Σεισμική μόνωση τοιχοπληρώσεων με χρήση περιμετρικών αρμών από κυψελωτά υλικά: πειραματική και αριθμητική μελέτη

Abstract

In this study an innovative concept is proposed to isolate - at low and moderate storey drifts - infill panels from the surrounding frame, using thin layers of cellular materials. The concept is verified experimentally through testing of fully infilled and partially infilled RC and steel frames with different perimeter contact conditions under in-plane cyclic loading. The shear strength, hysteretic behavior, damage evolution and stiffness degradation of conventionally infilled frames is compared with the respective properties of frames with isolated infills. The experimental results show that fully infilled test specimens exhibit much more severe damage than the isolated ones,leading to the conclusion that the proposed isolation system significantly preserves the integrity of infill panels at moderate storey drifts and increases shear strength and lateral stiffness of the infilled framesat higher deformations. Additional tests on frames with infills at partial height show that cellular material joints at the sides of infills decrease the adverse effects of the infill-frame interaction. Finally, it is demonstrated that mechanical properties, contact conditions and joint thickness of the cellular material influence the overall hysteretic behavior of the specimens. Overall, it is concluded that the proposed technique has a high potential in reducing infill-frame interactions – hence damage of the infills – up to moderate drifts, whereas full interaction – hence increased capacity – is still in place when drifts are large.Forthermore, an analytical and numerical study using finite element analysis and equivalent strut method is investigated in order to verify the experimental results and to investigate the response of a real structure under nonlinear dynamic analysis.

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διερευνήθηκε, πειραματικά και αναλυτικά, η σεισμική μόνωση του οργανισμού πλήρωσης από το φέροντα οργανισμό με την εφαρμογή μιας νέας τεχνικής που βασίζεται στη χρήση αρμών από κυψελωτά υλικά σε επιλεγμένες θέσεις στην περίμετρο των τοιχοπληρώσεων. Η κεντρική ιδέα βασίζεται στην εκμετάλλευση των μηχανικών ιδιοτήτων των κυψελωτών υλικών, τα οποία χαρακτηρίζονται από υπερυψηλή ικανότητα παραμόρφωσης υπό σταθερή σχεδόν θλιπτική τάση, επιτρέποντας την απορρόφηση της έντασης που μεταφέρεται στην τοιχοπλήρωση από το περιβάλλον πλαίσιο.Το πειραματικό σκέλος της διατριβής περιελάμβανε την εφαρμογή αρμών κυψελωτού πολυαιθυλενίου σε μονώροφα τοιχοπληρωμένα πλαίσια οπλισμένου σκυροδέματος και δομικού χάλυβα, σε εντός επιπέδου ανακυκλιζόμενη φόρτιση.Το βασικό αναλυτικό μέρος εστίασε στην επιβεβαίωση των πειραματικών αποτελεσμάτων σε διττό επίπεδο: (1) Με τη χρήση ενός προσομοιώματος μακρο-κλίμακας υιοθετώντας τη μέθοδο του ισοδύναμου θλιπτήρα και (2) με τη χρήση λεπτομερών αριθμητικών προσομοιωμάτων βάσει της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Επιπρόσθετα, διενεργήθηκαν παραμετρικές αναλύσεις ευαισθησίας της επιρροής του αρμού και τέλος η τεχνική εφαρμόστηκε σε δύο πρωτότυπα κτίρια με ευμενή και δυσμενή τοποθέτηση των τοιχοπληρώσεων, όπου εφαρμόστηκε δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας.