Polycarpou, Panayiotis Ch., Komodromos, Petros, Χαρμπής, Δήμος, Αναγνωστόπουλος, Σταύρος, Φωκάς, Μάριος, Λαγαρός, Νίκος, Κωμοδρόμος, Πέτρος, Charmpis, Dimos, Anagnostopoulos, Stavros, Fokas, Marios, Lagaros, Nicos, Πανεπιστήμιο Κύπρου, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος, University of Cyprus, Faculty of Engineering, Department of Civil and Environmental Engineering, and Komodromos, Petros [0000-0001-6803-5013]
Includes bibliographical references (p. 164-172). Number of sources in the bibliography: 83 Thesis (Ph. D.) -- University of Cyprus, Faculty of Engineering, Department of Civil and Environmental Engineering, 2009. The University of Cyprus Library holds the printed form of the thesis. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, διερευνώνται, μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων και παραμετρικών αναλύσεων, οι επιπτώσεις πιθανών συγκρούσεων κατά τη σεισμική απόκριση σεισμικώς μονωμένων κτιρίων. Συγκρούσεις μπορούν να συμβούν σε περιπτώσεις όπου το διαθέσιμο διάκενο περιμετρικά από ένα σεισμικώς μονωμένο κτίριο, λόγω διαφόρων παραγόντων, είναι περιορισμένο και συγχρόνως μία ισχυρή σεισμική διέγερση υποβάλλει την κατασκευή σε μεγάλες οριζόντιες μετακινήσεις σχετικά με το έδαφος. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, το σεισμικώς μονωμένο κτίριο πιθανόν να συγκρουστεί, είτε με τον περιμετρικό τοίχο στη βάση της ανωδομής, είτε και με άλλα γειτονικά κτίρια, τα οποία μπορεί να βρίσκονται σε πολύ κοντινή απόσταση. Οι ανωδομές των κτιρίων προσομοιώνονται σε δύο διαστάσεις, ως γραμμικά ελαστικά πολυβάθμια συστήματα με διατμητική συμπεριφορά, καθώς για τη προσομοίωση της συμπεριφοράς του συστήματος της σεισμικής μόνωσης χρησιμοποιείται, είτε ισοδύναμο γραμμικό ελαστικό, είτε διγραμμικό ανελαστικό μοντέλο. Η μοντελοποίηση της κρούσης γίνεται με τη χρήση κατάλληλων μοντέλων κρούσης, με τα οποία οι δυνάμεις επαφής υπολογίζονται με βάση την παραδοχή μιας μικρής αλληλοεπικάλυψης μεταξύ των δύο συγκρουόμενων σωμάτων που πολλαπλασιάζεται με τη δυσκαμψία ενός υποθετικού ελατηρίου κρούσης, το οποίο προσομοιώνει την τοπική παραμορφωσιμότητα του υλικού στο σημείο επαφής. Χρησιμοποιώντας σχετικά παραδείγματα, εξετάζονται διάφοροι τύποι και παραλλαγές τέτοιων μοντέλων, καθώς και προτείνονται δύο νέα μοντέλα κρούσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε προσομοιώσεις συγκρούσεων δομικών κατασκευών. Ένα εξειδικευμένο λογισμικό έχει σχεδιαστεί και αναπτυχθεί, με χρήση αντικειμενοστραφούς γλώσσας προγραμματισμού, το οποίο παρέχει τη δυνατότητα αποτελεσματικής και αποδοτικής πραγματοποίησης των απαιτούμενων προσομοιώσεων και παραμετρικών αναλύσεων. Οι επιπτώσεις των συγκρούσεων στην απόκριση ενός σεισμικώς μονωμένου κτιρίου μελετώνται και παρουσιάζονται μέσω ενός ενδεικτικού παραδείγματος. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι διαφορές στη σεισμική απόκριση της κατασκευής κατά τη διάρκεια συγκρούσεων, λόγω της χρήσης διαφόρων μοντέλων κρούσης για τον υπολογισμό των δυνάμεων κρούσης. Έπειτα, θεωρώντας ότι σεισμικώς μονωμένα κτίρια μπορεί να συγκρούονται, είτε με τον περιμετρικό τοίχο στη βάση τους, είτε και με γειτονικά συμβατικά κτήρια, πραγματοποιούνται σειρές αναλύσεων, όπου μελετάται η επιρροή διαφόρων παραμέτρων στα μεγέθη απόκρισης των σεισμικώς μονωμένων κτιρίων, κατά τη διάρκεια ισχυρών σεισμικών δράσεων. Στις παραμέτρους αυτές περιλαμβάνονται το πλάτος του περιμετρικού διακένου, τα χαρακτηριστικά της σεισμικής διέγερσης, η δυσκαμψία και η απόσβεση της κρούσης και τα χαρακτηριστικά του συστήματος σεισμικής μόνωσης. Συγκεκριμένα, για την περίπτωση συγκρούσεων ενός σεισμικώς μονωμένου κτιρίου με άλλα γειτονικά κτίρια, μελετήθηκε επίσης η επιρροή των χαρακτηριστικών των γειτονικών κτιρίων, όπως για παράδειγμα ο αριθμός των ορόφων τους. Τέλος, εξετάζεται η αποτελεσματικότητα της χρήσης παρεμβλημάτων από ελαστομερές υλικό, τα οποία μπορούν να εφαρμοστούν στα πιθανά σημεία συγκρούσεων, ούτως ώστε να λειτουργήσουν σαν ενδεχόμενο μέτρο άμβλυνσης των δυσμενών επιπτώσεων των συγκρούσεων. Για την προσομοίωση της συμπεριφοράς τέτοιων ελαστικών παρεμβλημάτων, αναπτύχθηκε ένα νέο μη-γραμμικό μοντέλο κρούσης με υστερητική απόσβεση, βάσει αποτελεσμάτων από σχετικά πειράματα τα οποία πραγματοποιήθηκαν στο παρελθόν από άλλους ερευνητές. Με τη χρήση του προτεινόμενου μοντέλου λαμβάνεται υπόψη και το πεπερασμένο πάχος του ελαστικού προσκρουστήρα. Συγκεκριμένα, πραγματοποιούνται σειρές παραμετρικών αναλύσεων όπου εξετάζεται η επιρροή κάποιων παραμέτρων, όπως τα χαρακτηριστικά της σεισμικής δράσης, το πάχος και ο αριθμός των προσκρουστήρων που εφαρμόζονται σε κάθε πλευρά του κτιρίου, στην αποτελεσματικότητα αυτού του μέτρου άμβλυνσης των αρνητικών συνεπειών των συγκρούσεων. The current research work investigates, through numerical simulations and parametric studies, the consequences of potential pounding incidences on the seismic response of seismically isolated buildings. Such impact events may occur in cases where the available clearance around a seismically isolated building is limited due to practical constraints, in combination with a very strong seismic excitation that induces larger than expected horizontal displacements. Under such circumstances, the seismically isolated building may hit against the surrounding moat wall at its base or against a structure that is built in close proximity. The superstructures of the buildings are simulated in two dimensions as multi-degree-of-freedom systems with linear elastic shear-type behavior, while for the seismic isolation system’s behavior, both linear and bilinear modeling is considered in the performed analyses. For the modeling of impacts, a “penalty method” is used, in which a small interpenetration among two colliding bodies is allowed and used in combination with an impact stiffness coefficient to calculate the elastic impact forces that are applied on the colliding bodies. Several types of such impact models are examined, while two new impact models are proposed to be used for simulating structural pounding. A relevant software application has been specifically designed and developed in order to effectively and efficiently perform the necessary numerical simulations and parametric studies. The effects of poundings on the performance of a seismically isolated building are demonstrated and discussed using a relevant example. Furthermore, the effect of using different impact models for the calculation of impact forces on the overall seismic response during poundings is also examined. Subsequently, considering seismically isolated buildings pounding either with the surrounding moat wall or with adjacent fixed-supported buildings, the influence of certain parameters on their dynamic response during strong ground-motions is assessed. Such parameters include the width of the seismic gap, the earthquake characteristics, the impact parameters and the characteristics of the seismic isolation system. Specifically, in the case of poundings with adjacent buildings, an investigation is conducted regarding the type of the adjacent structures and the influence of their characteristics on the response of a seismically isolated building during various earthquake excitations. Finally, the use of rubber bumpers, which can act as shock-absorbers, is examined as a potential impact mitigation measure to alleviate the detrimental effects of poundings. For the simulation of the rubber bumpers, a new impact model with hysteretic damping is developed and used, based on relevant experiments conducted by other researchers. The proposed non-linear impact model takes into account the finite thickness of the rubber bumper. A series of parametric studies is performed in order to examine the influence of certain parameters, such as the earthquake characteristics, the bumpers’ thickness and the number of bumpers that are attached on each side of a seismically isolated building, on the effectiveness of such mitigation measure for poundings.