Σχεδιασμός υδραυλικής σεισμικής τράπεζας δύο βαθμών ελευθερίας για την επιβολή ισχυρών κατακόρυφων κινήσεων σε κτήρια

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται και περιγράφεται ο σχεδιαμός σεισμικής τράπεζας δυό βαθμών ελευθερίας, για την επιβολή ισχύρων κινήσεων σε κτήρια. Η μελέτη αυτή εκπονήθηκε για το Εργαστήριο Αντισεισμικής Τεχνολογίας της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Στόχος της ήταν η μηχανή που σχεδίαστηκε να μπορεί να κατσκευαστεί εντός του Ιδρύματος. Ως εκ τούτου, ο πυρήνας αυτής, αφορούσε την επίτευξη υψηλών επιδόσεων με το ελάχιστο δυνατό κόστος ανάπτυξης. Για την υλοποίσηση αυτού του στόχου, ο σχεδιασμός που προτείνεται διαφέρει από τις υπάρχουσες λύσεις που επικρατούν μέχρι σήμερα, στην βραδέως εξελισσόμενη περιοχή της σχεδίασης σεισμικών τραπεζών. Η προσσέγγιση που ακολουθήθηκε αφορούσε την ελαχιστοποίηση των βιομηχανικών εξαρτημάτων ενεργοποίησης και ελέγχου της κίνησης, μέσω διάταξης ανεξάρτητων πλατφορμών και ανεξάρτητων υδραυλικών υπομονάδων. Στο κείμενο που ακολουθεί αναπτύσσονται εκτενώς τα χαρακτηριστικά αυτού του σχεδιασμού και δικαιολογούνται οι επιλογές που ληφθηκαν. Στην συνέχεια, προς επιβεβαίωση της αξιόπιστίας της λειτουργίας παρατείθενται έλεγχοι που έγιναν αναφορικά με τα στατικά και δυναμικά χαρακτηριστικά των κεντρικών στοιχείων της μηχανής. Τέλος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από αυτήν την διαδικασία και προτείνονται σχέδια μελενοντικής επέκτασης του σχεδιασμού.

Near-source earthquakes are becoming increasingly frequent due to rapid urbanization of the environment and their repercussions in terms of property and life loss are getting more and more important despite the improvements in structural design and practice [1-2]. For simulating such events in the laboratory, two different approaches are being made: the first is to simulate the inertial-force loading through a single or multiple degrees-of-freedom (DOFs) on a moving platform (shaking table) [3-6], and the other is through a pseudo-dynamic loading of structures using high-capacity hydraulic actuators [7-9]. While the shaking table is deemed more suitable due to the intrinsic principle of operation, pertaining closer to the actual phenomenon than the pseudo-dynamic method[10], the associated installation and operational cost render it more costly and hard to find[11-12]. Despite the advances in manufacturing materials and their availability[i.e. lightweight aluminum-magnesium alloys and honeycombs, composite laminates and sandwich panels] the design of shaking tables is essentially unaltered during the last few decades. Existing designs involve single of multi-DOF arrangements, which are almost exclusively hydraulically servo-actuated through a series of linear actuators (cylinders) and focus on simulating mainly the horizontal components of strong ground motions. Nevertheless recent recorded seismic events have illustrated that apart from the horizontal components, strong vertical ground motions can also occur ( IWATE, CHRISTCHURCH) [13-14] .Existing shake tables cannot simulate such events in terms of either acceleration, velocity, or displacement[11]. In this paper a new design of a shaking table is proposed for simulating strong vertical accelerations also coupled with a horizontal ground motion component. Contrary to existing designs, the proposed one employs a lightweight double-platform configuration, each actuated by dedicated servo-controlled hydraulic cylinder. Additional savings are being made through the use of an array of accumulators, which provide the energy required for testing. Important design issues regarding guiding systems and anti-sloshing solutions for the mounted tank are also discussed.