Διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς προκατασκευασμένων κτιρίων με πανέλα πλαγιοκαλύψεων από οπλισμένο σκυρόδεμα σταθερά συνδεδεμένων με το φέροντα οργανισμό - Ντάσκας, Ιωάννης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2016)
Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Εργασία γίνεται μια προσπάθεια διερεύνησης της σεισμικής απόκρισης ενός τυπικού κτιρίου από προκατασκευασμένα στοιχεία, ανάλογα με τη διάταξη των, σταθερά συνδεδεμένων με το φέροντα οργανισμό, πανέλων πλαγιοκαλύψεων στις πλευρές του. Η κατασκευή που επιλέγεται προς διερεύνηση είναι ένα τυπικό μονώροφο βιομηχανικό κτίριο, διότι αποτελεί ένα μεγάλο ποσοστό των προκατασκευασμένων κτιρίων (άρα τα συμπεράσματα που θα προκύψουν έχουν και πρακτική χρησιμότητα), και, επιπλέον, έχει σχετικά απλή προσομοίωση, που οδηγεί σε πιο αξιόπιστα αποτελέσματα. Σε κατασκευές σαν κι αυτή τα πανέλα πλαγιοκαλύψεων έχουν διαφορετικές χωρικές κατανομές ή διατάξεις (κατακόρυφη/οριζόντια) ή μεγέθη, αφού, ανάλογα με το σχεδιασμό, είναι απαραίτητη η δημιουργία ανοιγμάτων για την κάλυψη των εκάστοτε αναγκών (π.χ. διέλευση ανθρώπων, οχημάτων, φυσικός φωτισμός, φυσικός εξαερισμός, κ.λ.π.). Είναι φανερό, λοιπόν, πόσο σημαντική και πρακτική είναι η γνώση της ενδεχόμενης μεταβολής της συμπεριφοράς τέτοιων, ευρείας χρήσης, κτιρίων σε σεισμικές καταπονήσεις, ανάλογα με το μέγεθος και τη θέση των πανέλων πλαγιοκαλύψεων, άρα και των ανοιγμάτων. Επομένως, στόχος της παρούσας εργασίας είναι να εξαχθούν γενικότερα συμπεράσματα που να αποτελέσουν ένα χρήσιμο εργαλείο στην καταλληλότερη επιλογή της κατανομής των φερόντων πανέλων στις πλευρές του προκατασκευασμένου κτιρίου, κατά το σχεδιασμό του. Στα πλαίσια της στόχευσης αυτής και για λόγους σύγκρισης, εξετάζεται και η περίπτωση που τα πανέλα θεωρούνται μέρος του συστήματος επένδυσης και δε συμμετέχουν στην ανάληψη φορτίων. Η διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης του κτιρίου γίνεται με χρήση των ακόλουθων τριών μεθόδων: α) Ιδιομορφική ανάλυση β) Στατική μη-γραμμική ανάλυση (pushover) γ) Δυναμική μη-γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας (time-history) Για κάθε μια από τις παραπάνω, δημιουργούνται αντίστοιχα μοντέλα προσομοίωσης, που αναπαριστούν όσο πιο αντιπροσωπευτικά γίνεται την πραγματική συμπεριφορά που αναμένεται να έχει η κατασκευή κατά τις αναλύσεις αυτές, καθώς και τα επιβαλλόμενα, κάθε φορά, φορτία. Το πρόγραμμα που χρησιμοποιείται για τη διενέργεια των αναλύσεων είναι το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων SAP2000v.15. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στα αποτελέσματα της δυναμικής μη-γραμμικής (time-history) και ακολούθως σε αυτά της στατικής μη-γραμμικής ανάλυσης (pushover). Επιπλέον, για την αποτύπωση της πραγματικής απόκρισης που αναμένεται να έχει το κτίριο, γίνεται μια προσαρμογή των ιδιοτήτων των συνδέσεων των πανέλων σε πραγματικές τιμές (από πειράματα), με τη βοήθεια κατάλληλων μοντέλων, προκειμένου να εξαχθούν οι νόμοι ροπών-στροφών για αυτές. Κατά τη διαδικασία αυτή και για την κάλυψη τυχόν αβεβαιοτήτων, γίνεται μια επιπλέον διερεύνηση στον τρόπο και το μέγεθος που η αλλαγή της κάθε εξεταζόμενης (για την προσαρμογή) παραμέτρου, επηρεάζει την καμπύλη ικανότητας των μοντέλων προσαρμογής. Η παρούσα Μεταπτυχιακή Εργασία έχει την ακόλουθη δομή: Στο 1ο Κεφάλαιο παρατίθενται κάποια θεωρητικά στοιχεία περί προκατασκευών που κρίνεται σκόπιμο να αναφερθούν, προκειμένου να υπάρχει το θεωρητικό υπόβαθρο που θα καταστήσει πιο κατανοητό το αντικείμενο που πραγματεύεται η συγκεκριμένη εργασία, μέσω της περιγραφής των ιδιοτήτων και των συμπεριφορών που αναμένεται να αναπτυχθούν από τα στοιχεία της κατασκευής. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο αυτό, αφού γίνει μια εισαγωγή περί προκατασκευής και προκατασκευασμένου σκυροδέματος, αναλύονται τα στοιχεία προκατασκευής, τα προκατασκευασμένα πανέλα, τα συστήματα προκατασκευής, οι συνδέσεις, τα προκατασκευασμένα κτίρια από σκυρόδεμα, ο τρόπος παραγωγής των στοιχείων και κατασκευής των έργων, καθώς και οι αστοχίες που συνήθως προκύπτουν. Πέρα από τα γενικά στοιχεία που αναφέρονται ως θεωρητική γνώση, υπάρχουν και κάποια που είναι εξαιρετικά χρήσιμα για την κατανόηση της συμπεριφοράς του εξεταζόμενου κτιρίου και των επιμέρους στοιχείων του (π.χ. πανέλα πλαγιοκαλύψεων, συστήματα πλαγιοκαλύψεων, συστήματα σταθερής σύνδεσης, αστοχίες από σεισμικές δράσεις, κ.λ.π.). Το 2ο Κεφάλαιο, περιγράφει διεξοδικότερα το σκοπό της εργασίας, όπως παρουσιάστηκε παραπάνω. Στη συνέχεια, γίνεται μια αναλυτική περιγραφή του βιομηχανικού κτιρίου (διαστάσεις κτιρίου, διαστάσεις επιμέρους στοιχείων, τρόπο σύνδεσης στοιχείων, υλικά, κ.λ.π.) και των φορτίσεων που του ασκούνται και πραγματοποιείται μια αρχική διαστασιολόγηση στην κατασκευή. Ακολούθως, παρουσιάζονται και εκθέτονται σχηματικά οι έξι περιπτώσεις διάταξης των πανέλων πλαγιοκαλύψεων που θα εξετασθούν και εξηγούνται οι λόγοι που επιλέγονται. Το 3ο Κεφάλαιο αναφέρεται στη διαστασιολόγηση των συνδέσεων των πανέλων πλαγιοκαλύψεων και του οπλισμού των υποστυλωμάτων. Συγκεκριμένα, αφού γίνει εκτενής παρουσίαση των μοντέλων διαστασιολόγησης όλων των περιπτώσεων διάταξης των πανέλων πλαγιοκαλύψεων (με τις αντίστοιχες σχηματικές απεικονίσεις των προσομοιωμάτων στο SAP2000), τα οποία υποβάλλονται σε φασματικές αναλύσεις, περιγράφεται με λεπτομέρεια η διαδικασία διαστασιολόγησης και παρατίθενται αναλυτικά τα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτή, για κάθε στοιχείο σύνδεσης και υποστύλωμα, κάθε περίπτωσης. Στο 4ο Κεφάλαιο πραγματοποιείται η πρώτη διερεύνηση με ιδιομορφική ανάλυση. Αφού αναφερθούν κάποια θεωρητικά στοιχεία σχετικά με τη μέθοδο αυτή και τον τρόπο που εφαρμόζεται στην προσομοίωση, παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα που προέκυψαν (με τις παραμορφωμένες εικόνες των μοντέλων) και εξάγονται κάποια συμπεράσματα επί αυτών. Το 5ο Κεφάλαιο αναφέρεται στην προσαρμογή των ιδιοτήτων των συνδέσεων των πανέλων πλαγιοκαλύψεων σε πραγματικά δεδομένα που έχουν προκύψει από πειράματα, προκειμένου στη συνέχεια να εξαχθούν οι σχετικοί νόμοι ροπών-στροφών. Έτσι, αφού προηγηθεί μια αναφορά στο σκοπό αυτής της προσαρμογής και μια αναλυτική περιγραφή των πειραμάτων και των αποτελεσμάτων τους, παρουσιάζονται τα μοντέλα προσομοίωσης των πειραμάτων (τα οποία θα υποβληθούν σε στατικές μη-γραμμικές αναλύσεις). Στη συνέχεια, αναλύεται η διαδικασία προσαρμογής και παρουσιάζονται τα τελικά αποτελέσματα των παραμέτρων που θα ληφθούν, τα οποία χρησιμοποιούνται στο επόμενο Κεφάλαιο. Επιπλέον, διερευνάται κατά πόσο η αλλαγή της κάθε παραμέτρου, επηρεάζει την καμπύλη ικανότητας, καθώς και ποιά ακριβώς είναι η επίδρασή της σε αυτή. Στο 6ο Κεφάλαιο, με βάση τα αποτελέσματα της διαστασιολόγησης (οπλισμοί συνδέσεων) και της προαναφερθείσας προσαρμογής, δημιουργούνται οι νόμοι ροπών-στροφών για όλες τις συνδέσεις πανέλων πλαγιοκαλύψεων που χρησιμοποιούνται στην εργασία αυτή. Συγκεκριμένα, πρώτα γίνεται η προσομοίωση του συστήματος που αντιπροσωπεύει τον επιθυμητό τρόπο σύνδεσης ενός μεμονωμένου πανέλου στο SAP2000, το οποίο θα υποβληθεί σε στατική μη-γραμμική ανάλυση. Ακολούθως, γίνεται η περιγραφή της διαδικασίας και τελικά παρουσιάζονται οι ακριβείς νόμοι ροπών-στροφών που θα οριστούν στις συνδέσεις κατά τις μη-γραμμικές αναλύσεις που θα ακολουθήσουν. Στο 7ο Κεφάλαιο εφαρμόζεται η διερεύνηση με στατική μη-γραμμική ανάλυση (pushover). Αφού προηγηθεί μία σύντομη θεωρητική αναφορά, σχετικά με τη χρήση αυτού του τύπου ανάλυσης, περιγράφεται η μέθοδος προσομοίωσης των μοντέλων του κτιρίου που θα δημιουργηθούν στο SAP2000, για τις 12 αναλύσεις που θα γίνουν. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα, γίνεται σύγκριση μεταξύ τους (με τη βοήθεια κατάλληλων διαγραμμάτων) και εξάγονται τα αντίστοιχα συμπεράσματα. Το 8ο Κεφάλαιο αναφέρεται στη διερεύνηση με δυναμική μη-γραμμική ανάλυση (time-history). Αφού αναφερθούν κάποια θεωρητικά στοιχεία, σχετικά με αυτόν τον τύπο ανάλυσης, παρουσιάζονται οι σεισμικές καταγραφές που επιλέγονται να εφαρμοστούν στη συγκεκριμένη κατασκευή, η μέθοδος προσαρμογής τους στα δεδομένα που είχαν χρησιμοποιηθεί για τη φασματική ανάλυση κατά τη διαστασιολόγηση (με βάση τον Ευρωκώδικα 8), καθώς και τα αποτελέσματά της. Ακολούθως, περιγράφεται η μέθοδος προσομοίωσης των μοντέλων του κτιρίων που θα δημιουργηθούν για τις 144 αναλύσεις που θα πραγματοποιηθούν. Τέλος, παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα, σε κατάλληλους συγκεντρωτικούς πίνακες και διαγράμματα, συγκρίνονται μεταξύ τους και εξάγονται τα ανάλογα ποιοτικά και ποσοτικά συμπεράσματα. Το 9ο Κεφάλαιο, που αποτελεί και τον επίλογο της εργασίας, έχει ανακεφαλαιωτικό χαρακτήρα. Σε αυτό συγκεντρώνονται τα συμπεράσματα από τα αποτελέσματα των διαδικασιών διερεύνησης που χρησιμοποιήθηκαν και εξάγονται κάποια γενικότερα συμπεράσματα σχετικά με την αναγκαιότητα τοποθέτησης πανέλων πλαγιοκαλύψεων σταθερά συνδεδεμένων με το φέροντα οργανισμό, σε μια προκατασκευή από σκυρόδεμα, καθώς και σχετικά με την απόκριση του κτιρίου, ανάλογα με την εκάστοτε διάταξη των πανέλων αυτών.