Ανελαστική δυναμική αλληλεπίδρασης εδάφους - κατασκευής
Authors: Δρόσος Βασίλειος 
Published: August 2021

Η διατριβή πραγματεύεται δύο από τα σημαντικότερα προβλήματα της γεωτεχνικής σεισμικής μηχανικής: την δυναμική απόκριση του εδάφους και την συμπεριφορά των πασσάλων σε σεισμική διέγερση. Για την υπολογιστική εκτίμηση της δυναμικής απόκρισης εδαφικών σχηματισμών πολυάριθμα καταστατικά προσομοιώματα έχουν προταθεί έως σήμερα, τα οποία ταξινομούνται αδρά σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: • Ιξωδοελαστικά ισοδύναμα-γραμμικά προσομοιώματα • Υστερητικά, μη-γραμμικά ανακυκλικά προσομοιώματα σε 1 διάσταση • Προσομοιώματα βασισμένα στην θεωρία πλαστικότητας. Εξαιτίας της απλότητάς τους, τα ισοδύναμα-γραμμικά προσομοιώματα είναι τα πλέον χρησιμοποιούμενα στην ανάλυση της σεισμικής απόκρισης του εδάφους. Παρόλα αυτά, η αντίστοιχη μέθοδος εμπεριέχει ένα εγγενές μειονέκτημα: λόγω του ενιαίου μειωτικού συντελεστή στο πλάτος της παραμόρφωσης που χρησιμοποιεί, αθέλητα επιβάλλει ένα πλασματικό φιλτράρισμα των υψίσυχνων συνιστωσών του σεισμικού κύματος. Επιπλέον, η ακρίβεια των προβλέψεων της μεθόδου μειώνεται σε περιπτώσεις ισχυρής διατμητικής παραμόρφωσης του εδάφους. Σε τέτοια επίπεδα μη-γραμμικής συμπεριφοράς, η αξιοπιστία της μεθόδου είναι κάπως αμφίβολη και ο μηχανικός πρέπει να καταφύγει σε πιο λεπτομερή αλλά 1-διάστατα υστερητικά μη-γραμμικά προσομοιώματα τα οποία εν γένει προβλέπουν ικανοποιητικά την μη-γραμμική συμπεριφορά του εδάφους, αν και η μεν συνήθης χρήση του κριτηρίου Masing για την αποφόρτιση/επαναφόρτιση οδηγεί στην υπερεκτίμηση της εδαφικής απόσβεσης, η δε επίσης συνήθως χρήση υπερβολικής μονοτονικής καμπύλης οδηγεί σε αφύσικο "ψαλίδισμα" των επιταχύνσεων. Η προσεγγιστική επέκταση των προσομοιωμάτων αυτών σε 2 διαστάσεις είναι φυσικό να παρουσιάζει δυσκολίες. Το κενό έρχονται να καλύψουν προσομοιώματα βασισμένα στην πλαστική θεωρία. Μολονότι θεωρητικώς τα εν λόγω προσομοιώματα είναι περισσότερο αξιόπιστα στην περιγραφή της 2-διάστατης ανελαστικής απόκρισης του εδάφους, συχνά χαρακτηρίζονται από δυσκολία πρακτικής εφαρμογής λόγω και του μεγάλου αριθμού παραμέτρων που χρησιμοποιούν. Στην παρούσα διατριβή, ένα νέο υστερητικό μη-γραμμικό προσομοίωμα προταθέν από τον Γερόλυμο (2002), ικανό να προσομοιώνει πολύπλοκα μη-γραμμικά χαρακτηριστικά της ανακυκλικής συμπεριφοράς του εδάφους σε 1 διάσταση, βαθμονομείται και επαληθεύεται με βάση πληθώρα πειραματικών αποτελεσμάτων. Εν συνεχεία δε, χρησιμοποιείται σε μια εκτενή παραμετρική διερεύνηση της δυναμικής μη-γραμμικής συμπεριφοράς εδαφικών σχηματισμών. Η μη-γραμμική σεισμική απόκριση πασσάλου αποτελεί τον στόχο του δεύτερου μέρους της διατριβής. Η μη-γραμμικότητα αναφέρεται τόσο στο περιβάλλον τον πάσσαλο έδαφος, όσο και στην καμπτική συμπεριφορά του ίδιου του πασσάλου. Το υστερητικό προσομοίωμα BWGG χρησιμοποιείται τώρα για την περιγραφή της εδαφικής αντίστασης συναρτήσει της αναπτυσσόμενης μετατόπισης σε κάθε βάθος του πασσάλου. Η βαθμονόμηση του προσομοιώματος αυτού ευωδούται με αξιοποίηση πλήθους πειραματικών αποτελεσμάτων της διεθνούς βιβλιογραφίας: πειράματα φυσικής κλίμακας στο ύπαιθρο, πειράματα μικρής κλίμακας σε φυγοκεντριστή. Εν συνεχεία δε, το βαθμονομηθέν προσομοίωμα χρησιμοποιείται σε παραμετρική διερεύνηση και σύγκριση με καθιερωμένες αναλυτικές μεθόδους. Κατά την συνήθη πρακτική η πλάστιμη συμπεριφορά των κατασκευών λαμβάνεται υπόψη στον σχεδίασμά τους. Παρόλα αυτά οι θεμελιώσεις σχεδιάζονται ακόμα με στόχο να συμπεριφερθούν ελαστικά κατά τον σεισμό, παρά την αναπόφευκτα ανελαστική απόκριση του ίδιου του εδάφους. Η λογική της πλάστιμης συμπεριφοράς της θεμελίωσης αποτελεί μια νέα ιδέα για την σεισμική μηχανική. Ο πιθανός σχηματισμός πλαστικής άρθρωσης στον πάσσαλο δεν συνιστάται από τους αντισεισμικούς κανονισμούς για δύο λόγους: (α) η θέση της πλαστικής άρθρωσης δεν είναι προσβάσιμη μετά τον σεισμό για έλεγχο και επισκευή, και (β) η αστοχία του πασσάλου πριν αστοχήσει το έδαφος αποτελεί ανεπιθύμητη ψαθυρή συμπεριφορά. Παρόλα αυτά πλήθος περιστατικών στον σεισμό του Κόμπε έδειξαν ότι η μεν διαρροή των πασσάλων σε ισχυρές δονήσεις δεν μπορεί να αποφευχθεί (ειδικά όταν διαπερνούν μαλακά εδάφη), ο δε μετασεισμικός έλεγχος της ακεραιότητάς τους αποτελεί δύσκολη αλλά όχι αδύνατη εργασία. Με σκοπό την διερεύνηση της ευεργετικής ή δυσμενούς επίδρασης της πλαστικοποίησης των πασσάλων στην δυναμική απόκριση μιας κατασκευής εκτελούνται παραμετρικές αναλύσεις προσομοιώνοντας την ανελαστική συμπεριφορά τόσο του εδάφους όσο και του πασσάλου με το βαθμονομημένο καταστατικό προσομοίωμα BWGG. […]