Ductile seismic design, performance assessment and taxonomic characterization of steel racking systems
Authors: Τσαρπαλής Δημήτριος 
Published: July 2022

Τα μεταλλικά συστήματα ραφιών αποτελούν κατασκευές Πολιτικού Μηχανικού που χρησιμοποιούνται στην αποθήκευση προϊόντων και υλικών μιας αποθηκευτικής μονάδας. Προκειμένου να μειωθεί το κόστος και ο χρόνος κατασκευής, τα ράφια χαρακτηρίζονται από μια πληθώρα ιδιαιτεροτήτων που τα ξεχωρίζει από τα συμβατικά κτήρια. Η απόκρισή τους σε πλευρικά φορτία επηρεάζεται από τις εύκαμπτες συνδέσεις μεταξύ των μελών και τη χρήση λεπτότοιχων διατομών, οδηγώντας σε σημαντικές γεωμετρικές μη γραμμικότητες και φαινόμενα τοπικού λυγισμού. Πράγματι, παλαιότερες καταγραφές έχουν δείξει την τρωτότητα των συστημάτων αυτών σε έντονες σεισμικές διεγέρσεις, κάνοντας επιτακτική την ανάγκη για αναζήτηση καινοτόμων σχεδιαστικών προσεγγίσεων με σκοπό την αύξηση της αναταξιμότητάς τους.Η ερεύνα έως τώρα έχει επικεντρωθεί στην κατανόηση της ανακυκλιζόμενης συμπεριφοράς μελών και κόμβων που ανήκουν στον πιο συνήθη τύπο ραφιών, τα προσαρμοσμένα συστήματα παλετόραφων. Ωστόσο, προκειμένου να εξυπηρετηθούν διαφορετικές υλικοτεχνικές ανάγκες, έχουν αναπτυχθεί στο πέρασμα του χρόνου ποικίλες τυπολογίες ραφιών με διαφορετικές χρήσεις και βασικά χαρακτηριστικά. Ως αποτέλεσμα, τα ράφια μπορεί να κυμαίνονται από μεγάλα ανεξάρτητα κτήρια στη μορφή των αυτοματοποιημένων ραφοϊστάμενων αποθηκών (ΑΡΑ) μέχρι συμπαγείς υπο-κατασκευές. Για το λόγο αυτό πραγματοποιείται για πρώτη φορά ένας ολοκληρωμένος σχολιασμός των μακρο-χαρακτηριστικών διάφορων τυπολογιών ραφιών, εντοπίζοντας τις ιδιοσυγκρασίες αλλά και τις ομοιότητές τους με άλλα συστήματα, τα οποία στη συνέχεια συνοψίζονται σε μια ευέλικτη και πτυσσόμενη ταξινομία.Ενόψει της καλύτερης κατανόησης της συμπεριφοράς των ΑΡΑ σε σεισμικές διεγέρσεις, πραγματοποιείται μια ολιστική σεισμική αποτίμηση σε πέντε παραδείγματα σχεδιασμού ραφιών πολλαπλού βάθους, σχεδιασμένα από επαγγελματίες μηχανικούς σύμφωνα με τα τρέχοντα Ευρωπαϊκά πρότυπα. Υπογραμμίζεται η επίπτωση των σχεδιαστικών υποθέσεων κατά τον προσδιορισμό των σεισμικών φορτίων, οι οποίοι στη συνέχεια συγκεντρώνονται σε έναν σωρευτικό πολλαπλασιαστή σεισμικών δυνάμεων. Έπειτα πραγματοποιείται μια σειρά γραμμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας προκειμένου να εκτιμηθεί η τρωτότητα των ΑΡΑ σε ψαθυρούς μηχανισμούς αστοχίας και να προσδιοριστεί η ιεραρχία κρισιμοτήτων για κάθε παράδειγμα σχεδιασμού.Ακολουθώντας την τρέχουσα τάση της κοινότητας αντισεισμικής μηχανικής για ανατάξιμες υποδομές, προτείνεται μια πλάστιμη σεισμική σχεδίαση κατά την εγκάρσια διεύθυνση των ραφιών, η λεγόμενη στρατηγική πλαστικής οβαλοποίησης (ΣΠΟ). Η ΣΠΟ βασίζεται στην παραμόρφωση λόγω σύνθλιψης άντυγας της οπής της διαγωνίου ώστε να εξασφαλιστεί επαρκής πλαστιμότητα και να μειωθούν οι σεισμικές απαιτήσεις, εισάγοντας έναν ικανοτικό σχεδιασμό για να αποφευχθούν μη πλάστιμες μορφές αστοχίας. Στη συνέχεια γίνεται χρήση αναλυτικών εξισώσεων και μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων ώστε να προσδιοριστούν οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την πλαστιμότητα της σύνδεσης και να βαθμονομηθούν τα μονοαξονικά ελατήρια που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση του φαινομένου σε γραμμικά μοντέλα δοκού. Τέλος, προκειμένου να εκτιμηθεί η επίδοση της ΣΠΟ, εξετάζονται δύο παραδείγματα σχεδιασμού ΑΡΑ.Για την επίτευξη μιας φειδωλής αποτίμησης επιτελεστικότητας συστημάτων ραφιών, προτείνεται μια μεθοδολογία απλοποίησης του αριθμητικού μοντέλου η οποία αντικαθιστά ολόκληρο το πλαίσιο της εγκάρσιας διεύθυνσης είτε με ένα μονό/διπλό σύνθετο υποστύλωμα, είτε με ισοδύναμες δοκούς Timoshenko, είτε με στοιχεία συνδέσμου κόμβων. Το μοντέλο που προκύπτει μπορεί να υποστηρίξει 2Δ/3Δ ελαστικές και ανελαστικές αναλύσεις, επιτρέποντας την ταχεία δομική ανάλυση μεγάλων και πολύπλοκων συστημάτων ραφιών.Τέλος, η διατριβή επιχειρεί να καλύψει κενά στο πρόβλημα της αλληλεπίδρασης περιεχομένων-κατασκευής λόγω ολίσθησης (ΑΠΚΟ), ένα πολύπλευρο φαινόμενο που έχει επιζήμιες αλλά και ευεργετικές επιδράσεις σε ένα σύστημα ραφιών. Τρεις προσεγγίσεις εξετάζονται για να ληφθεί υπόψη η ΑΠΚΟ, καθεμία χαρακτηριζόμενη από τις δικές της απαιτήσεις μοντελοποιήσης και επίπεδο ακρίβειας. Οι απλοποιημένες εναλλακτικές βαθμονομούνται χρησιμοποιώντας μονοβάθμια συστήματα και πραγματικά παραδείγματα ραφιών, προσφέροντας ένα αξιόπιστο εργαλείο στους δομοστατικούς μηχανικούς προκειμένου (α) να προσδιορίσουν με ακρίβεια τις αναμενόμενες μετατοπίσεις των παλετών λόγω ολίσθησης, και (β) να απομειώσουν κατάλληλα τα σεισμικά φορτία σχεδιασμού χάρη στο μηχανισμό σεισμικής μόνωσης που προσφέρει η ΑΠΚΟ.