Αυτό το άρθρο στο spoiler ξεσκίζει τον σημερινό αντισεισμικό σχεδιασμό
Αν έχετε γνώσεις διαβάστε αν δεν έχετε πάλη διαβάστε για να μάθετε.
Εκτός αν θέλετε να ξεκατινιαζόμαστε .. πάσο.
ΕΡΕΥΝΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΛΥΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ
Μία κατασκευή φέροντος οργανισμού από οπλισμένο σκυρόδεμα όταν είναι σε κατάσταση ηρεμίας κατευθύνει όλα τα φορτία της προς το έδαφος το οποίο αντιστέκεται στα φορτία τις κατασκευής για να επέλθει η επιθυμητή ισορροπία των δυνάμεων.
Όταν γίνεται σεισμός λόγο της αδράνειας της μάζας πλάγιες πρόσθετες δυνάμεις αναπτύσσονται στον φέροντα οργανισμό του κτιρίου.
Το μέγεθος αυτών των πλάγιων δυνάμεων εξαρτάτε από ένα συνδυασμό παραγόντων όπως είναι η επιτάχυνση του εδάφους, το βάρος της μάζας του κτιρίου, το ύψος που βρίσκεται η μάζα από το έδαφος.
Υπάρχουν και άλλοι σημαντικοί παράγοντες που πολλαπλασιάζουν τις ήδη μεγάλες δυνάμεις πάνω στις διατομές των φερόντων στοιχείων όπως είναι η ''διάρκεια'' του σεισμού, ο μοχλοβραχίονας των τοιχωμάτων και υποστυλωμάτων και η ιδιοπερίοδος ( συντονισμός ) εδάφους κατασκευής.
Όταν η συχνότητα εδάφους και κατασκευής συμπέσουν να είναι ίδιες δημιουργείτε ο συντονισμός.
Κατά τον συντονισμό σε κάθε σεισμικό κύκλο λικνίσματος το πλάτος της μετατόπισης ( παραμόρφωσης ) των δοκών και των υποστυλωμάτων μεγαλώνει μέσα στην χρονική διάρκεια προς το άπειρον, με αποτέλεσμα να αστοχούν οι δοκοί τα τοιχώματα και τα υποστυλώματα και η κατασκευή να καταρρέει. Όσο η παραμόρφωση ευρίσκεται μέσα στην ελαστική περιοχή δεν υπάρχει πρόβλημα αστοχίας, διότι η κατασκευή επανέρχεται στην αρχική της θέση χωρίς αστοχίες. Όσο όμως μεγαλώνει η παραμόρφωση των φερόντων στοιχείων αρχίζει να παρουσιάζει ανελαστικές διαρροές ( ρωγμές ) οι οποίες δεν επανέρχονται οπότε δεν κλίνουν και όταν αυτές μεγαλώσουν πολύ ξεπερνώντας το σημείο θραύσεως, και είναι πολλές πάνω στην κατασκευή, τότε η κατασκευή θα καταρρεύσει.
Κατά τον σεισμό πάνω στην δομή του υφιστάμενου φέροντα οργανισμού η πλάγια δύναμη της αδράνειας διασπάτε σε συνιστώσες δυνάμεις οι οποίες αναπτύσσονται πάνω στα φέροντα στοιχεία και τα καταπονούν μέχρι αστοχίας. Αυτές οι συνιστώσες δυνάμεις που δέχονται στις διατομές τους τα φέροντα στοιχεία των δοκών των υποστυλωμάτων και των τοιχωμάτων είναι οι ροπές ( Μ ), ορθές δυνάμεις ( Ν ) ( θλιπτικές και εφελκυσμού ), και τέμνουσες ( Q ) και ευθύνονται για την κατάρρευση των κατασκευών στον σεισμό. Ένας άλλος βασικός παράγοντας αστοχιών είναι ότι ο μηχανισμός συνεργασίας του σκυροδέματος και του χάλυβα που χρησιμοποιούν κατά κόρον σήμερα, αυτός ο μηχανισμός της συνάφειας, παρουσιάζει εκ φύσεως πάρα πολύ σοβαρά προβλήματα που συντελούν στην κατάρρευση των κατασκευών.
Τα προβλήματα που παρουσιάζει αυτός ο μηχανισμός της συνάφειας είναι.
1) Δημιουργεί ''κρίσιμες περιοχές αστοχίας'' όταν κάμπτεται ο κορμός των φερόντων στοιχείων. Αυτό σημαίνει ότι συγκεντρώνει σε μία συγκεκριμένη περιοχή της διατομής όλες τις δυνάμεις και δεν επιτρέπει την ανακατανομή των δυνάμεων σε όλο το σώμα του στοιχείου, με αποτέλεσμα το συγκεκριμένο μέρος της διατομής να αστοχεί μην μπορώντας να αναλάβει αυτές τις δυνάμεις.
2) Η κρίσιμη περιοχή αστοχίας δημιουργείτε πάντα κοντά στα άκρα των φερόντων στοιχείων με αποτέλεσμα να δημιουργεί και διαφορά δυναμικού στην πρόσφυση, αφού η διεπιφάνεια του ενός και του άλλου μέρους πρόσφυσης διαφέρει ως προς το εμβαδόν. Αυτή η διαφορά δυναμικού πρόσφυσης συντελεί στην πρόωρη αστοχία της κατασκευής.
3) Ο μηχανισμός της συνάφειας σε συνεργασία με τον μοχλοβραχίονα των υποστυλωμάτων και των τοιχωμάτων κατεβάζουν μεγάλες ροπές στην διατομή κοντά στην βάση, διότι τις πολλαπλασιάζουν και δημιουργούν την κρίσιμη περιοχή αστοχίας.
4) Ο μηχανισμός της συνάφειας δεν προσθέτει αντοχές στην διατομή του τοιχώματος για να παραλάβει επιτυχώς την τέμνουσα βάσης .
5) Η υπέρ αντοχή του χάλυβα στον εφελκυσμό και η μικρή αντοχή του σκυροδέματος στην διάτμηση οδηγούν στην διάρρηξη του σκυροδέματος επικάλυψης και την εξόλκευση του χάλυβα μέσα από το σκυρόδεμα με αποτέλεσμα να χάνεται η συνεργασία της συνάφειας πρόωρα.
Αυτά τα προβλήματα και άλλα πολλά όπως είναι η αμφίβολη ποιότητα των χαλαρών εδαφών η κατεύθυνση του σεισμού, οι ασύμμετρες κατόψεις καθ ύψος και κατά εμβαδόν, τα μεγάλα ανοίγματα, δημιουργούν πρόσθετα προβλήματα όπως στρεπτομεταφορικές παραμορφώσεις, μαλακούς ορόφους κ.λ.π
Το ερώτημα είναι αν μπορούν αυτά όλα τα προβλήματα των κατασκευών που παρουσιάζονται στον σεισμό να λυθούν.
Αν ρωτήσεις τους πολιτικούς μηχανικούς θα σου πουν ότι τα έχουν λύσει με τον ικανοτικό σχεδιασμό και την πλαστιμότητα.
Αν όμως τους ρωτήσεις πόσο μεγάλη επιτάχυνση και διάρκεια αντέχει ο σχεδιασμός που κάνουν τότε ή θα σηκώσουν τα χέρια ψιλά, ή θα σου πουν ότι αντέχουν μια επιτάχυνση της τάξεως των 0,36 g και με ζημιές μπορεί να αντέξουν και επιτάχυνση της τάξεως του 0,5 g.
Από εκεί και πέρα το χάος.
Ναι αλλά ο μεγαλύτερος σεισμός στον κόσμο έφθασε τα 3 g και ο μεγαλύτερος σεισμός στην Ελλάδα το 1 g Tι θα γίνει αν γίνει ένας σεισμός πάνω από 0,5 g ?
Από τα 0,5 g επιτάχυνση και επάνω με απεριόριστη διάρκεια σεισμικής δράσης, και με ιδιοπερίοδο κατασκευής εδάφους υπάρχει πρόβλημα στον σημερινό σχεδιασμό και ξεκινάει η έρευνα η δική μου η οποία σκοπό έχει να φθάσει τις κατασκευές σε άλλο επίπεδο απόκρισης προς τις σεισμικές μετατοπίσεις.
Ο σχεδιασμός που ερευνώ είναι καινοτόμος και παρουσιάζεται στην επιστημονική κοινότητα ως μια λύση των ανωτέρω προβλημάτων των μελλοντικών ή των υφιστάμενων κατασκευών.
Η μέθοδος εφαρμόζει θλίψη στην διατομή του τοιχώματος ή του φρεατίου χρησιμοποιώντας τεταμένους τένοντες σε όλες τις παρειές τους, οι οποίοι πακτώνονται και ισχυρά στο έδαφος με μηχανισμούς πασσάλων και αγκύρωσεων που διαστέλλονται.
Η μέθοδος θλίψης των παρειών των διατομών και ο μηχανισμός πάκτωσης έχουν τον εξής σκοπό.
Η προένταση συν η πάκτωση των παρειών των τοιχωμάτων από το ανώτατο επίπεδό τους με το έδαφος θεμελίωσης εξασφαλίζει μικρή παραμόρφωση και εξαλείφει τις ορθές δυνάμεις ( N ), τις ροπές ( Μ ) και τις τέμνουσες ( Q ) Εκτρέπει τις εντάσεις αδράνειας μέσα στο έδαφος, αυξάνει την ενεργό διατομή του τοιχώματος, εξασφαλίζει ισχυρό έδαφος θεμελίωσης, διορθώνει τα λοξά βέλη εφελκυσμού, επαναφέρει την κατασκευή στην αρχική της θέσει ακόμα και μετά από ανελαστική διαρροή. Εξασφαλίζει μικρότερη μετατόπιση του εδάφους, οπότε και μικρότερη επιτάχυνση.
Έγινε προκαταρκτική προσομοίωση και αριθμητική διερεύνηση στο Μετσόβιο πολυτεχνείο για να βγουν χρήσιμα συμπεράσματα ως προς την χρησιμότητα της νέας αντισεισμικής τεχνολογίας. Τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά αφού αύξησε σημαντικά την φέρουσα ικανότητα, και την αντοχή προς την τέμνουσα βάσης κατά 31% αν και δεν έγινε η προσομοίωση σωστά όπως η σύμβαση απαιτούσε, με αποτέλεσμα να μην υπολογισθούν επαρκώς τα πραγματικά οφέλη.
Αυτά που δεν έκαναν στην προσομοίωση του συνημμένου και αλλοιώθηκαν τα αποτελέσματα είναι τα εξής.
1) Ο τίτλος της προσομοίωσης αναφέρει ότι θα τοποθετηθεί σε φρεάτιο του φέροντα ενώ στην προσομοίωση τοποθετήθηκε σε όλα τα 9 υποστυλώματα της τριώροφης κατασκευής. Η μέθοδος έχει απόδοση όταν τοποθετείτε σε όλες τις παρειές στα φρεάτια ή σε επιμήκη υποστυλώματα λόγο του διπλού μοχλοβραχίονα που έχουν, αυτόν του ύψους και του πλάτους ο οποίος συντελεί στο να μειώνονται οι ροπές της ανατροπής των τοιχωμάτων.
2) Στην προσομοίωση δεν εφαρμόστηκε η πάκτωση στο έδαφος διότι αυτό που έκαναν ήταν να εφαρμόσουν μόνο φορτία στους κόμβους τις ανώτατης στάθμης. Αυτό ναι μεν αυξάνει την δυσκαμψία των υποστυλωμάτων καθώς και αυξάνει την αντοχή των διατομών προς την τέμνουσα της βάσης, αλλά δεν εκτρέπει τις δυνάμεις μέσα στο έδαφος, αφού δεν υπάρχει πάκτωση, με αποτέλεσμα οι ροπές να οδηγούνται αναπόφευκτα στις διατομές των κόμβων και να τις σπάνε.
3) Τα τοιχώματα λόγο του ότι πακτώνονται από όλες τις παρειές τους με το έδαφος έχουν περισσότερους μηχανισμούς πάκτωσης από ότι διαθέτουν τα υποστυλώματα τα οποία έχουν μικρή τετράγωνη διατομή και δέχονται μόνο έναν τένοντα στο κέντρο της διατομής τους με αποτέλεσμα να μην έχουν την ζητούμενη απόδοση στην προσομοίωση, λόγο του μειωμένου αριθμού των αγκυρώσεων. Από την άλλη τα τοιχώματα είναι πιο δύσκαμπτα από την φύση τους οπότε η παραμόρφωση είναι μικρότερη από ότι με τα υποστυλώματα. Επίσης η αντοχή των τοιχωμάτων προς την τέμνουσα βάσης είναι από την φύση της μεγαλύτερη από αυτή της μικρής διατομής του υποστυλώματος.
Όλοι αυτοί οι συντελεστές οι οποίοι απουσιάζουν από την προσομοίωση αλλοιώνουν τα αποτελέσματα.
Ακόμα ένας σοβαρός συντελεστής σύγκρισης μεταξύ της μεθόδου μου και της πεπατημένης μεθόδου ο οποίος αγνοήθηκε στην προσομοίωση, είναι η υπέρ αντοχή του χάλυβα στον εφελκυσμό και η μικρή αντοχή του σκυροδέματος στην διάτμηση που συντελούν στην πρόωρη διάρρηξη του σκυροδέματος επικάλυψης και την εξόλκευση των ράβδων του χάλυβα, που καταστρέφει την συνεργασία σκυροδέματος και χάλυβα στον μηχανισμό της συνάφειας. Στην προένταση της μεθόδου μου δεν υπάρχει συνάφεια οπότε ούτε αυτό το πρόβλημα.
Φυσικά αγνοήθηκε εντελώς και η αύξηση της ικανότητας του εδάφους θεμελίωσης.
