seismic1 έγραψε: 14 Σεπ 2024, 22:23
Μηχανισμός Αστοχίας των Ορθογώνιων Φερόντων Οργανισμών υπό Σεισμικές Δράσεις
Αυτός ο μηχανισμός αστοχίας είναι διατυπωμένος με τρόπο που να εξηγεί τη συμπεριφορά των κατασκευών σε σεισμούς, ενώ παράλληλα τονίζεται η αντοχή και η αδυναμία των ορθογώνιων δομών σε αντίθεση με το ιδανικό σφαιρικό σχήμα.
Ο ιδανικός αντισεισμικός σχεδιασμός ενός φέροντος οργανισμού θα ήταν σφαιρικός, καθώς ένα σφαιρικό σχήμα δεν παρουσιάζει ροπές (Μ) λόγω της έλλειψης κόμβων. Επιπλέον, οι εντάσεις εφελκυσμού (N) εκμηδενίζονται, καθώς κάθε αξονικό φορτίο μετατρέπεται σε θλιπτικό, όπως συμβαίνει στην προένταση. Παράλληλα, δεν αναπτύσσονται τέμνουσες δυνάμεις (Q), αφού η σφαίρα αντιδρά σε κάθε επιτάχυνση του εδάφους όπως ένας τροχός, επιτρέποντας την ομαλή μετατροπή της επιτάχυνσης σε κύλιση. Η κατεύθυνση του σεισμού δεν επηρεάζει τη συμπεριφορά του φέροντος οργανισμού λόγω της γεωμετρικής συμμετρίας του σφαιρικού σχήματος.
Ωστόσο, για αρχιτεκτονικούς και πρακτικούς λόγους, η κατασκευή σφαιρικών κτιρίων δεν είναι εφικτή. Στην πράξη, κατασκευάζονται ορθογώνια κτίρια, τα οποία διαθέτουν τρεις κύριες διαστάσεις: ύψος, πλάτος και μήκος, δηλαδή είναι τρισδιάστατα όπως και ο κόσμος στον οποίο ζούμε. Στα κτίρια αυτά, οι κολόνες, τα τοιχώματα και άλλοι κατακόρυφοι τοίχοι από οπλισμένο σκυρόδεμα λειτουργούν ως τεράστιοι κατακόρυφοι μοχλοβραχίονες, ενώ οι συνδετήριοι δοκοί, οι πλάκες και οι άλλες οριζόντιες δομές σχηματίζουν αντίστοιχα οριζόντιους μοχλοβραχίονες στο επίπεδο του πλάτους και του μήκους.
Οι κατακόρυφοι και οριζόντιοι μοχλοβραχίονες συνδέονται στους κόμβους, σχηματίζοντας γωνίες (L). Κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, οι κατακόρυφοι μοχλοβραχίονες υποβάλλονται σε ροπές, οι οποίες εναλλάσσονται μεταξύ δεξιόστροφης και αριστερόστροφης φοράς, λόγω του λικνίσματος του κτιρίου. Αντίστοιχα, οι οριζόντιοι μοχλοβραχίονες αντιδρούν με αντίρροπες ροπές, μετατρέποντας τις μεγάλες ροπές του ύψους και του πλάτους σε μικρότερες αντίρροπες ροπές στους κόμβους.
Αυτός ο μηχανισμός δημιουργεί σημαντικές τάσεις στις διατομές των τοιχωμάτων και των δοκών, οδηγώντας τελικά σε αστοχία της κατασκευής. Οι τέμνουσες δυνάμεις που αναπτύσσονται στους κόμβους και στις διατομές οδηγούν σε ρήξεις και καταστροφή των στοιχείων της δομής, προκαλώντας την κατάρρευση του κτιρίου υπό συνθήκες έντονης σεισμικής δραστηριότητας.
Μέθοδοι υφιστάμενων αντισεισμικών σχεδιασμών.
1. Πλαστιμότητα και ικανοτικός σχεδιασμός
Σε αυτή την τεχνολογία αντισεισμικού σχεδιασμού αρκούνται να διαχειρίζονται την αστοχία χρησιμοποιώντας την πλαστημότητα και τον ικανοτικό σχεδιασμό.
Σύμφωνα με τους σύγχρονους κανονισμούς, ο αντισεισμικός σχεδιασμός των κτιρίων γίνεται με βάση τις απαιτήσεις του ικανοτικού σχεδιασμού και πλαστιμότητας. Η αναπόφευκτη ανελαστική συμπεριφορά υπό ισχυρή σεισμική διέγερση κατευθύνεται σε επιλεγμένα στοιχεία και μηχανισμούς αστοχίας.
Ειδικότερα, η έλλειψη ικανοτικού σχεδιασμού των κόμβων και η σαφώς περιορισμένη πλαστιμότητα των στοιχείων οδηγούν σε ψαθυρές μορφές αστοχίας.
Η Πλαστιμότητα των δομικών στοιχείων και των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα χαρακτηρίζεται από την ικανότητα τους να παραμορφώνονται πέραν του ορίου διαρροής, χωρίς να απομειώνεται σημαντικά η αντοχή τους
Σύμφωνα με την § 5.2.1 του ΕΚ8 υπάρχει επιλογή σχεδιασμού της διαθέσιμης πλαστιμότητας του κτιρίου.
Τα κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος ( Ο.Σ ) μπορούν να μελετηθούν με δύο διαφορετικές μεθόδους σχεδιασμού.
α) Να σχεδιαστούν διαθέτοντας την αναγκαία πλαστιμότητα που σημαίνει να διαθέτουν την απαιτούμενη - αναγκαία ικανότητα να καταναλώνουν σεισμική ενέργεια, χωρίς όμως να χάνουν την αντοχή τους σε όλες τις φορτίσεις κατά το λίκνισμα του σεισμού.
β) Να σχεδιαστούν διαθέτοντας μικρή πλαστιμότητα δηλαδή χαμηλή ικανότητα κατανάλωσης ενέργειας, αλλά να διαθέτουν πολύ μεγάλη δυναμική.
ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ
Βασικές αρχές (Κεφ. 4 ΕΑΚ, §4.1.4)
Ο ικανοτικός σχεδιασμός επιδιώκει να εξασφαλιστεί στην κατασκευή η ικανότητα για τη μεγαλύτερη δυνατή απορρόφηση ενέργειας χωρίς ολική ή μερική αστοχία (κατάρρευση).Βασίζεται στην χρήση αποθεμάτων αντοχής της κατασκευής, την ιεράρχηση βλαβών και την εξασφάλιση εκδήλωσης τους με την επιθυμητή σειρά. Κατανομή των βλαβών σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο αριθμό δομικών στοιχείων
Ορισμοί. Π λ α σ τ ι κ έ ς α ρ θ ρ ώ σ ε ι ς : Ονομάζονται τα σημεία (περιοχές) που υφίστανται διαρροή. Διακρίνονται σε «πιθανές» και «ενδεχόμενες».
Κ ρ ί σ ι μ ε ς π ε ρ ι ο χ έ ς ενός στοιχείου ονομάζονται τα τμήματα του στοιχείου εντός των οποίων αναμένεται ότι θα αναπτυχθούν πλαστικές αρθρώσεις κατά το σεισμό.
Συμπέρασμα. Σε αυτόν τον αντισεισμικό σχεδιασμό η περίσσια ενέργεια σεισμού
διαχέεται μέσω της υποχώρησης του οπλισμού χάλυβα και τη θραύση του σκυροδέματος. Όλοι αυτοί οι μηχανισμοί διάχυσης της ενέργειας συνδέονται με βλάβες στα δομικά στοιχεία, και αμφίβολες αντοχές στις μεγάλες επιταχύνσεις. Η ανάπτυξη ανελαστικής δράσης οδηγεί αναπόφευκτα σε δομικές βλάβες, υποδεικνύοντας έτσι ότι πλαστιμότητα = βλάβη, με επακόλουθο κόστος επισκευής, διακοπή λειτουργίας των επιχειρήσεων, και αναπόφευκτη κατάρρευση στις πολύ μεγάλες επιταχύνσεις, πέραν των ορίων αντοχής της μεθόδου η οποία αντέχει μόνο μια συγκεκριμένου μεγέθους επιτάχυνση σχεδιασμού.
Τα πειράματα που έκανα με την υφιστάμενη τεχνολογία αστόχησαν όπως ακριβώς προβλέπει ο ικανοτικός σχεδιασμός και η πλαστιμότητα.
Αυτό σημαίνει ότι ο οπλισμός είναι σωστά τοποθετημένος και οι διατομές σωστά σχεδιασμένες ώστε η αστοχία να είναι ιεραρχικά στοχευμένη σε επιμέρους στοιχεία και μέρη ώστε να μην υπάρξει κατάρρευση.
Στην παρούσα μελέτη, η προτεινόμενη μέθοδος στοχεύει κυρίως στην εξουδετέρωση των αιτίων παραμόρφωσης των τοιχωμάτων και την αναίρεση της μεταφοράς ροπών στις διατομές γύρω από τους κόμβους, που αποτελούν τις κύριες αιτίες κατάρρευσης των κτιρίων κατά τη διάρκεια σεισμικών φορτίσεων.
Οι βασικές αιτίες που προκαλούν παραμόρφωση στα οριζόντια και κατακόρυφα στοιχεία είναι δύο: 1) η ροπή κάμψης του τοιχώματος και 2) η στροφή του τοιχώματος. Η προτεινόμενη μέθοδος εκμεταλλεύεται τις εξωτερικές δυνάμεις που προέρχονται από το έδαφος για την αντιμετώπιση αυτών των φαινομένων. Πιο συγκεκριμένα, η μέθοδος πάκτωσης στο έδαφος στοχεύει:
Στην εξουδετέρωση της στροφής του τοιχώματος.
Στην αύξηση της φέρουσας ικανότητας του εδάφους.
Στην εκτροπή της αδράνειας στο έδαφος.
Στην αποτροπή της μεταφοράς των ροπών στους κόμβους.
Η μέθοδος μετά τάνυσις στοχεύει
Στην αποτελεσματική αντιμετώπιση της τέμνουσας βάσης και των φαινομένων διάτμησης.
Στην αναιρέσει της ροπής κάμψης, μεγαλώνοντας την δυσκαμψία.
Να αποτρέψει την μεταφορά των ροπών στους κόμβους λόγο κάμψης.
Να αυξήσει την δυναμική του τοιχώματος χωρίς να αυξήσει την μάζα του η οποία παρεμπιπτόντως αυξάνει τα σεισμικά και στατικά φορτία και το κόστος.
"Στον προτεινόμενο σχεδιασμό, πέρα από την επιβολή των διατομών σε θλίψη και την πάκτωση στο έδαφος θεμελίωσης, υπάρχουν και άλλοι κρίσιμοι παράγοντες που συμβάλλουν στην αύξηση της φέρουσας ικανότητας της κατασκευής. Αυτοί περιλαμβάνουν:
Την τοποθέτηση γωνιακών τοιχωμάτων και φρεατίων, με σκοπό την αποτελεσματική αντιμετώπιση των μετατοπίσεων προς όλες τις κατευθύνσεις.
Τη βελτίωση της ποιότητας του σκυροδέματος και του εγκάρσιου οπλισμού, καθώς και τη μείωση της διατομής του οπλισμού, προκειμένου να αντέχουν μεγαλύτερα φορτία θλίψης."