Μη-γραμμική αριθμητική διερεύνηση σύμμικτων αντισεισμικών τοιχωματικών συστημάτων μεταλλικού καμπτικού πλαισίου με εμφατνούμενο δομικό στοιχείο οπλισμένου σκυροδέματος
Authors: Βογιατζής Τζανετής 
Published: September 2021

Η παρούσα διατριβή πραγματεύτηκε καθολικά και τοπικά το σύνθετο πρόβλημα της ανελαστικής συμπεριφοράς των σύμμικτων τοιχωματικών συστημάτων μεταλλικού καμπτικού πλαισίου με εμφατνούμενο δομικό στοιχείο οπλισμένου σκυροδέματος (C-SRCW), τόσο για τη μονότονη όσο και για την εναλλασσόμενη φόρτιση. Αρχικά, αφού παρατέθηκαν συγκριτικά και περιγραφικά οι υφιστάμενες κανονιστικές σχέσεις αντοχής ήλου κεφαλής, για συμβατικές διαμέτρους και συνηθισμένες κατηγορίες σκυροδέματος και οι διαθέσιμες εμπειρικές σχέσεις τέμνουσας δύναμης – ολίσθησης (Q-Δ) του ήλου κεφαλής, αξιολογούνται βάσει πειραματικών δεδομένων τα όρια εφαρμογής τους σε σύμμικτα τοιχωματικά συστήματα τύπου C-SRCW: (α) των κανονιστικών σχέσεων αντοχής του ήλου κεφαλής, (β) της επιρροής του μειωτικού συντελεστή από τον Ευρωκώδικα 8 για τον σχεδιασμό ήλων κεφαλής σε ζώνες απόσβεσης ενέργειας, (γ) των διαθέσιμων εμπειρικών σχέσεων τέμνουσας δύναμης – ολίσθησης του ήλου κεφαλής. Σύμφωνα με τα ερευνητικά ευρήματα, καταδεικνύονται οι αδυναμίες της πρακτικής εφαρμογής των ανωτέρω, για την περιγραφή της συμπεριφοράς των ήλων κεφαλής σε σύμμικτα τοιχωματικά συστήματα. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν τα προαναφερθέντα, η ερευνητική προσπάθεια προτείνει: (α) νέο μειωτικό συντελεστή με τιμή 0.60 για τους ήλους κεφαλής στις πλάστιμες ζώνες των σύμμικτων τοιχωματικών συστημάτων, (β) νέα προσεγγιστική σχέση τέμνουσας δύναμης – ολίσθησης του ήλου κεφαλής, η οποία συντηρητικά και προς την πλευρά της ασφάλειας μπορεί να εφαρμοστεί, καλύπτοντας το κανονιστικό κενό στον σχεδιασμό των σύμμικτων τοιχωματικών συστημάτων καμπτικού μεταλλικού πλαισίου με εμφατνούμενο δομικό στοιχείο οπλισμένου σκυροδέματος. Συνεχίζοντας, καταστρώνεται και τεκμηριώνεται ένα αξιόπιστο σχήμα αριθμητικής προσομοίωσης με τέτοιον τρόπο, ώστε να λαμβάνονται υπ’ όψιν όλα τα μη-γραμμικά φαινόμενα του φυσικού προβλήματος. Το προτεινόμενο σχήμα αριθμητικής προσομοίωσης είναι ικανό να περιγράψει τον πολύπλοκο μηχανισμό αλληλεπίδρασης που αναπτύσσεται μεταξύ των επί μέρους μελών, τα οποία συνθέτουν ένα τέτοιο σύστημα, κατά το στάδιο ενεργοποίησης της ανελαστικής τους λειτουργίας. Βάσει των αποτελεσμάτων εξάγονται μία σειρά από συμπεράσματα και προτάσεις σχετικά: (α) με τις εξιδανικευμένες συνθήκες μη μονότονης υλικής συμπεριφοράς τους σκυροδέματος (για την περιοχή της θλίψης και του εφελκυσμού), του δομικού χάλυβα στο μεταλλικό καμπτικό πλαίσιο, των ράβδων οπλισμού και των κοχλιών, (β) τη χρήση της τεχνικής των στοιχείων συνδέσμου για τους ήλου κεφαλής, (γ) την αλληλεπίδραση των δομικών μελών χάλυβα – σκυροδέματος και τη θεώρηση των κατάλληλων συνθηκών μονόπλευρης επαφής στη διεπιφάνεια των δύο σωμάτων. Σύμφωνα με τα αριθμητικά αποτελέσματα, παρατηρείται ότι για χαμηλή στάθμη σχετικής μετατόπισης στο σύμμικτο τοιχωματικό σύστημα, αναπτύσσεται ο επιθυμητός μηχανισμός πολλαπλών κεκλιμένων θλιπτήρων. Καθώς όμως αυξάνονται οι εγκάρσιες παραμορφώσεις, η συμπεριφορά αυτού του συστήματος αναδιαμορφώνεται σε ομοκεντρικό διαγώνιο θλιπτήρα, εξαιτίας της αστοχίας των ήλων κεφαλής και της προσπάθειας του μεταλλικού πλαισίου να παραμορφώνεται καμπτικά, ενώ το εμφατνούμενο δομικό στοιχείο οπλισμένου σκυροδέματος παραμορφώνεται διατμητικά. Τέλος, με σκοπό την αποφυγή του μη επιθυμητού αυτού μηχανισμού παραλαβής οριζόντιας τέμνουσας, διενεργείται μία εκτεταμένη παραμετρική μελέτη μίας σειράς βασικών παραμέτρων λειτουργίας του συστήματος. Από τα ερευνητικά ευρήματα, συνάγονται μία σειρά από συμπεράσματα και προτείνεται η χρησιμοποίηση κατάλληλου δείκτη ροπών πλαστικοποίησης με τιμή 1.30. Η επίδραση αυτού του προτεινομένου δείκτη, παρουσιάζεται στα εξαγόμενα αποτελέσματα, όπου καταφαίνεται η βελτίωση της μετελαστικής συμπεριφοράς του σύμμικτου τοιχωματικού συστήματος αναφοράς