Αναγνώριση ιδιοσυχνοτήτων και ιδιομορφών κτιρίων από επιταχυνσιογράμματα απόκρισης, χρησιμοποιώντας προσομοιωμένα δεδομένα
Creators: name: Τζιότζιου, Αγγελική Ευθυμίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Αναγνώριση δυναμικών χαρακτηριστικών
Ιδιοσυχνότητες
Ισχυρή εδαφική κίνηση
Identification of dynamic characteristics
Eigenfrequencies
Strong motion

description: Η αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών των κατασκευών, αποτελεί καίριο ζήτημα στον κλάδο του πολιτικού μηχανικού. Η απόκριση ενός φορέα λόγω εξωτερικών φορτίων, τα οποία είναι ως επί το πλείστων δυναμικά, συνδέεται άμεσα με την ιδιομορφική του απόκριση. Το πρόβλημα περιπλέκεται ακόμη περισσότερο στην περίπτωση της ισχυρής εδαφικής κίνησης (και όχι περιβαλλοντικής), εξαιτίας της ισχυρής επιρροής στα μεγέθη απόκρισης. Περιβαλλοντικές διεγέρσεις όπως ο άνεμος ή η κυκλοφορία οχημάτων, είναι παράγοντες για τους οποίους έχουν αναπτυχθεί πληθώρα μεθοδολογιών αναγνώρισης ιδιομορφών. Για τον λόγο αυτό, στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται μία μεθοδολογία αναγνώρισης των δυναμικών χαρακτηριστικών των κατασκευών για την περίπτωση ισχυρής εδαφικής κίνησης, όπως είναι ο σεισμός. Για λόγους επαλήθευσης χρησιμοποιήθηκαν προσομοιωμένα δεδομένα, με τη βοήθεια του προγράμματος SAP2000. Πιο συγκεκριμένα σχεδιάστηκαν επίπεδοι και χωρικοί φορείς διαφορετικών χαρακτηριστικών, οι οποίοι φορτίστηκαν με τεχνητά και φυσικά επιταχυνσιογράμματα. Αρχικά, μέσα από το πρόγραμμα SAP2000 εξήχθησαν οι χρονοιστορίες απόκρισης επιταχύνσεων των φορέων, προκειμένου να κατασκευαστούν τα διαγράμματα του Ταχέως Μετασχηματισμού Fourier (FFT) και της Φασματικής Πυκνότητας Ισχύος (PSD). Τα εν λόγω διαγράμματα δημιουργήθηκαν με τη βοήθεια του προγράμματος SeismoSignal. Στη συνέχεια μέσω μιας αριθμητικής διεργασίας, απαλείφθηκε με κατάλληλο τρόπο η εξωτερική διέγερση από τα διαγράμματα FFT και PSD, προκειμένου να γίνει η εύρεση των τιμών των ιδιοσυχνοτήτων. Η διαδικασία απομάκρυνσης της ισχυρής εδαφικής κίνησης από τα μεγέθη απόκρισης επαληθεύτηκε, καθώς προέκυψαν τιμές ιδιοσυχνοτήτων πολύ κοντά στην ακριβή τιμή. Στην σύνθετη περίπτωση των χωρικών ασύμμετρων κτιρίων τα οποία μελετήθηκαν, η επιρροή των δύο ταυτόχρονων και ορθογώνιων μεταξύ τους οριζόντιων σεισμικών συνιστωσών τελικά απαλείφεται επιτυχώς. Μέσω της μεθόδου των ιδιομορφικών χρονοιστοριών επιταχύνσεων απόκρισης πραγματοποιείται και η εύρεση των ιδιομορφικών διανυσμάτων. Kαι σε αυτήν την περίπτωση τα αποτελέσματα ήταν τα επιθυμητά, καθώς οι υπολογιζόμενες ιδιομορφές είχαν μικρές αποκλίσεις σε σχέση με την ακριβή τιμή τους, έτσι όπως προέκυψαν από την επίλυση των προσομοιωμάτων στο πρόγραμμα SAP2000. Η επιβεβαίωση της προτεινόμενης μεθοδολογίας σε διάφορα κτίρια και για τρεις διαφορετικές σεισμικές διεγέρσεις, αναδεικνύει την ακρίβειά της
description: The identification of dynamic characteristics of structures, is a crucial subject in field of civil engineer. The response of constructions due to external forces which are in most cases dynamic, is directly related to their modal response. The problem is even more complicated in the case of strong motion (and not ambient vibrations), because of the strong influence on response magnitudes. Environmental excitements such as wind or vehicle traffic, are factors for which a variety of modal recognition methodologies have been developed. For this reason, in this thesis a methodology is developed to identify the dynamic characteristics of structures in case of strong motion, such us an earthquake. For verification purposes, simulated data were used with the help of software SAP2000. In particular, two-dimensional and spatial buildings of different characteristics were designed, which were excited with artificial and natural accelerograms. Initially, the SAP2000 program extracted the response acceleration time-histories of the models to create the diagrams of Fast Fourier Transform (FFT) and Power Spectral Density (PSD). These charts were created with the help of SeismoSignal. Then, through an arithmetic process, the external excitation from the FFT and PSD diagrams was appropriately eliminated in order to find the values of the natural frequencies. The process of removing the strong ground motion from the response quantities was verified, as eigenfrequencies were very close to the exact values. In the complex case of spatially asymmetric buildings studied, the influence of the two simultaneous and rectangular horizontal seismic components, is finally successfully eliminated. The method of modal time-histories also identifies the eigenvectors. In this case too, the results were desirable, as the calculated eigenvalues had small deviations from their exact value, as they resulted from the simulation solution in the SAP2000 program. Confirmation of the proposed methodology in different buildings and for three different seismic excitations, demonstrates its accuracy