Ανάπτυξη μεθοδολογιών ανάλυσης και σχεδιασμού συστημάτων σεισμικής μόνωσης της βάσης των κτηρίων για την ελαχιστοποίηση της στρεπτικής τους απόκρισης.
Authors: Δουδούμης Νικόλαος 
Published: August 2021

Η σεισμική μόνωση της βάσης των κατασκευών αποτελεί τον πλέον σύγχρονο και αποτελεσματικό τρόπο εξασφάλισης των κτηρίων από τις καταστροφικές συνέπειες των ισχυρών σεισμών. Στην περίπτωση όμως κατασκευών με ασυμμετρίες σε κάτοψη, το σύστημα σεισμικής μόνωσης μπορεί να εμφανίσει σημαντική στρεπτική απόκριση. Στην περίπτωση αυτή, οι ταυτόχρονες οριζόντιες μετακινήσεις των εφεδράνων που το αποτελούν θα είναι διαφορετικές μεταξύ τους, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει τη σωστή του λειτουργία. Σύμφωνα με την υπάρχουσα βιβλιογραφία, η πλειοψηφία των ερευνητών καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η εν λόγω στρεπτική απόκριση μειώνεται σημαντικά όταν το Κέντρο Δυσκαμψίας του συστήματος σεισμικής μόνωσης ταυτίζεται με την κατακόρυφη προβολή του Κέντρου Μάζας της σεισμικά μονωμένης κατασκευής (περίπτωση CRB=CM). Η ίδια προσέγγιση έχει υιοθετηθεί και από τους Διεθνείς Κανονισμούς (ASCE, FEMA, EC8), χωρίς όμως κάποια θεωρητική τεκμηρίωση. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθοδολογιών που αφορούν στην ανάλυση και στον σχεδιασμό συστημάτων σεισμικής μόνωσης βάσης σε ασύμμετρα κτήρια, με στόχο την ελαχιστοποίηση της στρεπτικής σεισμικής τους απόκρισης και πιο συγκεκριμένα η εύρεση της βέλτιστης θέσης του Κέντρου Δυσκαμψίας του συστήματος των εφεδράνων (OCRB), ώστε, υπό την επίδραση των σεισμικών διεγέρσεων, όλα τα εφέδρανα του συστήματος να εμφανίζουν τις ίδιες οριζόντιες μετακινήσεις. Αναπτύσσονται τρεις διαφορετικές μεθοδολογίες, που βασίζονται στη χρήση είτε στατικών οριζοντίων φορτίσεων, είτε δυναμικών (ιδιομορφικών) αναλύσεων. Η διατριβή επικεντρώνεται στη μεθοδολογία που βασίζεται στη χρήση δυναμικών αναλύσεων με χρονική ή φασματική επαλληλία των ιδιομορφών, διότι λαμβάνει υπόψη της τα πραγματικά δυναμικά χαρακτηριστικά της σεισμικά μονωμένης κατασκευής, και παρουσιάζεται ο τρόπος εφαρμογής της στις περιπτώσεις: (α) συστημάτων σεισμικής μόνωσης με γραμμικά ελαστική συμπεριφορά κατά την οριζόντια διεύθυνση όπως αυτά που αποτελούνται από ελαστομεταλλικά εφέδρανα χαμηλής απόσβεσης, (β) συστημάτων σεισμικής μόνωσης με διγραμμικό ελαστοπλαστικό νόμο δύναμης-μετακίνησης κατά την οριζόντια διεύθυνση όπως αυτά που αποτελούνται από ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου. H προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζονται σε ασύμμετρα μονώροφα και πολυώροφα σεισμικά μονωμένα κτήρια, με διαφορετικά δυναμικά χαρακτηριστικά, και ελέγχεται η αποτελεσματικότητά τους μέσω γραμμικών και μη-γραμμικών αναλύσεων. Ταυτόχρονα εξετάζεται η επιρροή διαφόρων σημαντικών παραμέτρων στρεπτικής σύζευξης, τόσο στον υπολογισμό του OCRB, όσο και στην αποτελεσματικότητά της μεθοδολογίας. Διαπιστώνεται ότι στη μεγάλη πλειοψηφία των περιπτώσεων που εξετάζονται, η χρήση του OCRB μειώνει εντυπωσιακά (2 με 4 φορές κατά μέσο όρο) το μέγεθος της στροφής του συστήματος σεισμικής μόνωσης, σε σχέση με την εφαρμογή της προσέγγισης που προτείνεται από τους Κανονισμούς και τις προγενέστερες μελέτες (περίπτωση CRB=CM). Επιβεβαιώνεται δηλαδή και αριθμητικά η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας στη μείωση της στρεπτικής απόκρισης των συστημάτων σεισμικής μόνωσης βάσης. Παράλληλα με το μέγεθος της στροφής εξετάζεται και η αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας στη μείωση της μέγιστης οριζόντιας μετακίνησης των εφεδράνων, όπου διαπιστώνεται πως η σημαντική μείωση του μεγέθους της στροφής στην περίπτωση χρήσης του OCRB δεν συνεπάγεται πάντα και μείωση των μέγιστων οριζόντιων μετακινήσεων των εφεδράνων σε σχέση με την περίπτωση CRB=CM.