Διερεύνηση επιρροής προσομοίωσης στην ανάλυση τρωτότητας κατασκευών από οιπλισμένο σκυρόδεμα

Abstract

Στην παρούσα εργασία, δύο παραδείγματα εξετάστηκαν. Στην πρώτη περίπτωση ένας επίπεδος διώροφος πλαισιακός φορέας προσομοιώθηκε α) με στοιχεία δοκού- υποστυλώματος και β) με εξαεδρικά στοιχεία και υποβλήθηκε σε μη γραμμική ανάλυση pushover. Στην δεύτερη περίπτωση, χρησιμοποιώντας μια φορά τη μία και μια φορά την άλλη από τις παραπάνω προσομοιώσεις, υποβλήθηκε σε ανάλυση pushover χωρικός διώροφος πλαισιακός φορέας. Ο σκοπός της διερεύνησης είναι να βρεθεί η επιρροή της προσομοίωσης στην ανάλυση τρωτότητας κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Παρουσιάζονται επίσης Performance Based Design (PBD) και Static pushover methods όπως η Displacement Coefficient method (ASCE-41), η Capacity Spectrum method (ATC-40) και η N2 method (EC8). Αναλύονται οι δύο προσομοιώσεις (στοιχεία δοκού-υποστυλώματος και τριδιάστατα πεπερασμένα στοιχεία) και περιγράφηκαν οι καταστατικοί νόμοι υλικού (για σκυρόδεμα και χάλυβα) που τις διέπουν. Περιγράφεται επίσης η μέθοδος που ακολουθήθηκε για τη δημιουργία των καμπυλών τρωτότητας. Τέλος, από τα αποτελέσματα των αναλύσεων γίνεται αποτίμηση των αιτιών που οδηγούν στη διαφοροποίηση του σχήματος των καμπύλων τρωτότητας. Αυτές είναι: διαφορετικές παραδοχές όσων αφορά την προσομοίωση του υλικού (οπλισμένου σκυροδέματος) με διαφορετικού τύπου στοιχεία. Αυτό συμβαίνει επειδή στα στοιχεία δοκού ο νόμος σκυροδέματος είναι μονοαξονικός ενώ τριαξονικός έιναι στα εξαεδρικά. Οι συνδετήρες στην περίπτωση των στοιχείων δοκού λαμβάνονται υπόψη μόνο ως περισφιγμένο σκυρόδεμα και δε λαμβάνεται υπόψη η διάτμηση αντίθετα με τα 3D στοιχεία. Στα 3D λαμβάνεται υπόψη η αλληλεμπλοκή των αδρανών του υλικού, ενώ στα στοιχεία δοκού όχι. Επιπλέον διαφέρει η προσομοίωση της ρηγμάτωσης, ο τρόπος υπολογισμού των μαζών και οι συνοριακές συνθήκες.

In the current study two specimens were numerically examined. In the first test case a two-dimensional two story frame structure was simulated with both Beam-Column and non-linear 3D solid FE methods and then subjected into non-linear static pushover analysis. In the second case both of the above simulation methods were used in the non-linear static pushover analysis of a 3-dimensional two-story frame structure. The aim of the study is to determine the effect of FE simulation in fragility analysis of RC structures. Fragility curves can be used in various ways as part of a seismic vulnerability analysis for many a wide range of types of structures. Performance Based Design (PBD) and Static pushover methods such as the Displacement Coefficient method (ASCE-41), the Capacity Spectrum method (ATC-40) and the N2 method (EC8)are represented. Beam-column and three-dimensional FE simulations are analyzed, describing the formulation of the Finite Elements and the constitutive laws that governs them. The FE methods and stress-strain laws concern both structural concrete and reinforcement. Fragility Analysis method is described by analyzing the calculation of fragility curves using the methodology proposed by FEMA/NIBS earthquake loss estimation methodology, commonly known as HAZUS. The analyses of two types of structures executed using both FE simulations; result in the following acknowledgements: FE simulation has a significant effect on the shape of fragility curves due to different constitutive laws, crack simulation of concrete, boundary conditions. In addition, there are no shear reinforcement and shear force is not taken into account in the beam-column element unlike 3D FE.