Aντισεισμικό σύστημα τοποθετημένο σε φρεάτιο του φέροντα

[seismic]

Γνώμη του διεθνούς γραφείου διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας για τον Υδραυλικό ελκυστήρα
Έχει πολύ θετική γνώμη για τον υδραυλικό ελκυστήρα.
Εξετάζετε από επιστήμονες του είδους.

http://postimage.org/image/32vfj43z8/
http://postimage.org/image/2g4sfacsk/
http://postimage.org/image/332ou0y04/
http://postimage.org/image/33322bpyc/

Φωτογραφίες από την Έκθεση ευρεσιτεχνίας

https://picasaweb.google.com/1058150274 ... 0081525650
https://picasaweb.google.com/1058150274 ... 3546493602
https://picasaweb.google.com/1058150274 ... 0263813874
https://picasaweb.google.com/1058150274 ... 8449006642

Oι συντελεστές που καθορίζουν την σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών είναι πολυάριθμοι, και εν μέρη πιθανοτικού χαρακτήρα. ( Άγνωστη η διεύθυνση του σεισμού, άγνωστο το ακριβές περιεχόμενο των συχνοτήτων της σεισμικής διέγερσης, άγνωστη η διάρκειά της. ) Ακόμα η μέγιστες πιθανές επιταχύνσεις που δίδουν οι σεισμολόγοι, έχουν πιθανότητα υπέρβασης, μεγαλύτερης του σχεδιαζόμενου 10%

Ο συσχετισμός των ποσοτήτων (αν μπορούμε να το δούμε έτσι) "αδρανειακές εντάσεις - δυνάμεις απόσβεσης - ελαστικές δυνάμεις - δυναμικά χαρακτηριστικά κατασκευής - αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής - επιβαλλομενη κίνηση εδάφους" είναι μη γραμμικής κατεύθυνσης , και ανεξερεύνητες στην δυναμική των κατασκευών, με μη προφανές περιεχόμενο.

Για τον λόγο αυτό, και το δικό μου αντισεισμικό σύστημα, αλλά και το υπάρχων σχεδιαζόμενο του Ε.Α.Κ ( Ελληνικού αντισεισμικού κανονισμού ) είναι απλές θεωρίες.

[seismic]

Αρθρο

Κατά την διέγερση του σεισμού ο φέρον οργανισμός ( σκελετός οικοδομής ) με την σημερινή μέθοδο κατασκευής παρουσιάζει προβλήματα τα οποία εγώ με την ευρεσιτεχνία λύνω.
Ποια είναι αυτά.
α) Τέμνουσες
Τι είναι αυτές, και που υφίστανται πάνω στον σκελετό της οικοδομής.

Οι τέμνουσες είναι δύο αντίθετες δυνάμεις, των οποίων οι άξονες τους είναι παράλληλοι και περνούν ο ένας πλησίον του άλλου, όπως π.χ το ψαλίδι.

Στον σκελετό οι τέμνουσες υφίστανται σε πολλά σημεία του.
Τα κυριότερα σημεία που οι τέμνουσες είναι ψαθυρές είναι.

α) Στο κάτω μέρος της κολόνας του ισογείου, κοντά στο σημείο που ενώνετε με την βάση.
Ερώτηση...γιατί σε εκείνο το σημείο οι τέμνουσες είναι πιο ψαθυρές?

Απάντηση...Διότι ο σεισμός έχει μια φορά που την μεταδίνει ατόφια στην βάση της κολόνας διότι αυτή είναι θαμμένη στο έδαφος, και την αναγκάζει το έδαφος να κινηθεί στον ρυθμό της επιτάχυνσης και φοράς του σεισμού.

Ο σκελετός αντιδρά σε αυτήν την κίνηση, λόγο αδράνειας και στο κάτω σημείο της κολόνας δημιουργείται η τέμνουσα.
Το κάτω σημείο της κολόνας του ισογείου είναι πιο ψαθυρό, για τρεις κύριους λόγους.
1) διότι έχει να διαχειριστεί περισσότερα στατικά φορτία του φέροντος, από ότι έχουν να διαχειρισθούν οι άλλες κολόνες των πάνω ορόφων,

2) διότι έχει να διαχειρισθεί περισσότερες οριζόντιες φορτίσεις του σεισμού

3) διότι δεν υπάρχει καθόλου ελαστικότητα στο κάτω σημείο της κολόνας του ισογείου, η οποία χρησιμεύει για την απορρόφηση της ενέργειας του σεισμού, ενώ αυτή η ελαστικότητα υπάρχει στις πάνω κολόνες.

Οπότε για τους τρεις λόγους που ανέφερα συμπεραίνουμε ότι οι τέμνουσες σε αυτές τις κολόνες του ισογείου είναι μεγαλύτερες από ότι είναι στις κολόνες των πάνω ορόφων, διότι διαχειρίζονται μεγαλύτερες οριζόντιες και κάθετες φορτίσεις κατά την διέγερση του σεισμού.

Τι κάνει η ευρεσιτεχνία για να λύση το πρόβλημα της αστοχίας που προκαλούν οι τέμνουσες στις κολόνες του ισογείου.

Από την στιγμή που ο μηχανισμός του υδραυλικού ελκυστήρα εφαρμόζει κάθετη προένταση στις κολόνες ή τα τοιχία, ξέρουμε ότι η προένταση αυτή στα πλαίσια της επαλληλίας (μέσα στο πλαίσιο αντοχής της κολόνας ) έχει ευεργετικά αποτελέσματα.

Πια είναι τα ευεργετικά αποτελέσματα της προέντασης ως προς τις τέμνουσες των κολονών του ισογείου.

Η προένταση (γενικά η θλίψη) έχει πολύ θετικά αποτελέσματα, καθότι βελτιώνει τις τροχιές του λοξού εφελκυσμού.

Από την άλλη έχεις και το άλλο καλό...τη μειωμένη ρηγμάτωση λόγω θλίψης, κάτι που αυξάνει την ενεργό διατομή και αυξάνει και τη δυσκαμψία της κατασκευής.

Παράδηγμα...
Εάν έχουμε δύο τσιμεντόλιθους και τους τοποθετήσουμε τον έναν πάνω στον άλλον.
Αν μετά εφαρμόσουμε στον πάνω τσιμεντόλιθο μία δεξιά οριζόντια φόρτιση 10 κιλών, και στον κάτω τσιμεντόλιθο μία αριστερή οριζόντια φόρτιση 10 κιλών, θα παρατηρήσουμε ότι αυτοί θα ολισθήσουν στο σημείο που εφάπτονται.
Αυτή είναι η τέμνουσα που σπάει την κολόνα.

Αν όμως καθίσει κάποιος πάνω στους δύο τσιμεντόλιθους, εφαρμόζοντας σε αυτούς ένα κάθετο φορτίο όπως εφαρμόζει και η προένταση, τότε θα παρατηρήσουμε ότι οι αριστερόστροφες και δεξιόστροφες δυνάμεις που εφαρμόσαμε πριν, δεν επαρκούν για να αναγκάσουν τους τσιμεντόλιθους να ολισθήσουν.
Συμπέρασμα.
Η θλίψη ή η προένταση, αυξάνει την αντοχή των κολονών του ισογείου ως προς τις τέμνουσες.

Εκτός από τις τέμνουσες που αναφέραμε πάρα πάνω, που κατά κύριο λόγο εφαρμόζονται στο κάτω μέρος της κολόνας του ισογείου, οι τέμνουσες εφαρμόζονται και σε άλλα σημεία του φέροντος σκελετού.

Πια είναι τα άλλα σημεία που εφαρμόζονται τέμνουσες???
Στους κόμβους ( γωνίες ) που σχηματίζονται στο σημείο ένωσης, της κολόνας με την δοκό, ή της δοκού με την πλάκα, ή της βάσης με την κολόνα, ή της πεδιλοδοκού με την βάση, ή της κοιτόστρωσης ( ραντιέφ ή αλιώς κοιτόστρωση= μονοκόμματη βάση με εμβαδόν όσο το εμβαδόν του ισογείου του σκελετού ) με την κολόνα.


Πως δημιουργούνται οι τέμνουσες σε αυτά τα σημεία?
Η ροπή που εφαρμόζεται στους κόμβους κατά τον σεισμό, δημιουργεί τέμνουσες ( λόγο αντίστασης του κόμβου, ) και στην κολόνα, και στην δοκό.
Εκτός των λόγων που αναφέραμε πριν, υπάρχει και ένας πρόσθετος λόγος που δημιουργεί ροπές στους κόμβους, οπότε και τέμνουσες στις κολόνες και τους δοκούς.

Ο πρόσθετος λόγος είναι η -ταλάντωση,- που επέρχεται στο σκελετό (κυρίως στον πολύ ψιλό σκελετό )κατά τον σεισμό.

Τι προβλήματα δημιουργεί η ταλάντωση στο κτήριο???

Αυτό είναι ένα μεγάλο ερώτημα, που για να απαντηθεί πρέπει να χωρισθεί σε δύο ενότητες.
α) Η πρώτη ενότητα έχει να κάνει με την ίδιο συχνότητα του κτηρίου με τον σεισμό.
Από αυτή εξαρτάτε η ταλάντωση του κτιρίου.

Το ψιλό το κτήριο έχει πρόβλημα από τον μακρινό σεισμό, διότι το μήκος κύματος του μακρινού σεισμού, είναι μεγάλο, και ταλαντεύει το ψιλό κτήριο περισσότερο από το μεσαίο, και πολύ περισσότερο από το μικρό.

Αντίθετα το μικρό σε ύψος κτήριο έχει πρόβλημα με τον κοντινό σεισμό, όπου το εύρος κύματος που έχει είναι μικρότερο, αλλά με μεγαλύτερη συχνότητα.
Αυτά φαίνονται καθαρά σε αυτό το βίντεο.

http://www.youtube.com/watch?v=LV_Uu...eature=related

β) η δεύτερη ενότητα έχει να κάνει με το σχήμα του κτηρίου, και τις διαστάσεις των κολονών, τοιχίων ( διαστασιολόγιση διατομής κάτοψης ) και την φορά του σεισμού, αλλά κατά κύριο λόγο με τα κάθετα φορτία του φέροντος σκελετού.

Ας εξετάσουμε τρεις διαφορετικούς φορείς κατασκευών

α) Φέρον οργανισμός ( σκελετός οικοδομής )

Ξέρουμε ότι μία κολόνα μικρής διατομής ( εν σχέση με το ύψος της ) είναι πιο ελαστική, από μία κολόνα μεγάλης διατομής.

Ξέρουμε δεδομένα ότι οι πολλές μεμονωμένες κολόνες και τα πολλά τοιχία δημιουργούν δομική οντότητα μεταξύ των, με την σύνδεσή τους με τους δοκούς.

Δηλαδή αν μία κολόνα ύψους 7 ορόφων υψωνόταν μόνη της χωρίς την σύνδεση αυτής με τις άλλες κολόνες, ( με την βοήθεια των δοκών ) αυτή θα έπεφτε με τον αέρα και μόνο.

Συμπέρασμα
Όλη η δομική οντότητα του σκελετού της οικοδομής ως προς τις πλάγιες φορτίσεις, που μεταδίδει ο αέρας ή η αδράνεια του σκελετού στον σεισμό, εξαρτάτε από την ένωση των κολονών και δοκών στους κόμβους.

Αυτό ξεχωρίζει την στατική, με την δυναμική των κατασκευών.
Η στατική ασχολείται με τα κάθετα μόνο φορτία του σκελετού, ενώ η δυναμική των κατασκευών με τις πλάγιες φορτίσεις προερχόμενες από τον αέρα, ή τον σεισμό.

Τι παθαίνει ο σκελετός της οικοδομής κατά την ταλάντωση προερχόμενη από τον σεισμό και τον αέρα?

Ας εξετάσουμε απλά βάση των νόμων της φυσικής, τα φορτία που δέχεται ο σκελετός της οικοδομής κατά την διέγερση του σεισμού.

α) Αδράνεια.
Τα σώματα τους αρέσει να εξακολουθούν να κάνουν αυτό που κάνουν.
Αν είναι ακίνητα, τους αρέσει να μένουν ακίνητα.
Αν κινούνται τους αρέσει να συνεχίζουν να κινούνται.
Παράδειγμα http://www.youtube.com/watch?v=fLLxU2mqb0U

Συμπέρασμα. Όταν ο σεισμός κινείται κατά μία κατεύθυνση, ο σκελετός της οικοδομής αντιδρά σε αυτήν την κίνηση, λόγο της αδράνειας.
Αυτή η αντίδραση δημιουργεί τις τέμνουσες του ισογείου.

Αυτή η αντίδραση είναι που προκαλεί και την ταλάντωση, η οποία εξαρτάτε από την συχνότητα του σεισμού, το εύρος κύματος αυτού, και το ύψος του κτηρίου ( εν σχέση του εμβαδού του )

Αυτή η ταλάντωση τείνει να ανατρέψει και τον φέροντα σκελετό με πολύ ψιλό κέντρο βάρους.
Δηλαδή ο φέροντας ( κολόνες, δοκάρια, πλάκες ) σαν δομική οντότητα που του την προσφέρουν οι κόμβοι ( γωνίες ) αντιδρά σε αυτή την ταλάντωση στους κόμβους.

Τι φορτία δέχονται οι κόμβοι κατά την διέγερση του σεισμού?
Τα κύρια φορτία που δέχονται είναι δύο

α) Την αδράνεια της μάζας ( της πλάκας, των πραγμάτων, της τοιχοποιίας, ) τα οποία ονομάζουμε οριζόντιες φορτίσεις.

β) Τα φορτία της κατασκευής ( το ιδικό βάρος της πλάκας των πραγμάτων, της τοιχοποιίας ) τα οποία ονομάζουμε κάθετες φορτίσεις.

Για να εξετάσουμε τώρα πως ενεργούν πάνω στον κόμβο οι οριζόντιες και οι κάθετες φορτίσεις.

Ένας κόμβος με γωνία 90 μοιρών από οπλισμένο σκυρόδεμα για να παραμείνει ακέραιος, πρέπει κατά τον σεισμό, να διατηρήσει την γωνία του στις ίδιες μοίρες.

Η ταλάντωση όμως κατά τον σεισμό, όπως ξέρουμε, αλλάζει την κλίση της κολόνας, και από κατακόρυφος που ήταν ο άξονας της, αλλάζει μερικές μοίρες ( εναλλάξ του κάθετου άξονα )

Η κολόνα κατά την φάση που η κλίση της αλλάζει, αναγκάζει μέσο του κόμβου που τους ενώνει με τα άλλα στοιχεία το δοκό να μετακινήσει και αυτός τον οριζόντιο άξονα του μερικές μοίρες προς τα πάνω.

Εδώ υπάρχει το πρόβλημα του σκελετού κατά την ταλάντωση, διότι την στιγμή που η δοκός δέχεται φορτία με τάση ανόδου από την κολόνα, τότε έρχονται σε αντίθεση με τα καθοδικά φορτία του βάρους του κτηρίου.

Τα καθοδικά φορτία υπερνικούν τα φορτία ανόδου της δοκού, με αποτέλεσμα η δοκός να αναγκάζεται να παραμείνει οριζόντια.

Η κολόνα όμως, δεν παραμένει οριζόντια, ( αλλάζει μερικές μοίρες ο κάθετος άξονας της )
Το αποτέλεσμα είναι ο κόμβος που προσδίδει δομική οντότητα στα στοιχεία αυτά να τείνει από 90 μοίρες που είναι, να γίνει 80 μοίρες, ή 100 μοίρες, εναλλάξ κατά την ταλάντωση.

Ο κόμβος όμως είναι πολύ άκαμπτος και γερός, και αντί να αλλάξει μοίρες, μεταδίδει τα καθοδικά και οριζόντια φορτία στις διατομές των στοιχείων ( διατομή κάτοψις κολόνας, διατομή δοκού και πλάκας )

Οπότε στην πράξη δεν σπάει ο κόμβος, αλλά το πιο ψαθυρό στοιχείο λίγο πιο πέρα από τον κόμβο.
Την ψαθυρότητα την δημιουργεί η αντίθεση των φορτίων, στο λαιμό της κολόνας και της δοκού, δημιουργώντας τις τέμνουσες.

Πιο είναι πιο ψαθυρό στοιχείο, η κολόνα ή η δοκός?
Φυσικά είναι η κολόνα, διότι αυτή έχει μικρότερη διατομή από την διατομή της δοκού, διότι η διατομή της δοκού είναι ένα σώμα ακέραιο με την διατομή της πλάκας, και οι δύο μαζί υπερτερούν της διατομής της κολόνας.
Και όπως ξέρουμε, μεγαλύτερη διατομή, περισσότερη αντοχή ως προς τις τέμνουσες.

Από ότι αναφέραμε πιο πάνω, οι κύριες φορτίσεις που είναι ψαθυρές για τον φέροντα οργανισμό κατά την διέγερση του σεισμού, είναι δύο.

α) Οριζόντιες φορτίσεις ( προερχόμενες από την αδράνεια )
β) Κάθετες φορτίσεις ( προερχόμενες από το ιδικό βάρος του φέροντος, της τοιχοποιίας, και των πραγμάτων )

Ακόμα αναφέραμε πιο πάνω, ότι η κολόνα κατά τον σεισμό, μετατοπίζει τον κάθετο άξονά της πότε δεξιά πότε αριστερά, ενώ η δοκός διατηρεί τον οριζόντιο άξονά της λόγο των κάθετων φορτίσεων.

Συμπέρασμα
Αν μπορέσουμε να σταματήσουμε τον κάθετο άξονα της κολόνας να αλλάζει μοίρες εναλλάξ, ( λόγο πλάγιων φορτίσεων ) τότε δεν θα υπάρχουν τέμνουσες στα στοιχεία της κολόνας και της δοκού, διότι ο κόμβος θα παραμείνει 90 μοίρες.

Πως μπορούμε να σταματήσουμε τον κάθετο άξονα της κολόνας να αλλάζει μοίρες εναλλάξ?

Μπορούμε με τρεις τρόπους

α) Ή να πακτώσουμε την βάση με το έδαφος.
β) Ή να πακτώσουμε το δώμα με το έδαφος.
γ) Ή να προ εντείνουμε το δώμα με το έδαφος στα πλαίσια της επαλληλίας ( στα πλαίσια αντοχής της κολόνας στην θλίψη και την κάμψη )

Βασική προυπόθεση για να εφαρμόσουμε τους πάρα πάνω τρεις τρόπους, είναι οι κολόνες να μην είναι πολύ μικρές, ή να είναι αντί κολόνες τοιχία.
( μεγάλη διατομή κάτοψις σε μήκος )

Γιατί οι κολόνες τοιχία πρέπει να έχουν μεγάλη διατομή κάτοψις σε μήκος ?
Για τέσσερις κύριους λόγους.

α) Για να μην κάμπτονται εύκολα κατά την προένταση( όπως οι μικρές κολόνες )
β) Για να αντέχουν να διαχειρισθούν και τα στατικά φορτία, και τα πρόσθετα φορτία της προέντασης.
γ) Για να μπορούμε να κάνουμε εύκολα την κατάλληλη διαστασιολόγιση στην διατομή κάτοψις
Δηλαδή οι κολόνες τοιχία, μπορούμε σε ένα σχέδιο κάτοψις ενός φέροντος οργανισμού να τις τοποθετήσουμε κατά διαφορετικές διευθύνσεις, έτσι ώστε από όποια κατεύθυνση και αν έλθει ο σεισμός να φέρουν αντίσταση.
δ) Όταν η διατομή του τοιχίου κατά μήκος είναι μεγάλη, μπορούμε να το πακτώσουμε στα δύο άκρα του.

Η πάκτωση ή προένταση των δύο άκρων του τοιχίου, είναι πολύ καλύτερη από ότι η πάκτωση μιας κολόνας στο κεντρικό σημείο της, γιατί...
κατά την ταλάντωση του τοιχίου στις πλάγιες φορτίσεις του σεισμού, το ένα άκρο του τοιχίου προσπαθεί να σηκώσει το άλλο άκρο του.

Αν είναι πακτωμένο, ή καλύτερα προεντεταμένο στα δύο άκρα του, αυτή η τάση ανόδου της βάσης του τοιχίου δεν μπορεί να γίνει, διότι είναι προεντεταμένη με το έδαφος.
Οπότε αφού δεν μπορεί να ταλαντευτεί το τοιχίο, καταργούμε την ταλάντωση ( το κάνουμε άκαμπτο )
Οπότε καταργούμε στην πράξη.

α) Την μετατόπιση του κάθετου άξονα της κολόνας, που συνεπάγεται σε κατάργηση ....
β) των ροπών στους κόμβους που προκαλούν τις τέμνουσες των κολονών και των δοκών.

Με λίγα λόγια, το πακτωμένο ή προεντεταμένο τοιχίο, μπορεί μόνο του ( χωρίς την βοήθεια των κόμβων ) να παραλάβει τις οριζόντιες φορτίσεις του σεισμού, χωρίς να καταργεί και την πρόσθετη αντίσταση των κόμβων πάνω στις πλάγιες φορτίσεις.