Υπολογισμός Σεισμικής Απόκρισης Κατασκευών με την Μέθοδο Pushover – Σύγκριση με Εναλλακτικές Μεθόδους

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Αραχωβίτης Νικόλαος                                                             
Επιβλέπων Καθηγητής: Ψυχάρης Ι., Αν. Καθηγητής             
Ημερομηνία : Ιούλιος 2005  

Στην συγκεκριμένη εργασία εξετάζεται η ανελαστική συμπεριφορά κτιρίων από ωπλισμένο σκυρόδεμα και πως μπορεί αυτή να προβλεφθεί από προσεγγιστικές μεθόδους.  Οι μέθοδοι χωρίζονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες. Η πρώτη σχετίζεται με την μεθοδολογία του ATC-40 και κάποιες τροποποιήσεις της, η δεύτερη έχει να κάνει με μεθόδους οι οποίες συνυπολογίζουν την απόκριση των ανώτερων ιδιομορφών και η τρίτη αφορά κάποιες απλοποιημένες μεθόδους που δίνουν όμως ικανοποιητικά αποτελέσματα.     

Εξετάζονται ένα τριώροφο, ένα εξαόροφο και ένα εννιαόροφο κτίριο για τέσσερις σεισμικές διεγέρσεις. Από τις αναλύσεις χρονοϊστορίας για τις σεισμικές διεγέρσεις υπολογίζεται η πραγματική απόκριση του κτιρίου που θα αποτελέσει την βάση σύγκρισης για την αξιολόγηση των προσεγγιστικών μεθόδων.     

Αρχικά εξετάζεται η μεθοδολογία ΑΤC-40, όπως προτείνεται στους αμερικανικούς κανονισμούς. Η μεθοδολογία στηρίζεται στο υστερητικό μοντέλο απόσβεσης του Chopra. Εναλλακτικά, και για να διαπιστωθεί η ακρίβεια του συγκεκριμένου μοντέλου,  δοκιμάζονται και άλλα μοντέλα απόσβεσης μέσα στα πλαίσια της ίδιας μεθοδολογίας. Αυτά αφορούν την ισοδύναμη απόσβεση κατά Takeda, ASE και WJE. Επίσης, στην μεθοδολογία ΑΤC-40 δοκιμάζεται εναλλακτικά μια pushover ανάλυση, όπου το διάνυσμα των πλευρικών δυνάμεων δεν παραμένει σταθερό, αλλά μεταβάλλεται ανάλογα με την δυναμική συμπεριφορά της κατασκευής (adaptive pushover).     

Από τις μεθόδους που λαμβάνουν υπόψη και την συμμετοχή των ανώτερων ιδιομορφών πρώτα παρουσιάζεται και εφαρμόζεται η Ιδιομορφική Ανάλυση Pushover. Αυτή πρακτικά εφαρμόζει την μεθοδολογία του ΑΤC-40 και στις ανώτερες ιδιομορφές, υπολογίζει την απόκριση για κάθε μια χωριστά, και στο τέλος τις συνδυάζει με τον κανόνα SRSS. Η βασική διαφορά με την μεθοδολογία ΑΤC-40 είναι ότι ο υπολογισμός της απόκρισης στηρίζεται στην πλαστιμότητα και όχι στην απόσβεση της κατασκευής. Η πλαστιμότητα υπολογίζεται μέσα από μια επαναληπτική διαδικασία στα ανελαστικά φάσματα πλαστιμότητας. Η Ιδιομορφική Ανάλυση Pushover εφαρμόστηκε για δύο επίπεδα σεισμικών διεγέρσεων.     

Η δεύτερη μέθοδος που λαμβάνει υπόψη της τις ανώτερες ιδιομορφές είναι η Τροποποιημένη Μέθοδος Ν2. Βασίζεται στην Μέθοδο Ν2 που έχει παρουσιαστεί από τον Fajfar και αφορά την απόκριση της πρώτης ιδιομορφής. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας επεκτείνεται πειραματικά και στις ανώτερες ιδιομορφές. Η φιλοσοφία της μοιάζει πολύ με την Ιδιομορφική Ανάλυση Pushover, αν και υπάρχουν δύο σημαντικές διαφορές. Η πρώτη αφορά τον συντελεστή κράτυνσης α που εδώ απλοποιητικά αγνοείται η επίδραση του και θεωρείται μηδέν, και η δεύτερη έχει να κάνει με τα ανελαστικά φάσματα πλαστιμότητας που έχουν αντικατασταθεί από τις προσεγγιστικές σχέσεις Rμ-μ-Τ. Η χρήση των τελευταίων μειώνει σημαντικά τον υπολογιστικό φόρτο.     

Στην συνέχεια εφαρμόζονται οι απλοποιημένες μέθοδοι για τον υπολογισμό της σεισμικής απόκρισης. Αρχικά εφαρμόζεται ο κανόνας των Ίσων Μετακινήσεων που προβλέπει ίσες μετακινήσεις μεταξύ ελαστικού και ανελαστικού συστήματος. Ακολουθούν οι μέθοδοι των Miranda, Chopra-Chintanapakdee, Gupta-Krawinkler και Garcia-Miranda. Όλες αυτές στηρίζονται στην ελαστική απόκριση του συστήματος και με χρήση κατάλληλων συντελεστών, υπολογίζουν την ανελαστική μετατόπιση της κατασκευής. Οι συντελεστές, που έχουν προκύψει από στατιστικές αναλύσεις, σχετίζονται με τον βαθμό της ανελαστικής συμπεριφορά της κατασκευής και είναι συνάρτηση της ιδιοπεριόδου της κατασκευής, της πλαστιμότητας και του συντελεστή κράτυνσης.     

Η σύγκριση των παραπάνω μεθόδων τόσο μεταξύ τους όσο και με τις αναλύσεις χρονοϊστορίας αναδεικνύει εκτός από την ακρίβεια τους και τις αδυναμίες τους ή τις δυσκολίες στην εφαρμογή τους. Οι προσεγγιστικές μέθοδοι αξιολογούνται και ανάλογα με το αν το σφάλμα που δίνουν είναι υπέρ ή κατά της ασφαλείας.