« Δυναμική ανάλυση και ιδιοπερίοδοι φορέα Εφαρμογές »

 

Σεισμικές εντάσεις

Από τη δυναμική ανάλυση του φορέα, για σεισμική διέγερση κατά X με κάποια μέθοδο (π.χ. με τη CQC που εφαρμόζει και το συνοδευτικό λογισμικό), προκύπτουν οι σεισμικές επιταχύνσεις aXX, aXY, aXZ [*]NoteNote Σεισμική επιτάχυνση aXX σημαίνει επιτάχυνση κατά X που έχει προκύψει από σεισμική διέγερση κατά X, aXY σημαίνει επιτάχυνση κατά Y που έχει προκύψει από σεισμική διέγερση κατά X και aXΖ επιτάχυνση κατά Ζ που έχει προκύψει από σεισμική διέγερση κατά X. κάθε διαφράγματος, με σημείο εφαρμογής το κέντρο μάζας τους. Για τους κόμβους που δεν ανήκουν σε κάποιο διάφραγμα, όπως οι κόμβοι της γωνιακής κολόνας του κτιρίου του παραδείγματος, υπολογίζονται οι σεισμικές επιταχύνσεις με σημείο εφαρμογής τον κόμβο.


Εικόνα 6.3.1-1: Δεκαώροφο κτίριο μικτού συστήματος. Διαφραγματικοί κόμβοι και μη.Μελέτη <B_547-2>
Εικόνα 6.3.1-1: Δεκαώροφο κτίριο μικτού συστήματος. Διαφραγματικοί κόμβοι και μη.Μελέτη <B_547-2>

Σεισμός κατα X

Μάζες

a/g

H[kN]

V[kN]


Εικόνα 6.3.1-2: Σελίδα από την εκτύπωση του λογισμικού.Κατανομή σεισμικών Επιταχύνσεων-Δυνάμεων-Τεμνουσών
Εικόνα 6.3.1-2: Σελίδα από την εκτύπωση του λογισμικού.Κατανομή σεισμικών Επιταχύνσεων-Δυνάμεων-Τεμνουσών

Οι σεισμικές δυνάμεις HXX, HXY και HXZ ενός κόμβου προκύπτουν από τον πολλαπλασιασμό των σεισμικών επιταχύνσεων του κόμβου επί τη μάζα που αντιστοιχεί σ’ αυτόν. Για σεισμό κατά X, οι σεισμικές επιταχύνσεις και δυνάμεις, δεν είναι κατ’ ανάγκη μόνο κατά X, αλλά γενικά έχουν συνιστώσα και κατά Y και κατά Z. Τα αντίστοιχα ισχύουν και για την διεύθυνση Y.

Σεισμικές δυνάμεις, τέμνουσες, ροπές

Οι σεισμικές επιταχύνσεις είναι τα άμεσα υπολογιζόμενα μεγέθη από τη φασματική δυναμική ανάλυση μετά από επαλληλία των ιδιομορφικών τους μεγεθών με τη μέθοδο CQC. Η μέθοδος CQC, δίνει πάντοτε μεγέθη θετικά, επειδή είναι η τετραγωνική ρίζα ενός αθροίσματος ιδιομορφικών μεγεθών. Η έλλειψη προσήμου επιτρέπει τη σύγκριση μεταξύ τους μόνο ως προς την απόλυτη τιμή. Απαιτείται όμως και το πρόσημο, π.χ. για τον υπολογισμό των δυνάμεων και από εκεί των κέντρων ελαστικής στροφής, οπότε μία καλή επιλογή είναι να δίνεται στο μέγεθος το πρόσημο της κυρίαρχης ιδιομορφής, δηλαδή της ιδιομορφής με τη μεγαλύτερη συμμετοχή ενεργής ή ταλαντευόμενης μάζας (effective mass).

Στο συνοδευτικό λογισμικό χρησιμοποιούνται δύο φασματικές μέθοδοι υπολογισμού των εντατικών μεγεθών:

1η μέθοδος : CQC Σεισμικών Επιταχύνσεων/Δυνάμεων

Με τη μέθοδο αυτή, οι μάζες θεωρούνται στα κέντρα μάζας των διαφραγμάτων και ελλείψει διαφραγμάτων στους ακραίους κόμβους των στοιχείων. Υπολογίζονται με CQC οι σεισμικές επιταχύνσεις ai,j στις διάφορες ανεξάρτητες θέσεις i του φορέα (δηλαδή στα κέντρα μάζας των διαφραγμάτων και στους μη διαφραγματικούς κόμβους) για σεισμούς κατά την διεύθυνση j .Έτσι προκύπτουν οι αντίστοιχες σεισμικές δυνάμεις Hi,j= ai,j · mi στις διάφορες ανεξάρτητες θέσεις i του φορέα και κατά τις σεισμικές διευθύνσεις j= Χ, j=Υ και j=Ζ. Με βάση τις σεισμικές δυνάμεις, υπολογίζονται με κλασική στατική τα εντατικά μεγέθη κάθε συνδυασμού.

Η μέθοδος αυτή είναι προεπιλεγμένη στο πρόγραμμα (αλλά μπορεί να την αλλάξει ο χρήστης), επειδή έχει το πλεονέκτημα ότι τα πρόσημα των εντάσεων είναι συμβατά με αυτά της κλασικής στατικής, την οποία έχουν σαν βάση και αναφέρονται σ’ αυτήν οι EC8 και EC2.

2ημέθοδος : CQC όλων των Μεγεθών

Με τη μέθοδο αυτή υπολογίζονται με CQC όλα τα σεισμικά μεγέθη, δηλαδή δυνάμεις, μετακινήσεις, ροπές, τέμνουσες με πρόσημο, το πρόσημο του αντίστοιχου ιδιομορφικού μεγέθους της κυρίαρχης ιδιομορφής.

Και στις δύο μεθόδους, χρειάζεται η φασματική δυναμική ανάλυση με εφαρμογή των μαζών στο κέντρο μάζας των διαφραγμάτων. Στη δεύτερη μέθοδο απαιτούνται επιπλέον 4 δυναμικές αναλύσεις με εφαρμογή των μαζών στα 4 σημεία των τυχηματικών εκκεντροτήτων ( βλέπε την επόμενη §6.5). Βέβαια, στην πραγματικότητα, οι τυχηματικές εκκεντρότητες αναφέρονται στις σχετικές μετακινήσεις κέντρου μάζας και κέντρου ελαστικής στροφής και ίσως είναι λογικότερη η αποτίμηση της επιρροής τους με τις σεισμικές δυνάμεις της 1ης μεθόδου.

Σεισμικές δυνάμεις :

Οι σεισμικές δυνάμεις, δεν είναι υπολογιζόμενο μέγεθος αλλά παράγωγο, είναι ο πολλαπλασιασμός της σεισμικής επιτάχυνσης επί τη μάζα του διαφράγματος, ή επί τη μάζα των δοκών και κολονών που συντρέχουν στους κόμβους που δεν ανήκουν στα διαφράγματα.

Σεισμικές τέμνουσες :

Οι σεισμικές τέμνουσες είναι και αυτές παράγωγα μεγέθη επειδή σε κάθε όροφο είναι το άθροισμα των σεισμικών δυνάμεων κατά X και Y των υπερκείμενων ορόφων. Το άθροισμα των τεμνουσών δυνάμεων των κολονών (υποστυλώματα και τοιχία) κάθε ορόφου που προκύπτουν από την ανάλυση, πρέπει να ισούται με τις σεισμικές τέμνουσες του συγκεκριμένου ορόφου. Είναι και αυτός ένας απλός και αποτελεσματικός έλεγχος του εκάστοτε λογισμικού.

Σεισμικές εντάσεις :

Οι ροπές και οι εντάσεις κάθε μέλους του σκελετού υπολογίζονται με κλασική στατική ανάλυση από τις σεισμικές δυνάμεις των κόμβων των διαφραγμάτων, ή/και των κόμβων που δεν ανήκουν σε διάφραγμα.

Προσεγγιστική μέθοδος υπολογισμού σεισμικών επιταχύνσεων [EC8, §4.3.3.2.2]

Για εκπαιδευτικούς λόγους αλλά και για λόγους επιβεβαίωσης της τάξης μεγέθους της δυναμικής ανάλυσης, μπορούμε να υπολογίσουμε με απλό τρόπο, προσεγγιστικά, την τέμνουσα βάσης και την κατανομή των σεισμικών επιταχύνσεων και των σεισμικών δυνάμεων ενός φορέα.

Η μέθοδος αυτή είναι τόσο ακριβέστερη όσο η κύρια ιδιομορφή έχει υψηλότερη συμμετοχή και όσο πιο κανονικό είναι το κτίριο, το οποίο όμως δε θα υπερβαίνει σε ύψος τα 40 m.

1οβήμα : εκτίμηση των δύο κύριων ιδιοπεριόδων T1,X, T1,Y.

T1,i=Ct,i · H3/4 όπου

  • H είναι το ύψος του κτιρίου σε m, από τη θεμελίωση ή τη στάθμη της οροφής άκαμπτου υπογείου.

  • Ct είναι συντελεστής του στατικού συστήματος

    o Για τη διεύθυνση i που το σύστημα είναι πλαισιακό, Ct,i=0.075

    o Για την διεύθυνση i που το σύστημα είναι τοιχωματικό, Ct,i=0.050


Εικόνα 6.3.3
Εικόνα 6.3.3

2οβήμα :εκτίμηση της επιτάχυνσης σχεδιασμού aCM,i του κέντρου μάζας του κτιρίου.

aCM,i= λ · Sd(T1,i) όπου όπου

Sd(T1,i) η επιτάχυνση σχεδιασμού που αντιστοιχεί στην κύρια ιδιοπερίοδο, βάσει της §6.1.6. §6.1.6.

λ ο συντελεστής ποσοστού μάζας της 1ηςιδιομορφής που λαμβάνει τιμή λ=0.85 σε κτίρια που έχουν περισσότερους από 2 ορόφους και είναι ταυτόχρονα T1≤2Tc, ενώ σε όλες τις άλλες περιπτώσεις είναι λ=1.0

3οβήμα : υπολογισμός των επιταχύνσεων κάθε στάθμης του κτιρίου.

Η κατανομή γίνεται με την τριγωνική παραδοχή βάσει της σχέσης aj=(Zj/ZCM) · aCM

όπουZCM=Σ(Mj · Zj )/Σ(Mj)


Η επιρροή της ρηγμάτωσης και της πλαστικότητας

Κατά τους Ευρωκώδικες [EC8, §4.3.1(7)], τα μέλη του σκελετού πρέπει να λαμβάνονται ως ρηγματωμένα και τότε οι δυσκαμψίες τους να λαμβάνονται στο 50% των ελαστικών.

Όταν αλλάζουν οι δυσκαμψίες των υποστυλωμάτων, τοιχίων και δοκών, αλλάζει και η δυναμική συμπεριφορά του φορέα, δηλαδή αλλάζουν οι ιδιοπερίοδοι, οι συμμετοχές της μάζας, οι σεισμικές επιταχύνσεις και εν τέλει οι σεισμικές δυνάμεις, οι μετακινήσεις και οι εντάσεις.

Πέραν των δυναμικών διαφορών λόγω μικρότερων δυσκαμψιών, υπάρχουν και στατικές διαφορές. Για ίδιες σεισμικές δυνάμεις, όταν οι δυσκαμψίες ληφθούν ίσες με (0.50E · I) σε σχέση με τις πλήρεις ελαστικές δυσκαμψίες (E · I) οι καμπτικές μετακινήσεις είναι διπλάσιες, αλλά οι διατμητικές και αξονικές είναι ίδιες. Επομένως οι συνολικές μετακινήσεις (καμπτικές + διατμητικές + αξονικές) είναι μικρότερες των διπλάσιων. Σε φορείς κυρίως πλαισιακούς (στους οποίους κυριαρχεί η κάμψη) οι συνολικές παραμορφώσεις είναι λίγο μικρότερες του διπλάσιου, ενώ σε φορείς κυρίως τοιχωματικούς (στους οποίους είναι σημαντική η διατμητική δράση) η προς τα κάτω απόκλιση από το διπλάσιο μπορεί να είναι σημαντική.

Οι παραμορφώσεις δε σταματούν μετά τη ρηγμάτωση των κολονών (υποστυλωμάτων-τοιχίων) και δοκών, αλλά συνεχίζονται στην καθ’ αυτή πλαστική περιοχή. Ο βαθμός αύξησης των πλαστικών παραμορφώσεων εξαρτάται από την πλαστιμότητα των κολονών και δοκών, από την ικανότητα δηλαδή που έχουν τα στοιχεία αυτά να παραμορφώνονται και μετά το όριο διαρροής. Στην περίπτωση του οπλισμένου σκυροδέματος, η πλαστιμότητα επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση πυκνών και καλά κλειστών συνδετήρων και κατάλληλο διαμήκη περιμετρικά διανεμημένο οπλισμό, βλέπε Α'τόμο §1.4.2).

Οι τελικές μετακινήσεις είναι οι πλαστικές μετακινήσεις που είναι ίσες με τις μετακινήσεις του ρηγματωμένου σκελετού πολλαπλασιασμένες επί το συντελεστή συμπεριφοράς q που είχε ληφθεί υπόψη στον υπολογισμό της τέμνουσας βάσης (βλέπε και §5.4.7, άσκηση 2).

Ο προσδιορισμός της μέγιστης πλαστικής μετακίνησης είναι αναγκαίος όταν το κτίριο έχει ή προβλέπεται να έχει, γειτονικό κτίριο π.χ. σε συνεχές σύστημα δόμησης, για να δημιουργηθεί ο κατάλληλος σεισμικός αρμός [EC8, §4.4.2.7 & §4.3.4], ώστε να μην υπάρξει σύγκρουση των δύο κτιρίων.


 


« Δυναμική ανάλυση και ιδιοπερίοδοι φορέα Εφαρμογές »