Αντικείμενο της παρούσης μεταπτυχιακής εργασίας είναι η παρουσίαση δύο τεχνολογιών σφαιρικών εφεδράνων ολίσθησης τύπου εκκρεμούς, αυτών με μονή καμπύλη επιφάνεια και αυτών με πολλαπλές κοίλες επιφάνειες. Παράλληλα, εξετάζεται η απόκρισή τους, υπό σεισμικές διεγέρσεις κοντινού πεδίου. Τα σφαιρικά εφέδρανα ολίσθησης, συνιστούν ένα μέσο σεισμικής μόνωσης, απομόνωσης δηλαδή της ανωδομής από την εδαφική κίνηση κατά τη διάρκεια του σεισμού. Η συμπεριφορά τους είναι τελείως διαφορετική από αυτή των συνήθων ελαστομεταλλικών εφεδράνων.

Στο εισαγωγικό κομμάτι της εργασίας γίνεται μια αναδρομή στον τρόπο εξέλιξης των αντισεισμικών σχεδιασμών παγκοσμίως, όσον αφορά τη φιλοσοφία του εκάστοτε σχεδιασμού. Περιγράφεται η αρχική φιλοσοφία του ελαστικού σχεδιασμού, η μετάβαση στο σχεδιασμό αξιοποιώντας την πλάστιμη συμπεριφορά των υλικών και οι ανάγκες που προέκυψαν και οδήγησαν σε ένα νέο τρόπο σκέψης, αυτόν της σεισμικής μόνωσης.

Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα οφέλη της σεισμικής μόνωσης σαν μέσο αντισεισμικού σχεδιασμού, ο τρόπος που επιτυγχάνονται αυτά, ενώ γίνεται και μια χονδρική αναφορά στον τρόπο συμπεριφοράς των σεισμικά μονωμένων κτηρίων. Επίσης αναφέρονται οι τεχνολογίες σεισμικής μόνωσης που χρησιμοποιούνται, όσον αφορά τα εφέδρανα. Γίνεται διάκριση ανάμεσα στα ελαστομεταλλικά εφέδρανα και τα εφέδρανα ολίσθησης, ενώ τα τελευταία χωρίζονται σε επίπεδα και σφαιρικά.

Τα σφαιρικά πλεονεκτούν έναντι των επιπέδων, γιατί παρέχουν μία δύναμη επαναφοράς κατά την ταλάντωση της κατασκευής. Γίνεται αναλυτική περιγραφή της γεωμετρίας των εφεδράνων FPS και TFPB και παρουσιάζονται τα γενικά χαρακτηριστικά τους. Τέλος, αναφέρονται παραδείγματα κατασκευών παγκόσμιας κλίμακας, όπου χρησιμοποιήθηκε αυτή η τεχνολογία σεισμικής μόνωσης.

Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εμβάθυνση στις ιδιότητες των εφεδράνων. Παρουσιάζονται τα μοντέλα που προσομοιώνουν την υστερητική τους συμπεριφορά και αναφέρονται όλες οι παράμετροι που συμμετέχουν στη διαδικασία της προσομοίωσης. Ορίζεται το κανονιστικό πλαίσιο που διέπει τους μονωτήρες και δίνει το εύρος τιμών των ιδιοτήτων τους, για τις διάφορες διατάξεις που χρησιμοποιούνται, σε εξάρτηση και με τις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη αναφορά στις κατασκευαστικές απαιτήσεις ενός συστήματος μόνωσης και στις ειδικές συνθήκες που πρέπει να ικανοποιούνται, όσον αφορά συγκεκριμένα δομικά στοιχεία του φορέα.

Στο τέταρτο κεφάλαιο, αρχικά αναφέρεται η διαφορετικότητα των σεισμικών διεγέρσεων κοντινού πεδίου. Η περιοχή στην οποία επικεντρώνονται οι βλάβες, κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, είναι συνήθως συγκεντρωμένη γύρω από το ρήγμα και έχει διαστάσεις ανάλογες με την επιφάνεια ρηγμάτωσης. Η περιοχή αυτή ονομάζεται κοντινό πεδίο και κοντά της, η εδαφική κίνηση χαρακτηρίζεται από το φαινόμενο της κατευθυντικότητας. Όταν η ρηγμάτωση κατευθύνεται από το επίκεντρο του σεισμού προς μία θέση, παρουσιάζεται ένα φαινόμενο αντίστοιχο με το Doppler. Η διάρρηξη γίνεται σταδιακά, σε επιμέρους περιοχές του ρήγματος. Κατά τη διάρκεια κάθε τέτοιας διάρρηξης, παράγεται ένας παλμός ταχύτητας που διαδίδεται ως κύμα S, με ταχύτητα ανάλογη της ταχύτητας διάρρηξης. Επειδή η ταχύτητα διάδοσης του κύματος και η ταχύτητα διάδοσης της διάρρηξης είναι παρόμοιες, όταν η διάρρηξη πλησιάζει σε μία θέση, οι παλμοί ταχύτητας των επιμέρους διαρρήξεων προστίθενται και δημιουργούν ένα παλμό ταχύτητας μεγάλου εύρους και μικρής διάρκειας. Οι παλμοί αυτοί παρουσιάζονται κυρίως κάθετα στο ρήγμα.  

Ακολουθεί η περιγραφή του φορέα στον οποίο δοκιμάζονται τα δύο συστήματα μόνωσης. Περιγράφεται η γεωμετρία του φορέα, οι λεπτομέρειες προσομοίωσής του, σύμφωνα με τους ελληνικούς κανονισμούς, οι φορτίσεις και πώς αυτές συμμετέχουν στον υπολογισμό των μαζών.

Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η ιδιομορφική ανάλυση των τριών τύπων πλαισίου, του συμβατικά θεμελιωμένου και των σεισμικά μονωμένων με FPS και TFPB εφέδρανα. Παράλληλα, αναφέρεται διεξοδικά η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των εφεδράνων και την εφαρμογή αυτών, στο λογισμικό ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκε (CSi SAP2000). Πρόκειται για τη μέθοδο ισοδύναμου μονοβάθμιου συστήματος, που αποτελεί μια απλοποιημένη διαδικασία ανάλυσης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε επίπεδο προδιαστασιολόγησης για την προσέγγιση της συμπεριφοράς του μη γραμμικού συστήματος μόνωσης. Με οδηγό τις ιδιότητες των εφεδράνων FPS, διαστασιολογούνται και τα TFPB με σκοπό τη σύγκρισή τους, πάνω σε μια κοινή βάση.

Στο έκτο κεφάλαιο παρατίθεται η δυναμική φασματική ανάλυση των πλαισίων, σύμφωνα με το φάσμα του Ευρωκώδικα 8. Σκοπός είναι η σύγκριση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης αυτής με τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την μέθοδο του ισοδύναμου μονοβάθμιου συστήματος.

Το έβδομο κεφάλαιο περιλαμβάνει τη μη γραμμική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας. Η ανάλυση χρονοϊστορίας αποτελεί μια πολύ ακριβή μέθοδο ανάλυσης των σεισμικά μονωμένων κατασκευών, κατά την οποία η μη γραμμική συμπεριφορά των εφεδράνων εξετάζεται ακροθιγώς, μέσα από τους βρόχους υστέρησης δύναμης-μετακίνησης και την παρακολούθηση των μετατοπίσεων των εφεδράνων, καθ’ όλη τη διάρκεια μιας σεισμικής διέγερσης. Δεκατέσσερις συνολικά χρονοϊστορίες χρησιμοποιούνται στην ανάλυση, οι οποίες χωρίζονται σε δύο ομάδες των εφτά. Στην πρώτη ομάδα οι χρονοϊστορίες περιέχουν παλμό κατευθυντικότητας με περίοδο 3 – 4 sec, ενώ στη δεύτερη ο παλμός έχει περίοδο 1 – 2 sec. Παράλληλα παρουσιάζονται συγκριτικά διαγράμματα της τέμνουσας βάσης και του drift ισογείου, για τις τρεις περιπτώσεις πλαισίων. Επίσης, σε κοινά διαγράμματα αποτυπώνονται οι βρόχοι υστέρησης των δύο εφεδράνων. Η κατανομή των πλαστικών αρθρώσεων στο πακτωμένο πλαίσιο επισημαίνεται για κάθε σεισμό, σε αντίθεση με τα σεισμικά μονωμένα πλαίσια όπου ο αριθμός των πλαστικών αρθρώσεων που ανοίγουν είναι μικρότερος.

Στο όγδοο κεφάλαιο, σχολιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης χρονοϊστορίας και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν, όσον αφορά την αποδοτικότητα της σεισμικής μόνωσης σε περιπτώσεις σεισμών κοντινού πεδίου. Εξετάζεται η επίδραση της περιόδου του παλμού, στην τέμνουσα βάσης, στο drift του ισογείου και στις μετακινήσεις των εφεδράνων. Επίσης, γίνεται μια σύγκριση της συμπεριφοράς των εφεδράνων, για ελαστική και πλάστιμη σχεδίαση της ανωδομής.  

Δείτε τη ΜΕ στη βιβλιοθήκη του ΕΜΠ