Η παρούσα διατριβή έχει ως θέμα την σεισμική αποτίμηση υφισταμένου τριώροφου δομήματος οπλισμένου σκυροδέματος. Συγκεκριμένα γίνεται έλεγχος των μέτρων επέμβασης για το κτήριο αιθουσών διδασκαλίας του ΤΕΛ Ναυπάκτου. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται μη-γραμμικές αναλύσεις (στατικές και δυναμικές) με βάση τις αρχές των κανονιστικών κειμένων ΚΑΝ.ΕΠΕ και EC8 για την αποτίμηση και τον ανασχεδιασμό κατασκευών. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται τεκμηρίωση του υφιστάμενου δομήματος. Δίνονται στοιχεία για την θέση, την γεωμετρία, τις κατασκευαστικές μεθόδους που εφαρμόστηκαν. Δίνονται τα αποτελέσματα των οπτικών και των ενόργανων ελέγχων και προσδιορίζεται η γεωμετρία του φορέα. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνονται οι παραδοχές και οι αρχές με βάση τις οποίες έγινε η εξιδανίκευση του φορέα για την πραγματοποίηση των μη γραμμικών στατικών αναλύσεων. Για τις αναλύσεις χρησιμοποιείται το πακέτο λογισμικού ANSRuop που έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Κατασκευών του Τμήματος. Το μοντέλο μονότονης και ανακυκλιζόμενης φόρτισης που χρησιμοποιείται είναι το γνωστό προσομοίωμα Τakeda με εννέα κανόνες υστέρησης. Προσδιορίζονται οι παραδοχές για τον υπολογισμό των διαθέσιμων αντιστάσεων σε όρους παραμορφώσεων και δυνάμεων που υιοθετούνται από τον ΚΑΝΕΠΕ και τον EC8 καθώς και τα κριτήρια που αποδέχεται το κάθε κείμενο για την επιθυμητή στάθμη αποτίμησης και ανασχεδιασμού του φορέα. Ακόμα γίνεται αναφορά στο μοντέλο προσομοίωσης του λικνισμού των θεμελίων για θεώρηση διαφόρων εδαφών. Εν συνεχεία στο τρίτο Κεφάλαιο γίνεται αναφορά στους στόχους σχεδιασμού που θέτει ο κάθε κανονισμός και στις στάθμες επιτελεστικότητας για τον κάθε κανονισμό. Γίνεται παρουσίαση των τεχνητών σεισμικών καταγραφών που λήφθηκαν υπόψη για την πραγματοποίηση των μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων. Οι καταγραφές είναι κανονικοποιημένες πάνω στο φάσμα του EC8 για τύπο εδάφους C που διαφέρει από το φάσμα σχεδιασμού κατά ΕΑΚ για την στάθμη επιτελεστικότητας «Προστασία ζωής και περιουσίας των ενοίκων » μόνο κατά τον εδαφικό συντελεστή S. Ακόμα δίνεται η μεθοδολογία που υιοθετήθηκε για την εκτίμηση της ικανότητας του κτηρίου έναντι των απαιτήσεων που θέτει ο κανονισμός και προτείνεται εναλλακτικά και από τα δύο κείμενα. Στα κεφάλαια 4 και 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μη-γραμμικών αναλύσεων. Συνολικά πραγματοποιήθηκαν 56 μη-γραμμικές στατικές αναλύσεις και 84 μη-γραμμικές δυναμικές. Για τις μη-γραμμικές στατικές αναλύσεις παρουσιάζονται οι καταγραφές τέμνουσας βάσης μετατόπισης κορυφής ενώ τα αποτελέσματα των μη-γραμμικών δυναμικών αναλύσεων δίνονται με την μορφή των μέσων όρων των δεικτών βλάβης. Τέλος στο 6ο κεφάλαιο γίνεται προσπάθεια ερμηνείας των αποτελεσμάτων για τις αναλύσεις πρίν και μετά την δομητική επέμβαση. / The present project deals with a seismic assessment analysis of an existing reinforced concrete building. A fully performance-based procedure is adopted based on the principals of the draft Greek Retrofitting Code and the draft part 3 of the Eurocode 8 : Assessment and retrofitting of Buildings. The method is subjected on an existing building, which has been constructed, during early 70’ s, prior to the principals of the modern codes for earthquake resistant design. The building is located in the area of Nafpaktos. In the first chapter a summary of the characteristics of the existing building is given. Special data concerning the site, the geometry and the construction methods at the time in which the building was constructed. The results of the damage investigation according to the visual and the instrumental inspection are also given. The basic principals according to which the modelling and the non-linear analysis procedures took place is given in the 2nd chapter. For the analysis procedures the program ANSR University of Patras is used which has been developed in the Structural Laboratory of The Civil Engineering Department of the University of Patras. One-component, point-hinge macromodels are used for the RC members, to relate the end-moment to the chord rotation at member ends within each plane of bending. The M-θ relation in monotonic loading is taken bilinear, with a post-yield hardening ratio p computed assuming antisymmetric bending and using empirical expressions according to the Greek Retrofitting Code and Part-3 of the EC8 (according to the selected limit state). The hysteresis rules supplementing the bilinear monotonic M-θ curve are of the modified-Takeda type. Also the monotonic M-θ relation which is used for the modelling of the foundation uplift is given. In the 3rd chapter the performance objectives of the assessment procedure are given according to the appropriate levels of protection for the selected limit state. The synthetic accellerograms which are used for the Nonlinear dynamic procedure are compatible to the EC8 elastic spectrum for type soil C for the limit state of Significant Damage. Moreover the methodology of the determination of the target displacement according to the Annex B of the EC8-part 1 and the draft Greek Retrofitting Code. Finally in chapters 4 and 5 the results of the nonlinear static and dynamic analysis are presented. For the nonlinear static procedures the results are given in terms of base shear vs roof displacement and in terms of Spectral acceleration vs Spectral displacement for the determination of the target displacement. The results of the NonLinear dynamic procedures are given in terms of mean values of the damage index.

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 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.