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. / -

Αντικείμενο της Διατριβής αποτελεί η διερεύνηση των δυνατοτήτων του Γεωαφρού Διογκωμένης Πολυστερίνης (ΓΔΠ) για τη χρησιμοποίησή του ως σεισμικό μονωτικό παρέμβλημα σε συμβατικούς τοίχους εδαφικής αντιστήριξης (τύπου βαρύτητας ή προβόλου) καθώς και σε ακρόβαθρα γεφυρών. Η παρούσα έρευνα βασίζεται στην αριθμητική ανάλυση της συμπεριφοράς συμβατικών τοίχων αντιστήριξης κάτω από τη δράση οριζόντιας σεισμικής διέγερσης βάσης. Οι αναλύσεις διεξάγονται τόσο για μη-μονωμένους τοίχους όσο και για τοίχους σεισμικά μονωμένους με παρέμβλημα ΓΔΠ. Το παρέμβλημα έχει τη μορφή κατακόρυφου φύλλου μικρού σχετικά πάχους που τοποθετείται σε επαφή με την πίσω όψη του τοίχου παρεμβαλλόμενο μεταξύ τοίχου και επιχώματος. Οι αναλύσεις διεξάγονται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων (κώδικας PLAXIS v.8) με την παραδοχή ιξωδοελαστικής συμπεριφοράς εδαφικού επιχώματος και κατακόρυφου ελαστικού τοίχου δεδομένης ευκαμψίας και στροφικής αντίστασης της βάσης. Ως δυναμική διέγερση βάσης χρησιμοποιούνται αρμονικές χρονοϊστορίες επιτάχυνσης μεταβαλλόμενου εύρους και συχνότητας. Κατ’ αρχήν αξιολογείται η αξιοπιστία της χρησιμοποιούμενης μεθόδου ανάλυσης και τα αποτελέσματα των αναλύσεων συγκρίνονται με ανάλογα δημοσιευμένα αποτελέσματα και διαπιστώνεται πολύ καλή συμφωνία όσον αφορά την τιμή της σεισμικής ώθησης και το ύψος εφαρμογής της από τη βάση του τοίχου. Για την περίπτωση των σεισμικά μονωμένων (με παρέμβλημα ΓΔΠ) τοίχων οι εξεταζόμενες παράμετροι περιλαμβάνουν το σχήμα του παρεμβλήματος, την πυκνότητα και το ποσοστιαίο (σε σχέση με το ύψος του τοίχου) πάχος του ΓΔΠ, tr, την ευκαμψία του τοίχου, την καθ’ ύψος μεταβολή του μέτρου ελαστικότητας του ΓΔΠ και τη συχνότητα διέγερσης της βάσης. Η αποτελεσματικότητα της σεισμικής μόνωσης περιγράφεται ποσοτικά με τον συντελεστή Ar που ορίζεται ως το επί τοις εκατό ποσοστό της μείωσης (λόγω μόνωσης) της σεισμικής ώθησης σε σχέση με την τιμή που προκύπτει χωρίς μόνωση. Σχετικά με το σχήμα του παρεμβλήματος (κατά την έννοια του ύψους του τοίχου) διεξήχθησαν αναλύσεις για ορθογωνικό σχήμα και τρία τριγωνικά σχήματα και τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η βέλτιστη αποτελεσματικότητα επιτυγχάνεται με χρήση ορθογωνικού σχήματος. Επίσης διαπιστώθηκε ότι είναι δυνατή η επίτευξη τιμών της αποτελεσματικότητας σεισμικής μόνωσης Ar>50% για τιμές πάχους παρεμβλήματος tr 15%. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν επίσης ότι, επειδή η προκύπτουσα σχέση Ar - tr είναι μη γραμμική, απαιτούνται σχετικά μεγάλα πάχη παρεμβλήματος για τη μείωση της σεισμικής ώθησης σε ποσοστό μεγαλύτερο του 50%. Τέλος, για τον αντισεισμικό σχεδιασμό τοίχων αντιστήριξης προτείνεται δοκιμαστικά η εφαρμογή διαδικασίας που βασίζεται στον ΕΑΚ 2000, χρησιμοποιώντας όμως διπλάσια τιμή για το συντελεστή συμπεριφοράς, qw, εφόσον επιδιώκεται η επίτευξη αποτελεσματικότητας Ar=50%. / The objective of the Thesis is the investigation of the possibility to use the Expanded Polystyrene Geofoam (EPS Geofoam) for the seismic isolation of earth retaining walls. The research is based on the results of numerical analyses (using the finite element method) for determining the response of vertical walls supporting horizontal backfill and subjected to horizontal harmonic base excitation. The seismic isolation is realized by placing a column of EPS geofoam (compressible inclusion) between the back-face of the wall and the backfill. The response is calculated by using elastic analysis (with viscous damping for the backfill material). The efficiency of seismic isolation is quantitavely described by the Isolation Efficiency, Ar, defined as the ratio (in percent) of the reduction of earthquake thrust (due to isolation) to the earthquake thrust without isolation. The parameters investigated are the shape of the inclusion, the density and the (percent) thickness, tr, of the EPS geofoam, the wall flexibility, the variation of EPS geofoam modulus of elasticity with depth as well as the amplitude and frequency of excitation. The results of the analyses indicate that the optimum shape of the inclusion is the orthogonal (i.e. constant thickness with depth) whereas the effect of the inhomogeneity of the EPS geofoam along the depth of the wall is negligible, as long as the analysis is conducted using a constant mean value for the Modulus of Elasticity of EPS. The results also indicate that an Isolation Efficiency of about 50% may be achieved by using an inclusion thickness of about 15% of the wall height. Due to the nonlinearity of the relation Ar – tr, further increase of the inclusion thickness has a minor effect on the isolation efficiency of the inclusion. Based on the results of all analyses a tentative procedure is proposed for the earthquake resistant design of earth retaining walls. According to the procedure, the wall is designed following the methodology of the Hellenic Seismic Code (2000) and using qw values twice as those indicated by the Code. The required thickness of the EPS inclusion, tr, is then selected from a diagram relating the tr value to the flexibility of the wall and the density of the inclusion.

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 μελετήθηκε η δυναμική συμπεριφορά μιας τυπικής σφαιρικής δεξαμενής για την εφαρμογή διάφορων συστημάτων σεισμικής προστασίας. Πέντε διαφορετικά συστήματα σεισμικής προστασίας εξετάζονται:Οι αποσβεστήρες ιξώδους απόσβεσης, οι αποσβεστήρες τριβής και οι μη-λυγίζοντες μεταλλικοί σύνδεσμοι που η λειτουργία τους βασίζεται στην κατανάλωση σεισμικής ενέργειας, και τα ελαστομερή εφέδρανα υψηλής απόσβεσης και αυτά με πυρήνα μολύβδου που η λειτουργία τους βασίζεται στην απομόνωση της βάσης της δεξαμενής. Η αριθμητική ανάλυση έγινε με την χρήση ενός λεπτομερούς μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων που προσομοιώνει την ακριβή γεωμετρία της σφαιρικής δεξαμενής, την επίδραση του φαινομένου αλληλεπίδρασης υγρού-δεξαμενής για ενδεικτικά ποσοστά πλήρωσης, την αλληλεπίδραση εδάφους-δεξαμενής και την μη-γραμμική συμπεριφορά των συστημάτων σεισμικής προστασίας. Παρουσιάζονται αποτελέσματα της τέμνουσας δύναμης βάσης, της κατακόρυφης μετατόπισης της ελεύθερης επιφάνειας του περιεχόμενου υγρού και οριζόντιες μετατοπίσεις χαρακτηριστικών σημείων της δεξαμενής, για καθε περίπτωση συστήματος σεισμικής προστασίας υπό σεισμική διέγερση, και συγκρίνονται με τα αντίστοιχα που προκύπτουν για την σφαιρική δεξαμενή με τους συμβατούς χιαστούς συνδέσμους. / Various seismic protection systems are used to study numerically the dynamic behavior of a typical spherical liquid storage tank. Five different anti-seismic devices are investigated; nonlinear viscous dampers, buckling restrained braces and friction devices based on the passive energy dissipation technique and lead core and high damping rubber bearings based on base isolation technique. The numerical analysis is performed by means of a detailed finite element model, taking into account the exact geometry of the steel tank, the fluid-structure interaction effects for an arbitrary level of filling, the soil-structure interaction as well as the non-linearities introduced by either the dissipative bracing systems. Representative results for base shear forces, vertical displacements of the fluid content and displacements at characteristic locations of the spherical tank are presented and compared to those corresponding to a tank with a conventional bracing system.