Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται αναλυτικά η μη γραμμική
συμπεριφορά και η φέρουσα ικανότητα διαφόρων μεταλλικών διατμητικών
τοιχωμάτων, δηλαδή πλαισίων με διαφορετικούς κατακόρυφους συνδέσμους
δυσκαμψίας και με διατμητικά χαλυβδοελάσματα ως συστήματα αντίστασης σε
πλευρική φόρτιση. Μέσω της εφαρμοζόμενης μεθοδολογίας επιτυγχάνεται
κατανόηση της συμπεριφοράς, πρόβλεψη όλων των δυνατών μηχανισμών αστοχίας,
εκτίμηση της αντοχής και αξιολόγηση της ευπάθειας των μεταλλικών αυτών
κατασκευών με αριθμητικές αναλύσεις μέσω της χρήσης του προγράμματος
πεπερασμένων στοιχείων Adina. Εξετάζεται αστοχία που οφείλεται, είτε σε διαρροή
του υλικού, είτε σε τοπικό λυγισμό, είτε σε συνδυασμό και των δύο, καθώς οι
φορείς μέσω της σταδιακής μείωσης του πάχους της διατομής τους γίνονται
επιρρεπείς σε τοπικό λυγισμό. Τελικός στόχος της εργασίας αυτής είναι η όσο το
δυνατόν μεγαλύτερη μείωση του βάρους των εν λόγω φορέων και η παροχή
πληροφοριών σχετικά με τη συμπεριφορά τους όταν υφίστανται πλευρική φόρτιση,
με σκοπό την αξιοποίησή τους, τόσο σε περαιτέρω έρευνα όσο και σε πρακτικό
επίπεδο ως στοιχεία πρόσθετης κατασκευής ή στοιχεία ενίσχυσης σε υπάρχουσες
κατασκευές.
Στο 1ο κεφάλαιο γίνεται μια συνοπτική περιγραφή της μεθοδολογίας που
χρησιμοποιήθηκε για την εξέταση των πλαισίων αυτών καθώς και μια γενική
αναφορά σε ξένη βιβλιογραφία, η οποία έδωσε το έναυσμα για την δημιουργία
αυτής της διπλωματικής εργασίας. Σχετικές αναφορές αναγράφονται στο τέλος της
εργασίας.
Στο 2ο, 3ο, 4ο, 5ο ,6ο και 7ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για κάθε
είδος φορέα. Συγκεκριμένα οι φορείς είναι απλό πλαίσιο, πλαίσιο με χιαστί
συνδέσμους δυσκαμψίας, πλαίσιο με σύνδεσμο δυσκαμψίας κεντρικό λάμδα,
πλαίσιο με σύνδεσμο δυσκαμψίας έκκεντρο λάμδα καμπτικού τύπου, πλαίσιο με
σύνδεσμο δυσκαμψίας έκκεντρο λάμδα διατμητικού τύπου και πλαίσιο με δύο
διατμητικά πάνελ.
Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε κάθε κεφάλαιο με τον ίδιο τρόπο για κάθε
φορέα καθώς εκτελούνται τα ίδια είδη αναλύσεων. Αρχικά πραγματοποιείται
αναλυτική περιγραφή του κάθε προσομοιώματος, έτσι όπως κατασκευάστηκε στο
πρόγραμμα Adina. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για κοινό πάχος
διατομής πλαισίου και συνδέσμων δυσκαμψίας και μετά για διαφορετικό πάχος
αυτών, όπου το πάχος του πλαισίου διατηρείται σταθερό και μεταβάλλεται το
πάχος των συνδέσμων δυσκαμψίας. Στην περίπτωση του απλού πλαισίου δεν
υπάρχει τέτοιος διαχωρισμός. Για κάθε περίπτωση(κοινό ή διαφορετικό πάχος) τα
αποτελέσματα παρουσιάζονται σε χαρακτηριστικά πάχη διατομής, στα οποία ο
φορέας κυριαρχείται από διαφορετικό μηχανισμό αστοχίας. Τέλος, ακολουθεί
σύγκριση μεταξύ των αποτελεσμάτων για όλα τα πάχη για τον αντίστοιχο φορέα
κάθε φορά και σχολιασμός επ’ αυτών με χρήση συγκεντρωτικών διαγραμμάτων.
Στο 8ο κεφάλαιο πραγματοποιείται σύγκριση μεταξύ όλων των φορέων στα
χαρακτηριστικά πάχη, για κοινό και διαφορετικό πάχος διατομής, με χρήση πάλι
συγκεντρωτικών διαγραμμάτων και εξάγονται τελικά συμπεράσματα σχετικά με τη
διαφορετικότητα των φορέων μεταξύ τους. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση της
συμπεριφοράς που παρουσίασαν οι διατομές ανάλογα με το πάχος τους, με τη
συμπεριφορά που αναμένεται να έχουν βάσει των κανονιστικών διατάξεων. Τέλος,
στο κεφάλαιο αυτό γίνεται αναφορά σε δυνατότητες περαιτέρω έρευνας στο
συγκεκριμένο αντικείμενο.
This thesis presents the non-linear behavior and bearing capacity of various steel
shear walls, namely frames with different types of bracing and shear panels, as
lateral load resistance systems. Through the applied methodology, understanding of
the behavior, prediction of all possible failure mechanisms, evaluation of strength
and assessing of vulnerability of these steel structures is achieved by means of
numerical analyses using the finite element software Adina. Failure owing to either
material yielding, local buckling or a combination of both is addressed, as the above
mentioned frames become prone to local buckling through the gradual reduction of
their section thickness. The ultimate goal of this thesis is achieving the greatest
possible weight reduction of these models and the collection of useful information
concerning their behavior when subjected to lateral force, aiming at their use, not
only in further research, but also at a practical level either as parts of new structures
or elements for strengthening existing structures, with a view to contributing to their
sustainable development.
In the 1st chapter a brief description of the methodology used to examine those
frameworks is presented, as well as a general reference to international research
literature, which triggered interest for this thesis. References are listed at the end of
the final chapter.
In the 2nd, 3rd, 4th, 5th, 6th and 7th chapter the results for each type of frame are
presented. In particular the models are a simple frame and frames with diagonal Xbracing,
concentric lambda bracing, eccentric flexural-type lambda bracing, eccentric
shear-type lambda bracing and two shear steel panels.
The results are presented in each chapter in the same way for every type of frame,
as the same types of non-linear analyses are performed. Initially, a detailed
description of each simulated model is given, as set-up in the Adina finite element
software. Subsequently, results are presented for both cases of common and
different section thickness of the frame and the bracing or shear panels respectively.
In the second case the thickness of the frame remains constant while the thickness
of the bracing is gradually reduced. In the case of the simple frame there is no such
distinction. For each case (common or different thickness) results are presented for
characteristic thicknesses, in which the model is dominated by a different type of
failure mechanism. Lastly, a comparison follows between the results for all
thicknesses of each respective model and also a commentary on them using
combined diagrams.
In the 8th chapter a comparison between all models for these two characteristic
thicknesses for common and different thickness is carried out with the use of
combined diagrams and, also, final conclusions concerning the diversity between
these models are cited. Moreover, another comparison takes place concerning the
behavior demonstrated by cross sections depending on their thickness and their
respective expected behavior according to regulations. Finally, the 8th chapter
includes a reference of possibilities for further research on this subject.