Πολυκριτηριακή επιλογή ισχυρών εδαφικών κινήσεων για την αξιόπιστη εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης των κατασκευών
Creators: name: Κατσάνος, Ευάγγελος Η.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Επιλογή και αναγωγή σεισμικών κινήσεων
Δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας
Επιμήκυνση θεμελιώδους ιδιοπεριόδου κατασκευών
Αξιόπιστη εκτίμηση σεισμικής απόκρισης
Selection and scaling of earthquake ground motions
Response history analysis
Elongation of fundamental period of structures
Reliable estimate of seismic response

description: Η επιβαλλόμενη σεισμική δράση με τη μορφή καταγραφών της ισχυρής εδαφικής κίνησης αποτελεί τη σοβαρότερη πηγή αβεβαιότητας, που υπεισέρχεται στην ανάλυση των κατασκευών και επηρεάζει την αξιοπιστία της σεισμικής απόκρισης. Συνεπώς, η επιλογή και η αναγωγή των σεισμικών κινήσεων, που απαιτούνται στη δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας των κατασκευών, αποκτά καίρια σημασία για το σχεδιασμό/αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς των κατασκευών. Υπό το πρίσμα αυτό, κεντρική στόχευση της διεξαχθείσας έρευνας αποτέλεσε η διατύπωση ενός καινοτόμου θεωρητικού και υπολογιστικού πλαισίου, που αποσκοπεί στην ορθολογική διαχείριση του σύνθετου προβλήματος της επιλογής των σεισμικών δράσεων συνεκτιμώντας χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης, του εδάφους και της κατασκευής. Η αναγνώριση των αδυναμιών, που απορρέουν από τις υφιστάμενες μεθόδους επιλογής και αναγωγής σεισμικών κινήσεων, ήταν το εφαλτήριο για τη διδακτορική διατριβή. Ειδικότερα, αποτιμήθηκε η επιρροή των διατάξεων του Ευρωκώδικα 8 για την επιλογή των σεισμικών κινήσεων στη μη-γραμμική απόκριση ενός πολυώροφου, μη-κανονικού κτιρίου από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η υπολογισθείσα υψηλή διακύμανση των μεγεθών ανελαστικής απόκρισης κατέδειξε τις δυσμενείς επιπτώσεις, που επισύρει η εφαρμογή του κανονιστικού πλαισίου στην αξιοπιστία της ανάλυσης των κατασκευών. Ωστόσο, η μελέτη της προαναφερθείσας παθογένειας ανέδειξε τις παραμέτρους, που είναι κρίσιμες για την αντιμετώπισή της. Στο πλαίσιο αυτό, επανακαθορίστηκε το εύρος των ιδιοπεριόδων, εντός του οποίου, σύμφωνα με τις κανονιστικές διατάξεις, αποτιμάται η φασματική σύγκλιση των ομάδων από σεισμικές κινήσεις. Συγκεκριμένα, η αξιόπιστη εκτίμηση του άνω ορίου του προαναφερθέντος εύρους, απαίτησε τη ποσοτική διερεύνηση της επιμήκυνσης της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου των κατασκευών εξαιτίας της ανελαστικής απόκρισης. Η διερεύνηση αυτή κατέδειξε πως για τη μελέτη σύγχρονα σχεδιασμένων κτιρίων, το άνω όριο του εύρους των ιδιοπεριόδων, που προτείνει ο Ευρωκώδικας 8, μπορεί να μειωθεί κατά 25%. Επιπρόσθετα, υπολογίστηκαν μέσα ανελαστικά φάσματα απόκρισης σε όρους μεταβολής της δεσπόζουσας ιδιοπεριόδου. Με τον τρόπο αυτόν, αποτιμήθηκε η επίδραση παραμέτρων (α) της κατασκευής, (β) του σεισμολογικού και γεωτεχνικού υποβάθρου και (γ) της ισχυρής εδαφικής κίνησης στην επιμήκυνση της ελαστικής ιδιοπεριόδου. Ταυτόχρονα, προσδιορίστηκαν απλοποιημένες σχέσεις για την αξιόπιστη πρόβλεψη της ανελαστικής ιδιοπεριόδου δομικών συστημάτων συναρτήσει του συντελεστή μείωσης των σεισμικών δυνάμεων και της ελαστικής ιδιοπεριόδου τους. Βάσει της γνώσης και των αποτελεσμάτων που αποκτήθηκαν από τη διεξαχθείσα έρευνα, αναπτύχθηκε ένα ολοκληρωμένο υπολογιστικό σύστημα για την επιλογή και την αναγωγή σεισμικών κινήσεων. Η εφαρμογή του λογισμικού (ISSARS) στοχεύει στο σχηματισμό ομάδων από σεισμικές κινήσεις, που είναι συμβατές με τις κανονιστικές διατάξεις και οδηγούν, μέσω της δυναμικής ανάλυσης χρονοϊστορίας, στον υπολογισμό μεγεθών απόκρισης με περιορισμένη διακύμανση και συνεπώς αυξημένη αξιοπιστία. Για το σκοπό αυτόν, προτάθηκε ένα πρωτότυπο, πολυκριτηριακό σύστημα κατάταξης των σχηματιζόμενων ομάδων, που συνεκτιμά κρίσιμα δυναμικά χαρακτηριστικά της υπό μελέτη κατασκευής καθώς και τη διακύμανση μεταξύ των σεισμικών κινήσεων των ομάδων. Η διέγερση τριών πολυωρόφων κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα με ομάδες σεισμικών κινήσεων, που επιλέχτηκαν εφαρμόζοντας το πολυκριτηριακό σύστημα, οδήγησε σε μεγέθη σεισμικής απόκρισης με σημαντικά χαμηλότερη διακύμανση σε σχέση με αυτή, που υπολογίστηκε εξαιτίας της χρήσης των συμβατικά επιλεχθεισών ομάδων. Η μείωση στη διακύμανση των μεγεθών απόκρισης επέφερε σημαντική αύξηση στην αξιοπιστία των τιμών σχεδιασμού των κατασκευών, χωρίς την ταυτόχρονη απαίτηση διέγερσης των κατασκευών χρησιμοποιώντας μεγάλο αριθμό από σεισμικές κινήσεις.
description: It is well known that the uncertainty derived from the earthquake-induced ground motion affects severely the reliability of both design and assessment of structural seismic response. The key issue of the dissertation is to propose a novel theoretical and computational framework to select strong motions accounting for structural parameters and seismic motions characteristics. The first step was to assess the impact of Eurocode 8-based earthquake records selection procedure on the nonlinear response of a multi-storey, irregular reinforced concrete (R/C) building. The highly scattered inelastic response results highlighted the adverse implications of code-conformed records selection procedure in the reliability of structural performance prediction. Next, the upper-bound of the code-imposed range of structural periods, within which matching between the mean spectrum of the suite of motions and the target spectrum is enforced, was thoroughly examined. Particularly, the earthquake-induced lengthening of the fundamental period of five R/C buildings, designed according to modern seismic codes, was quantified. The results of this study showed that the upper-bound of the period range prescribed in Eurocode 8 for spectral matching could be reduced by 25%. Moreover, inelastic response spectra were calculated in terms of shifting the fundamental period due to the inelastic response. Simplified expressions were, also, derived that allow predicting the first-mode period elongation of various structural systems. Next, a novel, multi-criterion method for earthquake record selection procedure was proposed that accounts for both the dynamic characteristic of the structure studied and the variability among the seismic motions selected. The above improvements, which were incorporated in an integrated computational system (ISSARS), aim to compile suites of motions that are legitimate based on the prescribed code criteria and also lead to stable enough (i.e., of low variability) response results. The seismic excitation of three multi-storey R/C buildings using suites of motions that were selected and ranked according to the proposed multi-criterion method leaded to significantly lower structural response variability instead of using suites of motions selected with the conventional method. The reduced response variability induced an increase in the reliability of the predicted design values without being necessary to excite the structures modeled with numerous seismic motions.