Χρονικά εξαρτώμενη σεισμική τρωτότητα κτηρίων Ο/Σ λαμβάνοντας υπόψη τη δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής και τη γήρανση των υλικών:
Creators: name: Καραπέτρου, Γκόλφω-Σωτηρία
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Χρονικά εξαρτώμενη τρωτότητα
Αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης κατασκευής
Διάβρωση
Time dependent vulnerability
Soil-foundation-structure-interaction
Corrosion

description: Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση του φαινομένου της χρονικά εξαρτώμενης σεισμικής τρωτότητας κτηρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής και τη γήρανση των υλικών. Για το σκοπό αυτό επιλέχθηκαν δυο πλαισιακά συστήματα από οπλισμένο σκυρόδεμα σχεδιασμένα βάσει σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών. Το πρώτο κτηριακό προσομοίωμα δύο ορόφων και ενός ανοίγματος κατατάσσεται στην κατηγορία των χαμηλών κτηρίων και διαστασιολογήθηκε βάσει του ΕΑΚ2000, ενώ το δεύτερο κτηριακό προσομοίωμα τεσσάρων ορόφων και τριών ανοιγμάτων κατατάσσεται αντίστοιχα στην κατηγορία των κτηρίων μετρίου ύψους και διαστασιολογήθηκε βάσει του Πορτογαλικού αντισεισμικού κανονισμού. Από τα δυο αυτά κύρια συστήματα προέκυψαν επιμέρους μοντέλα ανάλογα με το αν περιλαμβάνουν οργανισμό πλήρωσης ή όχι και ανάλογα με τις συνθήκες έδρασης και του εδάφους θεμελίωσης, έτσι ώστε να ληφθούν υπόψη φαινόμενα αλληλεπίδρασης εδάφους – κατασκευής. Για τα 12 κτηριακά μοντέλα που τελικώς προέκυψαν, έγιναν ιδιομορφικές και ανελαστικές δυναμικές αναλύσεις για τα σενάρια των 0 και 50 ετών διάρκειας ζωής και υπολογίστηκε η δυναμική απόκρισή τους. Για τη διεξαγωγή των δυναμικών αναλύσεων χρησιμοποιήθηκαν 8 σεισμικές διεγέρσεις εισαγωγής κλιμακούμενες σε τρία διαφορετικά επίπεδα μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης. Στο σενάριο των 50 ετών λαμβάνεται υπόψη η επίδραση φαινομένων γήρανσης των υλικών. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η διάβρωση του χάλυβα οπλισμού λόγω της διείσδυσης χλωριόντων της ατμόσφαιρας, η επίδραση της οποίας έχει ως συνέπεια τη μείωση της ενεργού διατομής των ράβδων οπλισμού των κατασκευών. Η απομείωση αυτή υπολογίζεται μέσω πιθανοκρατικής μοντελοποίησης βάσει της εκτίμησης του χρόνου έναρξης της διάβρωσης. Από τις δισδιάστατες αναλύσεις εξήχθησαν ως αποτελέσματα οι ιδιοπερίοδοι, οι χρονοϊστορίες των επιταχύνσεων και των μετακινήσεων στη βάση και την κορυφή των μοντέλων, τα φάσματα απόκρισης της επιτάχυνσης και τα σχετικά βέλη ορόφων. Βάσει των σχετικών βελών ορόφων που υπολογίστηκαν από τις δυναμικές αναλύσεις για κάθε διέγερση εισαγωγής και τις αντίστοιχες μέγιστες εδαφικές επιταχύνσεις έγινε η αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας για τα σενάρια των 0 και 50 ετών διάρκειας ζωής και κατασκευάστηκαν οι αντίστοιχες χρονικά εξαρτώμενες καμπύλες. Παράλληλα, επιπλέον αναλύσεις διεξάχθηκαν ώστε να μελετηθεί ξεχωριστά η επιρροή του εδάφους και των ελατηρίων στη διαμόρφωση των καμπυλών τρωτότητας. Τέλος πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις των καμπυλών για τα διάφορα μοντέλα και σεισμικά σενάρια. Κατά τις συγκρίσεις των καμπυλών τρωτότητας, έγινε εμφανής η επιρροή της διάβρωση ως χρονικά εξαρτώμενο φαινόμενο γήρανσης στη δυναμική απόκριση και την τρωτότητα των κατασκευών. Για το σενάριο των 50 ετών σημειώνεται αύξηση της τρωτότητας και η επιρροή της διάβρωσης φαίνεται να είναι πιο έντονη στα πλαισιακά συστήματα χωρίς τοιχοπληρώσεις ειδικά όπου δε λαμβάνονται υπόψη φαινόμενα αλληλεπίδρασης εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής. Όσον αφορά στην αλληλεπίδραση εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής παρατηρείται ότι η επιρροή της είναι μεγαλύτερη στα συστήματα χωρίς τοιχοπληρώσεις. Αποτελεί ωστόσο από μόνο του ένα πολυπαραμετρικό φαινόμενο ώστε σε συνδυασμό με τις μη γραμμικότητες και τις ανελαστικές αναλύσεις που εφαρμόζονται στη παρούσα διπλωματική εργασία να μην τίθεται δυνατή η διεξαγωγή γενικών συμπερασμάτων. Έτσι η αλληλεπίδραση εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής μπορεί κατά περίπτωση να αυξάνει ή να μειώνει τη σεισμική τρωτότητα των κατασκευών εξαρτώμενη από την τυπολογία των κτηρίων, το συχνοτικό περιεχόμενο της κίνησης καθώς και τα δυναμικά χαρακτηριστικά του εδάφους.
description: The aim of this master thesis is to investigate the time dependent vulnerability of reinforced concrete buildings considering soil – foundation – structure interaction and aging effects. For this purpose two moment resisting frame models are selected which have been designed according to modern seismic codes. The first one is a two storey- one bay frame model which is enlisted to the category of low – rise buildings, designed by greek seismic code, whereas the second one is a four storey frame model with three bays that can be considered as a mid – rise building, designed according to the current seismic code of Portugal. Based on these initial reference buildings, 12 models are analyzed based on whether the model are bareframe or infilled and whether soil – foundation – structure interaction is considered or not. For the 12 structural models, modal and non – linear dynamic time history analyses were performed for two scenarios in time (t=0 years and t=50 years). To conduct the dynamic analysis 8 different accelerograms scaled at different PGA levels are used as input motion. For the case study t=50 years aging effects are taken into account and more specifically the chloride induced corrosion of the steel bars, which leads to the reduction of the effective area of the reinforcement. A probabilistic approach has been performed based on the estimation of the corrosion initiation time. Among the results of the two dimensional analyses carried out, are the fundamental period, the acceleration and displacement time histories at the base and top of the models, the acceleration response spectra and the maximum interstorey drift ratios. The assessment of seismic vulnerability of the models for the two points in time (t=0 and 50 years) has being carried out based on the maximum interstorey drift ratio and the referred PGA at the ground surface and the corresponding time-dependent fragility curves have been constructed. Additional analyses have also been conducted to consider separately the influence of the springs and the soil . Finally, comparisons have been presented between the various models and the seismic scenarios. The results of this investigation indicate that aging effects seem to have an important impact on the seismic response and vulnerability of the structures. For the scenario t=50 years, a significant increase of the vulnerability is noted and the influence of corrosion seems to be stronger for the bareframe models especially when soil – foundation – structure interaction is not taken into account. As far as soil – foundation – structure interaction is concerned, it is observed that its influence is far more important for the bareframe models. However there are many factors to be considered combined with nonlinearities in the materials and models that make it difficult to extract general conclusions. Thus, the soil – foundation – structure interaction can occasionally decrease or increase the structure’s vulnerability depending on the typology of the buildings, the frequency content of the input motion as well as the dynamic soil properties.