Investigation of the effect of ground motion parameters on the seismic vulnerability of structures
Authors: Καρδούτσου Βασιλική 
Published: September 2021

Οι παλμικές κινήσεις αποτελούν θέμα μεγάλου ενδιαφέροντος στον τομέα της Τεχνικής σεισμολογίας, καθώς προκαλούν σημαντικές βλάβες στις κατασκευές και στα έργα των πολιτικών μηχανικών. Τα χαρακτηριστικά των εν λόγω εδαφικών κινήσεων διαφέρουνν από εκείνα των καταγραφών που βρίσκονται σε μια μεγάλη απόσταση από το ρήγμα. Η βασική διαφορά εντοπίζεται στην ύπαρξη ενός μεγάλου παλμού στη χρονοιστορϊα ταχύτητας, γνωστού ως παλμού κατευθυντικότητας. Ο χαρακτηρισμός μιας καταγραφής ως παλμικής ή μη είναι ιδιαίτερα σημαντικός καθώς επιτρέπει τον εντοπισμό των χαρακτηριστικών των παλμικών καταγραφών και την επεξεργασία τους προκειμένου να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα που αφορούν στην επίδρασή τους στις κατασκευές. Ο Baker (2007) πρότεινε έναν δείκτη ύπαρξης παλμού ο οποίος λαμβάνει υπόψη τον λόγο της μέγιστης εδαφικής ταχύτητας της αρχικής καταγραφής ως προς την μέγιστη εδαφική ταχύτητα της καταγραφής που απομένει μετά από την αφαίρεση του πρώτου σημαντικού παλμού, καθώς και τον λόγο των ενεργειών. Μια διαφορετική μέθοδος προτάθηκε από τους Zhai et al. (2013), η οποία χαρακτηρίζει μια σεισμική κίνηση ως παλμική όταν ο σημαντικός παλμός της χρονοιστορϊας ταχύτητας περιλαμβάνει μεγάλο ποσοστό της συνολικής ενέργειας. Σε συνέχεια της δουλειάς των Zhai et al. (2013), οι Chang et al. πρότειναν μια αντίστοιχη μέθοδο βασιζόμενοι στην ενέργεια της παλμικής κίνησης αλλάζοντας το όριο του δείκτη παλμικότητας. Προσσεγγιστικές μέθοδοι έχουν επίσης προταθεί, οι οποίες όμως δεν εκφράζουν το φυσικό φαινόμενο της κατευθυντικότητας και της επίδρασης στις κατασκευές (Zhai et al 2016). Με βάση επεξεργασμένες καταγραφές από παγκόσμια βάση δεδομένων προτάθηκε μια νέα μέθοδος για το χαρακτηρισμό μιας καταγραφής ως παλμικής ή μη. Συγκεκριμένα εξετάστηκε η συσχέτιση της φασματικής μετακίνησης που αντιστοιχεί στην περίοδο του παλμού με το ολοκλήρωμα της απόλυτης τιμής της εδαφικής ταχύτητας. Εφαρμογή της μεθόδου οδήγησε στο συμπέρασμα πως καταγραφές με λόγο φασματικής μετακίνησης ως προς το CAD μεγαλύτερο από 0.65 μπορούν να χαρακτηριστούν ως παλμικές. Στη συνέχεια εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα του συντελεστή συσχέτισης του πρώτου παλμού από τη χρονοϊστορία ταχύτητας με τη συνολική καταγραφή. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των Mavroieidis & Papageorgiou (2003), οι οποίοι προσαρμόζουν ένα κυματίδιο ημιτονικής μορφής στις καταγραφές. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων οδήγησαν στο ασφαλές συμπέρασμα πως ο συντελεστή συσχέτισης του σημαντικού παλμού και της αρχικής καταγραφής δύναται να χρησιμοποιηθεί ως δείκτη ύπαρξης παλμού στην περίπτωση που η τιμή του είναι μεγαλύτερη του 65%. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν ανελαστικές αναλύσεις για μονοβάθμια συστήματα με περίοδο κατασκευής ίση με την μισή της περιόδου του παλμού της κάθε καταγραφής. Στις περιπτώσεις που ο δείκτης δίνει την ύπαρξη παλμικότητας, η απαίτηση πλαστιμότητας και άρα μετακίνησης είναι αρκετά μεγαλύτερη από την αναμενόμενη, αποδεικνύοντας τη σημαντικότητα του παλμού στην απόκριση των κατασκευών. Προκειμένου να εξεταστεί εάν κρύβεται κάποιος μη εμφανής παλμός στις προαναφερθείσες χρονοϊστορίες, το όριο για τον υπολογισμό του CAD προσδιορίστηκε στο ποσοστό της κίνησης που υπερβαίνει το 70% της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης. Στη συνέχεια διερευνάται ο προσδιορισμός της διεύθυνσης της παλμικής κίνησης. Παρατηρήθηκε ότι η ισχυρότερη συνιστώσα μιας εδαφικής κίνησης είναι αυτή με το μεγαλύτερο ενεργειακό περιεχόμενο.. Επιπροσθέτως, διερευνάται η απαίτηση επιπλέον σημαντικών παλμών για την απόκριση των κατασκευών. Για τον σκοπό προσομοιώθηκε η γέφυρα Ε7 της Εγνατίας Οδού και υπολογίστηκε η απόκρισή της για παλμικές καταγραφές και για συνδυασμό των εξαγόμενων παλμών αυτών. Εξήχθη το συμπέρασμα πως παρά το γεγονός ότι ο πρώτος σημαντικός παλμός ευθύνεται για την έντονη απόκριση της κατασκευής, απαιτούνται οι δύο πρώτοι παλμοί για τον πλήρες υπολογισμό της ανελαστικής της συμπεριφοράς. Τέλος, πραγματοποιήθηκε διερεύνηση σε ό,τι αφορά στα χαρακτηριστικά και στις παραμέτρους του κοντινού πεδίου. Για τις παλμικές καταγραφές κοντινού πεδίου έγινε στατιστική ανάλυση προκειμένου να εξεταστεί πιθανή συσχέτιση της περιόδου του παλμού με βασικά χαρακτηριστικά των κινήσεων. Το αποτέλεσμα της ανάλυσης έδειξε την ύπαρξη συσχέτισης της περιόδου του παλμού με το μέγεθος της σεισμική κίνησης, την κοντινότερη απόσταση από το ρήγμα και τον τύπο του εδάφους.