Analytical investigation of the seismic performance of special truss girder framing systems with new technologies

Abstract

The scope of the Thesis is the analytical investigation of the possibility of improvement of the seismic performance of Special Truss Moment Frames (STMF) by incorporating Shape Memory Alloys bars of circular cross-section, in their special segment, which serve as an alternative energy-dissipation system. Shape Memory Alloys (SMAs) possess the ability to recover their initial undeformed geometry after mechanical distortion by unloading through the phase change (austenitic-martensitic). The principal energy dissipation mechanism of STMFs with a special segment located in the middle of the truss is the formation of plastic hinges at the four corners of the special segment. This mechanism is proposed to be replaced by the energy dissipation through the deformation of SMAs located in a pin-ended special segment. It is emphasized that in all Thesis analyzes the SMA bars are considered to be either of large diameter or equiped with a buckling restrained device and hence buckling is prohibited.

Αντικείμενο της Διατριβής αποτελεί η αναλυτική διερεύνηση της δυνατότητας βελτίωσης της αντισεισμικής συμπεριφοράς ειδικών δικτυωτών πλαισιακών συστημάτων (Special Truss Moment Frames, STMFs, από χάλυβα) μέσω της ενσωμάτωσης ράβδων κυκλικής διατομής από κράματα νικελίου-τιτανίου (μνήμης μορφής – shape memory alloy bars), οι οποίες αποτελούν εναλλακτικό σύστημα απορρόφησης της σεισμικής ενέργειας στο ειδικό τμήμα (special segment) των πλαισίων. Τούτο καθόσον διαθέτουν την δυνατότητα να ανακτήσουν την αρχική τους (απαραμόρφωτη) γεωμετρία μετά από μηχανική διαταραχή κατά την αποφόρτιση, μέσω του μετασχηματισμού φάσης των κρυσταλλικών δομών (ματερνσιτικής – ωστενιτικής). Ο επικρατών αντισεισμικός σχεδιασμός των STMFs με ειδικό μέρος ευρισκόμενο στο μέσο του ανοίγματος τους (με σκοπό την απορρόφηση σεισμικής ενέργειας) είναι η δημιουργία πλαστικών αρθρώσεων στις τέσσερεις γωνίες. Αυτός ο μηχανισμός προτείνεται να αντικατασταθεί μέσω της παραμόρφωσης των SMAs σε ένα ειδικό μέρος με αρθρώσεις στις κορυφές του. Τονίζεται ότι οι ράβδοι SMA θεωρούνται σε όλες τις αναλύσεις της Διατριβής ως μη λυγηρές, είτε λόγω μεγάλης διατομής είτε λόγω ενίσχυσης μέσω συστημάτων αποφυγής λυγισμού.