Μεθοδολογία Σύνθεσης Τεχνητών Επιταχυνσιογραφημάτων για Περιπτώσεις Κατευθυντικότητας Κοντινού Πεδίου

Κουτρομάνου, Δήμητρα; Koutromanou, Dimitra

dc.contributor.author	Κουτρομάνου, Δήμητρα	el
dc.contributor.author	Koutromanou, Dimitra	en
dc.date.accessioned	2019-05-16T09:11:43Z
dc.date.available	2019-05-16T09:11:43Z
dc.date.issued	2019-05-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48747
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9302
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα	el
dc.subject	Φαινόμενα κατευθυντικότητας	el
dc.subject	Παλμοί	el
dc.subject	Κοντινό πεδίο	el
dc.subject	Artificial accelerograms	en
dc.subject	Near-field	en
dc.subject	Pulses	en
dc.subject	Directivity effects	en
dc.title	Μεθοδολογία Σύνθεσης Τεχνητών Επιταχυνσιογραφημάτων για Περιπτώσεις Κατευθυντικότητας Κοντινού Πεδίου	el
dc.title	A New Methodology for the Synthesis of Artificial Accelerograms for Near-field Ground Motions	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classification	EARTHQUAKE ENGINEERING	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/b2281050858c70f51767d4b4f6e69f4ecae86ebe
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/b2281050858c70f51767d4b4f6e69f4ecae86ebe
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-02-28
heal.abstract	Οι σεισμικές καταγραφές στις οποίες εμπεριέχεται ένας ή περισσότεροι παλμοί στη χρονοϊστορία της ταχύτητας αποτελούν μια ειδική κατηγορία εδαφικών κινήσεων ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, αφού είναι ικανές να προκαλέσουν σημαντικές βλάβες σε ένα μεγάλο εύρος κατασκευών. Οι παλμοί που εμπεριέχονται στις κινήσεις αυτές οφείλονται τυπικά σε φαινόμενα κατευθυντικότητας εντός μιας ζώνης κοντινού πεδίου και σπάνια σε άλλες αιτίες. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία παρουσιάζεται μια νέα μεθοδολογία σύνθεσης τεχνητών επιταχυνσιογραφημάτων για περιπτώσεις κατευθυντικότητας κοντινού πεδίου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία χρησιμοποιεί τις διαθέσιμες μεθοδολογίες των Π. Μίμογλου, Ι. Ψυχάρη και Ι. Ταφλαμπά (2012), Β. Καρδούτσου, Ι. Ταφλαμπά και Ι. Ψυχάρη (2014) και G. Calvi, D. Rodrigues και V. Silva (2018). Η εργασία διαρθρώνεται σύμφωνα με τα ακόλουθα κεφάλαια. Στο 1ο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι καταγραφές κοντινού πεδίου, τα χαρακτηριστικά που τις διακρίνουν, καθώς και οι υπάρχουσες μέθοδοι για τον προσδιορισμό αυτών των χαρακτηριστικών. Αρχικά, περιγράφονται τα είδη της κατευθυντικότητας και η διαφοροποίηση της επιρροής του φαινομένου σε περιοχές με διαφορετικές σχετικές θέσεις ως προς την επιφάνεια του ρήγματος. Ακόμα, γίνεται μια περιγραφή των βασικότερων παραμέτρων που σχετίζονται με το φαινόμενο της κατευθυντικότητας, όπως έχουν διατυπωθεί από ερευνητές που έχουν ασχοληθεί εκτεταμένα με τις εδαφικές κινήσεις κοντινού πεδίου. Στο 2ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μέθοδος που προτάθηκε από τους Mavroeidi and Papageorgiou (2003). Αποτελεί μια ιδιαίτερα σημαντική μέθοδο αξιολόγησης των παραμέτρων που διέπουν την εδαφική κίνηση κοντινού πεδίου. Η μέθοδός τους στηρίζεται στη διαμόρφωση ενός σύνθετου κυματιδίου το οποίο εκφράζεται με μία απλή μαθηματική μορφή. Μέσω αυτού του αναλυτικού μοντέλου, επιτρέπεται η ικανοποιητική προσέγγιση των παλμών σε σημαντικό αριθμό εδαφικών καταγραφών και η ανάπτυξη κλειστών λύσεων για την εκτίμηση φασμάτων απόκρισης και φασμάτων Fourier. Συνεπώς, δίνεται η δυνατότητα παραμετρικής εκτίμησης της απόκρισης κατασκευών σε παλμούς κοντινού πεδίου. Στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μέθοδος που προτάθηκε από τους ερευνητές Π. Μίμογλου, Ι. Ψυχάρη και Ι. Ταφλαμπά (2012), η οποία αφορά τον προσδιορισμό των σημαντικών παλμών που περιλαμβάνονται στις καταγραφές των σεισμών κοντινού πεδίου. Η μέθοδος αυτή συνδυάζει την αποδεδειγμένη αποτελεσματικότητα της μαθηματικής παρουσίασης των παλμών κατευθυντικότητας από τους Mavroeidis and Papageorgiou (2003) με μια καλώς καθορισμένη διαδικασία για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των σχετικών κυματιδίων. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια διαφορετική προσέγγιση για την κατάταξη των καταγραφών σε παλμικές και μη παλμικές, όπως έχει προταθεί από τους Β. Καρδούτσου, Ι. Ταφλαμπά και Ι. Ψυχάρη (2014). Η αποτελεσματικότητα της μεθόδου έχει επαληθευτεί στην αρχική δημοσίευση εισαγωγής της (Kardoutsou et al. 2014) με εφαρμογή της σε ένα δείγμα 221 καταγραφών της βάσης δεδομένων NGA, για τις οποίες η μέγιστη εδαφική ταχύτητα είναι PGV>30 cm/s. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ελαστική και ανελαστική απαίτηση των σεισμών κοντινού πεδίου. Σε ότι αφορά τα ελαστικά φάσματα απόκρισης, οι παλμοί κατευθυντικότητας προκαλούν μια επαύξηση κωδωνοειδούς μορφής στα φάσματα μετακινήσεων στο πεδίο περιόδων κοντά στη δεσπόζουσα περίοδο του παλμού, Tp. Για τα ανελαστικά φάσματα η επιρροή των φαινομένων κατευθυντικότητας είναι η τοπική επαύξηση του λόγου Sd,i (T)/Sd,e(T) κοντά στην περιοχή περιόδων T≈0.5·Tp, γεγονός που υποδηλώνει την απαίτηση μιας σημαντικά αυξημένης ανελαστικής απαίτησης στην περιοχή αυτή. Στο 6ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μέθοδος που προτάθηκε από τους G. Calvi, D. Rodrigues και V. Silva (2018), η οποία αφορά την υπόθεση της σταθερής ταχύτητας στο ενδιάμεσο εύρος περιόδων του φάσματος. Στη δημοσίευση τους αποδεικνύουν ότι η υπόθεση αυτή δεν ισχύει και είναι μη φυσικώς ορισμένη και προτείνουν μία σχέση με την οποία τροποποιείται το φάσμα στο ενδιάμεσο εύρος περιόδων. Η σχέση αυτή αποτελεί συνάρτηση μίας μόνο παραμέτρου με αποτέλεσμα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροποποίηση της περιοχής των ενδιάμεσων περιόδων του φάσματος. Βέβαια, προτείνεται και μία σχέση για την παράμετρο ως συνάρτηση του μεγέθους του σεισμού και της απόστασης από το επίκεντρο, η οποία στη παρούσα εργασία δεν χρησιμοποιείται. Στο 7ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η προτεινόμενη μεθοδολογία για τη δημιουργία τεχνητών επιταχυνσιογραφημάτων για περιπτώσεις κατευθυντικότητας κοντινού πεδίου. Πιο συγκεκριμένα, επιλέγεται ένα δείγμα 221 καταγραφών κοντινού πεδίου της βάσης δεδομένων NGA και προσδιορίζονται οι σημαντικοί παλμοί με τη μεθοδολογία των Π. Μίμογλου, Ι. Ψυχάρη και Ι. Ταφλαμπά. Στη συνέχεια, διαχωρίζονται οι καταγραφές σε “παλμικές”, “μη παλικές” και “ασαφείς” με τη μεθοδολογία των Β. Καρδούτσου, Ι. Ταφλαμπά και Ι. Ψυχάρη. Για τις παλμικές καταγραφές τροποποιούνται τα φάσματα μέσω των συντελεστών του Newmark και της μεθοδολογίας των G. Calvi, D. Rodrigues και V. Silva και παράγονται για τη κάθε καταγραφή 7 τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα τα οποία διαφοροποιούνται μόνο ως προς τη διαφορά φάσης. Για τα τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα υπολογίζονται τα ελαστικά και ανελαστικά φάσματα μετακινήσεων, τα ελαστικά φάσματα επιταχύνσεων και ο δείκτης πλαστιμότητας σε όρους μετακινήσεων. Η διαδικασία αυτή εφαρμόζεται για διάφορα ζεύγη των συντελεστών του Newmark και της παραμέτρου της μεθοδολογίας των G. Calvi, D. Rodrigues και V. Silva, ώστε να προκύψει το βέλτιστο ζεύγος των παραμέτρων αυτών το οποίο θα καλύπτει τις απαιτήσεις της πραγματικής καταγραφής. Τέλος, αναφέρονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη διαδικασία που ακολουθήθηκε και τις περιπτώσεις που διερευνήθηκαν καθώς και προτάσεις για την περαιτέρω διερεύνηση του αντικειμένου.	el
heal.abstract	Seismic recordings involving one or more pulses in the velocity time history constitute a special category of ground motions of particular interest since they are capable of causing significant damage to a wide range of structures. The pulses involved in these motions are due to directivity effects within a nearby field and rarely to other causes. In this thesis we present a new methodology for the synthesis of artificial accelerograms for near-field ground motions. The proposed methodology uses the available methodologies by P. Mimoglou, I. Psycharis and I. Taflampas (2012), V. Kardoutsou, I. Taflampas and I. Psycharis (2014) and G. Calvi, D. Rodrigues and V. Silva (2018). The work is structured in accordance with the following chapters. The first chapter presents the near-field ground motions, the features that distinguish them, as well as the existing methods for determining these characteristics. Initially, we describe the types of directivity effects and the differentiation of the effect of the phenomenon in areas with different positions relative to the fault surface. In addition, a description of the basic parameters associated with directivity effects is presented, as it has been written by researchers who have dealt extensively with the near-field ground motions. The second chapter presents the methodology proposed by Mavroeidis and Papageorgiou (2003). It is a very important methodology of assessing the parameters that describe the near-field ground motions. Their method is based on the formation of a synthetic wavelet expressed in a simple mathematical form. Through this analytical model, satisfactory pulse approximation is allowed in a significant number of ground motions and the development of closed-form expressions for the estimation of spectral characteristics in the form of response spectra and Fourier transform. Therefore, such closed-form expressions make considerably easier the parametric study of the response of structures to near-field pulses. The third chapter presents the methodology proposed by the researchers P. Mimoglou, I. Psycharis and I. Taflampas (2012), which refers to the identification of significant pulses included in the records of near-field ground motions. This method combines the proven efficacy of the mathematical presentation of directivity pulses by Mavroeidis and Papageorgiou (2003) with a well-defined procedure for determining the characteristics of the relevant wavelets. The fourth chapter presents a different approach for the classification of pulse-like and non pulse-like recordings, as suggested by V. Kardoutsou, I. Taflampas and I. Psycharis (2014). The efficacy of the method has been verified in its initial publication (Kardoutsou et al. 2014) by applying it to a sample of 221 NGA database records for which the maximum ground velocity is PGV>30 cm/s. The fifth chapter presents the elastic and inelastic demand for near-field ground motions. In terms of elastic response spectra, directivity pulses cause a bell-shaped increase at the displacement response spectra for period near to the dominant pulse period, Tp. For inelastic response spectra the influence of directivity effects is the local increase of the ratio Sd,i (T)/Sd,e(T) near the period region T≈0.5·Tp, which implies the requirement of a significantly increased inelastic demand in this area. The sixth chapter presents the methodology proposed by G. Calvi, D. Rodrigues and V. Silva (2018), which refers to the assumption of constant velocity in the intermediate range of periods of the spectrum. In their publication they show that this hypothesis is not valid and is non-physically defined and suggests a relationship with which the spectrum is modified in the intermediate range of periods. This relationship is a function of a single parameter, so it can be used to modify the region of the intermediate periods of the spectrum. Of course, a relation for the parameter is proposed as a function of the magnitude of the earthquake and the distance from the epicenter, which is not used in the present work. The seventh chapter presents the proposed methodology for the creation of artificial accelerograms for near-field ground motions. More specifically, a sample of 221 near-field records of the NGA database is selected and the significant pulses are determined by the methodology of P. Mimoglou, I. Psycharis and I. Taflampas. Then the records are divided into "pulse-like", "non pulse-like" and "ambiguous" with the methodology of V. Kardoutsou, I. Taflampas and I. Psycharis. For pulse-like records the spectra is modified by the Newmark coefficients and by the methodology of G. Calvi, D. Rodrigues and V. Silva, and 7 artificial accelerograms are produced for each recording, differentiating only in phase difference. For the artificial accelerograms, the elastic and inelastic displacement response spectra, the elastic acceleration response spectra and the ductility index in terms of displacements are calculated. This process is applied for different pairs of Newmark coefficients and the parameter of G. Calvi, D. Rodrigues and V. Silva's methodology to produce the optimal pair of these parameters that will meet the requirements of the actual recording. In the end, we present the conclusions from the procedure that mentioned above and the cases that we are investigated. Finally, proposals for further investigation of the subject are mentioned.	en
heal.advisorName	Ψυχάρης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Ψυχάρης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Ταφλαμπάς, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	134 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true