Η επιρροή της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους-θεμελίωσης-κατασκευής στη μελέτη μονοβαθμικών συστημάτων με τη μέθοδο της επιτελεστικότητας:
Creators: name: Καρατζέτζου, Αννα Χαρίσιου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Επιτελεστικότητα
Αλληλεπίδραση
Soil structure interaction
Performance

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στον Τομέα Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών Αντισεισμικός Σχεδιασμός Τεχνικών Έργων (Α.Σ.Τ.Ε.) Το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής είναι γνωστό ότι επηρεάζει σημαντικά τη σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών. Υπάρχει μια γενική άποψη ότι αυτό είναι προς όφελος της αντισεισμικότητας μιας κατασκευής, αλλά μπορεί να αποδειχθεί ότι αυτό είναι μια απλοποιητική, κάποιες φορές και εσφαλμένη γενίκευση. Αντικείμενο της εργασίας αυτής αποτελεί, η εκτίμηση της πραγματικής απόκρισης κατασκευών με την αρχή της επιτελεστικότητας λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση εδάφους – θεμελίωσης – ανωδομής και τη μη γραμμική συμπεριφορά εδάφους και ανωδομής. Εφαρμόστηκε η μέθοδος των φασμάτων απαίτησης και αντοχής. Στη μέθοδο αυτή, μέσω γραφικής απεικόνισης γίνεται σύγκριση ανάμεσα στην αντοχή μιας κατασκευής (καμπύλη αντίστασης) και στην απαίτηση που προκύπτει από μια δεδομένη σεισμική διέγερση (φάσμα απαίτησης). Για να είναι άμεσα συγκρίσιμες οι δύο καμπύλες, η καμπύλη αντίστασης, ενώ προκύπτει αρχικά σε όρους τέμνουσας βάσης – μετακίνησης κορυφής, μετατρέπεται σε όρους επιτάχυνσης – μετακίνησης. Το σημείο τομής των δύο καμπυλών δίνει την απόκριση της κατασκευής για την δεδομένη σεισμική διέγερση. Το σημείο απόκρισης, ή καλύτερα σημείο επιτελεστικότητας, σε κάθε περίπτωση προσδιορίζεται τόσο για την περίπτωση όπου λαμβάνεται υπόψη η αλληλεπίδραση, όσο και για την περίπτωση συνθηκών πλήρους πάκτωσης. Η διερεύνηση των εν λόγω θεμάτων γίνεται με αριθμητικές αναλύσεις με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Με βάση το σύνολο των παραγόμενων αποτελεσμάτων, προκύπτει ότι τα φαινόμενα αλληλεπίδρασης και άρα η ανάγκη για συνυπολογισμό της ενδοσιμότητας του εδάφους κατά την ανάλυση και τον σχεδιασμό έργων πολιτικού μηχανικού, είναι επιτακτική σε περιπτώσεις δύσκαμπτων κατασκευών με μεγάλη μάζα και λυγηρότητα, που είναι θεμελιωμένες σε μαλακά εδάφη. Επίσης, προέκυψε ότι όσο πιο ισχυρή είναι η σεισμική διέγερση τόσο πιο έντονα είναι τα φαινόμενα αλληλεπίδρασης. Όταν λέμε έντονα φαινόμενα αλληλεπίδρασης, εννοούμε την μεταβολή των φασματικών τιμών σχεδιασμού, τόσο στην καμπύλη απαίτησης, όσο και στην καμπύλη αντοχής της κατασκευής, σε σύγκριση με τις φασματικές τιμές σχεδιασμού που θα προέκυπταν αν αντιμετωπιζόταν το πρόβλημα παραδοσιακά (κατασκευές πλήρως πακτωμένες στο έδαφος θεμελίωσης). Σε ότι αφορά την απαίτηση που προκύπτει από μια σεισμική διέγερση,. σε όλες τις περιπτώσεις που μελετήθηκαν η διαφοροποιημένη λόγω αλληλεπίδρασης καμπύλη απαίτησης ήταν μειωμένη σε σχέση με την αντίστοιχη καμπύλη που προκύπτει για συνθήκες ελεύθερου πεδίου. Αυτό όμως δε σημαίνει απαραίτητα ότι η αλληλεπίδραση θα είναι ευνοϊκή για την κατασκευή, δεδομένου ότι εκτός από την καμπύλη απαίτησης διαφοροποιείται και η καμπύλη αντίστασης λόγω ενδοσιμότητας του εδάφους. Το σημείο τομής επομένως των δυο καμπυλών, το οποίο αποτελεί και το φορτίο σχεδιασμού, μετατοπίζεται σε μεγαλύτερες περιόδους. Το αν η τελική απόκριση της κατασκευής θα είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από αυτή που θα θεωρούσαμε παραδοσιακά (συνθήκες πλήρους πάκτωσης), εξαρτάται από την μορφή του φάσματος απαίτησης, η οποία καθορίζεται σχεδόν αποκλειστικά από τα χαρακτηριστικά εδάφους και σεισμικής διέγερσης.
description: This master diploma thesis was carried out in the Division of Geotechnical Engineering at the Department of Civil Engineering of the Aristotle University of Thessaloniki, in the framework of the master’s program entitled Antiseismic Design of Structures (A.S.T.E.). Soil – foundation – structure – interaction (SFSI) is known to affect significantly the dynamic response of the structure. This approach is traditionally considered to be beneficial for the structure, but it has been proved to be a simplifying and, sometimes, a misleading generalization. The main purpose of this thesis is the estimation of the actual response of the structure, taking into account the soil – foundation – structure interaction along with the inelastic behavior of the soil and structure. This estimation is based on the rules of performance-based design methods. The Capacity Spectrum Method by means of a graphical procedure compares the capacity of the structure (inelastic analysis) with the demands of earthquake ground motion on the structure (demand spectrum). In order to compare the two curves efficiently, concerning the pushover curve, the base shear forces and the roof displacements are converted to equivalent spectral acceleration and spectral displacements. The intersection of the two curves produces the performance of the structure to the earthquake. The performance point is estimated in both cases, when taking into account SFSI or neglecting them. Through the conclusions of this thesis, it emerges that soil – foundation – structure interaction is mostly important for heavy, slender stiff structures founded on soft soil. In this case, the SFSI effects (system softening, increased energy dissipation) are not negligible and should be considered during the analysis and the design of the structure. Another point of great importance is that the stronger the ground motion is, the more intense the SFSI effects are. As far as the demand of the earthquake ground motion is concerned, it is represented by response spectra. The demand curve is different when the SFSI effects are taken into account and, more specifically, the spectral values are lower in the case where SFSI effects are considered important. However, this does not mean that the soil –foundation – structure interaction is in favor of the structure and this is due to the fact that the capacity curve changes also. This means that the performance point shifts to larger periods and because of the irregular shape that the demand spectrum of a real earthquake has (the site effects play the most significant role for the shape of the demand curve), the performance point considering SFSI sometimes is found at greater spectral values, compared with the fixed base conditions. Generally the design response spectra are smooth in shape, such as those in building codes. However, response spectra derived from actual earthquake records are irregular and contain spikes at predominant response periods. For this reason it cannot be estimated whether SFSI is beneficial or detrimental for the structure prior to an analysis.