Αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς υφιστάμενων κατασκευών από σκυρόδεμα

Abstract

The goal of this research is to investigate seismic response of existing RC structures. To serve this goal, a new beam-column type finite element model is developed for inelastic analysis of RC structures. The finite element is formulated on the basis of flexibility method. It consists of three subelements which are connected in series and represent respectively hysteretic flexural, shear and anchorage slip response. The flexural subelement is used for modelling flexural response of the RC member before and after yielding of longitudinal reinforcement. It is able to model variation of section flexibility along the member and gradual spread of inelastic flexural deformations from the ends towards the midspan. The shear subelement represents RC member hysteretic shear behaviour. Following a dual coupling procedure with the flexural subelement, proposed for first time in this thesis, this subelement is capable of modelling accession of shear deformations in the plastic hinge regions of RC members as well as their propagation to the midspan. In addition, the proposed subelement accounts for shear flexibility variation along the member due to variation of the shear force caused by distributed loading. Finally, the bond-slip subelement accounts for the fixed-end rotations which arise at the interfaces of adjacent RC members due to bond deterioration and slippage of the reinforcement in the joint regions. In addition to the above, an innovative local seismic damage index is proposed herein, according to which flexural, shear and bond-slip damage are treated in an explicit manner. The proposed index is able to take into consideration the additive character of degradation arising from the three deformation mechanisms as well as the increase of damage caused by their interaction. The proposed finite element and damage index are calibrated against experimental data coming from six experimental column specimens and three experimental plane frame structures. The analytical results of the finite element are in accordance with the experimental values in terms of stiffness, strength and displacement demands. Moreover, the proposed damage index describes adequately the damage state of all specimens under examination.

Αντικείμενο της διατριβής είναι η αποτίμηση της σεισμικής απόκρισης κατασκευών Ο/Σ που δεν έχουν σχεδιαστεί σύμφωνα με τις σύγχρονες αντισεισμικές προδιαγραφές. Για τον σκοπό αυτόν αναπτύσσεται ένα πεπερασμένο στοιχείο προσομοίωσης της υστερητικής συμπεριφοράς γραμμικών μελών Ο/Σ. Το στοιχείο βασίζεται στη μέθοδο της ευκαμψίας και συντίθεται από τρία επιμέρους υποστοιχεία που συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά και προσδιορίζουν αντίστοιχα την απόκριση του μέλους σε κάμψη, διάτμηση και ολίσθηση της αγκύρωσης. Το καμπτικό υποστοιχείο προσομοιώνει την καμπτική συμπεριφορά του δομικού μέλους πριν και μετά τη διαρροή των άκρων του και είναι σε θέση να προσομοιώσει την εξάπλωση της καμπτικής διαρροής από τα άκρα προς το εσωτερικό του. Το διατμητικό υποστοιχείο προσομοιώνει τη διατμητική υστερητική συμπεριφορά. Με κατάλληλη διαδικασία διπλής αλληλεπίδρασής του με το καμπτικό υποστοιχείο, που προτείνεται για πρώτη φορά στη διατριβή, επιτυγχάνεται η ορθή προσομοίωση αφενός της αύξησης των διατμητικών παραμορφώσεων στις περιοχές των πλαστικών αρθρώσεων και αφετέρου της εξάπλωσης τους από τα άκρα προς το εσωτερικό του δομικού μέλους. Μέριμνα λαμβάνεται επίσης για τη μεταβολή της δυστμησίας στην περίπτωση που η δρώσα τέμνουσα μεταβάλλεται κατά μήκος του στοιχείου από την ύπαρξη κατανεμημένων φορτίων. Τέλος, το ολισθητικό υποστοιχείο προσομοιώνει την ανάπτυξη των τοπικών στροφών που προκαλούνται στα άκρα των δομικών μελών από τη διείσδυση της διαρροής και την ολίσθηση της αγκύρωσης του οπλισμού στους γειτονικούς κόμβους. Στη συνέχεια, προτείνεται στη διατριβή ένας νέος τοπικός δείκτης βλάβης στον οποίο οι βλάβες από καμπτική, διατμητική και ολισθητική παραμόρφωση λαμβάνονται υπόψη με διακριτό τρόπο. Ο προτεινόμενος δείκτης είναι ικανός να προσομοιώσει με επάρκεια τον αθροιστικό χαρακτήρα που έχουν οι επιμέρους συνιστώσες της σεισμικής βλάβης αλλά και την προσαύξηση της υποβάθμισης από την αλληλεπίδραση μεταξύ των επιμέρους μηχανισμών παραμόρφωσης. Η βαθμονόμηση του προτεινόμενου πεπερασμένου στοιχείου και δείκτη βλάβης υλοποιείται με τον έλεγχο της ανελαστικής συμπεριφοράς έξι πειραματικών δοκιμίων υποστυλωμάτων και τριών πειραματικών πλαισιακών φορέων Ο/Σ. Οι αναλυτικές προβλέψεις από το πεπερασμένο στοιχείο βρίσκονται σε πολύ καλή συμφωνία με τις πειραματικές καταγραφές τόσο σε όρους δυσκαμψίας και αντοχής όσο και σε όρους μετακινήσεων. Επιπρόσθετα, ο προτεινόμενος δείκτης βλάβης αποδίδει με επάρκεια την πραγματική εικόνα βλάβης των εξεταζόμενων πειραματικών δοκιμίων.