Αντισεισμικός σχεδιασμός επίπεδων μεταλλικών διασυνδεδεμένων πλαισίων με χρήση τριών νέων μεθόδων
Authors: Καλαπόδης Νικόλαος 
Published: September 2021

Στην παρούσα διατριβή γίνεται επέκταση της εφαρμογής τριών νέων μεθόδων αντισεισμικού σχεδιασμού καμπτικών πλαισίων, σε επίπεδα χαλύβδινα διασυνδεδεμένα πλαίσια με έκκεντρους διαγώνιους συνδέσμους τύπου Λ, με έκκεντρους μονούς διαγώνιους συνδέσμους και με διαγώνιους αντιλυγισμικούς συνδέσμους δυσκαμψίας τύπου Λ. Η πρώτη μέθοδος σχεδιασμού χρησιμοποιεί ιδιομορφικούς λόγους απόσβεσης, ενώ η δεύτερη μέθοδος κάνει χρήση ιδιομορφικών συντελεστών συμπεριφοράς οι οποίοι προέρχονται από τους αντίστοιχους ιδιομορφικούς λόγους απόσβεσης. Η βασική ιδέα των δύο πρώτων μεθόδων είναι η δημιουργία μιας ισοδύναμης ελαστικής πολυβάθμιας κατασκευής η οποία θα δύναται να αποκριθεί σεισμικά κατά τρόπο ίδιο με την αντίστοιχη μη γραμμική κατασκευή. Η ισοδύναμη γραμμική κατασκευή διαθέτει την ίδια μάζα και αρχική δυσκαμψία με την μη γραμμική, ενώ οι λόγοι ισοδύναμης ιξώδους ιδιομορφικής απόσβεσης ξj για τις τέσσερεις πρώτες ιδιομορφές που την αφορούν, ποσοτικοποιούν το έργο όλων των μη γραμμικών παραμορφώσεων. Αρχικά 98 πλαίσια σχεδιάζονται σύμφωνα με τους EC3 και EC8 για μέτρια κατηγορία πλαστιμότητας, κατηγορία εδάφους Β και για επιτάχυνση βάσης ίση με 0.24g. Στην συνέχεια τα πλαίσια υπόκεινται σε 100 σεισμικές διεγέρσεις μακρινού πεδίου οι οποίες αντιστοιχούν στις τέσσερεις κατηγορίες εδαφών (A,B,C και D) σύμφωνα με τα κριτήρια του Ευρωκώδικα 8 και έχουν κλιμακωθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να προκαλούν συγκεκριμένες σχετικές γωνιακές παραμορφώσεις (σχετικές μετατοπίσεις ορόφων κανονικοποιημένες με το ύψος του ορόφου) ή πλαστιμότητες μελών οι οποίες αντιστοιχούν σε διάφορα επίπεδα παραμόρφωσης/βλάβης (επιτελεστικότητας). Σε επόμενο στάδιο υπολογίζονται οι λόγοι ισοδύναμης ιξώδους απόσβεσης για τις τέσσερεις πρώτες σημαντικές ιδιομορφές συναρτήσει της σχετικής γωνιακής παραμόρφωσης της κατασκευής και της πλαστιμότητας των μελών της. Αυτό επιτυγχάνεται αρχικά με τον επαναληπτικό μετασχηματισμό της απόλυτης τιμής μιας συνάρτησης μεταφοράς της κατασκευής, ορισμένης στο πεδίο των συχνοτήτων, μέχρις ότου να ικανοποιήσει συγκεκριμένα κριτήρια ομαλότητας, ενώ η κατασκευή τροφοδοτείται συνεχώς με ιξώδη απόσβεση. Όταν η συνάρτηση μεταφοράς γίνει εντελώς ομαλή, αυτό σημαίνει ότι η αρχικώς μη γραμμική κατασκευή έχει μετατραπεί σε ισοδύναμη γραμμική για την οποία είναι δυνατός ο υπολογισμός των λόγων ιδιομορφικής απόσβεσης ξj από επίλυση ενός συστήματος μη γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων. Ακολούθως κατασκευάζονται οι εξισώσεις σχεδιασμού από τις οποίες παρέχονται οι λόγοι απόσβεσης. Επίσης κατασκευάζονται ελαστικά φάσματα απόλυτων επιταχύνσεων για κάθε τιμή του λόγου ιξώδους ιδιομορφικής απόσβεσης, ώστε στην συνέχεια να υπολογιστούν οι αντίστοιχοι απόλυτοι ιδιομορφικοί συντελεστές συμπεριφοράς για κάθε σημαντική ιδιομορφή. Στην συνέχεια, οι απόλυτοι ιδιομορφικοί συντελεστές συμπεριφοράς, μέσω κατάλληλης τροποποίησης μετατρέπονται σε ιδιομορφικούς συντελεστές συμπεριφοράς που αναφέρονται στα αντίστοιχα φάσματα ψευδο-επιταχύνσεων, ώστε να συμβαδίζουν με τις ανάγκες του σχεδιασμού κατά Ευρωκώδικα 8. Λόγω της κατάλληλης κλιμάκωσης των σεισμικών διεγέρσεων, οι iv ιδιομορφικοί λόγοι απόσβεσης αλλά και οι ιδιομορφικοί συντελεστές συμπεριφοράς που υπολογίζονται, αντιστοιχούν σε συγκεκριμένα επίπεδα βλάβης και επιτελεστικότητας. Τέλος, στα πλαίσια της φασματικής ανάλυσης προκύπτουν οι αντίστοιχες σεισμικές δυνάμεις σχεδιασμού. Η τρίτη μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού φέρει την ονομασία «Υβριδική μέθοδος Δυνάμεων/Μετακινήσεων» διότι συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της μεθόδου των Δυνάμεων και της μεθόδου των Μετακινήσεων. Η βασική ιδέα της έχει να κάνει με τον προσδιορισμό της ολικής πλαστιμότητας της κατασκευής, μέσω του υπολογισμού της μέγιστης μετακίνησης οροφής κατά την επίτευξη κάποιου επιθυμητού επιπέδου επιτελεστικότητας. Τέλος η πλαστιμότητα εκφράζεται συναρτήσει του συντελεστή συμπεριφοράς. Αρχικά, τα ήδη σχεδιασμένα από τις προηγούμενες μεθόδους πλαίσια υπόκεινται στις ίδιες 100 σεισμικές διεγέρσεις μακρινού πεδίου, όπου με κατάλληλη κλιμάκωση τους τα πλαίσια φτάνουν σε συγκεκριμένα επίπεδα βλάβης/επιτελεστικότητας. Η επίτευξη κάποιου επιπέδου επιτελεστικότητας γίνεται όταν κάποιο μέλος αναπτύξει την μέγιστη επιτρεπτή πλαστιμότητα, ή όταν η μέγιστη σχετική γωνιακή παραμόρφωση του ορόφου γίνει ίση με το όριο του συγκεκριμένου επιπέδου επιτελεστικότητας. Στην συνέχεια υπολογίζεται η μέγιστη μετακίνηση οροφής του πλαισίου με κριτήριο είτε την μέγιστη επιτρεπτή σχετική γωνιακή παραμόρφωση u max(IDR) , είτε την μέγιστη τοπική πλαστιμότητα των μελών u max(μ) . Η μετακίνηση σχεδιασμού οροφής u max(d) ισούται με την μικρότερη τιμή ανάμεσα σε u max(IDR) και u max(μ) . Στην συνέχεια υπολογίζεται η πλαστιμότητα σχεδιασμού οροφής του πλαισίου μ Δ ως ο λόγος της μετακίνησης σχεδιασμού οροφής u max(d) για συγκεκριμένο επίπεδο επιτελεστικότητας, προς τη μετακίνηση οροφής κατά τον σχηματισμό της πρώτης πλαστικής άρθρωσης u ry . Ακολούθως, εξάγεται ο συντελεστής συμπεριφοράς q ο οποίος υπολογίζεται από τον λόγο του συντελεστή κλιμάκωσης του επιταχυνσιογραφήματος για συγκεκριμένο επίπεδο επιτελεστικότητας, προς τον συντελεστή κλιμάκωσης που οδηγεί στην εμφάνιση της πρώτης πλαστικής άρθρωσης. Επίσης, εξάγονται σχέσεις που συνδέουν τον συντελεστή σεισμικής συμπεριφοράς και την πλαστιμότητα σχεδιασμού οροφής. Κάθε συντελεστής συμπεριφοράς που προκύπτει από την Υβριδική μέθοδο Δυνάμεων/Μετακινήσεων μπορεί να εισαχθεί στο φάσμα του Ευροκώδικα 8 κατά τον σχεδιασμό μέσω φασματικής ανάλυσης, και η τιμή του είναι σταθερή για όλες τις ιδιομορφές του πλαισίου. Τέλος μέσω ενδεικτικών παραδειγμάτων, γίνεται σύγκριση των τριών μεθόδων με τους ισχύοντες κανονισμούς του Ευρωκώδικα 8.