Ανάπτυξη συστημάτων σεισμικής προστασίας πολυώροφων κτιρίων
Authors: Δούγκα Γεωργία 
Published: September 2021

Αντικείμενο της διατριβής είναι η διερεύνηση της συμπεριφοράς του καινοτόμου συστήματος σεισμικής προστασίας FUSEIS1-1 το οποίο μπορεί να υποκαταστήσει τα συνήθη συστήματα δυσκαμψίας σε πολυώροφα μεταλλικά και σύμμικτα κτίρια και να βελτιώσει τη συμπεριφορά τους. Αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος με τίτλο «Dissipative Devices for Seismic Resistant Steel Frames», αποκαλούμενο FUSEIS. Το FUSEIS1-1 διαθέτει υψηλή πλαστιμότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν σύστημα πλευρικής ευστάθειας ενός κτιρίου, μόνο του ή σε συνδυασμό με πλαίσιο ροπής. Αποτελείται από ένα ζεύγος ισχυρών υποστυλωμάτων που συνδέονται άκαμπτα με επάλληλες οριζόντιες δοκούς σε πυκνή διάταξη σχηματίζοντας μια κατακόρυφη δοκό Vierendeel. Οι δοκοί του συστήματος, οι οποίες μπορεί να αποτελούνται από υψίκορμες διατομές IPE, πλατύπελμες HE ή από κοίλες τύπου SHS, RHS και CHS είναι τα στοιχεία απορρόφησης ενέργειας που καθορίζουν τη δυσκαμψία και αντοχή του. Μεταβάλλοντας τη διατομή και το μήκος των δοκών εντός του ορόφου ή μεταξύ των ορόφων το σύστημα μπορεί να σχεδιαστεί βάσει του επιθυμητού μηχανισμού αστοχίας. Η απορρόφηση της σεισμικής ενέργειας και η πλαστικοποίηση λαμβάνουν χώρα σε προεπιλεγμένες θέσεις εντός των δοκών του με αποτέλεσμα το υπόλοιπο κτίριο να παραμένει προστατευμένο και άθικτο. Οι θέσεις σχηματισμού πλαστικών αρθρώσεων βρίσκονται σε απόσταση από τη σύνδεση δοκού - υποστυλώματος το οποίο εξασφαλίζεται με τοπική εξασθένηση των πελμάτων των δοκών (Reduced Beam Sections - RBS). Μετά από έναν ισχυρό σεισμό οι πιθανές επισκευές περιορίζονται στην αντικατάσταση των δοκών, γίνονται άμεσα και με χαμηλό κόστος, κυρίως λόγω της απλής γεωμετρίας και του μικρού μεγέθους τους, και επιτρέπουν την ταχεία επαναλειτουργία του κτιρίου καθώς δε συμμετέχουν στην παραλαβή των φορτίων βαρύτητας και οι παραμένουσες παραμορφώσεις είναι μικρές.Η μελέτη της απόκρισης του συστήματος έγινε με τη βοήθεια πειραματικών και αναλυτικών διερευνήσεων οι οποίες ανέδειξαν και τα βασικότερα πλεονεκτήματά του. Κατά τις πειραματικές διερευνήσεις εξετάστηκαν μεμονωμένες δοκοί και ολόκληρα πλαίσια με δοκούς διαφόρων τύπων διατομής (IPE, SHS, CHS, HEA) υπό μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Οι αναλυτικές διερευνήσεις περιλάμβαναν προσομοιώματα πεπερασμένων στοιχείων, τα οποία βαθμονομήθηκαν βάσει των αποτελεσμάτων των πειραματικών δοκιμών, και εφαρμογή του συστήματος σε αντιπροσωπευτικά πλαίσια πραγματικών κτιρίων. Από τα αποτελέσματα των διερευνήσεων καθορίστηκαν οι κρίσιμες παράμετροι που επηρεάζουν τη συμπεριφορά του συστήματος και αναπτύχθηκαν κατάλληλοι κανόνες για το σχεδιασμό του, οι οποίοι διαμορφώθηκαν σύμφωνα με τις διατάξεις των Ευρωκωδίκων και συνοψίστηκαν σε ενιαίο κείμενο, τον Οδηγό Σχεδιασμού. Η επάρκεια της προτεινόμενης μεθοδολογίας ελέγχθηκε στη συνέχεια μέσω μη γραμμικών στατικών και δυναμικών αναλύσεων. Ο Οδηγός Σχεδιασμού καθιστά δυνατή την ένταξη του FUSEIS1-1 στα συστήματα απορρόφησης των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών παρέχοντας στο μελετητή όλα τα απαραίτητα εργαλεία για την εφαρμογή του σε πραγματικά κτίρια ώστε να μπορεί να τα διαστασιολογήσει και παράλληλα να είναι σε θέση να προβλέψει την απόκρισή τους και τον μηχανισμό κατάρρευσης όταν υπόκεινται σε σεισμικά φορτία.