DAMAGE PREDICTION MODELS FOR REINFORCED CONCRETE BUILDINGS BASED ON NON-LINEAR ANALYSIS WITH SOIL-STRUCTURE INTERACTION

Η παρούσα διατριβή διερευνά την ανακατανομή των εσωτερικών δυνάμεων μεταξύ των κατακόρυφων μελών οπλισμένου σκυροδέματος (Ο/Σ) απλών ασύμμετρων χαμηλών κατασκευών υπό σεισμική φόρτιση λαμβάνοντας υπόψη την δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής (ΔΑΕΚ). Μια σειρά μονώροφων επιπέδων πλαισίων Ο/Σ με ένα, δύο και τέσσερα ανοίγματα, εδραζόμενα επί απαραμόρφωτου ή παραμορφώσιμου εδάφους μέσω θεμελίων με συνδετήριες δοκούς αναλύεται δυναμικά. Η σεισμική φόρτιση προσομοιώνεται με συνθετικά επιταχυνσιογραφήματα συμβατά με το φάσμα σχεδιασμού του Ευρωκώδικα 8. Μονώροφα και τριώροφα 3-Δ κτιρίων Ο/Σ ενός ανοίγματος εδραζόμενα επί απαραμόρφωτου ή παραμορφώσιμου εδάφους μέσω θεμελίων με συνδετήριες δοκούς και γενικής κοιτόστρωσης, αναλύονται δυναμικά χρησιμοποιώντας πραγματικά επιταχυνσιογραφήματα.Η ασυμμετρία στα εξεταζόμενα 2-Δ και 3-Δ κτίρια Ο/Σ επιτυγχάνεται αντικαθιστώντας έναν στύλο από ένα τοίχωμα μεταβλητού πλάτους. Η συμπεριφορά των μελών Ο/Σ θεωρείται ελαστική σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονισμούς σχεδιασμού, καθώς και ελαστοπλαστική σύμφωνα με ένα ελαστοπλαστικό μηχανικό μοντέλο ινών. Τόσο οι γραμμικές όσο και οι μη γραμμικές ελαστοπλαστικές αναλύσεις πραγματοποιούνται στο χρονικό πεδίο. Οι γραμμικές αναλύσεις γίνονται λαμβάνοντας υπόψη τη μειωμένη δυσκαμψία των μελών λόγω της ρηγμάτωσης του σκυροδέματος. Οι μη γραμμικές ελαστοπλαστικές αναλύσεις γίνονται με ένα μοντέλο συγκεντρωμένης μέσω μείωση της δυσκαμψίας. Οι μη γραμμικές ποσότητες απόκρισης περιλαμβάνουν όχι μόνο τις δυνάμεις ροπής και διάτμησης των μελών, αλλά και τις γωνιακές παραμορφώσεις ορόφων και διάφορους δείκτες βλάβης σε επίπεδα μέλους και κατασκευής για τέσσερα επίπεδα επιτελεστικότητας. Αδιάστατοι λόγοι των εσωτερικών απόλυτων μέγιστων δυνάμεων και ροπών των κατακόρυφων μελών Ο/Σ εκφράζονται ως προς τις ιδιότητες διατομής τους και συγκρίνονται για τις περιπτώσεις ΔΑΕΚ και απαραμόρφωτου εδάφους τόσο για τις ελαστικές όσο και για τις ελαστοπλαστικές αναλύσεις. Έτσι, προσδιορίζεται και συζητείται η επίδραση της ΔΑΕΚ στη σεισμική απόκριση των κατακόρυφων στοιχείων και ολόκληρης της κατασκευής. Όλες οι αναλύσεις αποδεικνύουν ότι η ΔΑΕΚ επηρεάζει έντονα τη σεισμική απόκριση μελών Ο/Σ και απλών κατασκευών Ο/Σ και η επιρροή της μπορεί να είναι ευεργετική ή επιζήμια σε αντίθεση με τους ισχύοντες κανονισμούς οι οποίοι θεωρούν μόνο τα θετικά αποτελέσματά της.

Download Full-text

Seismic vulnerability of reinforced concrete buildings considering aging and soil-structure interaction effects

10.12681/eadd/36621 ◽

2015 ◽

Author(s):

Γκόλφω-Σωτηρία Καραπέτρου

Keyword(s):

Reinforced Concrete ◽

Soil Structure ◽

Seismic Vulnerability ◽

Interaction Effects ◽

Soil Structure Interaction ◽

Reinforced Concrete Buildings ◽

Structure Interaction ◽

Concrete Buildings

Σε χώρες υψηλής σεισμικής επικινδυνότητας ενδέχεται κατά τη διάρκεια ενός ισχυρού σεισμού να εμφανιστούν σοβαρές βλάβες σε κτιριακές και όχι μόνο δομές, οι οποίες ιδιαίτερα στην περίπτωση κτιρίων υψηλής σπουδαιότητας μπορεί να οδηγήσουν σε σημαντικές απώλειες τόσο σε κοινωνικό όσο και σε οικονομικό επίπεδο. Δεδομένου του σημαντικού διακυβεύματος, πολλές επιστημονικές μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην ανάπτυξη μεθοδολογιών για την αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η συνήθης πρακτική των μεθοδολογιών αυτών είναι η θεώρηση της τρωτότητας ως «αμετάβλητης» στο χρόνο αγνοώντας οποιοδήποτε φαινόμενο γήρανσης. Έτσι δεν λαμβάνονται υπόψη παράγοντες που σχετίζονται με τις συνθήκες του περιβάλλοντος των κατασκευών οι οποίοι ωστόσο είναι δυνατόν να προκαλέσουν σημαντικές φθορές σε αυτές με αποτέλεσμα τη μείωση της λειτουργικότητας και της αντοχής τους. Ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες της κατηγορίας αυτής με σημαντικές επιδράσεις στα κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος, αποτελεί το φαινόμενο της διάβρωσης του χάλυβα του οπλισμού λόγω της διείσδυσης των χλωριόντων της ατμόσφαιρας. Επίσης σημαντική επίδραση στη σεισμική τρωτότητα των κτιρίων ασκεί και το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής. Το φαινόμενο αυτό αφορά στην αλληλεπίδραση του εδάφους και της κατασκευής με αποτέλεσμα τη διαφοροποίηση της απόκρισης του συστήματος σε δυναμική φόρτιση. Η επίδραση του φαινομένου μπορεί να είναι άλλοτε θετική και άλλοτε αρνητική καθώς εξαρτάται τόσο από τα δυναμικά χαρακτηριστικά του εδάφους και του υπό μελέτη συστήματος όσο και από τα χαρακτηριστικά (συχνοτικό περιεχόμενο, πλάτος, διάρκεια) της σεισμικής διέγερσης. Επιπλέον κατά την αποτίμηση υφισταμένων κτιρίων, ειδικά στις περιπτώσεις κτιρίων στρατηγικής σημασίας, η χρήση γενικευμένων καμπυλών τρωτότητας, μπορεί να οδηγήσει σε μη ακριβή αποτελέσματα καθώς δε λαμβάνει υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του κάθε κτιρίου. Επίσης δε λαμβάνονται υπόψη παράμετροι οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε απομείωση της δυσκαμψίας στο χρόνο και να επηρεάσουν τη σεισμική συμπεριφορά τους , όπως είναι τα φαινόμενα γήρανσης καθώς και πιθανές προϋπάρχουσες βλάβες λόγω προηγούμενων ισχυρών σεισμών. Σε αυτές τις περιπτώσεις η ενοργάνωση των κτιρίων και η ανάλυση των μετρήσεων πεδίου μπορεί να αποτελέσει ένα σημαντικό εργαλείο για την εκτίμηση της πραγματικής δυναμικής συμπεριφοράς και σεισμικής τρωτότητας των κατασκευών τη δεδομένη στιγμή της αποτίμησής τους και τη μείωση των αβεβαιοτήτων που υπεισέρχονται κατά την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση όλων των ανωτέρω επιμέρους θεμάτων προτάσσοντας μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία βελτιωμένης αξιοπιστίας για την αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος στην οποία θα συνεκτιμώνται φαινόμενα τα οποία μέχρι τώρα έχουν αντιμετωπιστεί μόνο επιμεριστικά. Σκοπός της διατριβής είναι (α) η διερεύνηση της επιρροής των φαινομένων γήρανσης και της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής στη σεισμική τρωτότητα κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος και (β) η χρήση μετρήσεων πεδίου για την κατασκευή καμπυλών τρωτότητας, αντιπροσωπευτικές της πραγματικής κατάστασης του ενοργανωμένου κτιρίου συναρτήσει του χρόνου και των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του.

Download Full-text

Seismic risk assessment of reinforced concrete buildings including nonlinear soil structure interaction and site amplification effects

10.12681/eadd/49684 ◽

2021 ◽

Author(s):

Χρήστος Πετρίδης

Keyword(s):

Risk Assessment ◽

Reinforced Concrete ◽

Seismic Risk ◽

Soil Structure ◽

Site Amplification ◽

Soil Structure Interaction ◽

Reinforced Concrete Buildings ◽

Seismic Risk Assessment ◽

Structure Interaction ◽

Fixed Base

Στην παρούσα διατριβή, διερευνάται η επιρροή της αλληλεπίδρασης εδάφους-ανωδομής (ΔΑΕΘΑ-SSI) και της μη γραμμικής συμπεριφοράς του εδάφους στη σεισμική τρωτότητα των κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα (ΟΣ-RC), που εδράζονται σε επιφανειακή θεμελίωση. Συγκεκριμένα, η διατριβή προτείνει μια μεθοδολογία για να επεξηγήσει, ως προς την επιρροή τους, την ενίσχυση της ισχυρής εδαφικής κίνησης, τη μη γραμμική συμπεριφορά του εδάφους και την αλληλεπίδραση εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής στην εκτίμηση των καμπυλών τρωτότητας κτιρίων. Οι καμπύλες τρωτότητας προκύπτουν χρησιμοποιώντας μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις για συνήθεις τυπολογίες κτιρίων και προφίλ εδάφους. Αποδεικνύεται ότι η μη γραμμική συμπεριφορά του εδάφους και η αλληλεπίδραση της ανωδομής και του εδάφους, κατά τη διάρκεια ισχυρών σεισμικών διεγέρσεων, επηρεάζουν την τρωτότητα του δομικού φορέα. Ειδικότερα, η επίδραση του SSI στις καμπύλες τρωτότητας προκύπτει σημαντική, όπως αναμενόταν, κυρίως για συνθήκες μαλακού εδάφους και ποικίλλει ανάλογα με τη διαμόρφωση και τη γεωμετρία του συστήματος εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής. Η όλη διαδικασία κωδικοποιείται σε αυτόνομο λογισμικό, το οποίο εκτελείται σε γλώσσα Python και TCL, χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα πεπερασμένων στοιχείων OpenSees.Η μετεπεξεργασία των αποτελεσμάτων παράγει ένα σύνολο «τροποποιητικών συντελεστών τρωτότητας» (FM), οι οποίοι επιτρέπουν στους μηχανικούς να λαμβάνουν υπόψη τις επιπτώσεις που σχετίζονται με το έδαφος ή/και το SSI σε εκτιμήσεις διακινδύνευσης, ιδίως σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογές (π.χ. σε επίπεδο πόλης). Οι FM παρέχονται σε μορφή πίνακα και εξίσωσης. Επί της ουσίας, χρησιμοποιώντας τους FM, οι μηχανικοί μπορούν να λάβουν υπόψη τη μη γραμμική συμπεριφορά/ενίσχυση του εδάφους ή/και το SSI στην εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας, τροποποιώντας τις υπάρχουσες και διαθέσιμες καμπύλες τρωτότητας της βιβλιογραφίας, οι οποίες έχουν υπολογιστεί για κατασκευές με θεώρηση πακτωμένης βάσης (fixed-base).Στο πλαίσιο της διατριβής αναπτύχθηκε, εξετάστηκε και επαληθεύτηκε η αποτελεσματικότητα ενός ευρέος συνόλου FM που τροποποιεί καταλλήλως τις γενικευμένες καμπύλες τρωτότητας, οι οποίες επί του παρόντος συνήθως αναπτύσσονται για συνθήκες πακτωμένης βάσης κατασκευών, ώστε να συμπεριλάβει τη μη γραμμική συμπεριφορά του εδάφους ή/και του SSI στην εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας κατασκευών με έναν εύχρηστο τρόπο. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται και επαληθεύεται επαρκώς σε ένα αντιπροσωπευτικό οικοδομικό τετράγωνο κτιρίων κατοικιών στη Θεσσαλονίκη. Η περιεκτική εφαρμογή και επικύρωση υπογραμμίζει την αποτελεσματικότητα των FM, ιδίως για την εκτίμηση κινδύνου σε επίπεδο πόλης και σε γενικώς μεγάλης κλίμακας εφαρμογές, που λαμβάνει υπόψη συγκεκριμένες εδαφικές συνθήκες και επιπτώσεις του SSI.

Download Full-text