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

Στην παρούσα 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 εργασία αυτή διερευνάται η δυναμική απόκριση κρυογενικών δεξαμενών υγροποιημένου φυσικού αερίου υποκείμενων σε δράση σεισμού. Επειδή οι εν λόγω δεξαμενές αποτελούν κρίσιμα στοιχεία για τη λειτουργία ενός συστήματος διανομής φυσικού αερίου και επειδή ενδεχόμενη καταστροφική αστοχία τους θα είχε δυσβάστακτες κοινωνικές επιπτώσεις, ιδιαίτερα αυστηρές απαιτήσεις ισχύουν σχετικά με τον αντισεισμικό σχεδιασμό τους. Για το σχεδιασμό έναντι σεισμού προδιαγράφονται συνήθως ένα σεισμικό γεγονός με μέση περίοδο επαναφοράς της τάξης των 500 ετών, κατά το οποίο οι δεξαμενές απαιτείται να παραμένουν πλήρως λειτουργικές, και ένα σεισμικό γεγονός με μέση περίοδο επαναφοράς της τάξης των 5000 έως 10000 ετών, κατά το οποίο απαιτείται η εξασφάλιση της ασφαλούς διακοπής της λειτουργίας των δεξαμενών, ενώ ελάχιστη μόνο βλάβη είναι αποδεκτή στα δομικά στοιχεία τους. Οι εν λόγω δεξαμενές αποτελούνται από δύο κελύφη: Ένα εξωτερικό κυλινδρικό κέλυφος από προεντεταμένο σκυρόδεμα με θολωτή στέγη από οπλισμένο σκυρόδεμα και ένα εσωτερικό κέλυφος από κρυογενικό χάλυβα, εντός του οποίου αποθηκεύεται το προϊόν. Τα δύο κελύφη εδράζονται σε κοινή πλάκα βάσης. Στην εργασία αυτή εξετάζονται δύο εναλλακτικοί τρόποι έδρασης της πλάκας βάσης: α) απλή έδραση επί του διαμορφωμένου εδάφους και β) εφαρμογή κάποιας διάταξης σεισμικής μόνωσης επί της οποίας εδράζεται η πλάκα βάσης. Ειδικότερα, εξετάζονται τα ακόλουθα συστήματα σεισμικής μόνωσης: α) μόνωση με ελαστομεταλλικά εφέδρανα με ελαστομερές υψηλής απόσβεσης, β) μόνωση με ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μόλυβδου, και γ) μόνωση με συνδυασμό γραμμικών ελαστομεταλλικών εφεδράνων και μη γραμμικών αποσβεστήρων. Στις ιδιαιτερότητες του δυναμικού προβλήματος περιλαμβάνονται, εκτός από την επίδραση της μόνωσης, η δυναμική αλληλεπίδραση των δύο κελυφών, η δυναμική αλληλεπίδραση υγρού-δεξαμενής, ο κυματισμός της ελεύθερης επιφάνειας του υγρού και η δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους-δεξαμενής. Τα φαινόμενα αυτά λαμβάνονται υπόψη στην ανάλυση. Για τη μελέτη του κυματισμού της ελεύθερης επιφάνειας χρησιμοποιείται η γραμμική θεωρία κυμάτων. Για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης υγρού-δεξαμενής εφαρμόζεται μια προσέγγιση τύπου Lagrange με χρήση πεπερασμένων στοιχείων υγρού. Για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης εδάφους-δεξαμενής χρησιμοποιούνται συγκεντρωμένα στοιχεία δυσπαραμορφωσιμότητας και απόσβεσης. Επίσης, συγκεντρωμένα στοιχεία δυσπαραμορφωσιμότητας και απόσβεσης χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των συστημάτων μόνωσης. Τα χαρακτηριστικά των παραπάνω συγκεντρωμένων στοιχείων για την προσομοίωση της αλληλεπίδρασης εδάφους-δεξαμενής και των συστημάτων μόνωσης επιλέγονται με βάση ρεαλιστικές υποθέσεις για τις δυναμικές ιδιότητες του εδάφους θεμελίωσης και τα χαρακτηριστικά των συστημάτων μόνωσης. Δύο περιπτώσεις υφιστάμενων δεξαμενών υιοθετούνται προς ανάλυση. Οι δύο δεξαμενές διαφέρουν κυρίως ως προς τη χωρητικότητα και το λόγο ύψους προς ακτίνα. Και οι δύο δεξαμενές έχουν μελετηθεί και κατασκευαστεί χωρίς σεισμική μόνωση. Ένα συνθετικό επιταχυνσιογράφημα συμβατό με το φάσμα απόκρισης σχεδιασμού του Ευροκώδικα 8 για λόγο απόσβεσης 5%, για την αντίστοιχη κατηγορία εδάφους και για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση λίγο μεγαλύτερη από αυτή για την οποία είναι σχεδιασμένες οι δεξαμενές περιγράφει τη διέγερση της κατασκευής στην οριζόντια διεύθυνση. Για την ανάλυση αναπτύσσεται ένα συνολικό παραμετρικό προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων το οποίο περιλαμβάνει τα δύο κελύφη και το αποθηκευμένο υγρό. Στο προσομοίωμα συμπεριλαμβάνονται, ανάλογα με την περίπτωση που κάθε φορά αναλύεται, τα κατάλληλα στοιχεία για την προσομοίωση της αλληλεπίδρασης εδάφους-δεξαμενής ή των διαφόρων συστημάτων μόνωσης. Το προσομοίωμα χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των ιδιομορφών και την πραγματοποίηση δυναμικών γραμμικών και μη γραμμικών αναλύσεων με ολοκλήρωση στο πεδίο του χρόνου. Οι μη γραμμικές αναλύσεις είναι αναγκαίες για να ληφθεί υπόψη με ρεαλιστικό τρόπο η έντονα μη γραμμική συμπεριφορά των συστημάτων μόνωσης. Στην περίπτωση αυτή η μη γραμμικότητα είναι συγκεντρωμένη στα στοιχεία που προσομοιώνουν τη μόνωση ενώ για την υπόλοιπη κατασκευή γίνεται σε κάθε περίπτωση η παραδοχή γραμμικής συμπεριφοράς. Η παραδοχή αυτή προκύπτει από το γεγονός ότι για τις δεξαμενές αυτού του τύπου η αποδεκτή βλάβη, και επομένως μη γραμμικότητα στη συμπεριφορά, των δομικών στοιχείων είναι ελάχιστη. Παρουσιάζονται επιλεγμένα αποτελέσματα των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν με χρήση του προσομοιώματος πεπερασμένων στοιχείων. Τα αποτελέσματα αυτά αναφέρονται κυρίως στην τέμνουσα βάσης, τη ροπή ανατροπής, τις οριζόντιες μετακινήσεις της κατασκευής σε διάφορες στάθμες και το ύψος του κυματισμού. Έμφαση δίνεται στην ποσοτικοποίηση της επίδρασης της αλληλεπίδρασης εδάφους-δεξαμενής και της σεισμική μόνωσης στα ανωτέρω μεγέθη. Η εργασία τελειώνει με γενικά συμπεράσματα. / In the present work the dynamic response of liquefied natural gas cryogenic tanks subjected to earthquake action is investigated. Since these tanks are critical elements for the function of a natural gas distribution system and because a potential failure of them could lead to a major disaster, very severe requirements concerning the seismic design of these tanks are imposed. For the design against earthquake action two seismic events are generally considered: an event with a mean return period of 475 years during which the tanks are expected to remain fully operational and an event with a mean return period of the order of 5000 to 1000 years during which the safe shut down of the tanks is to be ensured, while minimum damage is accepted at the structural parts of the tanks. The type of tanks under consideration is constituted of two shells: an outer one made of prestressed concrete and an inner one made of cryogenic steel in which the product is stored. Both shells rest on a common base slab. In these work two alternative ways for the support of this slab are examined: a) the slab lays directly on the ground and b) the slab lays on a number of devices which provide seismic isolation. The following isolation systems are examined. a) high damping rubber bearings, b) lead core rubber bearings and c) low damping rubber bearing in conjunction with non-linear viscous dampers. The examined structural dynamic problem is characterised by certain particularities, besides the one of the implementation of an isolation system. The most important of them are sloshing of the free surface, dynamic fluid-structure interaction, dynamic soil-structure interaction and interaction between the inner and outer shell. These phenomena are taken into consideration in the preformed analyses. For the modeling of the free surface effect the realistic assumption of small wave height is made and the linear wave theory is employed. For the modeling of the fluid-structure interaction a Lagrangian approach is applied using finite elements for the modeling of the liquid and the solid domain. The soil-structure interaction is simulated by using concentrated stiffness and damping elements. Concentrated stiffness and damping elements are used for the modeling of the isolation systems as well. Two cases of existing tanks are adopted for analysis. The two tanks differ mainly in capacity and in the height to radius ratio. Both tanks are designed and constructed without seismic isolation. A global parametric finite element model is developed for the analyses. In this model the appropriate elements are incorporated for the modeling of the soil-structure interaction and the seismic isolation system, depending on the analysed case. The model is used for the calculation of eigenmodes and eigenfrequencies and for performing linear and non-linear transient analyses in time domain. Non-linear analyses are necessary in order for the highly non-linear behavior of the isolation devices to be properly simulated. In these cases the non-linearity is concentrated at the elements which simulate the seismic isolation system while the rest of the structure is considered elastic in all cases. This consideration is justified by the fact that for these tanks the acceptable damage, and consequently non-linearity in the behavior of the structural part, is minimum. Selective results of the performed analyses are presented. These results refer mainly to base shear forces, overturning moments, horizontal displacements at different levels of the tank and sloshing heights. Emphasis is on the quantification of the impact of the soil-structure interaction and the implementation of the examined seismic isolation systems.