Προσομοίωση προέντασης των στύλων της κατασκευής μεταξύ δώματος και του εδάφους

[seismic]

Ο στρεπτοκαμπτικός λυγισμός αφορά όλων των ειδών τις πλαισιωτές και ασύμμετρες κατασκευές που έχουν κόμβους και κατά κύριο λόγο τα ελαστικά στοιχεία όπως είναι οι υψίκορμες μεταλλικές κολόνες.
Plan 4 ) ( Figure a ) Αποτελείτε από κολόνες δοκούς και πεδιλοδοκούς του ιδίου μεγέθους.
Βλέπουμε τα εξής Οι κολόνες σε ένα σεισμό λυγίζουν και μαζί λυγίζει και ο δοκός. Ο πεδιλοδοκός δεν λυγίζει και αυτό συμβαίνει διότι είναι αρκετά ισχυρός ώστε να κρατά το πέλμα της βάσης κολλημένο πάνω στο έδαφος. Η ελαστικότητα της κολόνας και τις δοκού αφαιρούν πολλά φορτία από τις δυνάμεις που καταπονούν τον πεδιλοδοκό και για αυτόν τον λόγο δεν λυγίζει.
Παρατηρούμε όμως ότι η ελαστικότητα των κολονών και της δοκού παραμορφώνουν ( - σηκώνουν-κατεβάζουν στα δύο άκρα ) το άνω μέρος των κολονών εκεί που έχει ροζ χρώμα στα σημεία Κ1 Αυτό το κατέβασμα και το ανασήκωμα που εμφανίζεται κατά την ταλάντωση παραμορφώνουν την δοκό.
Συμπέρασμα
α) η ελαστικότητα βοηθάει στην αποθήκευση ενέργειας πάνω στον κορμό της δοκού και της κολόνας μέχρι ένα σημείο μετατόπισης την οποία αποθηκευμένη ενέργεια την αποδίδει πίσω στην επόμενη μετατόπιση χωρίς όμως να πάθει αστοχίες.
β) η ελαστικότητα αυτή οπότε και η αποθήκευση της ενέργειας του σεισμού εφαρμόζεται και στην κολόνα και στην δοκό.
γ) Υπάρχει παραμόρφωση στο πλαίσιο αυτό οπότε βγάζουμε το συμπέρασμα ότι ένας από τους λόγους παραμόρφωσης της κατασκευής είναι η ελαστικότητα των στοιχείων της κολόνας και της δοκού.

Ας εξετάσουμε τώρα το ( Plan 4 ) ( Figure b ) To πλαίσιο αυτό δεν αποτελείτε από όμοια στοιχεία ( κολόνες δοκούς πεδιλοδοκούς ) αλλά οι κολόνες είναι πιο μεγάλες και μακρόστενες ( τοιχία )
Εδώ θα παρατηρήσουμε μία διαφορετική παραμόρφωση του πλαισίου αυτού.
α) Οι κολόνες αυτές δεν παρουσιάζουν τον λυγισμό στον κορμό τους γιατί είναι πιο άκαμπτες από τις μικρές τετράγωνες κολόνες.
β) όλη η αποθήκευση της ενέργειας του σεισμού και όλη η παραμόρφωση συντελείτε πάνω στον κορμό της δοκού.
γ) Τα φορτία στρέψης που αναλαμβάνει η δοκός είναι τα διπλάσια από ότι ήταν όταν η κολόνα και η δοκός είχαν τις ίδιες διαστάσεις οπότε διπλάσια είναι και η παραμόρφωση του κορμού της και διπλάσιος ο κίνδυνος να αστοχήσει.
δ) Τα μεγάλα τοιχία ( κολόνες ) λόγο της ακαμψίας τους και λόγο της δύναμης που έχουν λυγίζουν και τον πεδιλοδοκό. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να ανασηκωθεί το πέλμα της βάσης ( εκεί που είναι ροζ ) στα σημεία Κ Αυτό το ανασήκωμα της βάσης είναι ο δεύτερος μεγάλος λόγος της παραμόρφωσης του πλαισίου διότι το τοιχίο-κολόνα χάνει την καθετότητά του και παραμορφώνει πιο πολύ το πλαίσιο, της φέρουσας κατασκευής
Συμπαίρασμα
Η ελαστικότητα του κορμού των δοκών και των κολονών μαζί με το ανασήκωμα των βάσεων είναι οι δύο μεγάλοι παράγοντες της παραμόρφωσης του πλαισίου που αστοχεί.

Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται πλάγιος στρεπτοκαμπτικός λυγισμός. Υπάρχει και ο στρεπτομεταφορικός λυγισμός ο οποίος εμφανίζεται σε ασύμμετρες κατασκευές. Έλα πλαισιωτό κτίριο ταλαντεύεται πιο ομοιόμορφα ενώ ένα ασύμμετρο κατά την ταλάντωση παρουσιάζει και στρεπτικά φαινόμενα γύρω από τον εαυτό του, μαζί με την ταλάντωση.
Παλιά οι πολιτικοί μηχανικοί πλακωνόντουσαν μεταξύ τους στο αν έπρεπε να σχεδιάζουν κατασκευές ελαστικές ( με μικρές κολόνες ) ή άκαμπτες ( με τοιχία )
Τελικά επικράτησε η άποψη ότι ήταν καλύτερη η κατασκευή που είχε άκαμπτα τοιχία διότι αστοχούσε πρώτη η δοκός διότι ήταν πιο αδύναμη από το τοιχίο. Όταν αστοχεί η δοκός το σπίτι δεν καταρρέει διότι κρέμεται από τον οπλισμό. Ενώ αν σπάσει πρώτη η κολόνα με / σχήμα αστοχίας το σπίτι καταρρέει.
Κατ αυτόν τον τρόπω σχεδιάζουν οι πολιτικοί μηχανικοί τις κατασκευές σήμερα και με αυτόν τον σχεδιασμό έχουν κατορθώσει να μην καταρρέει εύκολα ένα σπίτι και να σώνονται περισσότεροι άνθρωποι από τον σεισμό. Το σπίτι όμως μετά τον σεισμό το κατεδαφίζουμε.
Αυτή είναι η στάθμη της επιστήμης σήμερα.
Τι κάνει η ευρεσιτεχνία μου για να βοηθήσει ώστε να αποφύγουμε αυτό το φαινόμενο του στεπτοκαμπτικού λυγισμού
Δες ( Plan2 Figure a ) Στις μικρές κολόνες
Προσπαθεί να σταματήσει τον λυγισμό του κορμού της κολόνας και το ανασήκωμα της βάσης. Πως?.... βιδώνοντας την κολόνα στο έδαφος.
α) Αν βιδώσουμε την βάση με το έδαφος σταματάμε το ανασήκωμα Κ της βάσης αλλά δεν σταματάμε και τον λυγισμό του κορμού της κολόνας
β)Αν βιδώσουμε το δώμα της κολόνας με το έδαφος σταματάμε όλη την παραμόρφωση προερχόμενη από το ανασήκωμα της βάσης και από την ελαστικότητα του κορμού της κολόνας
Δες ( Plan2 Figure b ) Στα μεγάλα τοιχία
α) Αν βιδώσουμε την βάση με το έδαφος σταματάμε το ανασήκωμα Κ της βάσης αλλά δεν σταματάμε τον πολύ μικρό λυγισμό στον κορμό των τοιχίων που μπορεί να υπάρξει στα πολυόροφα κτίρια.
Στα ισόγεια και τα διώροφα τα οποία διαθέτουν μεγάλα τοιχία ο λυγισμός είναι αμελητέος οπότε αρκεί μόνο η πάκτωση εδάφους βάσης.

Όταν το υποστύλωμα είναι σχεδιασμένο με πεδιλοδοκούς και ο οπλισμός του σταματάει μέσα σε αυτούς τότε είναι μοιραίο όλες οι πλάγιες φορτίσεις του σεισμού να οδηγούνται μέσο των ροπών του κόμβου στον κορμό των στοιχείων κάμπτοντας τον κορμό τους.
Η αμφίπλευρη πάκτωση των κόμβων της ανώτατης στάθμης ενός επιμήκους υποστυλώματος με το έδαφος μέσο μηχανισμών πάκτωσης εκτρέπει τις πλάγιες φορτίσεις του σεισμού και της μεταφέρει μέσα από τον κατακόρυφο σώμα του υποστυλώματος μέσα στο έδαφος διότι αντιτίθεται στην ροπή ανατροπής του υποστυλώματος και τον λυγισμό του που δημιουργεί τον στρεπτοκαμπτικό λυγισμό των στοιχείων. Το αρνητικό πρόσημο των δυνάμεων του μηχανισμού προερχόμενες από το έδαφος σταματούν την ανάκληση του άνω μέρους του υποστυλώματος αφενός και η άλλη αντίδραση του εδάφους στο αντικριστό κάτω μέρος τις βάσης του υποστυλώματος αφετέρου εκτρέπουν μέσα από τον κατακόρυφο κορμό των υποστυλωμάτων τα φορτία του σεισμού και τα μεταφέρουν μέσα στο έδαφος δηλαδή από εκεί που προήλθαν.
Κατ αυτόν τον τρόπο σταματάμε τις διάφορες ιδιομορφές του φέροντα κατά τον σεισμό που προκαλούν τις παραμορφώσεις του στρεπτοκαμπτικού λυγισμού και με την κατάλληλη διαστασιολόγηση, πάκτωση όλων των άκρον,μορφοποίηση και σωστή τοποθέτηση των επιμήκη υποστυλωμάτων επί του φέροντα οργανισμού σταματάμε και τον στρεπτομεταφορικό λυγισμό των ασύμμετρων κατασκευών.