Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς μικτών καθ’ ύψος κατασκευών που αποτελούνται από δύο τμήματα, ένα κατώτερο από σκυρόδεμα το οποίο εδράζεται στο έδαφος και ονομάζεται πρωτεύον σύστημα, και ένα ανώτερο από χάλυβα το οποίο εδράζεται επί του πρωτεύοντος και ονομάζεται δευτερεύον σύστημα. Εξαιτίας του διαφορετικού δομικού υλικού και του συνήθως διαφορετικού στατικού συστήματος, τα δύο τμήματα χαρακτηρίζονται από διαφορετικές ιδιότητες όσον αφορά την απόσβεση και την ελαστοπλαστική τους συμπεριφορά υπό σεισμικές και άλλες δυναμικές διεγέρσεις, που αποτυπώνονται σε διαφορετικούς συντελεστές ιξώδους απόσβεσης και συμπεριφοράς. Οι διαφορές αυτές συνεπάγονται δυσχέρεια τόσο καθορισμού των σεισμικών δράσεων σχεδιασμού με βάση τους ισχύοντες κανονισμούς όσο και ανάλυσής τους υπό σεισμικές δράσεις. Για το λόγο αυτό είναι κοινή μελετητική πρακτική η υιοθέτηση ενιαίων συντηρητικών τιμών για τους συντελεστές απόσβεσης και συμπεριφοράς, κάτι που οδηγεί σε μη ορθολογικό και συνήθως αντιοικονομικό σχεδιασμό. Η παρούσα διατριβή επιχειρεί να προτείνει λύσεις σε κάποια από τα προβλήματα ανάλυσης κατασκευών αυτού του τύπου και συγκεκριμένα στα προβλήματα (i) της αποσύζευξης των δύο τμημάτων κατά την ανάλυσή τους υπό σεισμικές δράσεις, και (ii) του καθορισμού συντελεστών απόσβεσης κατά την συζευγμένη ανάλυση. Για να γίνει αυτό η μικτή κατασκευή περιγράφεται απλουστευτικά μέσω ενός διβάθμιου ταλαντωτή, του οποίου ο ένας βαθμός ελευθερίας αντιπροσωπεύει το πρωτεύον σύστημα και ο άλλος το δευτερεύον. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του κάθε βαθμού ελευθερίας προκύπτουν από τη θεμελιώδη ιδιομορφή του αντίστοιχου τμήματος. Ευνόητο είναι ότι με τον τρόπο αυτό εισάγεται ένα σφάλμα κατά την αντικατάσταση του πραγματικού πολυβάθμιου φορέα από ένα «ισοδύναμο» διβάθμιο, και επομένως τα αποτελέσματα της προτεινόμενης μεθόδου είναι καταλληλότερα για φορείς των οποίων κάθε τμήμα έχει σχετικά κανονική κατανομή δυσκαμψίας και μάζας, έτσι ώστε η δυναμική συμπεριφορά κάθε τμήματος να περιγράφεται ικανοποιητικά από την πρώτη ιδιομορφή του. Το πρώτο πρόβλημα που αντιμετωπίζεται στη διατριβή αφορά την ενδελεχή διερεύνηση του σφάλματος που προκύπτει κατά την πιθανή αποσύζευξη της κατασκευής για την ανάλυσή της υπό σεισμικές δράσεις. Κατά τη διαδικασία αυτή τα δύο ομοιογενή τμήματα της μικτής κατασκευής, το πρωτεύον από σκυρόδεμα και το δευτερεύον από χάλυβα, αναλύονται ξεχωριστά. Αρχικά αναλύεται το πρωτεύον σύστημα υπό τη σεισμική διέγερση σχεδιασμού, και στη συνέχεια το δευτερεύον θεωρώντας ως σεισμική δράση την απόκριση εκείνης της στάθμης του πρωτεύοντος συστήματος, επί της οποίας εδράζεται το δευτερεύον. Η διαδικασία αυτή εφαρμόζεται συχνά, μεταξύ άλλων διότι συνήθως με την μελέτη του τμήματος από σκυρόδεμα και εκείνη του τμήματος από χάλυβα ασχολούνται διαφορετικές μελετητικές ομάδες. Επιπλέον, έτσι αίρονται, τουλάχιστον επιφανειακά, οι περιορισμοί από τους διαφορετικούς συντελεστές απόσβεσης και συμπεριφοράς, εισάγεται όμως ένα σφάλμα αποσύζευξης, διότι αγνοούνται οι περισσότερες παράμετροι αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο συστημάτων. Στην παρούσα εργασία η μελέτη του σφάλματος αποσύζευξης γίνεται συστηματικά για μεγάλο εύρος δυναμικών χαρακτηριστικών των δύο τμημάτων υπό αρμονικές και σεισμικές διεγέρσεις, λαμβάνοντας υπόψη είτε ελαστική είτε ελαστοπλαστική συμπεριφορά του πρωτεύοντος τμήματος. Επιπρόσθετα, προτείνεται και διερευνάται μια τροποποιημένη διαδικασία αποσύζευξης, κατά την οποία τα αδρανειακά μεγέθη του χαλύβδινου τμήματος λαμβάνονται υπόψιν στην αποσυζευγμένη ανάλυση του τμήματος από σκυρόδεμα, με σκοπό τη μείωση του σφάλματος αποσύζευξης. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με τη μορφή καμπυλών αποσύζευξης για διάφορα επίπεδα σφάλματος και συναρτήσει των λόγων ιδιοσυχνοτήτων και μαζών των δύο τμημάτων. Με τις καμπύλες αυτές μπορεί να γίνει πρόβλεψη του σφάλματος αποσύζευξης σε προκαταρκτικό στάδιο της μελέτης μιας μικτής κατασκευής, ώστε να αποφασιστεί αν η ανάλυσή της είναι σκόπιμο να γίνει αποσυζευγμένα ή πρέπει υποχρεωτικά να γίνει συζευγμένα. Η ακρίβεια των καμπυλών αποσύζευξης δοκιμάζεται σε πολυβάθμια μικτά πλαίσια με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Για τις περιπτώσεις των μικτών κατασκευών για τις οποίες η πρόβλεψη για το σφάλμα είναι αποτρεπτική ως προς την εκτέλεση αποσυζευγμένης ανάλυσης, η ενδεδειγμένη λύση είναι η συζευγμένη ανάλυση ολόκληρης της κατασκευής. Στην περίπτωση όμως αυτή οι διαφορετικοί συντελεστές απόσβεσης των δύο τμημάτων δημιουργούν δυσκολίες κατά την δυναμική ανάλυση, η οποία δεν μπορεί πλέον να εκτελεστεί με συνήθη λογισμικά. Προκειμένου να αποφευχθεί η υιοθέτηση ενιαίου συντηρητικού συντελεστή ιξώδους απόσβεσης για την κατασκευή, σε ένα επόμενο στάδιο της παρούσας διατριβής προτείνονται «ισοδύναμοι» συντελεστές απόσβεσης. Σκοπός των συντελεστών αυτών είναι να υποκαταστήσουν την ορθή ανάλυση της κατασκευής με προσεγγιστικές αναλύσεις, οι οποίες πλέον μπορούν να πραγματοποιηθούν με εμπορικά λογισμικά και σύμφωνα με την καθημερινή μελετητική πρακτική. Οι προτεινόμενοι αυτοί συντελεστές εξάγονται με δύο εναλλακτικές μορφές, ως ιδιομορφικοί ή ενιαίοι, με τους πρώτους να διαφοροποιούνται για κάθε ιδιομορφή της κατασκευής και με τους δεύτερους να εφαρμόζονται σε ολόκληρη την κατασκευή. Προτείνεται η εφαρμογή των ενιαίων συντελεστών απόσβεσης να γίνεται σε δύο στάδια, ένα προκειμένου να υπάρξει βέλτιστη προσέγγιση της απόκρισης του τμήματος από σκυρόδεμα, και ένα προκειμένου να υπάρξει βέλτιστη προσέγγιση του τμήματος από χάλυβα. Οι ισοδύναμοι συντελεστές απόσβεσης εξάγονται για διβάθμιους ταλαντωτές υπό αρμονικές διεγέρσεις και στη συνέχεια η ακρίβειά τους ελέγχεται και για σεισμικές διεγέρσεις με πολύ καλά αποτελέσματα. Τελικά οι ισοδύναμοι συντελεστές απόσβεσης εφαρμόζονται σε πολυβάθμια μικτά πλαίσια υπό σεισμικές διεγέρσεις, όπου καταφέρνουν να προσεγγίσουν ικανοποιητικά την πραγματική απόκριση.
展开▼
