Παραμετρική ανάλυση συμβατικών πενταόροφων κτιρίων με φυσικά και τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα
Creators: name: Τσιρίκογλου, Μαρία Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2007
Subjects: Φυσικά επιταχυνσιογραφήματα
Τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα
Ενταση
Μετακίνηση
Γραμμική ανάλυση
Πλαστικές αρθρώσεις
Real accelerogram
Artificial accelerogram
Non-linear analysis
Hinges
Displacement

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η απόκριση κτιριακών φορέων, οι οποίοι διεγείρονται στη βάση τους με φυσικά και τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα. Τα φυσικά επιταχυνσιογραφήματα προήλθαν από καταγραφές πραγματικών σεισμικών διεγέρσεων ενώ τα τεχνητά ελήφθησαν από κατάλληλο λογισμικό παραγωγής συνθετικών επιταχυνσιογραφημάτων (http://infoseismo.civil.auth.gr) μετά την εισαγωγή σε αυτό των παραμέτρων που αφορούν το γεωλογικό προφίλ της περιοχής καθώς επίσης και το μέγεθος, τη διάρκεια, το συχνοτικό περιεχόμενο και την απόσβεση της τεχνητής σεισμικής διέγερσης. Αναλυτικότερα, μελετώνται δυο πενταώροφα κτίρια (φορέας Α, φορέας Β), ίδιας γεωμετρίας κάτοψης, τα οποία διαφοροποιούνται ως προς το είδος των κατακόρυφων δομικών στοιχείων τους: το κτίριο Α διαθέτει πλήθος τοιχωμάτων στην περίμετρό του ενώ το κτίριο Β προέκυψε από το Α με αντικατάσταση πολλών από τα τοιχώματα με στύλους. Κατά τον σχεδιασμό και την προδιαστασιολόγηση των δύο κτιρίων εξασφαλίστηκε αφενός η στατική τους επάρκεια έναντι των επιβαλλόμενων φορτίων και επιδιώχθηκε αφετέρου οι δυο φορείς να διαφοροποιούνται μεταξύ τους μόνο ως προς μια παράμετρο. Συνεπώς, οι διαστάσεις των κατακόρυφων δομικών στοιχείων των φορέων Α και Β υπολογίστηκαν έτσι ώστε τα δύο κτίρια να εμφανίζουν ίδιας τάξης στατική εκκεντρότητα, να είναι και τα δυο μη στρεπτικά ευαίσθητα και να διαφοροποιούνται κατά συνέπεια μεταξύ τους μόνο ως προς τη δυσκαμψία (ή την ιδιοπερίοδό) τους. Μετά την πλήρη διαμόρφωση των μοντέλων των κτιριακών φορέων (με χρήση του προγράμματος SAP2000) πραγματοποιήθηκαν γραμμικές και μη γραμμικές αναλύσεις προκειμένου να διερευνηθεί η απόκριση των φορέων υπό την επίδραση της εκάστοτε σεισμικής διέγερσης. Στις αναλύσεις (γραμμικές και μη γραμμικές) χρησιμοποιήθηκαν πέντε φυσικά και πέντε τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα τα οποία κανονικοποιήθηκαν ως προς την τιμή της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA) που αντιστοιχεί στη Ζώνη Σεισμικής Επικινδυνότητας ΙΙ (Ε.Α.Κ.2000): A=0.24∙g.Στα πλαίσια των γραμμικών αναλύσεων πραγματοποιήθηκε δυναμική φασματική ανάλυση με το ελαστικό φάσμα του Ε.Α.Κ.2000 (Ζ.Σ.Ε.ΙΙ, έδαφος Β) καθώς επίσης και γραμμικές αναλύσεις με τη χρονολογική μέθοδο για όλα τα επιταχυνσιογραφήματα, φυσικά και τεχνητά. Οι γραμμικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν για δυο τιμές της γωνίας εισαγωγής (θ) της σεισμικής διέγερσης ως προς το καθολικό σύστημα αξόνων των κτιρίων, θ=0ο και θ=90ο. Σε κάθε περίπτωση υπολογίστηκαν τα μεγέθη έντασης (Ν, Μx, My) στη βάση του περισσότερου καταπονούμενου κατακόρυφου στοιχείου και οι μετακινήσεις του πρώτου και του τελευταίου ορόφου τόσο για το κτίριο Α όσο και για το κτίριο Β. Οι μέγιστες τιμές των μεγεθών έντασης και μετακίνησης (δηλαδή οι τιμές που αντιστοιχούν στη θ=θcr και t=tcr) προέκυψαν από ακριβείς σχέσεις μεταξύ των αντιστοίχων μεγεθών για θ=0ο και θ=90ο. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων των γραμμικών αναλύσεων με το ελαστικό φάσμα καθώς και με τα φυσικά και τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα προέκυψε ότι οι μεγαλύτερες αποκλίσεις στις τιμές των αποτελεσμάτων των αναλύσεων με φυσικά και τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα παρατηρούνται μεταξύ επιταχυνσιογραφημάτων με μεγάλες διαφορές ως προς το μέγεθος της αντίστοιχης διέγερσης [(π.χ. μεταξύ Αθήνας (Μ=5.9) και Μ720 (Μ=7.0)]. Ακόμη παρατηρούμε ότι τόσο στις αναλύσεις με φυσικά όσο και στις αναλύσεις με τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα οι μέγιστες τιμές των μεγεθών απόκρισης προκύπτουν για τις διεγέρσεις με το μεγαλύτερο μέγεθος ή με τη μεγαλύτερη χρονική διάρκεια (φυσικά: Λευκάδα, τεχνητά: M720). Τέλος, από τη σύγκριση της φασματικής ανάλυσης με τις χρονολογικές αναλύσεις προκύπτει ότι οι τιμές των μεγεθών έντασης και μετακίνησης των χρονολογικών αναλύσεων με τα φυσικά και τα τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα υπερβαίνουν τις τιμές της δυναμικής φασματικής ανάλυσης με το ελαστικό φάσμα (με εξαίρεση τις διεγέρσεις της Αθήνας και της Θεσσαλονίκης).Στα πλαίσια των μη γραμμικών αναλύσεων, οι τοπικές μη γραμμικότητες των φορέων προσομοιώθηκαν με τα στοιχεία σύνδεσης NLLink του προγράμματος SAP2000. Στις ιδιότητες των στοιχείων NLLink ενσωματώθηκαν διαγράμματα ροπών-στροφών καταλλήλως υπολογισμένα. Τα στοιχεία NLLink εισήχθησαν στα άκρα των δοκών, στον πόδα και στην κεφαλή κάθε υποστυλώματος ορόφου και στη βάση κάθε τοιχίου. Μετά την πλήρη διαμόρφωση των ανελαστικών φορέων, πραγματοποιήθηκαν μη γραμμικές αναλύσεις με τη χρονολογική μέθοδο για διεγέρσεις με φυσικά και τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα και υπολογίστηκε σε κάθε περίπτωση ο αριθμός των πλαστικών αρθρώσεων που εμφανίζονται στους φορείς (κτίριο Α, κτίριο Β). Οι μη γραμμικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν για τρεις τιμές της γωνίας εισαγωγής (θ) της σεισμικής διέγερσης ως προς το καθολικό σύστημα αξόνων των κτιρίων, θ=0ο, θ=45ο και θ=90ο. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι στις αναλύσεις με τα τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα παρουσιάζεται μικρότερη διακύμανση του αριθμού των πλαστικών αρθρώσεων των φορέων σε σχέση με τις αντίστοιχες αναλύσεις με τα φυσικά επιταχυνσιογραφήματα. Παρατηρήθηκε ακόμη ότι για επιταχυνσιογραφήματα του ίδιου μεγέθους ο αριθμός των πλαστικών αρθρώσεων αυξάνεται όσο αυξάνεται η διάρκεια του σήματος. Τέλος, σε όλες τις αναλύσεις οι πλαστικές αρθρώσεις εμφανίζουν περίπου την ίδια κατανομή στα πλαίσια των ανελαστικών φορέων (συγκέντρωση πλαστικών αρθρώσεων κυρίως στα περιμετρικά πλαίσια των φορέων).Γενικότερα, παρά την κανονικοποίηση όλων των επιταχυνσιογραφημάτων (φυσικών και τεχνητών) ως προς την PGA της Ζ.Σ.Ε.ΙΙ (Α=0.24g), τα αποτελέσματα των αναλύσεων με φυσικά και τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα εμφανίζουν κάποιες αποκλίσεις οι οποίες οφείλονται σε πιθανές διαφοροποιήσεις μεταξύ του μεγέθους, της χρονικής διάρκειας και του συχνοτικού περιεχομένου των διεγέρσεων.
description: The objective of the current project is to compare the response from 3D models of two common buildings, computed by dynamic analyses (linear and non-linear) and induced by both real and artificial accelergrams of the same intensity level. The real accelerograms come from records of seismic excitations in the greek region (Thessaloniki, Athens, Leykada, Egio, Kalamata), while the artificial accelerograms were determined by a proper software, that figures this kind of accelerograms (http://infoseismo.civil.auth.gr). The input of this software consists of a number of parameters (like magnitude, duration, frequency content, damping of the motion and local site conditions) which are necessary to produce the design earthquake scenario.The research of the accelerograms effect on the structural response was implemented by the analysis of two buildings, which constitute two variants of an ordinary 5-storey R/C building, characterized by the same properties except the stiffness of the models. The analyses were carried out for five real and five artificial accelerograms, with the application of SAP2000 (v.9). The same accelerogram was applied along both two horizontal and orthogonal directions of the input motion while the vertical component of the excitation was neglected. For the linear analyses, the maximum values of the response quantities were compared, computed for the critical angle of seismic incidence for each parameter of interest. This estimation is achieved by the implementation of two bi-directional time history analysis cases, the first one with angle of seismic incidence θ=0o and the second one θ=90o. For the non-linear analyses, an additional seismic incidence angle θ=45° was examined. The accelerograms were normalized to a value of the peak ground acceleration equal to 0.24g, in order to compare the results of the linear time-history analyses with the results, determined by the modal analysis, which was carried out using the elastic response spectrum, proposed by the Greek Aseismic Code (E.A.K. 2003), for the 2nd zone of hazard level (Α=0,24g) and for the soil category indicated as B (stiff soil). In the framework of the linear analyses, both the response values, obtained by the two types of accelerograms (real and artificial accelerograms), and the results of the dynamic modal analysis, were compared. The following response quantities were checked: the axial force N and the bending moments Μx and Μy, developed at the base of the most stressed external vertical element (column or wall) and also the displacements along the x-x and y-y directions of the same structural element at the level of the first (UX1,UY1) and the last (UX5, UY5) floor. The results produced by the linear analyses, which are represented through comprehensive figures demonstrate that the largest scatter among the values of the response quantities, caused by real and artificial accelerograms, is observed between the records of ‘’Athens’’ (the record with the lowest magnitude M=5,9) and ‘’M720’’ (the record with the highest magnitude M=7,0). Scattering among the values of the response quantities between the records which are defined by the same magnitude and duration may be explained by the differences between the frequency contents of the records. Finally, comparing the response values, obtained by the two types of accelerograms (real and artificial accelerograms), with the results of the dynamic modal analysis, it is obvious that linear time history analysis leads to larger values of the response quantities than dynamic modal analysis does.In the framework of non-linear response history analyses, which were implemented by using the non-linear finite elements (NLLinks) of SAP2000, the number of the plastic hinges, developed at the various structural elements of the models, was compared. The results of this kind of analysis confirm the fact that due to the discrepancy in the frequency content between the real and the artificial accelerograms, a large amount of scatter in the number of the plastic hinges was noted. Finally, plastic hinges’ scattering between the analysis cases obtained by artificial accelerograms is smaller than the scattering between the cases obtained by real records.