NOESIS: "Novel Seismic Protection Devices in All Spatial Directions"

 

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

  Η πλέον προηγμένη σύγχρονη τεχνολογία σεισμικής προστασίας των κατασκευών στηρίζεται σε διατάξεις, οι οποίες παρέχουν τη δυνατότητα σεισμικής μόνωσης των κατασκευών (seismic isolation). Οι διατάξεις όμως αυτές παρουσιάζουν ένα σύνολο σοβαρών περιορισμών και μειονεκτημάτων:
  1. Δεν παρέχουν προστασία σε κατακόρυφες σεισμικές διεγέρσεις.
  2. Έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής, και απαιτούν συχνές επιθεωρήσεις και συντήρηση.
  3. Η μείωση της ιδιοπεριόδου της κατασκευής, σε συνδυασμό με την πολύ χαμηλή απόσβεση που εμφανίζουν, οδηγεί σε αύξηση της τρωτότητας της κατασκευής σε σεισμούς που περιέχουν συνιστώσες με μεγάλες περιόδους (TABAS, NEPAL, κ.λ.π.).
  4. Οδηγούν σε πολύ μεγάλες σχετικές οριζόντιες μετατοπίσεις των κατασκευών σε σχέση με το έδαφος.

Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε:
• Σοβαρούς ενδογενείς και δομικούς περιορισμούς ως προς την τεχνολογία των σχετικών αντισεισμικών συσκευών που χρησιμοποιούνται (έδρανα μόλυβδου/ελαστομερούς, σφαιρικά έδρανα).
• Ουσιαστική αδυναμία εγκατάστασης σε ήδη υπάρχουσες κατασκευές.
• Περίπλοκη διασύνδεση της βάσης της κατασκευής με το έδαφος, που οδηγεί σε αυξημένο συνολικό κατασκευαστικό κόστος και και επιρεπείς σε σφάλματα διασυνδέσεις με τις εγκαταστάσεις κοινής ωφέλειας (σωληνώσεις, ηλεκτρικές καλωδιώσεις).

 

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΙ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ

  Πρωταρχικό αντικείμενο του έργου είναι η σχεδίαση, κατασκευή και επίδειξη μιας νέας γενιάς καινοτόμων διατάξεων αντισεισμικής προστασίας, ικανής να υπερβεί τα σημαντικότερα μειονεκτήματα της τρέχουσας τεχνολογίας σεισμικής προστασίας. Ειδικότερα, βασικοί στόχοι της προτεινόμενης τεχνολογίας είναι:

  1. Δυνατότητα απορρόφησης των σεισμικών διεγέρσεων και στις τρεις χωρικές κατευθύνσεις, με ιδιαίτερη έμφαση στην κατακόρυφη συνιστώσα.
  2. Δυνατότητα εφαρμογής σχεδόν σε όλους τους τύπους των κατασκευών, τόσο νέων όσο και υπαρχουσών. Ειδική έμφαση θα δοθεί σε κρίσιμες κατασκευές και υποδομές (π.χ. βιομηχανικές εγκαταστάσεις, γέφυρες, πολιτιστική κληρονομιά).
  3. Απλή και εύρωστη δομή, που επιτρέπει την απλή και με χαμηλό κόστος εφαρμογή και υλοποίησή τους, με σχεδόν ελάχιστες απαιτήσεις συντήρησης.

Πέρα από την κύρια κατεύθυνση σχεδιασμού διατάξεων αντισεισμικής προστασίας, το έργο στοχεύει και σε δύο συναφείς τεχνολογικές κατευθύνσεις:

  1. Βάσεις στήριξης μηχανών και πάσης φύσεως κρίσιμων διατάξεων (π.χ. υπολογιστικά/επικοινωνιακά κέντρα, σωληνώσεις, κλιματιστικά, ηλεκτρικά καλώδια και καλώδια κρεμαστών γεφυρών, κ.λπ.) με ικανότητα απορρόφησης ιδιαίτερα χαμηλόσυχνων κατακόρυφων κραδασμών και πάσης φύσεως συναφών διεγέρσεων σε περιοχές συχνοτήτων κάτω από τα 3-4Hz, όπου είναι τα όρια της τρέχουσας τεχνολογίας.
  2. Διατάξεις μόνωσης χαμηλόσυχνων θορύβων (10-100Ηz), με έμφαση σε πλωτά δάπεδα και οροφές. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο θόρυβος αποτελεί τη δεύτερη σημαντική πηγή περιβαλλοντικής όχλησης μετά τους ατμοσφαιρικούς ρύπους, ενώ οι συμβατικές διατάξεις παθητικής ηχομόνωσης είναι ουσιαστικά ανεπαρκείς σε αυτή την περιοχή συχνοτήτων.

Κεντρικός πυρήνας της προτεινόμενης τεχνολογίας είναι η κατασκευή διατάξεων με ενσωματωμένα στοιχεία αρνητικής ελαστικής σταθεράς. Θα πρέπει να τονισθεί, ότι στοιχεία αρνητικής ελαστικής σταθεράς σε πλήθος εναλλακτικών τεχνικών μορφών έχουν ήδη προταθεί για εφαρμογές σεισμικής μόνωσης.

Χρησιμοποιούνται όμως στην κατεύθυνση της κλασσικής σεισμικής μόνωσης, για την αύξηση της ιδιοπεριόδου της κατασκευής. Με τον τρόπο όμως αυτό μειώνεται η στιβαρότητα και κατά συνέπεια η στατική επάρκεια της κατασκευής, γεγονός που μεταξύ άλλων αποτρέπει την εφαρμογή τους για μόνωση κατακόρυφων ταλαντώσεων.

Αντίθετα, η προτεινόμενη τεχνολογία χρησιμοποιεί τα στοιχεία αρνητικής ελαστικής σταθεράς σε εντελώς διαφορετική κατεύθυνση με στόχο την αύξηση της ικανότητας απόσβεσης, ενώ παράλληλα έχει την ικανότητα να διατηρεί στη στιβαρότητα και κατά συνέπεια την στατική επάρκεια της κατασκευής σε οποιοδήποτε επιθυμητό επίπεδο. Μεταξύ άλλων, αυτό καθιστά την προτεινόμενη τεχνολογία ιδανική (αν όχι μοναδική) επιλογή για τη μόνωση κατακόρυφων ταλαντώσεων. 

 

ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ

  GROUP SCIENCE Ο.Ε. (Γ. Χαραλαμπόπουλος - Σ. Μουσακίτης Ο.Ε.)
  ΚΩΣ ΕΛΛΑΣ ΕΠΕ (Θ. Μαυρέλος - Ι. Τσιλίκας)

 

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ

• Ιωάννης Αντωνιάδης, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (Επιστημονικός Υπεύθυνος)
• Χρήστος Γιακόπουλος, Ε.ΔΙ.Π. Ε.Μ.Π. (Ερευνητής)
• Κωνσταντίνος Φούσκας, Ε.Τ.Ε.Π. Ε.Μ.Π. (Ερευνητής)
• Κωνσταντίνος Καπασακάλης, Υποψήφιος Διδάκτορας Ε.Μ.Π. (Ερευνητής)
• Ιωάννης Σαπουντζάκης, Μεταδιδάκτορας Ε.Μ.Π. (Ερευνητής)

 

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ

• Paradeisiotis, A., Antoniadis, I.A. (2019). Implementation of a Low Frequency Acoustic Isolation Panel Incorporating KDamper Based Mounts, Proceedings of ICOVP2019, 1-4 September, Crete, Greece.
• Kapasakalis, K. A., Antoniadis, I. A., & Sapountzakis, E. J. (2019, September). Implementation of the KDamper concept for base isolation to a typical concrete building structure. In Proceedings of 12th HSTAM International Congress on Mechanics, Thessaloniki, Greece.
• Kapasakalis, K. A., Alamir, T. C-H., Antoniadis, I. A., & Sapountzakis, E. J. (2019, September). Frequency Base Design of the KDamper Concept for Seismic Isolation of Bridges. In Proceedings of ICOVP2019, Crete, Greece.
• Kapasakalis, K. A., Antoniadis, I. A., & Sapountzakis, E. J. (2019, September). KDamper Concept for Base Isolation and Damping of High-Rise Building Structures. In Proceedings of ICOVP2019, Crete, Greece.
• Bollano, N. P-O., Kapasakalis, K. A., Antoniadis, I. A., & Sapountzakis, E. J. (2019, September). Design and Optimization of the KDamper Concept for Seismic Protection of Bridges. In Proceedings of ICOVP2019, Crete, Greece.
• Antoniadis, I. A., Kapasakalis, K. A., & Sapountzakis, E. J. (2019, August). Advanced negative stiffness absorbers for the seismic protection of structures. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2146, No. 1, p. 020017). AIP Publishing.
• Kapasakalis, K. A., Antoniadis, I. A., & Sapountzakis, E. J. (2019, June). Control of multi storey building structures with a new passive vibration control system combining base isolation with KDamper. In Proceedings of COMPDYN2019, Crete, Greece.
• Καπασακάλης, K. A., Αντωνιάδης, I. A., & Σαπουντζάκης, E. Ι. (2019, Σεπτέμβριος). Καινοτόμα συστήματα μόνωσης με στοιχεία αρνητικής στιβαρότητας για την σεισμική προστασία κατασκευών. Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής Τεχνικής Σεισμολογίας, Αθήνα, Ελλάδα.
• Antoniadis, I. A., Kapasakalis, K. A., & Sapountzakis, E. J. (2019, June). Isolation or Damping? A Soil-dependent approach based on the KDamper concept. In Proceedings of ICONHIC2019, Crete, Greece.
• Sapountzakis, E. J., Kapasakalis, K. A., & Antoniadis, I. A. (2019, June). Negative Stiffness Elements in Seismic Isolation of Bridges. In Proceedings of ICONHIC2019, Crete, Greece.