ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ»

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ» ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «Μελέτη της συμπεριφοράς κατασκευών Ο/Σ ενισχυμένων με διατάξεις απόσβεσης απόσβεσης ενέργειας και ελέγχου των μετακινήσεων» Ιορδάνου Κύπρος Μεταπτυχιακός φοιτητής Α.Π.Θ Επιβλέπουσα: Ε.Ν. Μητσοπούλου Καθηγήτρια Α.Π.Θ Θεσσαλονίκη Οκτώβριος 2008

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ _Toc ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 :. Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Εισαγωγή Φιλοσοφία αντισεισμικού σχεδιασμού που χρησιμοποιεί τις συσκευές διασκεδασμού ενέργειας Υστερητικές διατάξεις και χαρακτηριστικές εφαρμογές Διατάξεις τριβής Διατάξεις που συνδέονται με στοιχεία πλήρωσης Διατάξεις εγκατεστημένες σε συστήματα ενίσχυσης Η έννοια της χαμηλής προσβολής σεισμικής ενέργειας Διατάξεις διαρροής Διατάξεις που συνδέονται με γεμίσματα τοίχων Καμπτικά πλαίσια αντοχής με στοιχεία ADAS Πλαίσια διαρροής Τελικές παρατηρήσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Λειτουργία σε κυκλική φόρτιση Βέλτιστη κατανομή φορτίου ολίσθησης Σύγκριση μεταξύ των συμβατικών και διατάξεων απόσβεσης τριβής κατασκευές Πειραματικές έρευνες Δοκιμές κυκλικής φόρτισης σε συσκευές τριβής Ο λόγος των διαστάσεων των πλευρών του εσωτερικού πλαισίου σε σχέση με το υπόλοιπο πλαίσιο ενίσχυσης Τρόποι διάταξης του FDBF μέσα στον πλαισιακό φορέα Πειραματικές μελέτες σε σύστημα "άμεσης ενίσχυσης" Δοκιμές σε σεισμική τράπεζα Απλουστευμένη διαδικασία σχεδιασμού για κατασκευές με διατάξεις απόσβεσης τριβής Εφαρμογή της τεχνολογίας απόσβεσης τριβής Χρήση του FDBF σε πλαίσια από οπλισμένο σκυρόδεμα Τρόποι σύνδεσης των συστημάτων "άμεσης ενίσχυσης" μέσα στο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος...60

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Επιλογή πλαισιακού φορέα Υλικά Κατασκευής Προσομοίωση διατομών των στοιχείων κάθε ορόφου του φορέα Στατική ανελαστική ανάλυση γυμνού φορέα Προσδιορισμός ιδιοτήτων υλικού για την ανελαστική ανάλυση και επιλογή μοντέλου προσομοίωσης της σύνδεσης του στοιχείου Ε.Μ.Α.Σ Φορέας ενισχυμένος με Ε.Μ.Α.Σ απλής σύνδεσης Πρόταση για νέο μηχανισμό συνδεσμολογίας της διαγώνιας μεταλλικής ράβδου ενίσχυσης στο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος Ελαστοπλαστική συμπεριφορά του πίρου Μοντελοποίηση του κατασκευαστικού συστήματος στο SAP Φορέας ενισχυμένος με Ε.Μ.Α.Σ μηχανισμού CAR Ανελαστική στατική ανάλυση Ανάλυση Χρονοϊστορίας time history analysis Ανάλυση χρονοϊστορίας με NLINKs στις συνδέσεις του πλαισίου Ο/Σ Στατική ανελαστική ανάλυση μονώροφου πλαισίου ενισχυμένο με απλό Ε.Μ.Α.Σ με μόνιμα κατακόρυφα φορτία που αντιστοιχούν σε πενταόροφη κατασκευή Στατική ανελαστική ανάλυση μονώροφου πλαισίου ενισχυμένο με Ε.Μ.Α.Σ CAR με μόνιμα κατακόρυφα φορτία που αντιστοιχούν σε πενταόροφη κατασκευή Αναλύσεις χρονοϊστορίας φορέα ενισχυμένου με Απλό Ε.Μ.Α.Σ και ΕΜΑΣ CAR(8 πίρων) Ανάλυση χρονοϊστορίας απλού Ε.Μ.Α.Σ Ε.Μ.Α.Σ CAR (8) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Στοιχεία κατασκευής Ελαστική διακριτοποίηση Δομικά στοιχεία Δυσκαμψίες Φορτία υπολογισμού Προσδιορισμός φορτίων δοκών Αδρανειακά χαρακτηριστικά Φάσμα σχεδιασμού Προσομοίωση της σεισμικής διέγερσης Σεισμικά φορτία δοκών και στύλων του πλαισίου Στατική ανελαστική ανάλυση γυμνού φορέα Δεδομένα ανάλυσης Βήμα 1 ο : Ανελαστική στατική ανάλυση ενισχυμένου φορέα μεγάλο άνοιγμα των ΗΟΟΚ σε όλους τους ορόφους...131

4 4.5.2 Βήμα 2 ο : Ανελαστική στατική ανάλυση ενισχυμένου φορέα ενεργά ΗΟΟΚ Ανελαστική στατική ανάλυση ενισχυμένου φορέα με Ε.Μ.Α.Σ απλής σύνδεσης ράβδου Δυναμική ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας ενισχυμένου φορέα Δυναμική ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας με συντελεστή φόρτισης 0,5 του πραγματικού σεισμού για απλό Ε.Μ.Α.Σ Ανάλυση χρονοϊστορίας με συντελεστή φόρτισης 0,5 του πραγματικού σεισμού για Ε.Μ.Α.Σ CAR(1) Ανάλυση χρονοϊστορίας με συντελεστή φόρτισης 0,5 του πραγματικού σεισμού για Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) Παράρτημα Α

5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΣΧΗΜΑ 1.1 : ΑΝΑΛΟΓΙΕΣ ΠΗΓΗΣ ΝΕΡΟΧΥΤΩΝ...13 ΣΧΗΜΑ 1. 2: PTFE ΟΛΙΣΘΑΙΝΟΝΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (TYLER 1977A)...15 ΣΧΗΜΑ 1. 3: ΚΟΜΒΟΙ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΤΟΙΧΟΥΣ ΑΠΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ (PALL ΚΑΙ MARSH 1981)...16 ΣΧΗΜΑ 1. 4: ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ...17 ΣΧΗΜΑ 1. 5 :Α) ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ (MRF) Β) ΟΜΟΚΕΝΤΡΑ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ (CBF) Γ) ΔΙΠΛΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟ (MRF CBF)...18 ΣΧΗΜΑ 1. 6: ΈΚΚΕΝΤΡΑ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΑ ΠΛΑΙΣΙΑ (EBF)...19 ΣΧΗΜΑ 1. 7: ΓΟΝΑΤΟ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΑ ΠΛΑΙΣΙΑ(KBF)...20 ΣΧΗΜΑ 1. 8: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ KBF ΤΗΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ...21 ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ 1. 10: ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΤΡΙΒΗΣ ΓΙΑ ΧΙΑΣΤΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΟΥ ΠΡΟΤΑΘΗΚΕ ΑΠΟ ΤΟΝ ΑΝΑΓΝΩΣΤΙΔΗ (1989,1990)...22 ΣΧΗΜΑ 1. 11: ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΓΙΑ ΔΙΩΡΟΦΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΕ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ (ΑΝΑΓΝΩΣΤΙΔΗΣ 1990)...23 ΣΧΗΜΑ 1. 12: ΜΕΡΙΚΕΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΠΡΟΣΒΟΛΗΣ ΥΣΤΕΡΗΤΙΚΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ...24 ΣΧΗΜΑ 1. 13: ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΡΡΟΗΣ ΣΕ ΓΕΜΙΣΜΑΤΑ ΤΟΙΧΩΝ...26 ΣΧΗΜΑ 1. 14: ΚΑΜΠΤΙΚΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ADAS (WHITTAKER ET AL. 1991)...27 ΣΧΗΜΑ 1. 15: ΣΤΟΙΧΕΙΑ TADAS (TSAI ET AL. 1992)...29 ΣΧΗΜΑ 1. 16: ΚΛΕΙΣΤΗ ΧΙΑΣΤΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΣΥΣΚΕΥΗ ΔΙΑΡΡΟΗΣ (POCANSCHI ET AL. 1990)...29 ΣΧΗΜΑ 1. 17: ΔΙΑΤΑΞΗ ΔΙΑΡΡΟΗΣ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΓΙΑ ΧΙΑΣΤΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ...30 ΣΧΗΜΑ 1. 18: ΠΛΑΙΣΙΑ ΔΙΑΡΡΟΗΣ ΜΕ ΧΙΑΣΤΙ ΤΜΗΜΑΤΑ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΑ ΠΛΑΤΗ (CIAMPI AND SAMUELLI FERRETTI 1990)...32 ΣΧΗΜΑ 1. 19: Ε ΔΙΑΜΟΡΦΩΜΕΝΕΣ ΚΑΙ C ΔΙΑΜΟΡΦΩΜΕΝΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΔΙΑΡΡΟΗΣ (CIAMPI ET AL. 1993B)...32 ΣΧΗΜΑ 2. 1: ΙΔΕΑΤΗ ΥΣΤΕΡΗΤΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΑΠΛΟΥ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΜΕ FDBF...34 ΣΧΗΜΑ 2. 2: ΟΜΟΙΟΜΟΡΦΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΓΙΑ ΕΝΑ ΚΤΗΡΙΟ ΧΑΛΥΒΑ ΜΙΚΡΗΣ ΚΡΑΤΥΝΣΗΣ, TAFT S69E 1952 ΣΕΙΣΜΟΣ, 0.36G...36 ΣΧΗΜΑ 2. 3: ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΧΑΜΗΛΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΕ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ, N B K EARTHQUAKE, 0.50G...37 ΣΧΗΜΑ 2. 4 : ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΟ 10 ΟΡΟΦΟ ΠΛΑΙΣΙΟ,EL CENTRO SOOE 1940, 0.34G...38 ΣΧΗΜΑ 2. 5: ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ 10 ΟΡΟΦΟ ΠΛΑΙΣΙΟ, ΣΕΙΣΜΟΣ EL CENTRO SOOE 1940, 0.34G ΣΧΗΜΑ 2. 6: ΚΤΙΡΙΟ ΧΑΛΥΒΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ, ΣΕΙΣΜΟΣ TAFT S69E 1952, 0.36G...39 ΣΧΗΜΑ 2. 7 : ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΤΟΥ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟΥ ΟΡΟΦΟΥ, TAFT S69E 1952 EARTHQUAKE, 0.36G ΣΧΗΜΑ 2. 8: ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ 3 ΟΡΟΦΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΜΕ ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΘΟΡΥΒΟΥ, 0.5G...40 ΣΧΗΜΑ 2. 9: ΒΡΟΧΟΣ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΤΡΙΒΗΣ...41 ΣΧΗΜΑ 2. 10: ΒΡΟΓΧΟΙ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ FDBF...41 ΣΧΗΜΑ 2. 11: ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΟΥ FDBF ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΥ...42 ΣΧΗΜΑ 2. 12: ΠΛΑΙΣΙΑ ΔΟΚΙΜΩΝ ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ 2. 14: ΜΕΓΙΣΤΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΑΝΟΙΓΜΕΝΟ ΠΟΣΟΣΤΟ...45 ΣΧΗΜΑ 2. 15: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΣΗΜΕΙΟ ΔΙΑΡΡΟΗΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΑΝΟΙΓΜΕΝΟ ΠΟΣΟΣΤΟ...46 ΣΧΗΜΑ 2. 16: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΗΣ ΟΛΚΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΑΝΟΙΓΜΕΝΟ ΠΟΣΟΣΤΟ...47 ΣΧΗΜΑ 2. 17: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΗΣ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΑΝΟΙΓΜΕΝΟ ΠΟΣΟΣΤΟ...48 ΣΧΗΜΑ 2. 18: ΕΜΒΑΔΟ ΥΣΤΕΡΗΤΙΚΩΝ ΒΡΟΓΧΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΑΝΟΙΓΜΕΝΟ ΠΟΣΟΣΤΟ...49 ΣΧΗΜΑ 2. 19: ΤΡΟΠΟΙ ΔΙΑΤΑΞΗΣ ΤΟΥ FDBF ΜΕΣΑ ΣΤΟΝ ΠΛΑΙΣΙΑΚΟ ΦΟΡΕΑ...50 ΣΧΗΜΑ 2. 20: ΜΗΧΑΝΗ ΔΟΚΙΜΗΣ ΠΡΟΤΥΠΩΝ ΠΛΑΙΣΙΩΝ...51 ΣΧΗΜΑ 2. 21: ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΣΤΑ ΣΗΜΕΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ...52 ΣΧΗΜΑ : ΟΡΙΖΟΝΤΙΕΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΕΙΣ ΤΟΥ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ, ΣΕΙΣΜΟΣ TAFT S69E 1952, 0.90G ΣΧΗΜΑ 2. 23: ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΤΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ...57 ΣΧΗΜΑ 2. 24: (A) ΠΡΟΣΟΨΗ ΚΟΜΒΟΥ, (B) ΚΥΚΛΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟΝ ΚΟΜΒΟ,...59 ΣΧΗΜΑ 2. 25: ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΣΤΑ ΣΗΜΕΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ: (A) ΚΑΙ (B) ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΓΙΑ ΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ (C) ΚΑΙ (D) ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΓΙΑ ΤΑ ΥΠΑΡΧΟΝΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΣΧΗΜΑ : ΚΑΤΟΨΗ ΙΣΟΓΕΙΟΥ ΤΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΗΣ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗΣ CONCORDIA, ΜΟΝΤΡΕΑΛ, ΚΑΝΑΔΑΣ, (AFTER PALL ET AL., 1987) ΣΧΗΜΑ 2. 27: ΚΑΤΟΨΗ ΣΧΕΔΙΟΥ ΤΟΥ ΣΧΟΛΕΙΟΥ (AFTER PALL ET AL., 1991)

6 ΣΧΗΜΑ 3. 1: ΜΟΝΩΡΟΦΟ ΠΛΑΙΣΙΟ...64 ΣΧΗΜΑ 3. 2: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ...65 ΣΧΗΜΑ 3. 3: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΧΑΛΥΒΑ...65 ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ 3. 7: ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΙΘΑΝΩΝ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ(HINGE PROPERTIES)...67 ΣΧΗΜΑ 3. 8: ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ ΤΟΝ ΓΥΜΝΟ ΦΟΡΕΑ...67 ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ 3. 11: ΝΟΜΟΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΥΛΙΚΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ Ε.Μ.Α.Σ...71 ΣΧΗΜΑ 3. 12: ΦΟΡΕΑΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΣ ΜΕ Ε.Μ.Α.Σ ΑΠΛΗΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ...71 ΣΧΗΜΑ 3. 13: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ Ε.Μ.Α.Σ...72 ΣΧΗΜΑ 3. 14: ΘΕΣΕΙΣ ΠΙΘΑΝΩΝ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ...72 ΣΧΗΜΑ 3. 15: ΚΑΜΠΥΛΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ...72 ΣΧΗΜΑ 3. 16: ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ΦΟΡΕΑ ΣΤΟ 22 ΒΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ...73 ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ 3. 18: ΜΕΛΗ ΤΗΣ ΣΥΣΚΕΥΗΣ CAR...74 ΣΧΗΜΑ 3. 19: ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ CAR ΣΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Ο/Σ...74 ΣΧΗΜΑ 3. 20: ΣΥΣΚΕΥΗ CAR ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ...76 ΣΧΗΜΑ 3. 21: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΩΝ ΚΑΤΑ X, ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΕΝΕΡΓΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΤΟΥ ΠΙΡΟΥ ΓΙΑ ΜΕΓΙΣΤΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ (58ΚΝ)...77 ΣΧΗΜΑ 3. 22: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΥΝΑΜΗΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΣΤΗ ΜΕΣΑΙΑ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΟΥ ΠΙΡΟΥ ΓΙΑ ΚΥΚΛΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ...77 ΣΧΗΜΑ 3. 23: HOOK ΣΕ ΑΞΟΝΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ...78 ΣΧΗΜΑ 3. 24: ΕΛΑΣΤΟΠΛΑΣΤΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ PLASTIC(WEN)...80 ΣΧΗΜΑ 3. 25: ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΓΙΑ ΤΟ PLASTIC WEN...81 ΣΧΗΜΑ 3. 26: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ PLASTIC(WEN)...82 ΣΧΗΜΑ 3. 27: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΓΙΑ PLASTIC(WEN)...82 ΣΧΗΜΑ 3. 28: ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ CAR...82 ΣΧΗΜΑ 3. 29: ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑΣ ΜΕ Ε.Μ.Α.Σ CAR...83 ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ ΣΧΗΜΑ 3. 32: ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ HOOK ΜΕ ΑΝΟΙΓΜΑ 1.5 CM...86 ΣΧΗΜΑ 3. 33: ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ PLASTIC (WEN)...86 ΣΧΗΜΑ 3. 34: ΚΑΜΠΥΛΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ...87 ΣΧΗΜΑ 3. 35: ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ...87 ΣΧΗΜΑ 3. 36: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ ΤΑ NLINKS ΣΤΟΙΧΕΙΑ...87 ΣΧΗΜΑ 3. 37: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ...88 ΣΧΗΜΑ 3. 38: ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑ ΦΟΡΤΙΣΗΣ...89 ΣΧΗΜΑ 3. 39: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑΣ...89 ΣΧΗΜΑ 3. 40: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ...91 ΣΧΗΜΑ 3. 41: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ ΤΑ NLINKS ΣΤΟΙΧΕΙΑ...91 ΣΧΗΜΑ 3. 42: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ ΗΟΟΚ...91 ΣΧΗΜΑ 3. 43: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ PLASTW...92 ΣΧΗΜΑ 3. 44: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΧΙΑΣΤΙ ΡΑΒΔΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ...92 ΣΧΗΜΑ 3. 45: ΦΟΡΕΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΜΕ ΝLINKS ΣΤΙΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΤΟΥ ΠΛΑΙΣΙΟΥ Ο/Σ...93 ΣΧΗΜΑ 3. 46: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ PLASΤW ΤΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ...93 ΣΧΗΜΑ 3. 47: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ PLASΤW ΤΩΝ ΔΟΚΩΝ ΠΟΥ ΑΝΑΠΤΥΣΣΟΥΝ ΘΕΤΙΚΗ ΡΟΠΗ ΣΤΗΝ PUSHOVER...94 ΣΧΗΜΑ 3. 48: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ PLASΤW ΤΩΝ ΔΟΚΩΝ ΠΟΥ ΑΝΑΠΤΥΣΣΟΥΝ ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΡΟΠΗ ΣΤΗΝ PUSHOVER...95 ΣΧΗΜΑ 3. 49: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ...95 ΣΧΗΜΑ 3. 50: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ ΤΑ NLINKS ΣΤΟΙΧΕΙΑ...95 ΣΧΗΜΑ 3. 51: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ ΗΟΟΚ...95 ΣΧΗΜΑ 3. 52: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ PLASTW ΣΤΟ Ε.Μ.Α.Σ...96 ΣΧΗΜΑ 3. 53: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΧΙΑΣΤΙ ΡΑΒΔΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ

7 ΣΧΗΜΑ 3. 54: ΡΟΠΗ(R3) ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ...96 ΣΧΗΜΑ 3. 55: ΡΟΠΗ(R3) ΔΟΚΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ...97 ΣΧΗΜΑ 3. 56: ΜΟΝΙΜΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΦΟΡΤΙΑ ΓΙΑ PUSH(G+0.3Q)...99 ΣΧΗΜΑ 3. 57: ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ ΣΤΑΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ PUSH(1)...99 ΣΧΗΜΑ 3. 58: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΓΙΑ PUSH(G+0.3Q)...99 ΣΧΗΜΑ 3. 59: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΓΙΑ PUSH(1) ΣΧΗΜΑ 3. 60: ΚΑΜΠΥΛΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 61: ΠΡΟΩΡΗ ΑΣΤΟΧΙΑ ΘΛΙΒΟΜΕΝΗΣ ΔΙΑΓΩΝΙΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 62: ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΦΟΡΕΑ ΣΤΟ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΒΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 3. 63: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 64: ΜΟΝΙΜΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΦΟΡΤΙΑ ΓΙΑ PUSH(G+0.3Q) ΣΧΗΜΑ 3. 65: ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ ΣΤΑΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ PUSH(1) ΣΧΗΜΑ 3. 66: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΓΙΑ PUSH(G+0.3Q) ΣΧΗΜΑ 3. 67: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΓΙΑ PUSH(1) ΣΧΗΜΑ 3. 68: ΚΑΜΠΥΛΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 69: ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΦΟΡΕΑ ΣΤΟ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΒΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 3. 70: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΕΛΑΣΤΟΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΠΙΡΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 71: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΗΟΟΚ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 72: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 73: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ PLASTW ΓΙΑ ΟΧΤΩ ΕΛΑΣΤΟΠΛΑΣΤΙΚΟΥΣ ΠΙΡΟΥΣ ΣΧΗΜΑ 3. 74: ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΟΧΤΩ ΕΛΑΣΤΟΠΛΑΣΤΙΚΟΥΣ ΠΙΡΟΥΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΣΤΟΧΙΑ ΣΧΗΜΑ 3. 75: ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 3. 76: ΦΟΡΕΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΜΕ ΝLINKS ΣΤΙΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΤΟΥ ΠΛΑΙΣΙΟΥ Ο/Σ ΣΧΗΜΑ 3. 77: ΣΤΑΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΣΤΟ ΥΨΟΣ ΤΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 78: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ PLASΤW ΤΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΣΧΗΜΑ 3. 79: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ PLASΤW ΤΩΝ ΔΟΚΩΝ ΠΟΥ ΑΝΑΠΤΥΣΣΟΥΝ ΘΕΤΙΚΗ ΡΟΠΗ ΣΤΗΝ ΣΤΑΤΙΚΗ ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ.109 ΣΧΗΜΑ 3. 80: ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 3. 81: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 82: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΧΙΑΣΤΙ ΡΑΒΔΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΣΧΗΜΑ 3. 83: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ PLASΤW ΤΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΣΧΗΜΑ 3. 84: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ PLASΤW ΤΩΝ ΔΟΚΩΝ ΠΟΥ ΑΝΑΠΤΥΣΣΟΥΝ ΘΕΤΙΚΗ ΡΟΠΗ ΣΤΗΝ ΣΤΑΤΙΚΗ ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ.111 ΣΧΗΜΑ 3. 85: ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 3. 86: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 87: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΓΙΑ ΤΑ NLINKS ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΧΗΜΑ 3. 88: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΓΙΑ ΗΟΟΚ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 3. 89: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΧΙΑΣΤΙ ΡΑΒΔΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΣΧΗΜΑ 3. 90: ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑΣ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΟΡΟΦΟΥ ΓΙΑ ΕΜΑΣ ΑΠΛΟ ΚΑΙ ΕΜΑΣ CAR(8) ΣΧΗΜΑ 4. 1: ΚΑΤΟΨΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 2: ΘΕΜΕΛΙΩΔΗΣ ΙΔΙΟΜΟΡΦΗ ΤΟΥ ΦΟΡΕΑ (T ΘΕΜΕΛ =0,43 SEC) ΣΧΗΜΑ 4. 3: ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΙ ΟΠΛΙΣΜΟΙ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ACI ΣΧΗΜΑ 4. 4: HINGE PROPERTIES ΓΙΑ ΤΟΝ ΓΥΜΝΟ ΦΟΡΕΑ ΣΧΗΜΑ 4. 5: ΔΕΔΟΜΕΝΑ PUSH1 ΓΙΑ ΤΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΧΗΜΑ 4. 6: ΔΕΔΟΜΕΝΑ PUSH2 ΓΙΑ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕ ΤΗ ΠΡΩΤΗ ΙΔΙΟΜΟΡΦΗ ΣΧΗΜΑ 4. 7: ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΓΥΜΝΟΥ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΣΤΟ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΒΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 8: ΚΑΜΠΥΛΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΠΕΜΠΤΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 9 : ΣΤΑΘΜΕΣ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΙΣ ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ FEMA ΣΧΗΜΑ 4. 10: ΠΡΩΤΗ ΙΔΙΟΜΟΡΦΗ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΥ ΦΟΡΕΑ Τ=0.337S ΣΧΗΜΑ 4. 11: ΚΑΜΠΥΛΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΥ ΦΟΡΕΑ (ΑΝΕΝΕΡΓΑ ΗΟΟΚ) ΣΧΗΜΑ 4. 12: ΠΡΩΤΗ ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΑΡΘΡΩΣΗ ΠΟΥ ΞΕΠΕΡΝΑ ΤΗΝ ΠΡΩΤΗ ΣΤΑΘΜΗ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΧΗΜΑ 4. 13: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΛ/ΤΙΚΩΝ ΠΙΡΩΝ ΤΡΙΤΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 14: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΛ/ΤΙΚΩΝ ΠΙΡΩΝ ΤΕΤΑΡΤΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 15: ΠΡΩΤΗ ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΑΡΘΡΩΣΗ ΠΟΥ ΞΕΠΕΡΝΑ ΤΗΝ ΠΡΩΤΗ ΣΤΑΘΜΗ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΧΗΜΑ 4. 16: ΠΑΡΑΜΩΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΦΟΡΕΑ ΣΤΟ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΒΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

8 ΣΧΗΜΑ 4. 17: ΝΕΑ ΚΑΜΠΥΛΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΞΙ ΚΑΙ ΟΧΤΩ ΠΙΡΟΥΣ ΣΤΟΝ ΤΡΙΤΟ ΚΑΙ ΤΕΤΑΡΤΟ ΟΡΟΦΟ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΑ ( ΑΝΕΝΕΡΓΑ ΗΟΟΚ) ΣΧΗΜΑ 4. 18: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΣΤΑ PLASTW(ΑΞΟΝΙΚΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ) ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 19: ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΤΟ ΤΕΛΙΚΟ ΒΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 20: ΚΑΜΠΥΛΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΥ ΦΟΡΕΑ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΗΟΟΚ ΣΧΗΜΑ 4. 21: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ PLASTW ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 22: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΗΟΟΚ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΠΕΜΠΤΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 23: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 1 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ 1 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 24: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 2 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ 2 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 25: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 3 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ 3 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 26: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 4 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ 4 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 27: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 5 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ 5 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 28: ΔΕΔΟΜΕΝΑ PUSH 1 ΓΙΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΧΗΜΑ 4. 29: ΔΕΔΟΜΕΝΑ PUSH2 ΓΙΑ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΧΗΜΑ 4. 30: ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ΦΟΡΕΑ ΣΧΗΜΑ : KΑΜΠΥΛΗ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΑΠΛΟ Ε.Μ.Α.Σ ΣΧΗΜΑ 4. 32: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 1 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 1 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 33: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 2 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 2 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 34: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 3 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 3 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 35: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 1 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 1 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 36: ΑΞΟΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ 5 ΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ 5 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΣΧΗΜΑ 4. 37: ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 38: ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΓΙΑ ΚΟΙΝΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ (1425 ΚΝ) ΣΧΗΜΑ 4. 39: ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΤΗ ΣΤΙΓΜΗ ΤΗΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΣΧΗΜΑ 4. 40:ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΦΟΡΕΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΣΤΟΧΙΑ:(Α)ΑΠΛΟ Ε.Μ.Α.Σ,(Β) E.M.A.Σ CAR(1) ΑΝΕΝΕΡΓΑ HOOK ),(Γ) E.M.A.Σ CAR(2) ΕΝΕΡΓΑ HOOK ΣΧΗΜΑ 4. 41: ΕΦΕΛΚΥΣΤΙΚΟ ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ (ΚΝ) ΣΧΗΜΑ 4. 42: ΘΛΙΠΤΙΚΟ ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ (ΚΝ) ΣΧΗΜΑ 4. 43: ΣΕΙΣΜΙΚΟ ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΙΟΓΡΑΦΗΜΑ ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ ΣΧΗΜΑ 4. 44: ΦΑΣΜΑ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 45: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΓΙΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΧΗΜΑ 4. 46: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΓΙΑ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ (ΚΑΛΑΜΑΤΑ) ΣΧΗΜΑ 4. 47: ΠΡΟΩΡΗ ΑΣΤΟΧΙΑ ΘΛΙΒΟΜΕΝΗΣ ΔΙΑΓΩΝΙΟΥ ΣΕ ΧΡΟΝΟ T=2.66S ΣΧΗΜΑ 4. 48: ΤΕΛΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ T=10S ΣΧΗΜΑ 4. 49: ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ. Η ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΙΜΗ ΕΙΝΑΙ VMAX= 741KN ΓΙΑ T=2.66S ΣΧΗΜΑ 4. 50: ΤΕΛΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΓΙΑ T = 10S ΣΧΗΜΑ 4. 51: ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ. VMAX= 715KN ΓΙΑ T = 4.36S ΣΧΗΜΑ 4. 52: ΤΕΛΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΓΙΑ T = 10S ΣΧΗΜΑ 4. 53: ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ. VMAX= 700KN ΓΙΑ T = 4.37S ΣΧΗΜΑ 4. 54: ΤΕΛΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ (Α)ΑΠΛΟΥ Ε.Μ.Α.Σ, (Β) Ε.Μ.Α.Σ CAR(1), (Γ) Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) ΓΙΑ ΣΕΙΣΜΟ ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ ΣΧΗΜΑ 4. 55: ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΣΧΗΜΑ 4. 56: ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΣΧΗΜΑ 4. 57: ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 58: ΘΛΙΠΤΙΚΟ ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 4. 59: ΜΕΓΙΣΤΟ ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΟ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑ ΣΧΗΜΑ 4. 60: ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΓΙΑ ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΟ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑ ΣΧΗΜΑ 4. 61: ΜΕΓΙΣΤΟ ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑ ΣΧΗΜΑ 4. 62: ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΓΙΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑ

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 3. 1: ΕΝΤΑΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΔΟΚΩΝ (ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ) ΠΙΝΑΚΑΣ 3. 2: ΕΝΤΑΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ(ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ) ΠΙΝΑΚΑΣ 3. 3: ΑΞΟΝΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ Ε.Μ.Α.Σ (ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ) Πίνακας ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 2: ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΦΟΡΤΙΩΝ ΑΠΟ ΠΛΑΚΕΣ ΣΕ ΔΟΚΟΥΣ 1 ΟΥ 2 ΟΥ 3 ΟΥ 4 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 3: ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΦΟΡΤΙΩΝ ΑΠΟ ΠΛΑΚΕΣ ΣΕ ΔΟΚΟΥΣ 5 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 4: ΦΟΡΤΙΑ ΔΟΚΩΝ ΤΥΠΙΚΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 5: ΦΟΡΤΙΑ ΔΟΚΩΝ 5 ΟΥ ΟΡΟΦΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 6 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΑΖΩΝ ΔΟΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 7 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΑΖΩΝ ΠΛΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 8: ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΑΖΩΝ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 9: ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΑΝΑ ΟΡΟΦΟ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 10: ΚΑΤΑΝΟΜΗ 50% ΤΗΣ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΒΑΣΗΣ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΑΝΑ ΟΡΟΦΟ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 11: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΕΝΑ ΒΗΜΑ ΠΡΙΝ Η ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΑΡΘΡΩΣΗ ΣΤΟΝ ΠΡΩΤΟ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 12: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΕΝΑ ΒΗΜΑ ΠΡΙΝ Η ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΑΡΘΡΩΣΗ ΣΤΟΝ ΠΡΩΤΟ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 13: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΤΗΝ ΣΤΙΓΜΗ ΤΗΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 14: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΤΗΝ ΣΤΙΓΜΗ ΤΗΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 15: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΤΗΝ ΣΤΙΓΜΗ ΤΗΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 16: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΑΠΛΟΥ ΕΜΑΣ ΓΙΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ 1425ΚΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 17: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΑΝΕΝΕΡΓΑ ΗΟΟΚ ΓΙΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ 1425ΚΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 18: ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΕΝΕΝΕΡΓΑ ΗΟΟΚ ΓΙΑ ΤΕΜΝΟΥΣΑ ΒΑΣΗΣ 1425ΚΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 20: ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΑΠΛΟΥ Ε.Μ.Α.Σ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 21: ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΑΠΛΟΥ Ε.Μ.Α.Σ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 22: ΜΕΓΙΣΤΑ ΑΞΟΝΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΤΙΣ ΔΙΑΓΩΝΙΕΣ ΡΑΒΔΟΥΣ ΑΠΛΟΥ Ε.Μ.Α.Σ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 23: ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΕΜΑΣ CAR(1) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 24: ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΕΜΑΣ CAR(1) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 25: ΜΕΓΙΣΤΑ ΑΞΟΝΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΤΙΣ ΔΙΑΓΩΝΙΕΣ ΡΑΒΔΟΥΣ ΕΜΑΣ CAR(1) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 26: ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΕΜΑΣ CAR(8) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 27: ΜΕΓΙΣΤΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ ΟΡΟΦΩΝ ΕΜΑΣ CAR(8) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 28: ΜΕΓΙΣΤΑ ΑΞΟΝΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΤΙΣ ΔΙΑΓΩΝΙΕΣ ΡΑΒΔΟΥΣ ΕΜΑΣ CAR(8) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 29: ΜΕΓΙΣΤΑ ΕΝΤΑΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΓΙΑ ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΟ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑ ΔΙΠΛΑ ΑΠΟ Ε.Μ.Α.Σ ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 30: ΜΕΓΙΣΤΑ ΕΝΤΑΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΓΙΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑ ΔΙΠΛΑ ΑΠΟ Ε.Μ.Α.Σ ΠΙΝΑΚΑΣ : ΡΟΠΕΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ(ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 32: ΡΟΠΕΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΩΝ ΔΟΚΩΝ (ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 33: ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΙ ΤΟΠΟΘΕΤΟΥΜΕΝΟΙ ΟΠΛΙΣΜΟΙ ΔΟΚΩΝ (ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ) ΠΙΝΑΚΑΣ 4. 34: ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΙ ΤΟΠΟΘΕΤΟΥΜΕΝΟΙ ΟΠΛΙΣΜΟΙ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ (ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ)

10 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ο σεισμός και οι δυσμενείς επιπτώσεις που αποφέρει στις κατασκευές αποτελεί φαινόμενο που ενδιέφερε τους μηχανικούς από παλιά. Ως φυσικό φαινόμενο, δηλαδή με την εδαφική κίνηση του εδάφους, δεν καθίσταται απειλητικός για την ανθρώπινη οντότητα. Αυτό που τον κάνει επικίνδυνο είναι οι κατασκευές του ιδίου του ανθρώπου. Γι' αυτό άλλωστε εισήχθη και ο όρος σεισμικότητα που περιγράφει ορθά την καταστροφική ικανότητα του σεισμού πάνω στον άνθρωπο, στην κατασκευή αλλά και στο περιβάλλον. Γενικά, ο σεισμός είναι ικανός να δημιουργήσει βλάβες στις κατασκευές και να οδηγήσει σε εντυπωσιακές καταρρεύσεις πλήττοντας κατ' αυτόν τον τρόπο τον άνθρωπο τόσο σωματικά, οικονομικά όσο και ψυχολογικά. Από τα παραπάνω διαπιστώνουμε την άμεση σχέση σεισμού πολιτικού μηχανικού όπως και την ευθύνη που επωμίζεται ο τελευταίος να προστατέψει την κοινωνία από τις δυσμενείς επιπτώσεις του καταστροφικού, αυτού, φαινόμενου. Ο ρόλος του πολιτικού μηχανικού δεν είναι μόνο προληπτικός αλλά και θεραπευτικός. Σχεδιάζοντας κατασκευές υψηλής αντοχής με ανθεκτικά δομικά υλικά, ορθές προδιαγραφές βάση κανονισμών, κριτικής σκέψης και υπευθυνότητας περιορίζει, αν όχι προλαμβάνει, τον κίνδυνο παρουσίας μεγάλων ζημιών που επιφέρει ένας καταστροφικός σεισμός. Τα τελευταία χρόνια έγιναν πολλά βήματα προς την πλευρά της πρόληψης και της προστασίας από την σεισμική δόνηση. Πολλά σεμινάρια, πολύ ερευνά, διακρατικές συνεργασίες, επιστημονικά συνέδρια διεθνούς κλίμακας αλλά και η πρόοδος των ηλεκτρονικών υπολογιστών συνετέλεσαν σε έναν στόχο: την αντισεισμική θωράκιση της κατασκευής. Από τις απλές προσεγγιστικές λύσεις, η σύγχρονη μηχανική κατάφερε να εισάγει, στον Η/Υ τον σεισμό με την πραγματική του μορφή, δηλαδή ως ένα δυναμικά χρονικά εξελισσόμενο γεγονός περιορίζοντας τις παραδοχές και τις απλοποιητικές παραμέτρους. Αποτέλεσμα αυτού, σε συνδυασμό με τον ανελαστικό σχεδιασμό, είναι ο έλεγχος του ποσοστού βλάβης στις κρίσιμες περιοχές ώστε να μην λειτουργεί εις βάρος της ασφάλειας του ανθρώπου. Πάνω στα προηγούμενα επιτεύγματα κινείται και η παρούσα διπλωματική εργασία στην οποία γίνεται πρόταση νέας συσκευής συνδεσμολογίας για ειδικά μεταλλικά αντισεισμικά στοιχεία ενίσχυσης σε πλαίσια οπλισμένου σκυροδέματος. Σκοπός ήταν να μελετηθεί όσο το δυνατόν καλύτερα η εφαρμογή της πάνω σε μονώροφους και πολυώροφους φορείς και να αναδειχτούν τα πλεονεκτήματα της έναντι συμβατικών τρόπων συνδεσμολογίας και αντισεισμικής ενίσχυσης. Για την διερεύνηση της συμπεριφοράς των φορέων χρησιμοποιήθηκαν σύγχρονες μέθοδοι όπως η στατική ανελαστική ανάλυση και η δυναμική ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας. Κλείνοντας θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την επιβλέπουσα καθηγήτρια κ. Μητσοπούλου Ε. όπως και τον κ. Παπαδόπουλο Π. για την επιστημονική καθοδήγηση που μου προσέφεραν, τις πολύτιμες συμβουλές, την άψογη συνεργασία αλλά και την αμέριστη εμπιστοσύνη που μου επέδειξαν σε δικές μου πρωτοβουλίες κατά την εκπόνηση της ερευνητικής διπλωματικής εργασίας 6

11 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Τα τελευταία χρόνια πολλοί ερευνητές προτείνουν την ολική ή την συνολική αντικατάσταση των αντισεισμικών τοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος στις κατασκευές με τη χρήση ειδικών μεταλλικών αντισεισμικών στοιχείων (Ε.Μ.Α.Σ), τα οποία αυξάνουν τη δυσκαμψία του φορέα και αποσβένουν σεισμική ενέργεια. Η διπλωματική αυτή εργασία μελετά τη συμπεριφορά κατασκευών από Ο/Σ ενισχυμένων με διατάξεις απόσβεσης ενέργειας και ελέγχου των μετακινήσεων έτσι ώστε να ελέγχονται οι δυνάμεις που αναπτύσσονται στις διαγώνιες μεταλλικές ράβδους, να εξασφαλίζεται και να προστατεύεται το πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος ενώ ταυτόχρονα να αποσβένετε σεισμική ενέργεια. Εφαρμογές έγιναν σε διάφορα μοντέλα μονώροφου και πενταόροφου φορέα. Για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των φορέων χρησιμοποιήθηκαν σύγχρονες μέθοδοι όπως η στατική ανελαστική ανάλυση και η δυναμική ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας ABSTRACT During the last years, several researches propose, the partial or whole replacement of anti seismic Reinforced Concrete walls on buildings with the use of special Anti seismic Steel Elements (SASEs), which provide additional stiffness as well as absorption of seismic energy. This project studies the behavior of R/C frames reinforced with these special Antiseismic Steel Elements in order to control the forces that are developed at the diagonal steel rods, protect the possible failure of the R/C frame and absorb seismic energy. Several models of one story and five story frames were examined in this project. Inelastic analysis by the procedure of PushOver until structure collapse and also inelastic dynamic time history analysis were carried out. 7

12 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι συμβατικές μέθοδοι ενίσχυσης αντισεισμικού σχεδιασμού στηρίζονται στη όλκιμη συμπεριφορά των δομικών στοιχείων για τον ενεργειακό διασκεδασμό. Όταν η απόσβεση ενέργειας επιτυγχάνεται από ανελαστική απόκριση, η κατασκευή έχει υποστεί βλάβες και ως εκ τούτου ένας επαρκής σεισμικός σχεδιασμός για ένα καταστροφικό γεγονός, απαιτεί ότι η κατασκευή διαρρέει και υπόκειται σε βλάβες σοβαρές ή μη, χωρίς κατάρρευση. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, οι κανονισμοί αντισεισμικού σχεδιασμού υιοθετούν όλο και περισσότερο μια προσέγγιση ικανοτικού σχεδιασμού, η οποία στοχεύει να ελέγξει το σημείο εμφάνισης των πλαστικών αρθρώσεων στην κατασκευή και την μορφή της ανελαστικής συμπεριφοράς. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι ο έλεγχος αστοχίας έχει ως αποτέλεσμα πιο αξιόπιστες και προβλέψιμες πηγές απόσβεσης ενέργειας ενώ ο τελικός σχεδιασμός είναι λιγότερο ευαίσθητος σε σχέση με τις αβεβαιότητες που συνδέονται με τα χαρακτηριστικά της κίνησης του εδάφους. Το κύριο μειονέκτημα των συμβατικών αντισεισμικών μεθόδων σχεδιασμού είναι ότι η κατασκευή είναι ευαίσθητη για ισχυρούς σεισμούς. Η επιβληθείσα βλάβη μπορεί να είναι επιδιορθώσιμη ή μπορεί να είναι τόσο σοβαρή που η κατασκευή πρέπει να κατεδαφιστεί Οι νέες τάσεις στον αντισεισμικό σχεδιασμό έχουν οδηγήσει σε προτάσεις διάφορων καινοτομικών στρατηγικών σχεδίων προστασίας από σεισμό. Ο σχεδιαστής για να υιοθετήσει οποιαδήποτε από αυτά τα σχέδια, πρέπει να επιλέξει από έναν μεγάλο και αυξανόμενο αριθμό επιλογών. Η τελική απόφαση λαμβάνεται συνήθως βάση των οικονομικών απαιτήσεων και αξιολογώντας διάφορες άλλες απαιτήσεις συμπεριλαμβανομένων της σύγκρισης ενεργών διατάξεων με παθητικών διατάξεων Διάρθρωση της διπλωματικής εργασίας : Στο πρώτο κεφάλαιο κύριος στόχος είναι να αναθεωρηθεί η εξέλιξη της διαθέσιμης τεχνολογίας στις διατάξεις απόσβεσης ενέργειας υστερητικού τύπου. Περιγράφονται εν συντομία σχετικές, προηγούμενες, παγκόσμιες εφαρμογές των διατάξεων, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση σε σημαντικά ζητήματα όπως τα πειραματικά αποτελέσματα, η αποτελεσματικότητα των τεχνικών μη γραμμικής προσομοίωσης, τα υλικά και οι δυνατότητες κατασκευής.. Οι διατάξεις που επιλέγονται για ανάλυση στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται με μια ιστορική προοπτική και, σύμφωνα με τον συντάκτη, αντιπροσωπεύουν τα αρχικά πρωτοποριακά βήματα στις ερευνητικές προσπάθειες προς μια αποδοτική και ορθολογική χρήση της τεχνολογίας διάχυσης ενέργειας Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται πειραματικές μελέτες για διατάξεις απόσβεσης τριβής ειδικών μεταλλικών αντισεισμικών στοιχείων που έγιναν από διάφορους ερευνητές. Παρουσιάζονται αναλυτικά οι διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν την 8

13 συμπεριφορά τους μέσα στη κατασκευή και εκτιμάται η σπουδαιότητα της σωστής σχεδίασης Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση του μηχανισμού CAR και του μονώροφου φορέα στον οποίο εφαρμόζεται. Δίνονται αναλυτικά τα χαρακτηριστικά της μοντελοποίησης του μηχανισμού Γίνονται διάφορες αναλύσεις (ανελαστική στατική και δυναμική ανελαστική χρονοϊστορίας) τόσο σε φορείς με την καινούργια συσκευή όσο και σε φορείς με ισχυρή σύνδεση των διαγώνιων ράβδων πάνω στο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος, με σκοπό να γίνει σύγκριση των δύο μεθόδων να αναδειχτούν τα προβλήματα που παρουσιάζουν οι ισχυρές συνδέσεις και ταυτόχρονα να παρουσιασθούν τα πλεονεκτήματα της προτεινόμενης συσκευής. Στο τέταρτο κεφάλαιο με δεδομένα τα χρήσιμα συμπεράσματα που προκύπτουν από τις αναλύσεις στο μονώροφο γίνεται εφαρμογή του μηχανισμού CAR σε ένα πενταόροφο τυπικό πλαίσιο το οποίο διαστασιολογείται τυπικά από το SAP200(ACI318 99) Γίνεται πρόταση σωστού σχεδιασμού του μηχανισμού και αναδεικνύεται η αντισεισμική συμπεριφορά του, υποβάλλοντας το σε πραγματική σεισμική φόρτιση (σεισμός Καλαμάτας).Τέλος γίνεται σύγκριση του με άλλες μεθόδους σύνδεσης και καταγράφονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν. 9

14 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 :. Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Παρουσιάζεται μια αναθεώρηση της εξέλιξης των διατάξεων απόσβεσης ενέργειας υστερητικού τύπου. Στην εργασία περιλαμβάνονται μηχανισμοί τριβής και διαρροής που καλύπτουν εργασίες από όλο τον κόσμο. Οι εφαρμογές των διατάξεων περιγράφονται, εν συντομία, κάνοντας ιδιαίτερη έμφαση στα σημαντικά ζητήματα, όπως η πειραματική αξιολόγηση, η αποτελεσματικότητα της προσομοίωσης τους από τις μη γραμμικές τεχνικές, τα υλικά και την εφαρμογή της ανάλυσης. Οι διατάξεις που επιλέγονται για τη συζήτηση στην εργασία παρουσιάζονται και θεωρούνται τα πρωτοποριακά βήματα ή οι ερευνητικές προσπάθειες που κατευθύνονται προς μια αποδοτική και ορθολογική χρήση της τεχνολογίας ενεργειακής απόσβεσης. 1.1 Εισαγωγή Οι συμβατικές μέθοδοι ενίσχυσης αντισεισμικού σχεδιασμού στηρίζονται στη όλκιμη συμπεριφορά των δομικών στοιχείων για τον ενεργειακό διασκεδασμό. Όταν η απόσβεση ενέργειας επιτυγχάνεται από ανελαστική απόκριση, η κατασκευή έχει υποστεί βλάβες και ως εκ τούτου ένας επαρκής σεισμικός σχεδιασμός για ένα καταστροφικό γεγονός, απαιτεί ότι η κατασκευή διαρρέει και υπόκειται σε βλάβες σοβαρές ή μη, χωρίς κατάρρευση. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, οι κανονισμοί αντισεισμικού σχεδιασμού υιοθετούν όλο και περισσότερο μια προσέγγιση ικανοτικού σχεδιασμού, η οποία στοχεύει να ελέγξει το σημείο εμφάνισης των πλαστικών αρθρώσεων στην κατασκευή και την μορφή της ανελαστικής συμπεριφοράς. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι ο έλεγχος αστοχίας έχει ως αποτέλεσμα πιο αξιόπιστες και προβλέψιμες πηγές απόσβεσης ενέργειας ενώ ο τελικός σχεδιασμός είναι λιγότερο ευαίσθητος σε σχέση με τις αβεβαιότητες που συνδέονται με τα χαρακτηριστικά της κίνησης του εδάφους. Το κύριο μειονέκτημα των συμβατικών αντισεισμικών μεθόδων σχεδιασμού είναι ότι η κατασκευή είναι ευαίσθητη στην βλάβη στα πλαίσια της δράσης ισχυρών σεισμών. Η επιβληθείσα βλάβη μπορεί να είναι επιδιορθώσιμη ή μπορεί να είναι τόσο σοβαρή που η κατασκευή πρέπει να κατεδαφιστεί. Σαν απάντηση στις ανεπάρκειες της φιλοσοφίας του συμβατικού σεισμικού σχεδιασμού, διάφορες καινοτόμες προσεγγίσεις στηρίζονται στην ενσωμάτωση διατάξεων απόσβεσης ενέργειας στην κατασκευή. Οι διατάξεις χρησιμοποιούνται για να προστατεύσουν την κατασκευή από τις βλάβες με το να απορροφούν ενέργεια με τα στοιχεία που σχεδιάζονται για να είναι προσιτά, και εύκολα αντικαθιστάμενα. Έτσι καταλήγουμε ότι η καλύτερη προσέγγιση είναι, ότι η λειτουργία της φόρτισης μπορεί να διαχωριστεί από τη λειτουργία απόσβεσης ενέργειας. Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά απόσβεσης ενέργειας της κατασκευής μπορούν να αναλυθούν λεπτομερέστατα και να βελτιστοποιηθούν. 10

15 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Γενικά, ο στόχος της εγκατάστασης διατάξεων απόσβεσης ενέργειας σε μια αντισεισμική κατασκευή είναι να συγκεντρωθεί η έκλυση της υστερητικής ενέργειας στις ειδικά σχεδιασμένες και λεπτομερείς περιοχές της κατασκευής και να αποφευχθεί η ανελαστική συμπεριφορά στα μέλη του συστήματος που αντιστέκονται στην πλευρική δύναμη (lateral force resisting system LFRS). Εντούτοις, στην περίπτωση του επανασχεδιασμού μιας υπάρχουσας κατασκευής, η αρχή της ανελαστικής συμπεριφοράς των μελών του LFRS μπορεί να είναι αναπόφευκτη. Ως εκ τούτου, για τον αντισεισμικό επανασχεδιασμό η ενσωμάτωση των διατάξεων απόσβεσης ενέργειας θα στοχεύει στην ελαχιστοποίηση της ανελαστικής συμπεριφοράς των υπαρχουσών LFRS. Οι νέες τάσεις στον αντισεισμικό σχεδιασμό έχουν οδηγήσει σε προτάσεις διάφορων καινοτομικών στρατηγικών σχεδίων προστασίας από σεισμό. Ο σχεδιαστής για να υιοθετήσει οποιαδήποτε από αυτά τα σχέδια, πρέπει να επιλέξει από έναν μεγάλο και αυξανόμενο αριθμό επιλογών. Η τελική απόφαση λαμβάνεται συνήθως βάση των οικονομικών απαιτήσεων και αξιολογώντας διάφορες άλλες απαιτήσεις συμπεριλαμβανομένων της σύγκρισης ενεργών διατάξεων με παθητικών διατάξεων. Ο κύριος στόχος του κεφαλαίου αυτού είναι να διερευνηθεί η εξέλιξη της διαθέσιμης τεχνολογίας στις διατάξεις διάχυσης ενέργειας υστερητικού τύπου. Η διερεύνηση δεν προορίζεται να είναι πλήρης καθώς νέες διατάξεις εισάγονται, σχεδόν σε καθημερινή βάση. Αντί αυτού, περιγράφονται εν συντομία σχετικές, προηγούμενες, παγκόσμιες εφαρμογές των διατάξεων, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση σε σημαντικά ζητήματα όπως τα πειραματικά αποτελέσματα, η αποτελεσματικότητα των τεχνικών μη γραμμικής προσομοίωσης, τα υλικά και οι δυνατότητες κατασκευής.. Οι διατάξεις που επιλέγονται για ανάλυση στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται με μια ιστορική προοπτική και, σύμφωνα με τον συντάκτη, αντιπροσωπεύουν τα αρχικά πρωτοποριακά βήματα στις ερευνητικές προσπάθειες προς μια αποδοτική και ορθολογική χρήση της τεχνολογίας απόσβεσης ενέργειας Φιλοσοφία αντισεισμικού σχεδιασμού που χρησιμοποιεί τις συσκευές διασκεδασμού ενέργειας Παραδοσιακά, ο αντισεισμικός σχεδιασμός έχει εφαρμοστεί ακολουθώντας μια προσέγγιση βασισμένη στην ολκιμότητα, που στηρίζεται στην εισαγωγή των μειωτικών συντελεστών δύναμης (ή των συντελεστών συμπεριφοράς) για να διευκρινίσει τις σεισμικές δυνάμεις σχεδιασμού. Αυτοί οι παράγοντες υπολογίζουν με έναν προσεγγιστικό τρόπο την μη γραμμική συμπεριφορά της κατασκευής υπό την επίδραση του σεισμού σχεδιασμού, και εξετάζουν τη ικανότητα απόσβεσης ενέργειας της κατασκευής καθώς επίσης και την ικανότητα παραμόρφωσης της κατασκευής. Επομένως, ο βασισμένος στην ολκιμότητα σχεδιασμός στοχεύει στο ότι η απαίτηση σεισμικής πλαστιμότητας δεν υπερβαίνει την διαθέσιμη πλαστιμότητα. 11

16 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Εναλλακτικές μέθοδοι σεισμικού σχεδιασμού βασισμένες στην ενέργεια έχουν προταθεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων σαράντα ετών. Γενικά, αυτές οι μέθοδοι είναι βασισμένες στην υπόθεση ότι η ενεργειακή απαίτηση κατά τη διάρκεια ενός σεισμού μπορεί να προβλεφθεί και ότι ο ενεργειακός «ανεφοδιασμός» μιας κατασκευής μπορεί επίσης να αξιολογηθεί. Με βάση αυτήν την προσέγγιση, ένας ικανοποιητικός σχεδιασμός επιβάλλει ότι ο ενεργειακός «ανεφοδιασμός» πρέπει να είναι μεγαλύτερος από την ενεργειακή απαίτηση. Πολλοί μελετητές έχουν ερευνήσει την δυνατότητα ανάπτυξης μεθόδων αντισεισμικού σχεδιασμού που βασίζονται σε μια προσέγγιση ενεργειακής ισορροπίας. Αν και έχουν γίνει σημαντικά βήματα προόδου, μια ικανοποιητική μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού βασισμένη καθαρά σε ενεργειακές έννοιες δεν έχει επιτευχθεί και αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι η ικανότητα διάχυσης ενέργειας δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αξιόλογο μέτρο της βλάβης. Εντούτοις, για την μελέτη της σεισμικής απόκρισης των δομικών συστημάτων είναι πλέον σύνηθες να αναλύεται το ισοζύγιο της ενέργειας εισαγωγής και να χρησιμοποιούνται ενεργειακές θεωρήσεις για την βελτιστοποίηση του σεισμικού σχεδιασμού. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στην περίπτωση των δομικών συστημάτων που ενσωματώνουν διατάξεις απόσβεσης ενέργειας, όπου η σύγκριση της ενεργειακής ισορροπίας της κατασκευής με ή χωρίς διατάξεις δίνει τη δυνατότητα αξιολόγησης και των δύο συστημάτων με γνώμονα την ενέργεια που απελευθερώνεται από τα κύρια μέλη τους. Διάφορες διατάξεις με υψηλή ικανότητα διασκεδασμού ενέργειας έχουν αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων δύο δεκαετιών. Γενικά, οι διατάξεις συνδέονται με τα κύρια μέλη των LFRS και συμπεριφέρνονται ως ενισχυμένες ημιάκαμπτες συνδέσεις ή συνδεδεμένα στοιχεία με υψηλά χαρακτηριστικά απόσβεσης. Οι διατάξεις απόσβεσης της τριβής,που παράγουν τα εσωτερικά πλαίσια του χάλυβα, δηλαδή τα στοιχεία ADAS (προστιθέμενης απόσβεσης και ακαμψίας), είναι παραδείγματα των διατάξεων αυτών που εισάγονται στις κρίσιμες ενώσεις ενισχυμένων μελών χάλυβα. Οι διατάξεις χρησιμοποιούμενες κατά τον τρόπο αυτό σχεδιάζονται για να παραμορφωθούν κατά τη διάρκεια μιας ισχυρής σεισμικής διέγερσης πριν η θλίψη ή η διαρροή λάβουν χώρα στα κύρια μέλη τους. Επομένως, τα κύρια μέλη της κατασκευής παραμένουν σχεδόν άθικτα και η διάχυση ενεργείας επιτυγχάνεται μέσω της υστερητικής συμπεριφοράς των διατάξεων. Αυτό οδηγεί σε μια σημαντική αύξηση της απόσβεσης και συνεπώς μικρότερες μετατοπίσεις και δυνάμεις εμφανίζονται στην κατασκευή. Μια επιτυχής εφαρμογή των διατάξεων ενεργειακής απόσβεσης μειώνει το ποσό ενέργειας που εισάγεται στην κατασκευή. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ως εξής: 1. περιορίζοντας την είσοδο ενέργειας στην πηγή με τη χρησιμοποίηση διατάξεων αποφυγής της ενέργειας στην θεμελίωση, δηλ, με τη χρησιμοποίηση ενός συστήματος μόνωσης των βάσεων(έδρανα). 2. προσθέτοντας διατάξεις απόσβεσης ενέργειας στην κατασκευή, από το επίπεδο θεμελίωσης προς τα πάνω. 12

17 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Η υστερητική ενέργεια συνδέεται με την ανελαστική συμπεριφορά της κατασκευής και ως εκ τούτου μπορεί να θεωρηθεί ως επιβλαβής σεισμική ενέργεια. Οι λεπτομερείς αναλύσεις του ενεργειακού ισοζυγίου των σεισμικά ανθεκτικών κατασκευών έχουν δείξει ότι η μέγιστη συμβολή προέρχεται από την υστερητική ενέργεια. Επομένως πρέπει να ληφθεί ειδική προσοχή στην ανάπτυξη της επαρκούς υστερητικής απόσβεσης αν και, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ανάπτυξη της υστερητικής απόσβεσης συνδέεται άμεσα με ένα συγκεκριμένο ποσό βλάβης. Εντούτοις, το μεγαλύτερο μέρος αυτής της βλάβης στις κατασκευές με τις διατάξεις απόσβεσης ενέργειας μπορεί να οφείλεται στις ίδιες τις διατάξεις. Οι αναλογίες πηγή νεροχυτών είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για να καταλάβουμε τον τρόπο που η σεισμική ενέργεια εισαγωγής απελευθερώνεται. Τα σχήματα 1a και 1b παρουσιάζουν τις αναλογίες πηγή νεροχυτών όπως προτείνονται από τον Popov (1993) για να εξηγήσουν τις διαφορετικές ενεργειακές πορείες που δημιουργούνται στις συμβατικές κατασκευές σε σχέση με εκείνες που ενσωματώνουν μια διάταξη μόνωσης των βάσεων. Για το συμβατικό σύστημα, η σεισμική ενέργεια εισαγωγής E i πέρα από το ποσό της ελαστικής ενέργειας πίεσης E s, της κινητικής ενέργειας E k και της ιξώδους ενέργειας απόσβεσης Ε ξ, απελευθερώνεται εξ ολοκλήρου ως υστερητική ενέργεια E h. Αντίθετα, με ένα σύστημα μόνωσης των βάσεων, η E k της πρώτης άκαμπτης διάταξης αποσβένεται από τον μονωτή. Η αναλογία του σχήματος 1c επεξηγεί πώς η επιβλαβής σεισμική ενέργεια διαχωρίζεται στην ενέργεια που απελευθερώνεται από την κατασκευή E h, και σε αυτήν που απελευθερώνεται από τις διατάξεις ενεργειακής διάχυσης E hd Όπως επισημαίνεται αργότερα, για το σχεδιασμό νέων κατασκευών η E h μπορεί να ελαχιστοποιηθεί σε μηδενική, ενώ στην περίπτωση υπάρχουσας κατασκευής η έμφυτη ολκιμότητα και η αντοχή της κατασκευής θα υπαγορεύσουν το κατά πόσο η E h μπορεί να μειωθεί. Σχήμα 1.1 : Αναλογίες πηγής νεροχυτών 13

18 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Υστερητικές διατάξεις και χαρακτηριστικές εφαρμογές Όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας εισαγωγής αποσβένεται από την υστέρηση σε μια ανθεκτική αντισεισμική κατασκευή. Επομένως ένας μεγάλος αριθμός διατάξεων διασκεδασμού ενέργειας, με υψηλή υστερητική απόσβεση, έχει αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων δύο δεκαετιών. Πρέπει να παρατηρηθεί ότι οι περισσότερες από τις διατάξεις διασκεδασμού ενέργειας συλλήφθηκαν αρχικά ως αναπόσπαστα τμήματα των διατάξεων μόνωσης της βάσης και υιοθετήθηκαν έπειτα για τα ενισχυμένα συστήματα. Ένα σημαντικό ποσό εμπειρίας έχει επιτευχθεί στη χρήση παθητικών διατάξεων τύπου διαρροής ή τριβής. Η διαρροή πρόωρων διατάξεων απόσβεσης ενέργειας (τύπου διαρροής) άρχισε στην Ιαπωνία προς το τέλος της δεκαετίας του 60 (Muto 1969) και στη Νέα Ζηλανδία στις αρχές της δεκαετίας του 70 (Kelly 1972), ενώ η πρωτοποριακή εργασία για τις διατάξεις τριβής εμφανίστηκε στον Καναδά στις αρχές της δεκαετίας του 80 (Pall 1980). Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας η ανάπτυξη των διατάξεων διαρροής έχει λάβει ιδιαίτερη ανάπτυξη στην Ιταλία (Ciampi 1995). Περαιτέρω προσαρμογές της τεχνολογίας στις διατάξεις διάχυσης ενέργειας έχουν εμφανιστεί κυρίως στις Ηνωμένες Πολιτείες (Whittaker 1991, Grigorian 1992). Γενικά, οι υστερητικές διατάξεις που αναπτύσσονται μέχρι σήμερα μπορούν να ταξινομηθούν είτε ως διατάξεις διαρροής είτε ως διατάξεις τριβής. Γενικά, αυτές οι διατάξεις κατασκευάζονται από παραδοσιακά υλικά και εάν σχεδιάζονται σωστά απαιτούν λίγη συντήρηση και προσφέρουν μια οικονομική και αξιόπιστη εναλλακτική λύση για την ενεργειακή απόσβεση στα συστήματα παθητικού ελέγχου. Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα είναι κατά πόσο επηρεάζεται η αποδοτικότητα των διατάξεων από την εμφάνιση υψηλών θερμοκρασιών. Σε αντίθεση με την περίπτωση των βισκοελαστικών διατάξεων, διάφορες πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι οι ικανότητες απόσβεσης ενέργειας των υστερητικών διατάξεων παραμένουν ουσιαστικά αμετάβλητες καθώς μετασχηματίζουν την ενέργεια σε θερμότητα κατά τη σεισμική απόκριση. 1.2 Διατάξεις τριβής Κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων δεκαετιών, η συμπεριφορά των διατάξεων τριβής έχει επιδείξει μεγάλες δυνατότητες και έχει γίνει θέμα εκτενών πειραματικών και αναλυτικών μελετών Διατάξεις που συνδέονται με στοιχεία πλήρωσης Ο Tyler (1977a) καινοτόμησε με την εφαρμογή των διατάξεων τριβής στον αντισεισμικό σχεδιασμό. Ο ίδιος πρότεινε μία μέθοδο για την μείωση της ζημιάς στα στοιχεία πλήρωσης ενώ συγχρόνως παρείχε στο κτίριο ένα αποδεκτό επίπεδο απόσβεσης. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.2, στο σύστημα εισάγονται ολισθαίνοντα στοιχεία polytetrafluoroethylene (PTFE) που ενώνουν τα στοιχεία πλήρωσης με τα μέλη των πλαισίων (PTFE είναι συχνότερα γνωστό ως Teflon). Τα στοιχεία πλήρωσης έχουν στη συνέχεια τη δυνατότητα να παραλάβουν μέχρι το φορτίο σχεδιασμού τους ενώ οι ενώσεις διαρρέουν σε ένα γνωστό εύρος δύναμης. Κατ αυτό τον τρόπο, είναι δυνατό να εξασφαλισθεί μια 14

19 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ συμπληρωματική απόσβεση και να ληφθεί συγχρόνως μια λογική μέριμνα για την επίδραση των δευτεροβάθμιων στοιχείων στο σχεδιασμό της κύριας κατασκευής. Τα διαρρέοντα στοιχεία PTFE αποτελούνται από στρώματα της ένωσης PTFE από έναν κοχλία υψηλής αντοχής που κοχλιώνεται στα πιάτα χάλυβα και τα στοιχεία πλήρωσης. To teflon επιλέχτηκε ως υλικό τριβής λόγω των καλών χαρακτηριστικών ενεργειακής απορρόφησης. Σχήμα 1. 2: PTFE ολισθαίνοντα στοιχεία (Tyler 1977a) Αν και η εφαρμογή της προτεινόμενης διάταξης τριβής από τον Tyler εμφανίζεται πολύ ελπιδοφόρα, ο ίδιος δεν μελέτησε την πρόταση του χρησιμοποιώντας αναλυτικά ή πειραματικά μοντέλα πλαισιακού κτιρίου κάτω από την επίδραση σεισμικής φόρτισης. Συνεπώς, δεν παρεχόταν καθοδήγηση όσον αφορά το γεγονός πώς η προτεινόμενη διάταξη μπορούσε να ελεγχθεί και να βαθμονομηθεί προκειμένου να επιτευχθούν αποδεκτά επίπεδα επίδοσης οποιουδήποτε κτιρίου. Ο Pall (1980) ανέπτυξε διατάξεις τριβής για τον παθητικό σεισμικό έλεγχο των προκατασκευασμένων και επί τόπου χύτευσης τοιχίων Ο/Σ. Το σχήμα 1.3 παρουσιάζει τις πιθανές θέσεις συνδέσμων τριβής στα τοιχία διάτμησης, καθώς επίσης και χαρακτηριστικές λεπτομέρειες για τους συνδέσμους τριβής. Οι ολισθαίνοντες σύνδεσμοι τριβής αποτελούνται από τα μαξιλάρια επένδυσης φρένων (Ferrodo) που εισάγονται μεταξύ των ολισθαινόντων πιάτων χάλυβα που ενώνονται με κοχλίες υψηλής αντοχής. Οι σύνδεσμοι τριβής πρέπει να κατασκευάζονται προσεκτικά ώστε η συμπεριφορά τους να προσεγγίζει την ιδανική ελαστοπλαστική συμπεριφορά. Το φορτίο ολίσθησης του συνδέσμου καθορίζεται από τον συντελεστή της τριβής και την δύναμη στερέωσης στο σύνδεσμο. Η επιθυμητή δύναμη στερέωσης παρέχεται χρησιμοποιώντας τους κοχλίες υψηλής αντοχής. Τα πειραματικά αποτελέσματα έχουν αποδείξει (Pall and Marsh 1981) ότι η υστερητική συμπεριφορά των ολισθαίνοντων συνδέσμων τριβής είναι στην πραγματικότητα αξιόπιστη και επαναλαμβανόμενη, και πλησιάζει έναν ορθογώνιο υστερητικό βρόχο με αμελητέο εκφυλισμό μετά από πολύ περισσότερους κύκλους σε σχέση με αυτούς που αντιμετωπίζονται στην πραγματικότητα σε περίπτωση διαδοχικών σεισμών. 15

20 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Σχήμα 1. 3: Κόμβοι τριβής σε τοίχους από σκυρόδεμα (Pall και Marsh 1981) Δημιουργώντας κάθετες γραμμές συνδέσμων μέσα στα μπετονένια τοιχία και χρησιμοποιώντας προσεκτικά κατασκευασμένους συνδέσμους τριβής για να τους συνδέσουν, προκύπτουν τα ακόλουθα «ευεργετικά» χαρακτηριστικά του προτεινόμενου συστήματος: τα τοιχία ενεργούν μονολιθικά κατά την επίδραση βασικών δράσεων συμπεριλαμβανομένου του αέρα και των μέτριων σεισμών. Η πλαστιμότητα των συστημάτων αυξάνεται καθώς οι σύνδεσμοι τριβής ολισθαίνουν κατά την διάρκεια σημαντικών σεισμών με συνέπεια την δραστική αύξηση της περιόδου, που γενικά οδηγεί σε μειωμένες σεισμικές επιταχύνσεις. οι σύνδεσμοι τριβής διαχέουν ένα μεγάλο ποσοστό της εισερχόμενης σεισμικής ενέργειας και καθυστερούν την πιθανή αρχή της ανελαστικότητας στα μέλη του LFRS. Ο Pall και ο Marsh (1981) εκτέλεσαν μια σειρά μη γραμμικών time history αναλύσεων ενός 20όροφου κτιρίου διαμερισμάτων για διάφορες εντάσεις σεισμού. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκε το αρχείο σεισμού της EL Centro 1940 NS. Οι αναλύσεις έδειξαν ότι οι σύνδεσμοι τριβής πρέπει να συντονιστούν προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η αντισεισμική απόδοση. Λόγω των πολύ χαμηλών μετακινήσεων που αντιμετωπίζονται στα συστήματα τοιχίων, το κριτήριο για να καθοριστεί ο βέλτιστος συντονισμός των διατάξεων ήταν η ελαχιστοποίηση των τάσεων στη βάση των τοιχίων. Οι συγκρίσεις της συμπεριφοράς του κτιρίου αν υποθέσουμε την πλήρη μονολιθική δράση των τοιχίων (δηλαδή ισότιμος με την περίπτωση συνδέσμων τριβής με άπειρη δύναμη) σε συνδυασμό με την ύπαρξη των ολισθαίνων συνδέσμων τριβής έδειξαν ότι αυτοί οι σύνδεσμοι μείωσαν δραστικά τις μέγιστες τιμές της διάτμησης, της κάμψης και ροπών εκτροπής και ανατροπής των τοιχίων κατά 25%, 30%, 40% και 20%, αντίστοιχα. 16

21 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Οι προαναφερθείσες μελέτες του Pall εισήγαγαν τις διατάξεις διάχυσης ενέργειας ως αποτελεσματικό τρόπο για να ελεγχθεί η αστοχία και να βελτιστοποιηθεί η υστερητική απόσβεση. Εντούτοις, η μελέτη εξέτασε μόνο ένα αρχείο σεισμού και ως εκ τούτου η επιρροή της σεισμικής διέγερσης στη αποδοτικότητα του προτεινόμενου δομικού συστήματος δεν αξιολογήθηκε. Επιπλέον, κανένα συμπέρασμα και καμία οδηγία δεν μπορεί να αντληθεί από την μελέτη ώστε να προκύψει ένας πρακτικός τρόπος να συντονιστούν οι διατάξεις και να βελτιστοποιηθεί η σεισμική απόκριση Διατάξεις εγκατεστημένες σε συστήματα ενίσχυσης Η περαιτέρω έρευνα που διεξάχθηκε από τον Pall οδήγησε στη ανάπτυξη των διατάξεων τριβής που διασταυρώνονται στη διατομή του χάλυβα ενίσχυσης. Το σχήμα 1.4 παρουσιάζει διάφορες διατάξεις τριβής προτεινόμενες από τον Pall (1983) για εφελκυόμενα μόνο συστήματα και συστήματα υπό εφελκυσμό και θλίψη. Οι προτεινόμενες διατάξεις στοχεύουν στην επίλυση των μειονεκτημάτων που αντιμετωπίζονται κατά την εφαρμογή των μεταλλικών ενισχύσεων. Σχήμα 1. 4: Διατάξεις τριβής σε συστήματα ενίσχυσης Τα ενισχυμένα πλαίσια είναι μια οικονομική λύση για τον έλεγχο των πλευρικών εκτροπών λόγω του αέρα και μέτριων σεισμών. Εντούτοις, κατά τη διάρκεια σημαντικών σεισμών, αυτές οι κατασκευές δεν αποδίδουν καλά. Η κύρια ανεπάρκεια αυτών των πλαισίων είναι η πολύ περιορισμένη ικανότητα ενεργειακής απόσβεσης τους όπως υποδεικνύεται από την εξαιρετικά ανεπαρκή υστερητική συμπεριφορά της μεταλλικής ενίσχυσης. Αυτή η ανεπάρκεια είναι ακόμη πιο εμφανής όταν η ενίσχυση σχεδιάζεται για να αντέξει σε εφελκυσμό. Μια εφελκόμενη ενίσχυση επιμηκύνεται κατά την διάρκεια μεγάλων μετακινήσεων των ορόφων και εμφανίζει λυγισμό υπό θλίψη από την ανακυκλιζόμενη φόρτιση του σεισμού. Στην επόμενη εφαρμογή του φορτίου στη ίδια κατεύθυνση, η επιμηκυμένη ενίσχυση δεν είναι αποτελεσματική ακόμη και σε εφελκυσμό έως ότου τεντωθεί ώστε να εφελκυστεί περισσότερο. Κατά συνέπεια, η ικανότητα ενεργειακής διάχυσης εκφυλλίζεται πολύ γρήγορα. 17

22 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Αντίθετα, στη διάταξη ενίσχυσης που προτάθηκε από τον Pall (1983) κάθε ενίσχυση περιλαμβάνει και μία διάταξη τριβής. Η διάταξη είναι σχεδιασμένη για να μην ολισθαίνει κάτω από μόνιμες φορτίσεις και μέτριους σεισμούς. Κατά τη διάρκεια ενός σοβαρού σεισμού, οι διατάξεις ολισθαίνουν υπό ένα προκαθορισμένο φορτίο, πριν εμφανιστεί διαρροή στα άλλα στοιχεία του πλαισίου της κατασκευής. Εάν οι ενισχύσεις σχεδιάζονται για να μην λυγίσουν υπό θλίψη τότε ένας σύνδεσμος τριβής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ολισθήσει υπό εφελκυσμό και θλίψη. Τα συχνότερα χρησιμοποιημένα εφελκόμενα συστήματα ενίσχυσης απαιτούν ειδικούς μηχανισμούς όπως φαίνεται στο σχήμα 1.4. Ο εφελκυσμός σε μία από τις ενισχύσεις αναγκάζει την ένωση να ενεργοποιεί τις τέσσερις συνδέσεις που αναγκάζουν την ένωση στην άλλη διεύθυνση να ολισθήσει ταυτόχρονα. Οι αναλυτικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν από τον Pall (1983) συνέκριναν την αποτελεσματικότητα των διαφορετικών μελών του LFRS για ένα δεκαώροφο μεταλλικό πλαίσιο. Τα συμπεριλαμβανόμενα συστήματα ήταν ένα καμπτικό πλαίσιο, ένα ενισχυμένο καμπτικό πλαίσιο και ένα ενισχυμένο πλαίσιο τριβής απόσβεσης. Ανελαστικές δυναμικές αναλύσεις που εκτελέστηκαν χρησιμοποιώντας το αρχείο σεισμού του EL CENTRO 1940 έδειξαν ότι η ενσωμάτωση των διατάξεων τριβής στη διάταξη ενίσχυσης βελτιώνει εντυπωσιακά την σεισμική απόκριση της κατασκευής. Για τον σεισμό μελέτης οι ροπές των δοκών, οι ροπές των στύλων και οι τέμνουσες βάσης του πλαισίου τριβής απόσβεσης ήταν περίπου 40%, 70%, και 70%, αντίστοιχα, των άλλων συστημάτων. Το καμπτικό πλαίσιο της κατασκευής τριβής απόσβεσης παρουσίασε ελαστική συμπεριφορά καθ όλη την διάρκεια της σεισμικής απόκρισης. Αντίθετα, τα υπόλοιπα συστήματα παρουσίασαν διαρροή σε έναν μεγάλο αριθμό μελών. Τρόποι εφαρμογής στην κατασκευή: Ομόκεντρης ενίσχυσης: (α) (β) (γ) Σχήμα 1. 5 :α) Πλαίσιο αντίστασης (MRF) β) Ομόκεντρα ενισχυμένο πλαίσιο (CBF) γ) Διπλό σύστημα ενισχυμένο (MRF CBF) 18

23 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Τα κύρια πλεονεκτήματα του MRF είναι η ολκιμότητα και η ικανότητα ενεργειακού διασκεδασμού, τα οποία κάνουν το σύστημα αρκετά ασφαλές κατά τη σεισμική διέγερση του εδάφους. Ώμος η ακαμψία και η αντίσταση του MRF στην πλευρική διεύθυνση δεν είναι επαρκείς για να αποτρέψουν τις μεγάλες κλίσεις ορόφων λόγω της σεισμικής διέγερσης. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σημαντική ζημία στα μη φέροντα στοιχεία, ακόμη και κατά τη διάρκεια των μικρής έντασης, συχνών σεισμών. Όποτε, ήταν απαραίτητο είτε να αυξηθούν οι διατομές των δομικών στοιχείων είτε να εφαρμοστεί ένα βοηθητικό σύστημα. Το τελευταίο ήταν προφανώς πιο οικονομικό και ένα διαγώνιο σύστημα ενίσχυσης υιοθετήθηκε (σχήμα 1.5β). Οι σεισμικές δοκιμές του συμβατικού ομόκεντρου ενισχυμένου πλαισίου (CBF) απέδειξαν ότι ανταποκρίνεται επαρκώς για κατακόρυφα φορτία, ωστόσο το σύστημα αυτό δεν έχει καλή απόκριση όταν υποβάλλεται σε ισχυρούς σεισμούς. Ο κύριος λόγος είναι ότι τα στηρίγματα λυγίζουν λόγω θλίψης οδηγώντας σε : (1) πρόωρη αστοχία του συστήματος. (2) σημαντική επιδείνωση της πλευρικής αντίστασης της κατασκευής, και (3) μικρή ικανότητα ενεργειακής απόσβεσης του πλαισίου έτσι, τα CBF θεωρείται ανασφαλής και δεν συνιστώνται για την οικοδόμηση ψηλών κτηρίων. Τα μειονεκτήματα και του MRF και του CBF μπορούν να αποφευχθούν μερικώς με το συνδυασμό αυτών των συστημάτων (σχήμα 1.5γ). Το ομόκεντρα ενισχυμένο MRF (διπλό σύστημα) θα ήταν αρκετά δύσκαμπτο κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου σεισμού. Αλλά, η συνεισφορά των χιαστή στηριγμάτων περιορίζεται στα χαμηλότερα επίπεδα διέγερσης και η μόνη γραμμή αντίστασης κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης σεισμικής διέγερσης είναι το MRF, που σημαίνει ότι το σύστημα αυτό δεν προσφέρει στην κατασκευή. Πρόσφατες έρευνες έχουν δείξει ότι η απόδοση του συστήματος μπορεί να βελτιωθεί από τον κατάλληλο σχεδιασμό των χιαστή στηριγμάτων αυξάνοντας την διατομή τους, αλλά και πάλι δεν μπορεί να αποφευχθεί ο λυγισμός τους. Έκκεντρης ενίσχυσης: Σχήμα 1. 6: Έκκεντρα ενισχυμένα πλαίσια (EBF) 19

24 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Τα έκκεντρα ενισχυμένα πλαίσια (EBF), που προταθήκαν αρχικά από τους Roeder και Popov, παρουσιάζουν σημαντική βελτίωση έναντι των διπλών συστημάτων (σχήμα 1.6). Τα βαρύτερα στηρίγματα υιοθετήθηκαν για να αναγκάσουν τον διατμητικό μηχανισμό να εμφανιστεί στη "κοντή δοκό " πριν από το λυγισμό του στηρίγματος συμπίεσης. Κατά συνέπεια, το EBF προσφέρει ισάξια αρχική αντίσταση όπως το CBF και αρκετά καλύτερης απόδοσης κατά την ανελαστική συμπεριφορά. Εκτός από τη μεγαλύτερη ικανότητα ενεργειακής απορρόφησης του διατμητικού μηχανισμού (έναντι του λυγισμού των στηριγμάτων), αυτό το σύστημα εισάγει μια πρόσθετη γραμμή αντίστασης. Μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε τα κοντά στοιχεία να διαρρέουν πρώτα, μετά να εμφανίζεται ο λυγισμός των θλιβόμενων στοιχείων και τέλος να διαρρέουν τα κύρια στοιχεία της κατασκευής. Είναι επίσης σημαντικό ότι αντίθετα από το διπλό CBF σύστημα, εδώ η ζημία συγκεντρώνεται κυρίως στα "κοντά στοιχεία" που είναι αρκετά εύκολο να αντικατασταθούν μετά από έναν ισχυρό σεισμό. Η απόδοση EBF σε σεισμικά φορτία αποτέλεσε το αντικείμενο των διάφορων εκτενές πειραματικών και αναλυτικών μελετών, και η άριστη απόδοσή του έχει επιβεβαιωθεί πολλές φορές. Το μόνο μειονέκτημα του EBF είναι ότι ο μηχανισμός βρίσκεται μέσα στα κύρια δομικά στοιχεία. Ακόμα κι αν δεν έχει επιπτώσεις στη σταθερότητα του κτηρίου, η αντικατάσταση ή επισκευή αυτών των στοιχείων είναι περίπλοκη, χρονοβόρα και ακριβή. Ενισχυμένα πλαίσια με γόνατο: Σχήμα 1. 7: Γόνατο ενισχυμένα πλαίσια(kbf) Μερικές προσπάθειες έχουν γίνει για να αποσυνδέσουν το μηχανισμό ελέγχου από τα κύρια δομικά στοιχεία, διατηρώντας τα πλεονεκτήματα του EBF. Αυτό οδήγησε στην τοποθέτηση των βοηθητικών γονάτων μέσα στο ενισχυμένο σύστημα. Η εισαγωγή των πρόσθετων αυτών στοιχείων μπορεί να φανεί αντιοικονομική έναντι του συστήματος EBF. Δεδομένου όμως ότι αυτά τα στοιχεία δεν είναι μέρος του MRF, μπορούν να είναι ελαφρύτερα και ικανά να αναπτύξουν ένα μηχανισμό διαρροής ακόμα και όταν χρησιμοποιούνται στηρίγματα μικρής διατομής. Σύμφωνα με το ότι τα πολύ βαριά στηρίγματα ήταν ουσιαστικά για το EBF, αυτή η διάταξη δεν οδηγεί απαραίτητα σε αύξηση του βάρους του συστήματος. Τα ενισχυμένα πλαίσια με γόνατο (KBF), που παρουσιάζονται στο σχήμα 1.7 προτάθηκαν από τους Aristizabal Ochoa.Χρησιμοποιώντας απλές ελαστοπλαστικές αναλύσεις για σύγκριση του KBF και του EBF, έχουν καταδείξει τα πλεονεκτήματα του προτεινόμενου συστήματος μεγαλύτερες πλευρικές ακαμψία, καθώς επίσης και την υψηλότερη ικανότητα ενεργειακού διασκεδασμού, χωρίς ζημίες στο κύριο πλαίσιο. Προφανώς το KBF είναι απλό, οικονομικό, εύκολα εφαρμοζόμενο και επισκευάσημο. 20

25 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Μια εκτενής αναλυτική και πειραματική έρευνα από τους Bourahla και Blakeborough (ερευνητικό κέντρο σεισμολογίας, πανεπιστήμιο του Μπρίστολ), για να ελέγξει την αποδοτικότητα του KBF. Στη δοκιμή αυτή χρησιμοποιηθήκαν τα μοντέλα MRF, XKBF, KKBF, NKBF κλίμακας 1/12 όπως φαίνονται στο σχήμα 1.8 Από τα παραπάνω διαπιστώνεται η άριστη απόδοση του KBF. Το γεγονός ότι διαρρέουν πρώτα τα γόνατα και μετά τα στηρίγματα απέτρεψε την σοβαρή ζημία στο κύριο πλαίσιο. Η σειρά με την οποία διαρρέουν τα στοιχεία αποδεικνύει ότι το γόνατο λειτουργεί σαν μια πρόσθετη γραμμή αντίστασης. MRF XKBF KKBF NKBF Σχήμα 1. 8: Πειραματική μελέτη KBF της διαμόρφωσης δοκιμής Βασικό μειονέκτημα του KBF είναι ότι σε χαμηλά επίπεδα διέγερσης (μικροί σεισμοί), ενώ το MRF παραμένει στην ελαστική περιοχή, παρουσιάζονται σημαντικές παραμορφώσεις στα γόνατα. Στην περίπτωση μέτριων σεισμών υπάρχει το ενδεχόμενο καταστροφής του συστήματος γεγονός που οδήγησε στη περιορισμένη χρήση της διάταξης αυτής. Διατάξεις τριβής με χιαστί ενίσχυση Ο Αναγνωστίδης (1989, 1990) πρότεινε έναν νέο τύπο διάταξης τριβής, διαγώνια ενισχυμένη μόνο υπό εφελκυσμό. Δύο παραλλαγές της προτεινόμενης διάταξης παρουσιάζονται στο σχήμα Σε αντίθεση με την διάταξη τριβής που προτάθηκε από τον Pall (1983) στην οποία οι ενώσεις τριβής ολισθαίνουν ακολουθώντας μία γραμμική τροχιά, οι προτεινόμενες διατάξεις ακολουθούν έναν απλούστερο σχεδιασμό βασισμένο στη χρήση περιστροφικών συνδέσμων τριβής. Αυτές οι ενώσεις αποτελούνται από τους δακτυλίους τριβής που κοχλιώνονται στα πιάτα χάλυβα και τους δακτυλίους διανομής με υψηλής αντοχής κοχλίες. Η αντοχή της διάταξης εξαρτάται από το υλικό, τις διαστάσεις των λάστιχων και της πίεσης που εφαρμόζεται από τους κοχλίες. Διάφορα υλικά τριβής εξετάστηκαν κάτω από κυκλική τριβή χρησιμοποιώντας έναν περιστροφικό σύνδεσμο τριβής. Τα υλικά που δοκιμάστηκαν ήταν ο χυτοσίδηρος, το Nitroy 40B, ο ανοξείδωτος χάλυβας, το υλικό τριβής FF Ferrodo, και το υλικό τριβής 3501F. Από την άποψη υστερητικής συμπεριφοράς το υλικό 3701F Ferrodo βρέθηκε ότι είναι το καλύτερο από όλα τα υλικά τριβής που δοκιμάστηκαν, παρουσιάζοντας προβλέψιμο και σταθερό φορτίο ολίσθησης για πλήθος κύκλων που αναμένονται κατά τη διάρκεια της σεισμικής διέγερσης. Εντούτοις το υλικό τριβής 3701F Ferrodo εμφανίζει φαινόμενα ερπυσμού κάτω από μόνιμη θλιπτική δύναμη και, ως εκ τούτου, η μακροπρόθεσμη απόδοση πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά κατά τον σχεδιασμό των διατάξεων τριβής. Διαπιστώθηκε όμως ότι με το επανασφίξιμο των 21

26 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ διατάξεων μετά από δύο περιόδους 14 ημερών, ο ερπυσμός αποβλήθηκε ως πιθανό πρόβλημα. Σχήμα 1. 9 Σχήμα 1. 10: Διατάξεις τριβής για χιαστί ενίσχυση που προτάθηκε από τον Αναγνωστίδη (1989,1990) Δύο κατασκευαστικά μοντέλα μειωμένης κλίμακας εξετάστηκαν σε σεισμική φόρτιση που επιβλήθηκε από σεισμική τράπεζα. Τα δεδομένα της σεισμικής τράπεζας ήταν τεχνητά αρχεία σεισμού με κυρίαρχες ιδιοσυχνότητες κοντά στη θεμελιώδη ιδιοσυχνότητα των μοντέλων. Το πρώτο μοντέλο που δοκιμάστηκε ήταν ένα μοντέλο 1/3 κλίμακας αντιπροσωπευτικό του πρώτου ορόφου ενός πολυώροφου ενισχυμένου μεταλλικού πλαισίου (Αναγνωστίδης και Hargreaves 1990). Το δεύτερο μοντέλο που δοκιμάστηκε ήταν ένα μοντέλο 1/6 κλίμακας των πρώτων δύο ορόφων ενός πολυώροφου ενισχυμένου μεταλλικού πλαισίου (Αναγνωστίδης 1989). Το σχήμα 1.11 συγκρίνει την απόκριση δύναμης μετατοπίσεων του τελευταίου ορόφου του διώροφου μοντέλου με και χωρίς διατάξεις στο πλαίσιο του ίδιου αρχείου σεισμού. 22

27 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Σχήμα 1. 11: Απόκριση για διώροφο μοντέλο με και χωρίς διατάξεις ενίσχυσης (Αναγνωστίδης 1990) Η κύρια συμβολή του Αναγνωστίδη για την περαιτέρω ανάπτυξη των διατάξεων τριβής απόσβεσης ήταν η υιοθέτηση της περιστροφικής τριβής σε αντιδιαστολή με τη μεταφορική τριβή που χρησιμοποιήθηκε από τους προηγούμενους ερευνητές. Αναμένεται ότι οι περιστροφικές διατάξεις τριβής είναι ευκολότερο να κατασκευαστούν και συνεπώς, φτηνότερες. Επιπλέον, πιο σταθερή υστερητική συμπεριφορά της τριβής μπορεί να επιτευχθεί στις περιστροφικές διατάξεις επειδή η γεωμετρία των πηγών τριβής ευνοεί την εφαρμογή μιας πιο ομοιόμορφης πίεσης στερέωσης στο υλικό τριβής Η έννοια της χαμηλής προσβολής σεισμικής ενέργειας Ένας μεγάλος αριθμός υπάρχουσων κατασκευών μπορεί να παρουσιάσει ανεπαρκή ικανότητα παραμόρφωσης για σεισμική φόρτιση. Ως αποτέλεσμα αυτού, πολλές συμβατικές και καινοτόμες τεχνικές επανασχεδιασμού έχουν αναπτυχθεί και έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικές στη μείωση της ευπάθειας των υπαρχουσών κατασκευών με προσδοκώμενη ανεπαρκή σεισμική συμπεριφορά. Εντούτοις, αυτές οι τεχνικές μπορούν να γίνουν δομικά προσβλήσιμες που προκαλούν ανεπιθύμητα «πλευρικά φαινόμενα» επίσης έχουν σημαντικό κόστος εργασίας στην κατασκευή, μεγάλες αυξήσεις του βάρους της κατασκευής και της τέμνουσας βάσης, επιβάλλουν κρίσιμες αλλαγές στην κάτοψη του οικοδομήματος και ενοχλούν τους ιδιοκτήτες της οικοδομής. Σε ακραίες περιπτώσεις, το πλάνο επανασχεδιασμού απαιτεί την ενίσχυση του αρχικού συστήματος λόγω των μεγάλων αυξήσεων της τέμνουσας βάσης. Σε μία προσπάθεια παροχής λύσεων στο παραπάνω πρόβλημα, έχουν προταθεί χαμηλής προσβολής μεθόδοι επανασχεδιασμού, βασισμένες σε τοπική ή σφαιρική ενσωμάτωση διατάξεων διαχύσεως ενέργειας μέσα σε έναν πλαισιακό φορέα. Ένας μεγάλος αριθμός μη γραμμικών σεισμικών αναλύσεων έχει προτείνει ότι οι διατάξεις χρησιμοποιούμενες κατ αυτό τον τρόπο εισάγουν σημαντική υστερητική απόσβεση ως βασική απόκριση στην σεισμική διέγερση. 23

28 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Η τοπική ενίσχυση που εξηγείται στο σχήμα 1.12a αναπτύχθηκε ως εναλλακτική λύση στη χρήση του χάλυβα ενίσχυσης με ή χωρίς διατάξεις. Όταν ένα ενισχυμένο σύστημα εγκαθίσταται σε ένα υπάρχον κτίριο μπορούν να προκύψουν διάφορα προβλήματα. Αυτό περιλαμβάνει τη σημαντική διαταραχή στους κατόχους και την απώλεια εισοδήματος λόγω σημαντικών αλλαγών στη διαθεσιμότητα του χώρου και τη λειτουργία του κτιρίου μετά από την επέμβαση. Για παράδειγμα τα προβλήματα που θα προέκυπταν εάν ο χάλυβας ενίσχυσης συμπληρωματικής απόσβεσης ήταν εγκαταστημένος σε ένα ανοικτό πάτωμα που εξετάστηκε ρητά στον αρχικό αρχιτεκτονικό σχεδιασμό. Για παράδειγμα ένα επίγειο επίπεδο που χρησιμοποιείται ως πάρκινγκ ή τμήμα καταστήματος. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.12a, για την τοπική ενίσχυση ( Martinez Rueda ), οι περιστροφικές υστερητικές διατάξεις ενσωματώνονται γύρω από τις αναμενόμενες πλαστικές αρθρώσεις. Το καλιμπράρισμα των διατάξεων είναι αρκετά απλό και απαιτεί την αξιολόγηση της μέγιστης περιστροφικής δύναμης της διάταξης που συντηρεί τον αρχικό μηχανισμό κατάρρευσης της δομής χωρίς διατάξεις. Γενικά, οι αυξήσεις της δύναμης, της ακαμψίας και της τέμνουσας βάσης είναι κάτω από 20%. Το σχήμα 1.12b παρουσιάζει μια λεπτομέρεια της περιστροφικής διάταξης τριβής, η οποία αποτελείται από τις λεπίδες ορείχαλκου και χάλυβα (που ενώνονται στα τμήματα χάλυβα) και τις λεπίδες σύνδεσης με ένα υψηλής αντοχής μπουλόνι. Όπως στην περίπτωση των SBC του Grigorian (1992), ( για πρακτικούς λόγους ο ορείχαλκος έχει επιλεχτεί ως υλικό τριβής) και μια ροδέλα Belleville μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μηχανισμός αντίδρασης στην ένδυση λόγω της τριβής, που αποτρέπει την απώλεια της δύναμης σύσφιξης.. Σχήμα 1. 12: Μερικές εναλλακτικές λύσεις ενσωμάτωσης χαμηλής προσβολής υστερητικών συσκευών 24

29 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Αν και η τοπική ενίσχυση φαίνεται αποτελεσματική από θεμελιώδους και οικονομικούς λόγους, φαίνεται ότι σε μερικές περιπτώσεις η τεχνική μπορεί να απαιτήσει την εγκατάσταση ενός μεγάλου αριθμού διατάξεων. Συνεπώς, έχει προταθεί η γενική προσέγγιση (Martinez Rueda 1999,2000) που διευκρινίζεται στα σχήματα 1.12c και d. Τα συστήματα του σχήματος συνδυάζουν τα οφέλη ενός παθητικού ελέγχου της αρχικής περιόδου της κατασκευής (προτού να ενεργοποιηθούν οι διατάξεις) με αυτήν της ενίσχυσης με σταθερή υστερητική απόκριση και υψηλή ικανότητα ενεργειακής διάχυσης (όταν ενεργοποιούνται οι διατάξεις). Μπορεί εύκολα να φανεί ότι τα προτεινόμενα συστήματα ενίσχυσης υιοθετούν σκόπιμα μια γεωμετρία που ευνοεί την ενεργοποίηση των περιστροφικών υστερητικών διατάξεων στις ξεχωριστές θέσεις των στηριγμάτων. Η υιοθετημένη γωνία κλίσης των δοκών στέγης ή η γεωμετρία της αψίδας ενίσχυσης πρέπει να αποφασιστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις των πελατών για την αισθητική και τον χώρο. Ως εκ τούτου, με την υιοθετημένη γεωμετρία η απώλεια χώρου που συνδέεται με την εγκατάσταση των στηριγμάτων μπορεί να ελεγχθεί από τον σχεδιαστή. Αντίθετα, η υιοθέτηση της παραδοσιακής γεωμετρίας στηριγμάτων όπως ο σταυρός ή η ενίσχυση με χιαστί είναι λιγότερο εύκαμπτη από την άποψη ικανότητας για εγκατάσταση πορτών ή την κυκλοφορία μέσω του ανοιχτού χώρου που αρχικά υπάρχει στην κατασκευή. Για ένα επανασχεδιασμό που χρησιμοποιείται η γενική προσέγγιση, δεν είναι αρκετό να προσδιοριστούν στις διατάξεις η περιστροφική δύναμη που εγγυάται τη σταθερή και ελαστική συμπεριφορά των δοκών στέγης χάλυβα ή των τμημάτων αψίδων. Για να είναι ευεργετική ενεργοποίηση διατάξεων, οι πολύ μεγάλες δυνάμεις στις διατάξεις πρέπει να αποφευχθούν, γιατί οδηγούν στην υπερβολική αύξηση πλευρικής δύναμης ασύμβατη με την δύναμη των τμημάτων πλαισίων. Το σχήμα 1.12e παρουσιάζονται μερικές ιδέες για τη ενσωμάτωση διατάξεων στην περίπτωση των κατασκευών γεφυρών (Martinez Rueda 1999). Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι η εφαρμογή των ανωτέρω τεχνικών επανασχεδιασμών χαμηλής προσβολής τροποποιεί τις απαιτήσεις κάμψης και τέμνουσας των περιοχών που περιβάλλουν τις συνδέσεις μεταξύ της συγκέντρωσης των διατάξεων και των τμημάτων των πλαισίων. Επομένως, μερικές από αυτές τις περιοχές πρέπει να ενισχυθούν, όταν απαιτείται. Ειδικότερα, για την περίπτωση των συγκεκριμένων πλαισίων, η εγκατάσταση είτε προεντεταμένων αναβολέων (Kahn 1980, UNIDO 1983) είτε τοπικών περιβλημάτων χάλυβα (Aboutaha και Jirsa 1996) είναι παραδείγματα των αποτελεσματικών και απλών τεχνικών για να επιτευχθεί αυτός ο σκοπός. Είναι επίσης σαφές, ότι οι τεχνικές χαμηλής προσβολής μπορούν να εφαρμοστούν είτε στις νέες είτε στις υπάρχουσες κατασκευές χρησιμοποιώντας είτε την τριβή είτε τις διατάξεις διαρροής. Αν και σε αυτές τις τεχνικές αρχικά γινόταν η χρησιμοποίηση των διατάξεων τριβής, ένας αριθμός διατάξεων διαρροής μπορούν να προσαρμοστούν εύκολα σε κάθε περίπτωση για ένα χαμηλό επίπεδο σεισμικής προσβολής. 25

30 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ 1.3 Διατάξεις διαρροής Διατάξεις που συνδέονται με γεμίσματα τοίχων Όπως στην περίπτωση των διατάξεων τριβής, οι πρόωρες προτάσεις για τις διατάξεις διαρροής κατευθύνθηκαν προς την δημιουργία συστημάτων πλαισίων με πλήρωση. Ο Newmark και ο Rosenblueth (1971) περιγράφουν ένα σύστημα περιφερειακών συνδέσεων μετάλλων για να προστατεύσουν τα γεμάτα χωρίσματα από το σεισμό. Αυτό το σύστημα προτάθηκε από τον Guerero (1965) και παρουσιάζεται στο σχήμα 1.13α. Εάν η τέμνουσα και η ορθή δύναμη που απαιτούνται για να κάνουν την σύνδεση να διαρρεύσει, επιλεχθούν κατάλληλα, είναι δυνατό να υπάρξει ένας παθητικός έλεγχος στις πλευρικές δυνάμεις που η κατασκευή θα διαβιβάσει στο γεμάτο χώρισμα και θα χρησιμοποιήσει την ικανότητα ενεργειακής απορρόφησης των μεταλλικών συνδέσεων. Σχήμα 1. 13: Ενσωμάτωση διατάξεων διαρροής σε γεμίσματα τοίχων Αν και η ανωτέρω πρόταση του Guerrero (1965) μπορεί να είναι αποτελεσματική στην προστασία των γεμάτων, χωρισμάτων τοίχων στην κατασκευή, η υλοποίηση στην πράξη αυτού του συστήματος, εμφανίζεται να είναι μάλλον δυσλειτουργική και ως εκ τούτου ακριβή. Απαιτείται ένας πολύ μεγάλος αριθμός συνδέσεων μεταξύ των μεταλλικών και των τμημάτων του φορέα Ο/Σ. Αυτό θα οδηγούσε σε μια πολύ ακριβή διαδικασία κατασκευής που περιλαμβάνει την ενίσχυση γεμισμάτων με χάλυβα στους στύλους, τις δοκούς και το γεμάτο τοίχο. Ο Muto (1969) εισήγαγε μια μη συμβατική προσέγγιση σεισμικού σχεδίου που έχει χρησιμοποιηθεί στην Ιαπωνία, όπου διάφορα ψηλά κτήρια έχουν σχεδιαστεί με τα συγκεκριμένα, ενισχυμένα γεμάτα φατνώματα. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.13b, κάθε φάτνωμα έχει ένα σύνολο κάθετων σχισμών απόρροια του οποίου είναι κάθε φάτνωμα να ενεργεί ως μία σειρά από RC στύλους. Όταν ένα φάτνωμα παραμορφώνεται από εσωτερική εκτροπή ορόφου, οι πλαστικές αρθρώσεις διαμορφώνονται στη κορυφή και το κατώτατο σημείο κάθε ενεργού στύλου, απορροφώντας κατά συνέπεια την ενέργεια. 26

31 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Ο RC τοίχος με τις κατακόρυφες σχισμές του Muto εμφανίζεται να είναι η πρώτη εγγεγραμμένη εφαρμογή σε κατασκευές για ανελαστική συμπεριφορά. Αυτά τα στοιχεία μπορούν να θυσιαστούν κατά τη διάρκεια ενός σημαντικού σεισμού και, από την άποψη της περιορισμένης τους ολκιμότητας και της δυνατότητας επισκευής τους, μπορούν να θεωρηθούν ως φτωχές διατάξεις ενεργειακού διασκεδασμού για τα πρότυπα του σήμερα. Στην πραγματικότητα, αν και αποτελούν πρόοδο στο σεισμικό σχεδιασμό, η χρήση των τοίχων μπορεί να οδηγήσει σε μερικά μειονεκτήματα, ιδιαίτερα εάν τα φατνώματα χρησιμοποιούνται στον επανασχεδιασμό ενός υπάρχοντος κτιρίου. Οι τοίχοι προσθέτουν βάρος στην κατασκευή και συνεπώς και στις δυνάμεις αδράνειας που παράγονται από την κίνηση σεισμού. Επιπλέον, το ενισχυμένο σκυρόδεμα υφίσταται γρήγορη επιδείνωση για κυκλική πλαστική παραμόρφωση. Θα φαινόταν λογικότερο να χρησιμοποιηθεί το ενισχυμένο σκυρόδεμα για να μεταφέρει τα κάθετα φορτία και να χρησιμοποιήσει την πλαστική παραμόρφωση του χάλυβα για να απελευθερώσει την ενέργεια. Επιπλέον, σε περίπτωση καταστρεπτικού σεισμού, η αφαίρεση και η αντικατάσταση τοίχου που έχει αστοχήσει θα περιλαμβάνει βεβαίως σημαντική εργασία στην κατασκευή, κάτι που έχει επιπτώσεις στην λειτουργία του κτιρίου Καμπτικά πλαίσια αντοχής με στοιχεία ADAS Μια από τις δημοφιλέστερες διατάξεις ενεργειακής απόσβεσης τύπου χάλυβαπιάτων, εισήχθησαν στη διατομή των ενισχυμένων διαγώνιων στηριγμάτων και είναι τα στοιχεία που προσδίδουν πρόσθετη δυσκαμψία και απόσβεση (ADAS). Το σχήμα 1.14a παρουσιάζει ένα MRF που ενσωματώνονται τα στοιχεία ADAS στη σύνδεση μεταξύ των ενισχυμένων διαγώνιων στηριγμάτων και του συστήματος πατωμάτων. Όταν τα στοιχεία ADAS είναι κατάλληλα σχεδιασμένα και εφαρμοσμένα, μπορούν να αυξήσουν την αντοχή, την ακαμψία και την ικανότητα διασκεδασμού ενέργειας των καμπτικών πλαισίων. Στην περίπτωση των ομόκεντρα ενισχυμένων πλαισίων, η εισαγωγή των στοιχείων ADAS οδηγεί σε μια ουσιαστική αύξηση της ικανότητας ενεργειακής διάχυσης ανά μονάδα ορόφου. Συνήθως, τα στοιχεία ADAS αποτελούνται από πιάτα μαλακού χάλυβα τριγωνικής ή μορφής Χ, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.14b. Το εκλεπτυσμένο τμήμα των διατάξεων επιτρέπει την ομοιόμορφη κατανομή των πλαστικών παραμορφώσεων κατά μήκος του ύψους των διατάξεων. Αυτό οδηγεί σε μέγιστες κυρτότητες και σε εντάσεις στα πιάτα που θα είναι σημαντικά μικρότερες από εκείνες σε ένα ορθογώνιο πιάτο για παρόμοιες πλευρικές μετατοπίσεις. Σχήμα 1. 14: Καμπτικά πλαίσια αντοχής με στοιχεία ADAS (Whittaker et al. 1991) 27

32 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Ο Whittaker (1991) διεύθυνε ένα ερευνητικό πρόγραμμα για να αξιολογηθεί η καταλληλότητα των στοιχείων ADAS για την αναβάθμιση των καμπτικών πλαισίων. Διάφοροι συνδυασμοί τεσσάρων πιάτων, έξι πιάτων, και επτά πιάτων στοιχείων ADAS εξετάστηκαν κάτω από μονότονη και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Τα μηχανικά χαρακτηριστικά τα οποία επηρέασε περισσότερο η χρησιμοποίηση ενός στοιχείου ADAS βρέθηκε ότι είναι η ελαστική ακαμψία, η αντοχή διαρροής και η μετατόπιση διαρροής Δ γ. Η κατάλληλη μετατόπιση σχεδιασμού του στοιχείου ADAS, συμβατή με τις απαιτήσεις που επιβάλλονται από τον σεισμό σχεδιασμού, βρέθηκε ότι είναι 3Δγ. Για μια περιοχή υψηλού σεισμικού κινδύνου, προτάθηκε ότι τα στοιχεία ADAS πρέπει να είναι σε θέση να υποστηρίξουν τα μηχανικά χαρακτηριστικά τους για τουλάχιστον 15 έως 20 κύκλους. Όλα τα δοκιμασμένα στοιχεία ADAS επέδειξαν σταθερή υστερητική συμπεριφορά μέχρι ένα εύρος μετατοπίσεων 3Δγ. Ένα στοιχείο ADAS επτά πιάτων υποβλήθηκε σε έναν μεγάλο αριθμό κύκλων διαρροής με αυξανόμενο πλάτος μεταξύ 3Δγ, και 14Δγ. Η αντοχή και η ακαμψία αυτού του στοιχείου δεν εκφυλίστηκαν και ικανοποίησαν τις μέγιστες αξιόπιστες απαιτήσεις ορίων σεισμού. Προτάθηκε ότι η ευαισθησία των στοιχείων ADAS στην αστοχία από γήρανση σε χαμηλούς κύκλους είναι αμελητέα εκτός αν η πλευρική δύναμή τους είναι τόσο χαμηλή που υποβάλλονται σε περισσότερους από 100 κύκλους σε επίπεδο μετατοπίσεων που υπερβαίνει το 10Δγ Η σεισμική απόδοση των στοιχείων ADAS ερευνήθηκε επίσης μέσω μιας σειράς δοκιμών σε σεισμική τράπεζα ενός καμπτικού μεταλλικού πλαισίου τριών ορόφων. Οι κινήσεις εισαγωγής που χρησιμοποιήθηκαν στην μελέτη περιέλαβαν το σεισμό EL CENTRO 1940 NS, της Χιλής, Llolleo το 1985 Ν10Ε και ένα αρχείο που συστάθηκε από το φάσμα απόκρισης μαλακού εδάφους του 1988 UBC. Το πλαίσιο εξετάστηκε τόσο χωρίς ενισχύσεις όσο και με τα στοιχεία ADAS στη διατομή των ενισχύσεων διαγώνιων στηριγμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ενσωμάτωση στοιχείων ADAS βελτίωσε την συμπεριφορά του γυμνού πλαισίου. Το εξεταστικό πρόγραμμα κατέδειξε επίσης τα τρία σημαντικά πλεονεκτήματα των ενισχυμένων πλαισίων με τα στοιχεία ADAS: (1) οι ανελαστικές παραμορφώσεις και η διάχυση υστερητικής ενέργειας μπορούν να περιοριστούν σε έναν περιορισμένο αριθμό, προκαθορισμένων, εύκολα αναπληρώσιμων στοιχείων (2) για μικρά και μέτρια επίπεδα σεισμικής έντασης, η διαρροή των στοιχείων ADAS μπορεί να οδηγήσει σε μια σημαντική μείωση των παραμορφώσεων των ορόφων και (3) η σταθερή υστερητική συμπεριφορά του συστήματος ενίσχυσης μπορεί να διατηρηθεί καθ όλη τη διάρκεια ενός ισχυρού σεισμού. Μια ενδιαφέρουσα παραλλαγή των στοιχείων ADAS είναι οι διατάξεις τριγωνικώνπιάτων προστιθέμενης απόσβεσης και δυσκαμψίας (ΤADAS ) που ερευνήθηκαν από τον Tsai ( ). Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.15, τα στοιχεία TADAS αποτελούνται από μια σειρά τριγωνικών πιάτων χάλυβα που συνδέουν τις ενισχύσεις διαγώνιων στηριγμάτων με τις δοκούς των μεταλλικών πλαισίων. Σε αντίθεση με τα στοιχεία ADAS όπου τα Χ διαμορφωμένα πιάτα κοχλιώνονται μαζί μέσω δύο ακρών κάθε πιάτου, τα τριγωνικά πιάτα των στοιχείων TADAS συνδέονται σε ένα πιάτο βάσεων χρησιμοποιώντας μια συγκόλληση όπως υποδεικνύονται στο σχήμα Τα πειραματικά αποτελέσματα έχουν δείξει ότι παρά την στενότητα των συγκολλήσεων ελαφριών λωρίδων στη περιοχή της μέγιστης τάσης στα τριγωνικά πιάτα, τα στοιχεία TADAS παρουσιάζουν σταθερή υστερητική συμπεριφορά κάτω από κυκλικά αυξανόμενο φορτίο, χωρίς σημάδια εκφυλισμού της δυσκαμψίας ή της αντοχής για πλάτη περιστροφής μεγαλύτερα των 0,29 ακτινίων. Μετά 28

33 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ από την κατάλληλη κυκλική συμπεριφορά που παρατηρήθηκε στις δοκιμές των στοιχείων TADAS, ένα μεγάλης κλίμακας διώροφο μεταλλικό πλαίσιο εξετάστηκε κάτω από σεισμική φόρτιση ακολουθώντας μια ψευδό δυναμική διαδικασία. Όπως αναμενόταν, η παρατηρηθείσα συμπεριφορά ήταν παρόμοια με αυτήν των μεταλλικών πλαισίων με στοιχεία ADAS. Σχήμα 1. 15: Στοιχεία TADAS (Tsai et al. 1992) Μια ενδιαφέρουσα πρόταση ενός εξελιγμένου ενισχυμένου συστήματος που συνδυάζει την οικονομία της εφελκυστικής διαγώνιας ενίσχυσης με την καλή υστερητική συμπεριφορά των στοιχείων ADAS προτάθηκε από τον Pocanschi το (1990). Το προτεινόμενο σύστημα παρουσιάζεται στο σχήμα 1.16 και αποτελείται από ένα κλειστό διαγώνια ενισχυμένο σύστημα που λειτουργεί μόνο σε εφελκυσμό, τοποθετημένο στο κατώτατο σημείο των στύλων και είναι ικανό να μετακινηθεί στις ακραίες γωνίες του πλαισίου. Μια εφελκυστική διάταξη παρόμοια με ένα στοιχείο ADAS συνδέεται μεταξύ του πλαισίου και της ενίσχυσης καλωδίων προκειμένου να ελεγχθεί η σχετική τους μετατόπιση. Λόγω της συνέχειας του ενισχύοντα μηχανισμού, η επιμήκυνση του μήκους μιας εγκάρσιας ράβδου αντιστοιχεί σε ίδια βράχυνση του μήκους της άλλης εγκάρσιας ράβδου. Έτσι εάν το καλώδιο παραμείνει ελαστικό, για κυκλική φόρτιση και οι δύο διαγώνιες ενισχύσεις παραμένουν μόνιμα κάτω από ένταση. Σχήμα 1. 16: Κλειστή χιαστί ενίσχυση με συσκευή διαρροής (Pocanschi et al. 1990) 29

34 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Το κλειστό κύκλωμα του ενισχυμένου συστήματος όπως προτείνεται από τον Pocanschi αγνοεί τα πλεονεκτήματα των Χ διαμορφωμένων πιάτων χάλυβα όπως εκείνα που χρησιμοποιούνται στα στοιχεία ADAS,προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η ικανότητα ενεργειακής διάχυσης και η ικανότητα παραμόρφωσης των πιάτων. Ακόμη περισσότερο, όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, προκειμένου να επιτευχθεί σταθερή υστερητική συμπεριφορά, οι συγκολλήσεις πρέπει να πραγματοποιηθούν προσεκτικά κατά τέτοιο τρόπο ώστε να εμφανίζονται μακριά από τις περιοχές με τις προβλεπόμενες μέγιστες ανάγκες πλαστιμότητας Πλαίσια διαρροής Σύμφωνα με τον Tyler (1985), η διάταξη διαρροής που παρουσιάζεται στο σχήμα 1.17a προτάθηκε αρχικά προς το τέλος της δεκαετίας του '70 από τον David Smith και Robert Henry από το Aukland στην Νέα Ζηλανδία. Η διάταξη, αναφέρεται ως εφελκυστικό πλαίσιο και επιτυγχάνει την ενεργειακή απορρόφηση μέσω της διαρροής σε ένα ορθογωνικό πλαίσιο φτιαγμένο από στρόγγυλες ράβδους. Το πλαίσιο διαρροής είναι γεωμετρικά παρόμοιο με το πλαίσιο στο οποίο ενσωματώνεται και ως εκ τούτου τα δύο μέρη κάθε διαγώνιου είναι συγγραμικά. Κάτω από πλευρική κυκλική φόρτιση η διάταξη διαστρεβλώνεται σε ένα παραλληλόγραμμο που προωθεί μια σταθερή κυκλική συμπεριφορά χωρίς την προοδευτική χαλαρότητα που αναπτύσσεται κανονικά στην διαγώνια ενίσχυση κάτω από ισχυρή σεισμική φόρτιση. Μια διάταξη αυτού του τύπου θα αποδώσει ικανοποιητικά μόνο εάν οι ενισχύσεις φορτίζονται από δυναμικές οριζόντιες δυνάμεις που κυμαίνονται στο μηδέν. Εάν υπάρχει ένα τμήμα μόνιμων φορτίων στις οριζόντιες δυνάμεις τότε επίδραση ενός σεισμού θα έχει ως αποτέλεσμα να προκληθεί μια σταθερή μετακίνηση προς μια κατεύθυνση με το επακόλουθο κλείδωμα της διάταξης σε αυτή την κατεύθυνση. Οι κυκλικές δοκιμές ενός διαγώνιου ενισχυμένου συστήματος που ενσωματώνεται στη διάταξη διαρροής έδειξαν ότι πολλές εκατοντάδες κύκλοι φόρτισης θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν χωρίς την ανάπτυξη χαλαρότητας στις ενισχυμένες ράβδους. Το φαινόμενο του κλειδώματος εμφανίζεται για πολύ μεγάλες παραμορφώσεις αλλά αυτές θα είναι κανονικά έξω από το εύρος που προβλέπεται στο σχεδιασμό. Για παράδειγμα, θεωρούμε ένα ενισχυμένο σύστημα δοκιμασμένο από τον Tyler που απέδωσε καλά μέχρι και 200 κύκλους σε 1 Hz για πλευρικές μετατοπίσεις με κλίση 3,5% χωρίς ανάπτυξη χαλαρότητας. Σχήμα 1. 17: Διάταξη διαρροής πλαισίου για χιαστί ενίσχυση 30

35 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Ένας από τους σημαντικότερους περιορισμούς των διατάξεων διαρροής που δοκιμάστηκαν από τον Tyler είναι ότι η εγκάρσια διατομή του πλαισίου διαρροής είναι σταθερή, κατά συνέπεια η διάταξη χαίρει υψηλής συγκέντρωσης απαιτήσεων πλαστιμότητας γύρω από τις γωνίες της διάταξης μόνο. Ως εκ τούτου, μόνο ένας μικρός όγκος της διάταξης συμβάλλει στην ενεργειακή διάχυση. Ακόμη περισσότερο, η μελέτη Tyler είναι επίσης περιορισμένη υπό την έννοια ότι καμία δοκιμή δεν δοκιμάστηκε κάτω από σεισμική φόρτιση. Ο Ciampi και Samuelli Ferretti (1990) πρότειναν αρκετές διατάξεις για διαγώνια ενίσχυση. Όπως φαίνεται στα σχήματα 1.17, οι διατάξεις αποτελούνται από ένα εσωτερικό πλαίσιο διαρροής που κατασκευάζεται από χάλυβα. Μπορεί να αποδειχθεί ότι όταν εφαρμόζονται δυνάμεις κατά μήκος των διαγώνιων, το διάγραμμα καμπτικών ροπών στη διάταξη ποικίλλει γραμμικά, με μέγιστες τιμές στους κόμβους και μηδενικές τιμές στο κέντρο. Ως εκ τούτου, για να προωθήσουν μια ομοιόμορφη πλαστικοποίηση στην κάμψη, οι διατομές του πλαισίου διαρροής έπρεπε να ποικίλουν αναλόγως. Αυτό μπορεί να ολοκληρωθεί με το να ποικίλει το πλάτος ή το βάθος της διατομής, με έναν γραμμικό ή παραβολικό τρόπο, αναλόγως, όπως στην περίπτωση των διατάξεων που παρουσιάζονται στα σχήματα 1.17b και 1.18 αντίστοιχα. Προκειμένου να εξασφαλιστεί ότι η πλαστιμότητα εμφανίζεται πρώτιστα λόγω κάμψης και επίσης για να αντισταθεί σε διάτμηση και αξονική δύναμη, χρησιμοποιείται μια περιοχή μετάβασης σταθερού τμήματος στο κεντρικό μέρος των μελών της διάταξης. Η διάταξη που παρουσιάζεται στο σχήμα 1.18a είναι ελαφρύτερη και απαιτεί μια απλή διαδικασία επεξεργασίας. Στην πραγματικότητα αυτή η διάταξη μπορεί να κατασκευαστεί με την κοπή ενός ενιαίου πιάτου, αποφεύγοντας μια διαδικασία συγκόλλησης. Ο σχεδιασμός των διατάξεων γίνεται υποθέτοντας μια μέγιστη συμβατική πίεση χάλυβα 3%. Οι προτεινόμενες διατάξεις από τον Ciampi και τον Samuelli Ferretti έχουν δοκιμαστεί για από κυκλική φόρτιση. Το ιστορικό εφαρμοσμένων μετατοπίσεων αποτελούντα από ομοιόμορφες κυκλικές μετατοπίσεις που αντιστοιχούν σε μια μέγιστη πίεση χάλυβα ίση με 3%. Τα πειραματικά αποτελέσματα για την διάταξη με το μεταβλητό πλάτος (σχήμα 1.18a) έδειξαν ότι η επίδραση των γεωμετρικών μη γραμμικοτήτων παρήγαγε μια προφανή τάση σκλήρυνσης στην απόκριση της διάταξης. Μετά από 30 κύκλους σταθερής συμπεριφοράς, η απόκριση εκφυλλίστηκε σταδιακά έως κατάρρευσης στον 51ο κύκλο. Η αστοχία αποδόθηκε στην υπερβολικά μικρή απόσταση των συγκολλήσεων από τις ζώνες των μέγιστων πλαστικών παραμορφώσεων και στην τοπική ευθραυστότητα από το θερμικό σοκ λόγω της συγκόλλησης. Οι δοκιμές σε μια διάταξη με μεταβλητό βάθος (σχήμα 1.18a) παρουσίασαν ανεπιθύμητη κυκλική συμπεριφορά που συνδέεται με την συσσώρευση αξονικής πλαστικής παραμόρφωσης λόγω εφελκυσμού. Αυτές οι παραμορφώσεις οδήγησαν στην αύξηση του μεγέθους της διάταξης. Στις πραγματικές εφαρμογές, η αύξηση του μεγέθους της διάταξης μπορεί να συμβιβάσει την συμπεριφορά ολόκληρου του συστήματος ενίσχυσης. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, οι Ciampi και Samuelli Ferretti πρότειναν ότι η απόδοση της διάταξης θα μπορούσε να βελτιωθεί, εύκολα, χρησιμοποιώντας καρφωμένα πιάτα χάλυβα παράλληλα στις πλευρές της διάταξης όπως φαίνεται στο σχήμα 1.18b. Τέτοια συμπληρωματικά πιάτα λειτουργούν κάτω από αξονική δύναμη μόνο και σχεδιάζονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να παραμένουν ελαστικά, εξασφαλίζοντας ότι οι πλαστικές παραμορφώσεις στη διάταξη εμφανίζονται πρώτιστα από 31

36 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ κάμψη. Οι κυκλικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στην τροποποιημένη διάταξη έδειξαν ότι η επιμήκυνση μιας διαγώνιου γίνεται μηδέν καθώς η άλλη διαγώνιος επιστρέφει σε μηδενικό ελατό φορτίο. Αυτό οδηγεί σε σταθερή υστερητική συμπεριφορά, αποδεικνύοντας την αποτελεσματικότητα της τροποποιημένης διάταξης Σχήμα 1. 18: Πλαίσια διαρροής με χιαστί τμήματα με διάφορα πλάτη (Ciampi and Samuelli Ferretti 1990) Άλλοι τύποι διατάξεων διαρροής που προτάθηκαν από τον Ciampi και την ερευνητική του ομάδα (Ciampi 1993α και 1993b Ciampi 1995) είναι εκείνοι που παρουσιάζονται στο σχήμα Λόγω της μορφής τους, αναφέρονται ως Ε διαμορφωμένες και C διαμορφωμένες διατάξεις. Αυτές οι διατάξεις έχουν ένα απλούστερο σχεδιασμό και είναι εφαρμόσιμες στην ενίσχυση διαγώνιων στηριγμάτων. Όπως στην προηγούμενη διάταξη, χρησιμοποιείται ένα χονδρό πιάτο που δουλεύει στο επίπεδο, πάντα σε συνθήκες επίπεδης έντασης. Η γεωμετρία τους είναι τέτοια που εγγυάται σχεδόν ομοιόμορφη πλαστικοποίηση, τουλάχιστον για τις μικρές μετατοπίσεις. Το σχήμα 1.19 επεξηγεί την ενσωμάτωση των διατάξεων μέσα σε ένα ενισχυμένο σύστημα. Σε αυτήν την περίπτωση οι ενισχύσεις σχεδιάζονται για να αντιδράσουν ελαστικά τόσο σε ένταση όσο και σε θλίψη, ενώ οι διατάξεις παραμορφώνονται πλαστικά. Σχήμα 1. 19: Ε διαμορφωμένες και C διαμορφωμένες διατάξεις διαρροής (Ciampi et al. 1993b) 32

37 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ 1.4 Τελικές παρατηρήσεις Όπως επισημαίνεται από τον Skinner (1975), όταν πρακτικές υστερητικές διατάξεις απόσβεσης είναι διαθέσιμες, μπορούν να υιοθετηθούν ειδικές δομικές μορφές για να παρέχουν αντίσταση σε σεισμό. Η εμπειρία που έχει αποκτηθεί από το σχεδιασμό, την κατασκευή, τις δοκιμές και την μοντελοποίηση αυτών των υστερητικών διατάξεων κατά τη διάρκεια περισσότερο από δύο δεκαετιών είναι τόσο μεγάλη, ώστε η κοινότητα εφαρμοσμένης μηχανικής να γνωρίζει τώρα τις μεγάλες δυνατότητες αυτής της νέας προσέγγισης στο σχεδιασμό ή επανασχεδιασμό των αντισεισμικών κατασκευών. Γενικά, τα επιθυμητά χαρακτηριστικά για τις διατάξεις διάχυσης ενέργειας υστερητικού τύπου μπορούν να συνοψιστούν ως: βέλτιστη υστερητική συμπεριφορά (δηλαδή ουσιαστικά ελαστοπλαστική) οικονομία (αποφυγή περίπλοκων υλικών που είναι συμφέρουσα) εύκολη εγκατάσταση εύκολη επισκευή, αντικατάσταση ή επαναρύθμιση επαρκής μακροπρόθεσμη συμπεριφορά ύπαρξη βαθμονόμησης για οδηγίες σχεδιασμού Ένας μεγάλος αριθμός πειραματικών προγραμμάτων έχει παρουσιάσει την δυνατότητα των υστερητικών διατάξεων να διαχύσουν μεγάλα ποσά ενέργειας. Παράλληλα με αυτό, αναλυτικά μοντέλα για την αναπαραγωγή της συμπεριφοράς των διατάξεων έχουν προταθεί και έχουν επικυρωθεί επιτυχώς. Κατά συνέπεια, η μη γραμμική ανελαστική ανάλυση μπορεί να θεωρηθεί ως επαρκές ερευνητικό εργαλείο για να υπολογίσει την απάντηση των κατασκευών με τις υστερητικές διατάξεις. Στην πραγματικότητα, η προσαρμογή των υπαρχουσών διατάξεων και η πρόταση νέων διατάξεων είναι ενεργοί ερευνητικοί τομείς που εξερεύνιονται, ακολουθώντας σε γενικές γραμμές, αναλυτικές προσεγγίσεις. Η βελτιωμένη ελαστοπλαστική συμπεριφορά που παρατηρείται στο σχεδιασμό υστερητικών διατάξεων έχει οδηγήσει σε μια ενοποιημένη προσέγγιση για να διαμορφωθούν είτε οι διατάξεις τριβής είτε διαρροής. Αυτό είναι ιδιαίτερα θετικό επειδή η υιοθέτηση μιας προσέγγισης είτε διαρροής είτε τριβής θα εξαρτηθεί πρώτιστα από οικονομικούς υπολογισμούς και την διαθεσιμότητα της απαραίτητης τεχνολογίας. Θεωρείται ότι δεδομένου ότι όλο και περισσότερα κτίρια σχεδιάζονται ενσωματώνοντας διατάξεις ενεργειακής διάχυσης, οι κώδικες σχεδιασμού θα εξετάσουν, τελικά, ρητά αυτές τις νέες δομικές μορφές και θα προκύψουν οι οδηγίες σχεδιασμού για τις διατάξεις. Αυτό θα καταστήσει το σχεδιασμό των κατασκευών τριβής απόσβεσης και διαρροής απόσβεσης απλούστερο και διαθέσιμο σε ένα ευρύτερο μέρος της κοινότητας της εφαρμοσμένης μηχανικής. 33

38 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 2.1 Λειτουργία σε κυκλική φόρτιση Σχήμα 2. 1: Ιδεατή υστερητική συμπεριφορά απλού μονώροφου πλαισίου με FDBF (1) Για πολύ μικρά φορτία η εφελκυόμενη όπως και η θλιβόμενη διαγώνιος βρίσκονται στην ελαστική περιοχή (2) Για χαμηλή φόρτιση η θλιβόμενη διαγώνιος λυγίζει ενώ η εφελκυόμενη συνεχίζει να τεντώνει ελαστικά. (3) Στόχος είναι η συσκευή να γλιστρήσει πριν να διαρρεύσει η εφελκυόμενη διαγώνιος. Με την εμφάνιση της ολίσθησης, οι τέσσερις σύνδεσμοι του ειδικού μηχανισμού ενεργοποιούνται με αποτέλεσμα να παραμορφώνεται, δημιουργώντας μια ρομβοειδή μορφή η οποία τείνει να εμποδίσει το λυγισμό στην θλιβόμενη διαγώνιο. Κατά συνέπεια, στο τέλος της ολίσθησης, το P 2 είναι ακόμα το ελαστικό φορτίο λυγισμού, αλλά τώρα η θλιβόμενη διαγώνιος είναι ευθεία. (4) Όταν αντιστρέφεται το φορτίο αυτή η ισιωμένη διαγώνιος μπορεί αμέσως να απορροφήσει ενέργεια σε εφελκυσμό. (5) Με την ολοκλήρωση του κύκλου φόρτισης, οι προκύπτοντες βρόχοι υστέρησης είναι ίδιοι και για τις δύο διαγώνιους. Κατ' αυτό τον τρόπο, η απόσβεση ενέργειας είναι συγκρίσιμη με αυτήν της απλής ένωσης όταν χρησιμοποιούνται μεγαλύτερης διατομής διαγώνιοι εφελκυσμού θλίψης. Με άλλα λόγια, η ενέργεια που απελευθερώνεται σε κάθε κύκλο διπλασιάζεται ουσιαστικά μέσω της χρήσης των συσκευών τριβής σε συνδυασμό με τα λεπτά διαγώνια στηρίγματα. 34

39 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 2.2 Βέλτιστη κατανομή φορτίου ολίσθησης Η απόσβεση μηχανικής ενέργειας σε μια διάταξη απόσβεσης τριβής (FDBF) είναι ίση με το γινόμενο του φορτίου ολίσθησης επί τη συνολική μετακίνηση ολίσθησης σε όλες τις συσκευές της κατασκευής. Για πολύ υψηλά φορτία ολίσθησης η απόσβεση σε τριβή θα είναι μηδέν, δεδομένου ότι δεν θα υπάρξει καμία ολίσθηση. Σε αυτήν την περίπτωση η κατασκευή συμπεριφέρεται ακριβώς ως συμβατική ενισχυμένη με (BMRF). Εάν τα φορτία ολίσθησης είναι πολύ χαμηλά, μεγάλες μετακινήσεις ολίσθησης θα εμφανιστούν αλλά το ποσό της απόσβεσης πάλι θα είναι αμελητέο. Σε αυτήν την περίπτωση η κατασκευή θα συμπεριφερθεί ακριβώς όπως ένα πλαίσιο (MRF). Μεταξύ αυτών των δύο άκρων, υπάρχει μια ενδιάμεση κατανομή φορτίου ολίσθησης που οδηγεί στη βέλτιστη απόσβεση. Αυτή η ενδιάμεση κατανομή ορίζεται ως η βέλτιστη κατανομή φορτίου ολίσθησης. Ο αποδοτικότερος σχεδιασμός ενός FDBF περιλαμβάνει τον προσδιορισμό της βέλτιστης κατανομής φορτίου ολίσθησης έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η σεισμική απόκριση της κατασκευής. Η βέλτιστη κατανομή του φορτίου ολίσθησης μπορεί να αξιολογηθεί από μια σειρά μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας χρησιμοποιώντας προγράμματα όπως, παραδείγματος χάριν, DRAIN 2D (Kannan and Powell, 1973). Σε αυτό το πρόγραμμα, οι συσκευές τριβής μοντελοποιούνται ως αξονικά και καμπτόμενα στοιχεία με ψευδο χαρακτηριστικά διαρροής (Filiatrault and Cherry, 1988). Η εφαρμογή μιας μη γραμμικής δυναμικής ανάλυσης χρονοϊστορίας σε ένα πρόγραμμα υπολογιστή για τον ορισμό της βέλτιστης κατανομής φορτίου ολίσθησης είναι κουραστική, απαιτεί αρκετό χρόνο στον υπολογιστή, και δεν είναι πρακτικό για τα περισσότερα μελετητικά γραφεία. Για να αποφευχθεί αυτήν η ανεπάρκεια, ένας αποδοτικός αλγόριθμος έχει αναπτυχθεί (Filiatrault and Cherry, 1989a) για την ανάλυση και το σχεδιασμό των επίπεδων διατάξεων απόσβεσης τριβής. Οι υστερητικές ιδιότητες ενός ορόφου που περιέχει συσκευές τριβής παρήχθησαν θεωρητικά και εφαρμόστηκαν σε έναν αλγόριθμο μικροϋπολογιστών. Η βέλτιστη κατανομή του φορτίου ολίσθησης καθορίζεται με την ελαχιστοποίηση ενός σχετικού δείκτη απόδοσης (RPI). Αρχικά, διάφορες παράμετροι, όπως η μέγιστη κλίση ορόφου, η μέγιστη τέμνουσα βάσης, η μέγιστη παραμόρφωση, και η περιοχή κάτω από το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης, εξετάστηκαν για τη βελτιστοποίηση του φορτίου ολίσθησης. Οι προκαταρκτικές αναλύσεις έδειξαν ότι τα βέλτιστα φορτία ολίσθησης που λήφθηκαν βάσει αυτών των διαφορετικών παραμέτρων δεν άλλαξαν σημαντικά. Τα υπολογισμένα βέλτιστα φορτία ολίσθησης συνέπεσαν, με μια μικρή διακύμανση τιμών, ενώ η απόκριση της κατασκευής που προήλθε από αυτές τις τιμές ήταν περίπου στα ίδια επίπεδα με επίσης μικρή διακύμανση. Μπορεί να θεωρηθεί ότι η γενική απόδοση ενός κτηρίου που εξοπλίζεται με τις διατάξεις απόσβεσης τριβής μπορεί να εκφραστεί από την άποψη ενός συνδυασμού της στιγμιαίας μέγιστης απόκρισης και όλης της χρονοϊστορίας σε χαμηλότερο επίπεδο απόκρισης. Αυτά τα δύο μπορούν να συσχετιστούν με το ποσό της ελαστικής ενέργειας που εισβάλει στο κτήριο. Για κάθε κατανομή φορτίου ολίσθησης, η ελαστική ενέργεια που αποθηκεύεται στη κατασκευή (δοκούς και υποστυλώματα) μπορεί να υπολογιστεί. Η καλύτερη (μικρότερη) απόκριση της κατασκευής προκύπτει όταν η ενέργεια ελαχιστοποιείται σε κάθε στιγμή του χρόνου. Η βέλτιστη απόδοση της κατασκευής θα εμφανίζεται όταν η περιοχή κάτω από το διάγραμμα χρονοϊστορίας της ενέργειας είναι μηδέν, αντιστοιχώντας σε μια κατάσταση όπου όλα τα μέλη είναι αφόρτιστα κατά τη διάρκεια του σεισμού. Ως αποτέλεσμα των προηγούμενων παρατηρήσεων και του ανώτερου συλλογισμού, αποφασίστηκε να βελτιστοποιηθεί η κατανομή φορτίου ολίσθησης βασισμένη σε έναν σχετικόδείκτη απόδοσης (RPI) που ορίστηκε ως 35

40 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ RPI 1 SEA U = + 2 SEA U max (0) max(0) (1) όπου SEA=εμβαδό ενέργειας παραμόρφωσης = περιοχή κάτω από το διάγραμμα χρονοϊστορίας της ενέργειας, SEA (0) = περιοχή κάτω από το διάγραμμα χρονοϊστορίας της ενέργειας, χωρίς ενίσχυση (φορτίο ολίσθησης = 0) U (max), = μέγιστη συνολική ενέργεια που προκαλείται σε μια κατασκευή με διατάξεις απόσβεσης τριβής και U max(0) = μέγιστη συνολική ενέργεια για την ίδια κατασκευή, αλλά χωρίς ενίσχυση (φορτίο ολίσθησης = 0). Οι τιμές του σχετικού δείκτη απόδοσης είναι τέτοιες που άν RPI = 1, η απόκριση αντιστοιχεί στη συμπεριφορά όπου η κατασκευή δεν έχει καθόλου ενίσχυση(φορτίο ολίσθησης = 0), RPI < 1, η απόκριση της κατασκευής με διατάξεις απόσβεσης τριβής είναι "μικρότερη" από την απόκριση της κατασκευής χωρίς ενίσχυση, RPI > 1, η απόκριση της κατασκευής με διατάξεις απόσβεσης τριβής είναι "μεγαλύτερη" από την απόκριση της κατασκευής χωρίς ενίσχυση. Ο προηγουμένως αλγόριθμος υπολογίζει την τιμή RPI για κάθε κατανομή φορτίου ολίσθησης. Η βέλτιστη κατανομή φορτίου ολίσθησης της κατασκευής καθορίζεται για το μικρότερο RPI. Τα αποτελέσματα μιας ομοιόμορφης βελτιστοποίησης φορτίου ολίσθησης (ίδιο φορτίο ολίσθησης για όλους τους ορόφους) με αυτήν την τεχνική για ένα μεταλλικό βιομηχανικό κτήριο ενισχυμένο με διατάξεις απόσβεσης τριβής που διεγείρεται από το S69E αρχείο σεισμού California 1952 Taft (Filiatrault and Cherry, 1989b) παρουσιάζονται στο σχήμα 2.2. Είναι φανερό ότι η διακύμανση στο RPI για τα φορτία ολίσθησης κοντά στη βέλτιστη τιμή είναι μικρή. Αυτό παρατηρήθηκε να συμβαίνει για διάφορους σεισμούς και κατασκευές. Αυτό δείχνει ότι η σεισμική απόκριση της κατασκευής δεν αλλάζει αισθητά στις μικρές (± 10 15%) παραλλαγές στο βέλτιστο φορτίο ολίσθησης, που μπορεί να συμβούν για διάφορους λόγους μέσα στην κατασκευή, όπως η αλλαγή θερμοκρασίας και η μεταβλητότητα ρύθμισης Slip Load (kn) Σχήμα 2. 2: Ομοιόμορφη βελτιστοποίηση φορτίου ολίσθησης για ένα κτήριο χάλυβα μικρής κράτυνσης, Taft S69E 1952 σεισμός, 0.36g. 36

41 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Το σχήμα 2.3 παρουσιάζει την υπολογισμένη χρονοϊστορία ενέργειας για το ίδιο βιομηχανικό κτήριο με τα ομοιόμορφα φορτία ολίσθησης που βελτιστοποιούνται για τον τεχνητό σεισμό Νewmark Blume Kapur (Newmark et al, 1973), με μια μέγιστη επιτάχυνση 0.5g (φορτίο ολίσθησης 134 kn για κάθε συσκευή). Οι συσκευές είναι αποτελεσματικές στη απόσβεση της σεισμικής ενέργειας στο τέλος του γεγονότος, 86% της ενέργειας εισαγωγής έχει αποσβεσθεί από τριβή. Για συγκριτικούς λόγους, η ενέργεια που απελευθερώνεται από την κρίσιμη ιξώδη απόσβεση 2% παρουσιάζεται επίσης στο σχήμα. Σχήμα 2. 3: Χρονοϊστορίες ενέργειας για μεταλλική κατασκευή χαμηλής αντοχής με διατάξεις απόσβεσης τριβής, N B K earthquake, 0.50g. 2.3 Σύγκριση μεταξύ των συμβατικών και διατάξεων απόσβεσης τριβής κατασκευές Η σεισμική απόδοση των κατασκευών με διατάξεις απόσβεσης τριβής μπορεί να καταδειχθεί αναλυτικά με τη σύγκριση της σεισμικής συμπεριφοράς των συμβατικών συστημάτων πλαισίων με εκείνα που εξοπλίζονται με τις βέλτιστα συντονισμένες συσκευές τριβής. Τρία παραδείγματα προσφέρονται για να επεξηγήσουν τα οφέλη του συστήματος απόσβεσης τριβής. Η κατανομή της βλάβης στα διάφορα μέλη ενός 10 όροφου κτιρίου συμβατικού χάλυβα ενισχυμένο με BMRF και ένα με FDBF ως αποτέλεσμα του S00E σεισμού EL Centro του 1940 προσδιορίσθηκε(filiatrauit and Cherry, 1988) από το υπολογιστικό πρόγραμμα DRAIN 2D, και φαίνεται ποιοτικά στο σχήμα 2.4. Η ζημία παρουσιάζεται με ένα «λόγω ζημιάς»(damage ratio DR), ο οποίος καθορίζεται ως ο λόγος του αριθμού των μελών που διέρρευσαν προς το συνολικό αριθμό μελών. Φαίνεται καθαρά ότι όταν διεγείρονται από αυτό το αρχείο σεισμού, όλα τα μέλη του FDBF παραμένουν ελαστικά, ενώ εμφανίζεται διαρροή στις δοκούς, τα υποστυλώματα και τις χιαστί ράβδους των BMRF. Οι μέγιστες τέμνουσες βάσης(envelopes) που αναπτύσσονται στα υποστυλώματα της κατασκευής παρουσιάζονται στο σχήμα 2.5.Τα FDBF είναι πολύ αποτελεσματικά στη μείωση της τέμνουσας βάσης. 37

42 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Σχήμα 2. 4 : Δημιουργία πλαστικών αρθρώσεων για το 10 όροφο πλαίσιο,el CENTRO SOOE 1940, 0.34g. Σχήμα 2. 5: Μέγιστες διατμητικές δυνάμεις για το 10 όροφο πλαίσιο, σεισμός EL CENTRO SOOE 1940, 0.34g. Σαν δεύτερο παράδειγμα, το σχήμα 2.6 παρουσιάζει τη δημιουργία πλαστικών αρθρώσεων στα διάφορα μέλη της ενισχυμένης κατασκευής που αναφέρεται ανωτέρω. Πλαστικές αρθρώσεις εμφανίζονται στα μέλη του αρχικού πλαισίου ενισχυμένο με χιαστί συνδέσμους. Όλα τα μέλη της κατασκευής ενισχυμένης με FDBF παρέμειναν ελαστικά. Η χρονοϊστορία της πλευρικής μετακίνησης του τελευταίου ορόφου του κάθε συστήματος παρουσιάζεται στο σχήμα 2.7. Η μειωμένη απόκριση της κατασκευής που εξοπλίζεται με συσκευές τριβής είναι εμφανής. Η αρχική ενισχυμένη κατασκευή παρουσιάζει μια μέγιστη μετακίνηση 71 mm και σε 11 κύκλους φόρτισης πάνω από 50mm (ύψος κατασκευής/200). Η μέγιστη μετακίνηση της κατασκευής με FDBF είναι 60 mm και σε ένα μόνο κύκλο είναι πάνω από 50 mm. 38

43 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Μέλη που διέρρευσαν Αρχικά ενισχυμένη κατασκευή, DR=0.30 Κατασκευή ενισχυμένη με FDBF, DR=*0 Σχήμα 2. 6: Κτίριο χάλυβα χαμηλής αντοχής, σεισμός Taft S69E 1952, 0.36g. Σχήμα 2. 7 : Χρονοϊστορίες μετακίνησης του τελευταίου ορόφου, Taft S69E 1952 earthquake, 0.36g. Το τελευταίο παράδειγμα παρουσιάζει τις μετακινήσεις που λαμβάνονται από μια ανάλυση ενός μοντέλου 3 όροφης πλαισιακής κατασκευής που έγινε για τις πειραματικές μελέτες που περιγράφονται πιο κάτω (Filiatrault and Cherry, 1987). Τα μέγιστα των διάφορων παραμέτρων απόκρισης για διάφορα πρότυπα πλαίσια για διέγερση λευκού θορύβου, με μια μέγιστη επιτάχυνση εδάφους 0.50g, παρουσιάζονται στο σχήμα 2.8. Είναι φανερό ότι η μετακίνηση στην κορυφή του FDBF είναι μόνο 0.8mm ενώ 0.28mm και 0.62mm αντίστοιχα στο BMRF και το MRF. Η μέγιστη ροπή βάσης του FDBF είναι μόνο 3ΚΝm ενώ 7KNm και 16ΚΝm των αντίστοιχων τιμών στο ΒMRF και το MRF. Τα 39

44 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ αποτελέσματα δείχνουν σαφώς τη μειωμένη απόκριση του FDBF έναντι των συμβατικών αντισεισμικών συστημάτων. Σχήμα 2. 8: Μέγιστες αποκρίσεις για το 3 όροφο πλαίσιο με διέγερση λευκού θορύβου, 0.5g 2.4 Πειραματικές έρευνες Επισκόπηση Διάφορες δοκιμές έχουν γίνει στο εργαστήριο για έλεγχο των θεωρητικών μελετών σχετικα με τα FDBF. Αυτές περιλαμβάνουν δοκιμές κυκλικών φορτίσεων σε απομονωμένες συσκευές τριβής και δοκιμές σε σεισμική τράπεζα με ενισχυμένες πλαισιακές κατασκευές όπου ενσωματώνονται συσκευές απόσβεσης τριβής. Οι πειραματικές μελέτες, που διεξάγονται στο ερευνητικό εργαστήριο εφαρμοσμένης σεισμικής μηχανικής στο πανεπιστήμιο της British Columbia, συνοψίζονται πιο κάτω. 40

45 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Δοκιμές κυκλικής φόρτισης σε συσκευές τριβής Για να είναι αποτελεσματικοί οι μηχανισμοί απόσβεσης τριβής πρέπει να παράγουν βρόχους υστέρησης που να είναι σταθεροί και να μην μειώνουν το εμβαδό τους στη διάρκεια του χρόνου. Οι δοκιμές κυκλικής φόρτισης στα πρωτότυπα των συσκευών τριβής πραγματοποιήθηκαν σε έναν τυποποιημένο εξοπλισμό ανάλυσης (Filiatrault and Cherry, 1987). To ένα άκρο της μιας διαγώνιας σύνδεσης της συσκευής στερεώθηκε σε έναν άκαμπτο πάγκο δοκιμής ενώ το απέναντι άκρο συνδέθηκε σε ένα κατακόρυφο υδραυλικό έμβολο που ήταν σε θέση να εφαρμόζει ελεγχόμενες κυκλικές μετακινήσεις διαφόρων μεγεθών και συχνοτήτων. Το φορτίο που εφαρμόσθηκε λαμβάνεται από ένα μετρητή φορτίων και οι μετατοπίσεις από ένα LVDT. Τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών έδειξαν ότι μια ορθογώνια καμπύλη φορτίου παραμόρφωσης μπορεί μόνο να ληφθεί εάν ελαχιστοποιηθούν οι αυλακώσεις μεταξύ μπουλονιών και των τεσσάρων οπών των γωνιών του μηχανισμού και μεταξύ του κεντρικού μπουλονιού στερέωσης και των αντίστοιχων αυλακώσεων στις επιφάνειες τριβής. Ένας χαρακτηριστικός βρόχος υστέρησης που αναπτύσσεται σε μια συσκευή που έχει αυλακώσεις 0.25mm παρουσιάζεται στο σχήμα 2.9. Ο βρόχος υστέρησης είναι πολύ κοντά σε ένα ορθογώνιο και έχει αμελητέα εξασθένιση ακόμα και μετά από 50 κύκλους. Σχήμα 2. 9: Βρόχος υστέρησης από τη συσκευή τριβής. (a) Ομαλή επιφάνεια (b) Τραχιά επιφάνεια Σχήμα 2. 10: Βρόγχοι υστέρησης FDBF 41

46 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Ο λόγος των διαστάσεων των πλευρών του εσωτερικού πλαισίου σε σχέση με το υπόλοιπο πλαίσιο ενίσχυσης. Το Ε.Μ.Α.Σ χρησιμοποιεί το μηχανισμό μοχλών σοφά, για να μετασχηματίσει σχετικά μικρές μετατοπίσεις των ενισχυμένων πλαισίων σε τοπικές υψηλές παραμορφώσεις των διατάξεων απόσβεσης (σχήμα 2.11a.) Ένας λόγος μετασχηματισμού της τάξης του 10 μπορεί να επιτευχθεί εύκολα, για την υψηλή αποδοτικότητα του συστήματος. Η δυνατότητα του ενεργειακού διασκεδασμού επηρεάζεται από τον λόγο διάστασης των πλευρών του κόμβου και τη σχέση του με το υπόλοιπο πλαίσιο ενίσχυσης με ιδανική περίπτωση αυτήν όπου και τα δύο μέρη παραλαμβάνουν την ίδια απόσβεση. Ο σχηματισμός δύο στιγμιαίων κέντρων περιστροφής στην περίπτωση διαφορετικού λόγου διάστασης είναι η αιτία προσωρινής αστάθειας του συστήματος (σχήμα 2.11b) και της μείωσης της ενέργειας. (a) Συμπεριφορά του FDBF μέσα στη κατασκευή (b) Σχηματισμός των στιγμιαίων κέντρων του περιστροφής Σχήμα 2. 11: Μηχανισμός απόδοσης του FDBF δυνατότητα διασκεδασμού Σε πείραμα το οποίο διενέργησαν οι Sabouri Ghomi και o Ali Roufegarinejad προσπάθησαν να συνδυάσουν τον καλό ενεργειακό διασκεδασμό (δύσκαμπτο πλαίσιο ) που προσφέρει το CBF με την σημαντική ολκιμότητα του MRF δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στον γεωμετρικό λόγο του εσωτερικού FDBF. Πίνακας. 1: Xαρακτηριστικά των δοκιμασμένων προτύπων ΤΥΠΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ FDBF Ανοιγμένο 40% 35% 30% 25% 20 15% 10% CBF YDBF MRF Πρότυπο όνομα T940 T935 T930 T925 T915 T963 MG MG MG MG MG MG 42 T92 0 MG T91 0 MG T95 0 MG T9 62 M G

47 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ * Το ανοιγμένο ποσοστό εξαρτάται από τις διαστάσεις πλαισίου. Το ανοιγμένο ποσοστό είναι ο λόγος του στοιχειώδους μήκους YD πέρα από το αντίστοιχο στοιχειώδες μήκος (στο εξωτερικό πλαίσιο). 43

48 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Βασικά πλεονεκτήματα του FDBF έναντι των MRF και CBF: Το σύστημα είναι όλκιμο και έχει μεγάλη ικανότητα απορρόφησης σεισμικής ενέργειας Έχει σχετικά μεγάλη αρχική δυσκαμψία σε σύγκριση με το M.R.F. Το σύστημα δεν χρησιμοποιείται μόνο σε νέες κατασκευές αλλά και για ενίσχυση των ήδη υπαρχόντων κατασκευών Για τον λόγο αυτό επιλέχτηκαν 10 πλαίσια YDBF με διαφορετικά ανοίγματα: 0 % ( CBF ), 10 %, 15 %,20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 % και 100 % ( MRF ) καθώς επίσης και το πλαίσιο MR FDBF όπως φαίνονται στο (σχήμα 2.12). Οι συνδέσεις μεταξύ των διαγώνιων στοιχείων και του εξωτερικού πλαισίου είναι αρθρωτού τύπου ενώ η σύνδεση μεταξύ του εσωτερικού κόμβου με τα διαγώνια στοιχειά είναι μονολιθική. Σχήμα 2. 12: Πλαίσια δοκιμών 44

49 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Τα πλαίσια καταπονήθηκαν με κυκλικού τύπου πλευρική φόρτιση όπως φαίνεται στο (σχήμα 2.13.) Σχήμα Αποτελέσματα ανάλυσης Μετακινήσεις Ανοιγμένο ποσοστό Το (σχήμα 2.5) παρουσιάζει τις μέγιστες μετακινήσεις των δοκιμίων. Δεδομένου ότι οι μέγιστη μετακίνηση παρατηρείται όταν η τάση Von Mises, πάρει τη μέγιστη τιμή, η μέγιστη μετακίνηση των δοκιμίων με λόγο 10 % 40 %, αυξάνεται γραμμικά. Ανοιγμένο ποσοστό Σχήμα 2. 14: Μέγιστη μετακίνηση σε σχέση με το ανοιγμένο ποσοστό 45

50 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Μετακινήσεις στο σημείο διαρροής Ανοιγμένο ποσοστό Το (σχήμα 2.15) παρουσιάζει τις αντίστοιχες μετακινήσεις στο σημείο διαρροής σε σχέση με το ανοιγμένο ποσοστό. Από το διάγραμμα παρατηρούμε ότι η κατανομή στα δοκίμια με λόγους 10 % 40 % αυξάνεται επίσης γραμμικά. Η μετακίνηση στο σημείο διαρροής εξαρτάται αποκλειστικά και μόνο από τον εσωτερικό αποσβεστήρα. Α ν ο ι γ μ έ ν ο π ο σ οστό Σχήμα 2. 15: Μετακινήσεις στο σημείο διαρροής σε σχέση με το ανοιγμένο ποσοστό Ολκιμότητα Ανοιγμένο ποσοστό Το (σχήμα 2.16) παρουσιάζει την κατανομή της ολκιμότητας σε σχέση με το ανοιγμένο ποσοστό. Η ολκιμότητα ορίζεται ο λόγος της μέγιστης μετακίνηση αστοχίας προς τη μετακίνηση τη στιγμή της διαρροής. Όπως φαίνεται, το διάγραμμα έχει ανοδικούς και καθοδικούς κλάδους. Μελετώντας το διάγραμμα παρατηρούμε ότι το δοκίμιο με λόγο 30 % έχει την καλύτερη ολκιμότητα από όλα τα δοκίμια. Ανοιγμένο ποσοστό 46

51 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Σχήμα 2. 16: Κατανομή της ολκιμότητας σε σχέση με το ανοιγμένο ποσοστό 47

52 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Δυσκαμψία Ανοιγμένο ποσοστό Από το (σχήμα 2.17) βλέπουμε ότι η δυσκαμψία της κατασκευής μειώνεται με την αύξηση του ανοιγμένου ποσοστού. Στο 0 % ( CBF ) έχουμε το ποιο δύσκαμπτο σύστημα και στο 100 % ( MRF ) το ποιο όλκιμο. Ανοιγμένο ποσοστό Σχήμα 2. 17: Κατανομή της δυσκαμψία σε σχέση με το ανοιγμένο ποσοστό Εμβαδό υστερητικών βρόγχων Ανοιγμένο ποσοστό Σύμφωνα με το (σχήμα 2.9), το διάγραμμα δεν έχει μια πλήρως κανονική μορφή και παρατηρούμε ένα βέλτιστο για το διάγραμμα στο 30%. Δεδομένου ότι οι διαστάσεις του εσωτερικού πλαισίου επιλέγονται έτσι ώστε να διαρρέει πρώτο (πριν τη διαρροή του εξωτερικού πλαισίου), το εμβαδό των υστερητικών βρόγχων είναι συνάρτηση του εσωτερικού κόμβου και μόνο. Ανοιγμένο ποσοστό 48

53 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Σχήμα 2. 18: Εμβαδό υστερητικών βρόγχων σε σχέση με το ανοιγμένο ποσοστό 49

54 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Τρόποι διάταξης του FDBF μέσα στον πλαισιακό φορέα Σε προηγούμενες διπλωματικές που εκπονήθηκαν με αντικείμενο τη διάταξη των στοιχείων Ε.Μ.Α.Σ μέσα σε πλαισιακό φορέα,διαπιστώθηκε η καλύτερη συμπεριφορά του όταν αυτά βρίσκονται σε τυχαία διάταξη μέσα στο φορέα (σχήμα2.19a) σε αντίθεση με τη περίπτωση που βρίσκονται σε κατακόρυφη διάταξη(σχήμα2.19b). (a) (b) Σχήμα 2. 19: Τρόποι διάταξης του FDBF μέσα στον πλαισιακό φορέα 50

55 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Πειραματικές μελέτες σε σύστημα "άμεσης ενίσχυσης" Σε μελέτη που έγινε από τους M. R. Maxeri A. Sahebi επιλέχτηκαν τα παρακάτω μοντέλα: (I) ένα πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος χωρίς ενίσχυση, (II) ένα πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος που ενισχύεται με ένα διαγώνιο στήριγμα εφελκυσμού, (III) ένα πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος που ενισχύονται με ένα διαγώνιο στήριγμα θλίψης και (iv) ένα πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος που ενισχύεται με την Χ ενίσχυση. Το μέγεθος των πρότυπων πλαισίων που επιλέχτηκαν για τη δοκιμή περιορίστηκε στη γεωμετρία της μηχανής δοκιμής 58 x 58 εκατ. (σχήμα 2.20). Μια τετραγωνική διατομή με πλευρά ίση με 10 εκατ. επιλέχτηκε για τα πρότυπα πλαίσια οπλισμένου σκυροδέματος. Τα πρότυπα πλαίσια στην πραγματικότητα, αντιπροσωπεύουν ένα αυθαίρετο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος που υποβάλλεται σε επίπεδη διάτμηση, λόγω των οριζόντιων σεισμικών φορτίων. Κατά την αντίσταση σε σεισμική φόρτιση, κάθε ένα από αυτά, συμβάλλει στη γενική αντίσταση του πλαισιακού φορέα. Τα μέγιστα φορτία κάμψης και διάτμησης επιλέχτηκαν βάση της γεωμετρίας των πρότυπων πλαισίων όπως φαίνεται στο (σχήμα 2.20). Σχήμα 2. 20: Μηχανή δοκιμής πρότυπων πλαισίων Η διαγώνια Χ ενίσχυση σχεδιάστηκε για να φέρει περίπου 75% του συνολικού σεισμικού φορτίου (όπως συστήνεται από μερικούς αντισεισμικούς κανονισμούς, αν και ένας μηχανικός μπορεί να αλλάξει αυτό το ποσοστό ανάλογα με το επίπεδο δυνάμεων, τις αντοχές του πλαισίου, κ.λπ.). Η κατ εκτίμηση επίπεδη φόρτιση αστοχίας στο μη ενίσχυμένο πλαίσιο υπολογίζεται στους 3.9 τόνους (πίνακας 2). Αυτό είναι ισοδύναμο με ένα πλευρικό φορτίο περίπου 2.7 τόνους ( να θεωρηθεί ως το 25% του συνολικού σεισμικού φορτίου ). Η Χ ενίσχυση επομένως, είχε ως σκοπό να φέρει ένα σεισμικό πλευρικό φορτίο 8.1 τόνους. Για τον σκοπό αυτό τα διαγώνια στηρίγματα έχουν διαστάσεις (25x25 χιλ.) ενωμένα μεταξύ τους. Στο σημείο σύνδεσης τους με το πλαίσιο, τα στηρίγματα συγκολλούνται όπως φαίνεται στο (σχήμα 2.21a). Για να μειωθεί το μήκος λυγίσου τα Χ στηρίγματα συγκολλούνται στο σημείο τομής τους όπως φαίνεται στο (σχήμα 2.21b). 51

56 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Σχήμα 2. 21: Λεπτομέρειες στα σημεία σύνδεσης 52

57 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Frame Stress Πίνακας. 2 Ult.strength (ACIdesign) Elastic analysis (P=1000kg) Estimated load at failure (tonne) Bending * Unbraced Axial Shear Comp. braced Bending Axial Shear * Tens. braced Bending Axial Shear * Bending * X breced Axial Shear Αναλυτική εκτίμηση αντοχής Πίνακας 2 ( *Φορτίο αστοχίας λόγο κάμψης ) Το πρόγραμμα δοκιμών διευθετήθηκε έτσι ώστε να μελετηθεί η συμπεριφορά των στηριγμάτων και των πλαισίων για διαφορετικά επίπεδα φόρτισης με αποτέλεσμα ελαστικές η πλαστικές συμπεριφορές. Επομένως ήταν απαραίτητο να υπολογιστεί μια μέγιστη αντοχή του πλαισιακού συστήματος. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε μια ημιγραμμική αναλυτική μελέτη με τα ακόλουθα βήματα: (i) Μια γραμμική ελαστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε σε κάθε σύστημα πλαισίων χρησιμοποιώντας τις κατάλληλες υλικές ιδιότητες, τις σχεδιάστηκες παραμέτρους και τις συνθήκες φόρτισης. Σε αυτές τις αναλύσεις ένα μοναδιαίο φορτίο (1.0 τόνος) εφαρμόστηκε και καταγράφηκαν τα αντίστοιχα αποτελέσματα σε θλίψη, εφελκυσμό, κάμψη και διάτμηση. (ii) Η μέγιστη αντοχή του πλαισίου σε κάμψη και διάτμηση υπολογίστηκε σύμφωνα με την μέθοδο που περιγράφεται στον A.C.Ι κώδικα. (iii) Συγκρίνοντας τις μέγιστες αντοχές που μπορεί να φέρει το κάθε στοιχειό (που υπολογίστηκαν στο στάδιο (ii) με τις αντίστοιχες αντοχές που υπολογίστηκαν στο στάδιο (i), όπου υπολογίστηκαν τα μέγιστα φορτία αστοχίας σε κάμψη, διάτμηση και αξονική φόρτιση) επιλέχθηκε το μικρότερο φορτίο σαν μέγιστο φορτίο για την αστοχία του πλαισιακού συστήματος. 53

58 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Τα αποτελέσματα της αναλυτικής εκτίμησης της μέγιστης αντοχής κάθε πλαισιακού συστήματος συνοψίζονται στον (πίνακα 2). Είναι εμφανές σε αυτόν τον πίνακα ότι και στις τέσσερις περιπτώσεις τα πλαίσια καταπονούνται περισσότερο σε κάμψη οπότε και η αστοχία επέρχεται λόγο κάμψης. Το μέγιστο φορτίο από το πλαίσιο χωρίς ενίσχυση υπολογίζεται σε 3.9 τόνους, το πλαίσιο με το διαγώνιο στήριγμα εφελκυσμού σε 14.1 τόνους, το πλαίσιο με το διαγώνιο στήριγμα θλίψης σε 14.8 τόνους και το πλαίσιο με την Χ ενίσχυση υπολογίζεται σε 27.2 τόνους. Συμπεράσματα Με τη χρησιμοποίηση FDBF, η ενέργεια εισαγωγής στο δομικό σύστημα λόγω της διέγερσης σεισμού απελευθερώνεται με διαρροή του εσωτερικού πλαισίου χάλυβα χωρίς οποιοδήποτε κίνδυνο. Λόγω της ελαστικής συμπεριφοράς των πλαισίων που ενισχύθηκαν με FDBF κατά τη διάρκεια της διέγερσης σεισμού, δεν θα έχουμε δυσκολίες επιδιόρθωσης στο πλαίσιο. Το στοιχείο ενεργεί ως αποσβεστήρας και ελέγχει τη μετατόπιση της κατασκευής λόγω των πλευρικών φορτίων και αυξάνοντας την περίοδο των ψηλών κατασκευών, μειώνει την εισερχόμενη δύναμη, παρέχοντας πρόσθετη ευελιξία με τον περιορισμό και τη μείωση της κλίσης και της πλευρικής μετατόπισης. Tα υστερητικά διαγράμματα αυτού του συστήματος κάτω από ανακυκλιζόμενη φόρτιση έχουν σταθερό σχήμα. Αυτό το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση των ήδη υπαρχόντων κατασκευών. Είναι απλές διατάξεις, με χαμηλό κόστος, χωρίς μεγάλες δαπάνες συντήρησης. Η συμπεριφορά απόσβεσης αυτού του συστήματος οφείλεται στη φύση του υλικού, επομένως δεν χρειάζεται συντήρηση και συχνές επιθεωρήσεις. Η επιλογή και η δοκιμή άλλων μορφών διαγώνιων τμημάτων για το εσωτερικό πλαίσιο μπορούν να αυξήσουν τη ολκιμότητα ενός τέτοιου συστήματος Δοκιμές σε σεισμική τράπεζα Σε ένα μοντέλο κλίμακας 1/3 ενός τριώροφου, ενός ανοίγματος, προσαρμόστηκε χαλύβδινο FDBF και εξετάστηκε σε μια σεισμική τράπεζα προκειμένου να ελεγχθεί πειραματικά η αποτελεσματικότητα της απόσβεσης τριβής (Filiatrault and Cherry, 1987). Οι γενικές διαστάσεις του πρότυπου πλαισίου ήταν 2,05m x 1,40m σε κάτοψη και 3.33m σε ύψος. Οι συνδέσεις των δοκών και των στύλων σχεδιάστηκαν έτσι ώστε το FDBF να μπορεί να μετασχηματιστεί εύκολα σε ένα MRF ή ένα BMRF. Το πλαίσιο τοποθετήθηκε σε μια σεισμική τράπεζα 3m x 3m με ικανότητα διέγερσης μόνο στη μια διεύθυνση και υποβλήθηκε σε διάφορα σεισμικά επιταχυνσιογραφήματα διαφορετικής έντασης σε σχέση με τη μέγιστη επιτάχυνση. Πολλοί αισθητήρες χρησιμοποιήθηκαν για να μετρήσουν τη μετατόπιση, την επιτάχυνση, την ολίσθηση τριβής και την παραμόρφωση στις κρίσιμες θέσεις στο πλαίσιο. 54

59 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Το MRF και το BMRF δεν απέδωσαν καλά σε δοκιμές που αντιστοιχούσαν σε ισχυρό σεισμό. Πολύ μεγάλες παραμορφώσεις εμφανίστηκαν στα υποστυλώματα της βάσης, όπως και στις δοκούς του πρώτου και του δευτέρου ορόφου του MRF. Αν και τα κύρια μέλη του BMRF παρέμειναν ελαστικά, πολλά διαγώνια χιαστί διέρρευσαν σε εφελκυσμό. Η επιμήκυνση των χιαστί ήταν πολύ μεγάλη και λύγισαν σημαντικά στη θλιβόμενη διαγώνιο. Αυτό δείχνει ότι σε ένα πραγματικό κτίριο θα ήταν πιθανή βαριά ζημία σε μη φέροντα στοιχεία (ρωγμές στους τοίχους, το σπασμένα γυαλιά, κ.λπ.). Εντούτοις, το FDBF απέδωσε πολύ καλά. Δεν εμφανίστηκε καμία ζημία σε οποιοδήποτε μέλος ενώ οι επιταχύνσεις, οι μετακινήσεις και οι ροπές των δοκών ήταν πολύ μικρότερες από τις τιμές που μετρήθηκαν στους δύο άλλους τύπους κατασκευών. Το σχήμα 2.22 παρουσιάζει τις οριζόντιες επιταχύνσεις στον τελευταίο όροφο για τον ισχυρότερο σεισμό S69E Καλιφόρνιας Taft 1952 μέγιστης επιτάχυνσης 0.9g. Η επιρροή του συστήματος απόσβεσης τριβής στη μείωση της απόκρισης είναι εμφανής. 2.5 Απλουστευμένη διαδικασία σχεδιασμού για κατασκευές με διατάξεις απόσβεσης τριβής Έχει διαπιστωθεί ότι η βέλτιστη κατανομή φορτίου ολίσθησης διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό κατασκευών με διατάξεις απόσβεσης τριβής. Μια μέθοδος για γρήγορο υπολογισμό αυτής της βασικής παραμέτρου είναι απαραίτητη εάν αυτή η καινοτόμος μέθοδος αντισεισμικής προστασίας θέλουμε να γίνει αποδεχτή από το επάγγελμα των πολιτικών μηχανικών. Μια απλή διαδικασία για το βέλτιστο φορτίο ολίσθησης έχει προταθεί από τους (Filiatrault and Cherry, 1990). H διαδικασία αυτή περιλαμβάνει: α) Την εφαρμογή του προαναφερθέντος αλγορίθμου. β) Μια διαδικασία βελτιστοποίησης φορτίου ολίσθησης βασισμένη στις ενεργειακές εκτιμήσεις. γ) Την εφαρμογή μιας πιθανής σεισμικής κίνησης (Vanmarcke, 1983) για να παραγάγει το σεισμικό επιταχυνσιογράφημα που χρησιμοποιείται στη μελέτη. δ) Μια ανάλυση για να καθορίσει τις αδιάστατες παραμέτρους που ελέγχουν το βέλτιστο φορτίο ολίσθησης και ε) Μια μελέτη ευαισθησίας για να προσδιοριστούν οι σημαντικότερες παράμετροι που παράγονται από τη ανάλυση. Αυτά τα βήματα κατέληξαν σε μια πλήρης παραμετρική μελέτη που περιλαμβάνει τις σημαντικές παραμέτρους που επηρεάζουν την απόκριση των κατασκευών με διατάξεις απόσβεσης τριβής. Τα αποτελέσματα της παραμετρικής μελέτης ερμηνεύθηκαν από μια ανάλυση βελτιστοποίησης βασισμένη στη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Αυτό οδήγησε στο σκεπτικό ενός φάσματος σχεδιασμού φορτίων ολίσθησης όπως φαίνεται στο σχήμα 2.23, το οποίο μπορεί να κατασκευαστεί για μια ιδιαίτερη κατάσταση. Το φάσμα σχεδιασμού φορτίου ολίσθησης λαμβάνει υπόψη τις ιδιότητες της κατασκευής και της κίνησης του εδάφους: Το Τ u είναι η θεμελιώδης περίοδος της μη ενισχυμένης κατασκευής και το m είναι η συνολική μάζα της κατασκευής. Το α g είναι η μέγιστη επιτάχυνση σχεδιασμού του εδάφους που προσβάλει το κτήριο και το Τ g είναι η κυρίαρχη περίοδος της κίνησης του εδάφους. Αυτό το φάσμα περιγράφεται από την τεταγμένης α, που αντιστοιχεί σε T g /T u =1, και τη τεταγμένη β, που αντιστοιχεί σε, T g /T u =15, Οι τεταγμένες α και β μπορούν να υπολογισθούν από (Filiatrault and Cherry, 1990) 55

60 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Σχήμα : Οριζόντιες επιταχύνσεις του τελευταίου ορόφου για το πλαίσιο, σεισμός Taft S69E 1952, 0.90g. 56

61 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Σχήμα 2. 23: Κατασκευή του φάσματος σχεδιασμού του φορτίου ολίσθησης. Tb a = ( 1.24NS 0.31) NS (1) T u όπου το NS είναι ο συνολικός αριθμός ορόφων και Τ b είναι η θεμελιώδης περίοδος της πλήρως ενισχυμένης κατασκευής (πριν να συμβεί καμιά ολίσθηση) Tb β = ( 1.07NS 0.10) NS (2) T u Η βέλτιστη τέμνουσα ολίσθησης για κάθε όροφο, V s δίνεται από: V s V0 = = 2 Picosϕ ι (3) NS i όπου το V 0 είναι η βέλτιστη τιμή της συνολικής τέμνουσας ολίσθησης στη κατασκευή, το P i, είναι η εκτίμηση του βέλτιστου φορτίου ολίσθησης της ι th συσκευής τριβής στον όροφο και το Φ ι είναι η γωνία κλίσης των χιαστί από την οριζόντια διεύθυνση. Το βέλτιστο φορτίο ολίσθησης για κάθε συσκευή τριβής μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση (3). Το φάσμα σχεδιασμού φορτίου ολίσθησης παρέχει στους μηχανικούς μια απλή και εύκολη διαδικασία για το αντισεισμικό σχεδιασμό επίπεδων πλαισίων ενισχυμένων με διατάξεις απόσβεσης τριβής. 57

62 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ 2.6 Εφαρμογή της τεχνολογίας απόσβεσης τριβής Χρήση του FDBF σε πλαίσια από οπλισμένο σκυρόδεμα Η ενίσχυση με FDBF σε ένα συγκεκριμένο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος μπορεί να γίνει έμμεσα μέσω ενός χαλύβδινου πλαισίου, αγκυρωμένο στο συγκεκριμένο πλαίσιο. Σε αυτήν την μέθοδο ένα κατάλληλο πλαίσιο χάλυβα εφαρμόζεται πρώτα σταθερά στο συγκεκριμένο πλαίσιο. Οι μεταλλικοί χιαστί σύνδεσμοι συνδέονται έπειτα με αυτό το πλαίσιο. Κατά συνέπεια η μεταφορά του φορτίου μεταξύ του πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος και των χιαστί συνδέσμων επιτυγχάνεται έμμεσα μέσω ενός πλαισίου χάλυβα. Αυτό το μάλλον επιμελημένο "έμμεσο ενισχιτικό σύστημα" μπορεί να είναι δαπανηρό και οικονομικά ασύμφορο. Μια άλλη ανεπάρκεια του έμμεσου συστήματος ενίσχυσης είναι η διαφορετική δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ του πλαισίου χάλυβα και του συγκεκριμένου πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος κατά τη διάρκεια της δυναμικής φόρτισης σεισμού. Με αυτό το πρόβλημα θα ασχοληθούμε στα επόμενα κεφάλαια μελετώντας διάφορες μεθόδους με τις οποίες θα προσπαθήσουμε να πετύχουμε την όσο δυνατό καλύτερη αλληλεπίδραση, με τη προσθήκη συνθετικού υλικού μεταξύ των δύο πλαισίων. Σε ένα σύστημα "άμεσης ενίσχυσης" η ενίσχυση συνδέεται άμεσα με το πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος, με αποτέλεσμα η διαφορετική δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ τους είναι πολύ μικρή. Κατά την ενίσχυση της διατμιτικής αντίστασης ενός ήδη υπάρχοντος πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος (π.χ. σεισμική ενίσχυση των υπαρχόντων κτιρίων), επιδιώκεται το πρόσθετο πλαίσιο χάλυβα μέσα στο συγκεκριμένο πλαίσιο, όπου σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι απόλυτη ανάγκη. Λόγω του αυξανόμενου σεισμικού φορτίου, των συγκεκριμένων υποστυλωμάτων και των δοκών μπορεί να χρειάζονται ενισχύσεις. Εντούτοις, για ένα πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος που σχεδιάζεται και κατασκευάζεται, το πρόσθετο σεισμικό φορτίο που μεταφέρεται μέσω της ενίσχυσης μπορεί να περιληφθεί στο φορτίο σχεδιασμού για το συγκεκριμένο πλαίσιο, επομένως δεν υπάρχει ανάγκη για τοποθέτηση πλαισίου του χάλυβα. Στο (σχήμα 2.24) φαίνεται ένα σύστημα "άμεσης ενίσχυσης" της διάταξης τριβής στο κτίριο.. 58

63 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ (α) (b) (c) Σχήμα 2. 24: (a) Πρόσοψη κόμβου, (b) κυκλικό πείραμα στον κόμβο, (c) Εφαρμογή "άμεσης ενίσχυσης" της διάταξης τριβής στο κτίριο 59

64 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Τρόποι σύνδεσης των συστημάτων "άμεσης ενίσχυσης" μέσα στο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος Το πλεονέκτημα της άμεσης ενίσχυσης σε πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος είναι ότι η σύνδεση είναι εύκολο να κατασκευαστεί και απαιτεί μικρό κόστος. Εντούτοις, η σύνδεση πρέπει να είναι αρκετά ισχυρή για να μεταφέρει ακίνδυνα το φορτίο μεταξύ του στηρίγματος και του πλαισίου. Αυτό πρέπει να ισχύει τόσο για τις συνδέσεις, κατά τη διάρκεια της κατασκευής του πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος σε υπό ανέγερση κατασκευές, όσο και για τις συνδέσεις που κατασκευάζονται μετά, σε ήδη κατασκευασμένα κτίρια. Διάφοροι τρόποι σύνδεσης και των δύο τύπων παρουσιάζονται στο σχήμα 2.25 Σχήμα 2. 25: Λεπτομέρειες στα σημεία σύνδεσης: (a) και (b) ρύθμιση σύνδεσης για τα πλαίσια κατά την κατασκευή (c) και (d) ρυθμίσεις σύνδεσης για τα υπάρχοντα πλαίσια. Συμπεράσματα 1. Ουσιαστική αύξηση της διατμητικής αντοχής του πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας διαγώνιους χάλυβες Χ ενίσχυσης. 2. Το Χ πλαίσιο παραλαμβάνει μεγαλύτερα φορτία σε εφελκυσμό από ότι σε θλίψη οπότε η αστοχία του εφελκυόμενου συνδέσμου προηγείται του θλιβόμενου. 3. Σε ένα Χ πλαίσιο, το ποσοστό φορτίου που παραλαμβάνουν τα δύο διαγώνια στηρίγματα δεν είναι ίσο. Εμφανίζονται να παραλαμβάνουν το υπερβολικό φορτίο εναλλάξ. 60

65 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Ο τρόπος με τον οποίο τα στηρίγματα αστοχούν δείχνει τη σημασία της σύνδεσης μεταξύ του στηρίγματος και του πλαισίου. Όσο αδύνατες είναι οι συνδέσεις τόσο πιο μικρές είναι οι αποσβεστικές τους ικανότητες. Επισκόπηση Μέχρι σήμερα το σύστημα απόσβεσης τριβής που περιγράφικε πιο πάνω έχει χρησιμοποιηθεί σε δύο κτήρια στον Καναδά: 1) μια νέα ενισχυμένη κατασκευή βιβλιοθήκης Ο/Σ με επίπεδες πλάκες (Pall et Al, 1987) και 2) ένα υπάρχον σχολικό κτήριο προκατασκευασμένου σκυροδέματος χτυπημένο από έναν σεισμό το 1988 (Pall et Al, 1991). Η εφαρμογή της τεχνολογίας απόσβεσης τριβής σε αυτά τα δύο κτήρια συζητείται εν συντομία πιο κάτω. Νέο πανεπιστημιακό κτήριο βιβλιοθήκης Concordia. Μόντρεαλ. Καναδάς Αυτό το νέο κτήριο, του οποίου η κατασκευή έχει ολοκληρωθεί, βρίσκεται στο κέντρο της πόλης του Μόντρεαλ. Η βιβλιοθήκη αποτελείται από 3 νέες κατασκευές που περιβάλλουν τις τρεις πλευρές ενός υπάρχοντος κτηρίου 8 ορόφων, όπως φαίνεται στο σχήμα Λόγω του κινδύνου πυρκαγιάς και η αναγκαιότητα για ενιαίο ύψος ορόφων, επιλέχτηκε ως βασικό σύστημα η επίπεδη κατασκευή πλακών Ο/Σ. Σχήμα : Κάτοψη ισογείου της πανεπιστημιακής βιβλιοθήκης Concordia, Μόντρεαλ, Καναδάς, (after Pall et al., 1987). Οι συσκευές τριβής ενσωματώθηκαν σε μερικά πλαίσια Ο/Σ μέσω χιαστί στηριγμάτων χάλυβα και ειδικών πλακών υποδοχής μέσα στους στύλους. Αναφέρθηκε ( Pall et al, 1987) ότι ένα καθαρό κέρδος 6,5% του κατασκευαστικού κόστους του φορέα ή 1,5% του συνολικού κόστους του κτηρίου επιτεύχθηκε από την αντικατάσταση τοιχίων Ο/Σ με χρήση πλαισίων με διατάξεις απόσβεσης τριβής Συνολικά 60 συσκευές εφαρμόστηκαν στο κτήριο. Το φορτίο ολίσθησης ποίκιλε από 500 έως 700 kn ανά όροφο, ανάλογα με τη θέση του ενισχυμένου πλαισίου. Εκτελέσθηκαν μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις χρονοϊστορίας για να ελέγξουν την απόδοση του κτηρίου που εξοπλίστηκε με τις διατάξεις απόσβεσης τριβής έναντι της απόδοσης του ίδιου κτηρίου με τοιχία διάτμησης. 61

66 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Ενίσχυση σχολικού κτηρίου στο Sorel Καναδάς Αυτό το σχολείο, που αποτελείται από τρις ξεχωριστές προκατασκευασμένες κατασκευές Ο/Σ που συνδέονται το ένα στο άλλο όπως φαίνεται στο σχήμα 2.27, υπέστη σοβαρές ζημιές ως αποτέλεσμα του σεισμού Saguenay (Μ L =6,2) του 1988 (Mitchell et ah, 1989). Μετά από αυτό το γεγονός αποφασίστηκε να ενισχυθεί το κτήριο για να καλύψει τις απαιτήσεις της τελευταίας έκδοσης του εθνικού αντισεισμικού κανονισμού του Καναδά (NBCC 1990). Δύο εναλλακτικές λύσεις εξετάστηκαν για την ενίσχυση: 1)Τοιχία διάτμησης, και 2) μια τεχνική που περιλαμβάνει την ενίσχυση με πλαίσια που περιλαμβάνουν διατάξεις απόσβεσηςτριβής Σχήμα 2. 27: Κάτοψη σχεδίου του σχολείου (after Pall et al., 1991). Η εναλλακτική λύση απόσβεσης τριβής επιλέχτηκε λόγω περιορισμένου χρόνου και οικονομικών παραγόντων. Η κατασκευή εμφατνούμενων τοιχίων διάτμησης θα απαιτούσε αρκετό χρόνο. Επίσης, οι μηχανικοί ανησύχησαν για το ότι το κέρδος στην δυσκαμψία που παρέχεται από τα τοιχία διάτμησης θα επέφερε μια μείωση της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου της κατασκευής. Οι προηγούμενοι σεισμοί στην κοιλάδα ST Lawrence είχαν χαμηλές κυρίαρχες περιόδους που σαφώς θα ταίριαζαν με την ιδιοπερίοδο του ενισχυμένου κτηρίου με τοιχία διάτμησης, με αποτέλεσμα να υπάρχει μεγάλη πιθανότητα συντονισμού σε ένα τέτοιο σεισμό. Αναφέρθηκε (Pall et Al, 1991) ότι η εφαρμογή της λύσης απόσβεσης τριβής οδήγησε σε ένα κέρδος 40% στο κόστος κατασκευής και 60% σε χρόνοκατασκευής. Συνολικά 64 συσκευές τριβής με χαλύβδινα χιαστί που ενσωματώθηκαν στα υπάρχοντα πλαίσια προκατασκευασμένου σκυροδέματος, και 388 διατάξεις απόσβεσης τριβής ( Pall et Al, 1980), απαιτήθηκαν για τα τρία κτήρια έτσι ώστε να παρέχουν την επιθυμητή απόσβεση ενέργειας. Το φορτίο ολίσθησης ποικίλε μεταξύ kn και kn για τις διατάξεις απόσβεσης και τα χαλύβδινα χιαστί, αντίστοιχα, ανάλογα με τη θέση. 62

67 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ Συμπεράσματα Το σύστημα απόσβεσης τριβής αντιπροσωπεύει μια λύση που προσφέρει νέες ευκαιρίες στον αντισεισμικό σχεδιασμό των κατασκευών. Η κατάλληλη χρήση τέτοιων συσκευών σε ένα κτήριο απελευθερώνει τη σεισμική ενέργεια που εισάγεται στο κτήριο μηχανικά και, με αυτόν τον τρόπο, προστατεύει τα κύρια στοιχεία από το να διαρρεύσουν κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου σεισμού. Τα αναλυτικά και πειραματικά αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά, και το σύστημα έχει εφαρμοστεί σε τουλάχιστον τρία κτήρια μέχρι σήμερα. Θα ήταν επιθυμητό να γίνουν περαιτέρω ερευνητικές μελέτες για να ερευνηθεί η μακροπρόθεσμη λειτουργία του συστήματος και εάν υπάρχει ανάγκη να αναπτυχθούν μέθοδοι συντήρησης αυτών των συστημάτων.. 63

68 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΡΩΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σε αυτό το κεφάλαιο θα προσπαθήσουμε να καθορίσουμε τον κατάλληλο πλαισιακό φορέα, που επάνω του θα τοποθετηθούν στη συνέχεια τα ειδικά μεταλλικά αντισεισμικά στοιχεία που θα αναλυθούν παραμετρικά στο επόμενο κεφάλαιο. Σκοπός μας είναι ο πλαισιακός φορέας να αναλαμβάνει περίπου το 50% της τέμνουσας βάσης του σεισμού σχεδιασμού όταν βρίσκεται σε ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας ΙΙ και αντίστοιχα το υπόλοιπο 50% να αναλαμβάνεται από τα Ειδικά Μεταλλικά Αντισεισμικά Στοιχεία (Ε.Μ.Α.Σ.). Σε αυτό το σημείο έγκειται μία βασική διαφοροποίηση του τρόπου προδιαστασιολόγησης της κατασκευής, όπως θα πραγματοποιηθεί σε αυτή τη διπλωματική εργασία σε σχέση με το συνήθη τρόπο εργασίας. Δηλαδή περιορίζεται στην ευχέρεια του μελετητή μηχανικού να προσδιορίσει τις οριακές μετακινήσεις και την τέμνουσα που θα αναλάβει η κατασκευή ανάλογα με τις απαιτήσεις που έχει από αυτήν και η επιλογή των διατομών που θα αποτελέσουν το φορέα γίνεται με βάση αυτές τις παραμέτρους. Η διαστασιολόγηση δηλαδή από τον μελετητή μηχανικό γίνεται με βάση την πλήρη εποπτεία της κατασκευής σε οριακή κατάσταση όπως αυτός όμως την έχει προσδιορίσει. Τα παραπάνω θα γίνουν πιο κατανοητά κατά τη πορεία της διαστασιολόγησης στα κεφάλαια που ακολουθούν. 3.1 Επιλογή πλαισιακού φορέα Ο φορέας που επιλέγεται (σχήμα 3.2) είναι ένα μονώροφο πλαίσιο που έχει μήκος 20m και αποτελείται από 5 φατνώματα των 4m. Ο όροφος έχει ύψος 3m. Ο φορέας αποτελείται μόνο από υποστυλώματα, και δοκούς κοινής διατομής. Στα υποστυλώματα επιλέγεται ο ελάχιστος οπλισμός με το σκεπτικό ότι ο φορέας μας θέλουμε να είναι όσο το δυνατό πιο εύπλαστος. Σχήμα 3. 1: Μονώροφο πλαίσιο 64

69 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΡΩΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.2 Υλικά Κατασκευής Στον φορέα χρησιμοποιήθηκε ποιότητα σκυροδέματος C20/25 όπως προσδιορίζεται από το κεφάλαιο 2 του Ελληνικού Κανονισμού Ωπλισμένου Σκυροδέματος (Ε.Κ.Ω.Σ.). Πιο συγκεκριμένα στο Sap2000 κατά τον ορισμό των ιδιοτήτων των υλικών για την ανάλυση (Analysis Property Data,σχήμα 3.2) δόθηκαν οι εξής ιδιότητες: Η μέση τιμή του επιβατικού μέτρου ελαστικότητας Ε cm ορίστηκε 29GΡa. Ο λόγος Poisson ορίστηκε 0,2 O συντελεστής θερμικής διαστολής και για τις δύο ποιότητες σκυροδέματος λήφθηκε ίσος με Μάζα και βάρος δεν δόθηκαν στα υλικά Η θλιπτική αντοχή κυλινδρικού δοκιμίου (Concrete strength, f c ) από σκυρόδεμα ποιότητας C20/25 δόθηκε Pa. Η διατμητική θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος (Concrete shear strength, f cs ) ποιότητας C20/25 δόθηκε Pa. Η αντοχή διαρροής του χάλυβα των ενισχύσεων (Reinforcing yield stress, f y ),δόθηκε Pa. Σχήμα 3. 2: Χαρακτηριστικά σκυροδέματος Σχήμα 3. 3: Χαρακτηριστικά χάλυβα 3.3 Προσομοίωση διατομών των στοιχείων κάθε ορόφου του φορέα Όπως αναφέρθηκε πιο πριν οι διατομές που δόθηκαν στα υποστυλώματα είναι κοινής διατομής. Έτσι χρησιμοποιήθηκαν υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής. Παράδειγμα τετραγωνικής διατομής 30Χ30 απεικονίζεται στο σχήμα 3.4, χωρίς να απομειωθεί η δυστρεψία της διατομής όπως ορίζει ο Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (Ε.Α.Κ.), γιατί θέλουμε την πραγματική φέρουσα ικανότητα των διατομών μας. 65

70 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 4 Αντίστοιχα στις δοκούς των ορόφων χρησιμοποιήθηκαν ορθογωνικές διατομές 25x50 όπως φαίνεται στο σχήμα 3.5, χωρίς ούτε σε αυτήν την περίπτωση να απομειωθούν οι ροπές αδράνειας γύρω από τους τοπικούς άξονες 2 και 3, τα αντίστοιχα διατμητικά εμβαδά και η δυστρεψία του τοπικού άξονα 3,όπως προβλέπεται από τον Ε.Α.Κ. Σχήμα

71 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.4 Στατική ανελαστική ανάλυση γυμνού φορέα Φορτίζουμε το τυπικό πλαίσιο με ένα σημειακό φορτίο 25ΚΝ όπως φαίνεται πιο κάτω και εκτελούμε στατική ανελαστική ανάλυση. Σχήμα 3. 6 Οι ιδιότητες των πλαστικών αρθρώσεων (hinge properties Μ3) δόθηκαν από τους πίνακες της FΕΜΑ οι οποίοι υπάρχουν μέσα στο SAP2000. Σχήμα 3. 7: Ιδιότητες πιθανών πλαστικών αρθρώσεων(hinge properties) Σχήμα 3. 8: Τέμνουσα βάσης οριζόντια μετατόπιση για τον γυμνό φορέα Παρατηρήσεις Στο σχήμα 3.8 ο φορέας συμπεριφέρεται ελαστικά μέχρι μια τέμνουσα βάσης 290ΚΝ για οριζόντια μετατόπιση ορόφου 7mm και από εκεί και πέρα πλαστικοποιείται φτάνοντας μια μέγιστη τέμνουσα βάσης 317ΚΝ για μετατόπιση 54mm. O γυμνός φορέας έχει μια πλαστιμότητα: 67

72 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Δu 54 μ = = = 7.7 Δy 7 68

73 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.5 Προσδιορισμός ιδιοτήτων υλικού για την ανελαστική ανάλυση και επιλογή μοντέλου προσομοίωσης της σύνδεσης του στοιχείου Ε.Μ.Α.Σ Στη φάση αυτή θα προσδιορίσουμε τις ιδιότητες του υλικού για την ανελαστική ανάλυση και θα επιλέξουμε το κατάλληλο μοντέλο για την προσομοίωση της σύνδεσης του Ε.Μ.Α.Σ με το πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος. Όπως έχουμε αναφέρει και πιο πάνω, σε αυτή τη διπλωματική εργασία θα προσπαθήσουμε με κατάλληλη μοντελοποίηση του φορέα να πετύχουμε απότομο φρενάρισμα του φορέα μετά από κάποια μετακίνηση την οποία θα μπορούμε να την ελέγξουμε σε ένα μεγάλο βαθμό. Για το σκοπό αυτό στο μοντέλο, θα χρησιμοποιηθούν στις συνδέσεις μεταξύ του Ε.Μ.Α.Σ και του πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος στοιχεία ΝLINKs με τις κατάλληλες ιδιότητες. Προσδιορισμός ιδιοτήτων διατομών για την ανελαστική ανάλυσης Η διαστασιολόγηση, η γραμμική και η ανελαστική ανάλυση του φορέα αποφασίστηκε να γίνει με βάση τον Ευροκώδικα 3 (EC3). Συνεπώς για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του υλικού και των μηχανικών ιδιοτήτων των διατομών χρησιμοποιήθηκαν τα αντίστοιχα παραρτήματα του EC3,όπως παρουσιάζονται σε αυτήν την ενότητα για κάθε περίπτωση. Ακόμη σε αυτήν την ενότητα αναλύεται ο τρόπος μεταφοράς των παραπάνω στοιχείων στο SAP2000, ώστε να επιτευχθεί ακριβής ανάλυση του μοντέλου μας. Ιδιότητες Υλικού για Ελαστική Ανάλυση Σύμφωνα με τον EC3 παράγραφος 2.2 για την ελαστική ανάλυση των διατομών από χάλυβα χρησιμοποιούνται οι παρακάτω ιδιότητες: Μέτρο Ελαστικότητας Ε= ΚΝ/m 2 Λόγος Poisson ν=0,3 Μέτρο Ολίσθησης G= E / 2(1+v) = Θερμική Διαστολή α= ανά ο C Πυκνότητα ρ= 7850 kg/m 3 Σύμφωνα επίσης με την ίδια παράγραφο του EC3 το διάγραμμα σ ε του χάλυβα σε μονοαξονικό εφελκυσμό προσεγγίζεται από το παρακάτω διάγραμμα: Όπου: fy: τάση διαρροής fu: τάση αστοχίας ε y : παραμόρφωση διαρροής ε u : παραμόρφωση αστοχίας Ε: Μέτρο ελαστικότητας Σχήμα

74 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Για τα διάφορα είδη χάλυβα,που χρησιμοποιούνται στον ΕC3 οι ονομαστικές τιμές των fy, fu παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα. Eίδος Χάλυβα κατά Πίνακας. 3 (Τιμές σε Ν/mm 2 ) t<40mm DIN EN EC3 fy fu fy fu S235 Fe S275 Fe S355 Fe Προσομοίωση της Ελαστικής Ανάλυσης του Υλικού Πάχος προϊόντος 40mm<t<100mm Κατά την ανάλυση του μοντέλου στο SAP2000 θεωρήσαμε,ότι πλαστικές αρθρώσεις ήταν πιο πιθανό να δημιουργηθούνε στα άκρα των δοκών. Εκεί τοποθετήθηκαν Frame Hinges (πιθανές πλαστικές αρθρώσεις) των οποίων η μέθοδος προσομοίωσης για ανελαστική ανάλυση αναφέρεται παρακάτω. Όλα τα υπόλοιπα μέρη του μοντέλου μας θεωρήθηκε ότι θα έχουν μόνο ελαστική συμπεριφορά κατά την ανάλυση,οπότε τους δόθηκαν τα παραπάνω χαρακτηριστικά,όπως προδιαγράφονται από τον EC3. Χρησιμοποιήθηκε χάλυβα τύπου Fe510 γιατί προσδίδει μεγαλύτερη αντοχή. Η μάζα και το βάρος κάθε υλικού θεωρήθηκαν μηδενικά,αφού τα ιδία βάρη των διατομών θεωρήθηκαν αμελητέα μετά από δοκιμές. Τα δεδομένα για τον χάλυβα Fe510 όπως δόθηκαν στο Material Property Data του SAP2000 φαίνονται στο σχήμα 3.10 Σχήμα

75 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ιδιότητες Υλικού για την Ανελαστική Ανάλυση Χάλυβας Όπως φαίνεται και στο Σχήμα 3.9 το υλικό μετά τη διαρροή χάνει τη γραμμικότητα που έχει ο πρώτος κλάδος και παρουσιάζει αρχικά ευθύγραμμη και στη συνέχεια σχεδόν παραβολική μεταβολή. Στο SAP2000,ο νόμος συμπεριφοράς του υλικού ακολουθεί ένα απλοποιημένο διάγραμμα δύναμης παραμόρφωσης που φαίνεται στο Σχήμα Δηλαδή θεωρεί το χάλυβα ένα διγραμμικό ελαστο γραμμικά κρατυνόμενο υλικό που προσεγγίζει ικανοποιητικά τις πραγματικές του ιδιότητες σε εφελκυσμό. Από την άλλη η αντοχή του σε θλίψη αυξάνει έως μια μέγιστη τιμή όπου το υλικό μας αστοχεί από λυγισμό. Σχήμα 3. 11: Νόμος συμπεριφοράς υλικού διαγώνιων ενισχύσεων Ε.Μ.Α.Σ 3.6 Φορέας ενισχυμένος με Ε.Μ.Α.Σ απλής σύνδεσης Στο πρώτο άνοιγμα του γυμνού φορέα τοποθετούνται ειδικά μεταλλικά αντισεισμικά στοιχεία απλής σύνδεσης στους κόμβους με το πλαίσιο οπλισμένου και εκτελείται στατική ανελαστική ανάλυση. Σχήμα 3. 12: Φορέας ενισχυμένος με Ε.Μ.Α.Σ απλής σύνδεσης 71

76 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 13: Χαρακτηριστικά διαγώνιων μεταλλικών ενισχύσεων Ε.Μ.Α.Σ Αποτελέσματα Σχήμα 3. 14: Θέσεις πιθανών πλαστικών αρθρώσεων Σχήμα 3. 15: Καμπύλη τέμνουσα βάσης μετατόπιση 72

77 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Παρατηρήσεις Σχήμα 3. 16: Ελαστική γραμμή φορέα στο 22 βήμα ανάλυσης Από το σχήμα 3.15 η τέμνουσα βάσης του φορέα αυξάνεται μέχρι μια τιμή 983ΚΝ. Από τον τρόπο παραμόρφωσης του φορέα κατά τη διάρκεια του χρόνου παρατηρείται πρόωρη αστοχία της θλιβόμενης διαγώνιου του Ε.Μ.Α.Σ για μια οριζόντια μετακίνηση ορόφου 15mm. Το γεγονός αυτό προκαλεί απότομη αλλαγή της δυσκαμψίας και μείωση της αντοχής. Ο φορέας συμπεριφέρεται ελαστικά μέχρι μια τέμνουσα βάσης 760ΚΝ για οριζόντια μετατόπιση ορόφου 7mm. Η πλαστιμότητα είναι: Δu 15 μ = = = 2.14 Δy 7 Σύγκριση γυμνού φορέα με ενισχυμένο φορέα απλής σύνδεσης Στο σχήμα 3.17 δίνονται συγκριτικά για τους δύο φορείς οι καμπύλες τέμνουσας βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου. Είναι ξεκάθαρο το πόσο σημαντικό ρόλο παίζουν οι διαγώνιες μεταλλικές ενισχύσεις στην παραλαβή οριζόντιων φορτίων αφού με την εφαρμογή τους πάνω στον γυμνό φορέα η μέγιστη τέμνουσα βάσης τριπλασιάζεται. Σε αντίθεση με τον γυμνό φορέα ο οποίος παρουσιάζει σταθερή κράτυνση μετά τον ελαστικό κλάδο έως την αστοχία, ο ενισχυμένος φορέας παρουσιάζει απότομη πτώση της αντοχής του λόγω της αστοχίας της θλιβόμενης διαγώνιου. Από εκεί και έπειτα στο φορέας ενεργεί μόνο η εφελκυόμενη ράβδος που σε συνδυασμό με το πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος μπορούν να μεταφέρουν οριζόντια φορτία διπλάσιου μεγέθους από το γυμνό φορέα. Σχήμα

78 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Το πρόβλημα του λυγισμού της θλιβόμενης διαγωνίου οδηγεί το μηχανικό σε διασταλόγηση με μεγάλες διατομές ανάλογα με την απαιτούμενη αντοχή που θέλει να δώσει στη κατασκευή. Η επιλογή τέτοιων διατομών είναι σαφώς αντιοικονομική. Από την άλλη εφαρμόζονται στην πράξη διάφορες μέθοδοι λύσης του προβλήματος του λυγισμού της θλιβόμενης διαγωνίου όπως είναι η μείωση του μήκους λυγισμού με προσθήκη ράβδων εντός και εκτός επιπέδου που επίσης έχουν αυξημένο κόστος. Εκτός αυτού εξακολουθεί να υφίσταται το ερώτημα αν όντως ο φορέας είναι ασφαλέστερος με τη προσθήκη τέτοιων διαγώνιων ενισχύσεων χωρίς πλάστιμη συμπεριφορά. Από τη μία η διαθέσιμη πλαστιμότητα του οπλισμένου σκυροδέματος δεν αξιοποιείται εντελώς ενώ από την άλλη είναι γεγονός ότι με την αύξηση της δυσκαμψίας και τη μείωση της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου του φορέα ενεργοποιούνται μεγαλύτερα σεισμικά φορτία για τους αναμενόμενους σεισμούς. Τα πιο πάνω μειονεκτήματα των απλών διαγώνιων ενισχύσεων μπορούν να αντιμετωπισθούν με τον κατάλληλο σχεδιασμό των διαγώνιων ενισχύσεων έτσι ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή αντοχή και πλαστιμότητα Με προσθήκη διατάξεων απόσβεσης ενέργειας (τριβής, διαρροής) σε κατάλληλες θέσεις μέσα στον φορέα. 3.7 Πρόταση για νέο μηχανισμό συνδεσμολογίας της διαγώνιας μεταλλικής ράβδου ενίσχυσης στο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος. Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται μια νέα συσκευή με την οποία θα υπάρχει ικανότητα ελέγχου των αξονικών δυνάμεων που αναπτύσσονται στα διαγώνια μεταλλικά στοιχεία, ικανότητα απορρόφησης σεισμικής ενέργειας και αντίστασης σε ανεπιθύμητες μετακινήσεις. Η συσκευή CAR (Control, Absorption, Restrain) εφαρμόζεται στο σημείο σύνδεσης της μεταλλικής διαγώνιου και της λάμας που είναι αγκυρωμένη στο πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος σχήματα 3.18,3.19. Σχήμα 3. 18: Μέλη της συσκευής CAR Σχήμα 3. 19: Τοποθέτηση CAR στο πλαίσιο Ο/Σ Τα μέλη που αποτελούν τη συσκευή είναι: Στοιχείο Α, εξωτερικός σωλήνας Στοιχείο Β, εσωτερικός χαλύβδινος άξονας 74

79 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Στοιχείο C, εγκάρσιοι ελαστοπλαστικοί πίροι 75

80 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Η σχετική μετακίνηση των στοιχείων Α και Β οφείλεται στη ταυτόχρονη ελαστοπλαστική παραμόρφωση λόγω κάμψης των πίρων που συνδέονται ανάμεσα στα στοιχεία Α και Β. Ο αριθμός των πίρων και τα ελαστοπλαστικά χαρακτηριστικά τους καθορίζουν την ελαστοπλαστική συμπεριφορά των διαγώνιων ράβδων σε αξονική φόρτιση. Πιο κάτω φαίνεται η λεπτομέρεια της εισδοχής του πίρου στη τρύπα του στοιχείου Β. Η διάμετρος της τρύπας μπορεί να μεγαλώσει ανάλογα, έτσι ώστε με την ελεύθερη κίνηση του πίρου μέσα στη τρύπα και την κάμψη σε δεύτερο στάδιο να αυξηθούν οι τελικές μετακινήσεις. Ένας άλλος τρόπος αύξησης των ελαστοπλαστικών μετακινήσεων είναι με τη χρήση πίρου αντίστασης(φρένο). Ο πίρος αυτός είναι φτιαγμένος από υλικό ψηλής αντοχής και μπορεί να ολισθαίνει ανενεργός μέσα σε μια κατάλληλη οβάλ τρύπα στο στοιχείο Α. Σχήμα 3. 20: Συσκευή CAR Κατασκευαστικές λεπτομέρειες Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ο πίρος φρένο να ενεργοποιείται σε δεύτερο χρόνο αφήνοντας πρώτα να παρουσιασθούν οι επιθυμητές πλαστικές παραμορφώσεις των άλλων πίρων. Με την ενεργοποίηση του πύρου φρένου μεταφέρονται πρόσθετα αξονικά φορτία από τα στοιχεία Α στα στοιχεία Β του μηχανισμού. Με κατάλληλη διαμόρφωση της γεωμετρίας στην περιοχή του πίρου φρένου (οβάλ τρύπα) περιορίζονται οι πρόσθετες θλιπτικές δυνάμεις στις διαγώνιες ράβδους και επιτρέπεται να αναπτυχθούν μόνο εφελκυστηκές Ελαστοπλαστική συμπεριφορά του πίρου Ο σκοπός είναι να προσδιορισθεί η συμπεριφορά ενός και μόνο πίρου στατική κυκλική φόρτιση. Ο πίρος είναι αγκυρωμένος στα δύο άκρα μεταφέροντας ένα κεντρικό γραμμικό φορτίο(σχήμα 3.20). Η μέγιστη παραμόρφωση στο κέντρο του πύρου σε σχέση με το μέγεθος του επιβαλλόμενου φορτίου και τις αναπτυσσόμενες τάσεις αποτελούν τα κριτήρια επιλογής του κατάλληλου πύρου. Η ελαστοπλαστική συμπεριφορά των πίρων εξετάζεται με ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων. Οι πίροι είναι κυκλικής διατομής με διάμετρο D και κατασκευάζονται από χάλυβα χαμηλού ορίου διαρροής με τα πιο κάτω χαρακτηριστικά: Μέτρο ελαστικότητας: 210 GPa Τάση διαρροής: 160 ΜPa Τάση θραύσης: 280 MPa Μέγιστη παραμόρφωση: 40% 76

81 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Για την ανάλυση χρησιμοποιήθηκε το υπολογιστικό πρόγραμμα ADINA. H διακριτοποίηση του πύρου έγινε με κομβα τρισδιάστατα στερεά στοιχεία. Επιλέχθηκε ένας πίρος διαμέτρου 24mm. H σχέση δύναμης παραμόρφωσης στη μεσαία διατομή του πίρου (σχήμα 3.22) δίνει τα χαρακτηριστικά των στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν για να προσομοιώσουν την απόκριση των πίρων στο άκρο της κάθε διαγωνίου στο τελικό μοντέλο της κατασκευής. Η κατανομή των ενεργών τάσεων και των μετακινήσεων στο πίρο φαίνονται στο σχήμα 3.21 για συνολική δύναμη 58ΚΝ. Σχήμα 3. 21: Κατανομή μετακινήσεων κατά x, κατανομή ενεργών τάσεων του πίρου για μέγιστη κυκλική φόρτιση (58ΚΝ) Σχήμα 3. 22: Διάγραμμα δύναμης παραμόρφωσης στη μεσαία διατομή του πίρου για κυκλική φόρτιση 77

82 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Μοντελοποίηση του κατασκευαστικού συστήματος στο SAP2000 Στο SAP2000 ο μηχανισμός ο οποίος μελετήθηκε, προσομοιώνεται με ένα μοντέλο δύο παράλληλων NLLINK στοιχείων που διαθέτει το πρόγραμμα. Για την μοντελοποίηση των ελαστοπλαστικών πίρων χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία PLASTIC ενώ για τον πίρο υψηλής αντοχής φρένο στοιχεία ΗΟΟΚ. Πιο κάτω αναφέρονται τα χαρακτηριστικά τους όπως αναφέρονται στο εγχειρίδιο του SAP2000: NLLINK ΗΟΟΚ Σχήμα 3. 23: HOOK σε αξονική παραμόρφωση Τα στοιχεία ΗΟΟΚ έχουν μη γραμμικές ιδιότητες μόνο σε εφελκυσμό. Για κάθε βαθμό ελευθερίας από τους έξι που διαθέτει το ΗΟΟΚ μπορούν να προσδιορισθούν ανεξάρτητες ιδιότητες(εφελκυσμού μόνο). Ισχύει επίσης το γεγονός ότι η παραμόρφωση σε ένα άξονα δεν επηρεάζει την συμπεριφορά του στοιχείου στους άλλους άξονες. Ορίζοντας το άνοιγμα (open) μπορούμε εύκολα να περιορίσουμε το μήκος της παραμόρφωσης εφελκυσμού την οποία θέλουμε να παραμορφώνεται ο φορέας χωρίς να μεταφέρονται αξονικές δυνάμεις πάνω στο Ε.Μ.Α.Σ μέχρι να κλείσει τι άνοιγμα και να ενεργοποιηθεί το ελατήριο ενεργοποιώντας απότομα το Ε.Μ.Α.Σ. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται να δώσουμε στη σταθερά του ελατηρίου k,η οποία δεν πρέπει να παίρνει τιμές κοντά στο άπειρο αλλά τιμές από για να έχουμε όσο το δυνατό πιο μικρές ελαστικές παραμορφώσεις.η μη γραμμική σχέση που συνδέει την δύναμη με την παραμόρφωση είναι : f =k(d open) για d open>0 όπου open το αρχικό άνοιγμα και k η σταθερά του ελατηρίου PLASTIC (WEN): Για κάθε βαθμό ελευθερίας από τους έξι που διαθέτει το PLASTIC WEN μπορούν να προσδιορισθούν ανεξάρτητες ιδιότητες. Το μοντέλο πλαστικοποίησης βασίζεται στην υστερητική συμπεριφορά που προτάθηκε από τον WEN (1976).Όλες οι εσωτερικές παραμορφώσεις είναι ανεξάρτητες. Η διαρροή για κάθε βαθμό ελευθερίας δεν επηρεάζει την συμπεριφορά των άλλων παραμορφώσεων. Η μη γραμμική σχέση που συνδέει την δύναμη με τη παραμόρφωση δίδεται πιο κάτω: 78

83 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ f=ratio k d+(1 ratio) yield z 79

84 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Όπου k η ελαστική σταθερά του ελατηρίου, yield η δύναμη διαρροής, ratio ο λόγος της δυσκαμψίας μετά τη διαρροή προς την δυσκαμψία (k)στην ελαστική περιοχή και z είναι η εσωτερική υστερητική μεταβλητή. Αυτή η μεταβλητή έχει ένα πεδίο τιμών έως IzI 1 με τη διαρροή να συμβαίνει για z=1. Η αρχική τιμή του z είναι μηδέν και διαφοροποιείται σύμφωνα με τη διαφορική εξίσωση :.. exp. k d ( 1- z ) av d z > 0 z = yield. d αλλιώς Σχήμα 3. 24: Ελαστοπλαστική συμπεριφορά PLASTIC(WEN) Όπου το exp είναι ένας εκθέτης μεγαλύτερος ή ίσος της μονάδας. Όσο πιο μεγάλες τιμές παίρνει το exp τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια της θέσης διαρροής όπως φαίνεται στο πιο κάτω διάγραμμα. Η οριακή τιμή που μπορεί να πάρει είναι το 20: 80

85 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 25: Ορισμός των παραμέτρων για το PLASTIC WEN 81

86 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Για μονοαξονική ελαστοπλαστική παραμόρφωση τα χαρακτηριστικά που δόθηκαν στα στοιχεία PLASTIC(WEN) στο SAP2000 για τέσσερις πίρους παρουσιάζονται πιο κάτω: Σχήμα 3. 26: Δεδομένα για PLASTIC(WEN) Σχήμα 3. 27: Διάγραμμα αξονικής δύναμης αξονικής παραμόρφωσης για PLASTIC(WEN) Συγκρίνοντας τα διαγράμματα των σχημάτων 3.22 και 3.27 οι ελαστοπλαστική συμπεριφορά των πίρων προσεγγίζεται αρκετά ικανοποιητικά. Συνδυασμός PLASTIC(WEN) HOOK Για την μοντελοποίηση του μηχανισμού που αποτελείται από τους ελαστοπλαστικούς πίρους (PLASTIC) και τον πίρο υψηλής αντοχής φρένο (ΗΟΟΚ),γίνεται συνδυασμός των δύο ΝLLINK στοιχείων που έχει σαν αποτέλεσμα τη μη γραμμική συμπεριφορά όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 3. 28: Συμπεριφορά μηχανισμού CAR 82

87 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.8 Φορέας ενισχυμένος με Ε.Μ.Α.Σ μηχανισμού CAR Σκοπός αυτού του τύπου Ε.Μ.Α.Σ που τοποθετείτε, είναι να μπορούν να ελέγχονται κατά το μέγιστο δυνατό οι αξονικές δυνάμεις που φέρουν οι διαγώνιες ράβδοι. Με την ενεργοποίηση του φρένου μετά από κάποια σχετική μετακίνηση του φορέα που είναι επιθυμητή από τον μελετητή, αυξάνει απότομα η φέρουσα ικανότητα του φορέα ελαχιστοποιώντας έτσι τις ανεπιθύμητες μετακινήσεις. Τέτοιου είδους Ε.Μ.Α.Σ είναι δυνατό να επιτευχθεί με την προσθήκη του μηχανισμού CAR στις γωνίες σύνδεσης των διαγώνιων ράβδων με το πλαίσιο Ο/Σ. Στόχος είναι στο παρών στάδιο να γίνει σωστή προσομοίωση του μηχανισμού των Ε.Μ.Α.Σ και μέσω διάφορων αναλύσεων να πάρουμε επιθυμητά αποτελέσματα για την συμπεριφορά της κατασκευής. Επίσης μέσω των διαφόρων αναλύσεων με την ανάλογη μοντελοποίηση του φορέα και δεδομένου ότι γνωρίζουμε τα μειονεκτήματα της κάθε μοντελοποίησης, θα προσπαθήσουμε να συγκρίνουμε τους διάφορους τρόπους εξετάζοντας διάφορες παραμέτρους με βασικότερη το χρόνο που χρειάζεται για να γίνει η κάθε ανάλυση. Είναι γνωστό άλλωστε πόσο σημαντικό ρόλο παίζει στη δουλειά του πολιτικού μηχανικού ο χρόνος που χρειάζεται για να πάρει αποτελέσματα από την κάθε ανάλυση. Σχήμα 3. 29: Ενισχυμένος φορέας με Ε.Μ.Α.Σ CAR 83

88 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.9 Ανελαστική στατική ανάλυση Η ανελαστική ανάλυση στο Sap2000 έγινε με στατική ανελαστική(pushover analysis) και ανελαστική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας(nonlinear time history analysis),αφού προστέθηκαν στα άκρα των δοκών θέσεις πιθανών πλαστικών αρθρώσεων (Frame Hinges).Όπως έχει αναφερθεί ανελαστικές ιδιότητες δόθηκαν μόνο στα Frame Hinges αφού εκεί ήταν τα μόνα πιθανά σημεία εμφάνισης πλαστικών αρθρώσεων. Παρακάτω παρουσιάζεται πως έγινε ο προσδιορισμός αυτών των ιδιοτήτων. Το Sap2000 δίνει τη δυνατότητα να προσδιορισθούν τα ανελαστικά χαρακτηριστικά μιας διατομής μέσω των Frame Hinges είτε μόνο λόγω αξονικής καταπόνησης, είτε μόνο λόγω καθαρής κάμψης είτε λόγω αλληλεπίδρασης (διαξονικής κάμψης με ορθή δύναμη). Στο μοντέλο είναι φανερό,ότι τα διαγώνια στοιχεία είναι περισσότερο πιθανό να παρουσιάσουν πλαστικές αρθρώσεις λόγω αξονικής καταπόνησης, ενώ η επίδραση της κάμψης στη συμπεριφορά αυτών στοιχείων φαίνεται αμελητέα. Κατά συνέπεια επιλέχθηκε να προσδιοριστεί η ανελαστική συμπεριφορά της αξονικής καταπόνησης (Axial P) στα Frame Hinge Properties Data. Αντίθετα στις δοκούς και στα υποστυλώματα θεωρήθηκε,ότι είναι πιθανό να πλαστικοποιηθούν λόγω καθαρής κάμψης αφού δεν υπάρχουν κατακόρυφα φορτία και ο φορέας είναι στο επίπεδο οπότε επιλέχθηκε να προσδιοριστεί η ανελαστική συμπεριφορά της καθαρής κάμψης (Μ3) στα Frame Hinge Properties Data σχήμα Στις τέσσερις γωνίες τοποθετήθηκαν τα NLINKs όπως ειπώθηκε και πιο πάνω με μη γραμμική συμπεριφορά στον U1 τοπικό άξονα. Το μεταλλικό γέμισμα που θα διαστασιολογηθεί και θα προσδιοριστούν οι ελαστικές και ανελαστικές του ιδιότητες χρησιμεύει για την παραλαβή της αντίστοιχης σεισμικής τέμνουσας. Είναι προφανές,ότι επιδιώκεται να έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που θα καθιστούν τη χρήση του πιο αποτελεσματική και λειτουργική από τα αντισεισμικά τοιχία. Έτσι κατά πρώτων πρέπει να είναι επιδιορθώσιμο μετά από πιθανή βλάβη που μπορεί να υποστεί υπό την σεισμική φόρτιση και κατά δεύτερον να έχει αρκετά μεγάλο δείκτη πλαστιμότητας. Σχήμα

89 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ο φορέας αποτελείται από το πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος με διαστάσεις 4m x 3m στο οποίο οι δοκοί (0,25m x 0,50m) είναι οπλισμένοι με 3Φ14 άνω και κάτω και τα υποστυλώματα (0,30m x 0,30m )οπλισμένα με 3Φ14 στις διευθύνσεις δύο και τρία. Στο αριστερά πάνω άκρο εφαρμόζουμε οριζόντιο φορτίο λ. P Το υλικό που επιλέξαμε για τις διατομές είναι ο χάλυβας εμπορίου με την καλύτερη ποιότητα Fe510. Για το Ε.Μ.Α.Σ χρησιμοποιήθηκαν στις δοκιμές για τα διαγώνια τμήματα κοιλοδοκοί CHS(0,1x0,00435). Στα LINKs properties για τα ΗΟΟΚ δόθηκαν τα πιο κάτω χαρακτηριστικά όπως φαίνονται στο σχήμα Το άνοιγμα του ΗΟΟΚ επιλέγεται 1,5cm στη διεύθυνση U1 όπου μόνο εκεί ορίζουμε μη γραμμικές ιδιότητες. Για τα PLASTIC WEN μη γραμμικές ιδιότητες ορίζονται και πάλι για το U1 και έχουν σκοπό να προσομοιώσουν το μηχανισμό στη σύνδεση του Ε.Μ.Α.Σ με το φορέα Ο/Σ. Τα χαρακτηριστικά τους φαίνονται στο σχήμα Η δύναμη P ult και η μετακίνηση U ult λίγο πριν την κατάρρευση υπολογίζονται από τη σχέση: P = K. U όπου P = η δύναμη που ασκείται στο φορέα, U = η μετακίνηση του και Κ = η δυσκαμψία του Κατά την στατική ανελαστική ανάλυση λαμβάνεται υπόψη η επίδραση του λυγισμού στις διαγώνιες ράβδους όταν η αξονική καταπόνηση είναι θλιπτική. Σχήμα

90 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 32: Ιδιότητες HOOK με άνοιγμα 1.5 cm Σχήμα 3. 33: Ιδιότητες Plastic (Wen) 86

91 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Αποτελέσματα Σχήμα 3. 34: Καμπύλη τέμνουσα βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου Σχήμα 3. 35: Ελαστική γραμμή σχηματισμός πλαστικών αρθρώσεων Σχήμα 3. 36: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για τα NLINKs στοιχεία 87

92 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 37: Αξονική δύναμη διαγώνιων ράβδων οριζόντια μετατόπιση ορόφου Παρατηρήσεις: Από την καμπύλη της τέμνουσας βάσης παρατηρείται μια μορφή με τρεις κλάδους που ήταν και το αναμενόμενο. Ο πρώτος είναι ο ελαστικός κλάδος του φορέα όπου για μια μετακίνηση 7.5mm αναπτύσσεται μια τέμνουσα βάσης 480 ΚΝ. Στο δεύτερο κλάδο αρχίζει η διαρροή του ενισχυμένου φορέα όπου για μια μετακίνηση του φορέα 38mm αναπτύσσεται μια τέμνουσα βάσης 630 ΚΝ και τέλος ο τρίτος κλάδος όπου ο μηχανισμός του Ε.Μ.Α.Σ φρενάρει (κλείνει το άνοιγμα των ΗΟΟΚ και αρχίζουν να παραλαμβάνουν αξονικές δυνάμεις) δίνοντας την δυνατότητα στο φορέα να αναπτύξει ακόμα μεγαλύτερες αντοχές αναπτύσσοντας μια μέγιστη αντοχή σε οριζόντια φόρτιση κοντά στα 880 ΚΝ σχεδόν διπλάσια από αυτήν του ελαστικού κλάδου. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η θλιβόμενη διαγώνιος δεν διέρρευσε που ήταν και το επιθυμητό αποτέλεσμα. Επίσης η εφελκυόμενη ράβδος δεν πρόλαβε να αναπτύξει τα οριακά της φορτία κάτι που πρέπει να ληφθεί υπόψην. Από το σχήμα 3.36 φαίνεται καθαρά το φρενάρισμα των ΗΟΟΚ στην εφελκυόμενη διαγώνιο (LINK5,LINK6) η οποία φαίνεται να συμβαίνει μετά τα 42mm μετακίνησης του ορόφου. Από την άλλη τα ΗΟΟΚ στην θλιβόμενη διαγώνιο μένουν ανενεργά ενώ τα PLASTW διαρρέουν κανονικά στα 115ΚΝ όπως είχαμε ορίσει πριν. Το σχήμα 3.37 παρουσιάζει το αξονικό φορτίο που παραλαμβάνουν οι διαγώνιες ράβδοι σε σχέση με την μετακίνηση του ορόφου. Για τα αξονικά φορτία που αναπτύσονται στις εφελκυόμενες ράβδους αποτελούν στην ουσία το άθροισμα των PLASTIC και ΗΟΟΚ σε κάθε σημείο. 88

93 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.10 Ανάλυση Χρονοϊστορίας time history analysis Σε αυτή την ανάλυση ο φορέας φορτίστηκε με ένα στατικό φορτίο μεταβλητό στο χρόνο στο επίπεδο του πρώτου ορόφου, στο ίδιο δηλαδή σημείο που φορτίστηκε κατά την στατική ανελαστική ανάλυση. H χρονοϊστορία φόρτισης και τα δεδομένα της ανάλυσης φαίνονται στις πιο κάτω εικόνες. Η ανελαστική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας έγινε με τη μέθοδο της άμεσης ολοκλήρωσης (κατά Newmark) Σχήμα 3. 38: Χρονοϊστορία φόρτισης Σχήμα 3. 39: Δεδομένα χρονοϊστορίας 89

94 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 90

95 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Αποτελέσματα: Σχήμα 3. 40: Διάγραμμα τέμνουσα βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου Σχήμα 3. 41: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για τα NLINKs στοιχεία Σχήμα 3. 42: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για ΗΟΟΚ 91

96 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 43: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για PLASTW Σχήμα 3. 44: Αξονική δύναμη χιαστί ράβδων ενίσχυσης οριζόντια μετατόπιση Παρατηρήσεις: Από την καμπύλη της τέμνουσας βάσης Σχήμα 3.40 παρατηρούνται μεγάλοι βρόγχοι υστέρησης με το φορέα να διαρρέει κοντά στα 480 ΚΝ ενώ κοντά στα 600 ΚΝ ο φορέας φρενάρει.. Στην πρώτη αποφόρτιση φαίνεται ξεκάθαρα το φρενάρισμα με μια απότομη αλλαγή της κλίσης της καμπύλης δείγμα της αύξησης της δυσκαμψίας του φορέα που ήταν και η αναμενόμενη συμπεριφορά. Στο Σχήμα 3.42 παρουσιάζεται η συμπεριφορά του ΗΟΟΚ το οποίο ενεργοποιείται μετά τα 15mm (κλείνει το άνοιγμα των ΗΟΟΚ και αρχίζουν να παραλαμβάνουν αξονικές δυνάμεις) και φτάνει μέχρι μια αξονική δύναμη 93ΚΝ δίνοντας την δυνατότητα στο φορέα να αναπτύξει ακόμα μεγαλύτερες αντοχές. Στο Σχήμα 3.43 τα PLASTW διαρρέουν στα 115ΚΝ παρουσιάζοντας μεγάλους βρόχους υστέρησης. Το Σχήμα 3.44 παρουσιάζει τις αξονικές δυνάμεις που παραλαμβάνουν οι διαγώνιες ράβδοι ενίσχυσης και το φρενάρισμα να συμβαίνει μόνο όταν οι ράβδοι εφελκύονται λόγω του ΗΟΟΚ. Το φρενάρισμα συμβαίνει για αξονικό φορτίο 220ΚΝ φτάνοντας τα 300ΚΝ για μια οριζόντια σχετική μετακίνηση του ορόφου μόλις 4mm. 92

97 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.11 Ανάλυση χρονοϊστορίας με NLINKs στις συνδέσεις του πλαισίου Ο/Σ Σε αυτή την ανάλυση οι θέσεις των πιθανών πλαστικών αρθρώσεων προσομοιώθηκαν με στοιχεία ΝLINKs PLASTIC(WEN). Σκοπός αυτής της ανάλυσης χρονοϊστορίας είναι βασικά να συγκριθεί με την ανάλυση χρονοϊστορίας με τη μέθοδο άμεσης ολοκλήρωσης που προτείνει το SAP2000, έτσι ώστε να ελεγχθεί κατά πόσο μπορούν να παρθούν σωστά αποτελέσματα δίνοντας τα κατάλληλα χαρακτηριστικά στα LINKs δεδομένου ότι, πλεονέκτημα αυτής της ανάλυσης είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να γίνει η ανάλυση αφού γίνεται με ιδιομορφική ανάλυση (model) και όχι μέθοδο άμεσης ολοκλήρωσης στο χρόνο(direct integration). Σχήμα 3. 45: Φορέας ανάλυσης με ΝLINKs στις συνδέσεις του πλαισίου Ο/Σ Όπως αναφέραμε πιο πάνω τα hinges στους δοκούς και στα υποστυλώματα αντικαταστάθηκαν από NLINKs τύπου PLASTIC(WEN) των οποίων ο νόμος συμπεριφοράς τους δόθηκε πιο πάνω. Μη γραμμικές ιδιότητες δόθηκαν μόνο για στροφή στον 3 τοπικό άξονα(r3). Οι ροπές αντοχής βρέθηκαν από την στατική ανελαστική ανάλυση και δόθηκαν σαν ροπές διαρροής στα NLINKs (Μy=Mu). Πιο κάτω φαίνονται τα χαρακτηριστικά των NLINKs που δόθηκαν στις δοκούς και στα υποστυλώματα. Τα υπόλοιπα ΝLINKs είχαν τα ίδια χαρακτηριστικά όπως στην προηγούμενοι ανάλυση. Σχήμα 3. 46: Δεδομένα για τα PLASΤW των υποστυλωμάτων 93

98 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 47: Δεδομένα για τα PLASΤW των δοκών που αναπτύσσουν θετική ροπή στην Pushover 94

99 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 48: Δεδομένα για τα PLASΤW των δοκών που αναπτύσσουν αρνητική ροπή στην Pushover Αποτελέσματα: Σχήμα 3. 49: Διάγραμμα τέμνουσα βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου Σχήμα 3. 50: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για τα NLINKs στοιχεία Σχήμα 3. 51: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για ΗΟΟΚ 95

100 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 52: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για PLASTW στο Ε.Μ.Α.Σ Σχήμα 3. 53: Αξονική δύναμη χιαστί ράβδων ενίσχυσης οριζόντια μετατόπιση Σχήμα 3. 54: Ροπή(R3) υποστυλωμάτων οριζόντια μετατόπιση ορόφου 96

101 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Παρατηρήσεις Σχήμα 3. 55: Ροπή(R3) δοκών οριζόντια μετατόπιση ορόφου Από την καμπύλη της τέμνουσας βάσης Σχήμα 3.49 παρατηρούνται μεγάλοι βρόγχοι υστέρησης με το φορέα να διαρρέει κοντά στα 450 ΚΝ ενώ στα 560 ΚΝ ο φορέας φρενάρει. Στο τέλος της φόρτισης φαίνεται ξεκάθαρα το φρενάρισμα με μια απότομη αλλαγή της κλίσης της καμπύλης δείγμα της αύξησης της δυσκαμψίας του φορέα λόγω της λειτουργίας του ΗΟΟΚ. Στο Σχήμα 3.52 τα PLASTW διαρρέουν στα 115ΚΝ παρουσιάζοντας μεγάλους βρόχους υστέρησης. Στο Σχήμα 3.51 παρουσιάζεται η συμπεριφορά του ΗΟΟΚ το οποίο ενεργοποιείται μετά τα 15mm αξονικής παραμόρφωσης του ΗΟΟΚ(κλείνει το άνοιγμα των ΗΟΟΚ και αρχίζουν να παραλαμβάνουν αξονικές δυνάμεις) που αντιστοιχεί σε 42mm οριζόντιας μετατόπισης του ορόφου και φτάνει μέχρι μια αξονική δύναμη 64ΚΝ δίνοντας την δυνατότητα στο φορέα να αναπτύξει ακόμα μεγαλύτερες αντοχές. Το Σχήμα 3.55 παρουσιάζει τις αξονικές δυνάμεις που παραλαμβάνουν οι διαγώνιες ράβδοι ενίσχυσης και το φρενάρισμα να συμβαίνει μόνο όταν ενεργοποιούνται τα ΗΟΟΚ. Το φρενάρισμα συμβαίνει για αξονικό φορτίο 180ΚΝ φτάνοντας τα 250ΚΝ για μια οριζόντια σχετική μετακίνηση του ορόφου μόλις 4mm. Οι αναλυτικοί πίνακες όλων των εντατικών μεγεθών που προέκυψαν και με τις δύο μεθόδους παρουσιάζονται στο παράρτημα της διπλωματικής εργασίας. 97

102 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Παρατηρήσεις: Γενικά υπάρχει πολύ καλή σύγκλιση των αποτελεσμάτων των δύο μεθόδων. Η ανάλυση που έγινε με χρήση NLINKs κάνοντας πρώτα ιδιομορφική ανάλυση του φορέα τελείωσε σε μόλις 30 δευτερόλεπτα σε αντίθεση με την ανάλυση άμεσης ολοκλήρωσης (hinge properties) που χρειάστηκε περισσότερο από τρεις ώρες. Βέβαια η τοποθέτηση των NLINKs πάνω στο μοντέλο απαιτεί σαφώς μεγαλύτερο χρόνο ωστόσο αυτό δεν αντιστρέφει τα πράγματα. Αντίθετα σε ένα μεγαλύτερο φορέα στο επίπεδο ή ένα χωρικό φορέα πραγματικής κατασκευής η διαφορά του χρόνου ανάλυσης προβλέπεται να είναι ακόμα μεγαλύτερη. Συγκριτικά ξεκινώντας από τα διαγράμματα τέμνουσας βάσης παρατηρήται ότι οι βρόγχοι υστέρησης μοιάζουν πάρα πολύ στις δύο μεθόδους με τη μέγιστη τέμνουσα βάσης να φτάνει στα 600ΚΝ για μια μέγιστη μετατόπιση ορόφου 4.5cm. Τα διαγράμματα αξονικής δύναμης οριζόντιας μετατόπισης ορόφου για τα NLINKs στις συνδέσεις των διαγώνιων ενισχύσεων του Ε.Μ.Α.Σ, είναι επίσης πανομοιότυπα αφού οι τιμές των αξονικών δυνάμεων για όλα τα PLASW είναι σχεδόν ίδιες ενώ για τα ΗΟΟΚ υπάρχει μια προσέγγιση κοντά στο 70%. Τέλος από τα διαγράμματα αξονικής δύναμης στις διαγώνιες ενισχύσεις του Ε.Μ.Α.Σ και από τον Πίνακα 3.3 η προσέγγιση είναι σχεδόν απόλυτη προσεγγίζοντας κατά ένα μέσο όρο τιμών το 93%.Τέλος από τους Πίνακες 3.1,3,2 ότι τα εντατικά μεγέθη τόσο των δοκών όσο και των υποστυλωμάτων προσεγγίζονται πολύ ικανοποιητικά από την γρήγορη μέθοδο (χρήση ΝLINKs). Γενικά μπορούμε να πούμε ότι τα αποτελέσματα προσεγγίζονται άκρως ικανοποιητικά για μη γραμμική ανάλυση με μερική δυνατότητα να ελεγχθεί η συμπεριφορά του φορέα μέσα στη πλαστική περιοχή δεδομένου ότι είναι γνωστό ότι ακόμα και η ακριβέστερη ανελαστική μέθοδος είναι σχεδόν αδύνατο να προβλέψει τη συμπεριφορά του φορέα πέραν του ελαστικού κλάδου. 98

103 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.12 Στατική ανελαστική ανάλυση μονώροφου πλαισίου ενισχυμένο με απλό Ε.Μ.Α.Σ με μόνιμα κατακόρυφα φορτία που αντιστοιχούν σε πενταόροφη κατασκευή Σε αυτή την ανάλυση τα φορτία παίρνονται από πενταόροφη κατασκευή η οποία αναλύεται σε επόμενο κεφάλαιο, ωστόσο κρίνεται σκόπιμο να ελεγχθεί η συμπεριφορά του μονώροφου σε συνθήκες πραγματικών κατακόρυφων φορτίων. Τα υποστυλώματα του ισογείου από (30x30)cm μετατρέπονται στο μοντέλο σε (40x40)cm και ο οπλισμός από 8Φ14 γίνεται 8Φ16. Οι δοκοί παραμένουν με τις ίδιες διαστάσεις. Σχήμα 3. 56: Μόνιμα κατακόρυφα φορτία για Push(G+0.3Q) Δεδομένα ανάλυσης Σχήμα 3. 57: Οριζόντιο στατικό φορτίο για Push(1) Σχήμα 3. 58: Δεδομένα ανάλυσης για Push(G+0.3Q) 99

104 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 59: Δεδομένα ανάλυσης για Push(1) Αποτελέσματα Σχήμα 3. 60: Καμπύλη τέμνουσας βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου Σχήμα 3. 61: Πρόωρη αστοχία θλιβόμενης διαγώνιου 100

105 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 62: Παραμόρφωση του φορέα στο τελευταίο βήμα της ανάλυσης Σχήμα 3. 63: Αξονικό φορτίο διαγώνιων ράβδων οριζόντια μετακίνηση ορόφου Παρατηρήσεις Από την καμπύλη αντίστασης σχήμα 3.60 ο φορέας φαίνεται να αναπτύσσει μια μέγιστη τέμνουσα βάσης 1300ΚΝ όπου αστοχεί η θλιβόμενη ράβδος και πέφτει ακαριαία η αντοχή του φορέα με αποτέλεσμα μέχρι την κατάρρευση να μπορεί να παραλάβει πολύ μικρά φορτία. Η πτώση αυτή της αντοχής του φορέα φαίνεται καλύτερα στο σχήμα 3.63 όπου το αξονικό φορτίο που φέρει η θλιβόμενη ράβδος από 300 ΚΝ που είναι το μέγιστο που μπορεί να παραλάβει πέφτει ακαριαία στο μηδέν αστοχώντας. Κάτι που πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη είναι ότι στη στατική ανελαστική ανάλυση η φόρτιση είναι μόνο στη μία διεύθυνση με αποτέλεσμα η εφελκυόμενη ράβδος να βρίσκεται πάντα σε ένταση. Στην πραγματικότητα όμως η σεισμική φόρτιση είναι φαινόμενο που προκαλεί εναλλασσόμενα εντατικά μεγέθη στο κτίριο λόγω της εναλλασσόμενης φόρτισης. Αυτό σημαίνει ότι σε περίπτωση που μια ράβδος λυγίσει λόγω του μεγάλη θλιπτικού φορτίου που αναπτύσσεται σε μια διεύθυνση, τότε κατά την αλλαγή της εντατικής κατάστασης στην κατασκευή, ο φορέας μένει στην ουσία χωρίς διαγώνια ενίσχυση αφού η ήδη λυγισμένη ράβδος καλείται να αναπτύξει εφελκυστικά αξονικά φορτία τα οποία θα είναι σε θέση να παραλάβει όταν τεντώσει ξανά εφόσον βέβαια δεν έχει καταστραφεί ήδη από το λυγισμό και τα φαινόμενα τοπικής στρέβλωσης 101

106 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.13 Στατική ανελαστική ανάλυση μονώροφου πλαισίου ενισχυμένο με Ε.Μ.Α.Σ CAR με μόνιμα κατακόρυφα φορτία που αντιστοιχούν σε πενταόροφη κατασκευή Επαναλαμβάνεται στατική ανελαστική ανάλυση στο πλαίσιο το οποίο αντιπροσωπεύει το ισόγειο ενός πολυωρόφου κτιρίου μόνο που αυτή τη φορά το πλαίσιο ενισχύεται με Ε.Μ.Α.Σ CAR. Σχήμα 3. 64: Μόνιμα κατακόρυφα φορτία για Push(G+0.3Q) Σχήμα 3. 65: Οριζόντιο στατικό φορτίο για Push(1) Τα κατακόρυφα φορτία παραμένουν τα ίδια όπως και στην προηγούμενη ανάλυση όπως και η χρονοϊστορία φόρτισης του στατικού φορτίου στο ύψος του ορόφου. Ο μηχανισμός CAR προσομοιώνεται με τα δύο στοιχεία NLINKs (PLASTW,HOOK)σε παράλληλη σύνδεση με τα δεδομένα να παραμένουν τα ίδια για εκέινα που δόθηκαν στο μονόροφο πλαίσιο χωρίς κατακόρυφα φορτία(βλέπε υποκεφάλαιο 3.9) Το άνοιγμα των ΗΟΟΚ (μήκος που επιτρέπεται ο πίρος υψηλής αντοχής να ολισθήσει) επιλέγεται τέτοιο ώστε να ενεργοποιείται για οριζόντια μετακίνηση του ορόφου 2cm. Η οριζόντια μετακίνηση μεταφράζεται σε αξονική κατά μήκος των διαγώνιων ως εξής: OPEN = OPEN = 0.015m sin

107 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Δεδομένα ανάλυσης Σχήμα 3. 66: Δεδομένα ανάλυσης για Push(G+0.3Q) Σχήμα 3. 67: Δεδομένα ανάλυσης για Push(1) 103

108 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Αποτελέσματα Σχήμα 3. 68: Καμπύλη τέμνουσας βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου Σχήμα 3. 69: Παραμόρφωση του φορέα στο τελευταίο βήμα της ανάλυσης Σχήμα 3. 70: Αξονικό φορτίο ελαστοπλαστικών πίρων οριζόντια μετακίνηση ορόφου 104

109 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 71: Αξονικό φορτίο ΗΟΟΚ οριζόντια μετακίνηση ορόφου Σχήμα 3. 72: Αξονικό φορτίο διαγώνιων ράβδων οριζόντια μετακίνηση ορόφου Στατική ανελαστική ανάλυση με οχτώ ελαστοπλαστικούς πίρους αντί τεσσάρων Για στατική ανελαστική ανάλυση με οχτώ ελαστοπλαστικούς πίρους αντί τεσσάρων αλλάζουν τα χαρακτηριστικά των PLASTW όπως φαίνεται πιο κάτω. 105

110 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 73: Χαρακτηριστικά PLASTW για οχτώ ελαστοπλαστικούς πίρους 106

111 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 74: Παραμόρφωση φορέα με οχτώ ελαστοπλαστικούς πίρους κατά την αστοχία Σχήμα 3. 75: Συγκριτικές καμπύλες αντίστασης Παρατηρήσεις Στο σχήμα 3.75 παρουσιάζονται συγκριτικά οι καμπύλες αντίστασης των τριών διαφορετικών μοντέλων με την κάθε μορφή ενίσχυσης. Όπως φαίνεται στο πιο πάνω σχήμα η χαρακτηριστική πτώση της αντοχής του φορέα λόγω του λυγισμού της θλιβόμενης διαγωνίου δεν συμβαίνει στα μοντέλα όπου χρησιμοποιείται ο μηχανισμός CAR. H δυνατότητα που έχουν οι ελαστοπλαστικοί πίροι να παραμορφώνονται έτσι ώστε να αποφεύγονται τα μεγάλα αξονικά φορτία πέραν του επιτρεπόμενου ορίου είναι αυτό που προστατεύει τις διαγώνιες ενισχύσεις από το λυγισμό. Ταυτόχρονα όμως είναι αναπόφευκτο να μειώνεται η αντοχή του φορέα αφού επιτρέπεται στο φορέα οπλισμένου να πλαστικοποιηθεί για πιο μικρή τέμνουσα βάσης. Στο μοντέλο Ε.Μ.Α.Σ CAR(4) ο φορέας πλαστικοποιείται για τέμνουσα βάσης 650ΚΝ σε αντίθεση με του απλού Ε.Μ.Α.Σ το οποίο παραμένει στην ελαστική περιοχή μέχρι 1100ΚΝ τέμνουσας βάσης,σχεδόν διπλάσια. Επίσης η μέγιστη αντοχή του Ε.Μ.Α.Σ CAR(4) είναι 1150 ΚΝ ενώ στο απλό Ε.Μ.Α.Σ 1300ΚΝ. Με το Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) επιτεύχθηκε ο κύριος σκοπός που ήταν ο συνδυασμός της υψηλής αντοχής που προσφέρει η ισχυρή σύνδεση των διαγώνιων ράβδων στο πλαίσιο Ο/Σ με τη μεγάλη πλαστιμότητα του παρουσιάζει το μοντέλο με CAR(4). Στην ουσία με τη λειτουργία του φρένου αντίστασης σε δεύτερο χρόνο επιτεύχθηκε ίδια μέγιστη τέμνουσα αντοχής και το σημαντικότερο η θλιβόμενη διαγώνιος προστατευτικέ ενώ τα επίπεδα πλαστιμότητας και απόσβεσης ενέργειας παρέμειναν σε υψηλό επίπεδο. 107

112 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 3.14 Αναλύσεις χρονοϊστορίας φορέα ενισχυμένου με Απλό Ε.Μ.Α.Σ και ΕΜΑΣ CAR(8 πίρων) Η ανάλυση χρονοϊστορίας έγινε για στατικό φορτίο στο ύψος του ορόφου το οποίο αυξάνεται προοδευτικά κατά τη διάρκεια του χρόνου. Τα κατακόρυφα φορτία λήφθηκαν τα ίδια όπως στις πιο πάνω αναλύσεις. Στα δεδομένα των LINKs(PLASTW) που αντιπροσωπεύουν τις πιθανές θέσεις των πλαστικών αρθρώσεων δίνονται οι ροπές αντοχής των δοκών και υποστυλωμάτων που βρέθηκαν από την ανελαστική στατική ανάλυση που έγινε σε προηγούμενο στάδιο(μu=my). Η πρώτη ιδιομορφή του φορέα προσεγγίστηκε επακριβώς με Τ= 0.14s. Σχήμα 3. 76: Φορέας ανάλυσης με ΝLINKs στις συνδέσεις του πλαισίου Ο/Σ Σχήμα 3. 77: Στατικό φορτίο στο ύψος του ορόφου Μη γραμμικές ιδιότητες δόθηκαν μόνο για στροφή στον 3 τοπικό άξονα(r3). Πιο κάτω φαίνονται τα χαρακτηριστικά των NLINKs που δόθηκαν στις δοκούς και στα υποστυλώματα. Τα υπόλοιπα ΝLINKs είχαν τα ίδια χαρακτηριστικά όπως στην προηγούμενοι ανάλυση. Επειδή στην ανάλυση χρονοϊστορίας το φορτίο είναι εναλλασσόμενο, στους δοκούς δόθηκε η ροπή αντοχής για λειτουργία δοκού που είναι δυσμενέστερη από αυτήν για λειτουργία πλακοδοκού. 108

113 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ανάλυση χρονοϊστορίας απλού Ε.Μ.Α.Σ Δεδομένα ανάλυσης Σχήμα 3. 78: Δεδομένα για τα PLASΤW των υποστυλωμάτων Σχήμα 3. 79: Δεδομένα για τα PLASΤW των δοκών που αναπτύσσουν θετική ροπή στην στατική ανελαστική ανάλυση 109

114 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Αποτελέσματα: Σχήμα 3. 80: Χρονοϊστορία φόρτισης Σχήμα 3. 81: Διάγραμμα τέμνουσα βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου Σχήμα 3. 82: Αξονική δύναμη χιαστί ράβδων ενίσχυσης οριζόντια μετατόπιση 110

115 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ε.Μ.Α.Σ CAR (8) Δεδομένα ανάλυσης Σχήμα 3. 83: Δεδομένα για τα PLASΤW των υποστυλωμάτων Σχήμα 3. 84: Δεδομένα για τα PLASΤW των δοκών που αναπτύσσουν θετική ροπή στην στατική ανελαστική ανάλυση 111

116 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τα δεδομένα των PLASTW και ΗΟΟΚ παραμένουν τα ίδια που δοθήκαν στη στατική ανελαστική ανάλυση για Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) Αποτελέσματα: Σχήμα 3. 85: Χρονοϊστορία φόρτισης Σχήμα 3. 86: Διάγραμμα τέμνουσα βάσης οριζόντια μετατόπιση ορόφου 112

117 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 87: Αξονική δύναμη οριζόντια μετατόπιση για τα NLINKs στοιχεία Σχήμα 3. 88: Αξονική δύναμη για ΗΟΟΚ οριζόντια μετατόπιση ορόφου Σχήμα 3. 89: Αξονική δύναμη χιαστί ράβδων ενίσχυσης οριζόντια μετατόπιση 113

118 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΟΝΩΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 3. 90: Συγκριτικές καμπύλες χρονοϊστορίας τέμνουσας βάσης Οριζόντια μετατόπιση ορόφου για ΕΜΑΣ απλό και ΕΜΑΣ CAR(8) Παρατηρήσεις Στο σχήμα 3.90 παρατηρούμε τον τρόπο που συμπεριφέρεται ο φορέας όταν είναι ενισχυμένος με απλό Ε.Μ.Α.Σ και με ΕΜΑΣ CAR(8) με οχτώ ελαστοπλαστικούς πύρους σε χρονοϊστορία φόρτισης με τα ίδια φορτία. Στο φορέα με το απλό Ε.Μ.Α.Σ οι οριζόντιες μετακινήσεις στο φορέα είναι περίπου 1cm και ο φορέας μόλις που μπαίνει στην πλαστική περιοχή με αποτέλεσμα για μια μέγιστη τέμνουσα βάσης 1250ΚΝ ο φορέας να αναπτύσσει μια πλαστιμότητα γύρω στο δύο. Στο φορέα με ΕΜΑΣ CAR(8) οι μετακινήσεις φτάνουν τα 5cm για την ίδια τέμνουσα βάσης, δηλαδή η πλαστιμότητα του φορέα φτάνει το 10, πράγμα που στην ουσία σημαίνει ότι το έργο που καταναλώνει ο φορέας με Ε.Μ.Α.Σ CAR είναι πολύ μεγαλύτερο αφού πλαστικοποιείται σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό. Χαρακτηριστικό στο διάγραμμα είναι το φρενάρισμα του πίρου υψηλής αντοχής (λειτουργία ΗΟΟΚ) σε μια οριζόντια μετακίνηση ορόφου 42mm που αυξάνει τη δυσκαμψία του φορέα και μειώνει τις ανεπιθύμητες οριζόντιες μετακινήσεις. Βέβαια σε μια πραγματική κατασκευή όπου σε τόσο μεγάλες πλευρικές μετατοπίσεις τα φαινόμενα δευτέρας τάξης επιδεινώνουν σοβαρά την εντατική κατάσταση των υποστυλωμάτων επιβάλλεται η λειτουργία του φρένου να γίνεται σε πολύ πιο μικρές οριζόντιες μετακινήσεις ορόφου. Επίσης σημαντικό είναι ότι το αξονικό φορτίο στις θλιβόμενες διαγώνιους για το Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) φτάνει μια τιμή κοντά στα 300ΚΝ ενώ το εφελκυστικό γύρω στα 500 ΚΝ σε αντίθεση με το απλό Ε.Μ.Α.Σ το οποίο το θλιπτικό και αξονικό είναι 400ΚΝ. Αυτό δείχνει ότι οι διαγώνιες ράβδοι στο Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) καταπονούνται 25% λιγότερο σε θλίψη ενώ η εφελκυστική αντοχή του εξαντλείται 20% περισσότερο που είναι και ο επιθυμητός τρόπος συμπεριφοράς. Γενικά μπορούμε να πούμε ότι δίνεται η ευκαιρία στο μηχανικό κατά το σχεδιασμό να επιλέξει αυτός το επίπεδο που ο φορέας επιθυμεί να πλαστικοποιείται για μια δεδομένη σεισμική φόρτιση, αυξάνοντας η μειώνοντας των αριθμό των ελαστοπλαστικών πίρων έχοντας έτσι των πλήρη έλεγχο αξονικού φορτίου που παραλαμβάνουν οι διαγώνιες ράβδοι στα Ε.Μ.Α.Σ. Από την άλλη είναι σε θέση να προστατέψει την κατασκευή από τις ανεπιθύμητες πλευρικές μετακινήσεις ενεργοποιώντας το φρένο σε επιθυμητή οριακή κατάσταση 114

119 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ 4.1 Στοιχεία κατασκευής ΣΤΟΙΧΕΙΑ Η μελέτη αφορά μια πλαισιακή πενταόροφη κατασκευή πέντε ανοιγμάτων στην x διεύθυνση και πέντε ανοιγμάτων στη y διεύθυνση. Το κτίριο δεν περιλαμβάνει καθόλου τοιχώματα από οπλισμένο σκυρόδεμα. Θα γίνει μελέτη των πλαισίων του φέροντα οργανισμού έναντι σεισμικών φορτίων εφόσον ενισχυθούν με ειδικά μεταλλικά αντισεισμικά στοιχεία (ΕΜΑΣ CAR). Επειδή ο φορέας είναι συμμετρικός ο έλεγχος περιορίζεται μόνο στη διεύθυνση x, οπότε θα θεωρήσουμε σεισμό μόνο κατά τη διεύθυνση αυτή. Η αρχική επίλυση (προμελέτη) του φορέα γίνεται για τον γυμνό φορέα με σκοπό να επιβεβαιωθεί η επάρκεια των διατομών και να επιλεχθούν οι κατάλληλοι οπλισμοί. Για όλες τις αναλύσεις χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα SAP 2000 ενώ ο αντισεισμικός υπολογισμός έγινε με την ισοδύναμη στατική μέθοδο. Αναλυτικά : Πίνακας 4. 1 Ποιότητα σκυροδέματος : C20/25 Ποιότητα χάλυβα : B500c Αριθμός ορόφων : 5 Ύψος ορόφου : h = 3,0 m Βάθος θεμελίωσης : 1,5 m Μήκος ανοίγματος : L = 4,0 m Διατομή στύλων 1 ου ορόφου : 40x40 (cm), Διατομή στύλων 2 ου ορόφου : 35x35 (cm), Διατομή στύλων 3 ου ορόφου : 35x35 (cm), Διατομή στύλων 4 ου ορόφου : 30x30 (cm), Διατομή στύλων 5 ου ορόφου : 30x30 (cm), Διατομή δοκών : 25/60 (cm) Πάχος Πλάκας : 15 (cm) Φ ο ρ τ ί α κ α τ α σ κ ε υ ή ς : Πρόσθετο μόνιμο φορτίο πλακών : g = 2,0 ΚN/m 2 Ωφέλιμο φορτίο πλακών : q= 2,0 ΚN/m 2 Ισοδύναμο φορτίο τοιχοποιιών (ανά m 2 πλάκας) : g T = 1,0 ΚΝ/m 2 115

120 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 1: Κάτοψη πενταόροφης κατασκευής Ελαστική διακριτοποίηση Υλικά : C20/25 Μέτρο ελαστικότητας: E=2, KN/m 2 Λόγος Poisson: v=0,2 Ειδικό βάρος: γ=25 KN /m 3 Β500c Για το υλικό των δοκών, το βάρος θεωρήθηκε μηδενικό, καθώς αυτό συνυπολογίστηκε και τοποθετήθηκε στο ομοιόμορφο φορτίο των δοκών μαζί με τα φορτία από τις πλάκες. Στο υλικό των στύλων θεωρήθηκε ίδιο βάρος γ=25 ΚN/m

121 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Δομικά στοιχεία Κατακόρυφα στοιχεία Διαστάσεις ΟΡΟΦΟΣ ΥΨΟΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ 1 ος 3,0m (40/40)cm 2 ος 3,0m (35/35)cm 3 ος 3,0m (35/35)cm 4 ος 3,0m (30/30)cm 5 ος 3,0m (30/30)cm Τα ΕΜΑΣ έχουν διατομές ΔΙΑΤΟΜΗ CHS D x t (101.6x3.6)mm Οριζόντια στοιχεία Διαστάσεις Οι δοκοί που χρησιμοποιούνται είναι διατομής 25/60. Ο υπολογισμός του συνεργαζόμενου πλάτους των πλακοδοκών γίνεται σύμφωνα με τον EAK2000 (Σ3.2.3[2]). Το συνεργαζόμενο πλάτος πλακοδοκού για την ανάλυση λαμβάνεται ίσο με το πάχος του κορμού αυξημένο κατά 8h f για τις δοκούς με διατομή μορφής T (εσωτερικές δοκοί) και κατά 3h f για δοκούς με διατομή μορφής Γ (περιμετρικές δοκοί). Περιμετρικές Δοκοί Εσωτερικές Δοκοί b eff =b w +3 h f b eff =b w +8 h f Συνεπώς έχουμε: Αμφίπλευρες πλακοδοκοί (εσωτερικές δοκοί) b eff =8h f +b w =8 0,15+0,25=1,45m Μονόπλευρες πλακοδοκοί (περιμετρικές δοκοί) b eff =3h f +b w =3 0,15+0,25=0,70m 117

122 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Δυσκαμψίες Οι δυσκαμψίες και δυστρεψίες λαμβάνονται μειωμένες (με θεώρηση ανάλογων modification factors) σύμφωνα με τον ΕΑΚ 2003 (παράγραφος 3.2.3{2}). Δυσκαμψία δοκών=0,5 δυσκαμψίας σταδίου I Δυσκαμψία στύλων= δυσκαμψία σταδίου I Δυστρεψία δομικών στοιχείων=1/10 σταδίου Ι 4.2 Φορτία υπολογισμού Προσδιορισμός φορτίων δοκών Κατανομή των φορτίων από τις πλάκες στις δοκούς Το ίδιο βάρος των πλακών είναι: d 25 KN/m 3 =0,15 25=3,75 kν/m 2. Θεωρούμε φορτίο τοιχοποιίας 1,00 ΚN/m 2 ομοιόμορφα κατανεμημένο σε όλες τις πλάκες του 1 ου, 2 ου, 3 ου, 4 ου, 5 ου ορόφου. Προσθέτοντας στο ίδιο βάρος των πλακών την επίστρωση των δαπέδων έχουμε: 1 ος 2 ος 3ος 4ος όροφος: G=3,75+2,00+1,00=6,75 kn/m 2. Επομένως τα φορτία των πλακών είναι: Μόνιμο G=6,75 kn/m 2 Μεταβλητό Q=2,0 kn/m 2 G+0,3Q = 7,35 kn/m 2 5 ος όροφος: G=3,75+2,00 = 5,75 kn/m 2. Επομένως τα φορτία των πλακών είναι: Μόνιμο G=5,75 kn/m 2 Μεταβλητό Q=2,0 kn/m 2 G+0,3Q=6,35 kn/m 2 118

123 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Με βάση τα παραπάνω γίνεται η κατανομή των φορτίων από τις πλάκες στις δοκούς: lmin g q λ οv λ uv λ lv λ rv Πλάκα Τύπος e lmax g* q* g V g V g V g V (g l min /2) (q l min /2) q V q V q V q V Π1,5, , Π2,3,4,6,10, ,15,16,20, ,23, Π7,8,9,12, ,14,17, , Πίνακας 4. 2: Μεταφορά φορτίων από πλάκες σε δοκούς 1 ου 2 ου 3 ου 4 ου ορόφου g q λ οv λ uv λ lv λ rv lmin Πλάκα Τύπος e lmax g* q* g V g V g V g V (g l min /2) (q l min /2) q V q V q V q V Π1,5, 21, Π2,3,4,6,10, 11,15,16,20, ,23, Π7,8,9,12, 13,14,17, , Πίνακας 4. 3: Μεταφορά φορτίων από πλάκες σε δοκούς 5 ου ορόφου Υπολογισμός του ίδιου βάρους των δοκών Το ίδιο βάρος της δοκού είναι: I.B=25 (h δοκού h πλάκας ) b=25 (0,60 0,15) 0,25=2,81 ΚN/m. 119

124 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Υπολογισμός συνολικού φορτίου δοκών Για τις δοκούς της y διεύθυνσης υπολογίζονται οι αντιδράσεις τους σε κάθε στήριξηάκρο. Πολλαπλασιάζοντας το φορτίο G+0,3Q με το μήκος της δοκού προκύπτει το ολικό ql φορτίο της δοκού. Η ζητούμενη αντίδραση είναι το μισό αυτού του φορτίου ( V= ). 2 Αθροίζοντας σε κάθε στύλο το φορτίο από τις κατά y δοκούς που στηρίζονται πάνω του προσδιορίζεται το πρόσθετο αξονικό φορτίο του στύλου. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνεται η επίδραση των εγκάρσιων δοκών, αφού, όπως έχει αναφερθεί παραπάνω μας ενδιαφέρει μόνο ο έλεγχος στη μια διεύθυνση μιας και ο φορέας είναι συμμετρικός. Η διαστασιολόγηση θα γίνει για ένα εσωτερικό πλαίσιο όπου είναι και το δυσμενέστερο. Υπολογίζονται αρχικά τα φορτία G και Q χωριστά και στη συνέχεια το φορτίο του συνδυασμού G+0,3Q. ΔΟΚΟΙ Β1,5 g ν q ν ΔΟΚΟΙ Β2,3,4 g ν q ν Ίδιο βάρος 2.81 Ίδιο βάρος 2.81 Π6+Π Π7+Π Σύνολο Σύνολο G+0,3Q G+0,3Q Πίνακας 4. 4: Φορτία δοκών τυπικού ορόφου ΔΟΚΟΙ Β1,5 g ν q ν ΔΟΚΟΙ Β2,3,4 g ν q ν Ίδιο βάρος 2.81 Ίδιο βάρος 2.81 Π6+Π Π7+Π Σύνολο Σύνολο G+0,3Q G+0,3Q Πίνακας 4. 5: Φορτία δοκών 5 ου ορόφου 120

125 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τα φορτία που τελικά μεταφέρονται στους στύλους από τις εγκάρσιες δοκούς είναι: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΜΕΝΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΤΟΥΣ ΣΤΥΛΟΥΣ P (KN) C C C C C C ος 2 ος 3 ος όροφος ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΜΕΝΑ ΦΟΡΤΙΑ ΣΤΟΥΣ ΣΤΥΛΟΥΣ P (KN) C C C C C C ος όροφος 121

126 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Προσδιορισμός του συντελεστή συμπεριφοράς Λαμβάνεται συντελεστής συμπεριφοράς q=3,5 στην ανάλυση Αδρανειακά χαρακτηριστικά Η συνολική μάζα του κάθε ορόφου μπορεί να ληφθεί συγκεντρωμένη σε ένα οποιοδήποτε σημείο του ορόφου λόγω της διαφραγματικής λειτουργίας της πλάκας. Λαμβάνονται οι μάζες που αντιστοιχούν στην επιφάνεια επιρροής του προσομοιώματος που έχει ληφθεί. Θεωρείται ότι στο κτίριο τοποθετούνται σε πέντε από τα έξι πλαίσια Ε.Μ.Α.Σ σε κατακόρυφη διάταξη σε όλο το ύψος του κτιρίου. Τα Ε.Μ.Α.Σ σχεδιάζονται έτσι ώστε να παραλαμβάνουν το 50% της συνολικής τέμνουσας δύναμης ενώ το υπόλοιπο 50% από τον πλαισιακό φορέα οπλισμένου σκυροδέματος. Αυτό οδηγεί σε ένα καταμερισμό της μισής ενεργούς μάζας του κτιρίου στα πέντε από τα έξι πλαίσια που ενισχύονται με Ε.Μ.Α.Σ, δηλαδή το 1/10 της συνολικής μάζας του κτιρίου. Παραδοχές για την προσομοίωση των μαζών Η συνολική μάζα κάθε ορόφου συντίθεται από: τη μάζα των πλακών και των δοκών του ορόφου συμπεριλαμβανομένων και των επιστρώσεων, τη μάζα των τοιχοποιιών οι οποίες εδράζονται επί αυτών (έχει συμπεριληφθεί στο φορτίο των πλακών), τη μάζα των υποκείμενων και των υπερκείμενων υποστυλωμάτων μέχρι το μέσο του ύψους τους και, τη μάζα που αντιστοιχεί στο 30% του ωφέλιμου φορτίου οι μάζες της πλάκας δαπέδου του ισογείου, των πεδιλοδοκών και της τοιχοποιίας του ισογείου δεν συμπεριλαμβάνονται στην ταλαντούμενη μάζα της κατασκευής. Στους παρακάτω πίνακες έχουν υπολογιστεί αναλυτικά οι μάζες m G+0,30Q : ΟΡΟΦΟΣ ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΜΗΚΟΣ ΔΟΚΩΝ ΔΟΚΟΙ ΒΑΡΟΣ ΑΝΑ ΜΟΝΑΔΑ ΜΗΚΟΥΣ (ΚN/m) ΜΑΖΑ ΔΟΚΩΝ (t) σύνολο

127 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Πίνακας 4. 6 Υπολογισμός μαζών δοκών ΠΛΑΚΕΣ ΟΡΟΦΟΣ ΕΜΒΑΔΟ ΠΛΑΚΑΣ G+0,3Q (ΚN/m 2 ) ΜΑΖΑ ΠΛΑΚΑΣ (IB+G+Τοιχ.+Q) (t) σύνολο Πίνακας 4. 7 Υπολογισμός μαζών πλακών ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ ΤΟΙΧΙΑ) ΣΤΥΛΟΙ ΟΡΟΦΟΣ ΣΤΥΛΟΙ ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΜΗΚΟΣ ΣΤΥΛΩΝ ΒΑΡΟΣ ΑΝΑ ΜΟΝΑΔΑ ΜΗΚΟΥΣ (ΚN/m) ΜΑΖΑ ΣΤΥΛΩΝ (ton) 1 40/ / / / / σύνολο Πίνακας 4. 8: Υπολογισμός μαζών κατακόρυφων στοιχείων Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται συγκεντρωμένες οι μάζες του κάθε ορόφου: ΟΡΟΦΟΣ ΠΛΑΚΕΣ ΔΟΚΟΙ ΣΤΥΛΟΙ ΟΛΙΚΗ ΜΑΖΑ (t) ΜΑΖΑ ΠΛΑΙΣΙΟΥ σύνολο Πίνακας 2.8: Συνολικές μάζες ορόφων 123

128 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ H συνολική μάζα η οποία αντιστοιχεί στο επίπεδο πλαίσιο που θα εξετάσουμε είναι: M= /5= ton Φάσμα σχεδιασμού Λαμβάνεται το φάσμα σχεδιασμού του ΕΑΚ 2000 με συντελεστή συμπεριφοράς q=3,5, κατηγορία σπουδαιότητας Σ 2 (γ 1 =1) και ποσοστό κρίσιμης απόσβεσης ζ=5%. Τα φάσμα σχεδιασμού περιγράφεται από τις γνωστές σχέσεις. T n ΧΧ θ βο 0<Τ<Τ 1 R(T)=γΧAΧ [ 1+ ( -1) ] d I T q Τ 1 <Τ<Τ 2 n ΧΧ θ βο R(T)=γ ΧA Χ ( ) d I q Τ 2 <Τ n ΧΧ θ β T 2 ο 2 3 R(T)=γ ΧA Χ( ) Χ ( ) d I q T όπου β ο =3,5 είναι ο συντελεστής φασματικής ενίσχυσης Προσομοίωση της σεισμικής διέγερσης Η ανάλυση θα γίνει με την απλοποιημένη φασματική μέθοδο με βάση τη θεμελιώδη ιδιοπερίοδο που θα προσδιοριστεί όμως με ιδιομορφική ανάλυση με το SAP2000. Από την ανάλυση του προσομοιώματος με τα χαρακτηριστικά που έχουν προσδιοριστεί παραπάνω προκύπτει T θεμελ =0,43 sec. Σχήμα 4. 2: Θεμελιώδης Ιδιομορφή του φορέα (T θεμελ =0,43 sec) 124

129 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ισχύει: Τ 1 =0,15sec<Τ=0,43sec<Τ 2 =0,60sec, άρα με βάση το φάσμα που έχει παραπάνω έχουμε: n θ βο 112,5 2 R dy(t)=γ A ( ) = 0, ( ) R dy(t)=1.682 m/sec q 3,5 Η ολική μάζα του πλαισίου είναι t. Άρα η τέμνουσα βάσης είναι V=m R d (T), δηλαδή: V y =m R d (T y )= ,682= ΚN. Η κατανομή στους ορόφους γίνεται με βάση τον γνωστό τύπο: F=V φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: i zi mi z m i i και ΟΡΟΦΟΣ m z m z F y (KN) ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 4. 9: Κατανομή τέμνουσας βάσης πλαισίου ανά όροφο Επειδή θέλουμε περίπου το 50% της τέμνουσας βάσης να παραλαμβάνεται από τα ΕΜΑΣ φορτίζουμε το γυμνό φορέα με τη μισή τέμνουσα βάσης οπότε προκύπτει η νέα κατανομή στους ορόφους ως εξής: ΟΡΟΦΟΣ m z m z F y (KN) ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 4. 10: Κατανομή 50% της τέμνουσας βάσης πλαισίου ανά όροφο 125

130 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 4.4 Σεισμικά φορτία δοκών και στύλων του πλαισίου Για τον έλεγχο λαμβάνονται οι δύο διευθύνσεις του σεισμού με τους εξής συμβολισμούς: Ε1: G+0,3Q+E Ε2: G+0,3Q E Οι ροπές διαρροής των στοιχείων (στύλων και δοκών) υπολογίστηκαν προσεγγιστικά με τη βοήθεια του προγράμματος Sap2000. Σημειώνεται ότι οι ροπές διαρροής που προσδιορίζονται σύμφωνα με τα ακόλουθα είναι και ροπές αντοχής, εφόσον γίνεται παραδοχή ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς των στοιχείων (Μu = My, δηλ δεν υπάρχει κράτυνση στο νόμο ροπών στροφών μετά τη διαρροή). 1) Αρχικά πραγματοποιήθηκε διαστασιολόγηση των στοιχείων του πλαισίου χ χ, για το σεισμικό συνδυασμό G+0,3Q ± Ε x. Για τη διαστασιολόγηση χρησιμοποιήθηκε ο Αμερικάνικος Κανονισμός ΑCI (οι διατάξεις του υπάρχουν ενσωματωμένες στο πρόγραμμα Sap). 2) Στη συνέχεια τοποθετήθηκαν στα άκρα των στοιχείων κατάλληλα hinges τα οποία εφοδιάστηκαν με ένα νόμο ανελαστικής συμπεριφοράς (και συγκεκριμένα το νόμο που καθορίζεται αυτόματα από το πρόγραμμα default). Στη συνέχεια μέσω των hinge properties προέκυψαν αυτόματα οι ροπές διαρροής των δοκών. Οι αναλυτικοί πίνακες για τους απαιτούμενους και τοποθετούμενους οπλισμούς που προέκυψαν από τη διαστασιολόγηση των στοιχείων του πλαισίου κατά x x, για το σεισμικό συνδυασμό G+0,3Q ± Ε x καθώς και οι τιμές των ροπών διαρροής αντοχής που προέκυψαν παρουσιάζονται αναλυτικά στο παράρτημα Α.: Σχήμα 4. 3: Απαιτούμενοι οπλισμοί με βάση τον ACI

131 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 4.5 Στατική ανελαστική ανάλυση γυμνού φορέα Αρχικά και με σκοπό να ληφθεί υπόψη η επιρροή των κατακόρυφων φορτίων στην μετελαστική απόκριση του φορέα, γίνεται μια στατική ανελαστική ανάλυση (Push1) για επιβαλλόμενα φορτία αυτά που προκύπτουν από το συνδυασμό G+0.30Q. Ακολούθως εκτελείται, ως δεύτερη αλλά συνεχόμενη της προαναφερθείσας ανάλυσης (αυτό γίνεται με κατάλληλη επιλογή στο στατικό πρόγραμμα), η στατική ανελαστική ανάλυση του πλαισίου (Push2). Τα σεισμικά φορτία, βάσει των οποίων φορτίζεται η κατασκευή μέχρι την αστοχία της, ακολουθούν την κατανομή φορτίων της πρώτης θεμελιώδους ιδιομορφής του φορέα. Πρόκειται, ως γνωστό, για κατανομή που προσεγγίζει κατά πολύ την τριγωνική καθ ύψος κατανομή. Η αστοχία του πλαισίου ορίστηκε με μια στοχευόμενη μετακίνηση του ανωτάτου επιπέδου του πλαισίου. Λόγω της διαφραγματικής λειτουργίας των πλακών, η μετακίνηση ορίστηκε σε τυχαίο κόμβο του πέμπτου ορόφου. Ως στοχευόμενη μετακίνηση δόθηκε μια αρκετά μεγάλη τιμή, ώστε στο τέλος της ανάλυσης ο φορέας να έχει αστοχήσει πραγματικά, δηλαδή λόγω εξάντλησης της υπερστατικότητάς του και όχι λόγω της εξάντλησης της στοχευόμενης μετακίνησης του φορέα, η οποία δόθηκε τυχαία. Ως μέθοδος αποφόρτισης των στοιχείων χρησιμοποιήθηκε η επιλογή του προγράμματος της πλήρους αποφόρτισης του φορέα (Unload Entire Structure). Από την ιδιομορφική ανάλυση του φορέα η πρώτη ιδιομορφή είναι Τ=0.401s με 80% ενεργοποίησης της δρώσας μάζας. Δίνονται hinge properties στις δοκούς(μ3) και στα υποστυλώματα (P Μ3). Σχήμα 4. 4: Hinge properties για τον γυμνό φορέα 127

132 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Δεδομένα ανάλυσης Σχήμα 4. 5: Δεδομένα Push1 για τα κατακόρυφα φορτία Σχήμα 4. 6: Δεδομένα Push2 για σεισμική φόρτιση με τη πρώτη ιδιομορφή 128

133 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Αποτελέσματα: Σχήμα 4. 7: Παραμόρφωση του γυμνού πλαισίου στο τελευταίο βήμα της ανάλυσης Σχήμα 4. 8: Καμπύλη τέμνουσας βάσης μετακίνηση πέμπτου ορόφου Από την καμπύλη της Pushover Σχήμα 4.8 παίρνουμε την μέγιστη τέμνουσα βάσης 492ΚΝ για μια μετατόπιση 24.5cm του ανώτερου ορόφου. Ο ελαστικός κλάδος του φορέα φτάνει μέχρι μια μετακίνηση 1.5cm για μια τέμνουσα βάσης 460 ΚΝ. Ο φορέας μας δηλαδή αναπτύσσει μια πλαστιμότητα της τάξης του 16. Από την τελική παραμόρφωση του φορέα στην στατική ανελαστική ανάλυση σχήμα 4.7 παρατηρείται ότι για φόρτιση με την πρώτη ιδιομορφή επηρεάζονται περισσότερο ο τρίτος και ο τέταρτος όροφος με αποτέλεσμα οι πλαστικές αρθρώσεις που εμφανίζονται σε αυτούς τους ορόφους να είναι σε πιο προχωρημένο στάδιο σε σχέση με το ισόγειο. Για ένα σχεδιασμό μιας καινούργιας κατασκευής αυτό φυσικά θα οδηγούσε σε ανασχεδιασμό των υποστυλωμάτων αυξάνοντας τις δυσκαμψίες των στοιχείων στον τρίτο και τέταρτο όροφο έτσι ώστε να επιτευχθεί ο επιθυμητός τρόπος αστοχίας. 129

134 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Επειδή όμως σε μια υφιστάμενη κατασκευή μπορεί όντως να έχει γίνει κακός σχεδιασμός και συνέπεια αυτού ο φορέας να παρουσιάζει ανεπιθύμητο τρόπο αστοχίας σε οριακή κατάσταση,κρίνεται σκόπιμο να μην αλλάξουν οι διατομές των στοιχείων και να γίνει προσπάθεια διόρθωσης της κακής συμπεριφοράς του φορέα με τη χρήση ειδικών μεταλλικών αντισεισμικών στοιχείων. Σκοπός είναι με διάφορους τρόπους ενίσχυσης με Ε.Μ.Α.Σ να λυθεί το πρόβλημα και μέσω αυτού να αναδειχτεί κατά πόσο η συσκευή CAR με τα πλεονεκτήματα ευελιξίας που επιτρέπει στον μελετητή (αλλάζοντας ανά πάσα στιγμή τον αριθμό των ελαστοπλαστικών πίρων και το άνοιγμα ολίσθησης του πίρου υψηλής αντοχής) πλεονεκτεί έναντι των άλλων μεθόδων ενίσχυσης. Ενίσχυση του φορέα με Ε.Μ.ΑΣ CAR επιλογή κατάλληλου χρόνου ενεργοποίησης του ΗΟΟΚ φρένου. Σύμφωνα με το εγχειρίδιο 273 της FEMA(1997),που υιοθετείται πλήρως από τους κανονισμούς σεισμικής αποτίμησης ΑSCE (2003) και σεισμικής ενίσχυσης ΑSCE 356(ASCE 2000), τα κριτήρια αποδοχής που χρησιμοποιούνται για αποτίμηση ενίσχυση καλύπτουν τρεις πιθανές στάθμες επιτελεστικότητας: IO: Άμεση χρήση μετά το σεισμό (Οριακή Κατάσταση Λειτουργικότητας) LS: Προστασία ανθρώπινης ζωής CP: Αποφυγή κατάρρευσης Ο υπολογισμός της ροπής διαρροής (Μ y ) γίνεται βάσει του οπλισμού κάθε διατομής και γίνεται, κατόπιν επιλογής, αυτόματα από το πρόγραμμα. M/My IO Β LS CP C M/My 1,1 1,0 Β a b C D E D E Α θ Α θ c Σχήμα 4. 9 : Στάθμες επιτελεστικότητας σύμφωνα με τις συστάσεις της FEMA 356 Το φρένο του φορέα θεωρείται «δεύτερη γραμμή άμυνας» στο φορέα και επιλέγεται να ενεργοποιείται μόλις μια οποιαδήποτε πλαστική άρθρωση εισέλθει στη δεύτερη στάθμη επιτελεστικότητας (προστασία ανθρώπινης ζωής). Από την τρόπο παραμόρφωσης του γυμνού φορέα μέχρι την κατάρρευση παρατηρείται ότι πλήγωνται περισσότερο οι περιοχές του τρίτου και του τετάρτου ορόφου ενώ στο ισόγειο δεν μπαίνει καν στη δεύτερη στάθμη επιτελεστικότητας. Το επόμενο βήμα είναι να γίνει ανελαστική στατική ανάλυση στον ενισχυμένο φορέα ορίζοντας μεγάλο άνοιγμα στα ΗΟΟΚ σε όλα τα Ε.Μ.Α.Σ των ορόφων έτσι ώστε να 130

135 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ελεγχθεί ποιος όροφος μπαίνει πρώτος στη δεύτερη στάθμη επιτελεστικότητας και εκεί να ενεργοποιηθούν τα ΗΟΟΚ για όλο το φορέα. Λαμβάνοντας υπόψη τις σχετικές μετακινήσεις υποστυλωμάτων στο φορέα σε εκείνο το στάδιο, επιλέγεται το ακριβές άνοιγμα της τρύπας όπου ο πίρος υψηλής αντοχής δύναται να ολισθήσει μέχρι να φρενάρει αυξάνοντας την δυσκαμψία του φορέα. Με αυτόν τον τρόπο τα ΗΟΟΚ ενεργοποιούνται ταυτόχρονα σε όλους τους ορόφους Βήμα 1 ο : Ανελαστική στατική ανάλυση ενισχυμένου φορέα μεγάλο άνοιγμα των ΗΟΟΚ σε όλους τους ορόφους Σχήμα 4. 10: Πρώτη ιδιομορφή ενισχυμένου φορέα Τ=0.337s Η πρώτη πλαστική άρθρωση η οποία μπαίνει στη τρίτη στάθμη επιτελεστικότητας απευθείας από την πρώτη, συμβαίνει στη βάση υποστυλώματος του πρώτου ορόφου(σχήμα 4.12) οπότε επιλέγεται να ενεργοποιηθούν τα ΗΟΟΚ ένα βήμα πριν. Σχήμα 4. 11: Καμπύλη αντίστασης ενισχυμένου φορέα (Ανενεργά ΗΟΟΚ) 131

136 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 12: Πρώτη πλαστική άρθρωση που ξεπερνά την πρώτη στάθμη επιτελεστικότητας Πίνακας 4. 11: Μετακινήσεις ορόφων ένα βήμα πριν η πλαστική άρθρωση στον πρώτο όροφο βγει από την πρώτη στάθμη επιτελεστικότητας Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step Μια σημαντική παρατήρηση που προκύπτει είναι οι μεγάλες σχετικές μετατοπίσεις που εμφανίζονται στον τέταρτο όροφο(σχεδόν διπλάσιες από τους άλλους ορόφους).επίσης στον τρίτο όροφο οι σχετικές μετατοπίσεις είναι μεγαλύτερες από του πρώτου. Για την αποφυγή τόσο μεγάλων παραμορφώσεων ο μηχανισμός CAR στις συνδέσεις του Ε.Μ.Α.Σ με το πλαίσιο Ο/Σ στον τέταρτο εξοπλίζεται με οχτώ πίρους ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς και στον τρίτο με έξι (δ.λ.δ αλλάζουν τα χαρακτηριστικά των PLASTW) και εκτελείται ξανά ανελαστική στατική ανάλυση. Τα χαρακτηριστικά των ΝLINKs που προσομοιώνουν τους ελαστοπλαστικούς πίρους στον τρίτο και τέταρτο όροφο φαίνονται στα σχήματα 4.13,

137 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 13: Χαρακτηριστικά ελ/τικών πίρων τρίτου ορόφου Σχήμα 4. 14: Χαρακτηριστικά ελ/τικών πίρων τετάρτου ορόφου Σχήμα 4. 15: Πρώτη πλαστική άρθρωση που ξεπερνά την πρώτη στάθμη επιτελεστικότητας Πίνακας 4. 12: Μετακινήσεις ορόφων ένα βήμα πριν η πλαστική άρθρωση στον πρώτο όροφο βγει από την πρώτη στάθμη επιτελεστικότητας Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step

138 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 16: Παραμώρφωση του φορέα στο τελευταίο βήμα της ανάλυσης Σχήμα 4. 17: Νέα καμπύλη αντίστασης ενισχυμένου φορέα με έξι και οχτώ πίρους στον τρίτο και τέταρτο όροφο αντίστοιχα ( Ανενεργά ΗΟΟΚ) Σχήμα 4. 18: Αξονικό φορτίο στα PLASTW(αξονικό διαγώνιων ράβδων) κατά τη διάρκεια της φόρτισης 134

139 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Πίνακας 4. 13: Μετακινήσεις ορόφων την στιγμή της αστοχίας Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step Ο φορέας παρουσιάζει μια μέγιστη τέμνουσα βάσης 1565ΚΝ ενώ οι μετακινήσεις τη στιγμή της κατάρρευσης παρουσιάζονται στο πίνακα Από το σχήμα 4.16 παρατηρείται σαφής βελτίωση της συμπεριφοράς του φορέα σε οριακή κατάσταση με το νέο μοντέλο καθώς οι σχετικές μετακινήσεις των ορόφων είναι περίπου οι ίδιες από τον πρώτο μέχρι τον τέταρτο όροφο, προσεγγίζοντας την συμπεριφορά πλαισιακού φορέα και όχι μικτού. Ωστόσο το πρόβλημα εξακολουθεί να υφίσταται καθώς οι σχετικές μετακινήσεις του τετάρτου ορόφου εξακολουθούν να είναι μεγαλύτερες από το ισόγειο οπότε θα μπορούσε είτε να αυξηθούν ακόμα περισσότερο ο αριθμός των ελαστοπλαστικών πίρων είτε με κατάλληλο προσδιορισμό του ανοίγματος του φρένου να ενεργοποιείται πιο γρήγορα για τον όροφο αυτό, αποφεύγοντας έτσι τις ανεπιθύμητες οριζόντιες σχετικές μετακινήσεις του ορόφου. Υπολογισμός ανοίγματος ΗΟΟΚ Ο υπολογισμός του ανοίγματος του ΗΟΟΚ γίνεται με βάση τις σχετικές μετακινήσεις των ορόφων του πίνακα Σκοπός είναι να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα με την εμφάνιση της πρώτης πλαστικής άρθρωσης που μπαίνει στη δεύτερη στάθμη επιτελεστικότητας. Δεδομένου ότι ο μηχανισμός CAR μπαίνει και στα δύο άκρα της διαγώνιας ράβδου, το μήκος που επιτρέπεται να ολισθαίνουν οι πίροι υψηλής αντοχής θα είναι το μισό του συνολικού επιτρεπόμενου. 1 ος Όροφος 2 ος Όροφος 3 ος Όροφος OPEN = OPEN = m sin OPEN = OPEN = m sin OPEN = OPEN = m sin

140 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 4 ος Όροφος OPEN = OPEN = m sin 45 5 ος Όροφος OPEN = OPEN = m sin Βήμα 2 ο : Ανελαστική στατική ανάλυση ενισχυμένου φορέα ενεργά ΗΟΟΚ Δίνονται τα πιο πάνω ανοίγματα στα δεδομένα των ΗΟΟΚ και επαναλαμβάνεται στατική ανελαστική ανάλυση. Σχήμα 4. 19: Παραμόρφωση στο τελικό βήμα της ανάλυσης Σχήμα 4. 20: Καμπύλη αντίστασης ενισχυμένου φορέα ενεργοποίηση των ΗΟΟΚ 136

141 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 21: Αξονικό φορτίο PLASTW κατά τη διάρκεια της φόρτισης Σχήμα 4. 22: Αξονικό φορτίο ΗΟΟΚ Οριζόντια μετατόπιση πέμπτου ορόφου Σχήμα 4. 23: Αξονικό φορτίο διαγώνιων 1 ου Οριζόντια μετατόπιση 1 ου ορόφου 137

142 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 24: Αξονικό φορτίο διαγώνιων 2 ου Οριζόντια μετατόπιση 2 ου ορόφου Σχήμα 4. 25: Αξονικό φορτίο διαγώνιων 3 ου Οριζόντια μετατόπιση 3 ου ορόφου Σχήμα 4. 26: Αξονικό φορτίο διαγώνιων 4 ου Οριζόντια μετατόπιση 4 ου ορόφου 138

143 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 27: Αξονικό φορτίο διαγώνιων 5 ου Οριζόντια μετατόπιση 5 ου ορόφου Πίνακας 4. 14: Μετακινήσεις ορόφων την στιγμή της αστοχίας Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step Παρατηρήσεις Η καμπύλη αντίστασης σχήμα 4.20 παρουσιάζει μια μέγιστη τέμνουσα βάσης 1750ΚΝ για μια οριζόντια μετατόπιση στον πέμπτο όροφο 20cm ενώ ο φορέας συμπεριφέρεται ελαστικά όπως και στις υπόλοιπες αναλύσεις μέχρι τα 650ΚΝ για οριζόντια μετατόπιση 1.5cm. H πλαστιμότητα είναι : 20 μ = = Από την εικόνα παραμόρφωσης του φορέα στο τελευταίο βήμα της ανάλυσης σχήμα 4.19 παρατηρείται ότι οι πρώτες πλαστικές αρθρώσεις που μπαίνουν στη τρίτη στάθμη επιτελεστικότητας είναι αυτές των υποστυλωμάτων του ισογείου που περιβάλλουν το Ε.Μ.Α.Σ με αποτέλεσμα να σταματάει η ανάλυση και να πέφτει απότομα η αντοχή του φορέα. Σε όλο τον υπόλοιπο φορέα όλες οι πλαστικές αρθρώσεις μένουν κάτω από τη πρώτη στάθμη. Στο σχήμα 4.22 τα ΗΟΟΚ φαίνεται ότι ενεργοποιούνται ταυτόχρονα για μια οριζόντια μετακίνηση του τελευταίου ορόφου 5cm ενώ στα σχήματα παρουσιάζεται το αξονικό φορτίο που αναπτύσσεται στις διαγώνιες ράβδους σε κάθε όροφο σε σχέση με την μετακίνηση του κάθε ορόφου. 139

144 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 4.6 Ανελαστική στατική ανάλυση ενισχυμένου φορέα με Ε.Μ.Α.Σ απλής σύνδεσης ράβδου Θεωρήθηκε χρήσιμο να γίνει μια ανάλυση φορέα ο οποίος ενισχύεται με ένα απλό Ε.Μ.Α.Σ το οποίο συνδέεται με τον συνήθη τρόπο στους κόμβους του πλαισίου οπλισμένου σκυροδέματος. Η προσομοίωση στις συνδέσεις γίνεται ελευθερίες στροφής R2,R3. Σκοπός αυτής της ανάλυσης είναι να συγκρίνουμε τα αποτελέσματα με τις προηγούμενες αναλύσεις και να επισημάνομε πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα ιδιομορφικά φορτία με τα οποία φορτίζουμε στην Push2 προκύπτουν από την πρώτη ιδιομορφή (δεν υπάρχουν ΝLINKs). H ιδιοπερίοδος του φορέα προκύπτει 0.337s. Δεδομένα ανάλυσης Σχήμα 4. 28: Δεδομένα Push 1 για κατακόρυφα φορτία Αποτελέσματα Σχήμα 4. 29: Δεδομένα Push2 για οριζόντια φορτία 140

145 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 30: Ελαστική γραμμή φορέα Σχήμα : Kαμπύλη για τον ενισχυμένο φορέα με απλό Ε.Μ.Α.Σ Σχήμα 4. 32: Αξονική δύναμη διαγώνιων 1 ου οριζόντια μετακίνηση 1 ου ορόφου 141

146 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 33: Αξονική δύναμη διαγώνιων 2 ου οριζόντια μετακίνηση 2 ου ορόφου Σχήμα 4. 34: Αξονική δύναμη διαγώνιων 3 ου οριζόντια μετακίνηση 3 ου ορόφου Σχήμα 4. 35: Αξονική δύναμη διαγώνιων 1 ου οριζόντια μετακίνηση 1 ου ορόφου 142

147 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 36: Αξονική δύναμη διαγώνιων 5 ου οριζόντια μετακίνηση 5 ου ορόφου Πίνακας 4. 15: Μετακινήσεις ορόφων την στιγμή της αστοχίας Παρατηρήσεις Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step Η καμπύλη αντίστασης σχήμα 4.24 παρουσιάζει μια μέγιστη τέμνουσα βάσης 1438ΚΝ για μια οριζόντια μετατόπιση στον πέμπτο όροφο 20cm ενώ ο φορέας συμπεριφέρεται ελαστικά όπως και στις υπόλοιπες αναλύσεις μέχρι τα 650ΚΝ για οριζόντια μετατόπιση 1.5cm. H πλαστιμότητα είναι : 20 μ = = Στα σχήματα παρουσιάζεται το αξονικό φορτίο που αναπτύσσεται στις διαγώνιες ράβδους σε κάθε όροφο σε σχέση με την μετακίνηση του κάθε ορόφου. 143

148 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Κρίνεται σκόπιμο να ελεγχθούν οι σχετικές μετακινήσεις των ορόφων για μια κοινή τέμνουσα βάσης έτσι ώστε να υπάρχει κοινό μέτρο σύγκρισης. Για τον έλεγχο αυτό επιλέγεται σκόπιμα η τέμνουσα βάσης που αντιστοιχεί στη μετακίνηση 14cm του πέμπτου ορόφου αφού σε εκείνο το σημείο οι καμπύλες αντίστασης τέμνονται (σχήμα 4.37). Πίνακας 4. 16: Μετακινήσεις ορόφων απλού ΕΜΑΣ για τέμνουσα βάσης 1425ΚΝ Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step Πίνακας 4. 17: Μετακινήσεις ορόφων ανενεργά ΗΟΟΚ για τέμνουσα βάσης 1425ΚΝ Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step Πίνακας 4. 18: Μετακινήσεις ορόφων ενενεργά ΗΟΟΚ για τέμνουσα βάσης 1425ΚΝ Όροφος OutputCase CaseType StepType StepNum U1 Uσχ. Βάση push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step push2 NonStatic Step

149 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Συγκριτικά διαγράμματα Συμπεράσματα Σχήμα 4. 37: Συγκριτικές καμπύλες αντίστασης Σχήμα 4. 38: Σχετικές μετακινήσεις ορόφων για κοινή τέμνουσα βάσης (1425 ΚΝ) Σχήμα 4. 39: Σχετικές μετακινήσεις ορόφων τη στιγμή της αστοχίας 145

150 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (α) (β) (γ) Σχήμα 4. 40:Παραμόρφωση φορέα κατά την αστοχία:(α)απλό Ε.Μ.Α.Σ,(β) E.M.A.Σ CAR(1) ανενεργά HOOK ),(γ) E.M.A.Σ CAR(2) ενεργά HOOK Πίνακας Όροφος ΦΟΡΤΙΟ ΑΠΛΟ EMAΣ(ΚΝ) ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΔΙΑΓΩΝΙΩΝ ΡΑΒΔΩΝ ΗΟΟΚ ΑΝΕΝΕΡΓΑ(ΚΝ) ΗΟΟΚ ΕΝΕΡΓΑ(ΚΝ) (+) ( ) (+) ( ) (+) ( ) (+) ( ) (+) ( )

151 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 41: Εφελκυστικό αξονικό φορτίο διαγώνιων ράβδων (ΚΝ). Σχήμα 4. 42: Θλιπτικό αξονικό φορτίο διαγώνιων ράβδων (ΚΝ) 147

152 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Παρατηρήσεις Συμπεράσματα Από την ελαστική γραμμή του ενισχυμένου φορέα (ενεργά ΗΟΟΚ) (σχήμα 4. 40(γ)) αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι τα υποστυλώματα στο ισόγειο καταπονούνται λιγότερο από αυτά των ανώτερων ορόφων και γι αυτό το λόγω δεν παρουσιάζεται μηχανισμός ορόφου όπως επίσης το γεγονός ότι σχεδόν κανένα hinge υποστυλώματος δεν έφτασε στην κόκκινη περιοχή εκτός από αυτά που περιβάλουν το Ε.Μ.Α.Σ στο ισόγειο, δεδομένου ότι έχουμε μια οριζόντια μετατόπιση του πέμπτου ορόφου 0.2 m. Επίσης τα υποστυλώματα του τετάρτου ορόφου μένουν στην πρώτη στάθμη επιτελεστικότητας. Στα άλλα μοντέλα οι ζημιές είναι πολύ πιο εκτεταμένες. Στο απλό Ε.Μ.Α.Σ (σχήμα 4. 40(α))όπως ήταν αναμενόμενο τα πιο καταπονημένα σημεία στον φορέα είναι τα δοκάρια δίπλα στο δύσκαμπτο πλαίσιο του Ε.Μ.Α.Σ (παίζει τον ρόλο τοιχίου)γι αυτό και τα κοκκινισμένα hinges. Επίσης εκτεταμένες βλάβες παρουσιάζονται στον τρίτο και τέταρτο όροφο που ήταν και η ευαίσθητη περιοχή του φορέα που σκοπίμως δόθηκε στην κατασκευή. Από την άλλη το μοντέλο με ενίσχυση Ε.Μ.Α.Σ CAR(1) (σχήμα 4. 40(β)) (ΗΟΟΚ ανενεργά) βελτίωσε αισθητά την εικόνα παραμόρφωσης καθώς παρουσιάζει καλύτερη μορφή αστοχίας σε οριακή κατάσταση, ωστόσο τα υποστυλώματα του τετάρτου ορόφου και πάλι καταπονούνται περισσότερο από αυτά του ισογείου. Από τις συγκριτικές καμπύλες αντίστασης (σχήμα 4.37) το μοντέλο του απλού Ε.Μ.Α.Σ μπαίνει στην πλαστική περιοχή για πολύ μεγαλύτερη τέμνουσα βάσης και ο λόγος είναι ότι οι διαγώνιες ράβδοι παραλαμβάνουν απευθείας τα αξονικά φορτία από το πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος ενεργοποιώντας έτσι το 100% της δυσκαμψίας τους από την αρχή. Αυτό σημαίνει ότι αναπτύσσεσαι μεγάλη τέμνουσα βάσης 1380ΚΝ για πολύ μικρές οριζόντιες παραμορφώσεις στον τελευταίο όροφο. Από εκεί και μετά ο φορέας πλαστικοποιείται με πολύ μικρή κράτυνση φτάνοντας μια μέγιστη αντοχή των 1438ΚΝ για 20cm οριζόντιας μετακίνησης του πέμπτου ορόφου. Από την άλλη τα Ε.Μ.Α.Σ CAR(1) και E.M.A.Σ CAR(2) παρουσιάζουν την ίδια καμπύλη αντίστασης μέχρι την στιγμή που ενεργοποιούνται τα ΗΟΟΚ του E.M.A.Σ CAR(2) σε μια οριζόντια μετακίνηση 12cm και αυξάνει απότομα η δυσκαμψία του φορέα φτάνοντας σε μια μέγιστη τέμνουσα βάσης 1750ΚΝ για μια οριζόντια μετατόπιση στον πέμπτο όροφο 20cm, ενώ οι φορείς συμπεριφέρνονται ελαστικά όπως και στις υπόλοιπες αναλύσεις μέχρι τα 650ΚΝ για οριζόντια μετατόπιση 1.5cm. Το γεγονός ότι ο φορέας ΕΜΑΣ CAR(2) πλαστικοποιείται σε χαμηλότερο επίπεδο τέμνουσας βάσης δείχνει ότι ο φορέας είναι σε θέση να αποσβέσει μεγαλύτερα ποσοστά σεισμικής ενέργειας διαμέσου των πλαστικών αρθρώσεων ωστόσο αυτό οδηγεί αναπόφευκτα σε μόνιμες πλαστικές παραμορφώσεις του φορέα για μια δεδομένη τέμνουσα βάσης. 148

153 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Από τα συγκριτικά διαγράμματα σχετικών μετακινήσεων για κοινή τέμνουσα βάσης (σχήμα 4.38) το απλό Ε.Μ.Α.Σ παρουσιάζει τις μικρότερες σχετικές μετακινήσεις σχεδόν ίδιες σε όλους του ορόφους. Από την άλλη στo μοντέλο Ε.Μ.Α.Σ CAR(1) οι σχετικές μετατοπίσεις των ορόφων είναι πολύ μεγαλύτερες από ότι στα άλλα μοντέλα με τον τέταρτο όροφο να έχει την μεγαλύτερη (6cm). Το Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) με την ενεργοποίηση του φρένου αντίστασης ελαττώνει σε μεγάλο βαθμό της ανεπιθύμητες σχετικές μετατοπίσεις σε όλους τους ορόφους με τη μεγαλύτερη μείωση να συμβαίνει στο τέταρτο όροφο που ήταν και η ασθενέστερη περιοχή. Η λειτουργία του ΗΟΟΚ την κατάλληλη στιγμή σαν «δεύτερη γραμμή άμυνας» εξασφαλίζει την επιθυμητή συμπεριφορά του φορέα σε οριακές καταστάσεις. Αποτέλεσμα αυτού είναι επίσης και το πόσο οικονομικές διατομές μπορώ να έχω στο Ε.Μ.Α.Σ ανάλογα με το αξονικό φορτίο που επιτρέπεται να παραλάβει η κάθε ράβδος. Από το σχήμα 4.41 βλέπουμε ότι στις διαγώνιες ράβδους που ενεργοποιούνται τα ΗΟΟΚ για το μοντέλο Ε.Μ.Α.Σ CAR(2) έχουμε αύξηση του αξονικού φορτίου, ενώ ταυτόχρονα το θλιπτικό αξονικό στις θλιβόμενες διαγώνιους παραμένει σε χαμηλά επίπεδα ελαχιστοποιώντας τα φαινόμενα λυγισμού. Τα εφελκυστικά αξονικά φορτία στο απλό Ε.Μ.Α.Σ αναπτύσσονται σε μεγαλύτερο βαθμό, ειδικότερα στον πρώτο όροφο κάτι που θα μπορούσε επίσης να βελτιωθεί στα άλλα μοντέλα με το μηχανισμό CAR είτε τοποθετώντας περισσότερους ελαστοπλαστικούς πίρους αντίστασης είτε ενεργοποιώντας τον πίρο υψηλής αντοχής πιο νωρίς. Γενικά είναι ξεκάθαρος ο ευεργετικός ρόλος του μηχανισμού CAR ο οποίος βελτίωσε αισθητά την συμπεριφορά του φορέα από αυτή που θα είχε αν η ενίσχυση των διαγώνιων ράβδων γινόταν κατά τις καθιερωμένες ισχυρές συνδέσεις που εφαρμόζονται καθημερινά στην πράξη. Το μεγάλο πλεονέκτημα του είναι ότι χαρίζει ευελιξία στο μελετητή να επέμβει εσωτερικά στο φορέα και να ορίσει αυτός την επιθυμητή συμπεριφορά του φορέα αυξάνοντας ή μειώνοντας ανάλογα την αντοχή του, τη δυσκαμψία και τη πλαστιμότητα του φορέα. Αυτό βέβαια απαιτεί προσεχτικό υπολογισμό και στις πλείστες των περιπτώσεων επαναληπτική διεργασία για να προσδιοριστούν σωστά τόσο ο σωστός αριθμός ελαστοπλαστικών πίρων σε κάθε σημείο σύνδεσης όσο και το άνοιγμα της τρύπας που επιτρέπεται στον πίρο υψηλής αντοχής να ολισθήσει. 149

154 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 4.7 Δυναμική ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας ενισχυμένου φορέα Ο ενισχυμένος φορέας επιλέχθηκε να φορτισθεί με ένα πραγματικό σεισμικό επιταχυνσιογράφημα που να έχει κυρίαρχη ιδιοπερίοδο κοντά στην ιδιοπερίοδο του φορέα δηλαδή κοντά στα 0.35s. Για το λόγω αυτό χρησιμοποιήθηκε ο σεισμός της Καλαμάτας με την πιο κάτω χρονοϊστορία. Ο συνολικός χρόνος της σεισμικής καταγραφής ήταν 30 δευτερόλεπτα ωστόσο αποφασίστηκε η φόρτιση να περιοριστεί στα πρώτα 10s αφού μετά την χρονική αυτή στιγμή οι επιταχύνσεις του εδάφους είναι πολύ μικρές. Επίσης οι δυναμικές ανελαστικές αναλύσεις χρονοϊστορίας αποτελούν χρονοβόρα διαδικασία και σε μια τέτοια περίπτωση όπου ο σχεδιασμός και ο υπολογισμός τόσο του αριθμού των ελαστοπλαστικών πίρων, όσο και το άνοιγμα για την επιτρεπόμενη ολίσθηση του πίρου υψηλής αντοχής επιβάλουν πολλές φορές πλήθος αναλύσεων μέχρι που ο μελετητής αποφασίσει για την επιθυμητή συμπεριφορά του φορέα κυρίως όταν η μελέτη γίνεται για ένα υφιστάμενο κτίριο που είναι και πιο περιορισμένες οι επιλογές επέμβασης στο κατασκευής. Σχήμα 4. 43: Σεισμικό επιταχυνσιογράφημα Καλαμάτας Σχήμα 4. 44: Φάσμα απόκρισης 150

155 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Δυναμική ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας με συντελεστή φόρτισης 0,5 του πραγματικού σεισμού για απλό Ε.Μ.Α.Σ. Με το φάσμα απόκρισης του πιο πάνω σεισμού για την θεμελιώδη ιδιοπερίοδο του φορέα, η επιτάχυνση που αναμένεται για τον πραγματικό σεισμό στην κατασκευή είναι 6.9m/s 2 (0.7g) για ελαστική ανάλυση.αυτό σημαίνει ότι ο φορέας θα φορτισθεί με μια τέμνουσα βάσης η οποία θα είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που υπολογίστηκε στην οριακή κατάσταση αστοχίας από τη στατική ανελαστική ανάλυση. Για το λόγω αυτό το επιταχυνσιογράφημα πολλαπλασιάζετε με ένα συντελεστή μικρότερο της μονάδας έτσι ώστε να μελετηθεί η απόκριση του φορέα χωρίς να υπάρξει κατάρρευση. Η ιδιομορφική ανάλυση λαμβάνει υπόψη τις 5 πρώτες ιδιομορφές που ενεργοποιούν μεγαλύτερο από το 90% της δρώσας μάζας. Η ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας γίνεται με τη μέθοδο της άμεσης ολοκλήρωσης. Σχήμα 4. 45: Δεδομένα ανάλυσης για κατακόρυφα φορτία 151

156 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Αποτελέσματα Σχήμα 4. 46: Δεδομένα ανάλυσης για σεισμική φόρτιση (Καλαμάτα) Σχήμα 4. 47: Πρόωρη αστοχία θλιβόμενης διαγωνίου σε χρόνο t=2.66s Σχήμα 4. 48: Τελική μορφή αστοχίας t=10s Σχήμα 4. 49: Χρονοϊστορία τέμνουσας βάσης. Η μέγιστη τιμή είναι Vmax= 741KN για t=2.66s 152

157 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Πίνακας 4. 20: Σχετικές μετακινήσεις ορόφων απλού Ε.Μ.Α.Σ Όροφος OutputCase CaseType Uσχ. (m) 1 kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist Πίνακας 4. 21: Μέγιστες μετακινήσεις ορόφων απλού Ε.Μ.Α.Σ Όροφος OutputCase CaseType StepType U1 Βάση Text Text Text m 0 kalamata NonDirHist Max 0 1 kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max Πίνακας 4. 22: Μέγιστα αξονικά φορτία στις διαγώνιες ράβδους απλού Ε.Μ.Α.Σ Όροφος OutputCase CaseType Νεφ(ΚΝ) Νθλ(ΚΝ) 1 kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist

158 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ανάλυση χρονοϊστορίας με συντελεστή φόρτισης 0,5 του πραγματικού σεισμού για Ε.Μ.Α.Σ CAR(1). Σ αυτό το μοντέλο τα Ε.Μ.Α.Σ του τρίτου και τετάρτου ορόφου οι συνδέσεις έχουν έξι και οχτώ πίρους αντίστοιχα ενώ στους υπόλοιπους ορόφους τέσσερις. Σχήμα 4. 50: Τελική μορφή αστοχίας για t = 10s. Σχήμα 4. 51: Χρονοϊστορία τέμνουσας βάσης. Vmax= 715KN για t = 4.36s 154

159 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Πίνακας 4. 23: Σχετικές μετακινήσεις ορόφων ΕΜΑΣ CAR(1) Όροφος OutputCase CaseType Uσχ. (m) 1 kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist Πίνακας 4. 24: Μέγιστες μετακινήσεις ορόφων ΕΜΑΣ CAR(1) Όροφος OutputCase CaseType StepType U1 Βάση Text Text Text m 0 kalamata NonDirHist Max 0 1 kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max Πίνακας 4. 25: Μέγιστα αξονικά φορτία στις διαγώνιες ράβδους ΕΜΑΣ CAR(1) Όροφος OutputCase CaseType Νεφ(ΚΝ) Νθλ(ΚΝ) 1 kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist

160 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ανάλυση χρονοϊστορίας με συντελεστή φόρτισης 0,5 του πραγματικού σεισμού για Ε.Μ.Α.Σ CAR(8). Σ αυτό το μοντέλο όλα τα Ε.Μ.Α.Σ έχουν οχτώ ελαστοπλαστικούς πίρους σε κάθε σύνδεση με το πλαίσιο Ο/Σ. Σχήμα 4. 52: Τελική μορφή αστοχίας για t = 10s. Σχήμα 4. 53: Χρονοϊστορία τέμνουσας βάσης. Vmax= 700KN για t = 4.37s 156

161 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Πίνακας 4. 26: Σχετικές μετακινήσεις ορόφων ΕΜΑΣ CAR(8) Όροφος OutputCase CaseType Uσχ. m 1 kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist Πίνακας 4. 27: Μέγιστες μετακινήσεις ορόφων ΕΜΑΣ CAR(8) Όροφος OutputCase CaseType StepType U1 Βάση Text Text Text m 0 kalamata NonDirHist Max 0 1 kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max kalamata NonDirHist Max Πίνακας 4. 28: Μέγιστα αξονικά φορτία στις διαγώνιες ράβδους ΕΜΑΣ CAR(8) Όροφος OutputCase CaseType Νεφ(ΚΝ) Νθλ(ΚΝ) 1 kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist kalamata NonDirHist

162 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Συγκριτικά διαγράμματα (α) (β) (γ) 158

163 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 54: Τελική μορφή αστοχίας (α)απλού Ε.Μ.Α.Σ, (β) Ε.Μ.Α.Σ CAR(1), (γ) Ε.Μ.Α.Σ CAR(8) για σεισμό Καλαμάτας Σχήμα 4. 55: Μέγιστες μετακινήσεις ορόφων Σχήμα 4. 56: Σχετικές μετακινήσεις ορόφων 159

164 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟΥ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΕΙΔΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σχήμα 4. 57: Αξονικό φορτίο εφελκυσμού διαγώνιων ράβδων ενίσχυσης Σχήμα 4. 58: Θλιπτικό αξονικό φορτίο διαγώνιων ράβδων ενίσχυσης 160