Η διατριβή μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος αφορά την παρουσίαση του θεωρητικού υποβάθρου του μαθηματικού προσομοιώματος που χρησιμοποιήθηκε για να περιγράψει τη βλάβη που μπορεί να εμφανιστεί σε μια κατασκευή έπειτα από την επιβολή δυναμικής ή στατικής φόρτισης. Το προσομοίωμα αυτό χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διατριβή για την ανάλυση της γέφυρας της Κόνιτσας και γι’ αυτό το λόγο κρίθηκε απαραίτητη η αναφορά στο θεωρητικό υπόβαθρο, πάνω στο οποίο στηρίζεται. Το δεύτερο μέρος της διατριβής αφορά τη σεισμική ανάλυση της γέφυρας της Κόνιτσας, την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και τη διαδικασία ενίσχυσής της, καθώς και τη μετέπειτα σύγκριση των αποτελεσμάτων. Έτσι λοιπόν, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αρχικά μια ιστορική ανασκόπηση της τοιχοποιίας ενώ στην συνέχεια γίνεται αναφορά τόσο στις κατηγορίες της όσο και στην τοιχοποιία ως υλικό δόμησης. Επιπλέον, γίνεται μία σύντομη περιγραφή των μηχανικών ιδιοτήτων της τοιχοποιίας. Τέλος, παρουσιάζονται σύντομα οι θεμελιώδεις παραδοχές και οι στόχοι του προσομοιώματος που χρησιμοποιήθηκε και εφαρμόστηκε στην παρούσα εργασία. Το δεύτερο κεφάλαιο, αποτελεί το εισαγωγικό μέρος στο οποίο παρουσιάζεται λεπτομερέστερα τα στοιχεία μηχανικής της τοιχοποιίας. Αρχικά, γίνεται αναφορά στην ταξινόμηση της τοιχοποιίας, ως προς τους τρόπους δόμησης, ενώ στην συνέχεια αναλύονται οι μηχανικές της ιδιότητες. Στις υποπαραγράφους του δευτέρου κεφαλαίου, αναλύεται δηλαδή η αντοχή της τοιχοποιίας σε μονοαξονική θλίψη, σε πολυαξονική θλίψη, η εφελκυστική αντοχή σε κάμψη, η διατμητική αντοχή καθώς και η αντοχή υπό τυχούσα επίπεδη καταπόνηση. Τέλος παρουσιάζονται τα ελαστικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας ενώ περιγράφεται και η διαδικασία της ομογενοποίησης των συστατικών της τοιχοποιίας προκειμένου να αντιμετωπίζεται ως ένα ισοδύναμο ομογενές υλικό. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται σύντομη περιγραφή της θεωρίας βλάβης του συνεχούς μέσου και ο τρόπος που εισάγεται αυτή στο μαθηματικό προσομοίωμα που εφαρμόστηκε στο δεύτερο μέρος της διατριβής. Αρχικά, λοιπόν, γίνεται μια μηχανική αναπαράσταση της βλάβης και στη συνέχεια παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της θεωρίας βλάβης στα ψαθυρά υλικά. Ακολουθεί μία σύντομη περιγραφή του δείκτη βλάβης και η διατύπωση των συναρτήσεών του, όπως αυτές διαμορφώθηκαν κατά την ανάπτυξη του μαθηματικού προσομοιώματος που εφαρμόστηκε στην εργασία, για μονοαξονική θλιπτική καταπόνηση, για μονοαξονική εφελκυστική καταπόνηση, για διατμητική καταπόνηση μετά ορθής τάσης, για επίπεδη εντατική κατάσταση και τέλος τη γενίκευση του για τριαξονική εντατική κατάσταση. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η επιφάνεια οριακής αντοχής. Αρχικά, δηλαδή, παρουσιάζονται συνοπτικά, και σύμφωνα με την βιβλιογραφία, οι μηχανισμοί αστοχίας της τοιχοποιίας καθώς και ο τρόπος υπολογισμού των τάσεων οριακής αντοχής. Στη συνέχεια διατυπώνονται οι μηχανισμοί αστοχίας της τοιχοποιίας υπό επίπεδη εντατική κατάσταση καθώς και ο γεωμετρικός προσδιορισμός της επιφάνειας οριακής αντοχής της τοιχοποιίας ενώ τέλος παρουσιάζονται οι σχέσεις που υπολογίζουν την οριακή αντοχή της τοιχοποιίας υπό συνθήκες τριαξονικής εντατικής κατάστασης. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται συνοπτικά οι μέθοδοι αποκατάστασης και ενίσχυσης κατασκευών από τοιχοποιία. Μετά από μία σύντομη βιβλιογραφική αναφορά για την τρωτότητα των κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία, των βλαβών υπό τη δράση στατικών και σεισμικών φορτίσεων, των βλαβών υπό τη δράση περιβαλλοντικών παραγόντων, των κριτηρίων και των αρχών επεμβάσεων επισκευής και ενίσχυσης και των τεχνικών επεμβάσεων επισκευής και ενίσχυσης, γίνεται μια περιγραφική αναφορά των ενισχύσεων τοιχοποιίας με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος και με προεντεταμένους ελκυστήρες, καθώς αυτοί οι μέθοδοι ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκαν και για τη γέφυρα της Κόνιτσας στον Αώο ποταμό. Στο έκτο κεφάλαιο, περιγράφεται συνοπτικά το λογισμικό που κάνει χρήση πεπερασμένων στοιχείων και επιλέχθηκε για την εφαρμογή του προσομοιώματος. Γίνεται αναφορά στις επιλογές ανάλυσης και τις δυνατότητες του προγράμματος αυτού καθώς και της δυνατότητας γραφικής απεικόνισης των αποτελεσμάτων που παράγει.. Στο έβδομο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η κατασκευή που επιλέχθηκε προκειμένου να γίνει αριθμητική εφαρμογή του προσομοιώματος βλάβης. Αρχικά, περιγράφεται η γέφυρα της Κόνιτσας και γίνεται αναφορά των γεωμετρικών στοιχείων της. Έπειτα, παρουσιάζονται ορισμένα ιστορικά στοιχεία της γέφυρας. Στη συνέχεια, περιγράφεται ο τρόπος προσομοίωσης της γέφυρας με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων και αναφέρονται οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών της. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στις δυναμικές αναλύσεις χρονοϊστορίας που έγιναν τόσο για την αρχική κατάσταση της γέφυρας όσο και στις φάσεις ενίσχυσης με τη χρήση μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος ή με τη χρήση προεντεταμένων ελκυστήρων. Τέλος, αναλύονται οι διαδικασίες ενίσχυσης της γέφυρας είτε με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος είτε με προεντεταμένους ελκυστήρες. Στο όγδοο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων της γέφυρας τόσο για την αρχική κατάστασή της, δηλαδή της μη ενισχυμένης περίπτωσης, όσο και για τις δύο περιπτώσεις στις οποίες η γέφυρα έχει ενισχυθεί με μανδύα σκυροδέματος ή με προεντεταμένους ελκυστήρες. Στο ένατο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις αναλύσεις της γέφυρας τόσο για την αρχική της κατάσταση όσο και για τις ενισχυμένες περιπτώσεις. / The thesis can be divided into two parts. The first part deals with the presentation of the theoretical background of the mathematical model used to describe the damage that can occur in a construction upon a dynamic or static charge. The model was used in this thesis to analyze the bridge of Konitsa and for this reason the reference to the theoretical background was necessary, on which rests. The second part of the thesis concerns the seismic analysis of the bridge of Konitsa, evaluation of results and building processes and the subsequent comparison of results. Thus, the first chapter is initially a historical overview of the masonry and then refer to both categories and masonry as building material. Moreover, there is a brief description of the mechanical properties of masonry. Finally, presented briefly the fundamental assumptions and objectives of the model used and applied in the present work. The second chapter is the introductory part in which the masonry engineering data presented in more detail. Initially, reference is made to the classification of the masonry, for the construction of ways and then analyzed the mechanical properties. In sub-second chapter, that analyzes the strength of masonry in uniaxial compression, a multiaxial compressive, tensile bending strength, shear strength and durability under arbitrary stress levels. Finally presents the elastic characteristics of masonry and described the process of homogenization of the components of the masonry to be treated as an equivalent homogeneous material. The third chapter is a brief description of the error theory of continuous medium and the way it is introduced in the mathematical model applied in the second part of the thesis. Initially, then, is a mechanical representation of the lesion and then presents the theoretical background of damage theory in brittle materials. Following is a brief description of the index lesion and the expression of functions, like those formed during the development of the mathematical model applied to work, uniaxial compressive stress for uniaxial tensile stress for shear stress after proper voltage for plane stress conditions and end generalization for triaxial stress state. The fourth chapter describes the ultimate strength surface. Initially, ie, summarized, and according to the literature, the masonry failure mechanisms and the calculation of ultimate resistance trends. Then the masonry failure mechanisms are mentioned under plane stress conditions and the geometric definition of the ultimate strength of the masonry surface and finally presents the relations that calculate the ultimate strength of the masonry under conditions of triaxial stress condition. In the fifth chapter summarizes the methods of recovery and strengthening masonry structures. After a brief reference for the vulnerability of masonry structures, damage under the action of static and seismic loads, damage under the action of environmental factors, the criteria and repair operations authorities and aid and technical assistance and repair operations, is a descriptive report of wall reinforcement with concrete jacket and prestressing tractors, as these payment methods used and the bridge of Konitsa Aoos River. In the sixth chapter, summarized the software that makes use of finite element chosen for the implementation of the model. Refer to the analytical options and features of the program and the graphic display feature of the results produced .. In the seventh chapter, the structure was chosen in order to make numerical implementation of the model fault. Initially, described the bridge of Konitsa and reference geometric details. Then are some historical elements of the bridge. Then describe how simulation of the bridge using finite element and are the mechanical properties of the materials. Furthermore, reference is made to the dynamic history analyzes conducted for both the initial state of the bridge and in the amplification stages using concrete jacket or using prestressed tractors. Finally, we analyze the bridge-building processes or concrete jacket or prestressing tractors. In the eighth chapter presents the results of analyzes of the bridge both the initial condition, ie unamplified case, and for two cases in which the bridge has been reinforced with mantle concrete or prestressing tractors. In the ninth chapter presents the conclusions drawn from the analysis of both the bridge in its original condition and for reinforced cases.

Γίνεται μια γενική ανφορά στο πρόβλημα της ενίσχυσης φέρουσας τοιχοποιίας με σύνθετα υλικά και παρουσιάζονται οι μέχρι τώρα τεχνικές και τρόποι εφαρμογής της μεθόδου. Στη συνέχεια αναπτύσεται λογισμικό το οποίο συνδιάζει την χρήση των πεπερασμένων στοιχείων και των προσομοιωμάτων θλιπτήρων-ελκυστήρων για την σύνθεση του τασικού πεδίου μεμονομένων δομικών στοιχείων Φ.Τ. Αντικειμενικός σκοπός είναι η σύνθεση ενός δικτυώματος από την επίλυση του οποίου να προκύπτει η τοπολογία των οπλισμών και η εκτίμηση του απαιτούμενου εμβαδού σύνθετου υλικού. Παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα που έχουν προκύψει απο δοκίμια περισφιγμένα διαφόρους τύπους σύνθετου υλικού, για διαφορετικά γεωμετρικέ χαρακτηριστικά και ποσότητες οπλισμού, καθώς και υλικό εμποτισμού. Βαθμονομείται ένα αναλτυικό προσομοίωμα για την περισφιγμένη τοιχοποιία με σύνθετα υλικά. Καταστρώνονται οι εξισώσεις σχεδιασμού Φ.Τ. ενισχυμένης με σύνθετα υλικά για τις κλασσικές περιπτώσεις καταπόνησης και συντίθεται λογισμικό που χρησιμοποιεί τις εξισώσεις αυτές. / Strengthening of masonry structures with FRPs. A general overview of the method and presentation of all the related topics that are known until today. Evaluation of a software that combines the finite element method with the strut-and -tie models in the composition of the stress field of a given load bearing masonry element. The purpose of the method is to compose a truss, from the given stress field, in order to identify the topology of the reinforcment (FRP strips), as well as the amount of the strips needed to be placed in the positions of the struts. Experimental investigation of the confined masonry with FRPs. Presentation of the experimental data using specimens with various b/h ratios confined with different type of fibers, layers of reinforcement, smoothening radious of the corners and with different type of impregnation materials. Synthesis of the equations governing the most important cases of strengthening masonry structures with FRPs and composition of a software for the design of such cases.

Στην παρούσα εργασία, πραγματοποιείται η μελέτη του φαινομένου της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής όταν αυτή θεμελιώνεται επί εύκαμπτων, επιφανειακών θεμελιώσεων με ή χωρίς πασσάλους. Η μέχρι σήμερα μελέτη της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής έχει περιορισθεί κυρίως σε επιφανειακά, άκαμπτα ή εύκαμπτα θεμέλια και επιφανειακές ή βαθιές, άκαμπτες θεμελιώσεις επί πασσάλων. Ο συνδυασμός εύκαμπτων θεμελιώσεων, επιφανειακών ή βαθιών, και πασσαλώσεων, κοινή πρακτική σε πλείστες κατασκευές, δεν έχει μελετηθεί λόγω της περιπλοκότητας του φαινομένου και των σχετικών αβεβαιοτήτων όσον αφορά στα δεδομένα του προβλήματος. Συνεπώς, η κρισιμότητα των διαφόρων παραμέτρων, και των πολλαπλών αλληλεπιδράσεων τους, στη σεισμική απόκριση των κατασκευών παραμένει εν πολλοίς άγνωστη. Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός διακριτού προσομοιώματος για τον εδαφικό ημιχώρο, το οποίο θα δύναται να χρησιμοποιηθεί για την δυναμική ανάλυση εύκαμπτων θεμελίων με ή χωρίς πασσάλους. Σε αυτή την μελέτη χρησιμοποιείται αποκλειστικά η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων (ΜΠΣ), για την διακριτοποίηση της κατασκευής, του εδάφους και του συστήματος θεμελίωσης. Ειδικότερα, με τη χρήση του πακέτου πεπερασμένων στοιχείων ACS SASSI, διακριτοποιείται ο εδαφικός ημιχώρος και υπολογίζεται το πεδίο μετακινήσεων της επιφάνειας του ημιχώρου για διάφορες συχνότητες που αντιστοιχούν σε συνήθεις σεισμικές διεγέρσεις. Με γνωστό το πεδίο μετακινήσεων, υπολογίζονται οι δυναμικές δυσκαμψίες του ημιχώρου συναρτήσει της συχνότητας και της απόστασης από το σημείο φόρτισης και δημιουργείται ένα νέο διακριτό προσομοίωμα που αντικαθιστά το έδαφος, με βάση το μητρώο δυναμικών δυσκαμψιών. Τέλος με κατάλληλη αδιαστατοποίηση, προκύπτουν κλειστές εκφράσεις για τα στοιχεία του μητρώου δυναμικών δυσκαμψιών, που παρέχουν το επιπλέον πλεονέκτημα ότι είναι ανεξάρτητες της συχνότητας διέγερσης και έτσι γίνεται εφικτή η απευθείας ανάλυση συστημάτων αλληλεπίδρασης εδάφους – κατασκευής στο πεδίο του χρόνου. Το προτεινόμενο προσομοίωμα του ελαστικού ημιχώρου επεκτείνεται στην περίπτωση του μεμονωμένου πασσάλου σε εδαφικό ημιχώρο. Το διακριτό προσομοίωμα που αναπτύχθηκε προηγουμένως είναι κατάλληλο για εισαγωγή σε πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων γενικού σκοπού ( όπως π.χ. ANSYS, SAP2000, ABAQUS ) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κάθε είδος επιφανειακής εύκαμπτης ή άκαμπτης θεμελίωσης ανεξαρτήτου γεωμετρίας, υποκαθιστώντας τον ελαστικά γραμμικό εδαφικό ημιχώρο. Με αυτό τον τρόπο γίνεται εφικτή η επίλυση οποιουδήποτε συστήματος αλληλεπίδρασης εδάφους – κατασκευής. Η ακρίβεια και αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου προσομοιώματος για τον εδαφικό ημιχώρο, γίνεται φανερή από μια σειρά συγκρίσεων με αποτελέσματα παλαιοτέρων δημοσιεύσεων για άκαμπτα και εύκαμπτα θεμέλια και κατασκευών με ή χωρίς πασσάλους. / During the last decades the problem of dynamic soil-structure interaction (SSI), has received considerable attention due to the large number of installations and structures sensitive to dynamic excitations such as multistory buildings, bridges, nuclear reactors, platforms etc. In fact every structure that lies on a deformable soil medium, experiences the effects of dynamic SSI. Although the phenomenon is thoroughly studied for a variety of soil-structure systems the main research effort has been focused on the dynamic behavior of rigid foundations. The assumption of foundation rigidity is so popular because it simplifies the solution procedure. In contrast, the dynamic analysis of flexible foundations adds more parameters to the problem, by requiring the discretization of both the soil medium and the foundation itself. In this work, the main goal is the study of the dynamic response of flexible foundations (e.g. mat foundations, raft foundations) and the development of a new discrete model for the analysis of soil-foundation-structure systems, which incorporates the effects of foundation flexibility. The problem under consideration consists of determining the dynamic response of the surface of the soil medium idealized as a linear elastic, isotropic half space. To this end the Finite element Method (FEM) is utilized throughout this work. The FEM computer code ACS SASSI is used to simulate the half space. Using the dynamic response of half space surface due to a unit harmonic load, calculated at a dense network of surface nodal points, the impedances of the half space are computed. Using these values a simplified, frequency independent discrete impedance matrix is constructed. Results of the above analysis are presented for a range of frequencies and half-space material properties, in easy to use graphs. This model is expanded to incorporate the case of a single flexible pile embedded on a homogenous half space. The above discrete model can easily be imported to any standard general purpose FEM code (e.g., ANSYS, SAP2000), where the solution of the soil-structure system can be obtained for a variety of soil-structure systems. The main advantages of this model are 1) Accurate, easy and fast discretization of the soil medium 2) No limitation exist due to foundation type or geometry 3) Analyses can be performed both in frequency and time domain.

Η παρούσα διατριβή ανήκει στο γενικότερο θεματικό πεδίο της σεισμικής αποτίμησης, σχεδιασμού ή ανασχεδιασμού κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος με βάση τις μετακινήσεις. Οι σύγχρονες μέθοδοι αυτού του τύπου, στηρίζονται σε έλεγχο και σύγκριση της σεισμικής απαίτησης με την ικανότητα των μελών της κατασκευής σε όρους μετακινήσεων παρά σε όρους δυνάμεων. Δημιουργείται επομένως η ανάγκη για απλό και αξιόπιστο υπολογισμό της συμπεριφοράς μελών οπλισμένου σκυροδέματος σε κάμψη και διάτμηση, σε όρους μετακινήσεων. Το αντικείμενο της παρούσης διατριβής είναι η ανάπτυξη προσομοιωμάτων για τον υπολογισμό των βασικών χαρακτηριστικών της συμπεριφοράς καμπτόμενων μελών οπλισμένου σκυροδέματος και συγκεκριμένα: της ροπής διαρροής, της παραμόρφωσης στη διαρροή, της ενεργού δυσκαμψίας, της παραμόρφωσης στην αστοχία, της διατμητικής αντοχής σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, της αντοχής μελών με χαμηλό λόγο διάτμησης και της συμπεριφοράς υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται μέλη διαφόρων τύπων και διαφορετικής διατομής, μέλη με ενίσχυση μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος ή μανδύα σύνθετων υλικών, καθώς επίσης και μέλη με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης. Για την ανάπτυξη των προσομοιωμάτων, καθώς και για τον έλεγχο άλλων παλαιότερων, αναπτύχθηκε και αξιοποιήθηκε βάση πειραματικών δεδομένων μελών οπλισμένου σκυροδέματος με περισσότερα από 2800 πειράματα από τη διεθνή βιβλιογραφία. Για τον υπολογισμό της ροπής και της καμπυλότητας στη διαρροή, αναπτύσσονται απλές σχέσεις υπολογισμού, βασιζόμενες σε ανάλυση σε επίπεδο διατομής και καθορίζονται τα κατάλληλα κριτήρια διαρροής. Αναπτύσσονται ακολούθως σχέσεις υπολογισμού της παραμόρφωσης στη διαρροή, και συγκεκριμένα της γωνίας στροφής χορδής του μέλους στη διαρροή, θy, ως άθροισμα τριών όρων: καμπτικής παραμόρφωσης, διατμητικής παραμόρφωσης και παραμόρφωσης λόγω ολίσθησης των ράβδων διαμήκους οπλισμού από την περιοχή αγκύρωσης. Προτείνονται δε δύο εναλλακτικοί τρόποι υπολογισμού της ενεργού δυσκαμψίας, ένας θεωρητικός και ένας καθαρά εμπειρικός. Στη συνέχεια εξετάζεται η παραμόρφωση στην αστοχία και προτείνονται δύο εναλλακτικοί μέθοδοι υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στην αστοχία, θu. Η 1η βασίζεται στον υπολογισμό της καμπυλότητας στην αστοχία, φu, με εφαρμογή του κατάλληλου προσομοιώματος περίσφιγξης του σκυροδέματος, και στην εφαρμογή της φu σε μήκος πλαστικής άρθρωσης ίσο με Lpl, ενώ η 2η σε καθαρά εμπειρικές εξισώσεις. Εξετάζεται ακολούθως η διατμητική αντοχή σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση και προτείνονται προσομοιώματα για αστοχία σε διαγώνιο εφελκυσμό ή αστοχία σε λοξή θλίψη, μετά την καμπτική διαρροή. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών οπλισμένου σκυροδέματος υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται επίσης μέλη με χαμηλό λόγο διάτμησης και προτείνονται νέα αντιπροσωπευτικότερα κριτήρια για τον χαρακτηρισμό ενός μέλους ως “κοντό μέλος”, καθώς και νέα μεθοδολογία υπολογισμού της αντοχής των μελών αυτών, με κατάλληλο συνδυασμό του προσομοιώματος των Shohara and Kato, 1981 και των Φαρδής και συνεργάτες 1998. Ακολούθως εξετάζονται μέλη ενισχυμένα με μανδύα σύνθετων υλικών και προτείνονται προσομοιώματα υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στη διαρροή και την καμπτική αστοχία, καθώς και προσομοίωμα υπολογισμού της διατμητικής αντοχής. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης, καθώς και η εφαρμογή μανδύα σύνθετων υλικών για την ενίσχυση της περιοχής αυτής. Τέλος εξετάζεται η συμπεριφορά στη διαρροή και στην αστοχία, μελών ενισχυμένων με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος. Η ανάπτυξη όλων των προτεινόμενων προσομοιωμάτων της διατριβής βασίζεται στην καλύτερη δυνατή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα της βάσης δεδομένων, χωρίς όμως να θυσιάζεται η απλότητα και η ευχρηστία αυτών. / The present Thesis belongs in the general field of seismic assessment, design and redesign of concrete structures with displacement based procedures. Modern methods of this kind are based in controlling and comparing seismic demand with structural elements capacity in terms of displacements rather than forces. This leads in the need of estimating reinforced concrete elements performance under bending and shear, in terms of displacements. The object of the Thesis is development of models for calculating the basic performance characteristics of reinforced concrete elements under bending, in particular: yield moment, deformation at yielding, effective stiffness, deformation at ultimate, shear strength under cyclic loading, maximum strength of members with low shear ratio and behavior under biaxial loading. Members with various types of section and various characteristics are included, as also members retrofitted with FRP jacket or concrete jacket and members with lap-splice of longitudinal reinforcement in plastic hinge region. In order to develop new models and check older ones, a database of more than 2800 experiments from international literature on reinforced concrete elements was created and used here. Simple equations and procedures are suggested for calculating yield moment and corresponding curvature, based on section analysis, by specifying the appropriate yield criteria. Equations for calculating deformation at yielding, in particular chord rotation at yielding, θy as the sum of deformations due to bending, due to shear and due to slippage of longitudinal reinforcement from anchorage zone, are also developed. Calculation of effective stiffness is based on two alternative models, one theoretical and one purely empirical. Deformation at ultimate is then examined where two methods for calculating chord rotation at ultimate are suggested. 1st one is based on ultimate curvature, φu, where an appropriate concrete confinement model is used, and plastic hinge length Lpl, while 2nd one is based on purely empirical equations. Shear strength under cyclic loading is also examined and new models for calculating shear strength for shear tension and shear compression failure after flexural yield are developed. Behavior of reinforced concrete elements under biaxial loading is then examined. Elements with low shear ratio are also covered and new, more representative, criteria to characterize an element as a “short element” are suggested. A procedure based on an appropriate combination of Shohara and Kato 1981 model and Fardis et al. 1998 model is then suggested for calculating maximum strength of such “short elements”. Retrofitted members with FRP jacket are then examined and models for chord rotation at yielding and ultimate, as well as for shear strength are suggested. Behavior of members with lap-splice of longitudinal reinforcement inside plastic hinge region is then examined, including also retrofitting of this region with FRP jacket. Performance at yielding and ultimate of retrofitted members with concrete jacket is also examined. Development of all the suggested models of the Thesis is based on best fit with experimental results of the database, without sacrificing simplicity and applicability of the models.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύσσεται μια νέα τεχνική ενίσχυσης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με βάση τη χρήση συνθέτων υλικών, τα οποία αποτελούνται από πλέγματα ινών σε ανόργανη μήτρα (π.χ. κονίαµα µε βάση το τσιμέντο), αποσκοπώντας στην επίλυση προβλημάτων που χαρακτηρίζουν τα Ινοπλισμένα Πολυμερή (ΙΟΠ) σχετικά µε τη χρήση εποξειδικών ρητινών. Τα Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ) δοκιμάζονται στη μορφή μανδύα µε στόχο την περίσφιγξη και την αύξηση της πλαστιμότητας υποστυλωμάτων παλαιού τύπου, σχεδιασμένων δηλαδή χωρίς τις νέες αντισεισμικές λεπτομέρειες όπλισης. Εξετάζονται διάφορες παράμετροι, που περιλαμβάνουν τη χρήση ράβδων λείων ή με νευρώσεις, την πιθανή ένωση των ράβδων με υπερκάλυψη στον πόδα των υποστυλωμάτων και το μήκος υπερκάλυψης. Έτσι προσδιορίζεται η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ και συγκρίνεται με αυτή τον ΙΟΠ ως μέσου περίσφιγξης στις κρίσιμες περιοχές υφισταμένων υποστυλωμάτων για όλες τις περιπτώσεις καμπτικών αστοχιών στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης. Το πειραματικό πρόγραμμα που ακολουθείται για την απόκτηση δεδομένων γύρω από τη συμπεριφορά υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος, ενισχυμένων με μανδύες ανόργανης (ΙΑΜ) ή οργανικής (ΙΟΠ) μήτρας, περιλαμβάνει συνολικά 28 δοκιμές επί δοκιμίων υποστυλωμάτων δύο τύπων: (α) 15 πρισματικά δοκίμια οπλισμένου σκυροδέματος που δοκιμάζονται σε κεντρική θλίψη και (β) 13 δοκίμια υποστυλωμάτων πλήρους κλίμακας, τα οποία δοκιμάζονται σε ανακυκλιζόμενη κάμψη με σταθερό αξονικό φορτίο. Καταδεικνύεται ότι η αποτελεσµατικότητα των µανδυών ΙΑΜ είναι υψηλή και γενικώς παρόµοια µε αυτή των µανδυών ΙΟΠ για όλες τις περιπτώσεις που εξετάστηκαν. Επιπροσθέτως, τα πειραματικά αποτελέσματα των 13 υποστυλωμάτων πλήρους κλίμακας που υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόμενη κάμψη (με σταθερό αξονικό φορτίο), συμβάλλουν στη διερεύνηση δύο ακόμα “θολών” μέχρι σήμερα πεδίων, όπως: (α) Ο λυγισμός των διαμήκων ράβδων σε περισφιγμένο με μανδύες ΙΑΜ ή ΙΟΠ σκυρόδεμα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ του μανδύα ΙΑΜ ή ΙΟΠ και των διαμήκων ράβδων, κατά την έναρξη και εξέλιξη του λυγισμού των τελευταίων. (β) Η αντοχή σε συνάφεια μεταξύ των ενωμένων με παράθεση ράβδων και του περισφιγμένου με μανδύες ΙΑΜ ή ΙΟΠ σκυροδέματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην πειραματική και αναλυτική μελέτη του μηχανισμού με τον οποίο η περίσφιγξη με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ συνεισφέρει στη βελτίωση των συνθηκών συνάφειας μεταξύ ράβδων οπλισμού και σκυροδέματος. Ακόμα στην παρούσα διδακτορική διατριβή διεξάγεται η πρώτη συστηματική μελέτη καμπτικής ενίσχυσης υποστυλωμάτων υπό ανακυκλιζόμενη κάμψη (και σταθερό αξονικό φορτίο) με Πρόσθετους Οπλισμούς νέου τύπου σε Εγκοπές (ΠΟΕ). Εξετάζονται υποστυλώματα που έχουν ενισχυθεί με πρόσθετο οπλισμό ινοπλισμένων πολυμερών (ελάσματα άνθρακα ή ράβδους γυαλιού) καθώς και με ράβδους ανοξείδωτου χάλυβα τοποθετημένων σε εγκοπές. Άλλη μια καινοτομία που εισαγάγει η παρούσα διατριβή είναι ο συνδυασμός του ΠΟΕ με τοπικούς μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα (IAM), οι οποίοι αποτελούν ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό και πολλά υποσχόμενο σύστημα περίσφιγξης, όπως αναπτύσσεται και περιγράφεται λεπτομερώς στην παρούσα διδακτορική διατριβή. Η έρευνα που υλοποιείται για την απόκτηση δεδομένων γύρω από τη συμπεριφορά υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων σε κάμψη με ΠΟΕ, περιλαμβάνει τη διεξαγωγή 11 δοκιμών επί υποστυλωμάτων πλήρους κλίμακας, τα οποία υποβάλλονται σε ανακυκλιζόμενη κάμψη υπό σταθερό αξονικό φορτίο. . Καταδεικνύεται ότι μέσω ενός κατάλληλου σχεδιασμού, στα πλαίσια του οποίου ο ΠΟΕ συνδυάζεται με τοπικό μανδύα στα άκρα του υποστυλώματος (κορυφή και πόδα), είναι εφικτό η αύξηση της καμπτικής αντίστασης των υποστυλωμάτων να μην συνοδεύεται από μείωση της διαθέσιμης ικανότητας παραμόρφωσης. Τα χρήσιμα πειραματικά ευρήματα από τα ενισχυμένα με ΠΟΕ υποστυλώματα, συμπληρώνονται με την ανάπτυξη ενός αναλυτικού και υπολογιστικού προσομοιώματος, το οποίο έχει διττή συμβολή, καθώς επιτρέπει: (α) την εκτέλεση παραμετρικών αναλύσεων ώστε να μελετηθεί σε βάθος και χωρίς κόπο (πειραματικές δοκιμές) η επίδραση όλων σχεδόν των παραμέτρων, στην καμπτική αντίσταση των ενισχυμένων με ΠΟΕ υποστυλωμάτων. (β) Τη χρήση του ως πολύτιμου υπολογιστικού εργαλείου από το Μηχανικό για το σχεδιασμό καμπτικών ενισχύσεων υποστυλωμάτων με ΠΟΕ και / ή μανδύες συνθέτων υλικών. Η αξία της συμβολής του εν λόγω προσομοιώματος μεγιστοποιείται αν ληφθούν υπόψη ορισμένα χαρακτηριστικά του όπως: (1) Η μείωση των ροπών αντοχής ως προς τους δύο κύριους άξονες (ισχυρός και ασθενής), η οποία οφείλεται στην έντονη σύζευξή τους, για τα ενισχυμένα σε κάμψη υποστυλώματα που υποβάλλονται σε διαξονική κάμψη. (2) Η εφαρμογή ενός τραπεζοειδούς στερεού τάσεων για το σκυρόδεμα σε θλίψη, το οποίο σε σύγκριση με το κλασικό ορθογωνικό στερεό, προσομοιώνει με αρκετά μεγαλύτερη ακρίβεια τον όγκο του σκυροδέματος της θλιβόμενης ζώνης, ιδιαίτερα για τις ενισχυμένες διατομές. (3) Η ταυτόχρονη δράση της εξωτερικής περίσφιγξης με μανδύες συνθέτων υλικών στις ενισχυμένες σε κάμψη διατομές. / The effectiveness of a new structural material, namely Textile-Reinforced Mortar (TRM), was investigated experimentally in this PhD Thesis as a means of confining old-type reinforced concrete (RC) columns with limited capacity due to bar buckling or due to bond failure at lap splice regions. Comparisons with equal stiffness and strength fiber-reinforced polymer (FRP) jackets allow for the evaluation of the effectiveness of TRM versus FRP. Tests were carried out on nearly full scale non-seismically detailed RC columns subjected to cyclic uniaxial flexure under constant axial load. Thirteen cantilever-type specimens with either continuous or lap-spliced deformed longitudinal reinforcement at the floor level were constructed and tested. Experimental results indicated that TRM jacketing is quite effective as a means of increasing the cyclic deformation capacity of old-type RC columns with poor detailing, by delaying bar buckling and by preventing splitting bond failures in columns with lap-spliced bars. Compared with their FRP counterparts, the TRM jackets used in this study were found to be equally effective in terms of increasing both the strength and deformation capacity of the retrofitted columns. From the response of specimens tested in this study, it can be concluded that TRM jacketing is an extremely promising solution for the confinement of RC columns, including poorly detailed ones with or without lap splices in seismic regions. Moreover this PhD Thesis presents the results of a large-scale experimental program aiming to study the behavior of RC columns under simulated seismic loading, strengthened in flexure (of crucial importance in capacity design) with different types and configurations of near-surface mounted (NSM) reinforcing materials. The role of different parameters is examined, by comparison of the lateral load versus displacement response characteristics (peak force, drift ratios, energy dissipation, stiffness). Those parameters were as follows: carbon or glass fiber-reinforced polymers (FRP) versus stainless steel; configuration and amount of NSM reinforcement; confinement via local jacketing; and type of bonding agent (epoxy resin or mortar). The results demonstrate that NSM FRP or stainless steel reinforcement is a viable solution towards enhancing the flexural resistance of reinforced concrete columns subjected to seismic loads. With proper design, which should combine compulsory NSM reinforcement with local jacketing at column ends, it seems that column strength enhancement does not develop at the expense of low deformation capacity.