Αποτίμηση και ανασχεδιασμός υφιστάμενου επταωρόφου δομήματος σύμφωνα με τον ΚΑΝΕΠΕ

Transcript

1 Αποτίμηση και ανασχεδιασμός υφιστάμενου επταωρόφου δομήματος σύμφωνα με τον ΚΑΝΕΠΕ Χρήστος Ε. ΒΑΧΛΙΩΤΗΣ, Χρίστος Θ. ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ ΤΕΕ ΧΙΟΣ

2 Το Δόμημα ΟΜΑΔΑ ΜΕΛΕΤΗΣ Αρχιτ. Μελέτη: Στατική Μελέτη: Η/Μ Μελέτη: ΧΡΟΝΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΑΝΑΚΑΙΝΙΣΗ ΤΗΣ ΦΟΙΤΗΤΙΚΗΣ ΕΣΤΙΑΣ ΤΟΥ ΠΑΝΤΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΠΑΝΤΕΙΟΥ Δημ. Καντιάνης Δ. ΠΟΤΗΡΟΠΟΥΛΟΣ Λ. ΠΟΤΗΡΟΠΟΥΛΟΥ & ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ Ε.Ε. 'ΔΟΜΟΣ' Σύμβουλοι Μηχανικοί C&M TEΧΝΙΚΗ Α.Ε.

3 Το Δόμημα Χρόνος εκπόνησης μελέτης υφιστάμενου κτιρίου: Κανονισμοί μελέτης: Αντισεισμικός Κανονισμός 1959, Κανονισμός Σκυροδέματος 1954 Φορέας δομήματος: Πλαισιακό σύστημα δοκών-υποστυλωμάτων, σε συνδυασμό με ελαφρώς ωπλισμένα τοιχώματα στους πυρήνες κλιμακοστασίου και ανελκυστήρα, συμπαγείς πλάκες, θεμελίωση εκ μεμονωμένων πεδίλων & πεδιλοδοκών. Υλικά: B225, StI & StIII.

4 Οι Διερευνητικές Εργασίες Φέρων Οργανισμός εξαρχής αποτύπωση και έλεγχος των διαθέσιμων ξυλοτύπων. Εδαφος Θεμελίωσης διενεργήθηκε πλήρης γεωτεχνική έρευνα (ερευνητικές τομές τομές και γεωτρήσεις). και Σκυρόδεμα εφαρμογή συνδυασμού άμεσων & έμμεσων μεθόδων (ΜΚΜ) για τον προσδιορισμό αντοχής, αποκοπή 6 πυρήνων στον κρίσιμο όροφο και 6 πυρήνων σε έναν εκ των τυπικών, βαθμονόμηση καμπύλης συσχέτισης (επί των μέσων τιμών) αντοχών πυρηνοληψίας και ΜΚΜ στις ίδιες θέσεις, επέκταση ΜΚΜ σε ικανό πλήθος στοιχείων (30% κατακορύφων, 15% οριζοντίων), ώστε να καλυφθεί το mn πλήθος για ικανοποιητική ΣΑΔ, μετρήσεις ανθεκτικότητας (βάθος ενανθράκωσης, δυναμικό διάβρωσης, ειδική ηλεκτρική αντίσταση, περιεκτικότητα σε χλωριόντα). Κύριος οπλισμός δομικών στοιχείων (ποιότητα κατόπιν οπτικής αναγνώρισης) αναγραφές οπλισμού στα σχέδια της εγκεκριμένης μελέτης, δεδομένα των αποκαλύψεων, δεδομένα των μαγνητικών ανιχνεύσεων και εύλογες υποθέσεις κατά την κρίση του μελετητή.

5 Η Στάθμη Αξιοπιστίας Δεδομένων Δεδομένα Προέλευση Δεδομένων Στάθμη Αξιοπιστίας Σχέδια αρχικής μελέτης μη Ικανοποιητική Γεωμετρικά επιβεβαιωμένα. στοιχεία θεμελίωσης Εύλογη θεώρηση μηχανικού. Γεωμετρικά στοιχεία ανωδομής Υλικά φ.ο. Τοιχοπληρώσεις (γεωμετρίαδόμηση) Οπλισμοί (πλήθος, διάταξη, λεπτομέρειες) Αποτύπωση φέροντος οργανισμού. Σχέδια αρχικής μελέτης επιβεβαιωμένα και διορθωμένα. Παραδοχές αρχικής μελέτης. Σκυρόδεμα Εφαρμογή πυρηνοληψίας και εμμέσων μεθόδων. Παραδοχές αρχικής μελέτης Χάλυβας επιβεβαιωμένες με οπτική αναγνώριση. Δεν κρίθηκε σκόπιμη η διερεύνησή τους, καθότι αποφασίστηκε να αμεληθεί η συμμετοχή τους. Σχέδια αρχικής μελέτης επιβεβαιωμένα με αποκαλύψεις. Μαγνητικές ανιχνεύσεις. Εύλογες θεωρήσεις μηχανικού. Ικανοποιητική Ικανοποιητική Ικανοποιητική _ Ικανοποιητική

6 Το Σχήμα Επεμβάσεων Το επιλεχθέν σχήμα επεμβάσεων αποβλέπει: Στην εξασφάλιση των υποστυλωμάτων και των δοκών έναντι ψαθυρών μορφών αστοχίας (περίδεση με υφάσματα ινοπλισμένου πολυμερούς). Στην βελτίωση της μετελαστικής απόκρισης των δομικών μελών (αύξηση τοπικής πλαστιμότητας) κυρίως των υποστυλωμάτων (περίδεση με υφάσματα ινοπλισμένου πολυμερούς). Στην αύξηση της αντοχής και της στερρότητας του δομήματος (προσθήκη νέων υποστυλωμάτων και τοιχωμάτων Ω.Σ. σε επιλεγμένες θέσεις της κάτοψης).

7 Ο Στόχος Αποτίμησης/Ανασχεδιασμού Στόχοι αποτίμησης ή ανασχεδιαμού Φέροντος Οργανισμού Στάθμη επιτελεστικότητας Φέροντος Οργανισμού Πιθανότητα υπέρβασης σεισμικής δράσης εντός του συμβατικού χρόνου ζωής των 50ετών Σχεδόν πλήρης λειτουργικότητα κατά το σεισμό Προστασία ζωής και περιουσίας των ενοίκων Οιονεί κατάρρευση 10% Α1 Β1 Γ1 50% Α2 Β2 Γ2

8 Οι Συντελεστές της Ανίσωσης Ασφαλείας Συντελεστές ασφαλείας Αντιπροσωπευτικές τιμές ιδιοτήτων υλικών Συντελεστής ασφαλείας προσομοιώματος ανάλυσης γ Sd Συντελεστής ασφαλείας δράσεων σεισμικού συνδυασμού γ F, ψ 2 Συντελεστής ασφαλείας προσομοιώματος αντίστασης γ Rd Συντελεστής ασφαλείας υφιστάμενων υλικών γ m Συντελεστής ασφαλείας νέων υλικών γ m Αντιπροσωπευτική τιμή ιδιότητας υλικού Δράσεις γ Sd =1,00 (δόμημα χωρίς βλάβες και επεμβάσεις) γ g =1,00 Ψ 2 =0,30 Αντιστάσεις Σε όρους εντατικών μεγεθών Σε όρους παραμορφωσιακών μεγεθών γ Rd =1,50 πρωτεύοντα στοιχεία 1,20 δευτερ. στοιχεία Αλλά: γ Rd γ Sd =1,00 Τελικώς: γ Rd =1,00 γ Rd =1,50 [δ θ u ΚΑΝΕΠΕ 7.2.4] Σκυρόδεμα γ c =1,50 γ c =1,00 Χάλυβας γ s =1,15 γ s =1,00 Τοιχοπληρώσεις Σκυρόδεμα γ c =1,50 1,05=1,58 γ c =1,00 Χάλυβας γ s =1,15 1,05=1,20 γ s =1,00 ΙΟΠ γ ΙΟΠ =1,20 γ ΙΟΠ =1,00 με παράλληλη χρήση κατάλληλου γ Rd Αντιπρ. Τιμή= x Αντιπρ. Τιμή= x-s ή Αντιπρ. Τιμή=Χαρακ. Τιμή "k" (κατά ΕΚΩΣ 2000)

9 Το Μήκος Διάτμησης & η Ενεργός Δυσκαμψία του Δομικού Στοιχείου Ω.Σ. Δοκός: Το μήκος Δοκός: διάτμησης Το μήκος έχει διάτμησης άλλη τιμή έχει στο άλλη ένα τιμή άκρο στο (όπου ένα άκρο εφελκύεται (όπου εφελκύεται το άνω πέλμα το ά αμφίπακτου διαφορετική στοιχείου διαφορετική τιμή που στο καταπονείται άλλο τιμή άκρο στο (όπου άλλο από άκρο εφελκύεται ίσες (όπου και εφελκύεται το κάτω πέλμα το κάτω της πέλμα δοκού). της δο ένα άκρα του, Ειδικά το μήκος δε, στην Ειδικά διάτμησης δεύτερη δε, στην περίπτωση διαφέρει δεύτερη περίπτωση (εφελκυσμός για τα (εφελκυσμός κάτω πέλματος), κάτω πέλματο μή ενδέχεται να ενδέχεται προκύπτει να προκύπτει μεγαλύτερο μεγαλύτερο από Δοκός το μήκος από της το μήκος δοκού. της δοκού. Υποστύλωμα: L s L/2 L/2 Ls=M/V Ls= ΝΕΡΓΟΣ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ω.Σ. K Παρά ταύτα, για το κρίσιμο άκρο της δοκού (εφελκυσμός άνω πέλματο Παρά ταύτα, για το κρίσιμο άκρο της δοκού (εφελκυσμός παραμένει οιονεί σταθερό κατά Γωνία τη διάρκεια στροφής άνω πέλματος), το μή της απόκρισης χορδής μετά τη παραμένει οιονεί σταθερό κατά τη διάρκεια της απόκρισης μετά τη διαρροή M L Με εφαρμογή των απλών σχέσεων της αμφιπάκτου ΜΠΟΡΕΙ ΙΣΩ Με y εφαρμογή S προσέγγιση των απλών η παρακάτω σχέσεων τιμή της του αμφιπάκτου Ls μετά την ΜΠΟΡΕΙ διαρροή: ΙΣΩΣ ΝΑ ΘΕ προσέγγιση η παρακάτω τιμή του Ls μετά την διαρροή: [Μy,θy : Εξαρτώνται από τη στάθμη του αξονικού φορτίου (P)] 3θ y

10 Πλαστική γωνία στροφής χορδής Γωνία στροφής πλαστικής άρθρωσης θ φ pl u pl u Προκειμένου να αποφευχθούν συγχύσεις, θα πρέπει να αποσαφηνιστεί, ότι τα μεγέθη πλαστική γωνία στροφής χορδής και γωνία στροφής πλαστικής άρθρωσης ορίζονται διαφορετικά (όπως εμμέσως διατυπώνεται και στο Παράρτημα 7Η του ΚΑΝΕΠΕ). Το μέγεθος γωνία στροφής πλαστικής άρθρωσης δίνεται από τη σχέση: u φ [(1/r) (1/r) ] L pl u y pl Το μέγεθος πλαστική γωνία στροφής χορδής δίνεται από τη σχέση: u 0,5L pl u 0,5L pl u θpl [(1/r) u (1/r) y] L pl (1 ) φ pl (1 ) φp l (?) L L s s Πρακτικά το άκρο χορδής αφίσταται εκ της ιδεατής θέσης πλαστικής άρθρωσης κατά 0,5L pl

11 Τα Εντατικά Μεγέθη Αντοχής M y, V R Υπολογισμός M y (3) και M y (2) μέσω προγραμμάτων που παράγουν διαγράμματα ροπών-καμπυλοτήτων και διαγράμματα αλληλεπίδρασης (διαξονικής κάμψης υπό ορθή δύναμη). Απλή έκφραση για το M y σε ορθογωνικές διατομές [κατά Sugano (1968) και AIJ 1991)] d d2 M y [ ω1 0,5ν(1-ν)] fcbh h 2 Δωρεάν προγράμματα στο διαδίκτυο: mybaxal [ΕΜΠ, Καθ. Β. Κουμούσης] users.ntua.gr/vkoum/mybaxal/mybaxal.htm BIAXIAL [Unv. of Naples Federco II ] INCA2 [TU Hamburg, Prof U. Quast] Υπολογισμός V R (2) και V R (3) εκ του ΕΚΩΣ 2000 VR mn[v Rd2,(0.5V Rd1 V wd) ] με γ c =1,50 & γ s =1,15

12 Τα Προσομοιώματα Απόκρισης των Δομικών Μελών Ω.Σ. Για τον προσδιορισμό των καμπυλών απόκρισης άκρου μέλους "F-δ" αναπτύχθηκε το λογισμικό COMBRES (COncrete MEmber RESponse) σε γλώσσα προγραμματισμού Vsual Basc.

13 Οι Τύποι των Πλαστικών Αρθρώσεων Ειδικά για τις Ανελαστικές Στατικές Αναλύσεις υιοθετήθηκαν δύο τύποι πλαστικών αρθρώσεων: Πλαστική άρθρωση τύπου Α, για απλή μονοαξονική κάμψη [Μ(3)] με πρόβλεψη πρώιμης ψαθυρής αστοχίας σε τέμνουσα [V(2)] (έμμεση ικανοτική πρόβλεψη). Εφαρμόζεται στις συνήθεις περιπτώσεις άκρων δοκών (Ν=0) με απλουστευτικές παραδοχές για το μήκος διάτμησης (κατά ΚΑΝΕΠΕ). Πλαστική άρθρωση τύπου Β, για διαξονική κάμψη υπό ορθή δύναμη [Μ(3),Μ(2),Ν] -άκρα μέλους- & συγχρόνως για διαξονική διάτμηση [V(2),V(3)] -μέσο μέλους-. Ο ως άνω τύπος συνοδεύεται από περιβάλλουσα αστοχίας στον τρισδιάστατο χώρο [Μ(3), Μ(2), Ν]. Εφαρμόζεται στις περιπτώσεις κατακόρυφων μελών με απλουστευτικές παραδοχές για το μήκος διάτμησης (κατά ΚΑΝΕΠΕ). Πλαστική άρθρωση τύπου Α Πλαστική άρθρωση τύπου Β

14 Το Προσομοίωμα Ανάλυσης Οι κόμβοι της στάθμης θεμελίωσης θεωρούνται πλήρως πακτωμένοι. Τα περιμετρικά τοιχώματα του υπογείου προσομοιώνονται ως απαραμόρφωτοι δίσκοι. Οι πλάκες θεωρούνται ως απαραμόρφωτα (ιδεατώς ατενή) διαφράγματα. Τα τοιχώματα (κατακόρυφα στοιχεία με λόγο πλευρών 4) προσομοιώνονται ως γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία. Αγνοήθηκαν μικρές ανισοσταθμίες στα επίπεδα των πλακών. Οι δοκοί συζεύξεως (οριζόντια στοιχεία μικρού μήκους που συζευγνύουν κατακόρυφα στοιχεία μεγάλης δυσκαμψίας) χαρακτηρίζονται ως δευτερεύοντα στοιχεία και προσομοιώνονται με αρθρωτές συνδέσεις στα άκρα τους. Οι κόμβοι οριζόντιων-κατακόρυφων δομικών στοιχείων θεωρούνται απαραμόρφωτοι.

15 Οι Αναλύσεις Πριν τις Επεμβάσεις Διενεργήθηκαν οι παρακάτω αναλύσεις: Ιδιομορφική Ανάλυση [ΙΔΙΑΝ] Προκαταρκτική Ελαστική Ανάλυση [ΠΡΕΣΑ] Ανελαστική Στατική Ανάλυση [ΑΝΕΣΑ] Στόχοι της ΠΡΕΣΑ είναι: η εξαγωγή πρώιμων συμπερασμάτων για την αναμενόμενη απόκριση του δομήματος. η διενέργεια των προκαταρκτικών ελέγχων απόκρισης. η επιλογή του πλέον δόκιμου τύπου τελικής ανάλυσης μεταξύ των προβλεπόμενων (ΕΣΑ, ΕΔΑ, ΑΝΕΣΑ, ΑΝΕΔΑ). Δείκτες Ανεπάρκειας Έλεγχος Μορφολογικής Κανονικότητας Έλεγχος Προϋποθέσεων Εφαρμογής

16 Οι Αναλύσεις Πριν τις Επεμβάσεις [ΠΡΕΣΑ] Δείκτης ανεπάρκειας δομικών στοιχείων λ S R

17 Έλεγχος Μορφολογικής Κανονικότητας 1. Έλεγχος συνέχειας καθ ύψος των κατακόρυφων φορέων ανάληψης σεισμικών δράσεων N O 2. Έλεγχος μη μετάθεσης καθ ύψος των κατακόρυφων φορέων ανάληψης σεισμικών δράσεων λ 3. Έλεγχος (πιθανού) καμπτοδιατμητικώς ασθενούς ορόφου λ λ k n n λv V S, S, λ : δείκτης ανεπάρκειας στοιχείου [:1 n (κύριο κατακ. μέλος ορόφου k)] 2 V V 3 V 2 S, 2 k 1,25λ 1,25λ k+1 k k-1 Κ k=1 N O r όπου r: πλήθος ορόφων 4. Έλεγχος (πιθανού) στρεπτικώς ασθενούς ορόφου TSI α, α' TSI β,β' max λ mn λ max λ mn λ α, α' α', α β, β' β', β

18 6. Έλεγχος συμμετρικής κατανομής δυσκαμψιών ή μαζών καθ ύψος Έλεγχος προϋποθέσεων εφαρμογής της Ελαστικής Στατικής Ανάλυσης (ΕΣΑ) 2. T 3.5T T 0.60 για έδαφος κατηγορίας Β T :λ 2.50 λ ή εφόσον θα πρέπει το κτίριο να είναι μορφολογικά κανονικό o 2 2 B 0,90 o Ct hn 0,052 24,55 0, 93 se 5. Έλεγχος συμμετρικής κατανομής δυσκαμψιών σε κάτοψη 6. Έλεγχος συμμετρικής κατανομής δυσκαμψιών ή μαζών καθ ύψος max DRIFT DRIFT k k DRIFTk k : 1.50 όπου DRIFT k : σχετικό βέλος ορόφου k k : 1.50 & 1.50 DRIFT DRIFTk 1 DRIFTk 1 k N O 3. Έλεγχος λόγου διαστάσεων lx,k lx,k k : κ l x,k 1 lx,k ly,k ly,k k : κ l y,k 1 ly,k N O 4. Έλεγχος διάταξης συστήματος ανάληψης σεισμικών δράσεων c 5. Έλεγχος συμμετρικής κατανομής δυσκαμψιών σε κάτοψη max DRIFTk k : Στρεπτικώς 1.50 όπου ασθενής DRIFT k : όροφος σχετικό βέλος ορόφ DRIFTk max λ α, α' TSI α, α' mn λ α', α N O TSI β,β' max λ mn λ β, β' β', β

19 Έλεγχος προϋποθέσεων εφαρμογής της Ανελαστικής Στατικής Ανάλυσης (ΑΝΕΣΑ) Έλεγχος επιρροής ανώτερων ιδιομορφών Hgher Mode Rato nmodes 90% k 1mode k SEISMIC SHEAR HMR 1,30 SEISMIC SHEAR Μη σημαντική επιρροή των ανώτερων ιδιομορφών

20 Καμπύλες Αντίστασης Δομήματος Πριν τις Επεμβάσεις H εισαγωγή στο προσομοίωμα () () πλαστικών αρθρώσεων σε όρους τέμνουσας (ψαθυρή αστοχία με πρακτικά αμελητέο μετελαστικό κλάδο) στα κατακόρυφα στοιχεία και πλαστικών αρθρώσεων σε όρους ροπής με έμμεση ικανοτική πρόβλεψη (συνθήκες ψαθυρής αστοχίας σε τέμνουσα) στα οριζόντια στοιχεία, περιορίζει κατά πολύ την δυνατότητα ανακατανομών και επιταχύνει την κατάρρευση του μητρώου ακαμψίας.

21 ΘΕΣΕΙΣ & ΒΑΘΜΙΔΕΣ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ PUSH +1,00Υ +0,30Χ ΤΡΙΓΩΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΘΕΣΕΙΣ & ΒΑΘΜΙΔΕΣ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ PUSH +1,00X +0,30Y ΤΡΙΓΩΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ

22 Οι Αναλύσεις Μετά τις Επεμβάσεις Για τις πλαστικές αρθρώσεις δεν απαιτείται πλέον πρόβλεψη πρώιμης ψαθυρής αστοχίας σε τέμνουσα, καθότι όλα τα άκρα των δομικών στοιχείων ενισχύονται με υφάσματα ινοπλισμένου πολυμερούς που διαστασιολογούνται έναντι μεγεθών ικανοτικής τέμνουσας. Η ευεργετική επίδραση της πρόσθετης εξωτερικής περίσφιγξης μπορεί να εισαχθεί εμμέσως στις εμπειρικές εκφράσεις (ΚΑΝΕΠΕ, 2006, β) για την διαθέσιμη γωνία στροφής στην αστοχία (Τριανταφύλλου, 2006) f max 0.01, ω' αρs ν 0.35 f u c s θ f α 25 max 0.01, ω f yw f +afρf c f c

23 Καμπύλες Αντίστασης Δομήματος Μετά τις Επεμβάσεις

24 ΘΕΣΕΙΣ & ΒΑΘΜΙΔΕΣ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ PUSH +1,00Υ +0,30Χ ΤΡΙΓΩΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ σε στάθμη ΣΤΟΧΕΥΟΜΕΝΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΘΕΣΕΙΣ & ΒΑΘΜΙΔΕΣ ΕΠΙΤΕΛΕΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ PUSH +1,00X +0,30Y ΤΡΙΓΩΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ σε στάθμη ΣΤΟΧΕΥΟΜΕΝΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ

25 Οι Έλεγχοι Ασφαλείας

26 Διαστασιολόγηση υφάσματος ΙΟΠ

27 Συμπεράσματα Ο Κανονισμός Επεμβάσεων αποτελεί ένα αναλυτικό κείμενο που εξαντλεί την διαθέσιμη γνώση στο πεδίο της αποτίμησης, του ανασχεδιασμού και των επεμβάσεων σε υφιστάμενα δομήματα από Ω.Σ. Το πλέγμα των διατάξεων και των οδηγιών που περιλαμβάνει πολλαπλασιάζει τον υπολογιστικό όγκο της μελέτης. Για την εφαρμογή του απαιτούνται προηγμένα υπολογιστικά εργαλεία. Η ποιότητα των μελετών που θα συνταχθούν με τον Κανονισμό εξαρτάται, τόσο από την αξιοπιστία του διαθέσιμου λογισμικού, όσο και από την εμπειρία του μελετητή-χρήστη. Η επίλυση Δοκιμαστικών Προβλημάτων (με ταυτόχρονο ποιοτικό έλεγχο των κυκλοφορούντων λογισμικών) υπό την ενεργό εμπλοκή της ακαδημαϊκής και μελετητικής κοινότητας, θα πρέπει να είναι το επόμενο βήμα.