Ο σεισμός είναι ένα φαινόμενο το οποίο εκδηλώνεται συνήθως χωρίς προειδοποίηση, δεν μπορεί να αποτραπεί και παρά τη μικρή χρονική διάρκειά του, μπορεί να προκαλέσει μεγάλες ζημιές στις υποδομές με επακόλουθα τραυματισμούς, απώλειες ανθρώπινων ζωών, ρευστοποίηση εδαφών, καταπτώσεις βράχων και δημιουργία θαλάσσιων κυμάτων (τσουνάμι). Για το λόγο αυτό πλήθος ερευνών διεξάγονται προκειμένου να προσεγγιστεί η απόκριση των κατασκευών σε δυναμικές φορτίσεις.

Δομικά συστήματα ή αντικείμενα στα οποία η σημαντική παράμετρος της απόκρισης υπό δυναμικές φορτίσεις δεν είναι η παραμόρφωση του υλικού αλλά η μετακίνηση της κατασκευής είναι αυτά που εξετάζονται στην παρούσα εργασία. Τέτοια δομικά συστήματα (αρχαία μνημεία, μουσειακά εκθέματα, έπιπλα κ.α.) από «ισχυρά» υλικά θεωρούνται άκαμπτα ή σχεδόν άκαμπτα και εδράζονται ελεύθερα στη βάση τους. Συνήθως, η κινήση τέτοιων σωμάτων είτε στο επίπεδο είτε στο χώρο όταν αυτά υποβληθούν σε εξωτερική διέγερση ισοδυναμεί με κίνηση απολύτως στερεού σώματος. Στην περίπτωση, όμως, σωμάτων που δεν μπορούν να θεωρηθούν απόλυτα άκαμπτα και οι μετακινήσεις δεν οφείλονται αποκλειστικά σε κίνηση στερεού σώματος αλλά και σε μετακινήσεις λόγω κάμψης τα πράγματα γίνονται περίπλοκα. Ως αποτέλεσμα, η συμπεριφορά τέτοιων αντικειμένων, σωμάτων ή δομικών στοιχείων που εδράζονται ελεύθερα και που πολλές φορές αποτελούν πολιτισμική κληρονομιά χρήζει αντικείμενο μελέτης. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της σεισμικής απόκρισης ελεύθερα εδραζομένων σωμάτων είτε άκαμπτων είτε εύκαμπτων σε σχεδόν άκαμπτη επιφάνεια και στόχος η δημιουργία μοντέλων και η προσέγγιση της συμπεριφοράς κάτω από σεισμικές διεγέρσεις.

Στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται οι διαφορετικοί τρόποι απόκρισης ενός σώματος ελεύθερα εδραζόμενου υπό μια σεισμική διέγερση. Αποδεικνύεται ο λόγος για τον οποίο η ολίσθηση αμελείται στην παρούσα εργασία, οι δυο διαφορετικοί τρόποι ανατροπής ενός σώματος καθώς και ο ορισμός της λικνιστικής συμπεριφοράς που είναι και το αντικείμενο της εργασίας.

Το κεφάλαιο 2 περιλαμβάνει την αναγνώριση του προβλήματος του λικνισμού άκαμπτων σωμάτων ελεύθερα εδραζόμενων σε άκαμπτη επιφάνεια, την επίλυση της εξίσωσης κίνησης, τη γραμμικοποίηση της εξίσωσης κίνησης και τη δυνατότητα επίλυσης αυτής με τη βοήθεια ενός solver που διατείθεται στη MATLAB. Στόχος ήταν η δημιουργία μοντέλων που θα προσεγγίζουν τη συμπεριφορά αυτή χωρίς τη μοντελοποίηση του φορέα με τετρακομβικά πεπερασμένα στοιχεία πράγμα που οδηγεί σε  χρονοβόρες αναλύσεις. Για το σκοπό αυτό παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 2 τα μοντέλα που δημιουργήθηκαν στο λογισμικό OpenSees και η απόκρισή τους συγκρίνεται με την απόκριση από την επίλυση της εξίσωσης κίνησης. Η προσομοίωση έγινε με 4 διαφορετικούς ταλαντωτές, χρησιμοποιήθηκαν beam-column elements συνδεόμενα στη βάση με ένα στροφικό ελατήριο για το οποίο εξαετάστηκαν δύο διαφορετικοί νόμοι ροπής-στροφής. Για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκαν δυναμικές αναλύσεις με διάφορους παλμούς και πραγματικές σεισμικές καταγραφές, έγινε σύγκριση των καμπυλών Pushover, των μετακινήσεων και των ροπών ανατροπής.

Στο κεφάλαιο 3 έγινε μια διερεύνηση σχετική με την απώλεια ενέργειας που συμβαίνει κατά την κίνηση ενός λικνιζόμενου δομικού συστήματος. Έχουν προταθεί κατά καιρούς διαφορετικοί τρόποι προσέγγισης του θέματος οι οποίοι εξετάστηκαν και αναλύθηκαν. Αρχικά, η απώλεια ενέργειας προσεγγίστηκε με έναν αποσβεστήρα τοποθετημένο στη βάση του στύλου και προσφέροντας συνεχή απόσβεση. Στη συνέχεια εξετάστηκε η περίπτωση της αριθμητικής απόσβεσης (numerical damping) και της προσομοίωσης της απόσβεσης σύμφωνα με τον κανονισμό FEMA-356. Αυτό που αξίζει να σημειωθεί είναι το γεγονός πως απώλεια ενέργειας σε τέτοια δομικά συστήματα συμβαίνει μόνο κατά τις στιγμές της κρούσης του σώματος στην επιφάνεια. Για το λόγο αυτό, αν και από τις προηγούμενες προσομοιώσεις   προκύπτουν ικανοποιητικά αποτελέσματα, αναζητήθηκε ένας τρόπος στιγμιαίας απόσβεσης τη στιγμή της κρούσης. Έτσι τροποποιήθηκαν τα απλοποιητικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων του κεφαλαίου 2, συσχετίζοντας τις γωνιακές ταχύτητες των κόμβων με το συντελεστή αποκατάστασης κάθε στιγμή στην οποία λαμβάνει χώρα μια κρούση (event-based damping). Πλήθος αναλύσεων με παλμούς και πραγματικές καταγραφές επιβεβαιώνουν την ορθότητα των αποτελεσμάτων.

Στο κεφάλαιο 4 στόχος ήταν ο έλεγχος του τελευταίου μοντέλου στην περίπτωση των εύκαμπτων σωμάτων και ο υπολογισμός της απόκρισης συμπεριλαμβανομένων των καμπτικών μετακινήσεων. Επιλύθηκε ένα συγκεκριμένο σώμα στο πρόγραμμα Abaqus υπό παλμική και σεισμική διέγερση για την επιβεβαίωση της ορθότητας των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από το μοντέλο 4 ενώ στη συνέχεια έγινε μια παραμετρική ανάλυση όπου και παρουσιάζονται οι διαφορές στην απόκριση μεταξύ ενός εύκαμπτου και άκαμπτου λικνιζόμενου σώματος.

Η παρούσα εργασία αποτελεί ένα τρόπο εκτίμησης και προσέγγισης της σεισμικής συμπεριφοράς σωμάτων που υποβάλλονται σε λικνιστική κίνηση μέσω απλών μοντέλων ενώ οδήγησε σε κρίσιμα συμπεράσματα σχετικά με την κατανοήση ενός τόσο ενδιαφέροντος και ταυτόχρονα περίπλοκου θέματος. Τα συμπεράσματα παρατίθενται στο κεφάλαιο 5 ενώ προτείνονται ιδέες για μελλοντική έρευνα.

Το κεφάλαιο 6 περιλαμβάνει βιβλιογραφικές αναφορές που αποτελούν ένα καλό οδηγό για τη μελέτη παρόμοιων ερευνητικών θεμάτων.