Ανάλυση σεισμικής απόκρισης και ευστάθειας σύνθετων αρθρωτών μνημειακών κατασκευών

Abstract

The topic of assessing the response of rocking structures has been investigated by scientists for at least a hundred years. Certainly, initially, there were very few scholars, but then there was a rapid increase in studies concerning rocking structures, as advances in computer technology gave a great boost to the area of non-linear dynamic analysis of structures. This development came along with the progress of other fields of science such as mathematics, finite and discrete elements, structural dynamics, soil dynamics, technical seismology and others. A central point in the research of rocking was the Housner study (1963). From this point onwards, the scholars either referred to, modified, or compared their original studies with that study. That study was also a benchmark, for the calibration of discrete and finite element numerical programs. The aim of this study is to investigate the behaviour of complex modular monumental structures. An effort has been made to investigate the influence of friction between the architraves of ancient temples. Also, the behaviour of rocking on smaller monuments and the behaviour of rocking on unusual structures located in the archaeological site of Oiniades Aitoloakarnania was investigated.In this study the UDEC software was used, which was calibrated using the Housner analytical methods improved by Professor N. Makris with the help of experimental data obtained during the testing of the seismic simulator of the University of Patras under the Aristeia program. For the calibration, the methodology proposed in the DeJong (2009) studies was used which was compared mainly with that of the NTUA group (Mouzakis et al., 2002). The main difference in the two methods is the damping of the system that needs to be introduced into the UDEC programming language. The comparative analyses made in the present study revealed that both methods function satisfactorily in predicting a rocking response in relation to its experimental data. The same is obtained by comparing the analytical results with the experimental data except that at the end of the motion that affects a slender structure in a rocking manner, the movement in the analytical model attenuates faster. The above conclusions are based on the fact that the movement of the experimental model was not only plane, but it also included an out-of-plane rocking and pivoting. Also, other phenomena such as the self- vibration of the experimental structures, namely the column and the architraves, have not been taken into account. The sensitivity of experimental models to pivoting enables us to interpret many of the damages in ancient constructions. Investigation is required for the structural role of the channelling of the columns surface.An attempt followed, to analyse the behaviour of the architraves of ancient temples and whether the friction between them causes differentiation in the attenuation of the movement. The suggested parameters of DeJong (2009) were used as data. For this purpose, modelled elements of the temples of Zeus in Olympia, Aphaia in Aegina, Apollo in Corinth, Zeus in ancient Nemea and Neptune in Sounio were used, under the stimulation of the same seismic strains as those used in the experiment, as they were considered to be representative to the extent of their characteristics. The temples differ in geometric and rocking characteristics, as two of them are structured with monolithic columns and the rest with multidrum ones. Given the complexity of the phenomenon, no qualitative conclusion could be reached as the chaotic, in many cases, response did not assist this approach. Additionally, in many cases the expected behaviour did not occur. On the contrary, behaviour with a monolithic architrave became more predictable, although in some cases it was unexpected as well. At the same time, two characteristic monuments were analyzed, located in the Drapano cemetery in Argostoli, the temple-shaped monument of Gentilini-Cosmetatos and the tombstone of Metaxas. The analyses were carried out in the framework of the investigation of the reconstruction of these monuments as they did not collapse during the recent earthquakes of Kefalonia in 2014 but their situation was marginal and insecure and therefore they were deconstructed. It turned out that the deconstruction was correct as these structures did not collapse because they were relatively far from the epicenter. The analyses show the adequate behavior of the Metaxas tombstone if it will be reconstructed as it was, while the temple shaped construction will have to be reconstructed with a different approach following a special investigation and given its monumental status. Finally, two constructions were analyzed in the archaeological site of the ancient Oiniades of Aitoloakarnania, the so-called "Avloporta"(courtyard gate) and the adjacent stone tower, which today is preserved in fine geometry. The analyses revealed that even if some of the existing material is removed around and above the arched gate, this does not face any instability problems as long as it sustains seismic events that are common in Greece. The same applies to the remaining ruins of the adjacent tower, which however require reinforcement.

Το θέμα της διερεύνησης της απόκρισης των λικνιζόμενων κατασκευών απασχολεί εδώ και τουλάχιστον εκατό χρόνια πολλούς μελετητές σε επιστημονικό επίπεδο. Βέβαια αρχικά οι μελετητές ήταν πολύ λίγοι στην συνέχεια όμως αυξήθηκαν ραγδαία οι μελέτες αναφορικά με το πρόβλημα του λικνισμού καθώς η πρόοδος στην τεχνολογία των υπολογιστών έδωσε μεγάλη ώθηση σε αυτόν τον τομέα της μη γραμμικής δυναμικής ανάλυσης των κατασκευών. Η ανάπτυξη αυτή ήρθε μαζί με την πρόοδο και άλλων τομέων της επιστήμης όπως αυτή των μαθηματικών, των πεπερασμένων και διακριτών στοιχείων, της δυναμικής των κατασκευών, της εδαφοδυναμικής, της τεχνικής σεισμολογίας και άλλων. Κομβικό σημείο στην έρευνα του λικνισμού αποτέλεσε η μελέτη του Housner, (1963). Από το σημείο αυτό και μετά οι μελετητές είτε χρησιμοποίησαν, είτε παράλλαξαν, είτε συνέκριναν τις πρωτότυπες μελέτες τους με την μελέτη αυτή. Υπήρξε δε και σημείο αναφοράς αυτή η μελέτη, για την βαθμονόμηση αριθμητικών προγραμμάτων διακριτών και πεπερασμένων στοιχείων. Στόχος της παρούσας μελέτης είναι να διερευνήσει τη συμπεριφορά πολύπλοκων αρθρωτών μνημειακών κατασκευών. Έγινε προσπάθεια για διερεύνηση της επιρροής της τριβής μεταξύ των επιστυλίων αρχαίων ναών. Επίσης διερευνήθηκε η συμπεριφορά σε λικνισμό νεώτερων μνημείων μικρού μεγέθους και η συμπεριφορά σε λικνισμό ασυνήθιστων κατασκευών που βρίσκονται στον αρχαιολογικό χώρο των Οινιαδών Αιτωλοακαρνανίας. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιείται το λογισμικό UDEC το οποίο βαθμονομήθηκε με τη βοήθεια των αναλυτικών μεθόδων του Housner που βελτίωσε ο καθηγητής Ν. Μακρής, και τη βοήθεια πειραματικών δεδομένων που προέκυψαν κατά τις δοκιμές στο σεισμικό προσομοιωτή του Πανεπιστημίου Πατρών στο πλαίσιο του προγράμματος Αριστεία. Για τη βαθμονόμηση χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία που πρότεινε στις μελέτες του o DeJong (2009) και η οποία συγκρίθηκε κυρίως με αυτή της ομάδας του Ε.Μ.Π (Mouzakis et al. 2002). Η κύρια διαφορά στις δύο μεθόδους αφορά στην απόσβεση του συστήματος που θα πρέπει να εισαχθεί στη μοντελοποίηση με το UDEC. Από τις συγκριτικές αναλύσεις που έγιναν κατά την παρούσα εργασία προέκυψε ότι και οι δύο μέθοδοι λειτουργούν ικανοποιητικά ως προς την πρόβλεψη λικνιστικής απόκρισης σε σχέση με τα πειραματικά δεδομένα της. Το ίδιο προκύπτει συγκρίνοντας τα αναλυτικά αποτελέσματα με τα πειραματικά δεδομένα με την διαφορά ότι μετά το πέρας της κίνησης που επηρεάζει το εκάστοτε ραδινό στερεό λικνιστικά, η κίνηση στο αναλυτικό μοντέλο αποσβένει ταχύτερα. Τα ανωτέρω συμπεράσματα προκύπτουν έχοντας υπ’ όψη ότι η κίνηση του πειραματικού μοντέλου δεν ήταν μόνο στο επίπεδο αλλά εμπεριείχε λικνισμό εκτός επιπέδου και περιστροφές. Επίσης δεν ελήφθησαν υπόψη άλλα φαινόμενα όπως η ιδιοταλάντωση των πειραματικών διατάξεων ήτοι των βάθρων (κιόνων) και καταστρώματος (επιστυλίου). Η ευαισθησία σε περιστροφές των πειραματικών μοντέλων μας βοηθούν για την ερμηνεία πολλών εκ των βλαβών στις αρχαίες κατασκευές. Διερεύνηση χρίζει ο δομικός ρόλος των ραβδώσεων των κιόνων. Ακολούθησε προσπάθεια να αναλυθεί η συμπεριφορά των επιστυλίων αρχαίων ναών και κατά πόσο η μεταξύ τους τριβή προκαλεί διαφοροποίηση στην απόσβεση της κίνησης. Για τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν οι προτεινόμενες παράμετροι του DeJong (2009). Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν μοντελοποιημένα στοιχεία των ναών του Διός στην Ολυμπία, της Αφαίας στην Αίγινα, του Απόλλωνα στην Κόρινθο, του Διός στην αρχαία Νεμέα και του Ποσειδώνα στο Σούνιο υπό την διέγερση των ιδίων σεισμικών καταπονήσεων με αυτών που χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμα, καθώς ως προς το εύρος των χαρακτηριστικών τους θεωρούνταν αντιπροσωπευτικές, οι δε ναοί διαφοροποιούνται ως προς τα γεωμετρικά και τα λικνιστικά χαρακτηριστικά καθώς δύο είναι δομημένοι με μονολιθικούς κίονες και οι υπόλοιποι με πολυσπόνδυλους. Δεδομένης της πολυπλοκότητας του φαινομένου δεν κατέστη δυνατό να υπάρξει ποιοτικό συμπέρασμα καθώς η χαοτική σε πολλές περιπτώσεις απόκριση δεν βοήθησε σε αυτή την προσέγγιση. H δε αναμενόμενη συμπεριφορά σε πολλές περιπτώσεις δεν προέκυψε. Αντίθετα η συμπεριφορά με μονολιθικό επιστύλιο κατέστη πιο προβλέψιμη αν και αυτή σε ορισμένες περιπτώσεις υπήρξε μη αναμενόμενη. Παράλληλα έγινε ανάλυση δύο χαρακτηριστικών μνημάτων, που βρίσκονται στο κοιμητήριο Δράπανο του Αργοστολίου, του ναόσχημου μνημείου Γκεντιλίνι-Κοσμετάτου και της επιτύμβιας στήλης Μεταξά. Οι αναλύσεις έγιναν στο πλαίσιο της διερεύνησης της αναδόμησης των μνημείων αυτών καθώς ναι μεν δεν κατέρρευσαν από τις πρόσφατες σεισμικές καταπονήσεις της Κεφαλονιάς του έτους 2014 όμως η κατάστασή τους ήταν οριακή και επισφαλής γι’ αυτό και αυτά αποδομήθηκαν. Αποδείχτηκε ότι ορθώς έγινε η αποδόμηση καθώς οι κατασκευές αυτές δεν κατέρρευσαν επειδή ήταν σχετικά μακριά από το επίκεντρο. Οι αναλύσεις καταδεικνύουν την επαρκή συμπεριφορά της στήλης Μεταξά εφόσον αναδομηθεί ως είχε, ενώ η ναόσχημη κατασκευή θα πρέπει να αναδομηθεί με διαφορετική προσέγγιση κατόπιν ειδικής διερεύνησης και με δεδομένη τη μνημειακή τους υπόσταση. Τέλος έγινε ανάλυση δύο κατασκευών στον αρχαιολογικό χώρο των αρχαίων Οινιαδών Αιτωλοακαρνανίας, της επονομαζόμενης πύλης «Αυλόπορτα» και του παρακείμενου λίθινου πύργου ο οποίος σώζεται σήμερα σε ραδινή γεωμετρία. Από τις αναλύσεις προέκυψε ότι ακόμα και αν αφαιρεθεί αρκετό από το υφιστάμενο υλικό πέριξ και πάνω από την τοξωτή πύλη αυτή δεν αντιμετωπίζει προβλήματα αστάθειας εφόσον υποστεί σεισμικά γεγονότα συνήθη στον Ελλαδικό χώρο. Το ίδιο ισχύει και για τα εναπομείναντα ερείπια του παρακείμενου πύργου ο οποίος όμως χρίζει ενίσχυσης.