Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/8956
Title: Επίδραση των υπό γωνία προσπιπτόντων κυμάτων SH στην τυχηματική εκκεντρότητα
Other Titles: Effect of obliquely incident seismic SH waves on accidental eccentricity
Authors: Πλεύρη, Ευαγγελία
Keywords: Κύματα SH
Τυχηματική εκκεντρότητα
Σεισμικές διεγέρσεις εγγύς-πεδίου
Αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής
Keywords (translated): SH waves
Accidental eccentricity
Near-fault ground motions
Soil-structure interaction
MATLAB
Abstract: Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες από τις διαθέσιμες μεθόδους για τον υπολογισμό της δυναμικής απόκρισης των κατασκευών, συμπεριλαμβανομένης της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής, βασίζονται στην παραδοχή ότι η σεισμική διέγερση μπορεί να προσομοιωθεί με επίπεδα θλιπτικά (P-waves) ή διατμητικά (S-waves) κύματα τα οποία φθάνουν κάθετα στη θεμελίωση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η διέγερση να θεωρείται ίδια σε όλα τα σημεία της θεμελίωσης και ότι αποτελείται αποκλειστικά από μία οριζόντια ή κατακόρυφη μεταφορική κίνηση. Με βάση αυτή τη θεωρία, το σύστημα θα αναπτύξει στρεπτική απόκριση μόνο όταν η θεμελίωση ή η ανωδομή δεν είναι συμμετρικές. Ωστόσο, πειραματικά αποτελέσματα (Housner 1957, Yamahara 1970, Duke et al. 1971, Crouse 1973) καθώς και θεωρητικές αναλύσεις (Trifunac 1971, Trifunac 1972, Iguchi 1973, Wong & Trifunac 1974, Lee & Wesley 1975, Kobori & Shinozaki 1975, Luco 1976, Wong & Luco 1978, Luco & Wong 1982) υποδεικνύουν ότι τα σεισμικά κύματα όταν προσπίπτουν στην κατασκευή υπό γωνία και όχι απαραιτήτως κάθετα μπορεί να έχουν σημαντική επίδραση στην απόκρισή της. Συγκεκριμένα, η παράλληλη προς την επιφάνεια του εδάφους συνιστώσα ενός υπό γωνία προσπίπτοντος διατμητικού κύματος (SH κύμα) προκαλεί αξιοσημείωτη στρεπτική απόκριση επιπλέον της μεταφορικής ακόμα και στην περίπτωση συμμετρικών κατασκευών και θεμελιώσεων. Η στρεπτική συνιστώσα μίας σεισμικής διέγερσης με τη μορφή ενός υπό γωνία προσπίπτοντος κύματος μπορεί λοιπόν να αυξήσει την απόκριση των συμμετρικών κατασκευών αφού έρχεται να προστεθεί στην ήδη γνωστή μεταφορική απόκριση. Η αύξηση αυτή εξαρτάται κατά πολύ από τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος αλλά και από τα χαρακτηριστικά της διέγερσης. Για να ληφθεί αυτό υπόψη από τους σύγχρονους Αντισεισμικούς Κανονισμούς χρησιμοποιείται μια παράμετρος που αναφέρεται ως τυχηματική εκκεντρότητα ως μέρος της εκκεντρότητας σχεδιασμού. Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να εκτιμηθεί η τυχηματική εκκεντρότητα μίας συμμετρικής ελαστικής 10-ώροφης κατασκευής οπλισμένου σκυροδέματος η οποία στηρίζεται σε άκαμπτο κυκλικό θεμέλιο πάνω σε ελαστικό ημιχώρο μέσω του αναλυτικού υπολογισμού της δυναμικής απόκρισής της. Αναλυτική περιγραφή του μοντέλου εδάφους-κατασκευής παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 3. Το σύστημα θεμελίωσης-ανωδομής υπόκειται σε μεταφορική και στρεπτική παλμική εδαφική διέγερση εγγύς πεδίου (impulsive near-fault ground motion) ως αποτέλεσμα της υπό γωνία πρόσπτωσης SH κυμάτων. Η διέγερση αυτή παρουσιάζεται με λεπτομέρεια στο Κεφάλαιο 2. O υπολογισμός της απόκρισης του υπό μελέτη συστήματος διεξάγεται σε δύο στάδια. Σε πρώτη φάση υπολογίζεται η απόκριση της κατασκευής στο πεδίο των συχνοτήτων (frequency domain analysis) για κίνηση ελευθέρου πεδίου μοναδιαίου πλάτους. Το δεύτερο στάδιο οδηγεί στην απόκριση της κατασκευής στο πεδίο του χρόνου (time domain analysis) πολλαπλασιάζοντας τις συναρτήσεις μεταφοράς του συστήματος με το μετασχηματισμό Fourier των παλμών εγγύς πεδίου και έπειτα αναστρέφοντας το αποτέλεσμα του πολλαπλασιασμού αυτού ώστε να μεταφέρουμε τα αποτελέσματα στο πεδίο του χρόνου. Υπολογίζουμε έτσι τη μεταφορική, στρεπτική και συνολική απόκριση της κατασκευής. Τέλος, υπολογίζουμε τα φάσματα απόκρισης της τυχηματικής εκκεντρότητας ώστε να εξάγουμε συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση των χαρακτηριστικών του εδάφους και των παλμών εγγύς πεδίου στην τυχηματική εκκεντρότητα της κατασκευής. Όλοι οι υπολογισμοί έγιναν στο πρόγραμμα MATLAB. Προκύπτει ότι σε πολλές περιπτώσεις η τιμή της τυχηματικής εκκεντρότητας μπορεί να υπερβεί τα όρια των Αντισεισμικών Κανονισμών.
Abstract (translated): Until recently, most of the available methods for the calculation of the dynamic response of structures, including soil-structure interaction, was based on the assumption that the earthquake can be simulated by plane compressive (P-) or shear (S-) waves with vertical incidenc. This results in the seismic excitation to be considered equal in all parts of the foundation and that it consists solely of a horizontal or vertical translational movement. Based on this theory, the system will develop torsional response only when the foundation or the superstructure is not symmetrical. However, experimental results (Housner 1957, Yamahara 1970, Duke et al. 1971, Crouse 1973) and theoretical analyses (Trifunac 1971, Trifunac 1972, Iguchi 1973, Wong & Trifunac 1974, Lee & Wesley 1975, Kobori & Shinozaki 1975, Luco 1976, Wong & Luco 1978, Luco & Wong 1982) suggest that the non-vertically incident seismic waves can have a significant effect on the response of the structures. In particular, the parallel to the surface component of a non-vertically incident seismic shear wave (SH wave) causes considerable additional torsional response even if the structure and the foundation are symmetrical. The torsional component of a seismic excitation in the form of a non-vertically incident seismic wave can therefore increase the response of a symmetrical structure. This increase is largely dependent upon the dynamic characteristics of the system and of the excitation. To take this into account, modern Seismic Regulations use a parameter referred to as accidental eccentricity as part of the design eccentricity. The purpose of this study is to evaluate the accidental eccentricity of a symmetric elastic 10-storey concrete structure based on a rigid circular foundation on an elastic half-space through the analytical calculation of its dynamic response. The detailed description of soil-structure interaction model is presented in Chapter 3. The foundation-superstructure system is subjected to translational and torsional pulse-like near-fault ground motion as a result of non-vertically incident SH waves. The seismic excitation is presented in Chapter 2. The calculation of the response of the system under study is conducted in two stages. First, we calculate the response of the structure in the frequency domain (frequency domain analysis). The second step results in the response of the structure in the time domain (time domain analysis) by multiplying the transfer functions of the system with the Fourier transform of the near-fault pulses and then inverting the result of this multiplication to transfer the results in time domain. This way we obtain the translational, torsional and overall response of the structure. Finally, we calculate the response spectra of the accidental eccentricity of the structure to draw conclusions on the effect of the characteristics of the soil and of the near-fault ground motion. MATLAB program was used for all the calculations needed for this study. It appears that in some cases the value of the accidental eccentricity can exceed the limits of Seismic Regulations.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
MS Thesis-Πλεύρη.pdf3.99 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons