Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η ανάλυση και ο βέλτιστος σχεδιασμός συστημάτων σεισμικής μόνωσης τυχαίας κάτοψης κατασκευών. Ακόμα, διερευνάται η συμπεριφορά των συστημάτων σεισμικής μόνωσης, λαμβάνοντας υπόψη τη διακύμανση της γεωμετρικής διάταξης των μονωτήρων. Για το λόγο αυτό ο σχεδιασμός σεισμικά μονωμένων κατασκευών απαιτεί ανάλυση με χρήση άνω και κάτω ορίων στις τιμές των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των συστημάτων σεισμικής μόνωσης.

 

Εικόνα 1 Εφέδρανα εκκρεμούς τριβής (FPS)

Στα πλαίσια της εργασίας αυτής εξετάσθηκαν τα συστήματα εκκρεμούς τριβής (Friction Pendulum Systems ή FPS) (Εικόνα 1) όπου εφαρμόστηκαν σε ένα παράδειγμα μονώροφου μοντέλου τυχαίας γεωμετρίας (Εικόνα 2)και σε ένα εξαώροφο κτίριο που προορίζεται για στέγαση μουσείου(Εικόνα 3).

Εικόνα 2 Παράδειγμα μονώροφου και εξαώροφου μοντέλου

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας αναπτύχθηκε ένα εργαλείο προδιαστασιολόγησης συστημάτων σεισμικής μόνωσης στο Microsoft Excel, το οποίο χρησιμοποιεί ένα κώδικα σε γλώσσα VBA (Visual Basic for Applications). Η ανάλυση μπορεί να γίνει μόνο για εφέδρανα εκκρεμούς τριβής (Friction Pendulum Systems ή FPS) και παρουσιάζει όλες τις πληροφορίες που απαιτούνται, με βάση τους αντίστοιχους κανονισμούς, για την προδιαστασιολόγηση ενός συστήματος υπό δεδομένο επίπεδο φόρτισης. (Εικόνα 3)

 

Εικόνα 3 Ο κώδικας που υπολογίζει τη μετακίνηση σχεδιασμού μεμονωμένου ή περισσότερων όμοιων εφεδράνων FPS

Ο χρήστης οφείλει να επιλέξει και να εισάγει στο πρόγραμμα τις σεισμικές παραμέτρους (φάσμα σχεδιασμού κατά EC8), τα μηχανικά χαρακτηριστικά των εφεδράνων εκκρεμούς τριβής (FPS), τα φορτία που φέρουν (ανάλογα το φορέα που εφαρμόζονται) και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των εφεδράνων όπως ακτίνα καμπυλότητας (R), συντελεστή τριβής (μ). Από το πρόγραμμα αυτό δίνεται η δυνατότητα να λαμβάνουμε τη μετατόπιση της σεισμικής μόνωσης καθώς και όλα τα χαρακτηριστικά για τον μονωτήρα, κάνοντας τους απαραίτητους ελέγχους και περιορισμούς που ορίζονται από τον κανονισμό ΕΝ1337-2 και ΕΝ1337-7.

Επιπλέον, παρέχεται η δυνατότητα βελτιστοποίησης της γεωμετρίας των μονωτήρων με στόχο την ελαχιστοποίηση της κινητικής ενέργειας του συστήματος της σεισμικής μόνωσης. Η βελτιστοποίηση επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός αλγορίθμου βελτιστοποίησης με σμήνος σωματιδίων (ΒΣΣ)(Particle Swarm Optimization, PSO) όπου ορίζονται οι συντελεστές εκείνοι που θεωρούνται κατάλληλοι από τον χρήστη, ανάλογα με την επιθυμητή ακρίβεια.

Εικόνα 4 Περιβάλλον προγράμματος βελτιστοποίησης

Κάνοντας χρήση των εργαλείων που προαναφέρθηκαν γίνεται η προδιαστασιολόγηση της σεισμικής μόνωσης με εφέδρανα FPS μιας εξαώροφης κατασκευής που προορίζεται για στέγαση μουσείου. Η κατασκευή αυτή στη συνέχεια υποβάλλεται σε μια σειρά δυναμικές αναλύσεις, μέσω προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων, όπως ιδιομορφική φασματική ανάλυση και μη γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας υπό δεδομένη σεισμική διέγερση.

Συνοπτικά, δίνεται παρακάτω η δομή της παρούσας εργασίας.

Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στη θεωρία και τις μεθόδους της σεισμικής μόνωσης αλλά και καταγράφονται οι στόχοι που έχει η εφαρμογή της σε μια κατασκευή.

Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η δράση της σεισμικής μόνωσης των κατασκευών και παρουσιάζονται οι διάφοροι τύποι εφεδράνων με μια σύντομη ανάλυση της θεωρίας τους.

Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται τα βήματα σχεδιασμού και ανάλυσης της σεισμικής μόνωσης.

Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται και αναλύονται οι ιδιότητες των εφεδράνων εκκρεμούς τριβής (FPS).

Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο κανονιστικό πλαίσιο υπό το οποίο σχεδιάζονται τα συστήματα σεισμικής μόνωσης και παρουσιάζονται οι περιορισμοί που εισάγουν ορισμένοι κανονισμοί στη διαδικασία διαστασιολόγησης. Οι κανονισμοί που αναφέρονται είναι Ευρωπαϊκοί [EN 1337‐7 (European Standards – Spherical and cylindrical PTFE bearings)]

Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις διαδικασίες βελτιστοποίησης αλλά και στον αλγόριθμο βελτιστοποίησης PSO τόσο στη βασική του μορφή όσο και στις βελτιωμένες προτάσεις που έχουν προταθεί.

Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζεται το εργαλείο προδιαστασιολόγησης του συστήματος σεισμικής μόνωσης και παρουσιάζεται ένα παράδειγμα μονώροφης κατασκευής με σκοπό την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του προγράμματος.

Στο όγδοο κεφάλαιο εφαρμόζεται σεισμική μόνωση σε εξαώροφη κατασκευή και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης τόσο σε επίπεδο προδιαστασιολόγησης όσο και σε επίπεδο δυναμικών φασματικών αναλύσεων και μη γραμμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας.

Στο ένατο κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από το σύνολο των αναλύσεων της παρούσας εργασίας για τις σεισμικά μονωμένες κατασκευές.