Διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς φορέων από άοπλη τοιχοποιία μέσω προσομοίωσης με μακροστοιχεία

Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο πλαίσιο του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών της Σχολής Αρχιτεκτόνων Μηχανικών του Πολυτεχνείου Κρήτης «Χώρος, Σχεδιασμός και Δομημένο Περιβάλλον», ειδίκευση «Ολοκληρωμένη Προστασία Ιστορικού Δομημένου Περιβάλλοντος με Προηγμένες Τεχνολογίες και Υλικά» υπό την επίβλεψη του Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Ιωάννη Τσομπανάκη. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η σεισμική συμπεριφορά φορέων από άοπλη τοιχοποιία με χρήση προσομοιώματος βασισμένο στα μακροστοιχεία.  Η εργασία εκπονήθηκε από την Λάγιου Μαρία η οποία χρησιμοποίησε το εξειδικευμένο λογισμικό 3Muri. 

Το κύριο μέρος της διατριβής αποτελείται από έξι κεφάλαια, όπως περιγράφεται στη συνέχεια:
Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια γενική περιγραφή των χαρακτηριστικών των υλικών που συνθέτουν την τοιχοποιία, καθώς και των εξισώσεων πρόβλεψης των μηχανικών αντοχών του σύνθετου υλικού με βάση τον Ευρωκώδικα 6. Παρατίθενται επίσης οι μέθοδοι ανάλυσης των φορέων από τοιχοποιία, η ακρίβεια των οποίων αυξάνεται με την αύξηση του υπολογιστικού κόστους, καθώς η μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς της τοιχοποιίας περιλαμβάνει πολλές αβεβαιότητες.
Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μέθοδος ανάλυσης φορέων από τοιχοποιία με μακροστοιχεία. Συγκεκριμένα, περιγράφεται το «ισοδύναμο πλαίσιο» το οποίο περιλαμβάνει την προσομοίωση τοίχου μέσω του εντοπισμού στοιχείων πεσσών, δοκών σύζευξης και στερεών κόμβων που συνδέουν τα κατακόρυφα με τα οριζόντια στοιχεία. Ιδιαίτερο ρόλο στην ακρίβεια της μεθόδου προσομοίωσης παίζουν τόσο ο προσδιορισμός της γεωμετρίας των μακροστοιχείων, όσο και η αντιστοίχιση του κατάλληλου καταστατικού νόμου για τα υλικά ώστε να προσομοιώνονται ικανοποιητικά οι τρόποι αστοχίας της τοιχοποιίας.
 μέθοδος ανάλυσης κατασκευών από τοιχοποιία με τη μέθοδο των μακροστοιχείων μειώνει σε μεγάλο βαθμό το υπολογιστικό κόστος και καθιστά εφικτή τη μελέτη πολύπλοκων γεωμετριών ακόμα και συγκροτημάτων κτιρίων, όπως περιγράφεται στο τρίτο κεφάλαιο. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η ανάλυση ενός συγκροτήματος κτιρίου στο ιστορικό κέντρο του Torre Del Greco στην Ιταλία, καθώς και μια μεθοδολογία ταχείας αποτίμησης της σεισμικής τρωτότητας του συγκροτήματος, μέσω της βαθμολόγησης παραμέτρων που επηρεάζουν τη σεισμική του συμπεριφορά.
Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται κάποια θεωρητικά στοιχεία της μεθόδου προσομοίωσης με ισοδύναμο πλαίσιο, όπως αυτά ενσωματώθηκαν στο λογισμικό 3muri και πραγματοποιούνται παραμετρικές αναλύσεις σε μια παραλλαγή του συγκροτήματος κτιρίων του τρίτου κεφαλαίου με τη βοήθεια του εν λόγω λογισμικού. Μελετώνται τόσο οι μεμονωμένες κτιριακές μονάδες, όσο και το σύνολο του συμπλέγματος, καθώς και εναλλακτικές γεωμετρίες του συμπλέγματος. Από τις αναλύσεις γίνεται φανερή η θετική επίδραση του συμπλέγματος, καθώς και η επίδραση της γεωμετρίας του στη σεισμική απόκριση των επιμέρους κτιριακών μονάδων αλλά και του συνόλου.
Στο πέμπτο κεφάλαιο υλοποιήθηκε η εφαρμογή της προσομοίωσης με μακροστοιχεία στο πρόγραμμα ανοιχτού λογισμικού OpenSees, με αρχικό στόχο την πραγματοποίηση δυναμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας έγινε σύγκριση του OpenSees με το 3muri για στατική υπερωθητική ανάλυση ενός απλού προσομοιώματος. Συγκεκριμένα, το προσομοίωμα αφορά σε απλό διόροφο φορέα από άοπλη τοιχοποιία, η γεωμετρία του οποίου διαμορφώθηκε κατάλληλα για ανάλυση σε δύο διαστάσεις. Εντοπίστηκαν τα μακροστοιχεία των όψεων, εφαρμόστηκαν στα άκρα τους κατάλληλες συνοριακές συνθήκες με χρήση ελατηρίων και στερεών κόμβων και ορίστηκαν οι καταστατικοί νόμοι περιγραφής του υλικού της τοιχοποιίας. Το προσομοίωμα που προέκυψε περιλάμβανε μεγάλο αριθμό κόμβων με πολύπλοκη συνδεσμολογία, ενώ απέτυχε στη σωστή περιγραφή της απόκρισης του φορέα, με το πρόβλημα να εντοπίζεται στον καταστατικό νόμο του υλικού.
Στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα εργασία, καθώς και μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις. Δεδομένων των μεγάλων αβεβαιοτήτων που υπάρχουν στις μελέτες φορέων από τοιχοποιία, η ανάπτυξη μεθοδολογιών προσομοίωσης που μειώνουν το υπολογιστικό κόστος ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνουν ικανοποιητική ακρίβεια είναι ιδιαίτερης σημασίας. Επιπλέον, η χρήση ταχείας μεθόδου αποτίμησης της σεισμικής τρωτότητας μεμονωμένων κτιρίων ή συγκροτημάτων αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο στον προγραμματισμό επεμβάσεων. Λογισμικά όπως το 3muri που ενσωματώνουν επιτυχώς την προσομοίωση μέσω μακροστοιχείων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη πολύπλοκων γεωμετριών συγκροτημάτων άοπλης τοιχοποιίας κτιρίων και να αποτιμήσουν τη θετική επίδρασή τους. Από την άλλη πλευρά, όλες οι μεθοδολογίες προσομοίωσης των μακροστοιχείων πρέπει να βαθμονομούνται κατάλληλα ώστε να παρέχουν ικανοποιητική περιγραφή της συμπεριφοράς της τοιχοποιίας και των τρόπων αστοχίας της

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ