Αριθμητική διερεύνηση βελτίωσης της σεισμικής απόκρισης κατασκευών Ο/Σ με την προσθήκη επιφανειακής στρώσης θεμελίωσης μιγμάτων άμμου/κοκκοποιημένων ελαστικών:
Creators: name: Τσαγδή, Αικατερίνη Διονυσίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους - κατασκευής
βελτίωση σεισμικής απόκρισης
μίγματα άμμου/κοκκοποιημένων ελαστικών
dynamic soil – structure interaction
seismic response improvement
sand/granulated rubber mixtures

description: Τις τελευταίες δύο δεκαετίες μελετάται η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης ελαστικών τέλους κύκλου ζωής σε έργα πολιτικού μηχανικού, προκειμένου να αξιοποιηθεί το συσσωρευμένο απόθεμά τους που επιβαρύνει το περιβάλλον. Συνήθως, τα ελαστικά χρησιμοποιούνται κοκκοποιημένα υπό μορφή μιγμάτων με χονδρόκοκκα εδάφη, σε γεωτεχνικές εφαρμογές όπως επιχώματα οδοποιίας, επιχώσεις τοίχων αντιστήριξης ή στρώσεις απορρόφησης κραδασμών.Προσφάτως, προτάθηκε η χρήση μιγμάτων άμμου/ελαστικών (RSM) σε κτιριακά έργα, ως επιφανειακή στρώση θεμελίωσης με προσδοκώμενη λειτουργία ανάλογη αυτής των συστημάτων σεισμικής μόνωσης. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επιρροής της προαναφερθείσας στρώσης στην απόκριση πλαισιακής κατασκευής εννέα ορόφων. Για τοσκοπό αυτό, η κατασκευή και το έδαφος προσομοιώνονται σε ένα βήμα, λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση εδάφους - κατασκευής. H προσομοίωση γίνεται στο πρόγραμμα OpenSees σε δύο διαστάσεις, υπό την παραδοχή επίπεδηςπαραμόρφωσηςτωνεπιφανειακών στοιχείων του εδάφους.Η κατασκευή και το έδαφος είναι πλήρως συνδεδεμένα μεταξύ τους. Πραγματοποιείται δυναμική ανάλυση στο πεδίο του χρόνου τόσο για καθαρά αμμώδες εδαφικό προφίλ όσο και για αμμώδες εδαφικό προφίλ με επιφανειακή στρώση μίγματος άμμου/ελαστικών. H στρώση μίγματος άμμου/ελαστικών λαμβάνει διαφορετικές διαστάσεις. Τοποθετείται σε τμήμα γύρω και κάτω από τη θεμελίωση, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις το πλάτος της εκτείνεται σε όλο το μήκος του εδαφικού προφίλ. Αναφορικά με τη συμπεριφορά της κατασκευής και του εδάφους, μελετώνται τρία σενάρια. Σε δύο από αυτά μελετάται η γραμμική και η μη γραμμική συμπεριφορά του συστήματος εδάφους – κατασκευής, ενώ το τρίτο σενάριο αναφέρεται σε μη γραμμική συμπεριφορά εδάφους και γραμμική συμπεριφορά κατασκευής. Επιπλέον, σε κάθε ένα από τα προαναφερθέντα σενάρια μελέτης, γίνονται διαφορετικές θεωρήσεις σχετικά με τα δυναμικά χαρακτηριστικά τόσο του αμμώδους εδάφους όσο και του μίγματος άμμου/ελαστικών. Οι σεισμικές κινήσεις που χρησιμοποιούνται κατά τις δυναμικές αναλύσεις έχουν διαφορετικό συχνοτικό περιεχόμενο και το επίπεδο έντασης τους κυμαίνεται μεταξύ 0.3g και 0.4g, ώστε να αντιστοιχεί στη μέγιστη εδαφική επιτάχυνση σχεδιασμού που προτείνεται από τους σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς. Τα μεγέθη απόκρισης που μελετώνται, είναι η μέγιστη σχετική κλίση των ορόφων και η μέγιστη μετατόπιση της κορυφής. Για τις περιπτώσεις που η κατασκευή θεωρείται ελαστική μελετάται επιπλέον και η μεταβολή της τέμνουσας βάσης και των ροπών, ως παραμέτρων σχεδιασμού. Αναφορικά με το έδαφος, μελετώνται οι διαφοροποιήσεις στην κίνηση εισαγωγής και στο επίπεδο διατμητικών παραμορφώσεων του εδάφους θεμελίωσης. Τελικά, συμπεραίνεται ότι η αντικατάσταση τμήματος του εδάφους θεμελίωσης με μίγμα άμμου/ελαστικών δεν επηρεάζει την κίνηση εισαγωγής ως προς το συχνοτικό της περιεχόμενο. Στις περισσότερες περιπτώσεις παρατηρείται μόνο αύξηση της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης της κίνησης εισαγωγής. Συνεπώς, οι μεταβολές των μεγεθών μετακίνησης και έντασης αποδίδονται κατά κανόνα στα εντονότερα φαινόμενα αλληλεπίδρασης εδάφους – κατασκευής, έπειτα από την τοποθέτηση της στρώσης RSM. Πιο συγκεκριμένα, η ιδιοπερίοδος του συστήματος αυξάνεται, εξαιτίας της αυξημένης ενδοσιμότητας του μίγματος άμμου/ελαστικών, οδηγώντας τις περισσότερες φορές σε μείωση των αδρανειακών φορτίων που αναπτύσσονται στην κατασκευή. Οι παραπάνω μειώσεις παρατηρούνται στην περίπτωση που η συμπεριφορά της κατασκευής θεωρείται ελαστική. Όταν λαμβάνεται υπόψη η μη γραμμική συμπεριφορά της κατασκευής τα μεγέθη απόκρισης δεν παρουσιάζουν αξιόλογες μεταβολές ή σε κάποιες περιπτώσεις αυξάνονται έπειτα από την εφαρμογή της στρώσης RSM.
description: Over the past two decades, the reusability of scrap tires in civil engineering applications has been investigated, in order toexploit their accumulated stockpiling, that burden the environment. Usually, granulated tires are used as mixtures in conjunction with sandy soils in geotechnical applications, such as highway embankments, backfill for retaining walls or as vibration absorption layers. Recently, it has been proposed to use rubber/sand mixtures (RSM) for structural applications as a surface foundation layer, which is expected to “work” similarly to seismic isolation systems.The aim of this dissertation is to study the influence of the aforementioned layer on the seismic response of a nine-storey frame building.To that end, soil and structure are simulated in a continuous 2D model, using OpenSees software. In this way, the soil – structure interaction effects are directly accounted for.For soil surface elements, plain strain behavior is assumed.Full contact between soil and the structural nodes is assumed.Dynamic analysis is performed in time domain for both pure sandy soil and sandy soil profile including RSM foundation layer. Regarding the dimensions of the RSM surface layer, different cases are investigated, in which the layer is limited under and around the structure’s foundation. In some cases, it is also assumed that the RSM layer covers almost the half soil profile. Regarding the soil – structure system’s behavior, three scenarios are investigated. More specifically, for the first scenario nonlinear behavior is assumed for both soil and structure. The second scenario refers to linear behavior of the soil - structure system while for the last one nonlinear soil behavior and linear structural behavior are considered. Moreover, for each one of the aforementioned scenarios, different approaches regarding the soil dynamic properties are investigated. The seismic ground motions, used to perform dynamic analysis, are characterized by different frequency content and the intensity level is considered to vary between 0.3g and 0.4g, corresponding to the maximum design acceleration as proposed by modern seismic codes.Maximum inter-storey drift and maximum top displacement are investigated as structural response parameters. When the structure’s behavior is assumed linear, moments and base shear are also studied, as design parameters. Concerning the soil response, the study focuses on the foundation input motion (frequency content and amplitude) and on the shear deformation level. The general conclusion drawn from the results, is that the RSM layer under the foundation doesn’t affect the frequency content of the input motion. In most of the cases, only an amplification of the input acceleration at the base of the structure is observed. The modifications of the response parameters are attributed to the soil - structure interaction effects, which appear to be more prominent in the case of the soil profile including the RSM foundation layer. Specifically, due to the lower shear modulus of the RSM layer, the fundamental period of the soil – structure system increases, reducing thus the structure’s inertial forces. The reduction of the base shear and displacements appears to be more significant when the structure’s behavior is assumed linear. However, for nonlinear behavior of the system, the response parameters remain almost constant or appear to be increased after the application of the RSM layer.