Ανάπτυξη λογισμικού για την ανάλυση της αλληλεπίδρασης τοιχοποιίας πλήρωσης-φερόντων στοιχείων
Creators: name: Καπλανίδης, Χαράλαμπος Στέφανου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Ανάπτυξη λογισμικού
Διεπαφή Προγραμματισμού Εφαρμογών
Πρόσθετο Sap2000
Επίδραση τοιχοποιίας πλήρωσης
Φέρων οργανισμός
Σεισμική διέγερση
Ιδιομοφική φασματική ανάλυση
Ανάλυση χρονοϊστορίας
Τέμνουσα Βάσης
Σχετική μετακίνηση ορόφων
Φαινόμενα P-δ
Εκτός επιπέδου φορτία
Ελατήρια
Software development
API (cOAPI)
Plugin Sap2000
Influence of masonry infills
Bearing elements
Seismic motion
Modal Response Spectrum Analysis
Time History Analysis
Base shear force
Interstorey drifts
P-d effects
Out of plane forces
Springs

description: Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη λογισμικού (Plugin) με τη βοήθεια της Διεπαφής Προγραμματισμού Εφαρμογών (API) cOAPI της Computer and Structures, Inc® στο περιβάλλον του στατικού προγράμματος Sap2000 για τη διερεύνηση της αλληλεπίδρασης της τοιχοποιίας πλήρωσης- φερόντων στοιχείων. Το λογισμικό ανήκει στην κατηγορία των post processing plugins και η λειτουργία του έγκειται στη συλλογή και οπτικοποίηση αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την ανάλυση των κατασκευών. Συγκεκριμένα, το λογισμικό συλλέγει τα δυσμενέστερα εντατικά μεγέθη (εντός και εκτός επιπέδου) ελατηρίων που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση της σύνδεσης τοιχοποιιών πλήρωσης με φέροντα στοιχεία, όπως δοκοί και υποστυλώματα. Η γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη του Plugin είναι η C#. Σε αρκετές περιπτώσεις για να προσομοιωθεί ακριβέστερα η μη μονολιθική σύνδεση των τοιχοποιιών πλήρωσης με τα φέροντα στοιχεία γίνεται χρήση ελατηρίων τύπου «link» με συγκεκριμένη ελατηριακή σταθερά. Τα ελατήρια αυτά συνδέουν επιφανειακά στοιχεία (shell elements) που προσομοιώνουν την τοιχοποιία πλήρωσης με γραμμικά στοιχεία (frame elements) που προσομοιώνουν δοκούς και υποστυλώματα. Οι συνδέσεις βρίσκονται στις ακμές της τοιχοποιίας. Το plugin δύναται να χρησιμοποιηθεί για πλήθος φορτιστικών αναλύσεων, όπως ιδιομορφική ανάλυση, δυναμική φασματική ανάλυση καθώς και ανάλυση χρονοϊστορίας. Η λειτουργία του προγράμματος περιλαμβάνει την άθροιση των εντατικών μεγεθών των ελατηρίων μεμονωμένα στις ακμές της τοιχοποιίας καθώς και στο σύνολο αυτής και την εξαγωγή των δυσμενέστερων αποτελεσμάτων τα οποία και οπτικοποιούνται με τη βοήθεια σχημάτων για την πληρέστερη κατανόηση των κατευθύνσεων των δυνάμεων και των εξεταζόμενων καταστάσεων γενικότερα. Για την περίπτωση της χρονοϊστορίας η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται για κάθε χρονική στιγμή και στο τέλος εξάγεται η χρονική στιγμή με τα δυσμενέστερα εντατικά μεγέθη. Η συλλογή και στη συνέχεια η επεξεργασία των εντατικών μεγεθών των ελατηρίων στις ακμές και ευρύτερα στο σύνολο της τοιχοποιίας που έχει ως ζητούμενο την πιο επιβαρυντική περίπτωση καταπόνησης αποτελεί ιδιαίτερα χρονοβόρα και υπολογιστικά επίπονη διαδικασία χωρίς τη χρήση του λογισμικού. Επιπρόσθετα, σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να προσδώσει επιπλέον στοιχεία σε βιβλιογραφικές αναφορές, σχετικά με την επίδραση των τοιχοποιιών πλήρωσης με χρήση ελατηρίων στην αποτίμηση κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος υπό σεισμική διέγερση. Για το λόγο αυτό, διενεργήθηκε η προσομοίωση και ανάλυση ενός οκταώροφου κτιρίου πλαισιακού τύπου με όλα τα ανοίγματά του πληρωμένα με τοιχοποιία για τρεις διαφορετικές περιπτώσεις ελατηριακών σταθερών. Αναφορικά με τις αναλύσεις, πραγματοποιήθηκαν ιδιομορφική ανάλυση, δυναμική φασματική και ανάλυση χρονοϊστορίας. Για τις αναλύσεις χρονοϊστορίας χρησιμοποιήθηκαν επιταχυνσιογραφήματα στις δύο κύριες διευθύνσεις για τέσσερα μεγάλα σεισμικά γεγονότα που έπληξαν την ελληνική επικράτεια. Συγκεκριμένα, πρόκειται για τους σεισμούς της Θεσσαλονίκης (1978), της Κοζάνης (1995), της Αθήνας (1999) και της Κεφαλονιάς (2014). Σχετικά με τους γενικούς ελέγχους αντισεισμικής συμπεριφοράς, ο Ευρωκώδικας 8 επιβάλλει τον έλεγχο στρεπτικής ευαισθησίας, τον έλεγχο ποσοστού σεισμικής τέμνουσας τοιχωμάτων, τον έλεγχο περιορισμού σχετικών μετακινήσεων ορόφων και τον έλεγχο επιρροής φαινομένων Ρ – δ. Από τους προαναφερθέντες ελέγχους πραγματοποιήθηκαν ο έλεγχος περιορισμού σχετικών μετακινήσεων ορόφων και επιπρόσθετα ο έλεγχος σεισμικής τέμνουσας βάσης μέγιστης μετακίνησης του κτιρίου. Έπειτα από τη διεξοδική και λεπτομερή ανάλυση του κτιρίου, το συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι η προσομοίωση της τοιχοποιίας με χρήση ελατηρίων επηρεάζει σημαντικά τα εξαγόμενα αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την τιμή της ελατηριακής σταθεράς που θα δοθεί στα ελατήρια. Καταληκτικά, αυτό που προτείνεται, είναι να προσομοιώνεται η τοιχοποιία πλήρωσης στις θέσεις όπου υπάρχει στα κτίρια Ο/Σ, από τα λογισμικά που χρησιμοποιεί ο Πολιτικός Μηχανικός. Με αυτόν τον τρόπο δεν αμελούνται φαινόμενα που επηρεάζουν τα εντατικά μεγέθη που αναπτύσσονται στην πραγματικότητα στην τοιχοποιία και στο φέροντα οργανισμό και οφείλονται στην απουσία της μονολιθικότητας του συστήματος αυτού. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται ο ορθός σχεδιασμός ή αποτίμηση του κτιρίου.
description: The purpose of this master's thesis is the development of software (Plugin) with the help of the Application Programming Interface (API) cOAPI of Computer and Structures, Inc® in the environment of the static program Sap2000 to investigate the interaction of load-bearing elements with masonry infills. The software belongs to the category of post processing plugins and its function is to collect and visualize results outcoming from the analysis of structures. In particular, the software collects the most unfavorable results (in plane and out of plane) of springs used to simulate the connection between masonry infills and load-bearing elements, such as beams and columns. Programming language C# was used for the development of this plugin. In several cases, in order to more accurately simulate the non-monolithic connection of the masonry infills with the load-bearing elements, "link" type springs are used with a specific spring constant. These springs connect shell elements that simulate masonry infills with frame elements that simulate beams and columns. The connections are located at the edges of the masonry. The plugin can be used for a number of load analyzes, such as modal analysis, dynamic spectral analysis as well as time history analysis. The operation of the program includes the summation of the forces of the springs individually at the edges as well as the whole of the masonry wall and the extraction of the most unfavorable results which are visualized with the help of shapes for a thorough understanding of the directions of forces and the general conditions. In the case of time history, this process is repeated for each time point and at the end the time point with the most unfavorable intensity figures is extracted. The collection and then the processing of the forces of the springs at the edges and more broadly in the whole masonry that has as its goal the most aggravating case of stress is a very time consuming and computationally tedious process without the use of software. In addition, the purpose of this thesis is to provide additional information in bibliographic reports on the effect of spring masonry in the evaluation of reinforced concrete buildings under seismic excitation. For this reason, the simulation and analysis of an eight-storey frame-type building with all its openings filled with masonry was performed for three different cases of spring constants. Regarding the analyzes, modal analysis, dynamic spectral analysis and time history analysis were performed. For the time history analyzes, accelerometers were used in the two main directions for four major seismic events that struck the Greek territory. Specifically, these are the earthquakes of Thessaloniki (1978), Kozani (1995), Athens (1999) and Kefalonia (2014). With regard to general seismic behavior tests, Eurocode 8 requires torsional sensitivity control, seismic shear rate control, relevant floor movement (drift) restriction control and the influence of the P - d effect. Drift control, base shear control and maximum displacement of the building were performed in this master thesis. After a thorough and detailed analysis of the building, the conclusion that emerged is that the simulation of masonry infills using springs significantly affects the exported results. The results are greatly influenced by the value of the spring constant. In conclusion, what is proposed is to simulate the filling masonry in the places where it exists in the R/C buildings, from the software used by Civils Engineers. As a result phenomena that affect the forces which are developed in the masonry and in the load-bearing structure due to the absence of the monolithicity of this system are not neglected. In this way the correct design or evaluation of the building is achieved.