Διερεύνηση της δυναμικής απόκρισης ιστορικών μνημείων λικνιζόμενων υπό σεισμική διέγερση και της συνεισφοράς εφεδράνων τριβής πολλαπλής καμπυλότητας στη σεισμική τους θωράκιση

Abstract

In the present thesis the seismic response of rigid rocking structural systems is investigated. Specifically the response of monumental structures is examined in this study. These structures such as free – standing columns colonnades and masonry arches consist representatives of rigid rocking SDOF oscillators.The original scientific contribution of the present thesis is categorized into three individual sections. In the first section a methodology that assesses the seismic vulnerability of the examined rocking systems based on the selection of the ground intensity measures (IM) that strongly affect their response is presented. A better understanding of the ground motion characteristics that affect the complex rocking response can lead the researchers to the appropriate seismic retrofitting technique. In order to specify the effect of ground motion characteristics on the seismic response of monument structures a large number of univariable and bivariable intensity measures are considered. Concluding to the most efficient intensity measures result in reduced uncertainties in the seismic demand model which could predict the rocking response with considerable accuracy. Hence leading to the construction of superior fragility curves.In the second section three novel spectral ground motion intensity measures are presented. The proposed intensity measures are calculated throughout the rocking rotational and the angular velocity spectra which are illustrated as 3D surface graphs with the slenderness α and the period parameter T, on the two horizontal axes. Thus the IMs are defined as the volume under the spectra calculated through integration. Intensity measures that quantify the information that the shape of the spectra provides and therefore enclose the structural response information of the majority of slender rocking blocks are intended to have a strong correlation with the rocking seismic response. The evaluation of the proposed intensity measures was made by examining well known from the literature characteristics such as efficiency proficiency and sufficiency.Assuming the fact that the monuments must remain intactmorphologically any proposed intervention method should not violate their form. Base isolation seems to be the only seismic protection method that fulfills those crucial criteria.In the third and final section the implementation of base isolation as a technique of protecting monumental structures is studied. Double friction pendulum (DFP) and triple friction pendulum (TFP) bearings are examined. In order to estimate the effectiveness of the base isolation on the seismic mitigation the alteration of the characteristics of the seismic signal which is propagated via the bearings is examined. Finally the observations obtained from the above procedure are corroborated by conducting dynamic analyses of an ancient rocking column standing free on an isolated base.

Στη παρούσα διατριβή διερευνάται η συμπεριφορά συστημάτων που παρουσιάζουν λικνιστική σεισμική απόκριση. Η έρευνα επικεντρώνεται στην απόκριση μνημειακών κατασκευών οι οποίες αποτελούν χαρακτηριστικά δείγματα λικνιζόμενων δομικών συνόλων.Η επιστημονική συνεισφορά της παρούσας διδακτορικής διατριβής κωδικοποιείται και περιγράφεται σε τρεις βασικές ενότητες. Στην πρώτη ενότητα παρουσιάζεται μία νέα μέθοδος εκτίμησης της σεισμικής τρωτότητας μνημειακών κατασκευών. Η μέθοδος εφαρμόστηκε σε κίονες, κιονοστοιχίες και λίθινα τόξα και βασίζεται στην επιλογή των εντασιακών σεισμικών μεγεθών που περιγράφουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τη σεισμική απόκριση των υπό εξέταση λικνιζόμενων δομημάτων. Η κατανόηση της επίδρασης των χαρακτηριστικών των σεισμικών διεγέρσεων στη σύνθετη απόκριση των μνημειακών κατασκευών διευκολύνει τους ερευνητές σε ότι αφορά την επιλογή της βέλτιστης μεθόδου σεισμικής προστασίας. Προς το σκοπό αυτό μελετήθηκε ένα μεγάλο πλήθος μονομεταβλητών και διμεταβλητών σεισμικών εντασιακών μεγεθών. Καταλήγοντας στις σεισμικές παραμέτρους που παρέχουν τη βέλτιστη εκτίμηση της λικνιστικής απόκρισης, κατασκευάζονται καμπύλες τρωτότητας για καθορισμένες στάθμες επιτελεστικότητας.Στο δεύτερο μέρος ορίζονται τρεις νέες πρωτότυπες φασματικές σεισμικές παράμετροι. Προκρίνοντας ως επιλογή την τριδιάστατη απεικόνιση των φασμάτων λικνισμού, οι προτεινόμενες σεισμικές παράμετροι καθορίζονται από τον όγκο που περικλείουν τα φάσματα λικνιστικών στροφών, στροφικών ταχυτήτων και στροφικών επιταχύνσεων, αντίστοιχα. Ο υπολογισμός γίνεται μέσω διπλής ολοκλήρωσης των αντίστοιχων φασμάτων, ως προς τη ραδινότητα α και την παράμετρο ιδιοπεριόδου Τ. Σεισμικές παράμετροι που ποσοτικοποιούν την πληροφορία που παρέχει το σχήμα του φάσματος και συνακόλουθα τις αποκρίσεις ενός μεγάλου εύρους στερρών λικνιζόμενων σωμάτων, αναμένεται να αποτελέσουν δείκτες έντασης με ισχυρή επίδραση στη λικνιστική απόκριση. Η αξιολόγηση των προτεινόμενων σεισμικών παραμέτρων πραγματοποιείται με την υιοθέτηση κριτηρίων που αντλούνται από τη διεθνή βιβλιογραφία.Η αναγκαιότητα μη παρέμβασης στη μορφή των μνημείων είναι μια σημαντική παράμετρος που πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπ’ όψη για την επιλογή της μεθόδου σεισμικής ενίσχυσης. Η σεισμική μόνωση βάσης με βάση το σημερινό επίπεδο της γνώσης είναι η μόνη μέθοδος που καλύπτει την παραπάνω περιοριστική απαίτηση.Στην τρίτη και τελευταία ενότητα μελετάται η αποτελεσματικότητα της σεισμικής μόνωσης στην προστασία μνημειακών κατασκευών. Εξετάστηκαν εφέδρανα ολίσθησης τύπου εκκρεμούς διπλής και τριπλής καμπυλότητας. Προκειμένου να εκτιμηθεί ο βαθμός συνεισφοράς των συστημάτων μόνωσης στη σεισμική προστασία, διερευνήθηκε η μεταβολή που υφίστανται τα χαρακτηριστικά του σεισμικού κύματος κατά τη διάδοσή του μέσω των εφεδράνων προς την ανωδομή. Τα παραπάνω επιβεβαιώνονται με πρόσθετες δυναμικές αναλύσεις χρονοϊστορίας για την αποτίμηση της απόκρισης ενός λικνιζόμενου στερρού σώματος με διαστάσεις κίονα, όπου μεταξύ του εδάφους και της βάσης έδρασης παρεμβάλλεται ο παραπάνω τύπος μονωτήρων ολίσθησης.