Σιγά σιγά το ετοιμάζω Βέβαια θέλει διόρθωση, μετάφραση και θα είναι 50 σελίδες
Earthquake Engineering & Structural Dynamics
Abstract
Οι μηχανισμοί και οι μέθοδοι της εφεύρεσης αποσκοπούν κυρίως στην ελαχιστοποίηση των προβλημάτων που σχετίζονται με την ασφάλεια των κατασκευών σε περίπτωση φυσικών φαινομένων, όπως είναι οι σεισμοί, οι ανεμοστρόβιλοι και οι ισχυροί άνεμοι. Η αντισεισμική προστασία της μεθόδου έγκειται στην προσπάθεια να ελέγξει την ανελαστική παραμόρφωση του φέροντα οργανισμού σε πολύ μεγάλες επιταχύνσεις εδάφους με μεγάλη διάρκεια. Οι βλάβες και οι παραμορφώσεις είναι στενά συνδεδεμένες έννοιες, καθώς ο έλεγχος των παραμορφώσεων οδηγεί και στον έλεγχο των βλαβών Η μέθοδος περιλαμβάνει τη θλίψη όλων των πλευρών των τοιχωμάτων καθώς και των διατομών των υποστυλωμάτων, με ποσοστό θλίψης που κυμαίνεται στο 50% του σημείου θραύσης της διατομής, και με συντελεστή ασφαλείας για το σκυρόδεμα 1,5. Επιπλέον, η μέθοδος περιλαμβάνει την πάκτωση των τενόντων που θλίβουν τις διατομές, με το έδαφος θεμελίωσης. Η πάκτωση στο έδαφος πραγματοποιείται μέσω ενός διαστελλόμενου μηχανισμού, τοποθετημένου στα βάθη μιας γεώτρησης, ο οποίος ενεργοποιείται από την επιφάνεια του εδάφους θεμελίωσης χρησιμοποιώντας υδραυλικούς μηχανισμούς και τένοντες προέντασης. Όταν ο μηχανισμός ανοίξει, συμπιέζει περιμετρικά και καθ' ύψος τα πρανή της γεώτρησης, και αφού τα συμπυκνώσει, πακτώνει ισχυρά μέσω της τριβής που δημιουργείται από την πίεση στην επιφάνεια επαφής του μηχανισμού με τα πρανή. Μετά την ολοκλήρωση της προέντασης, η οποία έχει ένταση έλξης που εφαρμόζεται από την επιφάνεια του εδάφους και κυμαίνεται σε ποσοστό διπλάσιο από τα αξονικά φορτία σχεδιασμού, η οπή της γεώτρησης γεμίζει με οπλισμένο σκυρόδεμα για να επιτευχθεί μεγαλύτερη αντοχή και πρόσφυση έναντι των αξονικών φορτίων θλίψης και εφελκυσμού. Οι αγκυρώσεις της εφεύρεσης βρίσκουν επίσης εφαρμογή στην πάκτωση ανεμογεννητριών στο έδαφος, μειώνοντας το κόστος θεμελίωσης, καθώς και στην κατασκευή φραγμάτων, γεφυρών και άλλων δομών που απαιτούν πάκτωση, τάνυση και ισχυρή φέρουσα ικανότητα εδάφους, αυξάνοντας την δυναμική ικανότητά τους.
Η πρόκληση στην αντισεισμική τεχνολογία έγκειται στη δημιουργία κατασκευών που εξισορροπούν τη σταθερότητα, την ελαστικότητα και τη δυναμική απόκριση στις σεισμικές δυνάμεις. Οι σύγχρονοι σχεδιασμοί του φέροντος οργανισμού από οπλισμένο σκυρόδεμα συχνά επικεντρώνονται στη δυσκαμψία των διατμητικών τοιχωμάτων για να επιτύχουν αντοχή. Ωστόσο, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφική αστοχία υπό μεγάλες σεισμικές επιταχύνσεις. Από την άλλη, τα ελαστικά υποστυλώματα παρουσιάζουν μικρή δυναμική απόκριση και σε υψηλές επιταχύνσεις εμφανίζουν ανελαστικές και ψαθυρές μετατοπίσεις. Η υπάρχουσα τεχνολογία των κατασκευών θεωρεί αναπόφευκτη την ανελαστική μετατόπιση των ορόφων. Για αυτόν τον λόγο, έχουν επινοηθεί μηχανισμοί επιλεγμένης ιεραρχικής αστοχίας και κατανάλωσης ενέργειας, ώστε να αποτραπεί η γρήγορη κατάρρευση της κατασκευής. Οι μηχανισμοί αυτοί περιλαμβάνουν την πλαστιμότητα και τον ικανοτικό σχεδιασμό.
Παρ' όλα αυτά, ακόμα και αυτοί οι μηχανισμοί είναι προβληματικοί σε μεγάλες σεισμικές επιταχύνσεις. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, αναπτύσσονται καινοτόμες προσεγγίσεις, όπως συστήματα απομόνωσης βάσεων, εύκαμπτες αρθρώσεις και διατάξεις διάχυσης ενέργειας. Αυτές οι τεχνολογίες αποσκοπούν στο να επιτρέπουν την ελεγχόμενη κίνηση των δομικών στοιχείων, μειώνοντας τις επιπτώσεις των σεισμικών δυνάμεων και διατηρώντας παράλληλα την ακεραιότητα του κτιρίου. Ωστόσο, η επίτευξη της τέλειας ισορροπίας παραμένει μια σύνθετη και δύσκολη πρόκληση για τη μηχανική, καθώς η πολυπλοκότητα των συντελεστών που καθορίζουν τη σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών είναι πολυάριθμοι, πιθανού χαρακτήρα, συχνά απρόβλεπτοι, και κάθε ένας παράγοντας από αυτούς επηρεάζει διαφορετικά τις διαφορετικές δομές των κατασκευών, με αποτέλεσμα να αυξάνονται τα σεισμικά φορτία πέρα από το όριο σχεδιασμού με καταστροφικά αποτελέσματα. Αυτό συμβαίνει επειδή η κατεύθυνση του σεισμού, το ακριβές περιεχόμενο των συχνοτήτων της σεισμικής διέγερσης και η διάρκειά της παραμένουν άγνωστοι συντελεστές που επηρεάζουν τον σωστό σχεδιασμό. Επιπλέον, οι μέγιστες πιθανές επιταχύνσεις που προβλέπουν οι σεισμολόγοι και καθορίζουν τον συντελεστή αντισεισμικού σχεδιασμού έχουν πιθανότητα υπέρβασης μεγαλύτερη του 10%. Ο συσχετισμός των παραμέτρων όπως οι "αδρανειακές εντάσεις – δυνάμεις απόσβεσης – ελαστικές δυνάμεις – δυναμικά χαρακτηριστικά κατασκευής – αλληλεπίδραση εδάφους και κατασκευής – επιβαλλόμενη κίνηση εδάφους" είναι μη γραμμικές και διαφέρουν από κατασκευή σε κατασκευή.
Η εφαρμοσμένη έρευνα αποσκοπεί στην εύρεση μεθόδων, εφαρμογών και μηχανισμών ικανών να εξαλείψουν τους αστάθμητους παράγοντες που αναφέραμε, αποτρέποντας τις ανελαστικές μετατοπίσεις της κατασκευής σε μεγάλες σεισμικές επιταχύνσεις με διάρκεια, ώστε η κατασκευή να παραμένει εντός της ελαστικής περιοχής μετατόπισης, όπου δεν εμφανίζονται αστοχίες. Για να πετύχει η προσπάθεια αυτή, στοχεύει στην αύξηση της δυναμικής απόκρισης των διατομών και στη φέρουσα ικανότητατους, χωρίς να μεγαλώνει την μάζα τους η οποία παρεμπιπτόντως αυξάνει τα σεισμικά φορτία και το κόστος. Επίσης η μέθοδος, ενισχύει τη φέρουσα ικανότητα του εδάφους θεμελίωσης και εκτρέπει την ένταση του σεισμού από την κατασκευή μέσα στο έδαφος, αποτρέποντας τη δημιουργία ροπών στους κόμβους και επιτρέποντας στο έδαφος να συμμετέχει στην απόκριση της κατασκευής προς τις σεισμικές εντάσεις. Η μέθοδος εφαρμόζει μερική τάνυση σε όλα τα άκρα των τοιχωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα για να μετριάσει τη ροπή κάμψης, να αναιρέσει τις δυνάμεις εφελκυσμού, να διορθώσει την τροχιά στα βέλη του λοξού εφελκυσμού, να αποτρέψει τη διατμητική αστοχία στο σκυρόδεμα επικάλυψης, να αυξήσει την αντοχή της διατομής στην τέμνουσα βάσης, να ενισχύσει την αντοχή σε όλες τις μορφές διάτμησης και να αποτρέψει τη μεταφορά ροπών στους κόμβους. Η τάνυση των τενόντων στα άκρα των τοιχωμάτων θεωρείτε ελαστική έχοντας το προνόμιο να επαναφέρει την κατασκευή στην αρχική της θέση ακόμη και σε ανελαστικές μετατοπίσεις κλείνοντας το άνοιγμα των αναπτυσσόμενων ρωγμών. Ταυτόχρονα, οι τένοντες τάνυσης στα άκρα των τοιχωμάτων πακτώνονται ισχυρά στο έδαφος θεμελίωσης, χρησιμοποιώντας ισχυρούς μηχανισμούς αγκύρωσης. Αυτή η πάκτωση των τενόντων των τοιχωμάτων στο έδαφος θεμελίωσης αποσκοπεί στην εκτροπή και διάχυση της αδρανειακής έντασης στο έδαφος, αποτρέποντας τη μεταφορά της στις διατομές, την εξάλειψη της ροπής ανατροπής των τοιχωμάτων, η οποία επιδρά καταστροφικά με τη δημιουργία ροπών στις διατομές γύρω από τους κόμβους, και στην αύξηση της φέρουσας ικανότητας του εδάφους.
1. Εισαγωγή
Η συμπεριφορά της δομής κατά τη διάρκεια ενός σεισμού αποτελείτε από επαναλαμβανόμενες οριζόντιες μετατοπίσεις και από μικρότερες κατακόρυφες συνιστώσες που έχουν μια χρονική διάρκεια μια μεταβαλλόμενη επιτάχυνση και ένα εύρος συχνοτήτων. Αν η μετατόπιση είναι αρκετά μικρή για να κρατήσει όλα τα μέλη της δομής εντός της ελαστικής περιοχής, η ενέργεια που δημιουργείται, είναι ενέργεια που αποθηκεύεται στη δομή και εκτονώνεται μετά για να επαναφέρει την δομή στην αρχική της μορφή. Όσο η μετατόπιση κρατά κάθε τμήμα οποιουδήποτε μέλους εντός ελαστικής περιοχής, όλη η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στη δομή θα κυκλοφορήσει στο τέλος του κύκλου, προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτή η περιοχή μετατόπισης ονομάζεται ελαστική περιοχή, στην οποία δεν παρατηρούνται αστοχίες.
Εάν η σεισμική ενέργεια (που μετράται από την επιτάχυνση εδάφους) είναι πάρα πολύ μεγάλη, θα παράγει υπερβολικά μεγάλες μετατοπίσεις που θα προκαλέσουν μια πολύ υψηλή καμπυλότητα στα κατακόρυφα και οριζόντια στοιχεία. Αν η καμπυλότητα είναι πολύ υψηλή, αυτό σημαίνει ότι η περιστροφή των τμημάτων των στηλών και των δοκών θα είναι πολύ πάνω από την ελαστική περιοχή (Θλιπτική παραμόρφωση σκυροδέματος πάνω από το 0,35% και τάσεις των ινών του οπλισμού πάνω από το 0,2 %) πέραν του ορίου διαρροής. Όταν η περιστροφή περάσει πάνω από αυτό το όριο ελαστικότητας, η δομή αρχίζει να «διαλύει την αποθήκευση της ενέργειας «μέσω πλαστικής μετατόπισης, το οποίο σημαίνει ότι τα τμήματα θα έχουν μια υπολειμματική μετατόπιση που δεν θα είναι σε θέση να ανακτηθεί. Ο σχεδιασμός της αντοχής ενός σημερινού κτιρίου περιορίζετε στα όρια του ελαστικού φάσματος σχεδιασμού, και μετά περνά στις ανελαστικές μετατοπίσεις που σχεδιάζονται να συμβούν σε προεπιλεγμένες πλαστικές περιοχές στα άκρα των δοκών, αποτρέποντας να συμβούν στα τοιχώματα και υποστυλώματα, ώστε να μην καταρρεύσει η δομή. Αν οι αστοχίες περάσουν το σημείο θραύσης και είναι πολλές πάνω στην κατασκευή, η κατασκευή θα καταρρεύσει.
Οι κατασκευές σε μεγάλες επιταχύνσεις αδυνατούν να λικνίζονται ελαστικά διότι τα κατακόρυφα στοιχεία τους κάμπτονται ανελαστικά από την ροπή κάμψης, καθώς και ανατρέπονται από την ροπή ανατροπής. Η ροπή κάμψης και η ροπή ανατροπής των κάθετων στοιχείων του φέροντα οργανισμού επιφέρουν παραμόρφωση και αλλαγές στην ορθή κάθετη στάση τους, οι οποίες μεταφέρονται και στις δοκούς με τις οποίες συνδέονται στους κόμβους και τις σπάνε. Αν θέλουμε να ελέγξουμε την παραμόρφωση σε οποιαδήποτε μεγάλη επιτάχυνση και διάρκεια πρέπει να έχουμε τον έλεγχο των παραμορφώσεων.
Αυτό επιτυγχάνεται μόνο με την βοήθεια ακλόνητων και μεγάλων εξωτερικών δυνάμεων προερχόμενες από το έδαφος, οι οποίες θα μεταφερθούν στην κατασκευή για να βοηθήσουν τα κάθετα στοιχεία να ελέγξουν τις ανελαστικές μετατοπίσεις, μειώνοντας κατά πολύ την ροπή κάμψης, την ροπής ανατροπής και συγχρόνως να ενισχύσουν δυναμικά τις διατομές ως προς την τέμνουσα βάσης, τις λοξές, τις κάθετες και τις οριζόντιες διατμητικές αστοχίες καθώς και τις αστοχίες διάτμισης του σκυροδέματος επικάλυψης. Αλλιώς αντιδρούν τα ελαστικά υποστυλώματα αλλιώς τα δύσκαμπτα τοιχώματα αλλιώς οι εξολοκλήρου δύσκαμπτες κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα. Όσο μικρότερη ελαστικότητα διαθέτει το κάθετο στοιχείο τόσο ποιο δύσκαμπτο είναι αυξάνοντας τις ροπές που κατεβάζει στην βάση με αποτέλεσμα να σπάει την συνδετήριο δοκό και τους δοκούς ποιο εύκολα από το ελαστικό υποστύλωμα. Οπότε η τοποθέτηση δύσκαμπτων δυναμικών τοιχωμάτων πρέπει απαραιτήτως να συνδέεται με συνδετήριους δοκούς και αμφίπλευρη πάκτωση των παρειών του με το έδαφος θεμελίωσης, ώστε να αποτρέψουμε αποτελεσματικά την στροφή του που σπάει τις διατομές στους κόμβους. Η τεχνητή εφαρμογή θλίψης στις παρειές των τοιχωμάτων είναι ένα άλλο θέμα το οποίο έχει πολλά οφέλη γιατί αναιρεί τις εντάσεις εφελκυσμού αυξάνει την δυσκαμψία την δυναμική την φέρουσα ικανότητα και την αντοχή της διατομής του τοιχώματος προς όλες της τέμνουσες, αλλά όταν αυξάνεις την δυσκαμψία αυξάνεις και τις ροπές που κατεβαίνουν στην βάση και αυτός είναι ένας άλλος λόγος που καθιστά αναγκαία την πάκτωση στο έδαφος αν θέλουμε να βοηθήσουμε την συνδετήρια δοκό να παραλάβει τις ροπές αποτελεσματικά. Βάση των πεπερασμένων γνώσεων της προέντασης [ 1 ] Η ιδέα της τεχνητής θλίψης στην διατομή του τοιχώματος βασίζεται στην σκέψη να μην υπάρχει αδρανή περιοχή στον κορμό του σκυροδέματος και όλη η διατομή του να συμμετέχει στην παραλαβή των ροπών
( Μ ), των ορθών δυνάμεων ( Ν ) ( θλίψης και εφελκυσμού ), και τις τέμνουσες ( Q ) Για να επιτευχθεί αυτό, όλη η διατομή πρέπει να υποστεί θλίψη με την χρήση τεταμένων τενόντων. Κατ αυτόν τον τρόπο δεν θα εμφανιστούν ρωγμές στο σκυρόδεμα λόγο εφελκυσμού αφού με την επιβολή αντισταθμιστικών δυνάμεων θλίψης γίνεται προσπάθεια αναίρεσης των δυνάμεων εφελκυσμού. Θα αυξηθεί η δυσκαμψία του τοιχώματος αφού με την αναίρεση του εφελκυσμού δεν υφίσταται και η κάμψη. Δυσκαμψία του τοιχώματος και ισχυρή πάκτωση στο έδαφος αποτρέπει την μεταφορά των ροπών στις διατομές γύρω από τους κόμβους. Αυξάνει την δυναμική του σκυροδέματος προς κάθε μορφή διάτμησης λόγο τριβής Αυξάνει σημαντικά η φέρουσα ικανότητα της κατασκευής. Σε προσομοίωση διαπιστώθηκε ότι η τάνυση της διατομής του σκυροδέματος σε όλα τα υποστυλώματα, με επιβολή θλίψης στο 50% του σημείου θραύσης της διατομής και με συντελεστή ασφαλείας σκυροδέματος 1.5, αύξησε σημαντικά την φέρουσα ικανότητα της κατασκευής καθώς και την αντοχή της διατομής προς την τέμνουσα βάσης κατά 30,9%
Οι συνήθεις αστοχίες των υφιστάμενων κατασκευών και πως επιτυγχάνεται η λύση τους από την νέα μέθοδο αντισεισμικού σχεδιασμού.
Τέμνουσα βάσης Την εξαλείφει η τεχνητή θλίψη της διατομής διότι αυξάνει την τριβή των υλικών του σκυροδέματος με αποτέλεσμα να αυξάνεται και η αντίδραση της διατομής ως προς την τέμνουσα βάσης που τέμνει την διατομή του τοιχώματος κοντά στην βάση εξού και το όνομά της Ένα παράδειγμα. Αν κουνήσουμε ένα τραπέζι με μια ντάνα βιβλία αυτά θα ολισθήσουν το ένα πάνω στο άλλο και η ντάνα βιβλίων θα γκρεμιστεί. Αν εφαρμόσουμε θλίψη στην ντάνα βιβλίων, θα αυξηθεί η τριβή και θα παραμείνει αλώβητη στο κούνημα του τραπεζιού.
Ροπή ανατροπής τοιχωμάτων Να διευκρινίσουμε ότι εξετάζουμε την στροφή των τοιχωμάτων από τις ροπές που δέχονται και όχι την ανατροπή της κατασκευής. Οι τένοντες του μηχανισμού αγκύρωσης ενώνονται με περικόχλια με τους τένοντες των τοιχωμάτων και αποτελούν έναν ενιαίο τένοντα που εκτίνεται από το ανώτατο άκρο της κατασκευής μέχρι και τα βάθη της γεώτρησης και όπου επάνω του, όπως αναφέραμε πάρα πάνω, εφαρμόζονται δύο διαφορετικής έντασης έλξεις. Όταν το τοίχωμα τείνει να ανατραπεί ο τένοντας αντιδρά στην στροφή του διότι αρνείται να επιμηκυνθεί. Η αντίδραση προέρχεται από την πάκτωση του τένοντα στο έδαφος και από την πάκτωση του άλλου άκρου του τένοντα στο δώμα. Δεν προέρχεται από την πάκτωση της βάσης με το έδαφος. Αυτό επιφέρει ευεργετικά αποτελέσματα διότι η παρεμπόδιση της στροφής του τοιχώματος από τον πακτωμένο τένοντα στο δώμα, θλίβει την διατομή του τοιχώματος διότι η ανοδική πορεία της στροφής του τοιχώματος και η άρνηση του τένοντα δημιουργούν θλίψη στο τοίχωμα και όχι εφελκυσμό και ξέρουμε ότι το σκυρόδεμα αντέχει στην θλίψη. Ακόμα σταματά ποιο αποτελεσματικά την ροπή κάμψης διότι την μετατρέπει σε θλίψη. Ο τένοντας παραλαμβάνει τις εντάσεις προερχόμενες από την ροπή ανατροπής αλλά και από την ροπή κάμψης, και τις εκτρέπει μέσα στο έδαφος όπου και τις διαχέει μέσο στου μηχανισμού. Αν ο τένοντας του τοιχώματος και ο τένοντας του εδάφους δεν αποτελούσαν ενιαίο τένοντα αλλά δύο ξεχωριστά τμήματα, θα είχαμε αστοχίες διάτμησης στο σκυρόδεμα επικάλυψης κοντά στην βάση καθώς και στην διατομή του τοιχώματος λόγο εφελκυσμού. Με αυτόν τον σχεδιασμό και οι δύο παρειές του τοιχώματος θλίβονται και αναιρούν τον εφελκυσμό. Θλίβονται και με την μετά τάνυση των τενόντων αλλά η θλίψη αυξάνει περισσότερο και κατά την ροπή ανατροπής και κατά την ροπή κάμψης.
Αναφορές
[ 1 ] ΒΑΣΙΚΗ ΙΔΕΑ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΠΡΟΕΝΤΑΣΗΣ
https://www.esofia.net/sites/default/fi ... _kef_4.pdf