Μελέτη σεισμικής συμπεριφοράς (απόκρισης) ενός ναού μεταβυζαντινής περιόδου:
Creators: name: Κωτούλας, Λάμπρος Παύλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Ιδιομορφική ανάλυση
Φάσμα
Τάσεις μετακινήσεις
Modal analysis
Spectrum
Stresses-displacements

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρήθηκε η μελέτη της συμπεριφοράς της μονής της Αγίας Τριάδος σε σεισμική καταπόνηση. Έπειτα από επί τόπου παρατήρηση – γεωμετρική αποτύπωση – του μνημείου και λήψη των σχεδίων από την αρχαιολογία έγινε η τρισδιάστατη προσομοίωση του μοντέλου στο πρόγραμμα AutoCAD 2010. Οι πληροφορίες για τη στέγη περιορίζονταν στην εμπειρία από την πρότερη μελέτη παρόμοιων μνημείων. Για το λόγο αυτό, επιχειρήθηκε η σταδιακή διαμόρφωση ενός συστήματος ζευκτών με σκοπό αφενός να προκύπτουν ανεκτές μετακινήσεις υπό τα κατακόρυφα φορτία και αφετέρου ρεαλιστικές ιδιομορφές (να εμφανίζονται στις ανώτερες κατά την ιδιομορφική ανάλυση του φορέα). Εν συνεχεία, διενεργήθηκε ιδιομορφική ανάλυση του τελικού μοντέλου (συνθήκη στήριξη --&gt; αρθρώσεις) από όπου προέκυψαν τα δυναμικά χαρακτηριστικά του. Έπειτα, δημιουργήθηκε ένα τελείως συμμετρικός φορέας του ναού με σκοπό, μέσα από την παρατήρηση των τάσεων και των μετακινήσεων, να διερευνηθεί η σωστή ή μη συμπεριφορά του. Ακολούθησε η περαίωση μιας φασματικής δυναμικής ανάλυσης και καταγράφηκαν οι μετακινήσεις σε χαρακτηριστικές θέσεις και οι αναπτυσσόμενες τάσεις. Απώτερος σκοπός είναι η μελέτη της λειτουργίας των επιμέρους δομικών στοιχείων και υιοθετώντας ένα κριτήριο αστοχίας Mohr – Coulomb να διερευνηθούν οι περιοχές στις οποίες παρουσιάζεται υπέρβαση αντοχών και κατ’ επέκταση αστοχία. Στη συνέχεια, οι θέσεις αυτές αστοχίας συγκρίθηκαν με τις θέσεις στις οποίες η εκκλησία υπέστη βλάβες κατά το σεισμό της Κοζάνης. Στο επόμενο κεφάλαιο κρίθηκε σκόπιμο να γίνει προσομοίωση του εδάφους με μεταφορικά ελατήρια Winkler. Οι ιδιότητες των ελατηρίων προέκυψαν έπειτα από ανάλυση δείγματος του εδάφους έδρασης της εκκλησίας στο εργαστήριο του Αριστοτελείου πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Με αυτές τις νέες συνθήκες στήριξης έγινε εκ νέου φασματική ανάλυση του δομήματος με στόχο τη σύγκριση των δυναμικών χαρακτηριστικών, των μετακινήσεων και των τάσεων με τα αντίστοιχα του δομήματος με αρθρώσεις και την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. Για μια πιο ρεαλιστική συστοιχία αποτελεσμάτων όσον αφορά την απόκριση του ναού κατά το σεισμό της 13ης Μαΐου 1995 αποφασίστηκε να πραγματοποιηθεί μια Time History Analysis δίνοντας σαν χρονοϊστορία το δυσμενέστερο μέρος της καταγραφής του σεισμού της Κοζάνης, τόσο κατά τη διαμήκη όσο και κατά την εγκάρσια έννοια της Μονής της Αγίας Τριάδος. Ως αποτελέσματα, εκτός από τα δυναμικά χαρακτηριστικά (αφού η συνθήκη στήριξης είναι πλέον πακτώσεις) ζητήθηκαν χρονοϊστορίες μετακινήσεων σημαντικών σημείων (κυρίως της θολοδομίας) καθώς και οι τάσεις που αντιστοιχούν στη μέγιστη μετατόπιση του κάθε σημείου. Τέλος, επιχειρήθηκε η δημιουργία του εδάφους που εδράζεται το σύνολο του μοναστηριού. Επειδή ήταν αδύνατη η τρισδιάστατη απεικόνιση με το πρόγραμμα SAP2000 αποφασίστηκε το πρόβλημα να μελετηθεί σε δύο δισδιάστατα επίπεδα. Ένα κατά τη διαμήκη και ένα κατά την εγκάρσια πλευρά του ναού. Επίσης, χρειάστηκε να γίνει επιπλέον προσομοίωση των κοιτώνων για κάθε τομή. Η προσομοίωση τους δεν ήταν πλήρης (όπως της εκκλησίας) αλλά είχε τέτοιο πλάτος, όσο και αυτό της κάθε τομής. Η διαμόρφωση του εσωτερικού τους έγινε βάσει των δυναμικών χαρακτηριστικών τους. Αφού έγιναν οι απαιτούμενες προσομοιώσεις, πραγματοποιήθηκαν δυο ειδών αναλύσεις:
description: Στην πρώτη το έδαφος επιφορτίστηκε με ομοιόμορφο στατικό φορτίο ίσο με το βάρος των κοιτώνων και του ναού, ενώ οι σεισμικές δυνάμεις εισήχθησαν αφενός στατικά όσον αφορά τα δομήματα και αφετέρου μέσω φάσματος όσον αφορά την εδαφική μάζα. Στη δεύτερη έγινε μια χονδρική προσομοίωση των κοιτώνων και του ναού με shell elements. Τα δομήματα έχουν σχήμα καθαρά ορθογώνιο, ενώ τα δυναμικά χαρακτηριστικά είναι ίδια με αυτά των αναλυτικών μοντέλων των προηγούμενων κεφαλαίων. Αυτό επιτεύχθηκε με την αλλαγή των modification factors και του μέτρου ελαστικότητας. Επίσης οι σεισμικές δυνάμεις εισήχθησαν μέσω φάσματος. Το φάσμα που χρησιμοποιήθηκε δεν είναι μόνο αυτό του κανονισμού. Δημιουργήθηκε ένα απλό μοντέλου εδάφους με χαρακτηριστικά ίδια με το υπό μελέτη και εν συνεχεία έγινε μια Time History Analysis δίνοντας σαν χρονοϊστορία το δυσμενέστερο μέρος της καταγραφής του σεισμού της Κοζάνης. Οι χρονοϊστορίες των μετακινήσεων των κόμβων έδρασης που προκύπτουν, μετατράπηκαν σε φάσμα με τη βοήθεια του προγράμματος Seismosignal, με το οποίο, επίσης, θα πραγματοποιηθούν όλες οι παραπάνω αναλύσεις. Επιπρόσθετα, υιοθετώντας και πάλι το κριτήριο θραύσης Mohr – Coulomb ελέγχθηκαν περιοχές στις οποίες παρουσιάζεται ενδεχόμενη υπέρβαση αντοχών και κατ’ επέκταση αστοχία. Τέλος, πραγματοποιήθηκε, για όλες τις τομές έλεγχος ολικής ευστάθειας των πρανών με τη μέθοδο Fellenious.
description: In the present diplomatic work the investigation of behaviour of Agia Triada’s Abbey in seismic forces is attempted. Because of the insufficient existing drawings (given by archaeology), it was necessary to visit the region and take additional dimensions of the monument as to a realistic three - dimensional simulation of the model in the program AutoCAD 2010 to be feasible. Moreover, due to the limited information for the roof, the simulation clearly relied on previous studies for similar monuments. For this reason, it was attempted a gradual composition of the truss, trying to accomplice two significant goals: firstly, to have negligible displacements under the vertical loads and secondly, to have realistic modes (and not to appear early in rate). In the beginning, a modal analysis of the final model was carried out (joint restraints --&gt; articulations) in order to find its dynamic characteristics. Then, a perfectly symmetrical model of the temple was created and through the observation of stresses and displacements, to be scrutinized its regular or not behaviour. It must be mentioned that the simulation of such structures is rather difficult, because of their geometric asymmetry and the difficulty in understanding the load transfer mechanisms though the several structural elements. Afterwards, a response spectrum dynamic analysis followed (using the design spectrum), so as to record the displacements in characteristic points and the developing stresses. The final aim is to examine the behaviour of individual structural elements and by the Mohr - Coulomb failure criterion (for masonry) to investigate the regions in which is presented overshooting of resistance. Moreover, these regions were compared with those in which the church suffered damage at the earthquake of Kozani in 1995. In the next chapter the ground was simulated with springs by using Winkler’s method. The springs’ properties resulted from analysis made in the laboratory of Aristotle University of Thessaloniki (sample rock from the mountain round the church was dug out and taken to the laboratory). Having new restraint conditions, another response spectrum dynamic analysis (using the design spectrum) took place with intension to compare the dynamic characteristics, displacements and stresses between these two methods. For a more secure extraction of real results as far as the response of the temple at the earthquake of 13 May 1995 is concerned, it was decided a Time History Analysis giving as acceleration loads the existing earthquake recordings. The loads were imposed so at the longitudinal as at the traversal direction of Abbey of Agia Triada. Apart from the new dynamic characteristics (restraints --&gt; fays), graphics of important points with the variation of displacements during the time (mainly in volts and domes) was asked. Besides, the stresses that correspond at the peak displacement of each point are given as well. Finally, we proceed to the creation of the ground beneath the whole monastery. Considering that it was impossible a three – dimensional simulation by using the program SAP2000, it was decided to make sections in two - dimensional plains (longitudinal and traversal direction of the church). Furthermore, additional simulations were urgent: Those of dormitories for each section. Their simulation is not accurate (such as the church), but they have such width, as much of that as each section. The configuration of their inner parts was in need of specified dynamic characteristics. After the required simulations, two types of analysis took place: In the first analysis the ground was charged with uniform static loads equal to the weight and the seismic forces of dormitories and the temple as well, while the rest seismic forces were imported via spectrum (as concerns the shell elements). In the second analysis created a more approximate simulation of the dormitories and the temple by using shell elements. The structures have rectangle form, while the dynamic characteristics are the same with those of detailed models of previous chapters. This was achieved by changing the modification factors and the modulus of elasticity. Also the seismic forces were imported via spectrum. The used spectrum is not only that of Greek antiseismic code. Firstly, a simple ground model was made up with the same dynamic characteristics as the complicate model above. Secondly, a Time History Analysis was run giving as acceleration loads the existing earthquake recordings. The graphics of the base joints including the variation of displacements during the time will be turned in spectrum by using the program which is called Seismosignal. Besides, by adopting again the failure criterion of Mohr – Coulomb, regions with overshooting of resistance were checked for potential fracture. Finally, it was carried out, for each section, an examination for slope total stability using the Fellenious method.