Έλεγχος απόδοσης ενισχύσεων σε λιθόκτιστο τοίχο με το νέο εργαλείο "data validation" του 3Muri

Το εξειδικευμένο λογισμικό για στατικές μελέτες κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία, 3Muri, περιλαμβάνει μία σειρά από νέα εργαλεία για τον έλεγχο και τις ενισχύσεις υφιστάμενων και νέων κατασκευών. Ένα από αυτά τα εργαλεία ονομάζεται "data validation" και προστέθηκε στην έκδοση Project X3. 
Αυτό το εργαλείο ελέγχου επιτρέπει στον χρήστη να αξιολογήσει την εντατική κατάσταση των τοίχων με γρήγορο, απλό και διαισθητικό τρόπο, εμφανίζοντας γραφικά, για κάθε βήμα της μη γραμμικής σεισμικής ανάλυσης, την τιμή μετατόπισης, την περιοχή αντίστασης και τον μηχανισμό κατάρρευσης . Αυτή η λειτουργία έχει σχεδιαστεί τόσο για να βοηθήσει τον χρήστη να κατανοήσει τη συμπεριφορά της κατασκευής, αλλά κυρίως για να τον βοηθήσει και να τον καθοδηγήσει στη φάση του ελέγχου των αποτελεσμάτων που παρέχει το λογισμικό. Για το σκοπό αυτό, μέσα στο παράθυρο αποτελεσμάτων, σε κάθε σημείο της καθολικής καμπύλης pushover και για κάθε τοίχο, είναι δυνατή η προβολή της κατάστασης (πρώτη διαρροή, αρχόμενη βλάβη, θραύση) στην οποία βρίσκεται το στοιχείο. Αυτό επιτρέπει στον μελετητή να έχει μια ξεκάθαρη άποψη της συμπεριφοράς, και επομένως της επιρροής, των επιμέρους τοίχων εντός της κατασκευής. Με την βοήθεια αυτού του εργαλείου ο χρήστης του προγράμματος μπορεί να ελέγχει την απόδοση μιας ενίσχυσης/επέμβασης σε έναν τοίχο χωρίς να ξανακάνει τον υπολογισμό των Pushover αναλύσεων και να κερδίζει πολύτιμο χρόνο.

Σε περίπτωση που χρειάζεται να γίνουν επεμβάσεις σε ένα υπάρχον κτίριο (ενισχύσεις με FRP και FRCM), χρησιμοποιώντας αυτό το εργαλείο ελέγχου, ο μελετητής μπορεί εύκολα να καταλάβει σε ποια τμήματα τοίχων είναι σκόπιμο να επέμβει ή εάν οι παρεμβάσεις θα είναι αποτελεσματικές ή εάν μπορεί να βελτιστοποιηθεί η διαδικασία.
Από το παράθυρο που περιέχει τα αποτελέσματα της ανάλυσης pushover, κάνοντας δεξί κλικ στον τοίχο που σας ενδιαφέρει, ανοίγει το ακόλουθο αναπτυσσόμενο μενού:

​Αφού κάνετε κλικ στην επιλογή "επικύρωση δεδομένων", εμφανίζεται το ακόλουθο παράθυρο. ​Παρακάτω αναλύονται οι λειτουργίες κάθε περιοχής του παραθύρου.

1. Επιτρέπει την έναρξη μιας προσομοίωσης (=σεναρίου) εισάγοντας τα δεδομένα προσομοίωσης στην τρίτη στήλη του πίνακα (πεδίο 2) επάνω αριστερά και κάνοντας κλικ στο "Ενημέρωση διαγράμματος – Κυρίαρχος υπολογισμός".
2. Ο πίνακας περιέχει στη δεύτερη στήλη τα γεωμετρικά και μηχανικά δεδομένα του εν λόγω τοίχου που έχει επιλεγεί, ενώ στην τρίτη στήλη, η οποία μπορεί να ενεργοποιηθεί επιλέγοντας το πλαίσιο "Εκτέλεση προσομοίωσης", μπορούν να εισαχθούν οι αντίστοιχες παράμετροι που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των περιοχών αντίστασης της προσομοίωσης (σεναρίου).
3. Διάγραμμα τομέων αντίστασης.
4. Τιμές της οριακής μετατόπισης του στοιχείου (εξαρτάται από τον μηχανισμό θραύσης) και της μετατόπισης προς το βήμα. Όπως είναι γνωστό, το στοιχείο φθάνει στην θραύση όταν η μετατόπιση στο βήμα φτάσει στην τιμή της οριακής μετατόπισης.
5. Υπόμνημα που σχετίζεται με τα διαγράμματα των τομέων αντίστασης. Η πορτοκαλί γραμμή δείχνει την περιοχή αντίστασης διάτμησης, ενώ η μαύρη γραμμή την περιοχή αντίστασης κάμψης. Οι συμπαγείς γραμμές αντιπροσωπεύουν το πεδίο αντίστασης που αξιολογήθηκε για τα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του του τοίχου που προέρχεται από το μοντέλο, ενώ οι διακεκομμένες γραμμές υποδεικνύουν τα πεδία αντίστασης από την προσομοίωση – σενάριο που εκτελείται από τον χρήστη. Οι δύο κυκλικοί δείκτες, κόκκινο και πράσινο, υποδεικνύουν αντίστοιχα την κατάσταση τάσης του στοιχείου που προκύπτει από την ανάλυση pushover και την κατάσταση τάσης από την προσομοίωση - σενάριο.
6. Καθολική καμπύλη pushover στην οποία υπάρχουν έγχρωμοι δείκτες που υποδεικνύουν το βήμα υπολογισμού στο οποίο συμβαίνει η αλλαγή κατάστασης του τοίχου (έναρξη πλαστικοποίησης, αρχόμενη θραύση, θραύση).

​Οι έγχρωμοι δείκτες, που δηλώνουν την κατάσταση στην οποία βρίσκεται ο υπό εξέταση τοίχος, μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε γρήγορα ότι ο τοίχος αυτός παρουσιάζει ελαστική συμπεριφορά μέχρι να φτάσει στο σημείο 1, βήμα στο οποίο πραγματοποιείται η πρώτη πλαστικοποίηση με διάτμηση. Προχωρώντας περαιτέρω κατά μήκος της καμπύλης, ο τοίχος αλλάζει κατάσταση σε αντιστοιχία με το βήμα που προσδιορίζεται από το σημείο 2, δηλαδή όταν φτάνει το 75% του ορίου μετατόπισης. Σε αυτό το βήμα, στην πραγματικότητα, το υπόμνημα χρώματος υποδεικνύει ότι το στοιχείο βρίσκεται σε κατάσταση αρχικής θραύσης λόγω διάτμησης, η οποία συμβαίνει στο βήμα που προσδιορίζεται στο σημείο 3, όταν επιτευχθεί το όριο μετατόπισης. Όπως γίνεται εύκολα κατανοητό από αυτό το αποτέλεσμα, μπορεί να συναχθεί ότι ο εν λόγω τοίχος έχει καλές διαστάσεις και συμβάλλει αποτελεσματικά στην αντοχή του κτιρίου, καθώς η θραύση του πλησιάζει την κατάρρευση ολόκληρου του κτιρίου, συμπίπτοντας με το τελευταίο σημείο της καμπύλης του κτιρίου.
Για κάθε σημείο της καμπύλης pushover, είναι επίσης δυνατό να απεικονιστούν οι περιοχές αντίστασης ενός τοίχου. Όπως αναφέρθηκε ήδη, στο τμήμα της καμπύλης μεταξύ του βήματος 0 και του σημείου 1, ο τοίχος βρίσκεται στην ελαστική φάση, στην πραγματικότητα, από την περιοχή αντίστασης μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι το σημείο που δείχνει την κατάσταση τάσης στο βήμα αυτό (κόκκινος δείκτης) , τοποθετείται εντός του τομέα. 

​Τοποθετώντας αντίθετα τον κέρσορα στο βήμα της καμπύλης pushover όπου εμφανίζεται η πρώτη διαρροή (σημείο 1), μπορεί να παρατηρηθεί από το γράφημα ότι το σημείο τάσης (κόκκινος δείκτης) βρίσκεται ακριβώς στην καμπύλη που αντιστοιχεί στα κριτήρια διατμητικής αντίστασης του τοίχου (πορτοκαλί καμπύλη), αλλά αν παρατηρήσουμε την τιμή μετατόπισης, είναι χαμηλότερη από την τιμή θραύσης (μετατόπιση στο βήμα = 0,001, οριακή μετατόπιση = 0,005).

​Δημιουργώντας τα διαγράμματα των περιοχών αντίστασης για το βήμα της καμπύλης pushover που αντιστοιχεί στο σημείο 2 (αρχική κατάρρευση λόγω διάτμησης), παρατηρείται ότι ο κόκκινος δείκτης συμπίπτει πάντα με την πορτοκαλί καμπύλη, ενώ η μετατόπιση στο βήμα είναι ίση με 0,004 ή συμπίπτει με το 75% του ορίου μετατόπισης στρογγυλοποιημένο σε τρία δεκαδικά ψηφία.

​Τέλος, τοποθετώντας σε αντιστοιχία με το βήμα της καμπύλης στο οποίο συμβαίνει η θραύση του τοίχου, παρατηρούμε ότι ο κόκκινος δείκτης συμπίπτει πάντα με την πορτοκαλί καμπύλη, ενώ η ολίσθηση στο βήμα είναι ίση με 0,005 ή συμπίπτει με το όριο μετατόπισης

​Κάτω αριστερά, χρησιμοποιώντας τα ακόλουθα κουμπιά, μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση στο υπόμνημα κατάστασης βλαβών και να μετακινηθείτε μεταξύ των διαφόρων σημείων της καμπύλης pushover.

Εκτέλεση προσομοίωσης
​Αυτή η λειτουργία προσφέρει τη δυνατότητα προσομοίωσης του τομέα αντίστασης ενός τοίχου σε πραγματικό χρόνο, απλώς μεταβάλλοντας μερικές παραμέτρους που καθορίζουν τα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του ή εφαρμόζοντας κάποια ενίσχυση, χωρίς να χρειάζεται να τροποποιηθεί τίποτα κάτι στο καθολικό μοντέλο και χωρίς να πρέπει να υπολογισθεί κάτι εκ νέου. Εάν θέλετε να ξεκινήσετε μια προσομοίωση, πρέπει να επιλέξετε το βήμα που σας ενδιαφέρει η καμπύλη pushover, να επιλέξετε το πλαίσιο "Εκτέλεση προσομοίωσης", να εισαγάγετε τα δεδομένα προσομοίωσης στην τρίτη στήλη του πίνακα επάνω αριστερά και να κάνετε κλικ στο "Υπολογισμός προσομοίωσης" .

​Παράδειγμα
Στο παρακάτω παράδειγμα, η προσομοίωση ξεκινά με τοποθέτηση στο σημείο 1 της καμπύλης pushover και αύξηση του πάχους της τοιχοποιίας.
Όπως φαίνεται από το παρακάτω σχήμα, η αύξηση του πάχους του λιθόκτιστου τοίχου, έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της αντίστασής του, και επομένως, υπό την ίδια τάση (ο κόκκινος δείκτης συμπίπτει με τον πράσινο λόγω του γεγονότος ότι στην προσομοίωση η ορθή τάση δεν έχει αλλάξει), στην προσομοίωση το στοιχείο βρίσκεται στην ελαστική φάση, ενώ από τα δεδομένα που εισάγονται στο μοντέλο θα ήταν στην πλαστική φάση.
Καταλαβαίνουμε λοιπόν ότι, εάν ο τοίχος είχε τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά που εισήχθησαν με την προσομοίωση, θα μπορούσε να αντέξει μεγαλύτερη δύναμη διάτμησης.

​Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα θα μπορούσε να επιτευχθεί με την προσομοίωση της περίπτωσης στην οποία η ορθή τάση είναι μεγαλύτερη, για παράδειγμα αυξάνοντας το βάρος του δαπέδου που στηρίζεται σε αυτόν τον τοίχο ως συνέπεια μιας επέμβασης ενίσχυσης σε ένα δάπεδο που αφενός βελτιώνει την απόδοση της ίδιας της πλάκας, και από την άλλη αυξάνει το φορτίο στους τοίχους. Στην περίπτωση αυτή οι καμπύλες των τομέων παραμένουν αμετάβλητες καθώς είναι συνάρτηση μόνο των γεωμετρικών και μηχανικών παραμέτρων της τοιχοποιίας και της πιθανής παρουσίας ενισχύσεων, ενώ ο πράσινος δείκτης, που υποδεικνύει την κατάσταση της τάσης στην προσομοίωση, έχει μετακινηθεί σε δεξιά, μπαίνοντας ξανά στον τομέα.

​Αυτό που περιγράφεται παραπάνω θα πρέπει να μας κάνει να αναλογιστούμε όλες εκείνες τις περιπτώσεις στις οποίες προσπαθούμε να βελτιώσουμε μία κατασκευή με επεμβάσεις σε δάπεδα. Βλέπουμε λοιπόν, ότι κάποιες φορές η επέμβαση αυτή φέρνει την κατάσταση του τοίχο πιο κοντά στην αρχή των αξόνων του τομέα και, κατά συνέπεια, να υπάρχει πιθανότητα να βρεθεί ο τοίχος εκτός του ίδιου του τομέα, δημιουργώντας μια επιδείνωση τελικά και όχι την επιθυμητή βελτίωση.
Αυτές οι παρατηρήσεις μας κάνουν να καταλάβουμε ότι οι πιο αποτελεσματικές επιλογές βελτίωσης θα πρέπει να γίνουν αφού εξεταστεί ο τομέας αντίστασης για να διευκρινιστεί σε ποια περιοχή είναι καλό να δράσουμε.
 
 
Ποσοτικοποίηση του βαθμού βελτίωσης μιας ενίσχυσης
Η εφαρμογή μιας ενίσχυσης (πλέγμα οπλισμού, FRP ή FRCM) δρα με δύο διαφορετικούς τρόπους που έχουν επίδραση στην :

• Αντίσταση
• Πλαστιμότητα (μετατοπίσεις)

Η έννοια της «βελτίωσης» παράγεται επομένως από την ένωση των δύο χαρακτηριστικών που αναφέρονται παραπάνω, η οποία μπορεί να συμβεί ταυτόχρονα ή το ένα από τα δύο μπορεί να έχει μεγαλύτερο βάρος από το άλλο. Η αντοχή επηρεάζει την πλαστικότητα, η ολκιμότητα επηρεάζει τη θραύση. Η ίδια η ολκιμότητα μπορεί να επηρεαστεί έμμεσα από την αντίσταση αναβάλλοντας την πλαστικοποίηση του στοιχείου λόγω μεγαλύτερης αντίστασης. Η τροποποίηση της αντίστασης ή/και της ολκιμότητας μεταβάλλει την ακαμψία του κτιρίου στο σύνολό του και κατά συνέπεια το φορτίο που μπορεί ενδεχομένως να επηρεάσει το εν λόγω στοιχείο.
​
Σύμφωνα με τη θεωρία των τομέων αντίστασης, η απόδοση του στοιχείου εξαρτάται από το κατακόρυφο φορτίο που ασκείται σε αυτό. Επομένως, ακολουθεί μια σημαντική αλλαγή του σχήματος των περιοχών αντίστασης και της τελικής ολκιμότητας του στοιχείου.
Είναι λοιπόν αδύνατο να ποσοτικοποιηθεί αριθμητικά η έκταση της βελτίωσης που προκύπτει από την επέμβαση, καθώς το φορτίο, η αντοχή και η ολκιμότητα συνδέονται μεταξύ τους και δεν μπορούν να σχηματοποιηθούν με απλοποιημένο τρόπο μέσω ενός απλού συντελεστή βελτίωσης της θλιπτικής αντοχής.
Για να προσδιοριστούν τα οφέλη που παράγονται από μια επέμβαση αυτής της φύσης, είναι επομένως απαραίτητο να εξεταστούν ταυτόχρονα τόσο οι αλλαγές στον τομέα της αντίστασης (και όχι μόνο η θλιπτική ικανότητα) όσο και η αύξηση της ολκιμότητας που παρέχεται από τον ίδιο τον οπλισμό/ενίσχυση.
Σε ορισμένες περιπτώσεις μάλιστα μπορεί να συμβεί το αποτέλεσμα που προκύπτει από τον επανυπολογισμό της συνολικής ανάλυσης να μην αντικατοπτρίζει αυτό που προηγουμένως προσομοιώθηκε μέσω της αλλαγής ορισμένων χαρακτηριστικών. Στην πραγματικότητα, όταν η προσομοίωση πραγματοποιείται σε ένα στοιχείο, θεωρείται ως ένα μεμονωμένο στοιχείο που εξαιρείται από τις αλληλεπιδράσεις με την υπόλοιπη δομή που θα τεθεί σε εφαρμογή μόνο μετά τον συνολικό υπολογισμό.
Η τροποποίηση γεωμετρικών ή μηχανικών χαρακτηριστικών ή η προσθήκη οποιωνδήποτε ενισχύσεων επηρεάζει όχι μόνο το ίδιο το στοιχείο αλλά και τη συμπεριφορά ολόκληρης της κατασκευής, τροποποιώντας τη διαμόρφωσή της ως προς την ολκιμότητα, την ακαμψία και το φορτίο.
Είναι επομένως σημαντικό να θεωρηθεί το αποτέλεσμα της προσομοίωσης ως προσεγγιστικό (σε σύγκριση με αυτό που θα προέκυπτε με την επανάληψη της συνολικής ανάλυσης του μοντέλου) και να χρησιμοποιηθεί το εργαλείο ως βοήθημα στον μελετητή που διαφορετικά, αντιμέτωπος με ένα στοιχείο που δεν επαληθεύεται, θα έπρεπε να κάνει αλλαγές στην κατασκευή με βάση περισσότερο ή λιγότερο ασαφή κριτήρια, μερικές φορές τροποποιώντας το μοντέλο με αναποτελεσματικό τρόπο και ξοδεύοντας χρόνο για να ξανακάνει το πλέγμα κάθε φορά και να εκτελέσει εκ νέου τη σεισμική ανάλυση.