23/10/2009

1

ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΕΛΚΕΜΕΑκεραιότητα Μεταλλικών Κατασκευών

ΒΑΣΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕ∆ΙΑΣΜΟΥ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΣΧΕ∆ΙΑΣΜΟΥ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ

ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

∆.Ε. ΜπέσκοςΤµήµα Πολιτικών ΜηχανικώνΠανεπιστηµίου Πατρών

26500 Πάτρα

23/10/2009

2

ΕΛΛΗΝΙΚΟΣ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΣ Ε.Α.Κ. (2004)

• Αποφυγή κατάρρευσης• Περιορισµός βλαβών• Ελάχιστη στάθµη λειτουργιών

Θεµελιώδεις απαιτήσεις και κριτήρια σχεδιασµού

Σεισµικές δράσεις σχεδιασµού

• Καθορισµός µε βοήθεια φασµάτων σχεδιασµού, ελαστικών και ανελαστικών (συντελεστής συµπεριφοράς)

• Καθορισµός µε επιταχυνσιογραφήµατα ως συναρτήσεις χρόνου

23/10/2009

3

ΜΕΘΟ∆ΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ

α) ∆υναµική φασµατική µέθοδοςβ) Απλοποιηµένη φασµατική µέθοδος (ισοδύναµη στατική µέθοδος)

1) Συνήθεις µέθοδοι (γραµµικές)

2) Ειδικές µέθοδοι (γραµµικές ή µη-γραµµικές)

α) Γραµµική στο πεδίο του χρόνου µε σεισµικά επιταχυνσιογραφήµαταα) Γραµµική στο πεδίο του χρόνου µε σεισµικά επιταχυνσιογραφήµατα

β) Μη - γραµµική στο πεδίο του χρόνου µε σεισµικά

επιταχυνσιογραφήµατα

23/10/2009

4

oV

ΙΣΟ∆ΥΝΑΜΗ ΣΤΑΤΙΚΗ ΜΕΘΟ∆ΟΣ

1) Σεισµική τέµνουσα βάσης

όπου η συνολική µάζα, η φασµατική επιτάχυνση σχεδιασµού και η θεµελιώδης ιδιοπερίοδος.

2) Κατανοµή της καθ’ ύψος σε κανονικά κτίρια

( )o dV M R T= ⋅

( )dR T

T

M

oV

izi

1

( ) , , 1, 2, ....i ii o H N

j jj

m zF V V i j N

m z=

= − =

∑

όπου η σεισµική δύναµη στάθµης , η µάζα στάθµης ,

απόσταση στάθµης από βάση και

πρόσθετη δύναµη κορυφής όταν .

i imiFi 0.08 ( 0.25 )H o oV TV V= ≤

1.0 secT ≥

23/10/2009

5

Συνήθης Πορεία Αντισεισµικού Σχεδιασµού Μεταλλικών Κατασκευών

• Προηγείται σχεδιασµός υπό στατική φόρτιση. Υποθέτοντας διατοµές δοκών και υποστυλωµάτων γίνεται στατική ελαστική ανάλυση της κατασκευής υπό κανονιστικά φορτία (EC1), εύρεση εντατικών µεγεθών (M,V,N) για κάθε µέλος και έλεγχος επάρκειας αυτών µε χρήση εξισώσεων αντοχής του EC3. Τέλος γίνεται και έλεγχος παραµορφώσεων.

• Ακολουθεί ελαστική δυναµική ανάλυση της κατασκευής για εύρεση ιδιοπεριόδων και ιδιοµορφών και καθορισµό απαιτουµένου αριθµού αυτών.

• Προσδιορίζονται οι σεισµικές δράσεις σχεδιασµού από το ανελαστικό • Προσδιορίζονται οι σεισµικές δράσεις σχεδιασµού από το ανελαστικό φάσµα Ε.Α.Κ. και καθορίζεται ο σεισµικός σχεδιασµός δράσεων.

• Γίνεται έλεγχος περιορισµού βλαβών οργανισµού πλήρωσης και έλεγχος επιρροών 2ης τάξης για σεισµικό σχεδιασµό.

• Ευρίσκονται τα εντατικά µεγέθη (M,V,N) για κάθε µέλος και γίνεται έλεγχος επάρκειας αυτών µε χρήση εξισώσεων αντοχής του EC3 σε συνδυασµό µε διατάξεις ικανοτικού σχεδιασµού.

• Γίνεται µόρφωση και έλεγχος επάρκειας κόµβων στις συνδέσεις δοκών-υποστυλωµάτων.

23/10/2009

6

ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕ∆ΙΑΣΜΟΣ ΒΑΣΕΙ ΟΛΙΓΟΚΥΚΛΙΚΗΣ ΚΟΠΩΣΗΣΜέθοδος Castiglioni et al. (1995-2008)

Η µέθοδος αυτή προσδιορίζει τον συντελεστή συµπεριφοράς q βάσει της έννοιας της ολιγοκυκλικής κόπωσης ως εξής:

1) Επιλέγονται L (L=5 ή 6) επιταχυνσιογραφήµατα

( ) ( )i o iu t a a t=

2) Προσδιορίζεται η απόκριση της κατασκευής σε κάθε µε γραµµική δυναµική ανάλυση στο πεδίο του χρόνου.

3) Προσδιορίζεται ο σωρευτικός δείκτης βλάβης µε βάση το νόµο του Miner

( )iu t

1i

LK

DK K

nI

N=

=∑

23/10/2009

7

για κάθε , όπου

= αριθµός κύκλων απόκρισης για πλάτος τάσης υπολογιζόµενος µε µέθοδο απαρίθµησης κύκλων (π.χ. rainflow)

για κάθε µέλος.

= αριθµός κύκλων µέχρι αστοχία για πλάτος τάσης

υπολογιζόµενος από S – N καµπύλης ολιγοκυκλικής κόπωσης.

( )iu t

Kn KS

KNKS

Αυτές έχουν βρεθεί πειραµατικά για µέλη διατοµών HEA, HEB και ΙΡΕ καθώς και µερικές κοχλιωτές και συγκολλητές συνδέσεις.

4) Τα βήµατα 1-3 επαναλαµβάνονται για διάφορες τιµές του µέχρις ότου σε κάποιο µέλος (αστοχία) οπότε

oa

1iDI → maxoa a=

23/10/2009

8

5) Ο συντελεστής για το επιταχυνσιογράφηµα ορίζεται ως

6) Ορίζεται ο συντελεστής q της κατασκευής που λαµβάνει υπόψη του ολιγοκυκλική κόπωση ως ο µέσος όρος των για όλα τα L επιταχυνσιογραφήµατα.

iq ( )ia t

max / ya a

iq

1

1 L

ii

q qL =

= ∑

23/10/2009

9

Υπολογισµός συντελεστή q µε διάφορες µεθόδους για διάφορα χαλύβδινα πλαίσια

όπου µε n = αριθµός ορόφων, m = αριθµός ανοιγµάτων

Πλαίσιο

Μέθοδος

F1 (n=2,m=1)

F2 (n=3,m=2)

F3 (n=3,m=3)

F4 (n=5,m=2)

F5 (n=5,m=3)

F6 (n=8,m=2)

F7 (n=8,m=3)

Προτεινόµενη γραµµική

6.3 8.2 7.7 6.5 6.6 6.2 6.2

iF

Μη γραµµική ανάλυση

7.2 13.5 8.4 12.3 12.5 15.9 11.9

Ε.Α.Κ. (2004)

4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0

EC 8 (2004)

6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0

23/10/2009

10

23/10/2009

11

23/10/2009

12

23/10/2009

13

23/10/2009

14

23/10/2009

15

23/10/2009

16

23/10/2009

17

23/10/2009

18

23/10/2009

19

23/10/2009

20

23/10/2009

21

23/10/2009

22

23/10/2009

23

23/10/2009

24

23/10/2009

25

23/10/2009

26

23/10/2009

27

23/10/2009

28

23/10/2009

29

23/10/2009

30

23/10/2009

31

23/10/2009

32

23/10/2009

33

23/10/2009

34

23/10/2009

35

23/10/2009

36

23/10/2009

37

23/10/2009

38

23/10/2009

39

23/10/2009

40