H σεισμική μόνωση στις γέφυρες συνδυάζει δύο φαινόμενα: (α) αύξηση της θε-μελιώδους ιδιοπεριόδου του συστήματος, και (β) προσθήκη αυξημένης απόσβεσης στο σύστημα. Το πρώτο επιτυγχάνεται με την εισαγωγή εύκαμπτων εφεδράνων ή εφεδράνων ολίσθησης στην επιφάνεια μόνωσης. Το δεύτερο επιτυγχάνεται είτε με την εισαγωγή α-ποσβεστήρων με ιξώδη συμπεριφορά, είτε με τη χρήση ελαστοπλαστικών μονωτήρων, είτε με τη χρήση εφεδράνων αυξημένης ικανότητας απόσβεσης (π.χ. εφέδρανα με πυρή-να μόλυβδου LRB, εφέδρανα τριβής με επίπεδη ή σφαιρική επιφάνεια - FPS, εφέδρανα με ελαστομερή υψηλής απόσβεσης - HDRB). Σε πολλές χώρες υψηλής σεισμικότητας και υψηλής στάθμης αντισεισμικής τε-χνολογίας (π.χ. στην Ιταλία) δεν συνηθίζεται, ούτε επιτρέπεται, η χρήση κοινών ελαστομερών εφεδράνων για την επίτευξη του πρώτου από τα δύο ανωτέρω φαινόμε-να/αποτελέσματα. Μάλιστα, η σεισμική μόνωση θεωρείται ότι πρέπει να συνδυάζει και τα δύο φαινόμενα/ αποτελέσματα με χρήση ειδικών προς τούτο συσκευών. Αντίθετα, στις ΗΠΑ και στην Ελλάδα συνηθίζεται, και επιτρέπεται, η χρήση κοινών ελαστομεταλλικών εφεδράνων για την επίτευξη του πρώτου αποτελέσματος, με ή χωρίς πρόσθετη απόσβεση μέσω ειδικών αποσβεστήρων. Γενικότερα, η σχέση μεταξύ των δύο φαινόμενων δεν προσδιορίζεται στους κα-νονισμούς, παρόλο που επηρεάζει τόσο την ασφάλεια της κατασκευής όσο και την απο-τελεσματικότητα του συστήματος μόνωσης. Για τον λόγο αυτό διενεργήθηκε μια σειρά δοκιμών, με την ψευδοδυναμική μέθοδο, γεφυρών μονωμένων με διάφορα εύκαμπτα ε-φέδρανα (ειδικά ή κοινά). Τα κοινά εφέδρανα δοκιμάσθηκαν με ή χωρίς πρόσθετη από-σβεση μέσω ειδικών αποσβεστήρων. / -

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται εξομοίωση της λειτουργίας της κινητής γέφυρας του πορθμού του Ευρίπου και της αντίστοιχης ναυσιπλοΐας. Για να επιτευχθεί η τρισδιάστατη εξομοίωση της γέφυρας χρησιμοποιείται το πρόγραμμα SIMIO. Στην όλη λειτουργία της γέφυρας έχει συμπεριληφθεί η κίνηση πεζών, η κίνηση αυτοκινήτων, η σηματοδότηση για αυτοκίνητα και πλοία, καθώς επίσης και ο διάπλους του πορθμού από πλοία κινούμενα και προς τις δύο κατευθύνσεις, δηλαδή προς το βόρειο Ευβοϊκό και το νότιο Ευβοϊκό κόλπο. Για την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας ήταν αναγκαία η επί τόπου επίσκεψη και παρακολούθηση της λειτουργίας της γέφυρας προκειμένου να αποκτηθεί όλη η απαραίτητη γνώση για τον τρόπο, τους κανόνες και τον έλεγχο λειτουργίας της γέφυρας και γενικά του συστήματος γέφυρα-ναυσιπλοΐα του πορθμού του Ευρίπου. Στη διαδικασία απόκτησης της απαιτούμενης γνώσης περιλαμβάνονται και οι πραγματοποιηθείσες επαφές-συνομιλίες με τους τεχνικούς λειτουργίας της γέφυρας, τους λιμενικούς που είναι υπεύθυνοι κυρίως για τα θέματα ναυσιπλοΐας καθώς και με τις τοπικές αρχές για την προμήθεια των απαιτούμενων τεχνικών σχεδίων από τα οποία ελήφθησαν οι διαστάσεις του όλου περιβάλλοντος χώρου του Πορθμού. Η εργασία περιλαμβάνει μία αναδρομή στα υπάρχοντα λογισμικά εργαλεία εξομοίωσης συστημάτων, την παρουσίαση των βασικών στοιχείων του λογισμικού SIMIO, την περιγραφή του τρόπου λειτουργίας της γέφυρας, την αναπτυχθείσα τρισδιάστατη εξομοίωση της κινητής γέφυρας και της ναυσιπλοΐας και τέλος την εξομοίωση πραγματικών εναλλακτικών σεναρίων λειτουργίας της γέφυρας που δεν είναι εύκολο να εφαρμοστούν στο πραγματικό σύστημα λόγω διαφόρων περιορισμών, γεγονός που αναδεικνύει την χρησιμότητα της εξομοίωσης ως διαδικασία μελέτης ενός συστήματος. / In this thesis, simulation of the operation of the drawbridge Evripos Channel and associated waterways. To achieve the three-dimensional simulation of the program used bridge SIMIO. In the overall operation of the bridge is included pedestrian traffic, traffic car signaling for cars and boats, as well as the crossing of the Strait by ships moving in both directions, to the northern and southern Evian Evian Gulf. For the preparation of this thesis was necessary on-site visit and monitor the operation of the bridge in order to get all the necessary knowledge on how the rules and operational testing of the bridge and general system bridge-navigation of the Strait of Euripus. In the process of acquiring the required knowledge including contacts made-talks with the technical operation of the bridge, the port is mainly responsible for navigational issues as well as with local authorities for the provision of the required technical drawings of which were the dimensions of whole surrounding area of ​​the Straits. The paper includes an overview of existing software systems simulation tools, presentation of key software components SIMIO, the description of the workings of the bridge, the developed three-dimensional simulation of the drawbridge and navigation and finally the simulation of real alternative operating scenarios of the bridge is not easy to implement in the real system due to various limitations, which demonstrates the usefulness of the simulation study process as a system.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα ψευδοδυναμικών δοκιμών σε γέφυρα από οπλισμένο σκυρόδεμα, πολλών ανοιγμάτων, σεισμικά μονωμένης με απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα χαμηλής απόσβεσης. Το μέγεθος της γέφυρας καθιστά αδύνατη την προσομοίωση ολόκληρου του φορέα στο εργαστήριο σε πλήρη κλίμακα ή έστω σε μικρότερη αλλά ρεαλιστική κλίμακα. Παράλληλα, η απόκριση του καταστρώματος και των βάθρων αναμένεται να είναι ελαστική κατά την διάρκεια της σεισμικής διέγερσης ενώ η ανελαστική παραμόρφωση θα εντοπίζεται στην στάθμη της σεισμικής μόνωσης. Για αυτό το λόγο, ο οικονομικότερος και πιο κατάλληλος τρόπος δοκιμής είναι η χρήση της μεθόδου των υπο-κατασκευών. Με τον τρόπο αυτό τα εφέδρανα χρησιμοποιούνται ως δοκίμιο και η απόκριση τους μετράται εργαστηριακά, ενώ η υπόλοιπη κατασκευή (κατάστρωμα και βάθρα) προσομοιώνονται αναλυτικά. Οι ψευδοδυναμικές δοκιμές έγιναν με την μέθοδο αυτή εφαρμόζοντας ως διέγερση το πραγματικό επιταχυνσιογράφημα του σεισμού της 15ης Απριλίου του Montenegro, τροποποιώντας το κατάλληλα, ώστε το φάσμα του να είναι συμβατό με το φάσμα του Ευρωκώδικα 8 για έδαφος τύπου C. Το τυπικό όμως πρόβλημα το οποίο εμφανίζεται κατά την εκτέλεση ψευδοδυναμικών δοκιμών μη πραγματικού χρόνου σε συσκευές, των οποίων η απόκριση επηρεάζεται από την ταχύτητα παραμόρφωσης, όπως είναι τα εφέδρανα, είναι η διαφοροποίηση των μετρούμενων δυνάμεων με την πραγματοποίηση της δοκιμής σε διεσταλμένη κλίμακα του χρόνου. Συνεπώς είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μια διαδικασία, ώστε σε κάθε βήμα η μετρούμενη δύναμη αντίδρασης των εφεδράνων, η οποία εκφράζει την δυσκαμψία τους, να διορθώνεται ώστε να αντιστοιχεί στην δύναμη που θα μετριόταν εάν η δοκιμή ήταν πραγματικού χρόνου. Για τα λόγο αυτό πραγματοποιήθηκαν προκαταρκτικές δοκιμές χαρακτηρισμού, με στόχο αφενός τον προσδιορισμό των μηχανικών χαρακτηριστικών των εφεδράνων σε διάφορα επίπεδα παραμόρφωσης και αφετέρου τον υπολογισμό απαραίτητων συντελεστών διόρθωσης, οι οποίοι θα χρησιμοποιηθούν στην ψευδοδυναμική δοκιμή για να ληφθεί υπόψη η επιρροή του ρυθμού παραμόρφωσης. Οι δοκιμές αυτές πραγματοποιήθηκαν σε επίπεδα διατμητικής παραμόρφωσης των εφεδράνων που έφταναν το 100% της αντοχής τους και σε συχνότητες που ήταν κοντά στις ιδιοσυχνότητες που αναμένονται για την κατασκευή κατά την διάρκεια της σεισμικής διέγερσης. Κατά τη διεξαγωγή των δοκιμών τα εφέδρανα υποβάλλονται σε καθορισμένη ιστορία φόρτισης που αποτελείται από συνεχείς ημιτονοειδείς κύκλους μειούμενου εύρους και ένα τμήμα τυχαίας χρονοϊστορίας. Μετά τον προσδιορισμό των διορθωτικών συντελεστών πραγματοποιήθηκαν οι ψευδοδυναμικές δοκιμές σε διάφορα επίπεδα έντασης της εδαφικής σεισμικής επιτάχυνσης. Για τις δοκιμές χρησιμοποιήθηκαν δύο ζευγάρια εφεδράνων, για καθένα από τα οποία έγινε ξεχωριστή δοκιμή χαρακτηρισμού. Η ταχύτητα εκτέλεσης των δοκιμών επιλέχθηκε να είναι μια τάξη μεγέθους πιο γρήγορη από αντίστοιχες προηγούμενες δοκιμές. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν καταρχάς ότι η διαδικασία που επιλέχθηκε για να ληφθεί υπόψη η επιρροή του ρυθμού παραμόρφωσης ήταν επιτυχής. Επιπλέον, κατέδειξαν ότι η μόνωση γεφυρών με χρήση του συγκεκριμένου τύπου εφεδράνων δεν αποτελεί αποτελεσματική μέθοδο αντισεισμικής προστασίας καθώς τα εφέδρανα αστόχησαν σε επίπεδα παραμόρφωσης χαμηλότερα από αυτά που απαιτούν οι κανονισμοί. / The results of hybrid tests performed on a multi-span RC bridge are presented. The bridge, typical example of bridges employing only plain, elastomeric, low damping isolation devices, is sub-structured for testing purposes: the isolators are physically tested while the response of the remaining structure is simulated numerically. Hybrid testing is performed quasi-statically and - to account for the actual influence of real-time loading on the properties of the isolation devices - a pre-testing phase is carried out in which isolators are strained dynamically at different velocity levels to determine the relation of the real-time response to that during static conditions. Following this phase of characterization, pairs of isolators in a back-to-back (parallel) configuration are tested with the hybrid method, with on-line modification of the measured restoring forces based on the results of the pre-test campaign. The experimental program revealed that the specific type of elastomeric bearings used in the study do not comply to current code provisions as they rupture at deformation levels considerably lower than the code-prescribed ones.

Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν καμπύλες τρωτότητας οδικών και σιδηροδρομικών γεφυρών οπλισμένου σκυροδέματος που συναντώνται στην Ευρώπη. Οι κατηγορίες που εξετάστηκαν ήταν αυτές των κανονικών γεφυρών, με συνεχές κατάστρωμα συνδεδεμένο με τα βάθρα είτε μονολιθικά είτε μέσω ελαστομεταλλικών εφεδράνων. Άλλες παράμετροι που θεωρήθηκαν όσον αφορά στην τυπολογία των γεφυρών είναι το μήκος της γέφυρας, το ύψος των βάθρων και η διατομή τους, ο αριθμός των υποστυλωμάτων ανά βάθρο και το επίπεδο αντισεισμικού σχεδιασμού. Ο σχεδιασμός, η διαστασιολόγηση και οι λεπτομέρειες όπλισης έγιναν βάσει του Ευρωκώδικα 2 για γέφυρες που δεν υποβάλλονται σε σεισμική φόρτιση και του Ευρωκώδικας 8 για γέφυρες που σχεδιάζονται αντισεισμικά. Για την εκτίμηση στη συνέχεια των αντισεισμικών απαιτήσεων πραγματοποιήθηκε γραμμική ελαστική ανάλυση σύμφωνα με το μέρος 3 του Ευρωκώδικα 8 χρησιμοποιώντας την επιβατική δυσκαμψία των βάθρων και το ελαστικό φάσμα απόκρισης. Εν τέλει ότι οι συναρτήσεις τρωτότητας κατασκευάστηκαν έχοντας λάβει υπόψη την αβεβαιότητα του μοντέλου όσον αφορά στην σεισμική απόκριση και αντοχή, την διασπορά στην αντοχή των υλικών και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και την αβεβαιότητα των φασματικών τιμών. / This study presents first a literature review of existing fragility functions for bridges and then new fragility curves that were produced for European road and railway RC bridges. Regular bridges with continuous deck, connected to the piers either monolithically or through elastomeric bearings, were studied. Other variable parameters were: bridge length, pier height and cross-section, number of columns per pier and level of seismic design. Each bridge was designed, dimensioned and detailed according to Eurocode 2 and, for bridges with seismic design, according to Eurocode 8. Linear elastic analysis was subsequently performed according to Part 3 of Eurocode 8 to estimate the seismic demand. Fragility functions were then constructed accounting for the model uncertainty for demand and capacity, the dispersion of material and geometric properties and the uncertainty of spectral values.

Η πλειονότητα των ερευνητών/ειδικών του αντισεισμικού σχεδιασμού συμφωνεί πως μια υπολογιστική διαδικασία που θα έχει ως βασική παράμετρο της απόκρισης τις σεισμικές μετακινήσεις θα είναι πιο ορθολογική και πιθανότατα πιο οικονομική απ’ τη συμβατική μεθοδολογία σχεδιασμού βάσει δυνάμεων. Η έλλειψη μιας μεθοδολογίας αντισεισμικού σχεδιασμού γεφυρών βάσει μετακινήσεων που να είναι απλή, εφικτή και συμβατή με την εφαρμοζόμενη πρακτική και η απουσία πρότασης σχεδιασμού των περιοχών του φορέα βάσει μετακινήσεων, αποδεικνύει το γνωστικό κενό που υπάρχει σ’ αυτή την περιοχή του αντισεισμικού σχεδιασμού. Η παρούσα εργασία επιχειρεί να συμβάλλει στην πλήρωση αυτού του κενού και προς τούτο προτείνει μια νέα μεθοδολογία. Αναφέρεται σε (μή-μονωμένες) γέφυρες σκυροδέματος και περιλαμβάνει μια απλή διαδικασία για την εκτίμηση των απαιτούμενων ανελαστικών παραμορφώσεων, τόσο των βάθρων, όσο και των περιοχών του φορέα - κάνοντας χρήση ελαστικής φασματικής ανάλυσης και επεκτείνοντας τον κανόνα των "Ίσων Μετακινήσεων" στο τοπικό επίπεδο. Η διαδικασία αναπτύσσεται και βαθμονομείται βάσει (σχεδόν δύο χιλιάδων) μή-γραμμικών δυναμικών αναλύσεων (με εν χρόνω ολοκλήρωση) αντιπροσωπευτικών γεφυρών, τριών έως πέντε ανοιγμάτων. Όμως για την εφαρμογή της απαιτούνται μόνο ελαστικά εργαλεία. Σε αντίθεση με τις έως τώρα ερευνητικές προσπάθειες, όπου γίνεται η απλουστευτική παραδοχή γραμμικής συμπεριφοράς του φορέα, στην παρούσα έρευνα δίνεται έμφαση στην προσομοίωση των περιοχών του φορέα και λαμβάνονται υπ’ όψιν οι μή-γραμμικότητές του. Από την εφαρμογή του διαπιστώνεται ότι ο προτεινόμενος σχεδιασμός βάσει μετακινήσεων προσφέρει πολύ οικονομικότερα ποσοστά όπλισης (από 1/2 έως 1/7 στο διαμήκη οπλισμό και από 1/1 έως 1/3 στον εγκάρσιο οπλισμό), χωρίς να επιβαρύνει ουσιαστικά την επιτελεστικότητα της γέφυρας - η υπεραντοχή των γεφυρών που σχεδιάζονται με την προτεινόμενη μεθοδολογία είναι πρακτικά ισοδύναμη με την υπεραντοχή των συμβατικά σχεδιασμένων γεφυρών. Η παρουσίαση της μεθοδολογίας περιλαμβάνει την περιγραφή της διαδικασίας σχεδιασμού υπό μορφή αλγόριθμου (Κεφ. 2), του τρόπου εφαρμογής της στην πράξη (διαδικασία προσομοίωσης, παραδείγματα σχεδιασμού: Κεφ. 3), του θεωρητικού υποβάθρου βάσει του οποίου αναπτύχθηκε (Κεφ. 4), των προβλημάτων της συμβατικής μεθοδολογίας (παραδείγματα σχεδιασμού βάσει δυνάμεων: Κεφ. 3) και των κενών που διαπιστώνονται στην τεκμηρίωση της συμβατικής μεθοδολογίας (Κεφ. 4). Η αποτίμηση του σχεδιασμού (Κεφ. 3) δεκαέξι αντιπροσωπευτικών γεφυρών (οκτώ σχεδιασμένων βάσει μετακινήσεων και οκτώ συμβατικά σχεδιασμένων), παρουσιάζεται υπό μορφή παράλληλης σύγκρισης της επιτελεστικότητας και συνηγορεί υπέρ των πλεονεκτημάτων της νέας μεθοδολογίας. Στα Παραρτήματα δίνονται πληροφορίες για τα υπολογιστικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν για την προσομοίωση και την ανάλυση των γεφυρών (επέκταση προγράμματος ANSRuop). / The majority of seismic design researchers/specialists concludes that displacement-based design methodologies reduce the uncertainty of the design process and probably lead to less expensive structures. The absence of a simple displacement-based seismic design procedure for bridges that will be feasible and compatible with the current design practice and the nonexistence of a proposal for the displacement-based design of the deck indicate the gap of knowledge in this field of earthquake engineering. This thesis attempts to contribute to the reduction of this gap and for this scope proposes a new methodology. The procedure focuses on bridges with concrete piers monolithically connected to a prestressed concrete continuous deck and comprises simple steps for the estimation of the inelastic/nonlinear deformations of both the piers and the deck - through elastic modal response spectrum analysis, extending the applicability of the "equal displacement" rule to the level of member deformations. About two thousands nonlinear dynamic (time-history) analyses of several representative bridges (with deck of three or five spans) are used for the development and the calibration of the procedure. However, for the application of the methodology only elastic modal response spectrum analysis is needed. Contrary to other current researches, which adopt the hypothesis of deck elastic response, the nonlinearities of the deck are modeled. The proposed displacement-based procedure offers lower reinforcement ratios (from 1/2 to 1/7 for the longitudinal reinforcement and from 1/1 to 1/3 for the transverse reinforcement) at no detriment to the expected seismic performance - the global overstrength of the bridges which are designed with the proposed procedure is practically equivalent to the global overstrength of the conventionally designed bridges (current force-based design). The step by step description of the design algorithm (Chap. 2) is followed by the practical application of the methodology (modeling aspects, design examples: Chap. 3), the conceptual justification (Chap. 4), the deficiencies of the conventional design procedure (force-based design examples: Chap. 3) and the fallacies in the justification of the conventional design methodology (Chap. 4). Comparative performance-based design evaluation (Chap. 3) of sixteen representative bridges (eight bridges subjected to alternative seismic design) indicates the benefits of the proposed procedure. The computational capabilities which were developed for the modeling and the analysis of the bridges are described in the appendices (upgrade of program ANSRuop).