Καινοτόμα αντισεισμικά συστήματα FUSEIS με όλκιμους πείρους - Δημακογιάννη, Δανάη (Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2017)
Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της συμπεριφοράς του καινοτόμου αντισεισμικού συστήματος με το όνομα «FUSEIS1-2», το οποίο είναι ικανό να απορροφά μεγάλη ποσότητα σεισμικής ενέργειας μέσω πλαστικής παραμόρφωσης προστατεύοντας το υπόλοιπο κτίριο. Τo σύστημα μπορεί να εφαρμοστεί σε πολυώροφα μεταλλικά ή σύμμικτα κτίρια (έως 10 ορόφων) συνδυάζοντας την αρχιτεκτονική ευελιξία των πλαισίων ροπής με την υψηλή δυσκαμψία των συνδέσμων δυσκαμψίας και προσφέροντας επιπλέον τη δυνατότητα εύκολης τοποθέτησης και επισκευής. Η παραλαβή των σεισμικών φορτίων μπορεί να γίνει είτε εξολοκλήρου από το σύστημα, είτε σε συνεργασία με πλαίσια ροπής (MRF). Το σύστημα αναπτύχθηκε στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος «FUSEIS – Dissipative Devices for Seismic Resistant Steel Frames». Περιλαμβάνει δύο ισχυρούς στύλους σε μικρή απόσταση που συνδέονται με πολλαπλές συσκευές καθ’ ύψος του ορόφου, οι οποίες δε συμμετέχουν στην παραλαβή των κατακόρυφων φορτίων του κτιρίου. Κάθε συσκευή αποτελείται από δυο δοκούς-υποδοχείς, που συνδέονται στο μέσο με πείρους κυκλικής ή ορθογωνικής διατομής. Οι δοκοί-υποδοχείς είναι ισχυρές και δύσκαμπτες και η σύνδεσή τους στα υποστυλώματα του συστήματος άκαμπτη, ώστε το σύστημα να συμπεριφέρεται όμοια με μία κατακόρυφη δοκό Vierendeel. Κατά τη διάρκεια ισχυρής σεισμικής φόρτισης οι πείροι παραμορφώνονται πλαστικά και απορροφούν μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Με ειδική εξασθένιση της διατομής τους στο μέσο η πλαστικοποίηση κατευθύνεται στην περιοχή αυτή, μακριά από τη επιφάνεια επαφής τους με τις μετωπικές πλάκες των δοκών-υποδοχέων, ώστε οι μετωπικές πλάκες και οι δοκοί-υποδοχείς να παραμένουν στην ελαστική περιοχή. Λόγω του μικρού μεγέθους και του μεγάλου αριθμού των «ανταλλακτικών» πείρων, η παραγωγή, τοποθέτηση και αντικατάσταση/επισκευή των συσκευών είναι σχετικά απλή, γρήγορη και χαμηλού κόστους. Με κατάλληλη επιλογή των διατομών και του μήκους των πείρων εντός του ορόφου ή μεταξύ των ορόφων παρέχεται στο μελετητή η δυνατότητα να καθορίσει την αλληλουχία πλαστικοποίησης τους. Έτσι η επιλογή των πείρων ακολουθεί την αύξηση της τέμνουσας ορόφου από την οροφή στη βάση του κτιρίου. Επιπλέον, με κατάλληλο σχεδιασμό το σύστημα μπορεί σχεδόν να επαναφέρει το κτίριο στην αρχική του θέση με μικρές παραμένουσες παραμορφώσεις έπειτα από μία σεισμική καταπόνηση και να εξασφαλίσει ότι το κτίριο θα παραμείνει λειτουργικό. Η μελέτη του συστήματος περιλαμβάνει αριθμητικές και πειραματικές διερευνήσεις της συμπεριφοράς του. Κατά τις πειραματικές διερευνήσεις ελέγχθηκαν υπό μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση τόσο μεμονωμένες συσκευές με πείρους κυκλικής διατομής και δοκούς-υποδοχείς κοίλης διατομής όσο και ολόκληρο το σύστημα με τις συσκευές σε πραγματική κλίμακα. Οι αναλυτικές διερευνήσεις πραγματοποιήθηκαν πριν αλλά και κατά τη διάρκειά των δοκιμών με δύο βασικούς στόχους: τον προσδιορισμό της πραγματικής ικανότητας του συστήματος για το σχεδιασμό της πειραματικής διάταξης και την ανάπτυξη κατάλληλων μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων (FEΜ) προς βαθμονόμηση βάσει των δοκιμών. Από τα αποτελέσματα των παραπάνω αναλύσεων συντάχθηκε ο Οδηγός Σχεδιασμού (Design Guide) που περιλαμβάνει τη μεθοδολογία και όλες τις απαραίτητες οδηγίες για τον αντισεισμικό σχεδιασμό κτιρίων με το σύστημα «FUSEIS1-2» αλλά και για την πρόβλεψη των αναμενόμενων μηχανισμών πλαστικοποίησης και κατανομής της βλάβης. Η μεθοδολογία επιβεβαιώθηκε μέσω γραμμικών και μη γραμμικών στατικών και δυναμικών αναλύσεων πλαισίων πραγματικών κτιρίων με το σύστημα «FUSEIS1-2». Ο Οδηγός Σχεδιασμού βασίστηκε στις διατάξεις των Ευρωκωδίκων με κατάλληλες τροποποιήσεις σε ορισμένες από αυτές, για να ληφθούν υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των συσκευών του συστήματος και περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα στοιχεία για να μπορέσει να ενταχθεί το σύστημα στους αντισεισμικούς κανονισμούς.