Σχεδιασμός κατασκευών από χάλυβα με τη χρήση καμπυλών ολιγοκυκλικής κόπωσης - Επιρροή του αριθμού κύκλων

Abstract

Ένα από τα σημαντικότερα φαινόμενα που παρατηρούνται όταν οι κατασκευές υποβάλλονται σε επαναλαμβανόμενες φορτίσεις μεταβλητού πλάτους, όπως είναι ο σεισμός, είναι η εμφάνιση αστοχιών μέσω ανάπτυξης ρωγμών εξαιτίας της κόπωσης. Στην παρούσα εργασία δίνεται ιδιαίτερη προσοχή σε πιθανές αστοχίες λόγω του φαινομένου της ολιγοκυκλικής κόπωσης, η οποία οφείλεται σε ένα μικρό πλήθος κύκλων ικανών να προκαλέσουν μεγάλες μετελεαστικές παραμορφώσεις, ακόμα και κάτάρρευση του φορέα. Αρχικά περιγράφονται αναλυτικά τα βήματα που ακολουθούνται σε μία πιθανολογική ανάλυση σεισμικής επικινδυνότητας, ενώ τονίζονται οι διαφοροποιήσεις που απαιτεί η ανάλυση σε περιπτώσεις όπου λαμβάνονται υπόψη φαινόμενα κοντινού πεδίου. Για τις ανάγκες του σχεδιασμού είναι συχνά αναγκαία η παραγωγή τεχνητών επιταχυνσιογραφημάτων με βάση κάποιο φάσμα αναφοράς. Η σεισμική απόκριση ενός συστήματος, το οποίο προοδευτικά χάνει μέρος της αντοχής του εξαιτίας των εναλλασσόμενων κύκλων φόρτισης στους οποίους υπόκειται, εξαρτάται όχι μόνο από το μέγιστο πλάτος της σεισμικής δόνησης αλλά και από τη διάρκειάς της, η οποία καθορίζει και τον αριθμό των κύκλων. Η εκτίμηση του αριθμού και του εύρους των αναμενόμενων κύκλων μετατόπισης μιας κατασκευής πραγματοποιείται μέσω στατιστικών αναλύσεων, βασισμένων σε ένα δείγμα σαράντα τεχνητών επιταχυνσιογραφημάτων, τα οποία κατασκευάστηκαν σύμφωνα με ένα επιλεγμένο σεισμικό σενάριο και με φάσμα αναφοράς το ελαστικό φάσμα του EC8. Τέλος επιλέχθηκαν πραγματικές χρονοϊστορίες που να ανταποκρίνονται όσο το δυνατόν καλύτερα στο σενάριο που μελετήθηκε και συγκρίθηκαν με αυτό μέσω ελαστικών και ανελαστικών αναλύσεων. Τα γενικά συμπεράσματα όλων των αναλύσεων καθώς και προτάσεις για περαιτέρω μελλοντική έρευνα παρουσιάζονται στην τελευταία ενότητα της παρούσας εργασίας.

An important phenomenon observed when the structures are subjected to variable amplitude loading, such as earthquake, is the appearance of failures through the development of cracks due to fatigue. In this dissertation special attention is given to possible failures due to low - cycle fatigue, which occurs when a small number of cycles cause great post - elastic deformations or even collapse of the structure. Initially are described in detail the steps that need to be followed for a probabilistic seismic hazard analysis and they are highlighted the differences in the analysis in case near - field effects are considered. For the purposed of design it is necessary to produce artificial accelerograms based on a target spectrum. The seismic response of a system, which gradually loses its strength due to alternating cycles, depends not only on the maximum amplitude of the seismic vibration but also on its duration, which consequently defines the number of cycles. The estimation of the number and range od expected displacement cycles of a steel structure was made through statistical analysis, based on a sample of fourty artificial accelerograms, which were produced according to the selected seismic scenario with target spectrum the elastic spectrum of EC8. Finally, real time - histories were selected to correspond as closely as possible to the studied scenario and compared with that through elastic and inelastic analyses. The general conclusions of all analyses and suggestions for further future research are presented in the last section of this thesis.