Επιρροή αβεβαιοτήτων στη βέλτιστη χωροθέτηση συστημάτων σεισμικής μόνωσης

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία το αντικείμενο είναι η ανάλυση, ο βέλτιστος σχεδιασμός, και η διερεύνηση της επιρροής των αβεβαιοτήτων στο σχεδιασμό συστημάτων σεισμικής μόνωσης για νέες και υφιστάμενες τυχούσας κάτοψης κατασκευές. Στα πλαίσια της εφαρμόστηκε ένα υπολογιστικό εργαλείο προδιαστασιόλογησης των συστημάτων σεισμικής μόνωσης γραμμένο στο περιβάλλον του Matlab. Ταυτόχρονα επιχειρείται η εύρεση της βέλτιστης διάταξης των συστημάτων σεισμικής μόνωσης με στόχο την ελαχιστοποίηση της απόστασης μεταξύ του κέντρου βάρους και του κέντρου δυσκαμψίας της κατασκευής. Η βελτιστοποίηση επιτυγχάνεται με τον αλγόριθμο βελτιστοποίησης Cuckoo search. Δίνεται και μια εκτίμηση για την επιρροή των αβεβαιοτήτων των χαρακτηριστικών των συστημάτων σεισμικής μόνωσης στο σχεδιασμό της σεισμικής μόνωσης. Στη συνέχεια δεδομένη υφιστάμενη κατασκευή μονώνεται σεισμικά χρησιμοποιώντας το εργαλείο προδιαστασιόλογησης και υποβάλετε σε φασματικές αναλύσεις. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται κάποια εισαγωγικά στοιχειά για το αντικείμενο της εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται οι μέθοδοι αντισεισμικού σχεδιασμού των κατασκευών και δίνεται επιγραμματικά το αντικείμενο της σεισμικής μόνωσης. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα συστήματα σεισμικής μόνωσης και δίνονται τα βασικά χαρακτηριστικά τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται οι σύγχρονοι κανονισμοί σχεδιασμού των συστημάτων σεισμικής μόνωσης, οι μέθοδοι της διαστασίολογησης και της ανάλυσης και δίνονται οι απαιτούμενοι έλεγχοι και τα βήματα του εργαλείου διαστασιόλογησης των συστημάτων σεισμικής μόνωσης. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις κατασκευαστικές απαιτήσεις οι οποίες αφορούν την εγκατάσταση των συστημάτων σεισμικής μόνωσης και δίνονται οι δομικές και αρχιτεκτονικές απαιτήσεις τις οποίες ικανοποιούν οι σεισμικά μονωμένες κατασκευές. Στο έκτο κεφάλαιο αναφέρεται η θεωρία του βέλτιστου σχεδιασμού των κατασκευών. Στο έβδομο κεφάλαιο αναφέρεται ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης Cuckoo search και δίνονται επιγραμματικά τα βήματα της διαδικασίας βελτιστοποίησης του αλγορίθμου. Στο όγδοο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο φορέα και το αντίστοιχο προσομοίωμα το οποίο δημιουργήθηκε για τις αναλύσεις στο SAP2000. Δίνονται οι ιδιότητες των υλικών, τα χαρακτηριστικά των διατομών, οι φορτίσεις οι οποίες επιβάλλονται και το φάσμα διέγερσης. Στο ένατο κεφάλαιο αναφέρεται η διαδικασία της ανάλυσης της υφιστάμενης κατασκευής για συμβατική θεμελίωση και για σεισμική μόνωση αρχικού και βέλτιστου σχεδιασμού. Στο δέκατο κεφάλαιο 10 δίνονται τα θεωρητικά στοιχεία για τις αβεβαιότητες και στη συνέχεια αναφέρεται η διαδικασία της ανάλυσης τους. Στο ενδέκατο γίνεται αναφορά στη σύγκριση των διαφορετικών αναλύσεων της υφιστάμενης κατασκευής. Στο δωδέκατο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα.

The subject of this diploma thesis is the analysis, the optimal design and the examination of the effect of the uncertainties in the design of seismic isolation systems for design purposes or existing structures of any plan view. For this purpose, a Matlab Tool was developed for the preliminary design of the seismic isolation systems aiming to the minimization of the distance between the centre of mass and the centre of rigidity of the structure. The optimization is achieved using an optimization algorithm called Cuckoo search. Additionally, an assessment of the influence of the uncertainties in the design characteristics of the seismic isolation systems is made. As a case study, an existing reinforced concrete building is concerned, in which a seismic isolation system is applied and it is subsequently subjected to a spectral analysis. More specifically, in the first chapter there is the main subject and an overview of the current thesis. In the second chapter, are presented the aseismic design methods and the general meaning of seismic isolation. The third chapter concerns with the seismic isolation systems and their basic characteristics. The forth chapter refers to the current design codes on seismic isolation, the methods of preliminary design and evaluation as well as the implied verifications and the steps followed in the Matlab Tool. In the fifth chapter, are mentioned the construction requirements of the seismic isolation systems and the structural and architectural assets that they should suffice. The sixth chapter describes the theory of optimal design is structures. The seventh chapter indicates the optimization algorithm Cuckoo search and the steps of the procedure. In the eighth chapter there is a presentation of the building considered and how it is simulated in SAP2000. Materials' properties, sections' shapes and characteristics, the applied loads and the excitation spectrum are also defined. In the ninth chapter, are presented the analysis of the initial building with the existing foundation, with a calculated seismic isolation system and with the optimal solution. The tenth chapter deals with the theoretical approach of uncertainties followed by the procedure of their explanation. The eleventh chapter compares the results of the different analysis. And finally the last chapter presents the conclusions made.