Ανάπτυξη και βαθμονόμηση λογισμικού για τον υπολογισμό της αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίωσης ανωδομής:
Creators: name: Καλούτσας, Απόστολος Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης ανωδομής
Μονοβάθμιος ταλαντωτής
Προγραμματισμός
Soil foundation structure interaction
Matlab
SDOF

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στον Τομέα Γεωτεχνικής Μηχανικής του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών Αντισεισμικός Σχεδιασμός Τεχνικών Έργων (Α.Σ.Τ.Ε.). Για να γίνει κατανοητό το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής, θα ήταν σκόπιμο να προηγηθεί μια σύντομη αναφορά σε τρεις θεμελιώδης έννοιες που πραγματεύονται στην παρούσα διπλωματική. Η πρώτη είναι η θεωρία των κώνων, η οποία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της κίνησης εισαγωγής στην θεμελίωση. Η δεύτερη έννοια για την οποία θα γίνει λόγος είναι η αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης ανωδομής και η τρίτη είναι οι εξισώσεις κίνησης, μέσω των οποίων μπορεί να υπολογιστεί η κίνηση στην κορυφή ενός μονοβάθμιου ταλαντωτή, με δεδομένη κίνηση εισαγωγής στην βάση του. Το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης είναι γνωστό ότι επηρεάζει σημαντικά την σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών. Τόσο η αδρανειακή αλληλεπίδραση (διαφοροποίηση της ιδιοπεριόδου της κατασκευής λόγω ενδοσιμότητας του εδαφικού σχηματισμού), όσο και η κινηματική αλληλεπίδραση (διαφοροποίηση της κίνησης ανάμεσα στο ελεύθερο πεδίο και την θεμελίωση της κατασκευής, λόγω αλληλεπίδρασης εδάφους κατασκευής) παίζουν εξέχοντα ρόλο στην απόκριση της κατασκευής σε μια σεισμική διέγερση και συνιστάται να μην αγνοείται η επιρροή τους, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις μαλακών εδαφικών σχηματισμών. Η θεωρία των κώνων, είναι μια θεωρία βασισμένη στην αντοχή των υλικών και στην μονοδιάστατη διάδοση σεισμικών κυμάτων μέσα σε ένα εδαφικό σχηματισμό. Πρόκειται για μια αναλυτική προσέγγιση του φαινομένου της μονοδιάστατης διάδοσης κυμάτων, μέσω της οποίας λαμβάνεται υπόψη η αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης κατασκευής (τόσο η αδρανειακή όσο και η κινηματική), με στόχο τον υπολογισμό της σεισμικής διέγερσης στην θεμελίωση μιας κατασκευής. Αφότου η κίνηση στην θεμελίωση της κατασκευής έχει υπολογιστεί, απομένει πλέον ο υπολογισμός της απόκρισης του μονοβάθμιου ταλαντωτή στην κορυφή του. Για τον υπολογισμό αυτόν χρησιμοποιούνται αναλυτικές εξισώσεις κίνησης, μέσω των οποίων υπολογίζεται για κάθε διακριτό χρονικό διάστημα dt, η κίνηση στην κορυφή της κατασκευής. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής είναι η δημιουργία ενός προγράμματος, μέσω του οποίου, για δεδομένη κίνηση εισαγωγής στον βράχο, και για δεδομένο εδαφικό προφίλ θα είναι εφικτός ο αναλυτικός υπολογισμός της απόκρισης ενός μονοβάθμιου ταλαντωτή, χρησιμοποιώντας την θεωρία των κώνων, λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης κατασκευής και, τέλος, υπολογίζοντας την απόκριση ενός μονοβάθμιου ταλαντωτή μέσω αναλυτικών εξισώσεων κίνησης. Ζητούμενο, εκτός της απαιτούμενης ακρίβειας, είναι και η ταχύτητα με την οποία αντιμετωπίζεται το σύνθετο θέμα της αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίωσης ανωδομής. Με βάση το σκεπτικό αυτό, το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε για την δημιουργία του προγράμματος είναι το Matlab. Τελικό στάδιο της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάλυση της ευαισθησίας του συστήματος έδαφος θεμελίωση ανωδομή, με στόχο να διευκρινιστεί πως και κατά πόσο μια σειρά από παραμέτρους επηρεάζουν την απόκριση του μονοβάθμιου ταλαντωτή. Για τον σκοπό αυτό έγιναν μια σειρά από αναλύσεις, με στόχο την ανάδειξη του τρόπου που κάθε μια μεταβλητή επηρεάζει το πρόβλημα. Το πρόγραμμα Matlab, προσφέρεται για μια τέτοια διαδικασία πολλών αναλύσεων, λόγω της ιδιαίτερα μεγάλης ταχύτητας των υπολογισμών. Έτσι όλες οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν σε αυτό και στο σύνολό τους ήταν 720. Οι μεταβλητές των οποίων η επιρροή εξετάστηκε αναφέρονται τόσο σε χαρακτηριστικά του εδάφους (ταχύτητα Vs των διατμητικών κυμάτων), όσο και σε χαρακτηριστικά του μονοβάθμιου ταλαντωτή (μάζα κατασκευής m, ιδιοπερίοδο κατασκευής Ts, ύψος κατασκευής h και διαστάσεις θεμελίωσης).
description: This master diploma thesis was carried out in the Division of Geotechnical Engineering at the Department of Civil Engineering of the Aristotle University of Thessaloniki, in the framework of the master’s program entitled Earthquake Resistant Design of Structures (A.S.T.E.). In order to make clear the subject of this thesis, it is essential to mention some necessary concepts, such as soil-foundation-structure interaction (SFSI), theory of cones, used to calculate the dynamic stiffness of the system, as well as dynamic equations of motion, used to prescribe the motion at the top of a single degree of freedom system (SDOF). Soil-structure-foundation interaction is known to affect significantly the dynamic response of the structure. This approach is traditionally considered to be beneficial for the structure, but it has been proved to be a simplifying and misleading generalization. Cone theory is a theory based on one dimension strength of materials approach. The waves are considered to propagate through soil into cones. Through this propagation the dynamic stiffness of the foundation and the motion at the base of the foundation can be calculated. Since the motion on the base of the foundation has been calculated, the motion at the top of a single degree of freedom system is to be computed. To achieve that, the dynamic equations of motion of a SDOF are solved. The objective of this thesis is twofold. First, this thesis deals with the development and validation of a software for soil-foundation-structure interaction analysis. The programme was developed on the Matlab environment. Second, it implements a parametric analysis in order to examine the influence of some variables in the response at the top of the system soil-foundation-structure. The parametric analysis was carried out in the Matlab environment as well. The number of analysis that were carried out is 720 and the variables of which the influence was examined refer to the ground (wave velocity within the ground Vs) and the structure (mass m, frequency Fo, height h and the radius of the foundation ru).