Στην παρούσα εργασία γίνεται μια προσπάθεια μελέτης της αποτίμησης της σεισμικής συμπεριφοράς και ικανότητας κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία με την χρήση προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων. Έμφαση δίνεται στη μοντελοποίηση της φέρουσας τοιχοποιίας, στον τρόπο επίλυσης και στη διακριτοποίηση της. Γίνεται σεισμική αποτίμηση ενός υφιστάμενου κτιρίου που βρίσκεται στα Ιόνια Νησιά, και κατόπιν αφαιρώντας δυο και τρεις ορόφους στο κτίριο επιλύνεται ξανά για να δούμε τυχόν διαφορές. Αρχικά θα αναφερθούμε στον Ευρωκώδικα 6 και στις εξισώσεις του Τάσιου, που προσδιορίζουν τα μηχανικά χαρακτηριστικά φέρουσας τοιχοποιίας , τα οποία θα τα εφαρμόσουμε στην περίπτωσή μας και θα τα εισάγουμε σε ένα πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων. Θα δούμε ότι επιλέγονται αυτά του Τάσιου, διότι βγαίνουν δυσμενέστερα, και εξαιτίας του ότι ο Ευρωκώδικας 6 αναφέρεται σε νέα κτίρια και όχι σε παλαιές κατασκευές. Πρέπει να τονίσουμε εδώ, ότι τα μηχανικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας δεν θα αλλάζουν κατά την επίλυση διαφόρων τρόπων προσομοίωσης του κτιρίου και θα παραμένουν τα ίδια. Στη συνέχεια , απαριθμούνται τα είδη βλαβών που απαντώνται συχνά σε κτήρια από φέρουσα τοιχοποιία, όπως οι διαγώνιες και δισδιαγώνιες ρωγμές ,καθώς και οι κατακόρυφες ρωγμές που απαντώνται περί το μέσον του τοίχου ή στη θέση συνάντησης δύο τοίχων. Έπειτα γίνεται εκτενής αναφορά στις μεθόδους και τεχνικές ενίσχυσης κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία. Περιγράφονται μέθοδοι όπως το βαθύ αρμολόγημα , η μέθοδος των οπλισμένων επιχρισμάτων , η τεχνική των ενεμάτων , η τροποποίηση ή κατασκευή οριζόντιων διαζωμάτων , η αντικατάσταση εύκαμπτων πατωμάτων από πλάκες ωπλισμένου σκυροδέματος και η κατασκευή μανδύα από ωπλισμένο σκυρόδεμα. Ακολουθεί η ανάλυση ενός τυπικού πολυώροφου κτιρίου στο ιστορικό κέντρο της Κέρκυρας. Η ανάλυση αυτή περιλαμβάνει μία αρχική διακριτοποίηση των φερουσών τοιχοποιιών σε πεπερασμένα στοιχεία, με παραμετρική διερεύνηση την επιρροή της μοντελοποίησης του κτιρίου στη σεισμική συμπεριφορά της κατασκευής, ως προς το χωρισμό των πεσσών και των ανωφλιών. Στη συνέχεια λαμβάνουμε αποτελέσματα από όλες αυτές τις επιλύσεις, μέσω του προγράμματος e-tabs, τα εισάγουμε σε ένα άλλο πρόγραμμα, το EC-Tools, το οποίο μας δίνει τις επάρκειες και τις ανεπάρκειες των φερουσών τοιχοποιιών, και γίνονται συγκρίσεις αυτών ως προς τις ανεπάρκειες, μέσω του EC6 και τις μετακινήσεις του κτιρίου μέσω των ορίων που θέτει ο EC8. Πιο συγκεκριμένα, κάνουμε όλες τις παρακάτω συγκρίσεις βάση αυτών των αποτελεσμάτων, που το ονομάζουμε μοντέλο Α. Κατόπιν χωρίζουμε τα στοιχεία του μοντέλου Α σε μικρότερα τμήματα με επτά διαφορετικούς τρόπους, δημιουργώντας έτσι άλλα επτά μοντέλα, για να δούμε αν θα επηρεαστούν οι τιμές της ανεπάρκειας του κτιρίου. Οι αναλύσεις αυτές θα δούμε ότι δεν δίνουν πολύ διαφορετικά αποτελέσματα, και δεν βοηθούν κάπου τελικά. Πιο αναλυτικά, αρχικά κρατάμε σταθερά τα υπάρχοντα ανώφλια και χωρίζουμε τους υπάρχοντες πεσσούς την πρώτη φορά σε δύο οριζόντια τμήματα, την επόμενη σε δύο κάθετα τμήματα και τέλος σε τέσσερα τμήματα, έπειτα επιλέγω ένα ανώφλι και βλέπω τις διαφορές του και στις τρεις περιπτώσεις, βάση της αρχικής θεώρησης ως προς την ανεπάρκεια αυτού, αλλά και του κτιρίου ολόκληρου. Όλα τα συγκριτικά αποτελέσματα δίνονται αναλυτικά παρακάτω με την μορφή διαγραμμάτων. Έπειτα , κρατάμε σταθερή την υπάρχουσα διακριτοποίηση των πεσσών ,και χωρίζουμε τα ανώφλια όπως και τους πεσσούς παραπάνω, και σε αυτή την περίπτωση θα δούμε αναλυτικά τα αποτελέσματα παρακάτω. Αφού τελειώσουμε με την επιρροή της διακριτοποίησης, ελέγχουμε πως επηρεάζει η σύνδεση των τοίχων την απόκριση του κτιρίου σε σεισμό. Γι’ αυτό τον λόγο, τοποθετούμε, ελατήρια με προϋπάρχουσα οριζόντια μετατόπιση. Με αυτό τον τρόπο βλέπουμε πως επηρεάζονται οι μετακινήσεις του κτιρίου, καθώς και οι ανεπάρκειες των φερουσών τοιχοποιιών. Έπειτα, υπολογίζουμε τις ροπές αντοχής εντός και εκτός επιπέδου, και τις τέμνουσες αντοχής σύμφωνα με το Εθνικό Κείμενο Εφαρμογής, και βλέπουμε τις διαφορές με αυτές που δίνει το πρόγραμμα, με τον EC6, ως προς την ανεπάρκεια της διάτμησης, μιας και τη κάμψη την αναλύει διαξονικά και δεν μας οδηγεί σε κάτι τέτοιο και ο Ευρωκώδικας για να έχουμε μία κοινή βάση σύγκρισης, αλλά παραθέτονται τα αποτελέσματα για τον δεύτερο όροφο που θα κριθεί ο πιο κρίσιμος. Κατόπιν, ελέγχουμε με τον Ευρωκώδικα 8, τον βαθμό ανεπάρκειας ως προς τις παραμορφώσεις, μέσω των μετακινήσεων σε κάμψη και διάτμηση. Τέλος ,υπολογίζουμε με τον Δευτεροβάθμιο Προσεισμικό Έλεγχο την ανεπάρκεια που δίνει του κτιρίου και κάνουμε συγκρίσεις με τους βαθμούς ανεπάρκειας από τον EC6 ως προς τα εντατικά μεγέθη, και τον EC8 ως προς τις μετακινήσεις. Τέλος, προσπαθούμε να βαθμονομήσουμε τον Δευτεροβάθμιο Προσεισμικό Έλεγχο μέσω ενός συντελεστή βi και για τις δύο συγκρίσεις που γίνονται παραπάνω. Αφού εξετάσουμε και το ίδιο κτίριο αφαιρώντας δύο και τέσσερις ορόφους για να δείξουμε τις διαφορές με το αρχικό, Μοντέλο Α, κλείνουμε το κομμάτι της παρούσης εργασίας , με τα «απλά» κτίρια. Σχεδιάζουμε και αναλύουμε με τον ίδιο τρόπο δύο κτίρια, ένα μονώροφο και ένα διώροφο, τα οποία πληρούν επακριβώς όλες τις προϋποθέσεις ανεξαιρέτως των «απλών» κτιρίων, βρίσκουμε βαθμούς ανεπάρκειας, εφαρμόζουμε και τον Δευτεροβάθμιο Προσεισμικό Έλεγχο, για να δούμε και το Η/R, και ελέγχουμε αν οι ανεπάρκειες βγαίνουν μονάδα ή κοντά στη μονάδα, ακολούθως κάνουμε και τις συγκρίσεις με τον EC6 και τον EC8, και βαθμονομούμε βάσει αυτών τον συντελεστή H/R. / --

Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η σύγκριση της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης, στοιχείων από φέρουσα τοιχοποιία, με μανδύες συνθέτων υλικών, οι οποίοι αποτελούνταν από στρώσεις ανθρακοϋφάσματος, με οργανική ή ανόργανη μήτρα και με τοποθέτηση ράβδων οπλισμού, από ανθρακονήματα, μέσα στους συνεχείς αρμούς της τοιχοποιίας. Αρχικά δίνονται μορφολογικά και γενικά τεχνικά χαρακτηριστικά. Γίνεται μια σύντομη ιστορική ανασκόπηση για την τοιχοποιία και ακολουθεί ο διαχωρισμός της σε βασικές κατηγορίες. Αναφέρονται οι πρώτες ύλες των τεχνητών λιθοσωμάτων και η διαδικασία παραγωγής τους και στη συνέχεια σημειώνονται τα βασικά είδη τους, με τις συνήθεις διαστάσεις και οι τεχνικές προδιαγραφές τους. Γίνεται ακόμα αναφορά στις κατηγορίες και στις ιδιότητες των κονιαμάτων και των επιχρισμάτων που χρησιμοποιούνται. Ακολουθεί μια περίληψη της μηχανικής της τοιχοποιίας. Περιγράφεται η λειτουργία της άοπλης τοιχοποιίας και ο προσδιορισμός της αντοχής της, υπό θλιπτικά, καμπτικά και διατμητικά φορτία, κατά τον Ευρωκώδικα 6 (EC6) και Τάσιο. Περιγράφονται επίσης τα ελαστικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας και ο τρόπος, με τον οποίο αυτή συμπεριφέρεται υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση, ενώ φέρει θλιπτικά φορτία. Στη συνέχεια γίνεται περιγραφή των ενισχύσεων κατασκευών με σύνθετα υλικά. Κατηγοριοποιούνται τα σύνθετα υλικά και δίνονται οι ιδιότητες των συνθέτων ινο-πλισμένων υλικών. Αναφέρονται εν συντομία οι ιδιότητες των υλικών, ινών και ρητινών, που χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή ινοπλισμένων πολυμερών. Ακόμα αναφέρονται τα βασικά συστήματα ενίσχυσης και οι ιδιότητες των συνθέτων υλικών. Ακολουθεί η μικρομηχανική των υλικών αυτών και οι επιπτώσεις, των περιβαλλοντικών συνθηκών, στην ανθεκτικότητά τους. Επίσης, γίνεται μια περιληπτική αναφορά στις τεχνικές ενισχύσεων δομικών στοιχείων με σύνθετα υλικά. Έπεται μια σύντομη αναφορά στις βάσεις σχεδιασμού ενισχύσεων με σύνθετα υλικά. Δίνονται οι καταστατικοί νόμοι των υλικών για οριακή κατάσταση αντοχής, τόσο για πλήρη συνεργασία όσο και για αποκόλληση του συνθέτου υλικού από την κατασκευή, και για οριακή κατάσταση λειτουργικότητας. Επίσης σχολιάζεται και το θέμα της συνάφειας των συνθέτων υλικών με το υπόστρωμα (τοιχοποιία). Ακολούθως περιγράφονται τα υλικά κατασκευής και ενίσχυσης, τα πειραματικά δοκίμια και δίνονται οι μηχανικές τους ιδιότητες. Ακόμα γίνεται περιγραφή των ειδών των δοκιμίων, που δημιουργήθηκαν, της διαδικασίας ενισχύσεώς τους, σύμφωνα με τους τρόπους που είχαν αποφασιστεί, δηλαδή με κατασκευή μανδυών και με τοποθέτηση ράβδων οπλισμού από σύνθετα υλικά. Επίσης περιγράφονται εν συντομία ο μηχανικός εργαστηριακός εξοπλισμός, που χρησιμοποιήθηκε για την εκτέλεση των πειραματικών διαδικασιών. Στην συνέχεια γίνεται αναλυτική προσομοίωση για κάθε είδος δοκιμίου και ενίσχυσης, από όπου εξάγεται και η θεωρητική τιμή της αντοχής τους, και περιγραφή της πειραματική διαδικασίας, που ακολούθησε για τον έλεγχό τους. Ακολούθως, γίνεται σύγκριση μεταξύ των τρόπων ενίσχυσης και αναφορά των σχετικών πλεονεκτημάτων και τα μειονεκτημάτων τους, ανά κατηγορία δοκιμίων. Τέλος, δίνονται τα συμπεράσματα της εργασίας, που συνοπτικά είναι ότι η χρήση α-νόργανης μήτρας για την κατασκευή μανδυών προσφέρει, με σχετική μείωση της αντοχής, μεγαλύτερη παραμορφωσιμότητα και ικανότητα απορρόφησης ενέργειας και ότι η ενίσχυση, με τοποθέτηση ράβδων ανθρακονήματος, μέσα στους συνεχείς αρμούς της τοιχοποιίας, είναι επισφαλής, λόγω της μη ικανοποιητικής συνάφειάς τους με το συνδετικό κονίαμα, αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη διαστασιολόγηση των ενισχύσεων με σύνθετα υλικά. Επίσης αναφέρονται κάποια θέματα που χρήζουν περαιτέρω μελέτης, όπως η τοποθέτηση των ράβδων ανθρακονημάτων σε άλλες θέσεις και διευθύνσεις, το απαιτούμενο ποσοστό ινών και η πιθανή τροποποίηση των πειραματικών διατάξεων, ώστε να πραγματοποιηθεί ακριβέστερη προσομοίωση των πραγματικών στοιχείων και φορτίσεων, μιας κατασκευής. / The purpose of this study is the comparison between the use of fibre-reinforced polymers (FRP) as strengthening materials for masonry walls with jackets of polymeric matrix (organic and inorganic) using carbon fabrics and strips (into the constant joints of masonry). First of all, is discribed the history of masorny and its categories. Then, are mentioned the first materials for bricks, the procedure for their produce and their sizes. Also, are mentioned the categories of mortar and plaster. Moreover, is discribed the mechanics of masonry according the Eurocode 6(EC6) and the professor Tasios. Furthermore, are reported the categories of composite materials and their qualities. Also, is annotated the connection between the composite materials and the masonry (substratum). Apart from this, are described the materials that were used to form and reinforce elements of masonry wall. Also, are described the types of elements of masonry wall, that were built, the procedure for their reinforcement and the mechanical equipment of the laboratory, where expirements took place. Moreover, are annotated the analytical model for every type of masonry element, from where theoritical values were taken and the experimental procedure. Furthermore, is presenced the comparison between every type of reinforcment and their advantages or disadvantages. Finally, are decribed subjects for future usage and results of this study.

Στην παρούσα εργασία γίνεται μια προσπάθεια μελέτης των μηχανικών χαρακτηριστικών, των τυπικών βλαβών και γενικά της σεισμικής συμπεριφοράς κτηρίων από φέρουσα τοιχοποιία. Έμφαση δίνεται στον προσδιορισμό των μηχανικών χαρακτηριστικών διαφόρων τύπων φέρουσας τοιχοποιίας τριών στρώσεων και γίνεται σεισμική αποτίμηση δυο υφισταμένων κτηρίων από χαρακτηριστικούς τύπους τρίστρωτης τοιχοποιίας που βρίσκονται στα Ιόνια Νησιά. Εκτός από τις εξισώσεις που αναφέρονται σε συμβατικές φέρουσες τοιχοποιίες, δίνεται βάση στην περιγραφή εξισώσεων που προσδιορίζουν τα μηχανικά χαρακτηριστικά φέρουσας τοιχοποιίας τριών στρώσεων. Με τη χρήση των εξισώσεων αυτών και ενός προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων, προτείνεται μια διαδικασία προσομοίωσης της τρίστρωτης τοιχοποιίας με μια ισοδύναμη “μονόστρωτη”. Η εξισώσεις αυτές λαμβάνουν υπόψη τα μηχανικά χαρακτηριστικά καθεμιάς από τις τρεις στρώσεις, τον όγκο που καταλαμβάνουν κατά το πάχος της τοιχοποιίας, καθώς και κάποιους διορθωτικούς συντελεστές που ποσοτικοποιούν το βαθμό “συνεργασίας” των στρώσεων. Η διαδικασία αυτή θα εφαρμοστεί στη συνέχεια σε δύο συγκεκριμένους τύπους τρίστρωτης τοιχοποιίας. Πρώτον, για τοιχοποιία με εξωτερικές στρώσεις από αργολιθοδομή και ενδιάμεση στρώση από ασθενές κονίαμα, η οποία αποτελεί συνήθη τύπο τρίστρωτης τοιχοποιίας και απαντάται και σε πλειοψηφία κτηρίων του ιστορικού κέντρου της Κέρκυρας. Δεύτερον, για τοιχοποιία με ασθενείς εξωτερικές στρώσης οπτοπλινθοδομής και πυρήνα οπλισμένου σκυροδέματος, η οποία αποτελεί τρόπο δόμησης μιας τυπολογίας κτηρίων της Ζακύνθου και εισήχθη μετά τον καταστροφικό σεισμό του 1953. Στη συνέχεια, απαριθμούνται τα είδη βλαβών που απαντώνται συχνά σε κτήρια από φέρουσα τοιχοποιία, όπως οι διαγώνιες και δισδιαγώνιες ρωγμές, καθώς και οι κατατακόρυφες ρωγμές που απαντώνται περί το μέσον του τοίχου ή στη θέση συνάντησης δύο τοίχων. Έπειτα, γίνεται εκτενής αναφορά στις μεθόδους και τεχνικές ενίσχυσης κτηρίων από φέρουσα τοιχοποιία. Περιγράφονται μέθοδοι όπως το βαθύ αρμολόγημα, η μέθοδος των οπλισμένων επιχρισμάτων, η τεχνική των ενεμάτων, η τροποποίηση ή κατασκευή οριζοντίων διαζωμάτων, η αντικατάσταση εύκαμπτων πατωμάτων από πλάκες οπλισμένου σκυροδέματος και η κατασκευή μανδύα από οπλισμένο σκυρόδεμα. Ακολουθεί η ανάλυση ενός τυπικού πολυώροφου κτηρίου στο ιστορικό κέντρο της Κέρκυρας. Η ανάλυση αυτή περιλαμβάνει παραμετρική διερεύνηση της συνεισφοράς των οριζόντιων διαφραγμάτων στη σεισμική συμπεριφορά της κατασκευής. Αρχικά, αναλύεται το κτήριο χωρίς καθόλου διαφράγματα, έπειτα προστίθεται στο κτήριο ξύλινη διαδοκίδωση μίας διεύθυνσης και τέλος γίνεται αντικατάσταση της διαδοκίδωσης αυτής από πλάκες οπλισμένου σκυροδέματος. Στη συνέχεια λαμβάνονται αποτελέσματα που αφορούν τις συνολικές μετακινήσεις του κτηρίου, καθώς και τις κύριες εφελκυστικές ή θλιπτικές τάσεις που αναπτύσσονται σε αυτό. Η εισαγωγή της ξύλινης διαδοκίδωσης δεν φαίνεται να συνεισφέρει ουσιαστικά στη βελτίωση της σεισμικής συμπεριφοράς του κτηρίου, καθώς δίνει παρόμοια διαγράμματα τάσεων και μετακινήσεων. Οι μετακινήσεις είναι μέγιστες στην κορυφή του κτηρίου και κυρίως στο μέσον του ανοίγματος τοίχων που δέχονται δράση σεισμού εκτός του επιπέδου τους, ενώ από τα διαγράμματα κυρίων τάσεων, οι κρίσιμες περιοχές του κτηρίου εστιάζονται στους δύο τελευταίους ορόφους στις θέσεις συνάντησης δύο τοίχων. Με την αντικατάσταση της διαδοκίδωσης από πλάκες Ο.Σ. η συμπεριφορά του κτηρίου βελτιώνεται ουσιαστικά. Οι μέγιστες μετακινήσεις μειώνονται έως και 85% και εμφανίζονται στην πλευρά του τελευταίου ορόφου που απέχει περισσότερο από το κέντρο δυσκαμψίας του κτηρίου. Οι μέγιστες κύριες τάσεις μεταφέρονται από την κορυφή στη βάση του κτηρίου. Οι παρατηρήσεις αυτές επιβεβαιώνονται από τους σχετικούς δείκτες βλάβης που υπολογίζονται στις κρίσιμες περιοχές. Τέλος, πραγματοποιείται και η ανάλυση ενός τυπικού διώροφου κτηρίου, το οποίο αποτελείται από τον δεύτερο τύπο τρίστρωτης τοιχοποιίας. Η τοιχοποιία που αποτελεί το κτήριο έχει ιδιαίτερα ασθενείς εξωτερικές οπτοπλινθοδομές σε σχέση με την ενδιάμεση στρώση από Ο.Σ., επομένως δεν αποτελεί χαρακτηριστική τρίστρωτη τοιχοποιία. Αρχικά θα γίνει παραδοχή της τοιχοποιίας αυτής ως τρίστρωτης, η οποία προσομοιώνεται μέσω της προαναφερθείσας διαδικασίας με μία ισοδύναμη “μονόστρωτη”, ενώ στη συνέχεια θα αγνοηθούν οι ασθενείς εξωτερικές στρώσεις και θα συνυπολογιστούν μόνο τα τοιχεία από Ο.Σ. Και στις δυο περιπτώσεις η σεισμική συμπεριφορά του κτηρίου είναι ικανοποιητική και αυτό οφείλεται στην επιμελημένη δόμησή του, καθώς και στα διαζώματα και πλάκες από Ο.Σ. που υπάρχουν. Έπειτα πραγματοποιούνται επεμβάσεις στο κτήριο για αλλαγή χρήσης του ισογείου, οι οποίες περιλαμβάνουν την καθαίρεση τμημάτων εσωτερικών αλλά και εξωτερικών φερόντων τοίχων. Μετά την ανάλυση του “νέου” κτηρίου διαπιστώνεται ανάγκη ενίσχυσης των πεσσών μικρού εμβαδού που απέμειναν στο ισόγειο και επιλέγεται η εφαρμογή αμφίπλευρων μανδυών από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Αναλύεται εκ νέου το κτήριο και επιβεβαιώνεται η αποδοτικότητα της μεθόδου ενίσχυσης, αφού μειώνονται οι τάσεις στις κρίσιμες περιοχές που ενισχύθηκαν. / In the present thesis, the mechanical characteristics, the typical damages and the overall seismic behaviour of masonry buildings are examined. Emphasising on the determination of the mechanical characteristics of different three-leaf masonry types, the seismic behaviour of two existing buildings is assessed. These buildings are constructed by different, characteristic types of thee-leaf masonry that are commonly used in the Ionian Islands. Firstly, a multi-storey masonry building located at the historical centre of the city of Corfu is analysed. This building consists of two outer stone walls connected to each other with a low strength mortar. The analysis includes a parametric study of the contribution of the horizontal diaphragms on the seismic behaviour of the structure. In the beginning, the building is analysed with no diaphragms at all, then wooden floors are added to the building and finally the wooden floors are replaced by reinforced concrete slabs. Then, the results from the analysis are evaluated leading to the conclusion that the building with no horizontal diaphragms develops very high top displacements. After adding the wooden floors no significant decrease on the top displacements is observed, but after replacing the wooden floors with RC slabs the decrease of the top displacements is drastic and essential. Finally, another existing two-storey building is examined that consists of two outer plain brick walls connected to each other with reinforced concrete. This type of three-leaf masonry was introduced to the Ionian Islands after the devastating earthquake of 1953. After the analysis of this building, the seismic behaviour of the structure was proved to be very satisfying. Then, some interventions are carried out, including the demolition of some bearing and non-bearing walls. After that the building is analysed again and it is found that some small walls need to be reinforced. This reinforcement is done through bilateral shotcrete jackets, which are proved to bring the overall seismic behaviour of the structure to its prior level.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η ανάλυση κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία σύμφωνα με ανελαστικό προσομοίωμα βλάβης στοιχείων τοιχοποιίας. Το προσομοίωμα βασίζεται στην θεωρία βλάβης συνεχούς μέσου και χρησιμοποιεί εννέα δείκτες βλάβης για την περιγραφή της μη γραμμικής συμπεριφοράς. Οι δείκτες βλάβης λαμβάνουν τιμές από 0 έως 1 και οι συναρτήσεις για τον υπολογισμό τους εμπεριέχουν τις εξισώσεις επιφάνειας οριακής αστοχίας κατά τα κριτήρια Rankine και Hill, ώστε να ληφθεί υπόψη η αλληλεπίδραση των τάσεων. Η εφαρμογή του προσομοιώματος πραγματοποιείται σε υπό κλίμακα κτίρια τοιχοποιίας, που αποτέλεσαν πειραματικά δοκίμια των σεισμικών τραπεζών LEE (Ελλάδα) και ISMES (Ιταλία), στα πλαίσια ερευνητικού προγράμματος. Αναλύονται τέσσερα κτίρια με ανελαστική ανάλυση χρονοϊστορίας: μία λιθοδομή, μία οπτοπλινθοδομή, μία ενισχυμένη λιθοδομή με τοπικούς μανδύες σκυροδέματος και μία ενισχυμένη οπτοπλινθοδομή με ελκυστήρες και κατακόρυφες μεταλλικές δοκούς. Βασική επιδίωξη είναι η ποιοτική σύγκριση των βλαβών που προβλέπει το προσομοίωμα, με τις πραγματικές αστοχίες των πειραματικών δοκιμίων. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων δείχνουν πως δεν υπάρχει πάντα τέλεια αντιστοίχηση μεταξύ των τάσεων, οι οποίες αποτιμώνται βάσει των μονοαξονικών αντοχών και των αντίστοιχων δεικτών βλάβης, καθώς ο δείκτης βλάβης έχει κατά κύριο λόγο μαθηματικό νόημα, εκφράζει τον ρυθμό ανάπτυξης της βλάβης και στους υπολογισμούς εισάγεται η αντοχή όπως προκύπτει από την επιφάνεια οριακής αστοχίας. Από τα τέσσερα κτίρια που αναλύθηκαν κρίνεται πως για τα δύο από αυτά: τη λιθοδομή και την ενισχυμένη οπτοπλινθοδομή, προβλέπονται αστοχίες που συμβαδίζουν με τα διαθέσιμα πειραματικά στοιχεία. Η ανάλυση της οπτοπλινθοδομής προβλέπει βλάβες μικρότερου βαθμού από αυτές που προέκυψαν στα πειραματικά δοκίμια, ενώ για την ενισχυμένη λιθοδομή αν και παρουσιάζονται ρεαλιστικά αποτελέσματα, η σύγκριση είναι δυσχερής λόγω έλλειψης των πειραματικών αποτελεσμάτων. / In this thesis, a non – linear damage model for masonry is examined. The model is based on the continuous damage theory and nine indices are used to describe non – linear behavior of masonry. The damage index can assume values between 0 (undamaged state) and 1 (rupture), and in three – dimensional dynamic application takes into accent the influence of strains with the damage boundary surface formulated by Rankine and Hill criteria. The model has been implemented in a three – dimensional finite element program capable of performing static and dynamic inelastic analyses. The simulations of four masonry experimental models of shaking table in ISMES (Italy) and LEE (Greece) facilities carried out: a stone masonry, a brick masonry, a stone masonry partial strengthened by concrete jacket and a brick masonry strengthened by horizontal tendons and vertical steel beams placed at the corners of the building. Aim of the thesis is to compare the numerical results with the experimental data. The numerical results show that there not always evident convergence between the results of damage indices and the uniaxial strain for two reasons: first, the damage index takes into account the influence of strains and second, because the damage index represents the rate of damage development and has basically mathematical meaning. The damage model presents good response in representing the non linear behavior of stone masonry and strengthened brick masonry buildings. The numerical results for the brick masonry building maintains low degree of damage in order to experimental results and the analysis of strengthened stone masonry building gives realistic results of damage but very few experimental data are available for comparison purposes.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι ο προσδιορισμός του βαθμού επάρκειας κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία παρουσία σεισμικής έντασης. Στόχος της εργασίας είναι να διερευνηθεί πως επηρεάζεται ο βαθμός σεισμικής επάρκειας μίας κατασκευής από την ύπαρξη διαφράγματος, το πλήθος των ορόφων, το πάχος των τοίχων, το υλικό της τοιχοποιίας, το μέγεθος των ανοιγμάτων και την ασυμμετρία της κάτοψης. Στο Πρώτο Κεφάλαιο, αρχικά, παρουσιάζονται κάποια γενικά στοιχεία για τη φέρουσα τοιχοποιία. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στον προσδιορισμό των μηχανικών χαρακτηριστικών της τοιχοποιίας. Ακόμα, περιγράφεται η μεθοδολογία για τον έλεγχο των ανεπαρκειών με βάση τον EC8. Τέλος, παρουσιάζεται η μέθοδος του δευτεροβάθμιου προσεισμικού ελέγχου για την εύρεση της ανεπάρκειας ενός κτιρίου. Στο Δεύτερο Κεφάλαιο γίνεται μία σύντομη αναφορά στη παθολογία κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα αίτια που προκαλούν βλάβες στις κατασκευές, καθώς επίσης και οι βασικοί τύποι ρωγμών που απαντώνται πιο συχνά στα κτίρια από τοιχοποιία. Στο Τρίτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται όλα τα στοιχεία που εισήχθησαν στο πρόγραμμα ETABS για τη δημιουργία κατάλληλου προσομοιώματος. Αρχικά, γίνεται πλήρης αναφορά των γεωμετρικών στοιχείων όλων των υπό εξέταση κτιρίων. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζονται τρεις περιπτώσεις κτιρίων: ιδεατά συμμετρικά, ιδεατά ασύμμετρα και πραγματικά κτίρια. Στη συνέχεια, γίνεται αναλυτικός υπολογισμός των μηχανικών χαρακτηριστικών της τοιχοποιίας σύμφωνα με κατάλληλη βιβλιογραφία και παρουσιάζονται οι επιφάνειες επιρροής με τις οποίες προσδιορίστηκαν τα φορτία των κατασκευών. Επιπλέον, γίνεται περιγραφή του τρόπου προσομοίωσης και αναφέρονται λεπτομερώς οι παραδοχές που έγιναν κατά την ανάλυση. Στο Τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων των ιδεατών συμμετρικών κτιρίων. Συγκεκριμένα, παρατίθενται οι ανεπάρκειες που προέκυψαν για την εντός επιπέδου ένταση με βάση τα μέγιστα αποδεκτά όρια του EC8 σε όρους γωνιακών παραμορφώσεων για στάθμη επιτελεστικότητας SD. Στη συνέχεια, διερευνάται η επιρροή της διαφραγματικής λειτουργίας, του πλήθους των ορόφων, του πάχους των τοίχων, του υλικού της τοιχοποιίας και του μεγέθους των ανοιγμάτων στις ανεπάρκειες τους. Στο Πέμπτο & Έκτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων για τα ιδεατά ασύμμετρα και τα πραγματικά κτίρια αντίστοιχα. Ομοίως, παρατίθενται οι ανεπάρκειες που προέκυψαν για την εντός επιπέδου ένταση με βάση τα μέγιστα αποδεκτά όρια του EC8 για στάθμη επιτελεστικότητας SD. Στη συνέχεια, διερευνάται η επιρροή της διαφραγματικής λειτουργίας, του πλήθους των ορόφων, του πάχους των τοίχων και του υλικού της τοιχοποιίας στις ανεπάρκειες τους. Στο Έβδομο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των ανεπαρκειών όλων των κτιρίων που προέκυψαν για την εκτός επιπέδου ένταση σύμφωνα με τα όρια των γωνιακών παραμορφώσεων που προτείνει η FEMA 356 για στάθμη επιτελεστικότητας LS. Ομοίως και σε αυτό το κεφάλαιο διερευνάται η επιρροή της διαφραγματικής λειτουργίας, του πλήθους των ορόφων, του πάχους των τοίχων και του υλικού της τοιχοποιίας στις ανεπάρκειες τους. Για τα ιδεατά συμμετρικά κτίρια εξετάζεται επιπλέον και η επιρροή του μεγέθους των ανοιγμάτων στις ανεπάρκειες τους. Στο Όγδοο Κεφάλαιο υπολογίζονται οι δείκτες ανεπάρκειας Η/R όλων των κτιρίων σύμφωνα με τη προσεγγιστική μέθοδο του ΟΑΣΠ. Επίσης, διερευνάται η αξιοπιστία του δείκτη ανεπάρκειας που προκύπτει από το δευτεροβάθμιο προσεισμικό έλεγχο μέσω της σύγκρισής του με τις ανεπάρκειες που προκύπτουν από τον EC8. Στο Ένατο Κεφάλαιο συνοψίζονται τα πιο σημαντικά συμπεράσματα που προέκυψαν από το σύνολο των διερευνήσεων που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια στης παρούσας εργασίας. Ακολουθεί η βιβλιογραφία και στο τέλος παρατίθενται τα παραρτήματα. / The purpose of this study is to determine the level of competence of masonry buildings subjected to seismic actions. The aim of this project is to investigate how the degree of seismic resistance of a structure is affected by existing diaphragms, the number of floors, the thickness of the walls, the material of the walls, the size of the openings and the symmetry in plan. Some general data for masonry is initially presented in chapter one. Subsequently, reference is made to the determination of the mechanical characteristics of the masonry. Furthermore, the assessment method based on EC8 is described. Finally, the second level pre-earthquake assessment method for masonry buildings is presented. In the second chapter, there is a brief description of the structural characteristics of masonry in relation to expected damaged. In particular, the causes of construction defects are presented as well as the basic types of cracks that can be found more frequently in masonry buildings. The third chapter lists all the data entered into the ETABS computer program to create appropriate simulations. Initially, the geometric data of all investigated buildings is given. More specifically, the following three cases of buildings are examined: idealised symmetric, idealised asymmetric and real buildings. Then, detailed calculations of the mechanical characteristics of masonry based on appropriate literature are performed and include using influence surfaces to determined the loads of the buildings. Moreover, a description of the simulation method and details of the assumptions made in the analysis are given. The fourth chapter presents the results of analyses of the idealised symmetrical buildings. Specifically, the inadequacies are listed that resulted from the specified maximum acceptable limits of EC8 in terms of displacements for the Significant Damage performance level. Then, the influence of diaphragm action, the number of floors, the thickness of the walls, the material of the walls and the size of openings and their deficiencies are investigated. In the fifth and sixth chapters, the results of analyses for idealised asymmetric and actual buildings are presented respectively. Similarly, the inadequacies are listed that resulted from the specified maximum acceptable limits of EC8 for the Significant Damage performance level. Then, the influence of diaphragm action, the number of floors, the thickness of the walls and the masonry type and the size of openings and their deficiencies are examined. The seventh chapter presents the results for all buildings based on the limits of deformations proposed by FEMA 356 for the Life Safety performance level. Similarly, the influence of diaphragm action, the number of floors, the thickness of the walls, building material and their weaknesses are examined. For idealised symmetrical buildings, the influence the size of the openings and their deficiencies are examined further. In chapter eight the deficiency indicator H/R is calculated for all buildings according to the approximate method of EPPO. The reliability failure index resulting from second level pre-earthquake assessment by comparison with the inadequacies arising from the EC8 is also investigated. The ninth chapter summarises the most important conclusions of all investigations carried out by the present project. After the references at the end, annexes are presented.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί ο προσδιορισμός της απόκρισης (σε όρους μετακινήσεων) κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία παρουσία σεισμικής έντασης. Στόχος της διατριβής είναι να διερευνηθεί πως επηρεάζεται η απόκριση μίας κατασκευής από φέρουσα τοιχοποιία από την ύπαρξη διαφραγματικής λειτουργίας, το πλήθος των ορόφων, το πάχος των τοίχων, το είδος του υλικού, το μέγεθος των ανοιγμάτων και την ασυμμετρία της κάτοψης. Για το σκοπό αυτό μελετώνται τρεις τύποι κτιρίων από άοπλη αργολιθοδομή: α) ιδεατά συμμετρικά κτίρια, β) ιδεατά ασύμμετρα κτίρια και γ) πραγματικά κτίρια. Η ανάλυση των κατασκευών γίνεται με χρήση του προγράμματος ETABS 2013, χρησιμοποιώντας στοιχεία επιφανειακών πεπερασμένων στοιχείων (shell elements). Για όλα τα κτίρια που αναλύονται γίνονται οι ίδιες παραδοχές φόρτισης, τυπικού ύψους ορόφου, ποδιάς και πρεκιού. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία των κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία και παρατίθενται οι ημιεμπειρικές σχέσεις (Τάσιος, 1986) με τις οποίες γίνεται ο προσδιορισμός των μηχανικών χαρακτηριστικών της τοιχοποιίας (Μέτρο Ελαστικότητας, θλιπτική αντοχή, λόγος Poisson, Μέτρο Διάτμησης). Εν συνεχεία, στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται συνοπτικά η παθολογία (αίτια και είδη βλάβης) των κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η γεωμετρία των κατασκευών μέσω αρχιτεκτονικών σχεδίων, όπου απεικονίζονται οι θέσεις και τα πάχη των εσωτερικών και εξωτερικών φερόντων τοίχων, καθώς επίσης και η θέση και η γεωμετρία των ανοιγμάτων. Επιπλέον, παρατίθενται οι επιφάνειες επιρροής με τις οποίες προσδιορίστηκαν τα φορτία των κατασκευών και υπολογίζονται τα μηχανικά χαρακτηριστικά των φερόντων τοίχων που χρησιμοποιήθηκαν στο πρόγραμμα ETABS. Τέλος, γίνεται περιγραφή του τρόπου προσομοίωσης και αναφέρονται οι παραδοχές που έγιναν κατά την ανάλυση. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέγιστες μετακινήσεις (εκτός και εντός επιπέδου) για τα ιδεατά συμμετρικά κτίρια. Στη συνέχεια διερευνάται η επιρροή των εξής παραμέτρων: 1) διαφραγματική λειτουργία, 2) πλήθος ορόφων, 3) πάχος τοίχων, 4) υλικό τοιχοποιίας και 5) μέγεθος ανοιγμάτων. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζεται η δεύτερη ομάδα κτιρίων που αναφέρεται στα ιδεατά ασύμμετρα κτίρια. Η επιλογή αυτής της ομάδας κτιρίων έγινε προκειμένου να εξεταστεί αν τα συμπεράσματα που προέκυψαν για τα ιδεατά συμμετρικά κτίρια βρίσκουν εφαρμογή και σε κτίρια με μη συμμετρική διάταξη φερόντων τοίχων και ανοιγμάτων. Και για αυτή την ομάδα κτιρίων παρουσιάζονται οι μέγιστες μετακινήσεις (εκτός και εντός επιπέδου) και διερευνάται η επιρροή των εξής παραμέτρων: 1) διαφραγματική λειτουργία, 2) πλήθος ορόφων, 3) πάχος τοίχων και 4) υλικό τοιχοποιίας. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μέγιστων μετακινήσεων (εκτός και εντός επιπέδου) για την τρίτη ομάδα κτιρίων που αφορά τα πραγματικά κτίρια. Η επιλογή αυτής της ομάδας κτιρίων έγινε προκειμένου να μελετηθεί πως επηρεάζεται η απόκριση μιας υφιστάμενης κατασκευής από την ύπαρξη διαφραγματικής λειτουργίας, το πλήθος ορόφων, το πάχος των τοίχων και το υλικό της τοιχοποιίας. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη διερεύνηση της επιρροής των δομικών χαρακτηριστικών κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία στην απόκρισή τους παρουσία σεισμικής διεγέρσεως. Τέλος, παρατίθενται η βιβλιογραφία καθώς και τα παραρτήματα της εργασίας. / The purpose of this study is to determine the response (in terms of displacements) of masonry buildings in the presence of seismic actions. The aim of the thesis is to investigate how the response of a masonry structure is affected by diaphragm action, the number of floors, the wall thickness, the type of material, the size of the openings and the symmetry in plan. For this purpose, three types of buildings constructed from unreinforced rubble stonework are studied: a) idealised symmetrical buildings b) idealised asymmetrically buildings and c) real buildings. Structural analysis is performed through the ETABS program 2013 using finite element surface elements (shell elements). All buildings are analysed using the same loading assumptions and typical heights for floor levels, sills and lintels. The first chapter presents some general aspects of the construction of masonry and lists some semi-empirical relations (Tassios, 1986) which can be used to determine the mechanical characteristics of masonry (modulus of elasticity, compressive strength, Poisson’s ratio, shear modulus). Subsequently, in the second chapter, the causes and types of damage that can be expected with masonry construction are briefly described. The third chapter describes the geometry of the investigated buildings through architectural drawings, which show the position and thickness of internal and external load-bearing walls as well as the location and geometry of openings. Moreover, influence surfaces are listed with which the construction loads are determined and the mechanical characteristics of the load-bearing walls are calculate for use in the ETABS program. Finally, the simulation method and the assumptions that were made for the analysis are described. The fourth chapter presents maximum displacements (in plane and out of plane) for idealised symmetrical buildings. Then the influence of the following parameters is investigated: 1) diaphragm action, 2) number of floors, 3) wall thickness, 4) building material and 5) size of openings. The fifth chapter examines the second group of buildings referred to as idealised asymmetric buildings. The choice of this group of buildings was undertaken in order to determine if the conclusions drawn from the idealised symmetrical buildings can be used for buildings with a non-symmetrical arrangement of load-bearing walls and openings. For this group of buildings, the maximum displacement (in plane and out of plane) is examined and the influence of the following parameters is investigated: 1) diaphragm action, 2) number of floors, 3) wall thickness and 4) building material. The sixth chapter presents the results of maximum displacements (in plane and out of plane) for the third group of buildings, real buildings. The group of buildings was selected in order to study how the response of an existing structure is affected by diaphragm action, the number of floors, the wall thickness and the material of the wall. Chapter seven presents the conclusions of the investigation into the influence of the structural characteristics of masonry buildings in response to the presence of seismic actions. Finally, references are listed and annexes for the work are presented.

Μια από τις πολλές δομικές εφαρμογές των συνθέτων υλικών, είτε αυτά έχουν την μορφή ινοπλισμένων πολυμερών είτε την μορφή ινοπλισμένων κονιαμάτων, είναι και η ενίσχυση τοιχοποιίας, φέρουσας ή μη. Τα σύνθετα υλικά είναι δυνατό να δώσουν λύση σε προβλήματα στατικής επάρκειας και αναβάθμιση στάθμης επιτελεστικότητας κτηρίων σύμφωνα με τους Ευρωκώδικες. Ο στόχος της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής διατριβής είναι: i. Να μελετηθούν οι τρόποι με τους οποίους είναι δυνατόν να ενισχυθεί μια τοιχοποιία από οπτοπλινθοδομή και να πραγματοποιηθούν πειραματικές δοκιμές, (για να καταστεί με αυτό τον τρόπο δυνατή η σύγκριση των θεωρητικών με τα πειραματικά δεδομένα). ii. Η κατασκευή αντιπροσωπευτικών δοκιμίων που να εξετάζουν και να απεικονίζουν την πλειονότητα των δομημάτων και τελικά η πειραματική επεξεργασία τους. iii. Η επιλογή των κατάλληλων υλικών με τα οποία είναι δυνατή η αποτελεσματική και πρακτική η ενίσχυση της τοιχοποιίας. iv. Η μελέτη του τρόπου με τον οποίο αλληλεμπλέκονται τα σύνθετα υλικά με την τοιχοποιία και η τελική αστοχία της τελευταίας, με στόχο την απόκτηση μεγαλύτερης αντοχής και πλαστιμότητας. v. Η σύγκριση των τρόπων ενίσχυσης με ανόργανη (τσιμεντοκονίαμα) και οργανική (εποξειδική ρητίνη) μήτρα και ανθρακονήματα. vi. Η εφαρμογή και εκτίμηση της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης με ράβδους ινών άνθρακα σε βαθιά αρμολογημένο τοίχο με την βοήθεια εποξειδικού τσιμεντοκονιάματος. vii. Η εκτίμηση κατά πόσο με την βοήθεια ενίσχυσης φέρουσας οπτοπλινθοδομής με σύνθετα υλικά είναι δυνατή η κάλυψη των σύγχρονων αντισεισμικών απαιτήσεων. / One of the many uses of composite materials, either in the form of fiber reinforced plastics "FRP" either in the form of fiber reinforced mortars, is the structural reinforcement of masonry. The composite materials are capable to provide a structural upgrade to a building so that it meats the contemporary eurocode demands. The goal of this master thesis is: 1. to study the possible ways of brick masonry reinforcement and perform experimental studies (so that it become possible to compare the theoretical with the experimental data) 2. the construction of representative experimental specimens that examine end picture the majority of civil masonry constructions end finally the experimental elaboration of these specimens. 3. The selection of the suitable material with witch it is possible end practical the reinforcement of the masonry. 4. The study of the ways that composite materials collaborate with the brick masonry up to the point of destruction end finding a way that the reinforced specimens would have more strength end ductility than the unreinforced ones. 5. The comparison end effectiveness of the specimens reinforced with inorganic matrix (cement mortar) versus the ones reinforced with organic matrix (epoxy resin) end carbon fibers. 6. The application end estimation of the effectiveness of carbon fiber bar reinforcement that is applied near the surface in the bed joints of the masonry specimens with the help of epoxy resin cement mortar. 7. To estimate if it is possible with the help of composite materials to reinforce masonry so that it meats contemporary antiseismic construction demands.

Στόχος της διατριβής αυτής είναι η διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς των στοιχείων ΙΑΜ (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας), η μελέτη της εφαρμογή τους για την ενίσχυση των κατασκευών και η χρήση τους με διάφορους άλλους τρόπους στο αντικείμενο του πολιτικού μηχανικού. Η εργασία αυτή αποτελεί μια συγκέντρωση ερευνών και μελετών που έχουν πραγματοποιηθεί κατά καιρούς και αφορούν τα βασικά στοιχεία των ΙΑΜ σε διάφορους τομείς. Πιο συγκεκριμένα η παρούσα εργασία αποτελείται από τα παρακάτω εννιά κεφάλαια: 1. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά στα υλικά από τα οποία αποτελούνται τα ΙΑΜ. Πιο συγκεκριμένα γίνεται αναφορά στις ίνες, όσον αφορά το είδος τους, καθώς και τις μεθόδους παραγωγής τους, αλλά και τις μεθόδους με τις οποίες οι κλώνοι ινών μετατρέπονται σε πλέγματα. Επίσης μελετούνται η μήτρα του σύνθετου υλικού, όπως και η παραγωγή των στοιχείων ΙΑΜ όταν πλέον έχουν παραχθεί τα επιμέρους υλικά του. 2. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετάται η ανθεκτικότητα, που παρουσιάζουν τα στοιχεία ΙΑΜ υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων, όπως είναι αυτοί του χρόνου, των υψηλών θερμοκρασιών, της υγρασίας κλπ. Στη μέση του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στην εφαρμογή προεμποτισμένων κλώνων ινών για την παραγωγή των ΙΑΜ. 3. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη συνάφεια ή αλλιώς στον δεσμό που δημιουργείται μεταξύ των ιδίων των ινών, των ινών με τη μήτρα κονιαμάτων και των στοιχείων ΙΑΜ με το σκυρόδεμα της κατασκευής που απαιτείται η ενίσχυση. Παράλληλα δίνονται τα προσομοιώματα του δεσμού- συνάφειας αλλά και οι δοκιμές, οι οποίες πραγματοποιούνται για τον έλεγχο των δεσμών αυτών. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στην επιρροή των συνθηκών του περιβάλλοντος, της προέντασης και του εμποτισμού των ινών στη συνάφεια μεταξύ ινών και μήτρας. 4. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρατίθεται η μηχανική συμπεριφορά των στοιχείων ΙΑΜ όπως έχει μελετηθεί από διάφορους ερευνητές κατά καιρούς, καθώς και οι παράγοντες που την επηρεάζουν. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα προσομοιώματα σχεδιασμού σε εφελκυσμό, κάμψη και διάτμηση. 5. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε μία καινούργια εφαρμογή των ΙΑΜ στις κατασκευές, αυτή της δημιουργίας προκατασκευασμένων στοιχείων. Στο κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνονται οι απαιτούμενες εξισώσεις σχεδιασμού καθώς και η μελέτη των πειραματικών δεδομένων που υπάρχουν, για τις περιπτώσεις υποστυλωμάτων και πλακολωρίδας. Τέλος παρουσιάζεται η συνάρτηση κόστους της παραγωγής παραμενόντων τύπων από ΙΑΜ. 6. Στο έκτο κεφάλαιο μελετάται η ενίσχυση των κατασκευών από σκυρόδεμα με την χρήση ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. Μέσα σε αυτό περιλαμβάνονται, οι μηχανισμοί αστοχίας του ενισχυμένου σκυροδέματος, η περίσφιγξη του με την συμπεριφορά της, καθώς και τα προσομοιώματα της, η ενίσχυση έναντι τέμνουσας, η σύγκριση τους με τα αντίστοιχα για την περίπτωση εφαρμογής ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ), καθώς και η εφαρμογή των ΙΑΜ για την ενίσχυση των πλακών. 7. Στο έβδομο κεφάλαιο μελετάται η ενίσχυση της τοιχοποιίας με την χρήση ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας, περιλαμβάνοντας τις καταπονήσεις από φορτίσεις κάμψης και διάτμησης εκτός και εντός επιπέδου. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται επίσης αναφορά στα συστήματα ενίσχυσης της, καθώς και στις περιπτώσεις ενίσχυσης ιστορικών κτιρίων αλλά και τόξων για την αύξηση της ανθεκτικότητας τους. Τέλος γίνεται μία σύγκριση των ΙΑΜ με τα ΙΟΠ βάση των πειραματικών μελετών που έχουν γίνει στην καταπόνηση τοιχίων. 8. Στο όγδοο κεφάλαιο δίνονται διάφορες εφαρμογές των στοιχείων ΙΑΜ, όσον αφορά το αντικείμενο των πολιτικών μηχανικών, κάποιες από τις οποίες έχουν σκοπό την κάλυψη επιφανειών, την προστασία του περιβάλλοντος, την μόνωση αλλά και την παραλαβή φορτίων. 9. Τέλος, στο ένατο κεφάλαιο γίνεται ο σχολιασμός και τα συμπεράσματα στα οποία καταλήγουμε από την μελέτη των ΙΑΜ σε όλα τα προηγούμενα κεφάλαια σε σύγκριση με τα στοιχεία από ΙΟΠ. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται πιθανά αντικείμενα για περαιτέρω μελλοντική έρευνα των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. / --

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διερευνήθηκε – τόσο σε πειραματικό όσο και σε αναλυτικό επίπεδο – η ενίσχυση των τοιχοπληρώσεων σε πλαίσια ΟΣ με μια νέα τεχνική που κάνει χρήση ενός προηγμένου σύνθετου υλικού γνωστού ως «Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ)». Η τεχνική αυτή αποτελεί εναλλακτική πρόταση ενίσχυσης έναντι άλλων, συμβατικών και μη, τεχνικών και χαρακτηρίζεται από την ευκολία εφαρμογής της, τις εξαιρετικές ιδιότητες του υλικού καθώς και τα συγκριτικά πλεονεκτήματα του τελευταίου έναντι ανταγωνιστικών υλικών για τον ίδιο σκοπό, όπως τα ινοπλισμένα πολυμερή. Για τη διερεύνηση της αποδοτικότητας της νέας τεχνικής σχεδιάσθηκε και εκτελέστηκε ένα πολύπλευρο πειραματικό πρόγραμμα. Αρχικά αναπτύχθηκε ένα νέου είδους αγκύριο με βάση τα πλέγματα ινών, το οποίο δοκιμάσθηκε ως μέσο σύνδεσης μεταξύ στοιχείων τοιχοποιίας και σκυροδέματος. Όπως έδειξαν πειραματικές δοκιμές για τη σύνδεση τοιχοποιίας-στοιχείων σκυροδέματος, τα αγκύρια που αναπτύχθηκαν αποδείχθηκαν επαρκώς αποτελεσματικά ώστε να χρησιμοποιηθούν στο δεύτερο - και κυρίως μέρος - του πειραματικού προγράμματος, το οποίο περιελάμβανε δοκιμές σε τριώροφα τοιχοπληρωμένα πλαίσια. Στα πλαίσια του δεύτερου μέρους του πειραματικού προγράμματος κατασκευάσθηκαν και δοκιμάσθηκαν, σε εντός επιπέδου ανακυκλιζόμενη φόρτιση, δύο τοιχοπληρωμένα πλαίσια μεγάλης κλίμακας (2/3). Το ένα εξ αυτών δοκιμάσθηκε χωρίς να ενισχυθεί και απετέλεσε το δοκίμιο αναφοράς, ενώ το άλλο δοκιμάσθηκε μετά την ενίσχυσή του με μανδύες ΙΑΜ και την υλοποίηση αγκύρωσης/σύνδεσης της τοιχοπλήρωσης με τα περιμετρικά μέλη του πλαισίου. Επιπλέον των δοκιμών κυκλικής φόρτισης, πραγματοποιήθηκαν και δοκιμές ελεύθερης ταλάντωσης για τη μελέτη της επιρροής των τοιχοπληρώσεων – ενισχυμένων και μη – στα δυναμικά χαρακτηριστικά του πλαισίου. Τα αποτελέσματα των δοκιμών στα τριώροφα τοιχοπληρωμένα πλαίσια κατέδειξαν τη συμβολή της νέας τεχνικής στη βελτίωση της απόκρισης του πλαισίου με αύξηση της αντοχής του σε πλευρική φόρτιση, της ικανότητας παραμόρφωσής του και της ικανότητας ανάλωσης ενέργειας. Το τρίτο μέρος της έρευνας επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη αναλυτικού προσομοιώματος, το οποίο βασίσθηκε στη χρήση γραμμικών στοιχείων θλιπτήρα-ελκυστήρα για την προσομοίωση της απόκρισης των τοιχοπληρώσεων (ενισχυμένων και μη). Για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων του θλιπτήρα έγινε χρήση αναλυτικών σχέσεων από τη βιβλιογραφία, ενώ για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων του ελκυστήρα αναπτύχθηκε κατάλληλη αναλυτική μεθοδολογία. Για τον προσδιορισμό συγκεκριμένων παραμέτρων που απαιτούνταν για το αναλυτικό προσομοίωμα της ενισχυμένης τοιχοπλήρωσης, διεξήχθησαν πρόσθετες δοκιμές και συγκεκριμένα, δοκιμές εφελκυσμού ΙΑΜ, δοκιμές κεντρικής θλίψης τοιχοσωμάτων – ενισχυμένων και μη – και δοκιμές διαγώνιας θλίψης τοιχοσωμάτων – ενισχυμένων και μη. Οι πειραματικά προσδιορισμένες ιδιότητες του υλικού της ενίσχυσης (όπως η εφελκυστική του αντοχή και το μέτρο ελαστικότητας) καθώς και οι ιδιότητες των τοιχοσωμάτων (όπως η θλιπτική αντοχή, η διατμητική τάση ρηγμάτωσης, το μέτρο ελαστικότητας και το μέτρο διάτμησης) χρησιμοποιήθηκαν ως τιμές των αντίστοιχων παραμέτρων του αναλυτικού προσομοιώματος. Τα παραπάνω στοιχεία ενσωματώθηκαν σε λογισμικό ανοικτού κώδικα για τη μη-γραμμική ανάλυση κατασκευών, στο οποίο τα μέλη του πλαισιακού φορέα (δοκοί και υποστυλώματα) προσομοιώνονται με γραμμικά στοιχεία συγκεντρωμένης ανελαστικότητας στα άκρα τους. Για την προσομοίωση των δύο πειραματικών δοκιμίων (μη ενισχυμένο και ενισχυμένο τοιχοπληρωμένο τριώροφο πλαίσιο) πραγματοποιήθηκαν σειρές αναλύσεων με στόχο την βαθμονόμηση-επαλήθευση του αναλυτικού προσομοιώματος. Βάσει των αναλύσεων προέκυψε ότι το αναλυτικό προσομοίωμα μπορεί να αναπαράγει με καλή ακρίβεια την απόκριση των πειραματικών δοκιμίων. Η διατριβή χωρίζεται σε επτά κεφάλαια. Στο Κεφάλαιο 1 πραγματοποιείται η εισαγωγή στο αντικείμενο της εργασίας και στο πρόβλημα το οποίο επιχειρεί να αντιμετωπίσει. Στο πλαίσιο της περιγραφής του προβλήματος παρουσιάζονται συνοπτικά οι υφιστάμενες τεχνικές αντιμετώπισης, οι οποίες είτε εφαρμόζονται στο πεδίο είτε έχουν διερευνηθεί πειραματικά. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφεται συνοπτικά το υλικό το οποίο χρησιμοποιείται στη νέα τεχνική που αναπτύσσεται στην παρούσα εργασία, δηλαδή τα «Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ)», μαζί με μία σύντομη ανασκόπηση των ερευνητικών εργασιών της διεθνούς βιβλιογραφίας που κάνουν χρήση των ΙΑΜ σε εφαρμογές ενισχύσεων στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος (ΟΣ) και τοιχοποιίας. Το Κεφάλαιο 3 αποτελεί ένα μικρό κεφάλαιο στο οποίο περιγράφεται εποπτικά το σύνολο του πειραματικού προγράμματος το οποίο χωρίζεται σε τρία μέρη. Το πρώτο μέρος παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 4 και διερευνά τη σύνδεση μεταξύ μελών ΟΣ και τοιχοποιίας μέσω ΙΑΜ και ειδικά διαμορφούμενων αγκυρίων ινών. Στο Κεφάλαιο 5, το οποίο αποτελεί τον κορμό της παρούσας εργασίας, παρουσιάζεται το δεύτερο μέρος του πειραματικού προγράμματος που αποτελείται από δοκιμές σε τριώροφα τοιχοπληρωμένα πλαίσια μεγάλης κλίμακας. Η περιγραφή του τρίτου μέρους του πειραματικού προγράμματος, το οποίο περιλαμβάνει συμπληρωματικές δοκιμές για την υποστήριξη των αναλύσεων, ενσωματώνεται στο Κεφάλαιο 6 μαζί με την περιγραφή του αναλυτικού προσομοιώματος και των αριθμητικών αναλύσεων. Τέλος, στο Κεφάλαιο 7 πραγματοποιείται η σύνοψη της εργασίας και η παράθεση των συμπερασμάτων που προκύπτουν από αυτή. / The subject of the present thesis is the experimental and analytical investigation of strengthening masonry infilled reinforced concrete (RC) frames with Textile-Reinforced Mortar (TRM). The proposed strengthening technique comprises the application of externally applied TRM layers on the infills surfaces and the connection to the surrounding RC frame members. TRM is a composite material which comprise fibers in form of textiles in combination with inorganic matrices (such as cement based mortars). The experimental campaign includes tests on small-scale specimens (i.e. masonry subassemblies) as well as on large-scale specimens (3-story masonry infilled RC frames). In the framework of the first part of the experimental campaign different methods of masonry infill-concrete connection are examined by developing and testing textile-based anchors. The parameters under investigation include mainly the type of boundary conditions at the masonry-concrete interface, the geometry and fiber volume of anchors and the type and number of layers of the textile. It is concluded that the anchors developed in this study enable the transfer of substantial tensile forces between masonry and concrete. The second part of the experimental campaign includes the application of TRM on nearly full-scale, as-built and retrofitted, 3-storey frames, subjected to in-plane cyclic loading. The results of testing a 2:3 scale, as-built frame representing typical structures with non-seismic design and detailing characteristics and of a companion frame retrofitted via TRM jacketing are compared in terms of the efficiency of the proposed technique to enhance the strength and deformation characteristics. Additionally, in order to determine the dynamic characteristics of the frames free vibration tests are performed in three different stages of their construction (bare frame; infilled-frame; retrofitted-infilled frame). It is concluded that the proposed strengthening technique is very effective in increasing the lateral strength, the deformation capacity, the initial elastic stiffness as well as the dissipating energy of the infilled frames. The last part of the thesis presents an analytical approach for modeling the behavior of TRM-retrofitted infilled RC frames under seismic loading. The model falls into the discrete diagonal-element type and is based on the use of a single-strut and single-tie elements to represent the infill panel and it builds on the results of the experimental campaign. The model is implemented in a nonlinear finite-element code, with the parameters of the diagonal elements being determined from a series of tests on TRM coupons and masonry specimens. The results of the numerical analyses are compared with the experimental data and is concluded that the model adequately accounts for the TRM-strengthening contribution to the global response of masonry-infilled frames.

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.