Ανάλυση κτηρίου πριν και μετά την Επέμβαση Βασίλειος Γ. Μπαρδάκης Πολιτικός Μηχανικός, Δρ Παν. Πατρών Ειδ. Δομοστατικός, ΕΜΠ
p υπέρβασης σεισμ. δράσης εντός του συμβ. t ζωής Άμεση Χρήση μετά τον σεισμό Προστασία Ζωής Οιονεί Κατάρρευση 10% Α1 Β1 Γ1 50% Α2 Β2 Γ2 Στάθμες Επιτελεστικότητας 1. Άμεση Χρήση («Damage Limitation») 2. Προστασία Ζωής («Significant Damage») 3. Οιονεί Κατάρρευση («Near Collapse») Σεισμός Σχεδιασμού 1. «ενδεχόμενος», περιόδου 225 ετών (20% πιθανότητα στα 50 έτη) 2. «σπάνιος», περιόδου 475 ετών (10% πιθανότητα στα 50 έτη) 3. «εξαιρετικά σπάνιος», περιόδου 2475 ετών (2% πιθανότητα στα 50 έτη) Κτήρια σπουδαιότητας διάφορης της συνήθους: πολλαπλασιασμός σεισμικής δράσης επί συντελεστή σπουδαιότητας
Διάκριση Δομικών Στοιχείων «κύρια» («πρωτεύοντα») : κρίσιμα για την αντίσταση έναντι σεισμού «δευτερεύοντα» : συνεισφορά στις κατακόρυφες δράσεις, συνεισφορά έναντι σεισμικών δράσεων ασήμαντη ή αναξιόπιστη δυσκαμψία και η αντοχή τους αγνοείται στην (ελαστική) ανάλυση για σεισμικές δράσεις (όριο 25% μή-προσομοίωση μόνο για επέμβαση) Βασική συνέπεια του χαρακτηρισμού «δευτερεύοντος» είναι οτι για τέτοια στοιχεία ισχύουν διαφορετικά κριτήρια επιτελεστικότητας ( => μεγαλύτερες βλάβες)
Πλάστιμα ή Ψαθυρά Δομικά Στοιχεία «Πλάστιμα» δομικά στοιχεία Έλεγχος σε όρους παραμορφώσεων. «Ψαθυρά» δομικά στοιχεία Έλεγχος σε όρους δυνάμεων. Νέες Μέθοδοι Ανάλυσης 1. Ελαστική (ισοδύναμη) στατική - με δείκτες m ή q 2. Ελαστική δυναμική (φασματική ή χρονοϊστορίας) - με δείκτες m ή q 3. Ανελαστική στατική (με επιβαλλόμενες οριζόντιες δυνάμεις) 4. Ανελαστική δυναμική (ανάλυση χρονοϊστορίας).
Ελαστικές μέθοδοι με δείκτη συμπεριφοράς q σειρά εμφάνισης αστοχίας οριζόντιων/κατακορυφων στοιχειων τύπος αστοχιών (καμπτικές/διατμητικές) τοπική διαθέσιμη πλαστιμότητα (περίσφιγξη στύλων, ρ1/ρ2 δοκών) 2-γενείς μηχανισμοί αντιστάσεων έλεγχοι ασφαλείας σε όρους εντατικών μεγεθών - «δυνάμεων» ιδιότητες υλικών από μέσες τιμές μειωμένες κατά μια τυπική απόκλιση q q q ( x) ( x) ( x) μ o ( x) ( x) μ θ μδ ( x) ( x) μ θ μδ h
Ελαστικές μέθοδοι με τοπικούς δείκτες m θ s.inel / θ y M s.el / M y έλεγχοι ασφαλείας σε όρους εντατικών μεγεθών ιδιότητες υλικών από μέσες τιμές μειωμένες κατά μια τυπική απόκλιση
Ανελαστική στατική μέθοδος ("pushover") M i M j 2EI 2 L 1 1 θ i 2 θ j έλεγχοι ασφαλείας σε όρους παραμορφώσεων ιδιότητες υλικών από μέσες τιμές
Ανελαστική δυναμική μέθοδος («εν χρόνω ολοκλήρωση") Μή-γραμμική συμπεριφορά μελών ΟΣ υπό ανακυκλιζόμενες συνθήκες πειραματική (fib 2003) υπολογιστική
μεσωρόφου Δ ορόφου Παράδειγμα Σεισμικής Αποτίμησης Κτήριο Τεχνικών Υπηρεσιών Δήμου Πατρέων (πιλοτική εφαρμογή ΚΑΝ.ΕΠΕ.) εξαώροφο με υπόγειο, και κτίσμα επί του δώματος π.χ. σκαριφήματα οροφής: Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος σκυρόδεμα B225 (f cm 18 MPa), χάλυβας StIII (f sym 460 MPa) χάλυβας StI (f sywm 253 MPa), τοιχοπληρώσεις (f icm 2.25 MPa)
Εισαγωγή Δεδομένων Προσομοιώματος Λεπτομερής περιγραφή γεωμετρίας και οπλισμών, σ-ε υλικών Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος Εκτελείται μια πρώτη στατική ανάλυση για τις μόνιμες και τις οιονεί-μόνιμες μεταβλητές δράσεις (συνδυασμός G+ψ2Q)
Προκαταρτική Ελαστική Ανάλυση Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος αμείωτη σεισμική δράση (q=1) υπολογισμός λόγων λ («δεικτών ανεπάρκειας») λ = S Ε / R m < 0.25 0.25-0.50 0.50-0.75 0.75-1.00 1.00-2.00 > 2.00 όπου S Ε : R m : η ροπή λόγω του σεισμικού συνδυασμού η διαθέσιμη αντίσταση του στοιχείου
Εκτίμηση Ακανονικότητας και εφαρμοσιμότητα μεθόδων ΚΑΝ.ΕΠΕ. : Όροφος (Σλ i V Si ) / (ΣV Si ) λ2/λ1 Ισόγειος 3.48 1.06 Μεσώροφος 3.29 Α' 3.28 1.83 Β' 1.79 Γ' 0.94 1.15 Δ' 1.08 Δώμα 0.47 2.30 Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος Πχ για την εφαρμογή Ελαστικής Δυναμικής Ανάλυσης Το πεδίο εφαρμογής της δυναμικής ελαστικής μεθόδου ορίζεται από την συνθήκη: για όλα τα στοιχεία προκύπτει λ2.5.
Εύρος εφαρμοσιμότητας Ελαστικής Στατικής Ανάλυσης α. Για όλα τα κύρια στοιχεία προκύπτει γενικά λ 2.5 β. Η θεμελιώδης ιδοπερίοδος του κτιρίου Το είναι μικρότερη του 4 x Τc ή 2 sec γ. Ο λόγος της οριζόντιας διάστασης σε έναν όροφο προς την αντίστοιχη διάσταση του γειτονικού < 1.5 δ. Το κτήριο δεν παρουσιάζει έντονη ασυμμετρία κατανομής δυσκαμψίας σε κάτοψη ε. Το κτήριο δεν παρουσιάζει έντονη ασυμμετρία κατανομής δυσκαμψίας ή μάζας καθύψος στ. Το κτήριο διαθέτει σύστημα ανάληψης σεισμικών δράσεων σε δύο περίπου κάθετες διευθύνσεις ζ. Ανεξαρτήτως της πλήρωσης των συνθηκών (α,γ,δ,ε) της προηγουμένης παραγράφου, αλλά υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχουν ουσιώδεις βλάβες, επιτρέπεται για τους σκοπούς (μόνο) της αποτίμησης η εφαρμογή της ελαστικής μεθόδου. Στην περίπτωση αυτή οι συντελεστές ασφαλείας προσομοιώματος γ Sd που προβλέπονται στην 4.5.1 αυξάνονται κατά 0.15.
Εύρος εφαρμοσιμότητας Ελαστικής Δυναμικής Ανάλυσης α. Για όλα τα κύρια στοιχεία προκύπτει γενικά λ 2.5 β. Ανεξαρτήτως της πλήρωσης της συνθήκης της προηγουμένης παραγράφου, αλλά υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχουν ουσιώδεις βλάβες, επιτρέπεται για τους σκοπούς (μόνο) της αποτίμησης η εφαρμογή της ελαστικής μεθόδου. Στην περίπτωση αυτή οι συντελεστές ασφαλείας προσομοιώματος γ Sd που προβλέπονται στην 4.5.1 αυξάνονται κατά 0.15. Εύρος εφαρμοσιμότητας Ανελαστικής Στατικής Ανάλυσης α. Εφαρμόζεται σε κτήρια στα οποία η επιρροή ανώτερων ιδιομορφών δεν είναι σημαντική β. Όταν είναι σημαντική (α) επιτρέπεται σε συνδυασμό με εφαρμογή ελαστικής δυναμικής. Στην περίπτωση αυτή όλοι οι έλεγχοι με παραμέτρους +25%. Εύρος εφαρμοσιμότητας Ανελαστικής Δυναμικής Ανάλυσης - προσοχή σε μή-αποδεκτές λύσεις
Μέθοδος Ανάλυσης ανελαστική στατική ανάλυση πρότυπα φόρτισης: κατανομή καθ ύψος συμβατή με την κατανομή των τεμνουσών ορόφων που υπολογίζονται από την ελαστική δυναμική ανάλυση του κτηρίου «ομοιόμορφη» κατανομή αποτελούμενη από οριζόντια φορτία ανάλογα προς τη μάζα κάθε στάθμης ζώνη σεισμικής Επικινδυνότητας ΙΙ, α=0.24 Κατηγορία σπουδαιότητας Σ3, γ Ι =1.15 Κατηγορία εδάφους Β, Τ 1 =0.15,Τ 2 =0.60 συντελεστής θεμελίωσης θ=1 τιμή ποσοστού απόσβεσης 5 % παρουσίαση αποτελεσμάτων λ = max (λ V, λ θ.πζ )
Προσομοίωση Μελών Ο/Σ: θ y =φ y (L s +a v z)/3 + θ sh + θ sl y s y eff θ 3 L M I Ε y y u y y u M θ θ θ M M p s yw c s w u ρ,α,f,ν,ω,ω,f,l h,b f θ w R. tot s c c R.conc pl θ s s R.comp.cyc R V,ρ h L,,A f V μ f L x h, N V V j i j i θ θ 2 1 1 2 L 2EI M M Τοιχοπληρώσεων: Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος
Υπολογισμός Καμπτικών Αντιστάσεων ΕI eff M y L s 3θ y
Ρεαλιστικότερες Δυσκαμψίες Τ eff 3 T o ΕI eff M y L s 3θ y Y X Z Y X Z Y X Z 1. T = 1.83s 2. T = 0.97s 3. T = 0.84s
Έλεγχοι Ασφαλείας Στάθμη επιτελεστικότητας «Προστασίας Ζωής», ανελαστική ανάλυση S d R d ψαθυρή αστοχία V sd V Rd,cyc(μθ) (έλεγχος σε όρους δυνάμεων) (πρωτεύοντα στοιχεία) oιονεί - πλάστιμη αστοχία (έλεγχος σε όρους παραμορφώσεων) θ Sd θ Rd θ Rd = (θ u + θ y ) / 2 γ Rd (δευτερεύοντα κατακόρυφα στοιχεία) θ Rd = θ u / γ Rd
Τέμνουσα Βάσης (kn) Βοηθητικά Διαγράμματα (π.χ. Ιδιομ. +Χ) 3000 Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος 2000 1000 στοχευόμενη μετακίνηση > θπλ δοκού > θπζ δοκού > θακ δοκού >VR δοκού >θπλ στύλου >θπζ στύλου >θακ στύλου >VR στύλου 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Μετακίνηση Κορυφής (m) Υπερβάσεις Ορίων Στύλων Απόληξη Δώμα Δ' όροφος Γ' όροφος Β' όροφος Α' όροφος Ισόγειο Μεσόροφος Υπερβάσεις Ορίων Δοκών Πλήρης Λειτουργικότητα Προστασία Ζωής Αποφυγή Κατάρρευσης 0% 20% 40% 60% 80% 100% Υπερβάσεις Ορίων Διάτμησης Δοκών Στύλων Τοιχοληρώσεων Απόληξη Δώμα Δ' όροφος Γ' όροφος Β' όροφος Α' όροφος Ισόγειο Μεσόροφος Πλήρης Λειτουργικότητα Προστασία Ζωής Αποφυγή Κατάρρευσης Απόληξη Δώμα Δ' όροφος Γ' όροφος Β' όροφος Α' όροφος Ισόγειο Μεσόροφος 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100%
Τέμνουσα Βάσης (kn) Βοηθητικά Διαγράμματα (π.χ. Ιδιομ. +Z) 6000 Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος 5000 4000 3000 2000 1000 στοχευόμενη μετακίνηση > θπλ δοκού > θπζ δοκού > θακ δοκού >VR δοκού >θπλ στύλου >θπζ στύλου >θακ στύλου >VR στύλου Απόληξη Δώμα Δ' όροφος Γ' όροφος Β' όροφος Α' όροφος Υπερβάσεις Ορίων Δοκών Πλήρης Λειτουργικότητα Προστασία Ζωής Αποφυγή Κατάρρευσης 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 Ισόγειο Μεσόροφος Μετακίνηση Κορυφής (m) 0% 20% 40% 60% 80% 100% Υπερβάσεις Ορίων Διάτμησης Δοκών Στύλων Τοιχοληρώσεων Υπερβάσεις Ορίων Στύλων Απόληξη Δώμα Δ' όροφος Γ' όροφος Β' όροφος Α' όροφος Ισόγειο Μεσόροφος Απόληξη Δώμα Δ' όροφος Γ' όροφος Β' όροφος Α' όροφος Ισόγειο Μεσόροφος Πλήρης Λειτουργικότητα Προστασία Ζωής Αποφυγή Κατάρρευσης 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100%
Δείκτες Βλάβης δοκών στύλων < 0.25 0.25-0.50 0.50-0.75 0.75-1.00 1.00-2.00 > 2.00 < 0.25 0.25-0.50 0.50-0.75 0.75-1.00 1.00-2.00 > 2.00 Λογισμικό : ANSRuop
Παραδείγματα Επεμβάσεων (με βάση EC8/ΚΑΝΕΠΕ) Καπναποθήκες Παπαστράτου (Αγρίνιο) Σεισμική Ενίσχυση & Αλλαγή Χρήσης Στάθμη f cm (MPa) Υπόγειο 15 6 υπέργειοι όροφοι παραδοχές αρχικής μελέτης: κατηγορία σκυροδέματος Β160 κατηγορία χάλυβα οπλισμού St-I σεισμικός συντελεστής ε=0.06 (Καν. 1959) f sym (MPa) 259 (f t /f y ) k > 1.15 ε uk > 7.5% Ισόγειο 16 Α όροφος 15 Β όροφος 16 Γ όροφος 17 Δ όροφος 16 Ε όροφος 17 Δώμα 17
Παραδείγματα Επεμβάσεων (με βάση EC8/ΚΑΝΕΠΕ) Καπναποθήκες Παπαστράτου (Αγρίνιο) Σεισμική Ενίσχυση & Αλλαγή Χρήσης Αποκλίσεις από τις σύγχρονες αντιλήψεις ακανονικότητα καθ ύψος μή αντισεισμικές λεπτομέρειες όπλισης "κοντά" δοκάρια ασυνέχειες στη μεταφορά των δυνάμεων "φυτευτά τοιχεία"
Παραδείγματα Επεμβάσεων (με βάση EC8/ΚΑΝΕΠΕ) Καπναποθήκες Παπαστράτου (Αγρίνιο) Προβλεπόμενες Επεμβάσεις Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος Σεισμική Ενίσχυση & Αλλαγή Χρήσης i. τοιχωματοποίηση πλαισίων στις θέσεις ασυνέχειας μεταφοράς δυνάμεων των υφιστάμενων τοιχωμάτων ii. επέκταση των διατομών των υφιστάμενων στύλων και δημιουργία αντισεισμικών λεπτομερειών στις θέσεις ασυνέχειας όπου προβλέπεται άνοιγμα iii. μανδύες σκυροδέματος προς αύξηση δυσκαμψίας και δημιουργία αντισεισμικών λεπτομερειών όπλισης στους πυρήνες ανελκυστήρων/κλιμακοστασίων iv. περίσφιγξη με μανδύα ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ), η οποία σχεδιάστηκε προς αύξηση της πλαστιμότητας και της αντίστασης σε τέμνουσα, στα υπόλοιπα κρίσιμα δομικά στοιχεία
Παραδείγματα Επεμβάσεων (με βάση EC8/ΚΑΝΕΠΕ) Προσομοίωση: Καπναποθήκες Παπαστράτου (Αγρίνιο) Σεισμική Ενίσχυση & Αλλαγή Χρήσης Λογισμικό : ANSRuop
Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος Παραδείγματα Επεμβάσεων (με βάση EC8/ΚΑΝΕΠΕ) Καπναποθήκες Παπαστράτου (Αγρίνιο) Σεισμική Ενίσχυση & Αλλαγή Χρήσης Δυναμικά Χαρακτηριστικά
Παραδείγματα Επεμβάσεων (με βάση EC8/ΚΑΝΕΠΕ) Καπναποθήκες Παπαστράτου (Αγρίνιο) Θέσεις σχηματισμού Π.Α. Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος Σεισμική Ενίσχυση & Αλλαγή Χρήσης
Τέμνουσα Βάσης (kn) Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος Παραδείγματα Επεμβάσεων (με βάση EC8/ΚΑΝΕΠΕ) Καπναποθήκες Παπαστράτου (Αγρίνιο) Σεισμική Ενίσχυση & Αλλαγή Χρήσης 40000 35000 30000 Καμπύλη Αντίστασης Στοχευόμενη Μετακίνηση Έναρξη Πλ. Στύλων Προστασία Ζωής ΚΑΝΕΠΕ Σημαντική Βλάβη EC8 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Μετακίνηση Κορυφής (m)
Ειδικά Θέματα Ενίσχυση δοκού έναντι ορθής έντασης (M s / M y ) M s από 1.35 G+1.50 Q = -57.9 knm
Ειδικά Θέματα Ενίσχυση δοκού έναντι ορθής έντασης Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος ΚΑΝΕΠΕ 8.2.1.3.(α).(i) "Η τεχνική δεν εφαρμόζεται σε περιοχές οι οποίες ενδέχεται να βρεθούν υπό θλιπτική καταπόνηση" κατασκευαστικές δυσκολίες 70% μεγαλύτερη απαίτηση A s
Ειδικά Θέματα Αξονική Δύναμη προστιθέμενων στοιχείων - οιονεί σταδιακή δόμηση αμελώντας το ΔΝ s λαμβάνοντας υπόψη το ΔΝ s υπερτίμηση M y 20 ~ 35 % υπερτίμηση δυσκαμψίας 20 ~ 40 %