Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από πειραματική διαδικασία που πραγματοποιήθηκε στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο με τα αποτελέσματα της αριθμητικής προσομοίωσης των φορέων αυτών. Το πείραμα είχε σκοπό τη διερεύνηση του προβλήματος πυλωτής σε υφιστάμενα κτίρια που κατασκευάστηκαν με παλαιότερους κανονισμούς στη χώρα μας. Ενώ στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μια ακριβής προσομοίωση των φορέων αυτών και μια παρουσίαση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν ύστερα από αναλύσεις χρονοϊστορίας και από ανάλυση Pushover.

Ένας σημαντικός αριθμός υφιστάμενων κτιρίων σε σεισμογενείς χώρες, όπως η Ελλάδα, έχουν κατασκευαστεί είτε σύμφωνα με προηγούμενες αντιλήψεις για τον αντισεισμικό σχεδιασμό ή χωρίς την εφαρμογή αντισεισμικών κανονισμών. Εκτός αυτού στη χώρα μας είναι πολύ διαδεδομένη η διαμόρφωση του ισογείου πολυώροφων κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα σε ελεύθερο χώρο πυλωτής. Παρότι όμως αυτού του είδους οι κατασκευές αποτελούν μια καλή αρχιτεκτονική λύση, η συμπεριφορά τους κατά τους σεισμούς είναι γενικώς προβληματική. Συνήθεις είναι οι βλάβες που εμφανίζονται σε αυτά τα κτίρια ακόμη και με μέτριας έντασης σεισμικά φορτία εξαιτίας των μεγάλων και συχνά ανελαστικών, οριζόντιων μετακινήσεων. Στις περιπτώσεις των κτιρίων με πυλωτή μπορούν να καταταγούν και άλλα κτίρια τα οποία δεν έχουν ελεύθερο ισόγειο, έχουν όμως μειωμένες τοιχοπληρώσεις στο ισόγειο σε σχέση με τους ορόφους, όπως παραδείγματος χάρη σε κτίρια με καταστήματα στο ισόγειο.

Μια πειραματική έρευνα που στόχευε στην ανάλυση του τρόπου συμπεριφοράς των κτιρίων που κατασκευάστηκαν με παλαιότερους κανονισμούς στην Ελλάδα (Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός του '59) και είχαν πυλωτή στο ισόγειο πραγματοποιήθηκε στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). Σκοπός της συγκεκριμένης έρευνας ήταν επίσης και η διερεύνηση των επεμβάσεων για την αντιμετώπιση του προβλήματος της πυλωτής. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία καλούμαστε να συγκρίνουμε τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία με τα αποτελέσματα αριθμητικής προσομοίωσης των φορέων αυτών. Τα λογισμικά που θα χρησιμοποιηθούν για το σκοπό αυτό θα είναι το Sap2000 και το Seismostruct.

Κατά την πειραματική διαδικασία κατασκευάστηκαν οκτώ διώροφα επίπεδα πλαίσια σε φυσική κλίμακα. Στην παρούσα εργασία θα μοντελοποιηθούν και θα συγκριθούν τα τρία πρώτα δοκίμια της πειραματικής διαδικασίας, ένα γυμνό πλαίσιο (Δ1), ένα πλαίσιο με τοιχοπληρώσεις από οπτοπλινθοδομή και στους δύο ορόφους (Δ2) και ένα πλαίσιο με πυλωτή το ισόγειο (Δ3).  

Εικόνα 1   Απεικόνιση δοκιμίων, λεπτομέρειες όπλισης και διάταξη μαζών στα δοκίμια

Τα πλαίσια είχαν κατασκευαστεί από σκυρόδεμα ποιότητας C16/20 και οπλίσθηκαν με λείο χάλυβα ποιότητας S220, ενώ κατά την κατασκευή τους εφαρμόστηκαν όλες οι κατασκευαστικές λεπτομέρειες της εποχής. Τα πλαίσια αποτελούνται από υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής και από πλακοδοκούς. Κατασκευάστηκε επίσης τοιχοποιία πλάτους μισής πλίνθου (δρομική). Στην προηγούμενη εικόνα (Εικόνα 1) παρουσιάζονται οι λεπτομέρειες όπλισης, η ακριβής γεωμετρία του φορέα του γυμνού πλαισίου και η διάταξη των πρόσθετων φορτίων που του επιβλήθηκαν.

Κατά την προσομοίωση των δοκιμίων ακολουθήθηκαν ακριβώς οι λεπτομέρειες κατασκευής τους κατά την πειραματική διαδικασία. Ενώ όσον αφορά την τοιχοποιία πλήρωσης ακολουθήθηκε διαφορετική πορεία μοντελοποίησης στα δύο λογισμικά. Στο Sap η τοιχοποιία προσομοιώθηκε ως διαγώνια ράβδος σύμφωνα με όσα ορίζονται στον Κανονισμό Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.) ενώ στο Seismostruct προσομοιώθηκε σύμφωνα με το μοντέλο του Crisafulli. Στον ακόλουθο πίνακα παρουσιάζονται μερικά από τα βασικότερη μεγέθη που επιλέχθηκαν κατά την προσομοίωση. 

 Αφού μοντελοποιήθηκαν οι φορείς, πραγματοποιήθηκε ιδιομορφική ανάλυση για να υπολογιστούν οι ιδιοπερίοδοι των κατασκευών, οι ιδιομορφές τους και τα ποσοστά των ιδιομορφικών μαζών. Ενώ τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν και με τα αποτελέσματα που είχαν προκύψει από το πείραμα μέσω δοκιμών σταθερής επιτάχυνσης λογαριθμικής σάρωσης συχνοτήτων. Στη συνέχεια παρουσιάστηκαν τα διαγράμματα εντατικών μεγεθών των φορέων υπό στατικά φορτία .

Επίσης, στα πλαίσια επιβλήθηκε μονοαξονική χρονοϊστορία επιτάχυνσης εντός του επιπέδου τους. Η χρονοϊστορία αυτή αποτελεί την Ε-W συνιστώσα του σεισμού του Γρίβα, ο οποίος καταγράφηκε στην Έδεσσα. Παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα που εξάγονται από την ανάλυση χρονοϊστορίας για τα πλαίσια (σχετικές μετακινήσεις ορόφων, μέγιστη τέμνουσα βάσης, φάσματα απόκρισης).

Τέλος, πραγματοποιήθηκε ανάλυση Pushover στα πλαίσια αφού ορίσθηκαν οι πιθανές θέσεις σχηματισμού των πλαστικών αρθρώσεων και αφού καθορίστηκε η συμπεριφορά της διατομής που αναμένεται να πλαστικοποιηθεί σύμφωνα με όσα ορίζονται στον ΚΑΝ.ΕΠΕ. Πραγματοποιήθηκε αναλυτικός υπολογισμός της ροπής διαρροής Μ_y, της απομένουσας αντοχής Μ_res και υπολογίστηκαν επίσης  η γωνία στροφής χορδής στην καμπτική διαρροή θ_y και κατά την αστοχία θ_u.

Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν των αναλύσεων, μπορέσαμε να συμπεράνουμε ότι οι τοιχοπληρώσεις δεν έχουν αμελητέα δυσκαμψία και αντοχή, αλλά αντιθέτως η παρουσία τους μεταβάλλει ουσιαστικά τα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής, καθώς και τη συνολική σεισμική συμπεριφορά της. Οι οριζόντιες μετακινήσεις, οι στροφές αλλά και οι μέγιστες σχετικές μετακινήσεις των ορόφων του φορέα με τοιχοπληρώσεις εμφανίζονται αρκετά μικρότερες από τις αντίστοιχες του γυμνού πλαισίου. Από την άλλη πλευρά, στον φορέα με πυλωτή το ισόγειο εμφανίζεται σημαντική διαφοροποίηση στη μορφή της ταλάντωσης, καθώς φαίνεται ότι τα ανωτέρω ζυγώματα του φορέα που έχουν τοιχοπληρώσεις μετακινούνται σαν ένα ενιαίο στερεό σώμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ύπαρξη τοιχοπληρώσεων εμποδίζει την ανάπτυξη ανελαστικών παραμορφώσεων στο πλαίσιο με αποτέλεσμα όλες οι παραμορφώσεις να συγκεντρώνονται στον μη τοιχοπληρωμένο όροφο.