Αριθμητική προσομοίωση της δυναμικής και σεισμικής απόκρισης του σταυροειδούς με τρούλο ναού του Aγίου Γρηγορίου του Παλαμά (Mητρόπολη) στην Θεσσαλονίκη
Creators: name: Πατσιαλής, Δημήτριος Παναγιώτη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Δυναμική και σεισμική απόκριση
Αριθμητική προσομοίωση
Σταυροειδής μετά τρούλου Καθεδρικός Ναός
Dynamic and seismic response
Numerical simulation
Cruciform with dome Cathedral Church

description: Στο πλαίσιο της παρούσης διπλωματικής εργασίας έγινε προσπάθεια να διερευνηθεί η δυναμική και σεισμική απόκριση του σταυροειδούς με τρούλου ναού του Αγίου Γρηγορίου του Παλαμά, στη Θεσσαλονίκη. Πρόκειται για έναν από τις σημαντικότερους και πιο ιστορικούς ναούς της Θεσσαλονίκης, που συνάμα αποτελεί και την Μητρόπολη της πόλης. Ο ναός αυτός υπέστη σημαντικές ζημίες κατά το σεισμό της Θεσσαλονίκης το 1978 και για αυτό το λόγο η διερεύνηση τόσο της προ του σεισμού κατάστασης του όσο και της μετέπειτα ενισχυμένης κατάστασης του απετέλεσαν πόλους ενδιαφέροντος για την εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας. Επιπροσθέτως, αξίζει να σημειωθεί ότι η προσομοίωση τέτοιων δομημάτων είναι αρκετά επίπονη, αφενός λόγω των ιδιαίτερων γεωμετρικών χαρακτηριστικών τους (θόλοι, κόγχες, καμάρες) και αφετέρου της χρησιμοποίησης μεγάλου αριθμού πεπερασμένων στοιχείων, που δυσχεράνει την ιδιομορφική ανάλυση του φορέα. Για το λόγο αυτό, ο φορέας αρχικά δημιουργήθηκε στο σχεδιαστικό πρόγραμμα AUTOCAD 3D και μεταφέρθηκε στο λογισμικό SAP2000. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκε διερεύνηση της δυναμικής και ιδιομορφικής συμπεριφοράς του φορέα και της επιρροής διαφόρων τμημάτων του, όπως είναι τα κωδωνοστάσια σε αυτή. Δημιουργήθηκαν δύο κύρια αριθμητικά προσομοιώματα στο πρόγραμμα SAP2000. Το πρώτο έχει στη βάση του ακλόνητες στηρίξεις, ενώ το δεύτερο έχει γραμμικά κατακόρυφα ελατήρια, των οποίων οι τιμές της δυσκαμψίας τους προσδιορίστηκαν βάσει γεωτεχνικής έρευνας που είχε πραγματοποιηθεί στην ευρύτερη περιοχή του Ναού. Για καθένα από αυτά τα αριθμητικά προσομοιώματα πραγματοποιήθηκαν ελαστικές-γραμμικές αριθμητικές αναλύσεις με το πρόγραμμα SAP2000. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν στατικές αναλύσεις για τα ίδια βάρη και τα κινητά φορτία και δυναμικές φασματικές αναλύσεις με βάση τα φάσματα σχεδιασμού του EC8 αλλά και με βάση τα ανελαστικά φάσματα απόκρισης του σεισμού της Θεσσαλονίκης, του 1978. Επίσης, πραγματοποιήθηκε και ανάλυση χρονοϊστορίας του σεισμού της Θεσσαλονίκης του 1978. Τέλος, έγιναν έλεγχοι επάρκειας των κρίσιμων διατομών της εκκλησίας έναντι θλίψης, εφελκυσμού και διάτμησης. Οι έλεγχοι πραγματοποιήθηκαν τόσο για το αρχικό αριθμητικό ποσομοίωμα (προ του σεισμού) όσο και για το αριθμητικό προσομοίωμα της ενισχυμένης κατάστασης της εκκλησίας που προέκυψε μετά το σεισμό της Θεσσαλονίκης. Από τα αριθμητικά αποτελέσματα προκύπτει η καθοριστική επιρροή της ευκαμψίας του εδάφους θεμελίωσης. Επιπρόσθετα, ακόμη και μέσα από την προσέγγιση της σεισμικής συμπεριφοράς με τέτοιου τύπου ελαστικές αριθμητικές προσομοιώσεις προκύπτει ο βαθμός αποτελεσματικότητας των μέτρων που λήφθηκαν μέσω των εργασιών αποκατάστασης.
description: This paper presents the dynamic and seismic response of the cruciform with dome Cathedral church of Saint Gregorios Palamas in Thessaloniki. It is one of the most important and most historical churches of the city of Thessaloniki and at the same time it functions as the Cathedral church (Metropolis) of the city. This church suffered considerable structural damage during the earthquake that occurred in Thessaloniki in 1978. This has been the reason for this study in order to examine the structural behaviour of this church both in its initial condition as well as in the condition that resulted after its rehabilitation following the 1978 earthquake. The structural system of this church is quite complicated because the superstructure is formed by a large hemi-spherical dome that is supported by a series of cylindrical vaults and arches. Consequently, the first step is to form a numerical model for the commercial software SAP2000 that approximates this geometry utilizing AutoCAD 3D by representing all the structural elements by shell elements located in their mid-surface. Next, a modal and dynamic study was performed behavior of the whole structure having as a parameter the type of connection between the main church and the four bell towers. Following this, two numerical models were formed; the first with rigid support conditions at the foundation whereas the second included the influence of the soil-foundation flexibility through a series of elastic link elements having appropriate stiffness values which were derived from the properties of the underlying soil. Both these numerical models were subjected to the gravitational forces as well as from the seismic actions. The seismic behaviour was initially approximated through a dynamic-spectral analysis based on either the design spectral curves of Euro-Code 8 as or the in-elastic response spectral curves of the ground acceleration recorded at close distance form this church. In addition, the seismic behaviour was also numerically simulated though an elastic dynamic time-history step by step analysis utilizing the same ground acceleration record. These numerical results, from either the numerical model representing the church before the earthquake as well as the church after its rehabilitation, were used to evaluate the performance of the various structural elements, especially those in the critical regions of the structural system. From the obtained results the influence of the soil-foundation flexibility could be established. Next, the influence of the measures taken during the rehabilitation works could also be seen, even with type of elastic numerical simulations.