Διερεύνηση της επίδρασης της σεισμικής μόνωσης στη συμπεριφορά διώροφης λίθινης κατασκευής έναντι σεισμών εγγύς πεδίου

Abstract

«Διερεύνηση της επίδρασης της σεισμικής μόνωσης στη συμπεριφορά διώροφης λίθινης κατασκευής έναντι σεισμών εγγύς πεδίου»

Μεταπτυχιακός φοιτητής : Δημούδης Βασίλειος

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι να διερευνηθεί αναλυτικά η επίδραση που έχει η εφαρμογή συστημάτων σεισμικής μόνωσης βάσης στη συμπεριφορά έναντι σεισμικών κραδασμών εγγύς πεδίου μιας πραγματικής υφιστάμενης διώροφης κατασκευής από φέρουσα λιθοδομή. Η εργασία διαρθρώνεται σε 16 κεφάλαια ως εξής : Στο 1ο Κεφάλαιο αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά των κραδασμών εγγύς πεδίου, οι κατηγορίες κατευθυντικότητας καθώς και ο διαχωρισμός των συνιστωσών της εδαφικής κίνησης. Παράλληλα αναφέρονται μέθοδοι αναπαράστασης των πραγματικών καταγραφών με παλμούς ταχυτήτων και διατυπώνεται η ανάγκη κλιμάκωσης των φασμάτων απόκρισης βάσει του μεγέθους του σεισμού. Στο 2ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η σεισμική μόνωση βάσης ως εναλλακτική μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού, παρατίθενται οι βασικές της αρχές και οι στόχοι της καθώς και η επίδρασή της στη σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών. Αναφέρονται επίσης οι κυριότεροι τύποι συστημάτων σεισμικής μόνωσης καθώς και παραδείγματα κατασκευών όπου έχει εφαρμοσθεί η εν λόγω μέθοδος. Στο 3ο Κεφάλαιο περιγράφεται το κτίριο που αποτελεί το αντικείμενο ανάλυσης στην εργασία αυτή. Παρουσιάζεται η γεωμετρία του βάσει σχεδίων και περιγράφεται η υπάρχουσα κατάστασή του με τις υφιστάμενες φθορές και βλάβες, η οποία τεκμηριώνεται από φωτογραφίες που ελήφθησαν από τον συντάκτη της εργασίας. Στο 4ο Κεφάλαιο δίνονται στοιχεία για την προσομοίωση του φορέα στο λογισμικό SAP2000 v.14.0.0. Περιγράφεται το προσομοίωμα της κατασκευής με όλες τις παραδοχές για τη γεωμετρία του φορέα, το είδος των πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούνται, τα επιβαλλόμενα φορτία, καθώς και τα μηχανικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιΐας. Στο 5ο Κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία σχεδιασμού των συστημάτων μόνωσης που εφαρμόζονται στον μελετούμενο φορέα σύμφωνα με τις Οδηγίες Σεισμικής Μόνωσης (Ο.Σ.Μ) του Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ. Επιλέγεται η χρήση ελαστομεταλλικών εφεδράνων χαμηλής (LDRB) και υψηλής (HDRB) απόσβεσης. Στο 6ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται οι σεισμικές διεγέρσεις εγγύς πεδίου που λαμβάνονται υπόψη στις αναλύσεις της παρούσας εργασίας. Παρατίθενται στοιχεία όπως το μέγεθος, ο μηχανισμός διάρρηξης, η κατευθυντικότητα, ενώ προσδιορίζονται βάσει του λογισμικού SeismoSignal οι παράμετροι της εδαφικής κίνησης, καθώς τα φάσματα απόκρισης επιταχύνσεων, ταχυτήτων και μετακινήσεων. Στο 7ο Κεφάλαιο δίνονται τα δυναμικά χαρακτηριστικά του μελετούμενου φορέα πριν και μετά τη μόνωση. Υπολογίζονται οι ιδιοπερίοδοι για κάθε περίπτωση, όπως επίσης και τα ποσοστά των δρωσών ιδιομορφικών μαζών ανά διεύθυνση. Στο 8ο Κεφάλαιο περιγράφονται οι διενεργούμενοι έλεγχοι επάρκειας του φορέα καθώς και τα μεγέθη απόκρισης που απαιτούνται για τη μελέτη της συμπεριφοράς του. Στα Κεφάλαια 9-13 παρουσιάζονται εκτενώς τα αποτελέσματα των ελαστικών και ανελαστικών αναλύσεων χρονοïστορίας του φορέα για τις υπόψη διεγέρσεις κοντινού πεδίου βάσει των όσων αναφέρονται στο Κεφάλαιο 8. Στο 14ο Κεφάλαιο διερευνάται η επίδραση των διαφραγμάτων στην εκτός επιπέδου ένταση της τοιχοποιΐας για ροπές τόσο ως προς τον οριζόντιο όσο και κατακόρυφο άξονα. Στο 15ο Κεφάλαιο διερευνάται η επίδραση της αξονικής ενδοσιμότητας των εφεδράνων LDRB στις μετακινήσεις της κορυφής της κατασκευής. Τέλος, στο 16ο Κεφάλαιο παρατίθενται τα συνολικά συμπεράσματα που προκύπτουν από τις αναλύσεις των Κεφαλαίων 9 έως 13.

«Investigation of the effect of base isolation on the behavior of a two-story stone building in near-field ground motions»

MSc Student : Dimoudis Vassilios

ABSTRACT The object of the current study is to investigate through dynamic analyses the impact that base seismic isolation has on the behavior of a two-story stone building when excited by near-field ground motions. Thesis consists of the following chapters: In Chapter 1, the basic characteristics of near-field motions are reported, as well as directivity types and the separation of the horizontal components of ground motion. In addition, methods of representing real records with velocity pulses are mentioned and magnitude scaling of the response spectra. In Chapter 2, base isolation as an alternative method of seismic design is presented as well as its main principles and the effect on the seismic behavior of structures. Moreover, the main types of isolation systems are mentioned and some examples of implementing base isolation worldwide are given. In Chapter 3, the two-story building being analyzed is described. Its geometry is presented based on drawings and its existing condition (with specific damages reported) is documented based on photos. In Chapter 4, the main aspects of simulation of the structure in SAP2000 v.14.0.0 are given. The model of the building with all assumptions considered is described. Assumptions refer to the geometry of the structure, the type of the finite elements used, the external loads imposed and masonry properties (e.g fwc, fwt, E, G, ν). In Chapter 5, the design procedure of the isolation systems implemented in this study is described thoroughly. The use of two types of elastomeric bearings (with low and high damping elastomer – LDRB & HDRB) is assumed. In Chapter 6, the near-field records taken into account in current thesis are presented. Data such as magnitude, rupture mechanism and directivity are given. Additionally, ground motion parameters are determined based on engineering software SeismoSignal, as well as acceleration, velocity and displacement response spectra. In Chapter 7, modal information of the analysis building is provided. Modes, periods and modal participating mass ratios for each of directions X,Y or Z are calculated in SAP2000. In Chapter 8, checks of the adequacy of masonry during the records of Chapter 6 (shear, out-of-plane bending) and response features (e.g roof and floor accelerations, roof displacements, roof-floor drifts and bearing horizontal deformations) are described. In Chapters 9-13, results of the linear and non-linear time history analyses of the structure for the records of Chapter 6 are presented in detail. In Chapter 14, the effect of the diaphragms on the out-of-plane moments of the structure is investigated. In Chapter 15, the effect of the value of the axial stiffness of LDRB bearings on horizontal roof displacements is investigated. Finally, Chapter 16 contains the overall conclusions of the analyses reported in Chapters 9-13.