Νέα κατακόρυφη διάταξη επιταχυνσιομέτρων στην Πάτρα: εγκατάσταση, χαρακτηριστικά και αναλύσεις των διαθέσιμων σεισμικών καταγραφών

Abstract

The subject of the Thesis is the analysis of earthquake recordings by the vertical array of accelerometers UPAN-VA1 that has been recently installed in Patras, Greece by the laboratory of Geotechnical Engineering, Department of Civil Engineering, University of Patras. The Thesis includes information and data concerning details of the installation (depths and technical characteristics of the accelerometers) as well as of the local soil stratigraphy and static and dynamic soil properties. The main objectives of the analyses were to: (a) identify the characteristics of seismic site response at the site of the array (amplification and frequency content of ground motion), the threshold shear strain of soil above which nonlinear behavior starts to appear, (b) study the possibility of development of dynamic soil-structure interaction (SSI) between the vertical array and the adjacent building, (c) evaluate the dynamic soil properties using the seismic recordings, (d) find an analytic Vs-depth relation describing the continuous variation of shear wave velocity with depth, and (e) extract shear stress-strain loops of soil materials from the recorded acceleration time histories.

Αντικείμενο της Διατριβής αποτελεί η παρουσίαση (α) των χαρακτηριστικών της πρόσφατα εγκατεστημένης κατακόρυφης διάταξης επιταχυνσιομέτρων UPAN-VA1 στην Πάτρα, και (β) των αποτελεσμάτων των αναλύσεων τμήματος των διαθέσιμων σεισμικών καταγραφών. Η κατακόρυφη διάταξη εγκαταστάθηκε από το Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών τον Ιούλιο του 2013 στο πολεοδομικό συγκρότημα της Πάτρας. Η Διατριβή περιλαμβάνει εκτενή βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με την ανάπτυξη και εξέλιξη των κατακόρυφων διατάξεων επιταχυνσιομέτρων (ή σεισμομέτρων) καθώς και με τις μεθόδους επεξεργασίας των σεισμικών καταγραφών τόσο στο πεδίο του χρόνου όσο και στο πεδίο των συχνοτήτων. Ακόμη, περιλαμβάνει (α) λεπτομερή τεχνικά στοιχεία για την εγκατάσταση και τα χαρακτηριστικά της κατακόρυφης διάταξης UPAN-VA1 και (β) τα αποτελέσματα της γεωτεχνικής έρευνας και των επι-τόπου και εργαστηριακών δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν στη θέση της εγκατάστασης της κατακόρυφης διάταξης. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η βάση δεδομένων (σεισμικές καταγραφές) που έχει συγκεντρωθεί κατά τη διάρκεια λειτουργίας της κατακόρυφης διάταξης UPAN-VA1, τμήματα της οποίας αξιοποιήθηκαν κατά την εκπόνηση της Διατριβής. Στην Διατριβή διερευνάται επίσης – με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων – εάν η παρουσία του γειτονικού (προς την κατακόρυφη διάταξη) κτιρίου επηρεάζει τις σεισμικές καταγραφές, και διεξάγονται παραμετρικές διερευνήσεις (εάν ένα υποθετικό κτίριο μεγαλύτερων διαστάσεων και ύψους θα επηρέαζε τις σεισμικές καταγραφές). Επιπλέον, αναλύεται και διερευνάται (α) η ενίσχυση της οριζόντιας και κατακόρυφης συνιστώσας της εδαφικής κίνησης κατά τη διαδρομή των σεισμικών κυμάτων προς την επιφάνεια του εδάφους, (β) οι φασματικοί λόγοι (επιφάνεια/βάθος) των οριζόντιων καταγραφών καθώς και των οριζόντιων/κατακόρυφων καταγραφών σε αυξανόμενα βάθη από την επιφάνεια του εδάφους, (γ) η ύπαρξη εδαφικής ανισοτροπίας κατά τις οριζόντιες διευθύνσεις, και (δ) η επίδραση της εποχής του έτους (ξηρή έναντι υγρής εποχής) στα χαρακτηριστικά των καταγραμμένων κινήσεων. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα αντίστροφων αναλύσεων των σεισμικών καταγραφών με στόχο τον υπολογισμό των τιμών των δυναμικών εδαφικών ιδιοτήτων στη θέση της κατακόρυφης διάταξης. Οι αντίστροφες αναλύσεις πραγματοποιούνται εφαρμόζοντας (α) την μέθοδο της σεισμικής συμβολομετρίας με αλληλοσυσχέτιση (interferometry by cross-correlation) σε ζεύγη σεισμικών καταγραφών, και (β) ευρετική μέθοδο για τον προσδιορισμό συνεχούς αναλυτικής σχέσης Vs-βάθος. Πραγματοποιείται επίσης σύνθεση καμπυλών διατμητικής τάσης-παραμόρφωσης (βρόχοι υστέρησης) αξιοποιώντας τις καταγραμμένες χρονικές ιστορίες επιταχύνσεων σε ζεύγη επιταχυνσιομέτρων (επιφανειακό/υπόγειο και υπόγειο/υπόγειο), και από αυτούς προσδιορίζονται οι τιμές των δυναμικών εδαφικών ιδιοτήτων (ταχύτητα διάδοσης εγκάρσιων κυμάτων και λόγος απόσβεσης).