Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μια μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού μεταλλικών κατασκευών με βάση τη χρήση λόγων ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης. Η μέθοδος αυτή βρίσκει τη μέγιστη σεισμική απόκριση μιας κατασκευής με φασματική ανάλυση και χρήση των λόγων ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης αντί του χονδροειδούς συντελεστή συμπεριφοράς. Η βασική ιδέα της μεθόδου είναι η κατασκευή μιας ισοδύναμης γραμμικής πολυβάθμιας κατασκευής η οποία να μπορεί να αναπαράξει τη σεισμική απόκριση μιας πραγματικής μη γραμμικής. Συγκεκριμένα, αυτή η ισοδύναμη γραμμική κατασκευή έχει την ίδια μάζα και αρχική δυσκαμψία με την πραγματική μη γραμμική κατασκευή και λόγους ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης οι οποίοι ποσοτικοποιούν το έργο όλων των μη γραμμικών παραμορφώσεων. Αυτοί οι λόγοι ισοδύναμης ιξώδους απόσβεσης για τις πρώτες σημαντικές ιδιομορφές υπολογίζονται συναρτήσει της παραμόρφωσης και της βλάβης της κατασκευής αρχικά σχηματίζοντας επαναληπτικά μια συνάρτηση μεταφοράς στο πεδίο των συχνοτήτων, μέχρις ότου αυτή να ικανοποιήσει συγκεκριμένα κριτήρια ομαλότητας, και μετά επιλύοντας ένα σύστημα μη γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων.
Αφού κατασκευαστούν εξισώσεις σχεδιασμού που παρέχουν τους λόγους ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης, γίνεται χρήση φασμάτων σχεδιασμού τροποποιημένων για μεγάλη απόσβεση και ιδιομορφικής σύνθεσης για τον υπολογισμό των σεισμικών δυνάμεων σχεδιασμού. Μέσω των ελαστικών φασμάτων για διάφορες τιμές απόσβεσης υπολογίζεται ο ιδιομορφικός συντελεστής συμπεριφοράς ο οποίος επίσης δίνεται για τις πρώτες σημαντικές ιδιομορφές συναρτήσει της παραμόρφωσης και της βλάβης της κατασκευής. Τέλος, πραγματοποιείται ο αντισεισμικός σχεδιασμός μιας μεταλλικής πλαισιωτής κατασκευής με ελαστική φασματική ανάλυση τόσο με βάση τους λόγους της ισοδύναμης ιξώδους ιδιομορφικής απόσβεσης όσο και με βάση τους ιδιομορφικούς συντελεστές συμπεριφοράς. Και οι δυο τρόποι σχεδιασμού ελέγχονται χρησιμοποιώντας μη γραμμικές ανελαστικές δυναμικές αναλύσεις και συγκρίνονται με την συνηθισμένη μέθοδο των αντισεισμικών κανονισμών η οποία χρησιμοποιεί μια κοινή τιμή του συντελεστή συμπεριφοράς για όλες τις ιδιομορφές. Συμπεραίνεται ότι η προτεινόμενη μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού οδηγεί σε ορθολογικότερα και ακριβέστερα αποτελέσματα σε σχέση με τη συνηθισμένη μέθοδο. / A rational method for seismic design of plane building frames based on the use of equivalent modal damping ratios is developed. The method determines the maximum seismic structural response through spectrum analysis using rationally obtained equivalent modal damping ratios instead of the crude strength reduction (behavior) factor. This is materialized in the second part of this work. In this first part, all theoretical aspects regarding equivalent modal damping ratios are developed and described in detail. The basic idea is the establishment of an equivalent linear multi-degree-of-freedom (MDOF) structure which can reproduce the seismic response of a MDOF geometrically and materially non – linear structure. More specifically, this equivalent linear structure retains the mass and stiffness of the original non – linear structure and takes into account geometrical non – linearity and inelasticity in the form of equivalent, time – invariant, modal damping ratios. The equivalent damping ratios for the first few significant modes are numerically computed by first iteratively forming a frequency response transfer function until it satisfies some specific smoothness criteria and then by solving a set of non – linear algebraic equations. Moreover, it is shown that these equivalent modal damping ratios can be computed in such a way so as to be deformation and damage dependent, which can lead to a better design in a direct manner.
The concept of equivalent modal damping ratios developed is then employed for the seismic design of plane steel moment resisting frames. The goal is the determination of the maximum seismic structural response through spectrum analysis using rationally obtained equivalent modal damping ratios instead of the crude strength reduction factor. Therefore, design equations providing equivalent damping ratios as functions of period and allowable deformation and damage for the first few significant modes are constructed using extensive numerical data coming from a representative number of plane steel moment resisting frames excited by various seismic motions. These equations can be used in conjunction with a design spectrum, appropriately modified for high damping values, and modal synthesis tools to calculate the seismic design forces of the structure. The proposed method is illustrated by performing the seismic design of a steel moment resisting framed structure. It is concluded that unlike the usual code – based approach, which employs a single and crude strength reduction factor value for all modes, the proposed approach works with deformation and damage dependent equivalent modal damping ratios and thus leads to more accurate and deformation and damage controlled results in a direct and more rational way. Moreover, it is shown that by using equivalent modal dampiing one may define modal strength reduction factors. Thus, alternatively, maximum seismic response may be obtained by spectrum analysis and modal strength reduction factors.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/2113 |
| Date | 20 October 2009 |
| Creators | Παπαγιαννόπουλος, Γεώργιος |
| Contributors | Μπέσκος, Δημήτριος, Μπέσκος, Δημήτριος, Παπαγεωργίου, Απόστολος, Μπαζαίος, Νικήτας, Αναγνωστόπουλος, Σταύρος, Καράμπαλης, Δημήτριος, Φαρδής, Μιχαήλ, Μακρής, Νικόλαος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 12 |
| Relation | Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0088 seconds