Διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς και τρωτότητας πρότυπων επίπεδων πλαισίων Ω.Σ, σχεδιασμέων με παλαιούς και σύγχρονους κανονισμούς

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αποσκοπεί στην παραμετρική διερεύνηση πρότυπων επίπεδων πλαισίων (generic frames, GF) από ωπλισμένο σκυρόδεμα σχετικά με την σεισμική τους συμπεριφορά. Οι παράμετροι που εξετάζονται είναι το ύψος, ο αριθμός/μήκος των ανοιγμάτων και το επίπεδο του Αντισεισμικού σχεδιασμού τους, βάσει παλαιότητας κανονισμών. Αρχικώς, οργανώθηκαν και διαστασιολογήθηκαν δυο ομάδες των έξι χωρικών πλαισίων, η Α59_GF και η EC8_GF [Κεφάλαιο 2]. Η πρώτη περιλαμβάνει φορείς με ύψος 9, 18 και 27 m, των δυο και τεσσάρων ανοιγμάτων μήκους 3m, η οποία σχεδιάστηκε με βάση το Ελληνικό Αντισεισμικό (1959) και το Παλαιό Κανονισμό Ω.Σ (1954). Αντίστοιχα, η δεύτερη διαμορφώνεται στα ύψη 9, 18 και 27m, αλλά με ένα και δυο ανοίγματα μήκους 6m, η οποία μελετήθηκε με τους σύγχρονους Κανονισμούς, Ευρωκώδικα 8 και 2 (ΕC8/EC2). Το ύψος ορόφου σε κάθε περίπτωση είναι 3m. Για την διαστασιολόγηση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό FESPA 10EC. Από τις παραπάνω κατασκευές επιλέχθηκαν τα κεντρικά πλαίσια, ως τα κρισιμότερα στις οριζόντιες σεισμικές δράσεις και στη συνέχεια προσομοιώθηκαν κατάλληλα σύμφωνα με το Μέρος 3 του Ευρωκώδικα 8, προκειμένου να πραγματοποιηθούν μη γραμμικές αναλύσεις στο πρόγραμμα SAP2000.ver15 [Κεφάλαιο 3]. Ειδικότερα, διενεργήθηκαν στατικές ανελαστικές αναλύσεις με κατανομή οριζόντιων φορτίων σύμφωνα με την 1η ιδιομορφή (modal pushover analysis) [Κεφάλαιο 5] και εν συνεχεία ανελαστικές αναλύσεις χρονοϊστορίας απόκρισης (RHA) με τη χρήση δέκα σεισμικών καταγραφών κοντινού πεδίου [Κεφάλαιο 6]. Τα αποτελέσματα τους, που παρουσιάζονται στα αντίστοιχα κεφάλαια, αφορούν στον έλεγχο της σεισμικής συμπεριφοράς μέσα από παραμέτρους ανελαστικής απόκρισης (συντελεστής συμπεριφοράς και υπεραντοχής, δείκτης πλαστιμότητας), την κατανομή των παραμορφώσεων καθ’ύψος και τους αναπτυσσόμενους μηχανισμούς αστοχίας σε κάθε περίπτωση. Για την αξιολόγηση της σεισμικής τρωτότητας εξετάσθηκαν δυο μέθοδοι, οι οποίες και συγκρίθηκαν στη συνέχεια. Η πρώτη σχετίζεται με τη μεθοδολογία που παρέχεται στις οδηγίες του Αμερικάνικου μοντέλου εκτίμησης απωλειών από φυσικές καταστροφές, HAZUS-MH και αφορά την χρήση καμπυλών τρωτότητας. Η δεύτερη αποτελεί μια πρόσφατη και σχετικώς απλουστευμένη πρόταση των ερευνητών S.Glaister & R.Pinho [2003] που βασίζεται στις μετακινήσεις για την εκτίμηση των βλαβών σε πλαισιακούς φορείς από ωπλισμένο σκυρόδεμα.Η αξιοπιστία της τελευταίας κρίνεται από την σύγκριση της με την μεθοδολογία Hazus, που αποτελεί σαφώς μια ακριβέστερη εκτίμηση της τρωτότητα [Κεφάλαιο 7]. Τα τελικά συμπεράσματα, σχετικά με τις εξεταζόμενες παραμέτρους των πρότυπων πλαισίων, τις αναπτυσσόμενες βλάβες τους και προτάσεις για περαιτέρω διερεύνηση, παρουσιάζονται στο τελευταίο τμήμα της διατριβής [Κεφάλαιο 8].

The current thesis targets to the parametrical research of seismic behavior of twelve, two – dimension generic frames (GF), made of reinforced concrete. Three basic factors were examined: height, number of bays/ beam length and level of seismic resistance, according to the age of seismic regulation which is used (A59 vs EC8). At first, two groups of six structures were planned, named Α59_GF and EC8_GF respectively [Chapter 2]. The first one includes 3,6,9 storey frames (3m storey height) of 2 and 4 bays, having a 3m beam length. They were designed according to the first Greek seismic code (1959) and the old Greek code for Reinforced Concrete Structures (1954). Accordingly, the second group comprises frames of the same total and storey height , with 1 and 2 bays instead, and beam length of 6m. In this case, the design was based on recent European codes, EC8 and EC2. The whole process was carried out by using the Greek software for Structural analysis and design, FESPA 10EC. The internal frames of the above buildings were chosen as the most crucial structural parts for horizontal seismic actions. Therefore, they were simulated appropriately in consistence to the 3rd Part of Eurocode 8 (building assessment & retrofit), in order to non - linear analysis be performed in SAP2000, ver15. In particular, non linear static analysis was executed by using the distribution of seismic forces according to the 1st mode (modal pushover analysis) [Chapter 5] and non - linear time history (response) analysis (RHA) as well, for 10 near field seismic excitations [Chapter 6]. The respective results aims at describing seismic behavior of the generic frames through non- linear response parameters (reduction factor, q, overstrength factor and ductility), displacement distribution according to height and the developing failure mechanisms at each case. Furthermore, the fragility of the 12 generic frames was assessed, according to two methodologies which were also compared. The first involves the basic guidelines, provided by HAZUS-MH (Multi- hazard Loss estimation methodology) and regards the usage of fragility curves. The second concerns a recent deterministic approach that was proposed by S.Glaister & R.Pinho [2003] and includes a simplified displacement – based procedure for the earthquake loss assessment. The reliability of the latter was assessed according to Hazus model, which is definitely a more accurate procedure. [Chapter 7]. Finally, the relative conclusions, regarding the parameters under examination and damages, as well as proposals for further research are discussed in the final part of thesis. [Chapter 8].