Ανάπτυξη Συστημάτων Σεισμικής Προστασίας Πολυώροφων Κτιρίων

Δούγκα, Γεωργία

dc.contributor.author	Δούγκα, Γεωργία	el
dc.date.accessioned	2016-11-02T10:13:30Z
dc.date.available	2016-11-02T10:13:30Z
dc.date.issued	2016-11-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43960
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2378
dc.rights	Default License
dc.subject	Καινοτόμα αντισεισμικά συστήματα FUSEIS1-1	el
dc.subject	πολλαπλές αντικαταστάσιμες δοκοί	el
dc.subject	δίδυμα υποστυλώματα	el
dc.subject	πειράματα	el
dc.subject	αναλύσεις	el
dc.subject	Innovative seismic resistant systems FUSEIS1-1	en
dc.subject	multiple replaceable beams	en
dc.subject	twin columns	en
dc.subject	tests	en
dc.subject	analyses	en
dc.title	Ανάπτυξη Συστημάτων Σεισμικής Προστασίας Πολυώροφων Κτιρίων	el
dc.title	Development of seismic resistant systems for multi-story buildings	en
dc.contributor.department	Τομέας Δομοστατικής, Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ	el
heal.classification	Αντισεισμικές κατασκευές	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-12
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση και παρουσίαση της συμπεριφοράς του καινοτόμου συστήματος σεισμικής προστασίας FUSEIS1-1 το οποίο μπορεί να υποκαταστήσει τα συνήθη συστήματα δυσκαμψίας σε πολυώροφα μεταλλικά και σύμμικτα κτίρια και να βελτιώσει τη συμπεριφορά τους. Αποτελεί ένα από τα συστήματα που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια του κοινού ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος με τίτλο «Dissipative Devices for Seismic Resistant Steel Frames», αποκαλούμενο εν συντομία FUSEIS. Το FUSEIS1-1 διαθέτει υψηλή πλαστιμότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν σύστημα πλευρικής ευστάθειας ενός κτιρίου, μόνο του ή σε συνδυασμό με πλαίσιο ροπής (MRF). Αποτελείται από ένα ζεύγος ισχυρών υποστυλωμάτων που συνδέονται άκαμπτα με επάλληλες οριζόντιες δοκούς σε πυκνή διάταξη σχηματίζοντας μια κατακόρυφη δοκό Vierendeel. Οι δοκοί του συστήματος, οι οποίες μπορεί να αποτελούνται από υψίκορμες διατομές IPE, πλατύπελμες HE ή από κοίλες διατομές τύπου SHS, RHS και CHS (Square, Rectangular, and Circular Hollow Sections), είναι τα στοιχεία απορρόφησης ενέργειας που καθορίζουν τη δυσκαμψία και αντοχή του. Μεταβάλλοντας τη διατομή και το μήκος των δοκών εντός του ορόφου ή μεταξύ των ορόφων το σύστημα μπορεί να σχεδιαστεί βάσει του επιθυμητού μηχανισμού αστοχίας. Η αντοχή των δοκών αυξάνεται από την οροφή στη βάση του κτιρίου, ακολουθώντας την αύξηση της τέμνουσας βάσης, ώστε οι δοκοί να εισέρχονται σταδιακά στην πλαστική περιοχή κατά την εξέλιξη του σεισμικού γεγονότος. Η απορρόφηση της σεισμικής ενέργειας και η πλαστικοποίηση λαμβάνουν χώρα σε προεπιλεγμένες θέσεις εντός των δοκών του με αποτέλεσμα το υπόλοιπο κτίριο να παραμένει προστατευμένο και άθικτο. Οι θέσεις σχηματισμού πλαστικών αρθρώσεων βρίσκονται σε απόσταση από τη σύνδεση δοκού - υποστυλώματος το οποίο εξασφαλίζεται με τοπική εξασθένηση των πελμάτων των δοκών (Reduced Beam Sections - RBS). Μετά από έναν ισχυρό σεισμό οι πιθανές επισκευές περιορίζονται στην αντικατάσταση των δοκών, γίνονται άμεσα και με χαμηλό κόστος, κυρίως λόγω της απλής γεωμετρίας και του μικρού μεγέθους τους, και επιτρέπουν την ταχεία επαναλειτουργία του κτιρίου καθώς δε συμμετέχουν στην παραλαβή των φορτίων βαρύτητας και οι παραμένουσες παραμορφώσεις είναι μικρές. Η μελέτη της απόκρισης του συστήματος έγινε με τη βοήθεια πειραματικών και αναλυτικών διερευνήσεων οι οποίες ανέδειξαν και τα βασικότερα πλεονεκτήματά του. Κατά τις πειραματικές διερευνήσεις εξετάστηκαν μεμονωμένες δοκοί και ολόκληρα πλαίσια με δοκούς διαφόρων τύπων διατομής (IPE, SHS, CHS, HEA) υπό μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Οι αναλυτικές διερευνήσεις περιλάμβαναν προσομοιώματα πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Analysis – FEA models), τα οποία βαθμονομήθηκαν βάσει των αποτελεσμάτων των πειραματικών δοκιμών, και εφαρμογή του συστήματος σε αντιπροσωπευτικά πλαίσια πραγματικών κτιρίων. Από τα αποτελέσματα των διερευνήσεων καθορίστηκαν οι κρίσιμες παράμετροι που επηρεάζουν τη συμπεριφορά του συστήματος και αναπτύχθηκαν κατάλληλοι κανόνες για το σχεδιασμό του, οι οποίοι διαμορφώθηκαν σύμφωνα με τις διατάξεις των Ευρωκωδίκων με κατάλληλες τροποποιήσεις ώστε να ληφθούν υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Οι κανόνες αυτοί, συμπεριλαμβανομένων και των σχετικών διατάξεων των κανονισμών, συνοψίστηκαν σε ενιαίο κείμενο, τον Οδηγό Σχεδιασμού (Design Guide). Η επάρκεια της μεθοδολογίας που προτείνεται στον Οδηγό ελέγχθηκε στη συνέχεια μέσω μη γραμμικών στατικών και δυναμικών αναλύσεων. Στις ως άνω αναλύσεις δόθηκε ιδιαίτερη βαρύτητα τόσο στις μη γραμμικές ιδιότητες των μελών και των συνδέσεών τους, όσο και στον έλεγχο της καθολικής ευστάθειας των πλαισίων. Ο Οδηγός Σχεδιασμού που αναπτύχθηκε καθιστά δυνατή την ένταξη του FUSEIS1-1 στα συστήματα απορρόφησης των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών παρέχοντας στο μελετητή όλα τα απαραίτητα εργαλεία για την εφαρμογή του σε πραγματικά κτίρια ώστε να μπορεί να τα διαστασιολογήσει και παράλληλα να είναι σε θέση να προβλέψει την απόκρισή τους και τον μηχανισμό κατάρρευσης όταν υπόκεινται σε σεισμικά φορτία.	el
heal.abstract	The objective of this thesis is the investigation and presentation of the innovative seismic resistant system, named FUSEIS1-1, that may be employed in multi-story steel and composite buildings instead of conventional systems to improve their seismic performance. It is one of the systems developed in the framework of the European Research Project «Dissipative Devices for Seismic Resistant Steel Frames» with the acronym FUSEIS. The system exhibits high ductility and may be generally combined with moment resisting frame action or alternatively it may resist alone the entire seismic action. It is composed of two closely spaced strong columns rigidly connected to multiple beams forming a vertical Vierendeel beam. FUSEIS1-1 beams, which may have square/rectangular/circular hollow sections (SHS, RHS, CHS), or I/H - beam sections (IPE, HE), are the dissipative elements that define the system’s strength and stiffness. By changing either the section or the length of the beams within the floor or between floors the system may be designed according to the preferred collapse mechanism. The strength of the beams increases from higher to lower stories following the increase of the base shear from the top to the bottom of the building to achieve a sequential plastification during the seismic event. Energy dissipation and plastification are restricted at controlled positions within the system beams, while the system columns and the gravity frame are protected and undamaged. With the aim of directing the plastic hinge formation away from the connection area and protect the beam-to-column connections of the system against fracture, beam flanges are reduced near the ends (Reduced Beam Section - RBS). After a strong seismic event, any repair work is easy and economical since it is limited only to replacing the beams, which are small and with simple detailing, allowing for nearly immediate occupancy since they are not subjected to vertical loads and residual drifts are very low. Experimental and analytical investigations were carried out to study the response of the system and highlight its main advantages. Individual beams and overall FUSEIS1-1 frames with various beam section types (IPE, SHS, CHS, HEA) were tested under monotonic and cyclic loading. Analytical investigations included FEA (Finite Element Analysis) models, which were calibrated against test results, and application examples of representative 2D building frames with FUSEIS1-1. The results of the above investigations defined the critical parameters that affect the performance of the system and provided appropriate design rules that were developed according to the provisions of Eurocodes. The latter were appropriately rearranged to cover the special characteristics of the system. The design rules, including the relevant clauses of the Codes, were summarized in a Design Guide. The methodology described in the Design Guide was verified through nonlinear static and dynamic analyses. Special attention was given to the nonlinear properties of the structural members and their connections as well as the overall stability of the frames. The Design Guide developed provides the designer with all the necessary tools for the application and design of buildings with the system and helps him predict their response and the collapse mechanism when subjected to seismic loading. The knowledge obtained is sufficient to include FUSEIS1-1 in modern seismic codes as a new energy dissipation system.	en
heal.sponsor	Part of the research was carried out with the financial contribution of the European Coal and Steel Community in the framework of the european research project with the title: «Dissipative Devices for Seismic Resistant Steel Frames» - acronym FUSEIS.	en
heal.sponsor	Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από την Ευρωπαϊκή Κοινότητα Άνθρακα και Χάλυβα στα πλαίσια του ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος με τίτλο: «Dissipative Devices for Seismic Resistant Steel Frames»- FUSEIS	el
heal.advisorName	Βάγιας, Ιωάννης	el
heal.advisorName	Vayas, Ioannis	en
heal.committeeMemberName	Βάγιας, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Γαντές, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Σαπουντζάκης, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Σπυράκος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μουζάκης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Βαμβάτσικος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Θανόπουλος, Παύλος	el
heal.committeeMemberName	Vayas, Ioannis	en
heal.committeeMemberName	Gantes, Charalampos	el
heal.committeeMemberName	Sapountzakis, Evaggelos	el
heal.committeeMemberName	Spyrakos, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Mouzakis, Charalampos	el
heal.committeeMemberName	Vamvatsikos, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Thanopoulos, Pavlos	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	212
heal.fullTextAvailability	true