Modeling the behavior of shear-critical reinforced concrete columns under lateral loads
Authors: Μεγαλοοικονόμου Κωνσταντίνος 
Published: September 2021

Το σύγχρονο δομημένο περιβάλλον στα αστικά κέντρα της Μεσογείου κυριαρχείται από κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος (Ο.Σ.) είτε αποτελούμενα από μικτό σύστημα φερόντων στοιχείων, είτε αμιγώς πλαισιακού τύπου. Περίπου το 70% έχει κτισθεί με τους προ του 1985 Κανονισμούς, και σήμερα θεωρούνται περιορισμένης σεισμικής ικανότητας επειδή δεν ικανοποιούν τις σύγχρονες αντιλήψεις αντισεισμικού σχεδιασμού. Εικάζεται ότι σε ενδεχόμενο ισχυρό σεισμό πολλά από αυτά τα κτίρια είτε θα αναπτύξουν σημαντική βλάβη είτε και κατάρρευση, σε επανάληψη των τραγικών συμβάντων που έχουν παρατηρηθεί στο παρελθόν σε πολλά αστικά κέντρα της περιοχής με πολλά θύματα (π.χ. Πάρνηθα Αθήνα και Ιζμίτ της Τουρκίας το 1999, L’Aquila Ιταλίας το 2009, Αίγιο 1995). Ήδη από το 1985 μετά την εισαγωγή των ικανοτικών ελέγχων στον αντισεισμικό σχεδιασμό το ποιοτικό χάσμα σχεδιασμού νέων κτιρίων από τα παλαιότερα συνεχώς διευρύνεται ανησυχητικά. Ηαναγκαιότητα για σεισμική αποτίμηση και αποκατάσταση των υφιστάμενων κτιρίων που δεν πληρούν τις σύγχρονες προδιαγραφές υπογραμμίζεται με κάθε ευκαιρία στο δημόσιο διάλογο, αν και ακόμα αναζητούνται τα σχήματα που θα επιτρέψουν την διεκπεραίωση των ελέγχων για το σύνολο των παλαιών κτιρίων. Κομβικής σημασίας για την στατικότητα και την σεισμική επάρκεια του δομήματος έχουν τα υποστυλώματα του φέροντος οργανισμού σε κτίρια Ο.Σ. Αυτό επιβεβαιώνεται συχνά από την μορφολογία των καταρρεύσεων: όταν αστοχούν τα κατακόρυφα στοιχεία ή οι συνδέσεις τους, οι βαριές πλάκες των οικοδομών συσσωρεύονται η μία πάνω στην άλλη (pancake collapse) παγιδεύοντας ενοίκους και αντικείμενα. Αναφερόμενοι στο στάδιο της επικείμενηςκατάρρευσης πολλοί ερευνητές σήμερα επικεντρώνονται στην εκτίμηση της ικανότητας παραμόρφωσης των στοιχείων στο στάδιο απώλειας στήριξης των υπερκείμενων φορτίων.Προηγούμενες αναλυτικές διερευνήσεις καταρρεύσεων δείχνουν ότι συχνά, υποστυλώματα μεανεπάρκειες οπλισμών αστοχούν ψαθυρά είτε πριν διαρρεύσουν είτε αμέσως μετά την διαρροή και σε μικρά μεγέθη σχετικής στροφής χορδής. Τα μηχανικά φαινόμενα και η έκβασή τους εξαρτώνται από μεγάλο αριθμό παραμέτρων σχεδιασμού και από το ιστορικό φόρτισης. Στην προκείμενη διατριβή μελετάται η συμπεριφορά πλαισιακών στοιχείων Ο.Σ. υπό οριζόντια σεισμικά φορτία λαμβάνοντας υπόψη την ιεράρχηση των ενδεχόμενων μηχανισμών αστοχίας που μπορούν να ελέγξουν την φέρουσα ικανότητα. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε έχει διατυπωθεί ως πεπερασμένο στοιχείο ραβδωτού πλαισιακού τύπου και χρησιμοποιήθηκε για την βελτιωμένη συσχέτιση πλήθους πειραματικών δεδομένων από την βιβλιογραφία. Μέρος της μελέτης εφαρμογής του προσομοιώματος επικεντρώθηκε σε στοιχεία με παλαιού τύπου δομικά χαρακτηριστικά. Για την εκτίμηση των δεικτών παραμορφωσιμότητας και ικανότητας στροφής αναθεωρήθηκε ο ορισμός του μήκους πλαστικής άρθρωσης δομικών στοιχείων, λαμβάνοντας υπόψη την υπέρβαση σε όρους παραμορφώσεων του ορίου διαρροής στους κύριους οπλισμούς του στοιχείου. Διατυπώθηκε η διαφορική εξίσωση του μηχανισμού συνάφειας ράβδου – σκυροδέματος και επιλύθηκε μέσω επιβολής κατάλληλων συνοριακών συνθηκών, συνυπολογίζοντας την διείσδυση παραμορφώσεων στον οπλισμό πριν και μετά την σταθεροποίηση της καμπτικής ρηγμάτωσης. Επιπρόσθετα αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι για την ανάλυση κρίσιμων διατμητικά υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος και στην συνέχεια ενσωματώθηκαν στο λογισμικό Φαέθων© (για λειτουργικό σύστημα Windows©) σε κώδικα προγραμματισμού C++. Για την μελέτη στοιχείων με ενισχύσεις, διατυπώθηκαν βελτιωμένοι καταστατικοί νόμοι για το σκυρόδεμα σε θλίψη με ιδιαίτερη έμφαση στην συμβολή της περίσφιγξης μέσω μανδυών ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ). Τα εξαγόμενα προσομοιώματα ενσωματώθηκαν στο λογισμικό OpenSees και συσχετίσθηκαν επιτυχώς με πειραματικά δεδομένα από την βιβλιογραφία. Η συμβολή της έρευνας επικεντρώνεται στην αναλυτική ερμηνεία της συμπεριφοράς στοιχείων Ο.Σ. υπό συνθήκες οριζόντιας φόρτισης, και στην διατύπωση αναλυτικών εργαλείων για την περαιτέρω διερεύνηση και κατανόηση των επιδράσεων των παραμέτρων σχεδιασμού και των χαρακτηριστικών της φόρτισης στην σεισμική συμπεριφοράτους. Επίσης εξήχθησαν σημαντικά πρακτικά συμπεράσματα για το μέγεθος της πλαστικής άρθρωσης που αποτελεί βασική παράμετρο πρόβλεψης της ικανότητας παραμόρφωσης στοιχείων, και η οποία μέχρι σήμερα αντιμετωπίζεται με βάση εμπειρικές εκτιμήσεις και ορισμούς. Η έρευνα της παρούσας διατριβής χρηματοδοτήθηκε από το Κοινωφελές Ίδρυµα Αλέξανδρος Σ. Ωνάσης με τριετή υποτροφία (Κωδικός Υποτροφίας F ZI 086-1 2012-2013/ 01/09/2012 – 29/02/2016).