματικής ανάλυσης με επισυναπτόμενες τις δυσκαμψίες του πίνακα Σ4.1 ΚΑΝ.ΕΠΕ., οπότε η δεύτερη ανάλυση λειτουργεί κατά κάποιο τρόπο ως ένα “feedback” για τα Ls της πρώτης ανάλυσης. Παράλληλα, το μήκος Ls των τοιχωμάτων ισογείου εμφανίζει μικρή άνοδο με αύξηση του πλήθους των ορόφων, ενώ η παρουσία των τοιχοπληρώσεων στα προσομοιώματα δεν επιδρά σημαντικά στα εκτιμώμενα μήκη διάτμησης της ανάλυσης. Εντούτοις, τα μήκη διάτμησης τοιχωμάτων κατά παραδοχή ΚΑΝΕΠΕ. εμφανίζονται αρκετά μεγαλύτερα σε σχέση με τις αντίστοιχα μήκη των φασματικών αναλύσεων, ιδιαίτερα στη περίπτωση των πολυόροφων φορέων, ενώ σύγκλιση των προσεγγιστικών και αναλυτικών μηκών διάτμησης τοιχωμάτων εμφανίζεται στη περίπτωση των 3ορόφων φορέων με τοιχώματα σημαντικού μήκους, άνω των 1600mm. Είναι σαφές ότι, η θεώρηση των προσεγγιστικών μηκών διάτμησης των τοιχωμάτων κατά παραδοχή ΚΑΝ.ΕΠΕ. θα οδηγούσε σε αυξημένες τιμές των ενεργών δυσκαμψιών, και κατ’επέκταση σε υπερεκτιμημένους βαθμούς τοιχωματοποίησης και υποεκτιμημένους βαθμούς ανεπάρκειας. Όσον αφορά τους βαθμούς τοιχωματοποίησης της ανελαστικής στατικής ανάλυσης, παρατηρείται σταδιακή μείωση του ποσοστού συμμετοχής των τοιχωμάτων από τη διαρροή μέχρι τη κατάρρευση της κατασκευής, γεγονός που απαντάνται στους γυμνούς φορείς και φορείς με απουσία τοιχοπληρώσεων στο ισόγειο (Pilotis). Εντούτοις, στη περίπτωση πλήρως τοιχοπληρωμένων προσομοιωμάτων, παρατηρήθηκαν μειωμένες τιμές των βαθμών τοιχωματοποίησης, οι οποίοι μάλιστα διαγράφουν ανοδική πορεία με αύξηση του επιπέδου των βλαβών, εφόσον αστοχούν πρόωρα οι τοίχοι πλήρωσης του ισογείου, και ως εκ τούτου τα δύσκαμπτα τοιχώματα επιβαρύνονται με την επιπλέον σεισμική τέμνουσα που καλούνταν να παραλάβουν οι τοιχοπληρώσεις. Επιπλέον, αναφορικά με τους εκτιμώμενους βαθμούς τοιχωματοποίησης των 3όροφων και 5όροφων φορέων, με και χωρίς την παρουσία τοιχοπληρώσεων, βάσει διενέργειας της ανελαστικής στατικής ανάλυσης, εμφανίζονται μικρές αποκλίσεις με το πλήθος των ορόφων, οι οποίες ωστόσο εντείνονται κατά τη θεωρούμενη αστοχία της κατασκευής, ενώ τείνουν να εξαλείφονται προς τη διαρροή του φορέα, όπως άλλωστε κατέδειξαν και οι ελαστικές φασματικές αναλύσεις. Επιπρόσθετος, παρατηρείται λογαριθμική αύξηση του ποσοστού τοιχωματοποίησης με ταυτόχρονη αύξηση της επιφάνειας των τοιχωμάτων ανα διεύθυνση σεισμικής δράσης, ήτοι, στους φορείς με μεγαλύτερες τιμές της επιφάνειας τοιχωμάτων υπο σταθερή επιφάνεια κάτοψης, η αύξηση του ποσοστού συμμετοχής των τοιχωμάτων δεν είναι σημαντική. Παράλληλα, τα ποσοστά επιφάνειας τοιχωμάτων προς την επιφάνεια ορόφου και δόμησης δΑο% και δΑδ% αντίστοιχα, αποδεικνύονται ικανοποιητικοί δείκτες για να προβλέψουν τους αναλυτικούς βαθμούς τοιχωματοποίησης, εφόσον οι καμπύλες που παρεμβάλλονται εμφανίζουν συντελεστή προσδιορισμού R2, ως μέτρο αξιολόγησης του μοντέλου προσαρμογής, με τιμή άνω του 0.85 κατά μέσο όρο. Επιπλέον, αξίζει να σημειωθεί πως η εναλλακτική προσεγγιστική έκφραση της ανακυκλιζόμενης διατμητικής αντοχής βάσει του Παραρτήματος 7Γ του ΚΑΝ.ΕΠΕ., δηλαδή ο λόγος της ανακυκλιζόμενης διατμητικής αντοχής των τοιχωμάτων ως προς εκείνη του συνόλου των κατακόρυφων στοιχείων του ισογείου, κρίνεται εξίσου κατάλληλη για συσχέτιση με τον αντίστοιχο βαθμό τοιχωματοποίησης των ελαστικών και ανελαστικών αναλύσεων, εφόσον η λογαριθμική καμπύλη που παρεμβάλλεται εμφανίζει συντελεστή προσδιορισμού R2 με τιμή άνω του 0.90 κατά μέσο όρο. Ταυτοχρόνως, αξιοπρόσεκτο είναι το γεγονός ότι ο εμπειρικός συνδυασμός των προσεγγιστικών δεικτών με βάση την ανακυκλιζόμενη διατμητική αντοχή VR βάσει του Παραρτήματος 7Γ ΚΑΝ.ΕΠΕ. και την οωινεί ελαστική δυσκαμψία K με άγνωστους οπλισμούς κατά §7.1.2.2 ΚΑΝ.ΕΠΕ. εμφανίζεται αρκετά αξιόπιστος για να προσεγγίσει τους αναλυτικούς βαθμούς τοιχωματοποίησης των γυμνών φορέων και φορέων Pilotis, και μάλιστα με γραμμικό μοντέλο παρεμβολής στη προκειμένη περίπτωση. Στον αντίποδα, οι εναλλακτικοί δείκτες με βάση τις διατμητικές αντοχές του σκυροδέματος VRd,c κατά §6.2.2 Σ6.2a ΕΚ2, τις απομειωμένες δυσκαμψίες του πίνακα Σ4.1 ΚΑΝ.ΕΠΕ. και τις οιωνεί ελαστικές δυσκαμψίες με γνωστούς και άγνωστους οπλισμούς κατά §7.1.2.2 και §7.2.3 ΚΑΝ.ΕΠΕ. αντίστοιχα. αποδεικνύονται αναξιόπιστοι για να προβλέψουν και εν τέλει να συσχετιστούν με τους αναλυτικούς βαθμούς τοιχωματοποίησης. Όσον αφορά τους εκτιμώμενους βαθμούς ανεπάρκειας, η αύξηση της συμμετοχής των τοιχωμάτων επιφέρει μείωση του βαθμού ανεπάρκειας, γεγονός που επιβεβαιώνει την ευεργετική παρουσία των συμμετρικά τοποθετημένων τοιχωμάτων στη μείωση της σεισμικής τρωτότητας των κατασκευών. Παράλληλα παρουσιάζεται μία εκθετική μείωση του βαθμού με αύξηση του εμβαδού του τοιχωμάτων, υπό σταθερή επιφάνεια κάτοψης, δηλαδή, κατά αναλογία με τους βαθμούς τοιχωματοποίησης, για τις μεγαλύτερες τιμές της επιφάνειας τοιχωμάτων, η βελτίωση της σεισμικής αντίστασης δεν είναι σημαντική. Έπειτα, οι αναλυτικοί βαθμοί ανεπάρκειας συσχετίζονται ικανοποιητικά, μέσω γραμμικής σχέσης, με τους προσεγγιστικούς βαθμούς ανεπάρκειας, τόσο στη περίπτωση χρήσης της προσεγγιστικής ιδιοπεριόδου Το του ΕΚ8, όσο και στη περίπτωση όπου χρησιμοποιηθεί η προσεγγιστική ιδιοπερίοδος Το του ΚΑΝ.ΕΠΕ. Επιπλέον, στη περίπτωση όπου αγνοηθεί η ικανοτική τέμνουσα VMy στον υπολογισμό της προσεγγιστικής αντοχής της κατασκευής, εμφανίζονται μικρότερες διασπορές των τιμών, και ως εκ τούτου καθίσταται η περίπτωση αυτή η καταλληλότερη για τον εντοπισμό της αναλυτικής ανεπάρκειας.