Διερεύνηση της Ανελαστικής Συμπεριφοράς Οκταωρόφου Κτηρίου από Ωπλισμένο Σκυρόδεμα με τη Μέθοδο της Προσαυξητικής Δυναμικής Ανάλυσης σε Σεισμούς Κοντινού Πεδίου

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της ανελαστικής συμπεριφοράς ενός υφισταμένου οκταωρόφου κτηρίου από ωπλισμένο σκυρόδεμα που υποβάλλεται σε καταγραφές σεισμών κοντινού πεδίου με εφαρμογή μιας ανελαστικής δυναμικής μεθόδου. Η ανελαστική δυναμική μέθοδος που χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό είναι η «προσαυξητική δυναμική ανάλυση» (incremental dynamic analysis, IDA). H ανάπτυξη της υπολογιστικής ισχύος των τελευταίων ετών επιτρέπει την αναζήτηση ακριβέστερων μεθόδων ανάλυσης των κατασκευών. Μία από αυτές τις ακριβείς μεθόδους είναι και η IDA. Η IDA είναι μία παραμετρική μέθοδος ανάλυσης, η οποία εμφανίστηκε πρόσφατα σε διάφορες μορφές προκειμένου να εκτιμήσει εκτενέστερα τη συμπεριφορά των κατασκευών υπό σεισμικά φορτία. Η μέθοδος περιλαμβάνει την υποβολή της κατασκευής σε μία ή περισσότερες καταγραφές εδαφικής κίνησης, η καθεμιά από τις οποίες κλιμακώνεται (μεγεθύνεται ή σμικρύνεται) σε διάφορα επίπεδα έντασης, ώστε να καλυφθεί πλήρως όλο το φάσμα της απόκρισής της, από την ελαστική στην ανελαστική περιοχή και μέχρι την κατάρρευση. Κάθε κλιμακωμένη καταγραφή παράγει μία καμπύλη, την καμπύλη IDA, το σύνολο των οποίων για όλες τις καταγραφές μάς δίνει σημαντικές πληροφορίες για την ανελαστική συμπεριφορά της κατασκευής. Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιούνται δύο παραλλαγές του οκταωρόφου κτηρίου ως φορείς ανάλυσης. Ο ένας φορέας είναι ο «πλαισιωτός φορέας» (frame building) που αποτελείται μόνον από πλαίσια και στις δύο διευθύνσεις και ο άλλος είναι ο «τοιχοπληρωμένος φορέας» (pilotis building), όπου στα ανοίγματα των πλαισίων όλων των ορόφων πλήν του ισογείου υπάρχουν τοίχοι εν είδει πάνελς κατά τη μία διεύθυνση. Οι δύο αυτοί φορείς υποβάλλονται σε σεισμούς κοντινού πεδίου και με την ανάλυση IDA εξετάζεται η ανελαστική συμπεριφορά τους. Η εργασία αποτελείται από πέντε κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια παρουσίαση των βασικών θεωρητικών εννοιών των σεισμών κοντινού πεδίου. Ορίζεται η έννοια του «παλμού κατευθυντικότητας» και της «δεσπόζουσας περιόδου» του παλμού, καθώς και άλλα σημαντικά στοιχεία που αφορούν στις εδαφικές κινήσεις του κοντινού πεδίου. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζεται εκτενώς η μέθοδος IDA σε θεωρητικό επίπεδο. Δίνονται οι βασικοί ορισμοί των εννοιών της μεθόδου και η χρησιμότητα της ως μεθόδου ανελαστικής ανάλυσης των κατασκευών. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται η περιγραφή των χρησιμοποιούμενων φορέων και η παρουσίαση του τρόπου προσομοίωσής του τόσο σε γεωμετρικό επίπεδο όσο και σε επίπεδο ανελαστικής συμπεριφοράς. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται η ανελαστική ανάλυση των φορέων με τη μέθοδο Pushover και εξάγεται για τον καθένα η «καμπύλη ικανότητας». Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο, γίνεται η εφαρμογή της μεθόδου IDA στους εξεταζόμενους φορείς που υποβάλλονται σε μία σειρά εδαφικών κινήσεων κοντινού πεδίου. Γίνεται η επεξεργασία των αποτελεσμάτων της ανάλυσης χρονοϊστορίας με βάση τη μεθοδολογία IDA και κατασκευάζονται τα κατάλληλα γραφήματα που περιγράφουν την ανελαστική συμπεριφορά των φορέων στις ανωτέρω καταγραφές. Το σημαντικότερο συμπέρασμα της εργασίας αφορά στη σχέση του συντελεστή συμπεριφοράς q και της πλαστιμότητας μ που δημιουργείται από τις επιβαλλόμενες κλιμακωμένες καταγραφές του κοντινού πεδίου. Παρατηρείται το φαινόμενο ότι για καταγραφές με παλμό κατευθυντικότητας και δεσπόζουσα περίοδο αρκετά μεγαλύτερη από τη θεμελιώδη ιδιοπερίοδο των φορέων η πλαστιμότητα μ είναι γενικά μεγαλύτερη από τον συντελεστή συμπεριφοράς q (μ>q).

The objective of the present dissertation is to examine the inelastic behaviour of an existing 8-storey reinforced concrete building subjected to near-fault ground motions by applying an inelastic dynamic method. The inelastic dynamic method used for this purpose is incremental dynamic analysis (IDA). The growth in computer processing power over the last years has made possible a continuous drive towards increasingly accurate analysis methods. One of these accurate methods is IDA. IDA is a parametric analysis method that has recently emerged in several different forms to estimate more thoroughly structural performance under seismic loads. It involves subjecting a structural model to one or more ground motion records, each scaled (up or down) to multiple levels of intensity so that the whole range of its displacements can be covered from the elastic segment to the inelastic one until collapse. Each scaled record produces one curve, the IDA curve, all of which gives us important information on the inelastic behaviour of the structure. In this paper, two variations of the 8-storey building are used as “bearing systems”. The first one is the frame building consisting only of frames in both directions and the other is the pilotis building where the openings of the frames of all storeys except pilotis have walls in one direction. Those two buildings are subjected to near-fault ground motions and through the IDA study its inelastic performance is examined. The dissertation is separated into five chapters. In the first chapter, a presentation of the basics of near-fault ground motions is made. Forward directivity and predominant pulse period are defined in addition to other important things concerning near-fault ground motions. In the second chapter, the IDA method is thoroughly presented. The basic definitions of this method and its usefulness as an inelastic analysis method are given. In the third chapter, the description and the simulation of the two “bearing systems” (structural models) take place. In the fourth chapter, the inelastic analysis by applying the Pushover method is done in order to extract the Pushover curve for each model. In the last chapter, chapter five, we apply the IDA method to both models subjected to a series of near-fault ground motions. The processing of the time-history analysis results takes place and appropriate graphs describing the inelastic behaviour of both models subjected to the above recordings are made. The most important conclusion of this dissertation concerns the relationship between behaviour factor q and ductility μ. It is observed the phenomenon that, for forward directivity records with predominant pulse period much larger than the fundamental period of the structural models, ductility μ is generally greater than behaviour factor q (μ>q).