Στην παρούσα εργασία υπολογίστηκαν μηχανισμοί γένεσης σεισμών, χρησιμοποιώντας ένα μικροσεισμικό δίκτυο, εγκατεστημένο στη νότια Αλβανία. Πρόκειται για μια περιοχή που βρίσκεται στο νοτιοδυτικό άκρο της Αλβανίας, κοντά στα σύνορα με την Ελλάδα και γεωλογικά ανήκει στην Ιόνια ζώνη. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν και επεξεργάστηκαν 22 σεισμικά γεγονότα που επιλέχθηκαν με συγκεκριμένα κριτήρια, από το σύνολο των καταγραφών του μικροσεισμικού δικτύου που είχε εγκατασταθεί στην περιοχή. Το μικροσεισμικό δίκτυο τοποθετήθηκε στηνπεριοχή του αντικλίνου Kurveleshi. Η δομή του (ALIAJ et al. 1991) αποδίδεται σε τεκτονικά ρήγματα κατά μήκος και εγκαρσίως σε αυτό. Ο ρόλος της λιθολογίας στο σχηματισμό του αντικλίνου είναι σημαντικός γιατί πάνω στις μεγάλες επωθήσεις αναπτύσσονται διαπυρικοί δόμοι. Εφαρμόστηκαν τρεις μέθοδοι υπολογισμού των μηχανισμών γένεσης: α) Προσδιορισμός των μηχανισμών γένεσης με χρήση δεδομένων πολικότητας-πρόγραμμα FPFIT, β) Προσδιορισμός των μηχανισμών γένεσης με αντιστροφή κυματομορφών-πρόγραμμα ISOLA και γ) Προσδιορισμός των μηχανισμών γένεσης με χρήση πλατών κυμάτων Ρ, SV και SH – πρόγραμμα FOCMEC. Αρχικά εφαρμόστηκε η μέθοδος των πρώτων αποκλίσεων των P κυμάτων που χρησιμοποιείται από τους σεισμολόγους εδώ και πολλά χρόνια για την εύρεση του μηχανισμού γένεσης ενός σεισμού δίνοντας έτσι τα χαρακτηριστικά των δύο επιπέδων διάρρηξης. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι ο τρόπος ακτινοβολίας των σεισμικών κυμάτων έχει άμεση σχέση με τη γεωμετρία του ρήγματος. Το κύμα P είναι το πρώτο κύμα που καταγράφεται μετά από έναν σεισμό στα όργανα στους σταθμούς καταγραφής και ως εκ τούτου είναι μια φάση πολύ εύκολα αναγνωρίσιμη. Η βασική ιδέα για την εφαρμογή της μεθόδου είναι ότι η πρώτη κίνηση των επιμήκων κυμάτων, δηλαδή εάν είναι αραίωση (άφιξη με φορά προς τα κάτω) ή συμπίεση (άφιξη με φορά προς τα πάνω) εξαρτάται από τη διεύθυνση (το αζιμούθιο) του σταθμού καταγραφής σε σχέση με το σεισμό. Με τη συγκεκριμένη μέθοδο προσδιορίστηκαν οι μηχανισμοί γένεσης και για τα 22 σεισμικά γεγονότα. Υπάρχει όμως και η περίπτωση όπου μια πρώτη άφιξη δεν είναι σαφής ως προς το εάν παριστάνει μια αραίωση ή συμπίεση και δυσχερένει την ακριβή χάραξη των δυο επιπέδων. Αυτό μπορεί να συμβαίνει είτε λόγω του θορύβου, είτε γιατί η πρώτη άφιξη είναι πολύ μικρή σε πλάτος οπότε και πολύ δύσκολα αναγνωρίσιμη. Αυτές λοιπόν οι δυσκολίες μπορεί να μην επιτρέπουν τον ακριβή προσδιορισμό του μηχανισμού γένεσης, γι αυτό σε μια δεύτερη φάση χρησιμοποιήθηκαν και τα πλάτη των κυμάτων. Συγκεκριμένα αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει εκτός των φάσεων των πρώτων αποκλίσεων και το λόγο των πλατών των εγκαρσίων κυμάτων S, ως προς το πλάτος των επιμήκων κυμάτων Ρ, δηλαδή το λόγο S/P των κυμάτων βελτιώνοντας αισθητά τα αποτελέσματα όπου υπάρχουν λίγοι σταθμοί ή δεν είναι καλά κατανεμημένοι αζιμουθιακά. Η μέθοδος αυτή θεωρείται σχετικά απλή καθώς απαιτούνται μόνο οι διαφορές μεταξύ της διαφορετικής απόσβεσης των κυμάτων P και S ενώ ενδιαφέρουν και όποιες τοπικές επιδράσεις υπάρχουν σε κάθε σταθμό (site effect) που μπορούν να επηρεάσουν τα πλάτη. Με τη συγκεκριμένη μέθοδο προσδιορίστηκαν οι μηχανισμοί γένεσης για τα 21 σεισμικά γεγονότα. Η τελευταία μέθοδος επεξεργασίας που χρησιμοποήθηκε, περιλαμβάνει τον υπολογισμό μηχανισμών γένεσης με τη χρήση του προγράμματος ISOLA το οποίο προσδιορίζει τον τανυστή της σεισμικής ροπής με αντιστροφή κυματομορφών και για δεδομένα τοπικών σεισμών. Με τη συγκεκριμένη μέθοδο προσδιορίστηκαν οι μηχανισμοί γένεσης για τα 12 σεισμικά γεγονότα. Η διαδικασία της αντιστροφής του τανυστή της σεισμικής ροπής παρέχει αξιόπιστες πληροφορίες σχετικά με τον μηχανισμό γένεσης και ειδικότερα τη γεωμετρία της διάρρηξης στο χώρο, τη σεισμική ροπή, το μέγεθος σεισμικής ροπής Mw, τη σεισμική πηγή και το βάθος της εστίας. Αποτελεί γενικά ένα μαθηματικό πρόβλημα που λύνεται συγκρίνοντας τις παρατηρούμενες κυματομορφές με τα αντίστοιχα συνθετικά κύματα. Το πρόβλημα επιλύεται ελαχιστοποιώντας τις διαφορές μεταξύ των συνθετικών και των παρατηρούμενων κυματομορφών. Από τη μελέτη και την επεξεργασία των μικροσεισμικών δεδομένων στη νότια Αλβανία προκύπτει ότι είναι μια περιοχή με έντονη μικροσεισμική δραστηριότητα Οι μηχανισμοί γένεσης που υπολογίστηκαν συμφωνούν μεταξύ τους και για τις τρεις μεθόδους που εφαρμόστηκαν ( FPFIT, ISOLA, FOCMEC). Συγκεκριμένα υπολογίστηκαν ανάστροφα και οριζόντια ρήγματα που επιβεβαιώνουν το καθεστώς συμπίεσης που επικρατεί στην περιοχή. Η σύγκρουση του ανώτερου μανδύα της αδριατικής μικροπλάκας με το αλβανικό ορογενές προτείνεται για να εξηγήσει τους μηχανισμούς γένεσης που παρατηρήθηκαν. Επίσης προσδιορίστηκαν και μηχανισμοί κανονικών ρηγμάτων που προέρχονται όμως από μικρούς σεισμούς και δικαιολογούνται από την εμφάνιση εβαποριτών στην περιοχή μελέτης. Τέλος διαπιστώθηκε ότι είναι εφικτός ο υπολογισμός των μηχανισμών γένεσης με αντιστροφή κυματομορφών ακόμα και για μικρά σεισμικά γεγονότα. Με απαραίτητες όμως προυποθέσεις η αντιστροφή να γίνεται χρησιμοποιώντας υψηλές συχνότητες κι επίσης να υπάρχουν: σταθμοί σε κοντινή απόσταση (4km περίπου), καλό μοντέλο ταχυτήτων και καλή ποιότητα καταγραφών. / In the present work were calculated tensor solutions of earthquakes, using a microseismic network, located in Southern Albania. This is an area located at the southwestern tip of Albania, near the border with Greece and geologically belongs to the Ionian Zone. Specifically, they had studied and worked 22 seismic events were selected by specific tests from all the records of microseismic network was installed in the area. They had applied three methods for calculating focal mechanisms: a) Identification of mechanisms using polarity data – program FPFIT, b) Determination of focal mechanisms with reverse  waveform – program ISOLA and c) Determination of focal mechanisms using P wave amplitudes, SV and SH – program FOCMEC. Initially, was being  used the methodology of the first differences of P waves. This method relies on the fact that the way radiation of seismic waves is directly related to the geometry of the fault. The basic idea of the method is that the first motion of long waves, ie if dilution (arrival by pointing down) or compression (arrival by pointing up), depends on the direction (azimuth) of the station registration in relation to the earthquake. With this method were determined tensor solutions for the 22 seismic events. In a second step was being used and the amplitudes of seismic waves. Specifically, this method include other steps of the first gap and the reason of the amplitudes of transverse waves S, for amplitudes of waves P, ie the reason S/P waves significantly improved results with few or no stations are well distributed azimuthal. This method is relatively simple and requires only the differences between the different damping of the waves P and S and interest any local effects in each station (site effect) that can affect the back. By this method were also determined tensor solutions for 21 seismic events. The last method of treatment was used, includes calculation of focal mechanisms using the ISOLA project that identifies seismic moments tensor inversion of waveform data and local earthquakes. We were determined tensor solutions for 12 seismic events. The reversal process of the seismic moment tensor provides reliable information about the mechanism of generation and in particular the geometry of the fracture site, the seismic moment, the magnitude of seismic moment Mw, the seismic source and the depth of the outbreak. By the study and treatment of microseismic data in south Albania result that is an area of intense microseismic activity. The tensor solutions calculated, agree with each other for all three methods applied (FPFIT, ISOLA, FOCMEC). Specifically, calculated and horizontal reverse faults confirm the compression scheme that prevails in the region. Also identified mechanisms of normal faults that come from small earthquakes as justified by the appearance of evaporates in the study area. Finally, had found that is feasible the calculations of focal mechanisms with reverse waveforms even small seismic events.

Η μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία έχει ως στόχο να δημιουργήσει ένα ανοικτού κώδικα λογισμικό (scisola) -σε python-, το οποίο να παρέχει τις ακόλουθες λειτουργίες: Αυτοματοποίηση του υπολογισμού ΤΣΡ με σύνδεση στο σύστημα του SeisComP3. Αποθήκευση των αποτελεσμάτων σε βάση δεδομένων. Δυνατότητα παραμετροποίησης του λογισμικού από το χρήστη με χρήση γραφικού περιβάλλοντος (configuration). Δυνατότητα προβολής των αποτελεσμάτων με χρήση γραφικού περιβάλλοντος (review). Δυνατότητα τροποποίησης των αποτελεσμάτων βάση επιλογής του χρήστη με χρήση γραφικού περιβάλλοντος (revision). / This master thesis contributes by providing an open-source software application (scisola) -written in python-. It supports: Automatic calculation of moment tensors; the seismic event notification, station information and the corresponding waveforms are provided by the SeisComP3 system through different utilities and services like slinktool and seedlink server respectively. The moment tensor is calculated through the ISOLA software in parallel mode using multiple threads through multiprocessing python libraries for much faster calculations. Result storing in database for better data management. Extensive configuration changes based on the needs of each researcher, through a user friendly graphical interface. A graphical overview of the moment tensor calculation and the corresponding data fit. Moment tensor revision in case the user wishes to alter the automatically suggested result.

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.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς και την ενίσχυση μη-κανονικών σε κάτοψη κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος. Σε μια έντονα σεισμογενή περιοχή όπως η Ελλάδα, η ύπαρξη πολύ μεγάλου ποσοστού (περί το 70%) κατασκευών που δεν διαθέτουν την ασφάλεια έναντι του σεισμού που απαιτούν οι σημερινοί κανονισμοί, αποτελεί μεγάλο πρόβλημα. Επιπλέον, πέραν της έλλειψης αντισεισμικού σχεδιασμού τους, η δομική μορφολογία της πλειοψηφίας των κατασκευών αυτών ευνοεί την ανάπτυξη στρεπτικής απόκρισης κατά το σεισμό, καθιστώντας ακόμα πιο δυσμενή την κατάσταση. Πέραν των τεχνικών και οικονομικών δυσχερειών που παρουσιάζει η ενίσχυση των κατασκευών αυτών, έως τώρα, και πριν τη θεσμοθέτηση στην Ελλάδα του αντίστοιχου μέρους του Ευρωκώδικα 8 (Μέρος 3) ή του Κανονισμού Επεμβάσεων (ΚΑΝΕΠΕ), η ενίσχυση είχε κυρίως εμπειρικό χαρακτήρα. Στη διατριβή αυτή προτείνονται υπολογιστικά εργαλεία και μέθοδοι για τη λεπτομερή αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς της προβληματικής αυτής κατηγορίας κατασκευών με στόχο την κατανόηση της απόκρισής τους κατά το σεισμό αλλά και τον προσδιορισμό των «αδύνατων σημείων» τους, έτσι ώστε η ενίσχυση να είναι προσανατολισμένη ακριβώς εκεί, κάτι που είναι ορθολογικότερο όχι μόνο επιστημονικά αλλά και από άποψη κόστους. Ως αντικείμενο μελέτης και εφαρμογής των μεθόδων και διαδικασιών που προτείνονται σε αυτή τη διατριβή χρησιμοποιούνται τέσσερα πραγματικά κτίρια, δύο από τα οποία προϋπήρχαν ενώ τα υπόλοιπα κατασκευάστηκαν με σκοπό τη διεξαγωγή πειραματικών δοκιμών με την ψευδοδυναμική μέθοδο. Τα υφιστάμενα κτίρια είναι η τετραώροφη πολυκατοικία επί των οδών Πίνδου και Γ. Παπανδρέου στη Νέα Φιλαδέλφεια Αττικής η οποία κατέρρευσε κατά τον σεισμό της Αθήνας το 1999, και το Δημοτικό Θέατρο Αργοστολίου «Ο Κέφαλος». Από τα δύο κτίρια που κατασκευάστηκαν εξ’ αρχής, το πρώτο είναι τριώροφο σε φυσική κλίμακα και κατασκευάστηκε για να δοκιμαστεί ψευδο-δυναμικά στο Κοινό Κέντρο Έρευνας της Ευρωπαϊκής Ένωσης στην Ispra της Ιταλίας, και το δεύτερο είναι διώροφο σε κλίμακα 1:0.75 και κατασκευάστηκε για να δοκιμαστεί ψευδο-δυναμικά στο Εργαστήριο Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Και τα τέσσερα κτίρια είναι χαρακτηριστικά της μελετητικής και κατασκευαστικής πρακτικής που ίσχυε στην Ελλάδα αλλά και στην ευρύτερη περιοχή της νότιας Ευρώπης τη δεκαετία του 1970. Στο πρώτο Κεφάλαιο της διατριβής γίνεται αναφορά στο πρόβλημα της ύπαρξης στη χώρα μας μεγάλου ποσοστού υφισταμένων κατασκευών χωρίς επαρκή ή και στοιχειώδη αντισεισμικό σχεδιασμό. Ακολουθεί μια σύντομη ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη και βελτίωση των Ελληνικών αντισεισμικών κανονισμών, καθώς και μια αναφορά στις πρακτικές δυσχέρειες της σεισμικής αποτίμησης και ενίσχυσης. Στο δεύτερο Κεφάλαιο γίνεται αναφορά στους στόχους αποτίμησης της φέρουσας ικανότητας και της ενίσχυσης κατά τους σύγχρονους κανονισμούς (Ευρωκώδικα 8 – Μέρος 3 και ΚΑΝΕΠΕ), τις στάθμες επιτελεστικότητας κατά το σεισμό που αυτοί εισάγουν, καθώς και στην ανίσωση ασφαλείας που ισχύει κατά περίπτωση για τη σεισμική «ζήτηση» και τη σεισμική «ικανότητα», με αναλυτική παρουσίαση των κατά περίπτωση συντελεστών ασφαλείας που ισχύουν για τα υλικά, τις μεθόδους ανάλυσης, την αξιοπιστία των διαθέσιμων δεδομένων κλπ. Στο τρίτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται συνοπτικά το υπολογιστικό εργαλείο ANSRuop που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής και χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή όλων των αναλύσεων, γραμμικών ελαστικών, ιδιομορφικών, δυναμικών φασματικών, μη-γραμμικών στατικών (pushover) και μη-γραμμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας. Στη συνέχεια παρατίθενται και αναλύονται οι μαθηματικές σχέσεις που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των μελών οπλισμένου σκυροδέματος και την ποσοτικοποίηση των μεγεθών έντασης και παραμόρφωσης που υπεισέρχονται στην διαδικασία της σεισμικής αποτίμησης και ενίσχυσης. Στο τέταρτο Κεφάλαιο γίνεται εφαρμογή των μεθόδων αποτίμησης για τις τέσσερις κατασκευές με τις οποίες ασχολείται η διατριβή. Αυτές περιλαμβάνουν τη διερεύνηση των στατικών εκκεντροτήτων των κατασκευών (οι οποίες δίνουν ένδειξη για την ενδεχόμενη ανάπτυξη δυσμενούς στρεπτικής απόκρισης κατά το σεισμό η οποία οδηγεί σε περαιτέρω αύξηση των παραμορφώσεων), τη διερεύνηση των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών τους, (ιδιοπεριόδων και ιδιομορφών), τη διεξαγωγή μη-γραμμικών στατικών αναλύσεων στο χώρο (pushover) για μια πρώτη εκτίμηση της συμπεριφοράς και των αδύνατων σημείων των κατασκευών, και τη διεξαγωγή δεσμών μη-γραμμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας για την ακριβή κατανόηση της σεισμικής απόκρισης και το λεπτομερή προσδιορισμό των αδύνατων αυτών σημείων. Στο πέμπτο Κεφάλαιο προτείνονται τρόποι ενίσχυσης για τις τρεις από τις κατασκευές του Κεφαλαίου 4, και διερευνάται η αποδοτικότητα και η επάρκεια της ενίσχυσης με χρήση των υπολογιστικών μεθόδων του Κεφαλαίου 4, ενώ εξετάζεται και το κατά πόσο ο τρόπος της ενίσχυσης πέτυχε το στόχο της μείωσης της στατικής εκκεντρότητας και συνεπώς οδήγησε σε μερική αποτροπή της στρεπτικής απόκρισης. Στο έκτο Κεφάλαιο γίνεται διερεύνηση της σχέσης ανάμεσα στις ανελαστικές και τις ελαστικές παραμορφώσεις που προκύπτουν υπολογιστικά από τη διεξαγωγή μη-γραμμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας και ελαστικών αναλύσεων (ισοδύναμης στατικής ή δυναμικής φασματικής) αντίστοιχα, ειδικά για την περίπτωση των μη-κανονικών κτιρίων με τα οποία ασχολείται η παρούσα διατριβή. Η σύγκριση αυτή είναι σημαντική, δεδομένου ότι σε πολύ μεγάλο βαθμό στην πράξη για τον προσδιορισμό των (ανελαστικών) παραμορφώσεων οι κανονισμοί επιτρέπουν χρήση ελαστικών αναλύσεων. Στο έβδομο Κεφάλαιο εισάγεται ένα απλό υπολογιστικό προσομοίωμα, με ένα κατακόρυφο στοιχείο ανά όροφο, με σκοπό την αναπαραγωγή της δυναμικής απόκρισης στο χώρο πλήρων, μη-κανονικών σε κάτοψη κατασκευών, αλλά και την περαιτέρω διερεύνηση της επιρροής της στατικής εκκεντρότητας στην απόκριση. Στο όγδοο Κεφάλαιο αξιοποιούνται τα αποτελέσματα των δεσμών μη-γραμμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας για μία από τις κατασκευές της διατριβής, καθώς και τα αποτελέσματα από αναλύσεις σεισμικής επικινδυνότητας για τον Ελλαδικό χώρο που έγιναν στα πλαίσια της διατριβής, για την σεισμική αποτίμηση σε πιθανοτικούς όρους, και συγκεκριμένα με εφαρμογή της μεθοδολογίας Cornell που δίνει το μέσο ετήσιο ρυθμό υπέρβασης μιας συγκεκριμένης Οριακής Κατάστασης σε ένα μέλος ή περιοχή μέλους ενός δομήματος. Τέλος, στο ένατο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα γενικά συμπεράσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή των μεθόδων και διαδικασιών σεισμικής αποτίμησης και ενίσχυσης μη-κανονικών σε κάτοψη κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος. / This thesis deals with the problem of seismic performance assessment and strengthening of existing, asymmetric in-plan reinforced concrete buildings. In a highly seismic region such as Greece, the fact that the majority (over 70%) of existing buildings are not designed against earthquake loads constitutes a serious problem. Furthermore, the structural configuration of these buildings often is such that promotes torsional response during the earthquake, thus worsening their already poor performance. In addition to the technical and financial difficulties inherent in the seismic strengthening procedures, until now (i.e. before Eurocode 8 – Part 3 and the Greek Code for Structural Interventions - KANEPE) there was a lack of a framework of codes addressing the issues of the assessment of seismic performance and strengthening of existing buildings. This dissertation suggests computational tools and procedures for a detailed assessment of the seismic performance of this problematic category of structures, aiming to the understanding of their response and the identification of their “weak points” so that the strengthening procedure can focus exactly there. Four real buildings are used as specimens for this study, two of which were designed and constructed to be tested pseudo-dynamically. The four buildings are: the four-story apartment building that collapsed during the 1999 Athens earthquake; the municipal theater of Argostoli “O KEFALOS”; the three-story building that was constructed and pseudo-dynamically tested at the reaction wall facilities of the ELSA laboratory of the European Joint Research Centre in Ispra, Italy, and the two-story building that was constructed and pseudo-dynamically tested at the reaction wall facilities of the Laboratory of Structures of the Department of Civil Engineering of the University of Patras in Greece. The first Chapter of the thesis deals with the definition of the problem that is posed by the existence of a big majority of structures without adequate (or any) resistance to lateral, earthquake loads. Also present are brief references to the historical evolution of the Greek Seismic Codes, and to the practical difficulties of the assessment of seismic performance and strengthening. The second Chapter defines the targets of seismic performance assessment and strengthening according to modern Codes, looks into the Limit States that they induce, and the comparison of deformational capacity and demand, with a reference to the relevant safety factors. The third Chapter presents briefly the computational tool that was developed during the course of this PhD work, namely the computer program ANSRuop that was used to carry out all the analyses, including linear static, modal, multimodal response spectrum, nonlinear static (pushover) and nonlinear time-history analyses. Next are presented the analytical equations that are used for the modeling of reinforced concrete buildings, and the quantification of the terms of forces and deformations that are involved in the assessment and strengthening procedures. The fourth Chapter contains the application of the seismic performance assessment procedures to the four buildings of the thesis, including the identification of their static eccentricities in-plan (which give an indication or whether or not torsional response is to be expected during the earthquake, which leads to a magnification of the deformations), their dynamic characteristics (natural periods and modes of vibration), as well as the carrying out of sets of nonlinear time-history analyses aiming to the understanding of their seismic response and the detailed identification of their “weak points”. In the fifth Chapter, strengthening schemes are proposed for three of the buildings of the thesis, the efficiency and adequacy of which are investigated using the computational methods also used in the fourth Chapter. Special attention is made to whether the strengthening scheme succeeded in reducing the static eccentricities in-plan, which in turn leads to a reduction of the torsional response. The sixth Chapter investigates the relation between inelastic and elastic deformations, which are the results of nonlinear time-history analyses and elastic analyses (equivalent static or multimodal response spectrum), respectively. The seventh Chapter introduces a simple computational model with one vertical element per floor, which aims to the replication of the three-dimensional dynamic response of complex, asymmetric in-plan structures, but also to the further investigation of the effect of static eccentricity to the response. The eighth Chapter utilizes the results of the sets of the nonlinear time-history analyses for one of the buildings of the thesis, as well as the results of seismic risk analyses, which were also conducted within the framework of this PhD work, with an aim to the expression of the assessment of seismic performance in probabilistic terms (specifically with the application of a methodology proposed by Cornell, which leads to the mean annual rate of exceedance of a specific limit state at a structural member). Finally, the ninth Chapter presents the general conclusions that can be extracted from the application of the methods and procedures of seismic performance assessment and strengthening of existing, asymmetric in-plan reinforced concrete buildings.

Οι κατασκευές εδαφικής αντιστήριξης εξακολουθούν να βρίσκονται σε ευρύτατη χρήση, με διαρκώς αυξανόμενο ενδιαφέρον λόγω των απαιτήσεων των σύγχρονων έργων υποδομής αλλά και των αναγκών δόμησης σε πυκνό αστικό περιβάλλον. Το ενδιαφέρον εστιάζεται σε κατασκευαστικές λύσεις και μεθόδους σχεδιασμού που συνδυάζουν ασφάλεια και οικονομία. Η ανάλυση των συγκεκριμένων κατασκευών αντιμετωπίζει πλήθος δυσεπίλυτων προβλημάτων στο αντικείμενο της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής που συχνά καθορίζουν τη συμπεριφορά του έργου. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών επιτρέπει το σχεδιασμό με μικρότερα περιθώρια αβεβαιότητας που οδηγούν σε οικονομικότερες και ορθολογικότερες λύσεις. Στην κατεύθυνση αυτή συμβάλει η παρούσα Διατριβή, με την ανάπτυξη αναλυτικών εργαλείων και θεωρητικών ευρημάτων που βοηθούν στην κατανόηση των μηχανισμών της αλληλεπίδρασης και στην εκτίμηση της συμπεριφοράς των τοίχων αντιστήριξης υπό συνδυασμένη βαρυτική και σεισμική φόρτιση. Έμφαση δίνεται στην παραγωγή απλών κλειστών λύσεων και μεθοδολογιών για τον υπολογισμό των εδαφικών ωθήσεων και τη στατική ανάλυση του συστήματος τοίχου εδάφους. Συγκεκριμένα, παράγονται λύσεις άνω και κάτω ορίου για ενδόσιμους τοίχους, οι οποίες, παρότι προσεγγιστικές, πλεονεκτούν έναντι των κλασικών εξισώσεων Coulomb και Mononobe-Okabe τις οποίες μπορούν να αντικαταστήσουν. Σε ειδικές περιπτώσεις, όπως η περίπτωση τοίχων προβόλων με πεπλατυσμένο πέλμα, οι προτεινόμενες λύσεις οδηγούν σε ακριβή αποτελέσματα που βασίζονται σε ένα γενικευμένο πεδίο τάσεων Rankine. Επίσης παρουσιάζονται επεκτάσεις τους οι οποίες επιτρέπουν τον υπολογισμό μη-υδροστατικών κατανομών ωθήσεων γαιών λαμβάνοντας υπόψη την κυματική διάδοση της σεισμικής διέγερσης στο επίχωμα, σύμφωνα με μια ορθότερη παραλλαγή της ιδέας των Steedman & Zeng και τις διαφορετικές κινηματικές συνθήκες που προέρχονται από την απόκριση του τοίχου με περιστροφή περί την κορυφή ή τη βάση σύμφωνα με την τεχνική της Dubrova. Για την περίπτωση ανένδοτων τοίχων παρουσιάζεται μεθοδολογία για τη δραστική απλοποίηση των διαθέσιμων ελαστοδυναμικών, κυματικών λύσεων, όπως αυτή των Veletsos & Younan, η οποία καταλήγει σε κλειστές μαθηματικές εκφράσεις για τον υπολογισμό των ωθήσεων. Τέλος, παρουσιάζονται νέα ευρήματα στην κατεύθυνση της μαθηματικής αντιμετώπισης του δυσεπίλυτου προβλήματος της οριακής ισορροπίας ριπιδίου τάσεων σε εδαφικό μέσο στο οποίο ενεργούν βαρυτικές και αδρανειακές δυνάμεις πεδίου. Η παρούσα εργασία συμβάλλει στην περαιτέρω διερεύνηση του προβλήματος το οποίο θεμελίωσαν θεωρητικά οι Levy, Boussinesq, von Karman και Caquot, μέσω της δραστικής (αλλά ακριβούς) απλοποίησης του σε μία μη-γραμμική συνήθη διαφορική εξίσωση, η οποία επιτρέπει την επίλυση με απλές αριθμητικές και ημιαναλυτικές τεχνικές. Πέρα από τα ακριβή αριθμητικά αποτελέσματα, η προτεινόμενη ανάλυση προσφέρει μια βαθύτερη εποπτεία στο πρόβλημα και ανοίγει το δρόμο για περαιτέρω διερεύνηση ή και επέκταση της μεθόδου πέρα από τα όρια της κλασικής οριακής ανάλυσης. Η αξιοπιστία των προτεινόμενων λύσεων ελέγχεται μέσω συγκρίσεων με καθιερωμένες λύσεις και πειραματικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία, αλλά και πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα που παρήχθησαν από τον συγγραφέα και ερευνητές στη σεισμική τράπεζα του Πανεπιστημίου του Bristol του Ηνωμένου Βασιλείου. / Earth retaining structures are still in widespread use, with growing interest due to the demands of modern infrastructure and building needs in a dense urban environment. Building solutions and design methodologies that combine safety and economy are the objectives of modern research. Significant difficulties in the analysis of retaining structures arise from the soil-structure interaction nature of the problem that often prescribes its behavior. Understanding these mechanisms allows design under smaller uncertainties, leading to economical and rational solutions. The contribution of the present thesis consists of the development of analytical tools and theoretical findings, helpful in understanding the mechanisms of interaction and the behavior of walls under combined gravity and seismic loading. Emphasis is given to the derivation of simple closed-form solutions and methodologies for the calculation of earth pressures and the static analysis of wall-soil system. Specifically, approximate Lower and Upper Bound solutions are produced for the case of yielding walls, which are advantageous compared to the classical equations Coulomb and Mononobe-Okabe. In special cases, such as the L-shaped cantilever walls, these solutions lead to exact results, pertaining to a generalized Rankine stress field. Extensions of the above solutions are presented allowing the calculation of non-hydrostatic earth pressure distributions, due to the wave propagation of the seismic excitation in the backfill, according to a better variant of the Steedman & Zeng approach and different kinematic conditions of the wall rotating around the top or bottom, according to the technique of Dubrova. For the case of non-yielding walls, a new methodology for the drastic simplification of available wave solutions, such as the Veletsos & Younan, is presented which leads to closed-form expressions for the dynamic pressure calculation. Finally, new theoretical findings are presented for the mathematical treatment of the intractable problem of plastic limit equilibrium in soil medium subjected to gravitational and inertial forces field. This work contributes to the further investigation of the problem which is founded theoretically by Levy, Boussinesq, von Karman and Caquot, through the significant (but accurate) simplification to a single, non-linear ordinary differential equation, easier to handle by simple numerical and semi-analytical techniques. Apart from the exact numerical results, the proposed analysis provides a deeper physical insight, leading the way to further investigation or extension of the method beyond the classical limit analysis assumptions. The reliability of the proposed solutions is checked through comparisons with established solutions and experimental data from the literature and recent experimental results obtained by the author and researchers in the shake table laboratory of the University of Bristol, UK.