Αποτίμηση μνημειακών κατασκευών λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση εδάφους - θεμελίωσης - ανωδομής, την ανελαστική συμπεριφορά εδάφους και ανωδομής και το μοντέλο προσομοίωσης. Εφαρμογή στην οπλοθήκ:
Creators: name: Γκόκτση, Κυριακή Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Ανελαστική Συμπεριφορά Άοπλης Φέρουσας Τοιχοποιίας
Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής
Μέθοδος Φασμάτων Απαίτησης και Καμπυλών Αντίστασης
Nonlinear Behavior of URM
Soil-Structure-Interaction
Capacity Spectrum Method

description: Το φαινόμενο της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής (SFSI), λαμβάνοντας υπόψη την ανελαστική συμπεριφορά του εδάφους, επηρεάζει σημαντικά την σεισμική απόκριση των κατασκευών. Οι παράμετροι από τους οποίους εξαρτάται εντονότατα η αλληλεπίδραση του συστήματος SFSI είναι η μάζα της κατασκευής, η σχετική δυσκαμψία της σε σχέση με την αντίστοιχη του εδάφους έδρασης, η λυγηρότητά της και τα χαρακτηριστικά του σεισμικού κραδασμού (μέγεθος, ένταση, συχνοτικό περιεχόμενο, διάρκεια, κλπ). Για την διεξοδικότερη μελέτη του φαινομένου SFSI εκλέχθηκε η μνημειακή κατασκευή «Οπλοθήκη De Milly» που βρίσκεται στη Μεσαιωνική πόλη της Ρόδου. Πρόκειται για ένα ψαθυρό δόμημα άοπλης φέρουσας τοιχοποιίας, μεγάλης μάζας και δυσκαμψίας, που είναι θεμελιωμένο σε μαλακό έδαφος. Το πιο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της κατασκευής αυτής είναι η ασύμμετρη κατανομή της δυσκαμψίας σε κάτοψη καθώς η βόρεια πλευρά της στηρίζεται στα οχυρωματικά τείχη της πόλης προσδίδοντας πολύ μεγαλύτερη δυσκαμψία στην πλευρά αυτή. Για την εκτίμηση της πραγματικής απόκρισης της «Οπλοθήκης De Milly» λαμβάνοντας υπόψη τη δυναμική αλληλεπίδραση του συστήματος εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής (SFSI) και τη μη γραμμική συμπεριφορά του εδάφους και της ανωδομής, εφαρμόστηκε η μέθοδος των φασμάτων απαίτησης και αντοχής με βάση την αρχή της επιτελεστικότητας, όπως προτείνεται από τη μεθοδολογία του PERPETUATE για την προστασία των πολιτισμικών μας κληροδοτημάτων. Παράλληλα, εξετάζεται το καταλληλότερο μοντέλο προσομοίωσης των κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία καθώς και ο ρεαλιστικότερος τρόπος απόδοσης της ανελαστικής τους συμπεριφοράς. Προς την κατεύθυνση αυτή, επιλέγονται τέσσερα συνεχή μοντέλα προσομοίωσης: (i) τρισδιάστατο μοντέλο με χρήση χωρικών πεπερασμένων στοιχείων (SAP,OpenSees), (ii) τρισδιάστατο μοντέλο με χρήση μακροστοιχείων (Tremuri-macroelements), (iii) δυσδιάστατο μοντέλο με χρήση επιφανειακών πεπερασμένων στοιχείων (SAP,OpenSees) και (iv) δυσδιάστατο μοντέλο με χρήση γραμμικών πεπερασμένων στοιχείων (SAP,OpenSees). Η ανελαστική συμπεριφορά της άοπλης φέρουσας τοιχοποιίας προσεγγίζεται μέσω δύο διαφορετικών πρακτικών που απαντώνται στη διεθνή βιβλιογραφία: (α) κριτήριο αστοχίας υλικού Drucker-Prager (OpenSees) και (β) μοντέλο μακροστοιχείων με καμπτική συμπεριφορά των ακραίων ζωνών και διατμητική συμπεριφορά των μεσαίων ζωνών της μεθοδολογίας που έχει αναπτυχθεί για τις ανάγκες του προγράμματος ανάλυσης «Tremuri». Πραγματοποιούνται αναλύσεις για πλήρως πακτωμένη κατασκευή, όπως αντιμετωπίζεται παραδοσιακά το πρόβλημα, καθώς και για ενδόσιμο έδαφος. Η ενδοσιμότητα του εδάφους λαμβάνεται με δύο τρόπους: (1) με την άμεση μέθοδο και άρα την προσομοίωση του εδάφους με επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία και (2) με τη χρήση των δυναμικών δεικτών εμπέδησης τόσο για την περίπτωση δύσκαμπτων όσο και για αυτήν των εύκαμπτων θεμελίων. Η ανελαστική συμπεριφορά του εδάφους λαμβάνεται με την ισοδύναμη ελαστική μέθοδο. Οι αναλύσεις έδειξαν ότι όταν λαμβάνεται η δυναμική αλληλεπίδραση του συστήματος εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής το σύστημα γίνεται πιο εύκαμπτο και, καθώς απομακρύνεται από το φαινόμενο του συντονισμού, μειώνεται το πλάτος ταλάντωσης. Οι αναπτυσσόμενες επιταχύνσεις του φορέα μειώνονται και οι αντίστοιχες μετακινήσεις αυξάνονται. Ειδικά για την περίπτωση που λαμβάνεται το πλήρες φαινόμενο της μη γραμμικής απόκρισης του εδάφους, ο φορέας γίνεται μέχρι και δύο φορές πιο εύκαμπτος σε σχέση με τον πακτωμένο. Τα αποτελέσματα του φαινομένου της δυναμικής αλληλεπίδρασης διαφέρουν ως προς το συχνοτικό περιεχόμενο ανάλογα με την επιλεγόμενη μέθοδο ανάλυσης.
description: Soil-foundation-structure interaction (SFSI), considering the nonlinear soil behavior, has an impact on the dynamic response of the structure. The SFSI is strongly depended on the structural mass, the ratio between the structural and soil stiffness, the slenderness and the earthquake’s characteristics (i.e. magnitude, intensity, frequency, duration, etc.) For a thorough investigation of the SFSI, the model under study is the monument named «Arsenal De Milly» which is located in the Medieval Town of Rhodes in Greece. It is an unreinforced masonry structure characterized by a high mass value and robustness and is founded in a soft soil. There is an asymmetrical distribution of stiffness in plane due to the fact that the north side of the structure leans against the defensive city walls causing the increasing stiffness to that side. The estimation of the actual response of the «Arsenal De Milly», taking in consideration the SFSI along with the inelastic behavior both of the soil and the structure, is made through the Capacity Spectrum Method as proposed in the PERPETUATE for the performance-based earthquake protection of cultural heritage assets (PERPETUATE D4). Moreover, a research is carried out in order to find out both the appropriate structural model and the nonlinearity laws that best describe the unreinforced masonry structure. To that end, four continuous models have been used: (i) 3D model in brick finite elements (SAP, OpenSees), (ii) 3D model in macroelements (Tremuri-macroelements), (iii) 2D model in quadrilateral finite elements (SAP, OpenSees) and (iv) 2D model in frame elements (SAP, OpenSees). The nonlinear behavior of the unreinforced masonry structure is modeled through two different approaches found in the literature: (a) Drucker-Prager yield criterion (OpenSees), (c) model of macroelements with external layers subjected to flexural behavior and internal layer subjected to shear behavior based on the method that was developed for the requirements of the «Tremuri» program. As far as the restraints are concerned, the model is firstly simulated as fixed at its base and then by considering the soil’s presence. The latter is considered in two ways: (1) via the direct method, the soil is simulated with the quadrilateral finite elements and (2) with the use of impedance factors both for the case of rigid and flexible foundation. The inelastic soil behavior is considered by the equivalent linear approach. The SFSI effect results in the increase of the fundamental period of the system and the decrease of the amplitude as the system phenomenon becomes less important. There is a decrease in the acceleration response and a respective increase in the displacement response. When the nonlinear soil behavior is taken into account, the fundamental structural period is doubled in relevance with the fixed system. The SFSI results differ in reference with the selected method of analysis.