Πανίκος ΠΑΠΑ ΟΠΟΥΛΟΣ 1, Στέργιος ΗΜΗΤΡΑΚΗΣ 2. Λέξεις κλειδιά: αποσβεστήρες τριβής, απόσβεση σεισµικής ενέργειας, ενίσχυση των κατασκευών

Transcript

1 Μελέτη της συµπεριφοράς κατασκευών Ο/Σ µε διατάξεις συγκράτησης των µετακινήσεων The behaviour of reinforced concrete structures equipped with devices limiting seismic movements Πανίκος ΠΑΠΑ ΟΠΟΥΛΟΣ 1, Στέργιος ΗΜΗΤΡΑΚΗΣ 2 Λέξεις κλειδιά: αποσβεστήρες τριβής, απόσβεση σεισµικής ενέργειας, ενίσχυση των κατασκευών ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η ερευνητική δραστηριότητα στον τοµέα της αντισεισµικής προστασίας των κατασκευών έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη ποικιλίας διατάξεων ενίσχυσης των κατασκευών µε πρόσθετα µεταλλικά στοιχεία, που παράλληλα προσφέρουν και απόσβεση της σεισµικής ενέργειας. Τα τελευταία χρόνια πολλοί ερευνητές έχουν προτείνει διάφορες διατάξεις ενίσχυσης των κατασκευών, που παράλληλα µε την διάχυση της σεισµικής ενέργειας προσφέρουν και ασφάλιση των επιτρεποµένων από την διάταξη µετακινήσεων. Στην παρούσα εργασία αξιολογούνται τα χαρακτηριστικά των διατάξεων αυτών και στην συνέχεια αναζητείται µια πρώτη αποτίµηση του οφέλους που προκύπτει από την παρουσία µιας τέτοιας διάταξης στην ασφάλεια έναντι αστοχίας του συνολικού φορέα. Έγιναν ανελαστικές αναλύσεις µε την διαδικασία PushOver µέχρι την στιγµή της αστοχίας, όπως και ανελαστικές δυναµικές αναλύσεις σε χαρακτηριστικά επιταχυνσιογραφήµατα και εξάγονται χρήσιµα συµπεράσµατα. ABSTRACT: Research activity in the field of the seismic protection of structures has led to the development of a variety of steel devices which are incorporated into the R/C structures in order to increase the stiffness of the structure and the ability to absorb seismic energy. Many Researchers have proposed such devices which, not only increase the ability to absorb seismic energy, but they also have the ability to control the allowable displacements. The present study evaluates the characteristics of a specific device which can constrain the allowable displacements and then examines the resulting benefits to the entire structure. For this purpose non-linear static (pushover) analyses were carried out up to the failure load. In addition nonlinear time-history analyses where performed. Useful results are derived. 1 Επίκ. Καθηγητής, Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, paniko@civil.auth.gr 2 ιπλ. Πολιτικός Μηχανικός, Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης, stergios.dimitrakis@gmail.com 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ένας µεγάλος τοµέας των εξελίξεων στην αντισεισµική ενίσχυση της ανωδοµής των κατασκευών αφορά στην προσάρτηση Ειδικών Μεταλλικών Αντισεισµικών Στοιχείων (ΕΜΑΣ), η οποία έχει χρησιµοποιηθεί και δοκιµαστεί σε πολλές χώρες. Οι έως τώρα εφαρµογές των στοιχείων αυτών έχουν ήδη αναδείξει τις µεγάλες δυνατότητες της νέας αυτής προσέγγισης, τόσο στον αντισεισµικό σχεδιασµό νέων, όσο και τον επανασχεδιασµό και την ενίσχυση υφιστάµενων κατασκευών. Κύριο πλεονέκτηµα των στοιχείων αυτών, είναι ότι καθιστούν προβλέψιµη την θέση της αναµενόµενης σεισµικής τους βλάβης και παράλληλα εύκολα επισκευάσιµη. Τα ΕΜΑΣ µπορούν να τοποθετηθούν σε επιλεγµένα φατνώµατα σε κάθε όροφο και η µορφή τους µπορεί να ποικίλει. Απαιτούν ελάχιστη συντήρηση και προσφέρουν µια αξιόπιστη λύση, ενώ ταυτόχρονα µπορούν και προσαρµόζονται εύκολα στις αρχιτεκτονικές και λειτουργικές ανάγκες ενός κτιρίου. ιατάξεις διάχυσης της σεισµικής ενέργειας τοποθετούνται σε κατάλληλες θέσεις για βελτίωση της συµπεριφοράς των ΕΜΑΣ. Τα στοιχεία αυτά κατατάσσονται στα συστήµατα παθητικού ελέγχου και µπορούν να προσδίδουν πρόσθετη δυσκαµψία και παράλληλα να προσφέρουν ικανότητα διάχυσης της σεισµικής ενέργειας. ΙΑΤΑΞΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΩΝ ΦΟΡΕΩΝ Η ερευνητική δραστηριότητα στον τοµέα της αντισεισµικής ενίσχυσης της ανωδοµής των κατασκευών έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη ποικιλίας µεθόδων και για την αντισεισµική ενίσχυση των κτιρίων µε πρόσθετα µεταλλικά στοιχεία που περιέχουν και υστερητικές διατάξεις. (Bergman M. 1987, Marioni A και 1999, Chang C. 1993, Tremblay R. 1993, Nims K Παπαδόπουλος Π. 2008). Οι διατάξεις που έχουν αναπτυχθεί µέχρι σήµερα µπορούν να ταξινοµηθούν σε διατάξεις διαρροής και διατάξεις τριβής. Οι διατάξεις διαρροής βασίζονται στην απόσβεση της ενέργειας του σεισµού µέσω της πλαστικοποίησης των διατοµών, σε προεπιλεγµένες θέσεις. Με κατάλληλο σχεδιασµό, τα ΕΜΑΣ διαθέτουν την επιθυµητή δυσκαµψία αλλά και πλαστιµότητα (Μητσοπούλου Ε. 1999, Papadopoulos P 2008) ώστε να είναι τα πρώτα που διαρρέουν σε ισχυρό σεισµό. Οι αποσβεστήρες τριβής αποτελούν µηχανισµούς, οι οποίοι καταναλώνουν την ενέργεια µέσω τριβής. Οι δυνατότητες απόσβεσης ενέργειας µέσω τριβής, µπορεί να επιτευχθεί µε τη χρήση περιστροφικών συνδέσµων τριβής. Οι συνδέσεις αποτελούνται από δακτυλίους τριβής που κοχλιώνονται στους χαλύβδινους δίσκους και τους δακτυλίους διανοµής, µε υψηλής αντοχής κοχλίες. Η αντοχή των διατάξεων εξαρτάται από το υλικό, τις διαστάσεις των δακτυλίων τριβής και της πίεσης που εφαρµόζεται από τους κοχλίες. 2

3 ΙΑΤΑΞΕΙΣ ΜΕ ΑΣΦΑΛΙΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΩΝ ΤΟΥΣ Με κατάλληλο σχεδιασµό οι διατάξεις απόσβεσης ενέργειας µπορούν να σφραγίζουν τις επιτρεπτές εσωτερικές τους µετακινήσεις που οφείλονται είτε στους περιστροφικούς συνδέσµους τριβής, είτε στην διαρροή υλικού σε κατάλληλα επιλεγµένη περιοχή τους. Περιορίζουν µε τον τρόπο αυτό τις µετακινήσεις του συνολικού φορέα, σε δεύτερο χρόνο, προσφέροντας έτσι την ευκαιρία να αναπτύξουν οι διαγώνιοι ράβδοι την επιπλέον αντοχή που διαθέτουν. Αποτέλεσµα της συγκράτησης αυτής είναι η επιπλέον σεισµική επιβάρυνση να δηµιουργεί κύρια πρόσθετη αξονική καταπόνηση στον πλαισιακό φορέα. Ο στόχος είναι, σε περίπτωση ισχυρού σεισµού και για οριακές µετακινήσεις του φορέα Ο/Σ, στην περιοχή όπου αναµένεται να εµφανιστούν οι πρώτες βλάβες, να προσφέρεται στον φορέα πρόσθετη δυσκαµψία και συγκράτηση των µετελαστικών του µετακινήσεων. Παρουσίαση διατάξεων Αποτελέσµατα αναλύσεων Οι διατάξεις που διερευνούνται είναι τοποθετηµένες στον φορέα του σχήµατος 1 και για τις ανελαστικές αναλύσεις επιλέχθηκε η διαδικασία PushOver του προγράµµατος SAP2000. Να σηµειωθεί ότι οι αναλύσεις έγιναν λαµβάνοντας υπόψη µεγάλες µετακινήσεις. Αναλύσεις που έγιναν αγνοώντας την γεωµετρική µη γραµµικότητα, απέδειξαν τις σηµαντικές αποκλίσεις στα αποτελέσµατα για τις οριακές πριν την αστοχία µετακινήσεις του φορέα, δεδοµένων των µεγάλων κινήσεων εντός των διατάξεων σε σχέση µε την αρχική τους θέση. L Σχήµα 1. Πλαισιακός φορέας µε ενίσχυση ΕΜΑΣ. Η εδοµένα: L=4,5 m H=3,0 m πλαισιακού φορέα Υποστυλώµατα: 40/40 ( 8Φ16) οκοί: 25/50 (3Φ14 αν. 3Φ12 κ) ΕΜΑΣ ιαγώνιοι D=140 t=4,35 Στο σχήµα 2 βλέπουµε δύο διατάξεις τριβής τύπου PFD (Pall). Η δεύτερη διάταξη σχήµα 2β περιέχει διαγώνια εσωτερικά χιαστή στοιχεία µε κατάλληλες οβάλ διαδροµές ολίσθησης που επιτρέπουν σε πρώτο στάδιο την σχετική ολίσθηση και την λειτουργία της διάταξης ως µηχανισµού και φρενάρουν στην συνέχεια τις µετακινήσεις στην επιθυµητή παραµόρφωση της διάταξης. Στο σχήµα 2α παρουσιάζονται οι τάσεις των διαγωνίων ράβδων στην χωρίς ασφάλιση της διάταξης επιλογή. Παρατηρούµε το «τράβηγµα» που προκαλεί η εφελκυόµενη διαγώνιος στην θλιβόµενη µε αποτέλεσµα σχεδόν τον µηδενισµό της προσφοράς της θλιβόµενης διαγωνίου στην αντοχή του συστήµατος. Στο σχήµα 2β παρουσιάζονται οι τάσεις των διαγωνίων ράβδων στην µε ασφάλιση της διάταξης 3

4 επιλογή. Η ασφάλιση αυτή προσφέρει την δυνατότητα στις διαγώνιες ράβδους να προσφέρουν το επιπλέον περιθώριο αντοχής που διαθέτουν και να προκύψει η διαρροή από εφελκυσµό παράλληλα όµως προκαλείται αύξηση της θλιπτικής δύναµης και τελικά αστοχία της θλιβόµενης διαγωνίου από λυγισµό, σε µετατόπιση του ορόφου στα 3,5 εκ. Παρατηρούµε την σταδιακή απώλεια στην δυσκαµψία της διάταξης για τις οριακές, πριν την αστοχία, µετακινήσεις του πλαισίου. (α) (β) Σχήµα 2. (α) (β) Αποσβεστήρες περιστροφικών συνδέσµων τριβής (τύπου PFD) και τα αντίστοιχα διαγράµµατα: υνάµεων των διαγωνίων Οριζόντια µετακίνηση ορόφου Η µείωση της αντοχής της διάταξης σε µεγάλες µετατοπίσεις θεραπεύεται µε κατάλληλες οβάλ οπές που επιτρέπουν ανεξαρτητοποίηση της διαδροµής κίνησης της εφελκυόµενης από την θλιβόµενη ράβδο. Στο σχήµα 3 παρουσιάζονται τρείς διατάξεις τύπου CAR (Control, Absorption, Restrain) µε τα αντίστοιχα διαγράµµατα µεταβολής της αξονικής δύναµης των διαγωνίων ράβδων σε σχέση µε την οριζόντια µετακίνηση του ορόφου, που προκαλούν οι διατάξεις αυτές. Στο σχήµα 3α και 3β είναι δύο διατάξεις τριβής (παρουσιάζονται σε παράλληλες εργασίες στο παρόν συνέδριο) στις οποίες έχει ληφθεί πρόνοια για την ανεξαρτητοποίηση των κινήσεων της εφελκυόµενης ράβδου από την θλιβόµενη, ώστε η θλιβόµενη ράβδος να διατηρεί την δύναµη που αναλαµβάνει και µετά την ασφάλιση της διάταξης. Στα σχήµατα 3α και 3β παρουσιάζονται οι διατάξεις αυτές στην θέση ασφάλισης τους. Στο σχήµα 3γ είναι µία διάταξη διαρροής (Papadopoulos P 2008) που λειτουργεί µε ανάλογη φιλοσοφία. 4

5 Σχήµα 3: (α) (β) (γ) (α) (β) (γ) ιατάξεις τύπου CAR και τα αντίστοιχα διαγράµµατα: υνάµεων των διαγωνίων Οριζόντια µετακίνηση ορόφου ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΩΝ ΙΑΤΑΞΕΩΝ Προκειµένου να αποτιµηθεί το όφελος που προκύπτει από την χρησιµοποίηση διατάξεων τύπου CAR που παρέχουν παράλληλα ασφάλιση, σε ένα επιθυµητό επίπεδο µετακινήσεων, επιλέχθηκε να γίνουν δυναµικές ανελαστικές αναλύσεις σε 5όροφο φορέα Ο/Σ. Οι αναλύσεις που θα πραγµατοποιηθούν, αφορούν: (α) ψευδοδυναµική ανακυκλιζόµενη φόρτιση και (β) τεχνιτά επιταχυνσιογραφήµατα, κατάλληλα επαυξηµένα ώστε να οδηγούν τον φορέα σε οριακές µέχρι την αστοχία µετακινήσεις. Προσοµοίωση των διατάξεων Στην συνέχεια παρουσιάζονται οι φάσεις λειτουργίας δύο διατάξεων τύπου CAR µε περιστροφικούς συνδέσµους τριβής. Ανάλογες είναι και οι φάσεις λειτουργίας για την διάταξη διαρροής CAR (σχήµα 3γ). Οι διατάξεις αυτές παρουσιάζουν την βέλτιστη απόδοση για µεγάλες µετακινήσεις του φορέα, τόσο ως προς την διάχυση της ενέργειας όσο και ως προς την συµπεριφορά των διαγωνίων ράβδων. Οι φάσεις αυτές είναι: (σχήµα 4α) Α-Β: Θέση ακινησίας του µηχανισµού. Οι περιστροφικοί σύνδεσµοι τριβής δεν έχουν ενεργοποιηθεί και οι διαγώνιοι ράβδοι λειτουργούν στην ελαστική τους περιοχή µε µέγιστη τιµή µικρότερη από την δύναµη αστοχίας τους σε λυγισµό. 5

6 Β-Γ: Η διάταξη λειτουργεί ως µηχανισµός. Ενεργοποιούνται οι περιστροφικοί σύνδεσµοι τριβής. Οι ράβδοι παραµένουν στην ελαστική τους περιοχή µε σταθερή τιµή ίση µε την µέγιστη δύναµη της προηγούµενης φάσης. Γ- : Ασφαλίζει η διάταξη ως προς την δυνατότητα κίνησης στην διεύθυνση της εφελκυόµενης διαγωνίου. Η ασφάλιση προκαλεί αύξηση της δύναµης της εφελκυόµενης ράβδου, επιτρέποντας συγχρόνως την θλιβόµενη να έχει περαιτέρω κίνηση µε αποτέλεσµα την προστασία της από λυγισµό. -Ε: Η εφελκυόµενη ράβδος διαρρέει σε εφελκυσµό. Η προσφορά της διάταξης στην αντοχή του πλαισιακού φορέα είναι η µέγιστη, και είναι το άθροισµα των αντοχών σε θλίψη και εφελκυσµό των διαγωνίων ράβδων. Στο σχήµα 4β είναι οι αντίστοιχες φάσεις για διάταξη τύπου CA (Control, Absorption) χωρίς δηλαδή την ασφάλιση (Restrain ) της διάταξης. ιατάξεις όπου υπάρχει απώλεια της συνεισφοράς της θλιβόµενης ράβδου στις µεγάλες µετακινήσεις (σχήµατα 2α και 2β) δεν θα εξεταστούν. P Β Γ Ε P Β Ε A µετακίνηση ορόφου A µετακίνηση ορόφου Β Ε Β Ε (α) (β) Σχήµα 4. Στάδια λειτουργίας των διαγωνίων ράβδων λόγω παρεµβολής διάταξης (α) τύπος διάταξης CAR: µε ασφάλισης των µετακινήσεων (β) τύπος διάταξης CA: χωρίς ασφάλισης των µετακινήσεων P P P L L L PLASTIC HOOK PLASTIC+ HOOK Σχήµα 5. Μακροσκοπική µοντελοποίηση της µη γραµµικής λειτουργίας των διαγωνίων ράβδων λόγω της παρεµβολής των διατάξεων CAR 6

7 Για την προσοµοίωση της λειτουργίας των διατάξεων επιλέχθηκαν δύο παράλληλα NNlink στοιχεία του προγράµµατος SAP, τα PLASTIC και HOOK (σχήµα 5) η επαλληλία των οποίων µπορεί να περιγράψει µακροσκοπικά µε ικανοποιητική ακρίβεια την συµπεριφορά των διαγωνίων ράβδων σε ένα πλαισιακό φορέα για όλες τις διαφορετικές διατάξεις τύπου CAR που έχουν αναφερθεί. είκτης βλάβης GDP Ο δείκτης συνολικής βλάβης της κατασκευής GDP (global damage parameter) θα αξιοποιηθεί για την αποτίµηση των αποτελεσµάτων (αναφορά γίνεται στο κεφάλαιο των επιλύσεων και των αποτελεσµάτων). Ο δείκτης ορίζεται από την σχέση: dr dy GDP = df dy Όπου: dr: η µέγιστη µετατόπιση της οροφής του φορέα dy: η µετατόπιση της οροφής την στιγµή που η πρώτη κρίσιµη διατοµή έχει φτάσει στο όριο διαρροής df: η µετατόπιση της οροφής κατά την στιγµή της αναµενόµενης κατάρρευσης. Όταν GDP =0 σε καµία διατοµή του φορέα δεν έχουµε πλαστικοποίηση Όταν GDP =1 έχουµε την στιγµή της αστοχίας του φορέα Για τον καθορισµό των τιµών των dy και df θα χρησιµοποιηθεί η διαδικασία PushOver και για την τιµή dr θα γίνουv δυναµικές αναλύσεις (χρονοιστορία) για τα επιταχυνσιογραφήµατα που έχουν επιλεγεί. Τα επιταχυνσιογραφήµατα Για τις ανάγκες της παρούσας µελέτης χρησιµοποιήθηκαν τρία τεχνητά επιταχυνσιογραφήµατα τα οποία δίνουν φάσµα απόκρισης επιταχύνσεων συµβατό µε το φάσµα σχεδιασµού του ΕΑΚ/2003 για την κατηγορία εδάφους Γ. Τα τεχνητά αυτά επιταχυνσιογραφήµατα είναι ψηφιοποιηµένα ανά 0.005s, έχει το κάθε ένα συνολική χρονική διάρκεια 20.00s, ενώ η διάρκεια της ισχυρής εδαφικής κίνησης είναι τουλάχιστον 15.00s. Τα τεχνητά αυτά επιταχυνσιογραφήµατα προέρχονται από την κατάλληλη σύνθεση των ισχυρών εδαφικών κινήσεων των φυσικών επιταχυνσιογραφηµάτων των κύριων σεισµών των Κυθήρων (2006), της Λευκάδος (2003), της Αθήνας (1999), του Αιγίου (1995) και της Καλαµάτας (1986) και διατηρούν πολλά από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των σεισµών του Ελλαδικού χώρου. Ο φορέας Για τις αναλύσεις επιλέχθηκε ο φορέας του σχήµατος 6 όπου η αντισεισµική ικανότητα του, στηρίζεται παράλληλα στον πλαισιακό φορέα και στα πρόσθετα στοιχεία ΕΜΑΣ. Οι ανελαστικές ιδιότητες των στοιχείων Ο/Σ όπως και η διαρροή (1) 7

8 σε εφελκυσµό των διαγωνίων, προσοµοιώθηκαν µε στοιχεία NLLink τύπου PLASTIC. Y 5 Η ΗΟΟΚ + PLASTIC X L=4,5 m H=3,0 m L Σχήµα 6. Η µορφή του υπό εξέταση φορέα ενισχυµένου µε τα πρόσθετα στοιχεία ΕΜΑΣ και τις διατάξεις CA ή CAR. Επιλύσεις και αποτελέσµατα Αρχικά επιλέχθηκαν οι διατοµές και οι οπλισµοί των στύλων του αµιγώς πλαισιακού φορέα. Στη συνέχεια υπολογίστηκαν µε τη διαδικασία PushOver η µέγιστη αναλαµβανόµενη τέµνουσα από τον φορέα πριν την κατάρρευση του, η οποία έχει τιµή 650 kn και συµβαίνει σε οριακή µετακίνηση dr = 40 εκ. του 5 ου ορόφου. Επίσης υπολογίστηκε η µετακίνηση του 5 ου ορόφου εκ. την στιγµή της πρώτης διαρροής σε στοιχείο του φορέα dy = 0,05. Για την εξαγωγή συµπερασµάτων γίνονται επιλύσεις του πλαισιακού φορέα µε ΕΜΑΣ που περιέχουν (α) διάταξη τύπου CAR (µε ασφάλιση των µετακινήσεων) και (β) διάταξη τύπου CA χωρίς την αντίστοιχη ασφάλιση. Οι δύο αυτές παραλλαγές του ενισχυµένου µε ΕΜΑΣ φορέα επιλύονται τόσο για ανακυκλιζόµενη φόρτιση τύπου ράµπας (σχήµα 7), όσο και για τα επιλεγµένα τεχνητά επιταχυνσιογραφήµατα. Επίλυση για ψευδοδυναµική ανακυκλιζόµενη φόρτιση Η ψευδοδυναµική ανακυκλιζόµενη φόρτιση σε σχέση µε τον χρόνο, για την οποία έγιναν οι αναλύσεις παρουσιάζεται στο σχήµα 7. Στα σχήµατα 8α και 8β είναι τα αποτελέσµατα των αναλύσεων των φορέων χωρίς ασφάλιση (διάταξη τύπου CA) και µε ασφάλιση των µετακινήσεων (διάταξη τύπου CAR). Παρουσιάζονται η τέµνουσα βάσης σε σχέση µε την µετακίνηση του 5 ου ορόφου και οι δυνάµεις των διαγωνίων του α ορόφου σε σχέση µε την µετακίνηση του 8

9 ορόφου. Παρατηρούµε την χαρακτηριστική εικόνα των υστερητικών βρόγχων µέσα από τους οποίους απορροφάται η σεισµική ενέργεια και για τις δύο περιπτώσεις. Παρατηρούµε επίσης, τα πλεονεκτήµατα της διάταξης µε ασφάλιση των µετακινήσεων όπου έχουµε µείωση των µετακινήσεων του ορόφου κατά 20% περίπου και συγχρόνως αύξηση της προσφοράς των διαγωνίων στην αντίσταση του ενισχυµένου µε ΕΜΑΣ φορέα κατά 25%. Σχήµα 7. ιάγραµµα φόρτισης τύπου ράµπας σε σχέση µε το χρόνο. (α1) (α2) (β1) (β2) Σχήµα 8: α: Φορέας µε διάταξη τύπου CA χωρίς ασφάλιση των µετακινήσεων β: Φορέας µε διάταξη τύπου CAR µε ασφάλιση των µετακινήσεων (1). Τέµνουσα βάσης µετακίνηση 5 ου ορόφου. (2). υνάµεις των διαγωνίων στον α όροφο του πλαισίου 9

10 Επίλυση για τα τεχνητά επιταχυνσιογραφήµατα Ακολουθούν τα αποτελέσµατα των επιλύσεων του φορέα µε τις δύο διαφορετικές διατάξεις CA και CAR για τα τεχνητά επιταχυνσιογραφήµατα (ΤΕΧΝ1, ΤΕΧΝ2 ΤΕΧΝ3). Στο σχήµα 9 παρουσιάζονται οι υστερητικοί βρόγχοι που δηµιουργούν οι δυνάµεις των διαγωνίων ράβδων στον 1 ο όροφο(τεχν1). Να παρατηρήσουµε την µείωση των µετακινήσεων του α ορόφου κατά 30% και την εξάντληση της αντοχής της εφελκυόµενης διαγωνίου. Χαρακτηριστική είναι η στιγµή της ασφάλισης της διάταξης και η στην συνέχεια διαρροή της εφελκυόµενης διαγωνίου, όπως επίσης και η σταθερή προσφορά της θλιβόµενης διαγωνίου. Ανάλογη είναι και η εικόνα σε όλους τους ορόφους του φορέα και για τα τρία επιταχυνσιογραφήµατα. (α) (β) Σχήµα 9: υνάµεις των διαγωνίων στον α όροφο του πλαισίου (ΤΕΧΝ1) (α) Φορέας χωρίς ασφάλιση των µετακινήσεων (τύπου CA) (β) Φορέας µε ασφάλιση των µετακινήσεων (τύπου CAR) 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 χωρίς συγκράτιση των µετακινήσεων µε συγκράτιση των µετακινήσεων 0,00 TEXN1 TEXN2 TEXN3 τεχνιτά επιταχυνσιογράµµατα Σχήµα 10: είκτης σεισµικής βλάβης GDP Υπολογίστηκε τέλος ο είκτης Σεισµικής Βλάβης GDP για τα τρία τεχνητά επιταχυνσιογραφήµατα. Στο σχήµα 10 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα αυτά, όπου παρατηρούµε την αύξηση της ασφάλειας έναντι αστοχίας του φορέα και τον περιορισµό της αναµενόµενης σεισµικής βλάβης για τις διατάξεις CAR όπου συγκρατούνται οι µετακινήσεις, σε ποσοστό που κυµαίνεται από 22% έως 25%. 10

11 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τις αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν απεδείχθη ότι οι φορείς µε διατάξεις που παρέχουν την δυνατότητα συγκράτησης των µετακινήσεων, πέραν από την διάχυση σεισµικής ενέργειας προσφέρουν: Αξιοσηµείωτη αύξηση της ασφάλειας σε αστοχία και Περιορισµό των αναµενόµενων βλαβών σε ισχυρούς σεισµούς Να επισηµανθεί ότι η σηµαντική αυτή µείωση του σεισµικού κινδύνου προκύπτει χωρίς καµία απολύτως επιβάρυνση στο κόστος της κατασκευής. Από την συγκριτική παρουσίαση των διατάξεων αναδείχθηκαν τα χαρακτηριστικά που οφείλει να έχει µια διάταξη διάχυσης της ενέργειας ώστε να έχουµε την βέλτιστη συνεισφορά της στον αντισεισµικό σχεδιασµό. Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι να: ασφαλίζει τις εσωτερικές της µετακινήσεις ώστε να παρέχει στον φορέα συγκράτηση των ανελαστικών του µετακινήσεων αξιοποιώντας τη διαθέσιµη υπεραντοχή των διαγωνίων σε εφελκυσµό και µάλιστα σε ένα επίπεδο των µετακινήσεων που µπορεί να επιλεγεί. εξασφαλίζει έναντι λυγισµού την θλιβόµενη ράβδο και παράλληλα παρέχει την δυνατότητα να διατηρείται η δύναµη που αναλαµβάνει για µεγάλες µετακινήσεις µέχρι την αστοχία του συστήµατος. Μπορεί έτσι να συνεκτιµάται µε ασφάλεια στις δυνάµεις που αντιστέκονται στον σεισµό. Σαν γενικό συµπέρασµα, αλλά και ως διαπίστωση, µπορούµε να αναφέρουµε, ότι για τον συνολικό φορέα, που περιέχει διατάξεις διάχυσης της ενέργειας είναι απαραίτητο να ελέγχεται η ακριβής συµπεριφορά του φορέα και της διάταξης και να επιβεβαιώνεται η καλή συµπεριφορά τους µέχρι την στιγµή της αστοχίας. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Bergman, D. M., and Goel, S.C., Evaluation of Cyclic Testing of Steel-Plate Devices for Added Damping and Stiffness, Report UMCE, 87-10, Dept. of Civil Eng., Univ. of Michigan, Ann Arbor. (1987) Chang K. C., Lai M. L., Soong T. T., Hao D. S. and Yen Y. C., Seismic behavior and design guidelines for steel frame structures with added viscoelastic dampers Report No. NCEER , National Center of Earthquake Engineering Research, Buffalo, N.Y. (1993) Ciampi, V, Research and development of passive energy dissipation techniques for civil buildings in Italy, International Post-SMIRT Conference, Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Control of Vibration of Structures, (1993) Ciampi V., Development of passive energy dissipation techniques for buildings. Proceedings International Post-SMIRT Conference Seminar on Isolation, Energy Dissipation and Control of Vibrations of Structures, Capri, Italy, (1995)

12 Jurukovski, D., Simeonov, B., Trajkovski, V. and Petrovski, M., Development of energy absorbing elements. IZIIS Report (1988) Marioni A., Development of a new type of hysteretic damper for the seismic protection of bridges, IV World Congress on Joint Sealing and Bearing Systems for Concrete Structures, Sacramento, USA (1996) Marioni A., The use of hydraulic dampers for the protection of the structures from the seismic risk: an outstanding example, International Post-Smirt Conference Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibration of Structures, Cheju, Korea (1999). Nims D.K., Richter P.J., Bachman R.E., The Use of the Energy Dissipating Restraint for Seismic Hazard Mitigation Earthquake Spectra, Special Issue, Vol. 9, No.3, EERI. (1993) Pall A. S. and Marsh C. Seismic response of friction damped braced frames. J. Structure Div., 108_6_(1982), Papadopoulos P. and Athanatopoulou A., Seismic behaviour of dual systems with in-plane discontinuities, 12th ECEE, London, UK. (2002) P. Papadopoulos and E. Mitsopoulou «Examination of new device of stell Anti-seismic element for the purpose of strengthening of reinforced concrete building structures» 14o World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, (2008). SAP2000, Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures 2003, Computers and Structures Inc., Berkeley, USA. Saeid Sabouri-Ghomi and Ali Roufegarinejad Non-linear behaviour of yielding damped braced frames, Struct. Design Tall Spec. Build, 14 (2005) Tremblay R., Stiemer S.F., Energy dissipation through friction bolted connections in concentrically braced steel frames, ATC 17-1 Seminar on Seismic Isolation, passive energy dissipation and active control, Vol 2, (1993) Αθανατοπούλου Α. και Παπαδόπουλος Π., Σεισµική συµπεριφορά κτιρίων µε αντισεισµικά τοιχώµατα τυχαίας καθ ύψος τοπολογίας, Πρακτικά 12ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέµατος, Λεµεσός, Τόµος ΙΙ, (1996) Μητσοπούλου Ε., Παπαδόπουλο ς Π., ηµητρακούδη Κ. και Σαραφίδης Κ., Σεισµική συµπεριφορά κτιρίων µε µεταλλικές διαγώνιες ράβδους µεταβλητού τρόπου λειτουργίας, Πρακτικά 13ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέµατος, Ρέθυµνο, Τόµος ΙΙΙ, (1999) Παπαδόπουλος Π. και Αθανατοπούλου Α., Κτίριο ενισχυµένο µε µεταλλικές διαγώνιες ράβδους. Πρακτικά 13ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέµατος, Ρέθυµνο, Τόµος ΙΙΙ, (1999) Παπαδόπουλος Π., Φ. Γραβαλάς «Ελαχιστοποίηση των στροφών των πολυόρωφων ασύµµετρων κτιρίων από Ο/Σ µε την τοποθέτηση ειδικών µεταλλικών αντισεισµικών στοιχείων», Πρακτικά 3 ου Πανελλήνιου Συνέδριου Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας, Αθήνα, (2008) Παπαδόπουλος Π, Ε. Μητσοπούλου «Πρόταση προµελέτης µε βάση τις οριακές µετακινήσεις πλαισίων φορέων οπλισµένου σκυροδέµατος ενισχυµένων µε ειδικά µεταλλικά αντισεισµικά στοιχεία», Πρακτικά 3 ου Πανελλήνιου Συνέδριου Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας, Αθήνα, (2008) 12