Διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης μνημειακών οχυρωματικών κατασκευών: η περίπτωση του Προμαχώνα Del Carretto στο Κάστρο της Κώ

Transcript

1 Διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης μνημειακών οχυρωματικών κατασκευών: η περίπτωση του Προμαχώνα Del Carretto στο Κάστρο της Κώ ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ ΧΡΙΣΤΟΣ Πολιτικός Μηχανικός, υπ. δρ. Ε.Μ.Π., ΔΟΜΟΣ Ε.Ε. ΒΑΧΛΙΩΤΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ Πολιτικός Μηχανικός, ΔΟΜΟΣ Ε.Ε. ΤΟΥΜΠΑΚΑΡΗ ΕΛΕΝΗ Πολιτικός Μηχανικός, υπ. δρ. Ε.Μ.Π., ΠΑΠΠΟΥ ΘΕΟΔΩΡΑ Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός, Sofistik Hellas Α.Ε. ΜΠΙΤΖΑΡΑΚΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Πολιτικός Μηχανικός, υπ. δρ. Ε.Μ.Π., Sofistik Hellas Α.Ε.

2 Del Carretto Bastion

3 ΒΔ όψη

4 ΝΑ όψη

5 ΤΟ ΔΟΜΗΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Η 13.00m, D 31.00m (βάση) 25.00m (κορυφή) διαμήκης τομή (Β-Ν) Προμαχώνα Del Carretto (Maiuri, 1924) Μορφή φορέα : Κολουροκωνική, με κατακόρυφες αποτμήσεις στα σύνορα με τα μεταπρομαχώνια τμήματα Λιθοδομή μεγάλου πάχους, συντίθεται από 3 στρώσεις : την εξωτερική (scarpa) t m, την εσωτερική (τοιχοποιία εσωτερ. θολοδομιών) t 0.50 το γέμισμα (filling material)

6 Η μορφή του δομητικού συστήματος του Προμαχώνα προσιδιάζει περισσότερο σε υπόγεια κατασκευή με πλέγμα στοών/γαλαριών, παρά σε τυπικό επίγειο φορέα τοιχοποιίας με θολοδομίες. διαμήκης τομή (Β-Ν) εγκάρσια τομή (Α-Δ) στο ύψος της άνω αίθουσας

7 Η ΠΑΘΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΦΟΡΕΑ Ρηγματώσεις στους θόλους της κάτω αίθουσας - άνοψη Παθολογία Παθολογία Μακρο-κλίμακας Μικρο-κλίμακας Κατακόρυφες και πλαγιοκατακόρυφες εκτενείς ρηγματώσεις που εμφανίζονται στην scarpa Δίκτυα ρωγμών που εμφανίζονται στις εσωτερικές επενδύσεις των θολωτών χώρων των κανονιοβολείων Επιφανειακή διάβρωση των φυσικών δομικών λίθων και κονιαμάτων Τοπικές ρηγματώσεις μεμονωμένων φυσικών δομικών λίθων, που απόδίδονται σε εντοπισμένες (localized) μηχανικές δράσεις Ρηγματώσεις στην scarpa - ΒΔ όψη

8 X Y Z Z Y X X * Y * Z * X * Y * Z * Z Y X X * Y * Z * Γέμισμα Επένδυση Η ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΔΟΜΗΜΑΤΟΣ Λεπτομερές Προσομοίωμα τρισδιάστατα χωρικά πεπ. στοιχεία (brick elements) επιφανειακά πεπ. στοιχεία κελύφους (shell elements) AUTHOR : SOFiSTiK Hellas LTD Athens - Greece 3316 PROGRAM :GRAF Version 1097 (c) SOFiSTiK GmbH PROJECT : Half model ASB NO. : DATE : Προσεγγιστικό Προσομοίωμα κόμβοι στοιχεία 1053 κόμβοι στοιχεία PART : M 1 : 64 ARCHIV NO : BLOCK DETAIL : SECTOR OF SYSTEM AUTHOR : SOFiSTiK Hellas LTD Athens - Greece 3316 PROGRAM :GRAF Version 1097 (c) SOFiSTiK GmbH PROJECT : Half model ASB NO. : DATE : VERFASSER : SOFi STi K Hel l as LTD At hens - Gr eece 3316 PROGRAMM : GRAF Ver si on 1997 ( c) SOFi STi K GmbH BAUWERK : Si mpl i f i ed model ASB NR. : DATUM : PART : M 1 : 59 ARCHIV NO : BLOCK DETAIL : SECTOR OF SYSTEM BAUTEI L : M 1 : 118 ARCHI V NR : BLOCK : VORGANG : SYSTEMAUSSCHNI TT

9 Γέμισμα Επένδυση Γέμισμα σ(-) fwc Καταστατικοί νόμοι υλικών Λεπτομερές Προσομοίωμα γραμμικά ελαστικός νόμος Προσεγγιστικό Προσομοίωμα ελαστικός-ιδεατά πλαστικός νόμος (elastic-perfectly plastic material) κριτήριο αστοχίας κατά Mohr-Coulomb σ fwc = ε ε exp(1- ε ) c εc (σ,ε)~g c Επένδυση ε(+) (σ,ε)~gf fwc 3 fwt σ=eε σ=εε ε c ε(-) σ(+) ελαστοπλαστικός νόμος υλικού με φθιτό κλάδο για την θλίψη και ελαστικός με ψαθυρό γραμμικό κλάδο για τον εφελκυσμό [Feenstra and De Borst (1993)] κριτήριο αστοχίας κατά Kupfer and Gerstle (1973)

10 Αναλύσεις (πρόγραμμα ASE του οίκου SOFISTIK) Λεπτομερές Προσομοίωμα γραμμική ελαστική ανάλυση για τα νεκρά φορτία ιδιομορφική ανάλυση Προσεγγιστικό Προσομοίωμα μη γραμμική ανάλυση για τα νεκρά φορτία ιδιομορφική ανάλυση μη γραμμική ανάλυση με μονότονη οριζόντια στατική φόρτιση αυξανόμενη σταδιακά μέχρι την κατάρρευση (push over analysis) Γέμισμα (filling material) E = 0.20 [GPa] G = 0.07 [GPa] Επένδυση λιθοδομής (outer inner leaves) E = 2.00 [GPa] G = 0.85 [GPa] Καταστατικές σταθερές υλικών φ = 30 ο ε c = 0.1% c = 50 [kn/m 2 ] f wc = 2.30 [MPa] f wt = 0.15 [MPa] G c = 0.05 [Nmm/mm 2 ] G f = 5.00 [Nmm/mm 2 ]

11 AUTHOR : SOFi STi K Hel l as LTD At hens - Gr eece Λεπτομερές Προσομοίωμα γραμμική ανάλυση Η ΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΝΕΚΡΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ Προσεγγιστικό Προσομοίωμα μη γραμμική ανάλυση PROGRAM : GRAF Ver si on 1097 ( c) SOFi STi K GmbH PROJECT : Hal f model ASB NO. : DATE : max σ I = 0.27 Mpa > fwt = 0.15 [MPa] PART : M 1 : 63 ARCHI V NO : BLOCK X * DETAI L : SECTOR OF SYSTEM, ELEMENT GROUP 0 1 Y * TOP STRESS SI G- I LC 1 FROM TO Z * Z STEP MPa X Y Ισουψείς της κύριας εφελκυστικής τάσης στα εσωρράχια των θολοδομιών Πλαστικοποιημένες ζώνες της εξωτερικής επένδυσης

12 ΙΔΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Λεπτομερές Προσομοίωμα Προσεγγιστικό Προσομοίωμα Ιδιομ. Τ (sec) Δεσπ. μορφή ταλάντωσης Μεταφορική Α-Δ Μεταφορική Β-Ν Τ (sec) Δεσπ. μορφή ταλάντωσης Μεταφορική Α-Δ Μεταφορική Β-Ν Στρεπτική 0.13 Στρεπτική Δρώσα. ιδιομ. μάζα Συνολ. ταλαντ. μάζα (%) η Ιδιομορφή 2η Ιδιομορφή 3η Ιδιομορφή

13 Συντ. oριζ. φορτίου, Sa/g ΑΝΑΛΥΣΗ ΓΙΑ ΜΟΝΟΤΟΝΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΣΤΑΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΣΤΑΔΙΑΚΑ ΑΥΞΑΝΟΜΕΝΗ (push over analysis) προηγείται μη γραμμική στατική ανάλυση για τα νεκρά φορτία η σεισμική δράση θεωρείται ως ομοιόμορφη οριζόντια δύναμη μάζας (horizontal body force) στο σώμα του στερεού χαράσσεται το διάγραμμα φορτίου - μετατόπισης (καμπύλη συμπεριφοράς) στον άξονα Α-Δ, για τυπικό σημείο της οροφής του Προμαχώνα ικανοποιητική μετελαστική συμπεριφορά που αποδίδεται κυρίως στην υψηλή ικανότητα ανακατανομής των εσωτερικών εντάσεων 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Καμπύλη απαίτησης (βάσει ελαστικού φάσματος απόκρισης ΕΑΚ 2000) Καμπύλη ικανότητας (pushover analysis) 0, δ, Sd (mm)

14 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διερευνήθηκε και αξιολογήθηκε η σεισμική απόκριση του Προμαχώνα Del Carretto, (τυπική μνημειακή οχυρωματική κατασκευή). Μορφώθηκαν δύο υπολογιστικά προσομοιώματα και διενεργήθηκαν γραμμικές και μη γραμμικές αναλύσεις για να αποτιμηθεί η συμπεριφορά του δομήματος έναντι νεκρών και σεισμικών δράσεων. Οι αναλύσεις για την δράση των νεκρών φορτίων τεκμηριώνουν επαρκώς και εν μέρει αυτοτελώς την παθολογία του δομήματος Ισχυρές παρελθούσες σεισμικές δράσεις επιβάρυναν τοπικά και πιθανώς σωρευτικά, ήδη εξασθενημένες (λόγω της δράσης των νεκρών φορτίων), περιοχές του δομήματος. Παρά ταύτα, η ιδιάζουσα μορφολογία του δομητικού συστήματος το καθιστά λιγότερο ευάλωτο σε σεισμικές δράσεις και ελαχιστοποιεί το ενδεχόμενο κατάρρευσής του, σε ισχυρή μελλοντική σεισμική διέγερση.

15 AUTHOR : SOFiSTiK Hellas LTD Athens - Greece 3316 X X Z Y Z Y X * Y * Z * X * Y * Z * X Y Z X * Y * Z * PROGRAM :GRAF Version 1097 (c) SOFiSTiK GmbH PROJECT : Half model ASB NO. : DATE : AUTHOR : SOFiSTiK Hellas LTD Athens - Greece 3316 PROGRAM :GRAF Version 1097 (c) SOFiSTiK GmbH PROJECT : Half model ASB NO. : DATE : PART : M 1 : 68 ARCHIV NO : BLOCK DETAIL : SECTOR OF SYSTEM PART : M 1 : 72 ARCHIV NO : BLOCK DETAIL : SECTOR OF SYSTEM AUTHOR : SOFiSTiK Hellas LTD Athens - Greece 3316 PROGRAM :GRAF Version 1097 (c) SOFiSTiK GmbH PROJECT : Half model ASB NO. : DATE : PART : M 1 : 64 ARCHIV NO : BLOCK DETAIL : SECTOR OF SYSTEM