Στα κεφάλαια που ακολουθούν, αρχικά πραγματοποιείται μια σύντομη περιγραφή της γεωλογίας του νομού Αχαΐας με παράθεση στοιχείων της σεισμικότητας της ευρύτερης περιοχής καθώς και παράθεση νεοτεκτονικών στοιχείων. Η σπουδαιότητα των στοιχείων αυτών έγκειται στην κατανόηση του ευρύτερου γεωλογικού περιβάλλοντος στο οποίο ανήκουν και οι σχηματισμοί των οποίων οι ιδιότητες διερευνήθηκαν. Ακολουθεί η περιγραφή των εργαστηριακών δοκιμών που εκτελέστηκαν, σύμφωνα με τις προδιαγραφές της ισχύουσας νομοθεσίας αλλά και της διεθνούς πρακτικής. Δίνονται, τέλος, τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν, ενώ παρατίθενται και τα πλήρη στοιχεία που αφορούν στην εκτέλεσή τους. / -

Οι πορφύρες ή χαλαζιακοί πορφύρες ή πορφυρίτες λίθοι, είναι ηφαιστειακής ή υπο-ηφαιστειακής γενέσεως πετρώματα, τα οποία απαντώνται σε πολλές χρωματικές ποικιλίες όπως, πορφυρό, ερυθρόχροο, ερυθρόφαιο, τεφρόφαιο, τεφρόχροο, τεφρομέλανο ή / και πράσινο. Τα πετρώματα αυτά χρησιμοποιούνται ως διακοσμητικά ή / και ως δομικά υλικά, στα υπό ανάπλαση ιστορικά κέντρα πόλεων και όχι μόνο [16]. Οι πορφύρες είναι τα πλέον κατάλληλα για το σκοπό αυτό πετρώματα και αυτό οφείλεται στα εξαιρετικά φυσικά, μηχανικά και τεχνικά τους χαρακτηριστικά, καθώς και στο αναλλοίωτο του χρώματος και της δομής των. Το γεγονός αυτό, τα καθιστά ως τα πλέον διαχρονικά απ' όλα τα διακοσμητικά πετρώματα, είτε αυτά ανήκουν στην κατηγορία των ανθρακικών, είτε στην κατηγορία των αργιλοπυριτικών πετρωμάτων. Ηφαιστειακά πετρώματα με πορφυριτικό ιστό εξορύσσοντο από την αρχαιότητα. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν ο ερυθρός πορφυρίτης Αιγύπτου, γνωστός ως Porfido rosso antico και ο πράσινος κροκεάτης λίθος ή αυγιτικός ανδεσινικός πορφυρίτης, γνωστός και ως Porfido verde antico. Κοιτάσματα πορφυρών υπάρχουν πολύ λίγα στον κόσμο. Τα πλέον γνωστά είναι της Ιταλίας (Porfido di Albiano – Trento), της Αργεντινής (Porfiris de Puerto Madryn) και του Μεξικού (Porfiris de San Luis de la Paz). Μετά από συστηματικές γεωλογικές έρευνες, που διεξήγαγε τα τελευταία χρόνια ο Δρα Κωνσταντίνος Ι. Ρήγας στην περιοχή της Κεντρικής Ροδοπικής μάζας ανακάλυψε ένα σημαντικό, από άποψη ποιότητας και αποθεμάτων κοίτασμα, αυτό του Χαλαζιακού Πορφύρη Ξάνθης [12], η λεπτομερής εξέταση των Φυσικό – Μηχανικών και Τεχνικών χαρακτηριστικών του οποίου, αποτελεί αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας. / --

Θέμα της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη του φαινομένου απομείωσης της στατικής αντοχής των συνθέτων υλικών (FRP) λόγω κόπωσης και η εφαρμογή των αποτελεσμάτων σε διαδικασίες δομικού σχεδιασμού. Στο πρώτο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται διάφορα δημοσιευμένα φαινομενολογικά πρότυπα εναπομένουσας αντοχής, μερικά των οποίων έχουν τροποποιηθεί για να γενικευθούν οι προβλέψεις τους, καθώς και μια νέα μεθοδολογία για παραγωγή προβλέψεων εναπομένουσας αντοχής συγκεκριμένης αξιοπιστίας. Τα πρότυπα αυτά εφαρμόζονται τόσο σε νέα όσο και σε δημοσιευμένα πειραματικά δεδομένα, που αφορούν ένα μεγάλο εύρος συνθέτων υλικών και διαστρωματώσεων. Οι διαδικασίες για την εφαρμογή κάθε προτύπου επιλέγονται με βάση την απλότητα και την ευκολία στην υλοποίηση, έτσι ώστε να μην απαιτείται μεγάλος αριθμός πειραματικών δεδομένων για την εφαρμογή τους. Οι προβλέψεις των προτύπων, τόσο όσον αφορά τις ντετερμινιστικές καμπύλες απομείωσης της στατικής αντοχής όσο και την πρόβλεψη των στατιστικών χαρακτηριστικών της εναπομένουσας αντοχής, αξιολογούνται με στόχο την επιλογή συγκεκριμένων διαδικασιών, εφαρμόσιμων στον σχεδιασμό κατασκευών από σύνθετα υλικά που υφίστανται κοπωτικά φορτία. Μετά την επιλογή ενός αριθμού αξιόπιστων προτύπων από αυτά που παρουσιάστηκαν στο πρώτο μέρος της διατριβής, η εναπομένουσα αντοχή ενσωματώνεται σε μεθοδολογίες πρόβλεψης κοπωτικής ζωής υπό κυκλικά φορτία μεταβλητού εύρους τάσης, Variable Amplitude (VA). Η επίδραση καθενός από τα αυτόνομα στάδια που συνθέτουν τέτοιες μεθοδολογίες, δηλαδή η μέθοδος μέτρησης κύκλων (Cycle Counting) και το διάγραμμα σταθερής ζωής (Constant Life Diagram, CLD), εξετάζεται λεπτομερώς παράλληλα με το ενδεχόμενο αντικατάστασης του κανόνα Palmgren-Miner, σαν μέτρο συσσώρευσης βλάβης, από μεθόδους που βασίζονται στην εναπομένουσα αντοχή. Οι παραγόμενες προβλέψεις αξιολογούνται μέσω πειραμάτων σε πολύστρωτες διατάξεις [04]T και [±45]S υπό την επίδραση τριών διαφορετικών κοπωτικών φασμάτων που έχουν προκύψει είτε μέσω της επεξεργασίας μετρήσεων φόρτισης πτερυγίων σε λειτουργία (WISPER και NEW WISPER) είτε από αριθμητική αερο-ελαστική προσομοίωση (MWIND). Το τελευταίο βήμα περιλαμβάνει τη συμβολή στην ανάπτυξη και υλοποίηση του αλγόριθμου FADAS (FAtigue DAmage Simulator) σε περιβάλλον MATLAB. Ο αλγόριθμος υπολογίζει την επίπεδη εντατική κατάσταση που αναπτύσσεται σε κάθε στρώση της πλάκας κατά την κόπωση, μέσω θεωρίας πολυστρώτων πλακών (Classical Lamination Theory, CLT), προσομοιώνει την υποβάθμιση της αντοχής και της δυσκαμψίας και εφαρμόζει αρχές προοδευτικής βλάβης (progressive damage), βάσει του κριτηρίου αστοχίας του Puck, για την πρόβλεψη της αστοχίας πολυστρώτων διατάξεων υπό οποιαδήποτε κοπωτική φόρτιση. Προβλέψεις του αλγόριθμου FADAS, μετά την ρύθμιση των παραμέτρων βάσει του υλικού αναφοράς, συγκρίνονται με πειράματα κόπωσης σταθερού εύρους πάνω σε τρεις τύπους δοκιμίων. Ο πρώτος είναι μια πολύστρωτη διάταξη [(±45/0)4/±45]T υπό κόπωση σε λόγο τάσεων R=0.1 και R=-1 και οι άλλοι δύο είναι δοκίμια κομμένα υπό γωνία 10° και 60° από την ίδια πολύστρωτη, που υποβάλλονται σε εναλλασσόμενη κόπωση (R=-1), έτσι ώστε ο αλγόριθμος να αξιολογηθεί για διάφορους συνδυασμούς επιβαλλόμενων φορτίσεων και τύπων βλάβης (damage modes). / Subject of this dissertation is the investigation of the static strength degradation phenomenon caused by fatigue in FRP composite materials and its integration to structural design procedures. In the first part of the study, several phenomenological residual strength models from literature, some of them modified to enhance their performance, along with a newly proposed methodology for reliability based residual strength prediction, are implemented to both the experimental data produced as well as to published data referring to a wider range of materials and lay-ups. The implementation procedures proposed are oriented towards simplicity and minimization of the required experimental effort. Models predictions, regarding both deterministic strength degradation behavior and statistical characteristics of residual strength, are assessed in order to clarify the predictive ability of each method and propose specific engineering solutions for the prediction of residual strength after fatigue. Once concluded on a number of efficient engineering models, in the second part of this work, residual strength is integrated in life and residual strength prediction methodologies. As a first step, fatigue life prediction of macroscopically studied composite laminates under variable amplitude (VA) loading is attempted. The effect of each module of the state-of-the-art life prediction schemes, i.e. the counting method and constant life diagram (CLD) is investigated along with the possible benefits from incorporating residual strength as damage accumulation metric instead of the commonly used Palmgren-Miner rule. Predictions are evaluated through tests performed on [04]T and [±45]S laminates of the reference material, under three different loading spectra extracted either from processing strain measurements on operating Wind Turbine Rotor Blades (WISPER and NEW WISPER) or from aero-elastic simulations (MWIND). As a subsequent step, the FADAS (FAtigue DAmage Simulator) life prediction methodology is developed and implemented in computer code. The algorithm, takes into account the plane stress conditions developing into each ply during fatigue by means of classical lamination theory, models the ply-by-ply degradation of strength and stiffness and implements progressive damage principles, based on Puck failure criterion, to predict failure of a laminate after arbitrary cyclic loading. Predictions of the FADAS algorithm, once its parameters are tuned accordingly for the reference UD material, are compared with constant amplitude (CA) fatigue tests performed on three types of specimens: The first consist of a multidirectional (MD) laminate of [(±45/0)4,±45]T lay-up under R=0.1 and R=-1 cyclic loads and the other two are 10° and 60° off-axis coupons cut from the same laminate under R=-1, in an effort to validate the algorithm under various combinations of imposed stresses and induced damage modes.

- / -

- / -

Παρουσιάζεται μία εναλλακτική μέθοδος έμμεσου προσδιορισμού της θλιπτικής (μονοαξονικής) αντοχής των πετρωμάτων με βάση μία τροποποιημένη μορφή της δοκιμής επιφανειακής διείσδυσης. Χρησιμοποιήθηκαν δύο έμβολα με σφαιρικά άκρα με ακτίνες 1,585mm και 5mm. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με αυτά της διαδεδομένης μεθόδου σημειακής φόρτισης. Αποδεικνύεται πειραματικά ότι για τα τρία ασβεστολιθικά πετρώματα που μελετήθηκαν, η δοκιμή επιφανειακής διείσδυσης δίνει σημαντικά ακριβέστερα αποτελέσματα και μπορεί να εφαρμοστεί τόσο στο εργαστήριο όσο και στο πεδίο. Επιπλέον αποδείχθηκε ότι η δοκιμή προσφέρει την δυνατότητα μη καταστροφικού ελέγχου των δοκιμίων ιδιαίτερα με το άκρο με την μικρή σφαίρα. / An alternative indirect method to determine the unconfined compressive strength of rocks based on a modified Indentation (Punch) test is presented. Two indenters with spherical tips of 1.585mm and 5mm were used. The results are compared with those of the Point Load test that is commonly used in practice. It is experimentally proved that for the three calcareous rock materials tested, this method gives significantly more accurate results and can be applied to the laboratory as well as in situ. In addition it has been proved that this test offers the possibility of non destructive testing especially when the small spherical tip is used.

Στην εργασία αυτή αρχικά πραγματοποιείται μια σύντομη περιγραφή της γεωλογίας του νομού Αχαΐας με παράθεση στοιχείων της σεισμικότητάς της ευρύτερης περιοχής καθώς και παράθεση υδρομετεωρολογικών στοιχείων. Η σπουδαιότητα των στοιχείων αυτών έγκειται στην κατανόηση του ευρύτερου γεωλογικού περιβάλλοντος στο οποίο ανήκουν και οι σχηματισμοί των οποίων οι ιδιότητες διερευνήθηκαν. Ακολουθεί η περιγραφή των εργαστηριακών δοκιμών που εκτελέστηκαν, σύμφωνα με τις προδιαγραφές της ισχύουσας νομοθεσίας αλλά και της διεθνούς πρακτικής. Στη συνέχεια σχολιάζονται θέματα σχετικά με την δειγματοληψία και την περιγραφή των γεωλογικών σχηματισμών που απασχολούν την εργασία αυτή. Παρουσιάζονται αναλυτικά ο τρόπος και οι θέσεις λήψεως δειγμάτων, ενώ παρέχονται και στοιχεία από τη γεωλογία της εκάστοτε περιοχής σε μια προσπάθεια να συγκεντρωθούν κατά το δυνατόν περισσότερα δεδομένα που συσχετίζονται με τους εδαφικούς σχηματισμούς που μελετήθηκαν. Δίνονται, τέλος, τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν, ενώ παρατίθενται και τα πλήρη στοιχεία που αφορούν στην εκτέλεσή τους. Στα πλαίσια του στόχου της πλήρους ανάλυσης και της απόδοσης μιας ολοκληρωμένης εικόνας των σχηματισμών, εκτελέστηκαν, πλέον των εργαστηριακών δοκιμών προσδιορισμού των παραμέτρων διατμητικής αντοχής και δοκιμές προσδιορισμού των αντίστοιχων παραμέτρων που σχετίζονται με τις φυσικές τους ιδιότητες. Με τα στοιχεία που προέκυψαν έγινε μια απόπειρα συσχετισμού των μεγεθών μεταξύ τους, ώστε να διαφανούν πιθανές εξαρτήσεις και να εξηγηθούν διαφοροποιήσεις στα αποτελέσματα των δοκιμών. / In this essay there is initially presented a short description of the geology of prefecture Achaia with apposition of data of it’s wider region seismicity as well as apposition of hydrometeorological data. The importance of presenting this data lies in the comprehension of the wider geological environment in which the formations of this work’s interest belong. Then there follows the description of laboratorial tests that were executed, according to the specifications as presented in effect legislation but also set by international practice. There are also presented subjects with regard to the sampling methods and the description of geological formations that occupy this work’s area of interest. There are analytically presented the way and the sites of reception of samples, while there is also analyzed information regarding to the geology of each site in order to collect as much data connected to the soils that were studied as possible. There are finally presented the results of laboratorial tests (and also the conclusions that resulted). In the objective of complete analysis and the understanding of the marl-type soils that were investigated, along with the elements that resulted, there was an attempt of correlation between shear strength parameters and soil properties, so that should emerge likely dependences and would be explained differentiations in the results of laboratory testing.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται το θέμα της αποτίμησης της σεισμικής συμπεριφοράς κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος με Pilotis, σχεδιασμένων με βάση τους παλαιούς κανονισμούς (Αντισεισμικό Κανονισμό του 1959 και Κανονισμό Οπλισμένου Σκυροδέματος του 1954). Για το σκοπό αυτό διερευνάται η συμπεριφορά σε σεισμικά φορτία δυο πενταώροφων κτιρίων σχεδιασμένων με βάση τους κανονισμούς αυτούς. Η διερεύνηση αυτή γίνεται με χρήση μη γραμμικών μεθόδων ανάλυσης. Αρχικά εφαρμόζονται στατικές αναλύσεις πλευρικής οριακής ώθησης και προσδιορίζονται οι βλάβες των κατασκευών στα διάφορα στάδια φόρτισής τους (διάφορα στάδια επιτελεστικότητας). Για τον υπολογισμό της ικανότητας παραμόρφωσης των δομικών μελών οπλισμένου σκυροδέματος υιοθετούνται τα προσομοιώματα που προτείνονται από τον Ελληνικό Κανονισμό Επεμβάσεων. Τα αποτελέσματα των στατικών ανελαστικών αναλύσεων είναι αρκετά αντιπροσωπευτικά ωστόσο όμως δεν μπορούν σε καμία περίπτωση να αντικαταστήσουν τα αποτελέσματα μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων. Για το σκοπό αυτό επιλέχτηκαν κατάλληλα επιταχυνσιογραφήματα, φυσικές καταγραφές των ισχυρότερων Ελληνικών σεισμών καθώς και ημιτεχνητά επιταχυνσιογραφήματα συμβατά με το φάσμα σχεδιασμού του σύγχρονου Αντισεισμικού Κανονισμού, και πραγματοποιήθηκαν μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις για κάθε κτίριο. Η προσομοίωση των στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος για τις μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις ήταν τέτοια ώστε να λαμβάνεται υπόψη η απομείωση της δυσκαμψίας με την ανακύκλιση, ωστόσο στη φάση αυτή αγνοήθηκε η απομείωση της αντοχής. Τόσο από τις στατικές ανελαστικές αναλύσεις όσο και από τα αποτελέσματα των μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων προκύπτει ότι τα κτίρια αυτά είναι ιδιαιτέρως ευάλωτα σε σεισμικά φορτία αφού παρουσιάζουν σημαντικές καμπτικές και διατμητικές βλάβες στα υποστυλώματα του ισογείου, οι οποίες σε πολλές περιπτώσεις δηλώνουν αυξημένη πιθανότητα αστοχίας. Στον ισόγειο όροφο συγκεντρώνεται όλη σχεδόν η ανελαστική μετακίνηση του κτιρίου. Ακολούθως περιγράφονται πιθανές στρατηγικές επέμβασης στο φέροντα οργανισμό του κτιρίου που θα βελτίωναν σημαντικά τη συμπεριφορά του σε σεισμικά φορτία, και γίνεται προσπάθεια εφαρμογής των μεθόδων αυτών σε ένα από τα κτίρια. Όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα, η συμπεριφορά ενός τέτοιου κτιρίου μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με σχετικά εύκολο και απλό τρόπο. / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των υπερτάσεων οι οποίες εμφανίζονται σε φωτοβολταϊκές διατάξεις λόγω των κεραυνικών πληγμάτων, τα οποία σημειώνονται, είτε απευθείας στις διατάξεις αυτές, είτε σε παρακείμενα σημεία. Η διάρθρωση της διπλωματικής εργασίας έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια θεωρητική ανάλυση του φωτοβολταϊκού φαινόμενου, καθώς επίσης και των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Επίσης παρατίθενται μερικά εκ των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων αυτής της τεχνολογίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται συνοπτικά τα είδη των φωτοβολταϊκών πλαισίων τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στην αγορά, τα μέρη τα οποία απαρτίζουν ένα φωτοβολταϊκό σύστημα, αυτόνομο ή διασυνδεδεμένο, καθώς επίσης παρουσιάζονται και κάποια οικονομικά δεδομένα τα οποία σχετίζονται με το συνολικό εκτιμώμενο κόστος μιας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης ισχύος 100kWP. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται σε θεωρητικό επίπεδο ο ολοκληρωμένος τρόπος αντικεραυνικής προστασίας φωτοβολταϊκών διατάξεων, ο οποίος απαρτίζεται από δύο μέρη, την εξωτερική και την εσωτερική αντικεραυνική προστασία, όπως ορίζουν οι σχετικοί διεθνείς κανονισμοί. Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται εργαστηριακή μελέτη, για να εκτιμηθεί η διηλεκτρική αντοχή ενός δοκιμαστικού φωτοβολταϊκού πλαισίου, σε κρουστική τάση τυποποιημένης μορφής 1.2/50 μsec, σύμφωνα με τον κανονισμό IEC 61730-2. Πριν και μετά τις καταπονήσεις, διεξάγονται μετρήσεις, για να διαπιστωθούν τυχόν επιπτώσεις, στις χαρακτηριστικές I-V και P-I, του δοκιμαστικού φωτοβολταϊκού πλαισίου, και, εξάγονται τα σχετικά συμπεράσματα. / The aim of this diplomatic report is the study of surges which appear in photovoltaic arrays because of the lightning’s strikes, which take place directly on these arrays or on nearby areas. The structure is as follows: In the first chapter there is a theoretical analysis of the photovoltaic phenomenon, as well as an analysis of the electrical characteristics of PV-modules. Some of the advantages and disadvantages of this technology are also mentioned. In the second chapter what are briefly described are the sorts of photovoltaic frames that are widely used in the market, the parts of which a photovoltaic system is comprised, autonomous or on grid, and some data relevant to the total estimated cost of a photovoltaic installation, of 100kWp power, are also presented. In the third chapter the completely method of lightning protection of photovoltaic arrays is presented on a theoretical basis. This method of lightning protection is divided in two parts, the outer and inner lightning protection, as the relevant international regulations demand. In the fourth chapter, a laboratory study is given, in order to evaluate the dielectric withstand of a test photovoltaic frame, in impulse voltage standard form 1.2/50 μsec, according to regulation IEC 61730-2. Measures are taken before and after the stresses for any consequences to be confirmed, in the characteristic I-V and P-I, of the test photovoltaic frame consequently the relevant conclusions are drawn.

- / -