Εκτίμηση της Σεισμικής Συμπεριφοράς Κτιρίου με τη Μέθοδο Ανάλυσης Σταδιακής Εξώθησης (Pushover Analysis) - Εφαρμογή σε Μεταλλικό Κτίριο  

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Συμεώνογλου Ιωσήφ                                                   
Επιβλέπων Καθηγητής: Κουμούσης Β., Καθηγητής             
Ημερομηνία : Οκτώβριος 2004  

Η μέθοδος της «Ανάλυσης Στατικής Σταδιακής Εξώθησης» (Static Pushover Analysis) εξελίσσεται σε ένα δημοφιλές εργαλείο στα χέρια του μηχανικού για την αποτίμηση της σεισμικής επιτελεστικότητας παλαιών και νέων κατασκευών. Ο κύριος στόχος της παρούσας έρευνας είναι να αναπτύξει μια διαδικασία Ανάλυσης Σταδιακής Εξώθησης (ΑΣΕ) με βάση τη θεωρία της δυναμικής απόκρισης της κατασκευής, η οποία να διατηρεί την απλότητα της επινόησης και των υπολογιστικών απαιτήσεων των υπαρχουσών διαδικασιών που χρησιμοποιούν αμετάβλητες κατανομές φορτίσεων, αλλά ταυτόχρονα να διαθέτει ακριβείς εκτιμήσεις για τις σεισμικές απαιτήσεις των κτιρίων. Παράλληλα, καθορίζονται οι παράμετροι, στις οποίες βασίζεται η εν λόγω ανάλυση, ελέγχεται η ακρίβειά της, ορίζονται οι συνθήκες κάτω από τις οποίες η ανάλυση θα διαθέσει επαρκείς πληροφορίες και ορίζονται οι συνθήκες κάτω από τις οποίες η ανάλυση θα είναι ανεπαρκής ή ακόμα και παραπλανητική.

Η καθιερωμένη Ανάλυση Φασματικής Ελαστικής Απόκρισης (ΑΦΕΑ) για κτίρια με ελαστική συμπεριφορά αναπροσδιορίζεται ως Ιδιομορφική Ανάλυση Σταδιακής Εξώθησης (ΙΑΣΕ). Η διαδικασία της ΙΑΣΕ πρόκειται να αποφέρει εκτιμήσεις σχετικά με τις σεισμικές απαιτήσεις συστημάτων ανελαστικής συμπεριφοράς. Η καμπύλη τέμνουσας βάσης – μετακίνηση οροφής προκύπτει από μια ΑΣΕ για κατανομή δύναμης . Αυτή η καμπύλη εξιδανικεύεται με μια διγραμμική και μετατρέπεται σε μια σχέση δύναμης – παραμόρφωσης για το ανελαστικό ΣΕΒΕ n ιδιομορφών. Η ανώτερη παραμόρφωση αυτού του συστήματος χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει τη μετακίνηση της οροφής, στην οποία η σεισμική απόκριση  προσδιορίζεται από την ΑΣΕ.

Το κύριο αντικείμενο αυτής της έρευνας είναι να αναπτυχθεί μια διαδικασία ανάλυσης σταδιακής εξώθησης βασισμένη στη δυναμική των κατασκευών, η οποία να διατηρεί την εννοιολογική απλότητα και την υπολογιστική ευκολία της διαδικασίας με απαράλλακτες κατανομές δυνάμεων, αλλά να παρέχει και ακρίβεια υψηλού επιπέδου στην εκτίμηση των σεισμικών απαιτήσεων στα κτίρια. Καταρχήν, ασχολούμαστε με την ΑΣΕ ενός μονώροφου κτιρίου και παρέχονται τέλειες σεισμικές απαιτήσεις.

Έπειτα, αναπτύσσουμε μια διαδικασία ιδιομορφικής ΑΣΕ για γραμμικά ελαστικά κτίρια και αποδεικνύουμε ότι είναι ισοδύναμη με αυτήν της φασματικής ανάλυσης. Στη συνέχεια, επεκτείνεται η ΙΑΣΕ στα ανελαστικά κτίρια, με τις κατάλληλες προϋποθέσεις και προσεγγίσεις και τα σφάλματα στη διαδικασία είναι σχετικά με μια αυστηρή μη γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας. Τέλος, οι σεισμικές απαιτήσεις προσδιορίζονται από μια ΑΣΕ κάνοντας χρήση τριών διαφορετικών κατανομών δυνάμεων κατά FEMA-273 και συγκρίνονται με τις διαδικασίες των ΙΑΣΕ και ΑΧ. Έπειτα από την παρουσίαση όλων των παραπάνω, ακολουθεί η εφαρμογή σε ένα εξαόροφο μεταλλικό κτίριο. Καταρχήν, το συγκεκριμένο κτίριο υπόκειται σε μια ελαστική δυναμική ανάλυση, από την οποία προκύπτουν οι ιδιοπερίοδοι και οι ιδιομορφές του, ενώ στη συνέχεια εφαρμόζεται σε αυτό η ανάλυση της σταδιακής εξώθησης, με αποτέλεσμα τη ζητούμενη καμπύλη σταδιακής εξώθησης και την προκύπτουσα μετατόπιση του κτιρίου, από την οποία καταλήγουμε σε χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την αντοχή του.