Συγκριτική αξιολόγηση απλοποιημένων μεθόδων ανελαστικής ανάλυσης κατασκευών υπό σεισμική φόρτιση με έμφαση στη συστηματική διατύπωση και βελτίωση της φασματικής υπερωθητικής ανάλυσης

Abstract

The nonlinear response history analysis (NLRHA) is the most accurate procedure in computing seismic demands. However, it is the most rigorous and complicated procedure, so it is impractical for routine use. On the other hand, the nonlinear static procedure (NSP), which is obviously preferable for professional use to the more time-consuming NLRHA, has a series of serious limitations and shortcomings. In order to overcome these drawbacks, several researchers have proposed further improved nonlinear static procedures, as well as they have developed new ones, such as the so-called modal pushover analysis (MPA) and the spectral pushover analysis (SPA). The idea and principal feature of the latter one is the incremental application of small portions of spectrum to the structure, instead of the application of static force distributions along the height of the structure (NSP, MPA). The evaluation of the SPA procedure is the principal objective of the present dissertation. As a first step, a literature review concerning the application of simplified nonlinear procedures on planar and spatial structures is carried out. Different pushover procedures are presented and their assumptions are tracked down. Particular emphasis is given to the systematic description of NSP and MPA and a critical review on their underlying assumptions is carried out. Next, the theoretical background of SPA is presented, then the underlying assumptions and approximations are described and, finally, the successive steps of the method are outlined along with a flowchart describing the implementation process. In order to evaluate the accuracy of SPA, a series of parametric analyses of planar and spatial systems is carried out. The results determined by SPA are compared against the respective results of the NSP, the MPA and the NLRHA. The NLRHA results are considered as reference solution. Twenty different sets of recorded ground motions have been used as seismic input. Their comparative evaluation shows that SPA gives very encouraging and promising results for the examined systems under the specific earthquakes. As far as the planar frame is concerned, the magnitude of errors of floor displacements is similar for all approximate procedures. For the spatial systems, both MPA and SPA are similarly accurate, while NSP practically fails to predict the inelastic behavior

Η ανελαστική χρονολογική ανάλυση (AXA) αποτελεί την ακριβέστερη δυνατή μέθοδο ανάλυσης, αλλά είναι η πλέον απαιτητική διαδικασία, γεγονός που την καθιστά υπερβολική για συνήθη έργα. Από την άλλη πλευρά, η χάριν οικονομίας υπολογισμών κατά κανόνα εφαρμοζόμενη σήμερα στην πράξη στατική υπερωθητική ανάλυση (ΣΥΑ) έχει περιορισμένο πεδίο εφαρμογής και εμφανίζει προβλήματα ακρίβειας. Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων έχουν προταθεί διάφορες παραλλαγές της ΣΥΑ, καθώς και νέες απλοποιημένες μέθοδοι ανελαστικής ανάλυσης, όπως η ιδιομορφική υπερωθητική ανάλυση (IYA) και η φασματική υπερωθητική ανάλυση (ΦΥΑ). Κύριο χαρακτηριστικό γνώρισμα της τελευταίας είναι η απευθείας επαυξητική εφαρμογή του φάσματος της σεισμικής διέγερσης στην κατασκευή, αντί της επαυξητικής εφαρμογής των σεισμικών δυνάμεων ορόφων (ΣΥΑ, ΙΥΑ). Η συστηματική διατύπωση και διερεύνηση της αξιοπιστίας της τελευταίας αποτελεί τον κύριο στόχο της παρούσας διατριβής. Αρχικά διερευνάται η βιβλιογραφία που αφορά στην ανάπτυξη απλοποιημένων ανελαστικών μεθόδων για την εκτίμηση της ανελαστικής απόκρισης επίπεδων ή χωρικών φορέων και καταγράφονται οι παραδοχές βάσει των οποίων έχουν αναπτυχθεί. Στη συνέχεια γίνεται συστηματική περιγραφή της μεθοδολογίας της ΣΥΑ (και των παραλλαγών της) και της ΙΥΑ με αναλυτική καταγραφή και κριτική αξιολόγηση των παραδοχών που υιοθετούν. Έπειτα, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της ΦΥΑ περιγράφονται οι παραδοχές της και, τέλος, καταγράφονται τα διαδοχικά βήματα εφαρμογής της. Για την αξιολόγηση της ακρίβειάς της διενεργούνται εκτεταμένες παραμετρικές επιλύσεις απλών επίπεδων και χωρικών φορέων. Τα αποτελέσματα της ΦΥΑ συγκρίνονται με τα αντίστοιχα που προκύπτουν με εφαρμογή της ΣΥΑ, ΙΥΑ και ΑΧΑ. Η τελευταία έχει τον ρόλο της λύσης αναφοράς. Ως σεισμικές διεγέρσεις χρησιμοποιούνται 20 φυσικές καταγραφές με τα αντίστοιχα φάσματα απόκρισής τους. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι η ΦΥΑ δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα για τους μελετηθέντες φορείς υπό τις χρησιμοποιηθείσες διεγέρσεις. Τα σφάλματα των μετακινήσεων των ορόφων που προκύπτουν από την εφαρμογή της στα επίπεδα πλαίσια είναι της ίδιας τάξης μεγέθους τόσο με τα αντίστοιχα της ΣΥΑ όσο και με εκείνα της ΙΥΑ. Στα εδώ μελετηθέντα χωρικά συστήματα η ΙΥΑ και η ΦΥΑ δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα, αντίθετα με τη ΣΥΑ, η οποία φαίνεται ότι αδυνατεί να περιγράψει ικανοποιητικά την ανελαστική απόκριση τους.