Βελτιστος Σχεδιασμός Συστημάτων Σεισμικής Μόνωσης Πολυώροφων Κτιρίων

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αναφέρεται στην ανάλυση και το βέλτιστο σχεδιασμό συστημάτων σεισμικής μόνωσης τόσο για υφιστάμενες όσο και για νεόδμητες κατασκευές τυχούσας κάτοψης. Στα πλαίσια της αναπτύχθηκε ένα εργαλείο προδιαστασιολόγησης συστημάτων σεισμικής μόνωσης στο Microsoft Excel, το οποίο χρησιμοποιεί ένα κώδικα σε γλώσσα VBA (Visual Basic for Applications). Η ανάλυση μπορεί να γίνει μόνο για ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου (LRBs) και παρέχει όλες τις πληροφορίες που απαιτούνται για την προδιαστασιολόγησης ενός συστήματος υπό δεδομένο επίπεδο φόρτισης. Ο χρήστης οφείλει να εισάγει τις σεισμικές παραμέτρους αλλά και τα μηχανικά χαρακτηριστικά των υλικών, ενώ η ανάλυση μπορεί να περιλαμβάνει έναν ή περισσότερους τύπους εφεδράνων. Επιπλέον, παρέχεται η δυνατότητα βελτιστοποίησης, με στόχο την ελαχιστοποίηση της απόστασης μεταξύ του κέντρου μάζας και του κέντρου ελαστικής στροφής. Η βελτιστοποίηση επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός PSO αλγορίθμου (Particle Swarm Optimization). Τέλος, δεδομένη υφιστάμενη κατασκευή μονώνεται σεισμικά κάνοντας χρήση του εργαλείου προδιαστασιολόγησης, και υποβάλλεται σε ένα σύνολο δυναμικών αναλύσεων και μη γραμμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας υπό δεδομένες σεισμικές διεγέρσεις.

This thesis deals with the optimal design of seismic isolation systems of multi story structures. For the analysis only Lead Rubber Bearings are considered and their design is based on European norms [EN 1337-3 (European Standards – Elastomeric Bearings)] and US Standards [AASHTO 2006 (American Association of State Highway and Transportation Officials)]. For this analysis a Microsoft Excel Tool was developed using VBA (Visual Basic for Applications) for the evaluation and analysis of seismically isolated structures of any plan view. The tool is capable of performing all the preliminary design that is essential for the response evaluation under specific loading and the estimation of the dynamic characteristics of the isolated system. The response spectrum, the seismic properties and the mechanical characteristics of the materials are defined in the user interface. The design of the seismic isolation system consists of one or more LRB types. Furthermore, an optimization process that is capable of minimizing the distance between the center of rigidity and the center of mass is incorporated. The optimization procedure follows a Particle Swarm Optimization Algorithm (PSO) considering as design variables the external diameter of the LRB and their number of layers. Finally, a case study that corresponds to an existing reinforced concrete structure comparing the conventional design with seismic isolation solution is presented. The analysis, based on code requirements, is extended for a range of dynamic non linear analysis and non linear time history analysis under specific seismic excitations.