Διερεύνηση της Σεισμικής Συμπεριφοράς Κιόνων – Η Περίπτωση Κίονα της Στοάς του Ψιθύρου στην Ακρόπολη της Λίνδου:
Creators: name: Καραφαγκά, Στέλλα Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: σφονδυλωτοί κίονες
λικνισμός/ολίσθηση
Λίνδος
multi-drum columns
rocking/sliding phenomena
Lindos

description: Η παρούσα μελέτη αποτελεί μία διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς κιόνων και των παραμέτρων που επηρεάζουν αυτή. Η διερεύνηση γίνεται αριθμητικά, κάνοντας χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων και πιο συγκεκριμένα του κώδικα ABAQUS. Σε κάθε περίπτωση η ανάλυση γίνεται σε τρεις διαστάσεις. Η επαλήθευση και βαθμονόμηση των κύριων παραμέτρων των προσομοιωμάτων είναι απαραίτητη, πριν την εφαρμογή μιας τέτοιας αριθμητικής μεθόδου σε μια πραγματική περίπτωση (κλασσικό μνημείο που πρόκειται να αναστηλωθεί). Έτσι, αρχικά γίνεται βαθμονόμηση των προσομοιωμάτων, μέσω σύγκρισης αριθμητικών αποτελεσμάτων με πειραματικά αποτελέσματα πειραμάτων τα οποία διεξήχθησαν σε δοκίμιο κίονα στη σεισμική τράπεζα του εργαστηρίου Εδαφομηχανικής του Μετσοβίου Πολυτεχνείου στη Αθήνα. Ο κίονας-δοκίμιο υποβάλλεται σε μια σειρά διεγέρσεων οι οποίες είναι είτε παλμοί Ricker είτε πραγματικές καταγραφές. Τα αριθμητικά αποτελέσματα έρχονται σε καλή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα. Στη συνέχεια ακολουθεί μελέτη που αφορά στον προσδιορισμό της απόκρισης πολυσπόνδυλου Ιωνικού κίονα της Στοάς του Ψιθύρου της Ακρόπολης της Λίνδου στη Ρόδο, υπό σεισμική διέγερση. Γίνεται επιπλέον έλεγχος του κίονα έναντι ισχυρής ανεμοφόρτισης. Η μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς πραγματοποιείται με μια σειρά παραμετρικών δυναμικών αναλύσεων στο χρόνο, μέσω της οποίας εξετάζονται οι βασικές παράμετροι επιρροής της απόκρισης (ιδιότητες διεπιφανειών μεταξύ των σφονδύλων, χαρακτηριστικά σεισμικής φόρτισης, διεύθυνση φόρτισης). Για να εξεταστεί η επιρροή των χαρακτηριστικών της σεισμικής διέγερσης στην απόκριση, επιλέγονται τέσσερις διαφορετικές σεισμικές διεγέρσεις (χρονοϊστορίες επιταχύνσεων πραγματικών καταγραφών σε συνθήκες βράχου), οι οποίες παρουσιάζουν ποικιλία συχνοτικού περιεχομένου. Οι καταγραφές ανάγονται σε διάφορα πλάτη σεισμικής έντασης και επιβάλλονται σε μια ή σε δύο διευθύνσεις. Σε μερικές περιπτώσεις εξετάζεται η επιρροή της κατακόρυφης συνιστώσας. Αναφορικά με το συντελεστή τριβής εξετάστηκαν τρεις τιμές, μ = 0.7, 0.4 και 0.1. Τέλος, μελετήθηκε η σεισμική συμπεριφορά ισοδύναμων διαστάσεων μονολιθικού κίονα καθώς κατά το παρελθόν, διάφορες επεμβάσεις που έχουν γίνει στα μνημεία της Λίνδου, είχαν ως αποτέλεσμα την ισχυρή σύνδεση των σφονδύλων μεταξύ τους αλλάζοντας το δομικό σύστημα και καθιστώντας τον κίονα σχεδόν μονολιθικό. Συνεπώς στόχος είναι να τονιστούν οι επιπτώσεις τέτοιου είδους παρεμβάσεων. Τα κύρια συμπεράσματα συνοψίζονται στα ακόλουθα. Η σεισμική συμπεριφορά κιόνων χαρακτηρίζεται από έντονη μη γραμμικότητα, λόγω του λικνισμού και της ολίσθησης μεταξύ των σφονδύλων, που δημιουργούν κατά τη διάρκεια της σεισμικής διέγερσης ένα ιδιαίτερο σύστημα απορρόφησης ενέργειας. Μεγάλη η εξάρτηση ανάμεσα στα χαρακτηριστικά της διέγερσης και την απόκριση της κατασκευής. Οι σφονδυλωτές κατασκευές είναι περισσότερο τρωτές σε διεγέρσεις με συχνοτικό περιεχόμενο πλούσιο σε μεγάλες περιόδους. Υπό μονοαξονική φόρτιση είναι δυνατό να παρατηρηθούν μετακινήσεις στην εκτός επιπέδου φόρτισης διεύθυνση, ως αποτέλεσμα του λικνισμού ή/και ολίσθησης μεταξύ των σφονδύλων και της μη γραμμικής συμπεριφοράς που τα φαινόμενα αυτά εισάγουν στο πρόβλημα. Το φαινόμενο ενισχύεται με την αύξηση του πλάτους διέγερσης. Για σχετικά μεγάλες τιμές συντελεστή τριβής στις διεπιφάνειες κυριαρχούν φαινόμενα λικνισμού, ενώ για ενδιάμεσες τιμές τριβής επικρατεί μια συζευγμένη κατάσταση λικνισμού-ολίσθησης. Αντίθετα όταν ο συντελεστής τριβής είναι σχετικά μικρός κυριαρχεί η ολίσθηση. Από τη σύγκριση του μονολιθικού κίονα με το σφονδυλωτό προκύπτει ότι ο μονολιθικός εμφανίζει πολύ μεγαλύτερες μετακινήσεις εντός και εκτός του επιπέδου της διέγερσης. Συνεπώς, επιβεβαιώνεται η άποψη ότι η δυναμική απόκριση των σφονδυλωτών κιόνων είναι καλύτερη και ότι αποσβένεται η ενέργεια του σεισμικού κραδασμού με τον καλύτερο δυνατό τρόπο, μέσω των διεπιφανειών των σφονδύλων. Υπό ισχυρή ανεμοφόρτιση, ο κίονας συμπεριφέρεται σαν πρόβολος υπό κάμψη. Η στροφή του κίονα λόγω της κάμψης του δεν φαίνεται να δημιουργεί γενικότερο πρόβλημα ανατροπής.
description: The main objective of this thesis is the investigation of the seismic response of ancient columns. In this thesis, the problem is numerically investigated by means of full dynamic time history analyses. For this purpose the general purpose FE platform ABAQUS is implemented. The code can efficiently simulate complex phenomena at the interfaces (separation, sliding, rocking). All the analyses are performed in 3D. Verification and calibration of the main model parameters, especially the interface properties, is necessary, before such a numerical method can be implemented in a restoration process of a classical monument. This calibration is performed by comparing the numerical predictions with experimental results that came from a series of experiments that carried out on a multi-drum column. The tests took place on the shaking table of the Soil Mechanics Laboratory of National Technical University of Athens. The specimen was excited by a set of idealized pulses as well as real records from various earthquakes around the world. The numerical models are found to be capable of reproducing the observed behavior during the tests, while the effects of the input motion characteristics and the interface properties on the response are highlighted. In the second part of the thesis, a multi-drum column that is planned to be restored at the Akropolis of Lindos in Rhodes is investigated. The column will be restored to highlight the Psithiros Gallery. An extensive parametric analysis is performed to investigate the effects of the input motion characteristics and interface properties on the response. For this purpose, four earthquakes of different frequency characteristics are used. The input motions are scaled up to different amplitudes and applied in one or two horizontal directions. The effect of the vertical acceleration is also investigated in some cases. Different assumptions are made regarding the interface friction coefficient μ (investigated values 0.1, 0.4 and 0.7), to evaluate the effect of this parameter on the response. To investigate some restoration procedures, where it is proposed to fully bond the drums with one another, a similar monolithic column (same dimensions) resting on the base (not connected) is studied. The main findings may be summarized as follows: The dynamic response of the multi drum column is highly non-linear due to rocking and/or sliding of the drums. These phenomena lead to significant energy dissipation. The response is highly correlated to the frequency characteristics of the input motion. These types of structures are found to be more vulnerable for seismic excitations of high period dominant frequencies. Even for unidirectional loading, significant deformation can be observed for the out of the loading plane direction, due to the rocking and/or sliding phenomena. The phenomenon is amplified with the increase of the input motion amplitude. For lower friction coefficients (μ) at the interfaces, sliding between the drums is dominating, while for higher values the rocking of the drums is becoming more crucial. Rocking movement can be more significant for the monolithic column compared to the multi-drum column. To this end, restorations proposing a full connection of the drums may lead to a reduction of the safety for the column. Finally, the column behavior under significant wind load is studied according to EN1991-4 provisions. The column is found to be capable of withstanding this load.