Αποτίμηση Ανελαστικής Συμπεριφοράς Πολυώροφου Κτηρίου από Οπλισμένο Σκυρόδεμα

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται την αποτίμηση της συμπεριφοράς και επάρκειας ενός πολυώροφου κτηρίου από οπλισμένο σκυρόδεμα, τόσο με ελαστικές όσο και με ανελαστικές κυρίως, μεθόδους. Το υφιστάμενο κτήριο είναι κατασκευής του 1991 και σχεδιάστηκε σύμφωνα με τον παλαιό ελληνικό Κανονισμό Οπλισμένου Σκυροδέματος (ΚΩΣ 1954) και τον αναθεωρημένο Αντισεισμικό Κανονισμό του 1985. Κατά την ανελαστική ανάλυση και αποτίμηση του φορέα εφαρμόστηκαν τόσο οι Ελληνικοί όσο και οι Ευρωπαϊκοί κανονισμοί: ο ΚΑΝ.ΕΠΕ (ελληνικός Κανονισμός Επεμβάσεων, τελικό κείμενο 2011) και ο Ευρωκώδικας 8 (EC-8: EN1998-3_June2005, Part 3: Assessment and Retrofitting of Buildings). H έκβαση της αποτίμησης καταδεικνύει κατά πόσο ο υφιστάμενος φορέας είναι επαρκής και καθορίζει την ενδεχόμενη απαίτηση επισκευής ή ενίσχυσής του. Ακόμη γίνεται σύγκριση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των δύο κανονισμών. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη περιγραφή του αντικειμένου της εργασίας και αναφορά στο πρόγραμμα ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκε (SAP2000, Version 14.2.2). Ακόμη δίνεται επιγραμματική αναφορά των ελαστικών και ανελαστικών μεθόδων ανάλυσης και των κανονισμών που εφαρμόστηκαν: δυναμική φασματική ανάλυση, απλοποιημένη φασματική ανάλυση και γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας σύμφωνα με το νέο Ελληνικό Αντισεισμικό Κανονισμό (ΕΑΚ2000) και τέλος, μη γραμμική μέθοδος σταδιακής εξώθησης με επιβαλλόμενη μετατόπιση (ανελαστική στατική ανάλυση ή ανάλυση pushover), σύμφωνα με τον ΚΑΝ.ΕΠΕ, τον Ευρωκώδικα 8 και τον Αμερικάνικο Κανονισμό ATC-40 (Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings). Στο Κεφάλαιο 2 δίνεται συνοπτική περιγραφή του υφιστάμενου φορέα: γεωμετρία, υλικά και φορτία κατασκευής και πληροφορίες προσομοίωσης του μοντέλου στο πρόγραμμα SAP2000. Στο Κεφάλαιο 3 πραγματοποιείται ιδιομορφική ανάλυση του φορέα και δίνονται οι βασικές αρχές της δυναμικής και απλοποιημένης φασματικής ανάλυσης, η μεθοδολογία εφαρμογής τους στο πρόγραμμα SAP2000 και καταγράφονται τα παραγόμενα εντατικά μεγέθη και παραμορφώσεις για επιλεγμένα δομικά στοιχεία. Γίνεται σύγκριση μεταξύ των μεγεθών της δυναμικής και απλοποιημένης φασματικής ανάλυσης, με απώτερο στόχο την αξιολόγηση των δυο μεθόδων ελαστικής ανάλυσης και την εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης του φορέα. Στο Κεφάλαιο 4 εκτελείται γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας, με στόχο την εφαρμογή μια πραγματικής σεισμικής φόρτισης στο φορέα και την εξαγωγή πιο ρεαλιστικών ενδεχομένως εντατικών μεγεθών, προς σύγκριση με τα αντίστοιχα της δυναμικής φασματικής ανάλυσης. Τα σεισμικά δεδομένα (τρία επιταχυνσιογραφήματα) που χρησιμοποιούνται, προέρχονται από τη βάση δεδομένων PEER του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϋ της Καλιφόρνια. Ο δευτερεύων στόχος του τέταρτου κεφαλαίου είναι να λειτουργήσει ως εισαγωγικός οδηγός χρήσης της βάσης δεδομένων PEER, η οποία πέραν του γεγονότος ότι είναι μια πολύτιμη πηγή πραγματικών σεισμικών δεδομένων, προσφέρει τη δυνατότητα εύρεσης και επικλιμάκωσης επιταχυνσιογραφημάτων που προσεγγίζουν σε υψηλό βαθμό το εκάστοτε φάσμα σχεδιασμού. Το Κεφάλαιο 5 είναι περισσότερο θεωρητικής φύσεως: γίνεται συνοπτική περιγραφή και αντιπαράθεση των κύριων διατάξεων του ΚΑΝ.ΕΠΕ και του Ευρωκώδικα 8, με επισήμανση στις διαφορές τους και στην πρακτική εφαρμογή τους στην περίπτωση του υπό μελέτη φορέα. Τόσο για ΚΑΝ.ΕΠΕ όσο για Ευρωκώδικα 8 αναλύονται η φιλοσοφία του καθορισμού των σταθμών επιτελεστικότητας, που αποτελούν το εργαλείο αποτίμησης της ανελαστικής συμπεριφοράς των φορέων, η σημασία της διερεύνησης και τεκμηρίωσης του υφιστάμενου δομήματος σε επαρκή έκταση και βάθος ώστε να καθοριστεί η ορθή στάθμη αξιοπιστίας δεδομένων (Σ.Α.Δ.) και κατά συνέπεια οι ορθοί συντελεστές ασφαλείας υφιστάμενων και προστιθέμενων υλικών, οι βασικές αρχές εκτέλεσης της ανελαστικής στατικής ανάλυσης (καθορισμός κατανομών οριζόντιων φορτίων και επιβαλλόμενης μετακίνησης) και τα κριτήρια επιτελεστικότητας και ανισώσεις ασφαλείας που χρησιμοποιούνται για την αποτίμηση της παραμορφωσιακής συμπεριφοράς των φορέων. Τέλος, δίνονται συνοπτικά οι κύριες σχέσεις υπολογισμού των παραμορφωσιακών μεγεθών αντοχής (γωνία στροφής χορδής διαρροής και αστοχίας). Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται ανελαστική στατική ανάλυση του υφιστάμενου φορέα. Προηγείται συνοπτική περιγραφή της διαδικασίας υλοποίησής της: υπολογισμός παραμορφωσιακών μεγεθών αντοχής και ορθή εισαγωγή τους στο πρόγραμμα SAP2000 όπως και η εισαγωγή στο πρόγραμμα των ανελαστικών αναλύσεων (κατανομές οριζόντιων φορτίων). Πραγματοποιούνται, πάντα για ΚΑΝ.ΕΠΕ και Ευρωκώδικα 8, οκτώ (8) ανελαστικές αναλύσεις κατά τις διευθύνσεις Χ, -Χ, Υ και –Υ, σύνολο δεκαέξι (16) αναλύσεις και για τις δυσμενέστερες παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματά τους: η καμπύλη αντίστασης της υφιστάμενης κατασκευής, το σημείο επιτελεστικότητας και η αντίστοιχη στοχευόμενη μετακίνηση, και τέλος το πλήθος, η θέση και η κατάσταση των σχηματιζόμενων πλαστικών αρθρώσεων. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα γίνεται η αποτίμηση του φορέα και κρίνεται αν χρήζει επεμβάσεων. Στο τελικό Κεφάλαιο 7 δίνονται τα κυριότερα αποτελέσματα και συμπεράσματα που εξάγονται για τον υπό μελέτη φορέα, μετά το πέρας όλων των ελαστικών και ανελαστικών αναλύσεων.

In the present master thesis the assessment of seismic behaviour and capacity of an existing multi-stored reinforced concrete building is performed, using linear and non-linear static methods. This concrete building was designed and constructed in 1991 in Athens, under the provisions of the significantly older national Codes, the Code of Reinforced Concrete design, 1954 and the Code of Seismic Design, 1985. The non-linear static pushover analysis and thereby the assessment of the building is based on both national and European codes: the final edition of National Interventions Code (KAN.EPE, 2011) and the Eurocode 8 (EC-8: EN1998-3_June2005, Part 3: Assessment and Retrofitting of Buildings). The aim of the assessment is dual: firstly, the evaluation of the building’s seismic capacity and secondly, the determination of the need for retrofitting. A further consideration is the comparison of the provisions and results of the two fundamental Codes, Greek and European.