Monitoring is a process of observing any changes on a monitored subject. Deformation monitoring is a process which consists of four stages: specification, design, implementation and analysis [Kennie et al., 1990], with the structure being monitored on a daily, hourly or continuous basis for any changes in position, size and shape. With the Global Positioning System (GPS), a 24-hour all weather monitoring system can be established. However, for kinematic GPS, un-mitigated troposphere and multipath remain as the main source of errors in the position residuals. These were investigated in detail using data from field trials conducted by the author which suite their particular purposes. The investigations were made using static and moving stations, and included stations at the same altitude, and stations with a high difference in altitude, and baseline lengths of less than ten kilometres. Using Adaptive Filtering (AF) technique, common signals in two time series can be extracted. By performing AF and interchanging position residuals time series as reference and desired (Forward and Backward) using consecutive days of data will show the multipath and this can be confirmed with a third day of data. While same day AF can be used to separate un-mitigated troposphere and movements from receiver noise. The position residuals considered in this thesis were processed with Leica Ski-Pro Version 3.0 software. These were validated and through comparisons made using a kinematic GPS processing software named KINPOS, developed by previous researchers at the IESSG, University of Nottingham and the use of Virtual Reference Station (VRS) data were also investigated by comparing with actual data. Through the field trials carried out on Snowdon, University campus, Humber Bridge and Forth Road Bridge, the novelty of this thesis is that it demonstrates that by better understanding the trends in unmitigated troposphere and multipath, the use of kinematic GPS for monitoring tall structures can be improved, making the results more suitable for engineers and building owners or managers to better assess building performance during extreme motions caused by traffic, earthquakes, strong winds, and other climatic conditions.

Wind borne debris is one of the principal causes of building envelope failure during severe storms. It is often of interest in windstorm risk modelling to estimate the potential flight trajectories and impact energy of a piece of debris. This thesis presents research work aimed at the development and validation of a numerical model for the simulation of plate-type windborne debris. While a number of quasi-steady analytical models are available at present, these models are unable to account for the fluid-plate interaction in highly unstable flows. The analytical models are also limited to simple launch flow conditions and require extensive a-priori knowledge of the debris aerodynamic characteristics. In addition, the use of Euler angle parametrisations of orientation in the analytical models results in mathematical singularities when considering 3D six degree-of-freedom motion. To address these limitations, a 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) model is sequentially coupled with a quaternion based singularity-free six degree of freedom Rigid Body Dynamics (RBD) model in order to successfully simulate the flight of plate-type windborne debris. The CFD-RBD model is applied to the numerical investigation of the flow around static, forced rotating, autorotating and free-flying plates as well as the treatment of complex launch conditions. Key insights into the phenomena of plate autorotation are highlighted including the genesis of the aerodynamic damping and acceleration torques that make autorotation possible. The CFD-RBD model is then validated against measurements of rotational speed and surface pressure obtained from recent autorotation experiments. Subsequently a general 3D spinning mode of autorotation is demonstrated and the CFD-RBD model is extended to include plate translation in order to simulate windborne debris flight. Using the CFD-RBD flight model, a parametric study of windborne debris flight is carried out and four distinct flight modes have been identified and are discussed. The flight results are contrasted against available free-flight experiments as well as predictions from existing quasi-steady analytical models and an improved quasi-steady force model based on forced rotation results is proposed. The resulting CFD-RBD model presents the most complete numerical approach to the simulation of plate-type windborne debris, directly simulating debris aerodynamics, and incorporates complex launch flow fields in the initial conditions.

L’analyse dynamique non linéaire constitue la méthode la plus efficace pour l'évaluation de la réponse non linéaire des structures soumises à de fortes sollicitations sismiques. Compte tenu de la complexité associée à l'analyse non linéaire temporelle, l'utilisation de l'analyse statique équivalente «Push-over » constitue une alternative simple et efficace à l'analyse dynamique temporelle. Cette thèse développe une méthode statique non linéaire innovante pour évaluer le comportement sismique des immeubles de grande hauteur.Dans la première partie, le modèle "continuum" qui est un outil simple et efficace de l'analyse des immeubles de grande hauteur à contreventement mixte est revisité. L'influence de la précision de calcul dans la détermination de la hauteur optimale d'interruption des voiles est examinée tout en analysant la relation entre la hauteur optimale et les sollicitations induites. La deuxième partie propose une nouvelle procédure Push-over adaptative à exécution unique pour l'évaluation sismique des structures. Cette méthode possède deux avantages principaux : elle représente un outil pratique intégrant l’effet des modes supérieurs avec une interaction complète entre eux. D'un autre côté, elle permet d'éviter les critiques relatives aux analyses adaptatives à exécution unique. La troisième partie présente une méthode innovante permettant la détermination du point de fonctionnement des immeubles de grande hauteur. Le principe des méthodes adaptatives Push-over à exécution unique est intégré à la méthode du spectre de capacité proposé par le règlement ATC -40 dont l'application est limitée aux structures oscillant au mode fondamental. / Non linear dynamic analysis constitutes the most powerful method for the assessment of the non linear seismic response of structures subjected to strong earthquake motions. Considering the complexity associated to time history analysis, the use of nonlinear static techniques, or pushover analysis constitutes an efficient and easy to use alternative to dynamic analysis. This thesis develops innovative static nonlinear method to assess the seismic behavior of high-rise buildings. It is composed of three parts:In the first part, the continuum model which constitutes a simple and efficient tool to analyze high-rise wall-frame buildings is revisited. The influence of calculation precision in specifying the optimum level of wall curtailment is discussed. The relationship between the curtailment level and the resulting internal forces is investigated. The second part proposes a new single-run adaptive pushover method for the seismic assessment of shear wall structures. This method has two main advantages: It is practical tool to integrate the effect of higher modes with full interaction between them and it overcomes the criticisms forwarded against the previous single-run adaptive pushover analyses. The proposed method is presented as well as its numerical implementation. The third part presents an innovative method to specifying the seismic peak response quantities of the tall structures. The principle of the single-run adaptive pushover procedures is integrated with the capacity spectrum method proposed by ATC-40 (1996). Where, this latter is limited for structures that vibrate primarily in the fundamental mode.

Μελετάται η διάδοση της διάρρηξης ανάστροφου ρήγματος υποβάθρου σε υπερκείμενους μη-συνεκτικούς εδαφικούς σχηματισμούς τόσο για την περίπτωση ελευθέρου πεδίου όσο και την περίπτωση αλληλεπίδρασης με τη θεμελίωση γειτονικών κατασκευών. Ο κύριος στόχος της διερεύνησης αυτής ήταν η παρουσίαση των κατανομών των γωνιακών παραμορφώσεων, β, και των οριζόντιων ορθών παραμορφώσεων, εxx, υπό συνθήκες ελευθέρου πεδίου, οι οποίες βοηθούν στην αποτροπή ή μετριασμό της επικινδυνότητας πρόκλησης βλαβών στις κατασκευές που εδράζονται στην περιοχή του ρήγματος και σε μικρή απόσταση από αυτό. / The thesis is focused on reverse fault rupture propagation through cohesionless soil in free-field conditions and the interaction with buildings foundations.

Στην παρούσα εργασία μελετώνται τα χαρακτηριστικά και η μορφή των συμβατικών φασμάτων σχεδιασμού των αντισεισμικών κανονισμών σε σύγκριση με πραγματικά φάσματα αποκρίσεως καταγραφών σε μαλακό έδαφος. Στο πρώτο μέρος γίνεται περιγραφή του φάσματος σχεδιασμού του Ελληνικού Αντισεισμικού Κανονισμού (ΕΑΚ) 2000 με στόχο την κατανόησή του αναφορικά με το σχεδιασμό των κατασκευών. Ακολουθεί η εξαγωγή δικανονικοποιημένων φασμάτων (ως προς επιτάχυνση και περίοδο) επιτάχυνσης, ταχύτητας και μετατόπισης βάσει 35 πραγματικών σεισμικών καταγραφών δύο συνιστωσών σε μαλακό έδαφος (συνολικά 70 χρονοϊστορίες). Μελετώνται πέντε διαφορετικοί λόγοι απόσβεσης : β=2%, 5%, 7%, 10%, 20%. Τα αποτελέσματα παρατίθενται γραφικά και εξετάζεται η διαφορά στο σχήμα του προκύπτοντος μέσου φάσματος απόκρισης συγκριτικά με το καθιερωμένο φάσμα σχεδιασμού των αντισεισμικών κανονισμών. Στη συνέχεια, επιχειρείται εξιδανίκευση των μέσων φασμάτων που προέκυψαν προς ένα φάσμα σχεδιασμού για κάθε λόγο απόσβεσης. Στο τρίτο μέρος της παρούσας εργασίας συγκρίνονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτή την εργασία με αποτελέσματα των παρακάτω εργασιών στις οποίες είχε μελετηθεί το ίδιο θέμα μορφής των φασμάτων σχεδιασμού: (1) Roumbas (2000), (2) Mylonakis & Gazetas (2000), (3) Ziotopoulou & Gazetas (2008), (4) Σταυρέλη (2009). Στο τελευταίο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται τα κυριότερα συμπεράσματα. / The characteristics and form of conventional design spectra of seismic regulations compared with real spectra response logs in soft ground are presented in this study. The first part is a description of the spectrum of Greek Seismic Design Rules (ΕΑΚ) 2000 with the aim of understanding regarding the design of structures. It is studied the export of binormalized spectra (for acceleration and time) acceleration, velocity and displacement on 35 real seismic records of two components in soft ground (total 70 time histories). Five different damping ratios: b = 2%, 5%, 7%, 10%, 20% are analyzed. The results are shown graphically and examined the difference in the shape of the resulting average response spectrum compared to the standard range of seismic design regulations. Then attempted idealization of mean obtained spectra for a range of design for each damping ratio. In the third part of this paper are presented the results obtained from this study with results of the following studies in which we see the same subject form of design spectra: (1) Roumbas (2000), (2) Mylonakis & Gazetas (2000), (3) Ziotopoulou & Gazetas (2008), (4) Stavreli (2009). The last part of the paper presents the main conclusions.

Μελετάται η διάδοση της διάρρηξης κανονικού ρήγματος υποβάθρου σε υπερκείμενους μη-συνεκτικούς εδαφικούς σχηματισμούς τόσο για την περίπτωση ελευθέρου πεδίου όσο και για την αλληλεπίδραση με θεμελίωση γειτονικών κατασκευών. Ο κύριος στόχος της διερεύνησης αυτής ήταν η παρουσίαση των κατανομών των γωνιακών παραμορφώσεων, β, και των οριζόντιων ορθών παραμορφώσεων, εxx, υπό συνθήκες ελευθέρου πεδίου, οι οποίες βοηθούν στην αποτροπή ή μετριασμό της επικινδυνότητας πρόκλησης βλαβών στις κατασκευές που εδράζονται στην περιοχή του ρήγματος και σε μικρή απόσταση από αυτό. Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής αποτελεί η συστηματική και διεξοδική διερεύνηση της βιβλιογραφίας στο αντικείμενο της διάδοσης της σεισμικής διάρρηξης σε εδαφικούς σχηματισμούς καθώς και της αλληλεπίδρασής της με τη θεμελίωση γειτονικών κατασκευών, η παρουσίαση της απλοποιημένης μεθοδολογίας των Αθανασόπουλος και Λεωνίδου (2003) για τη μελέτη του προβλήματος των επιπτώσεων της σεισμικής διάρρηξης στην ακεραιότητα γειτονικών κατασκευών και η διεξαγωγή κατάλληλων παραμετρικών διερευνήσεων στα αποτελέσματα των αναλύσεων. Επίσης, διερευνήθηκε η αξιοπιστία της απλοποιημένης μεθόδου, διαμέσου συγκρίσεων με δημοσιευμένα αποτελέσματα πειραματικών και υπολογιστικών ερευνών. Τέλος, παρουσιάστηκε μία προτεινόμενη απλοποιημένη μεθοδολογία για την αλληλεπίδραση της διάδοσης της διάρρηξης κανονικού ρήγματος με τη θεμελίωση έργων που βρίσκονται στο εσωτερικό της ζώνης επιρροής. Για την πληρέστερη επεξήγηση της προτεινόμενης απλοποιημένης μεθοδολογίας, παρουσιάστηκε ενδεικτικά η εφαρμογή της για τον προσδιορισμό της γωνίας στροφής (κλίσης) αβαθούς θεμελίωσης, στη ζώνη επιρροής της διάδοσης της διάρρηξης ρήγματος, και πραγματοποιήθηκε σύγκριση με δημοσιευμένα αποτελέσματα δοκιμών σε φυγοκεντριστή και αριθμητικών αναλύσεων. / The Thesis is focused on normal fault rupture propagation through cohesionless soil in free-field conditions and the interaction with buildings foundations.

Στην παρούσα εργασία διερευνάται µια νέα φιλοσοφία αντισεισµικού σχεδιασµού θεµελίων, η οποία βασίζεται στην αξιοποίηση της µη - γραµµικής συµπεριφοράς του εδάφους µέσω διαρροής της θεµελίωσης. Για αυτό το σκοπό δηµιουργήθηκαν στο πρόγραµµα SAP2000 µε επιφανειακά πεπερασµένα στοιχεία, προσοµοιώµατα τοιχώµατος - θεµελίου στη βάση των οποίων δόθηκαν χρονοΐστορίες σεισµών µε στόχο τη µελέτη της ανελαστικής απόκρισής τους. Κατά την διάρκεια της παρούσας διατριβής αναπτύχθηκε µία µεθοδολογία αποµείωσης της αντοχής του προσοµοιώµατος και πραγµατοποιήθηκε πλήθος ανελαστικών αναλύσεων. Οι αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν έχουν παραµετρικό χαρακτήρα και οδηγούν στην εξαγωγή χρήσιµων για την µελέτη της ανελαστικής απόκρισης θεµελίων, διαγραµµάτων και συµπερασµάτων. / --

H πλευρική εξάπλωση είναι ένα εντυπωσιακό-καταστροφικό φαινόμενο, επακόλουθο της ρευστοποίησης, που οδηγεί στην εδαφική αστοχία. Στην περίπτωση κεκλιμένων εδαφών ή εδαφών που καταλήγουν σε ελεύθερο μέτωπο, προκαλείται έντονη ρηγμάτωση της επιφάνειας του εδάφους και Πλευρική Εξάπλωση, Lateral Spreading, (δηλαδή οριζόντια μετακίνηση) του εδαφικού υλικού (παραμορφώσεις πολύπλοκης μορφής), στην περιοχή της όχθης υδάτινων ρευμάτων ή άλλων θαλασσίων μετώπων και η εξάπλωση αυτών σε μεγάλη απόσταση προς τα ανάντι. Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής αποτελεί η μελέτη της εκτεταμένης πλευρικής εξάπλωσης που πραγματοποιήθηκε υπό συνθήκες ελευθέρου μετώπου προς την κατεύθυνση της ακτογραμμής στο Δυτικό Κρηπίδωμα του Λιμένα Ληξουρίου και στην παραλιακή ζώνη του Αργοστολίου κατά τους σεισμούς της Κεφαλονιάς στις 26-1-2014 (Mw=6.1) και στις 03-2-2014 (Mw=6.0). Η Διατριβή περιλαμβάνει παρουσίαση των διαθέσιμων γεωτεχνικών δεδομένων για το λιμένα Ληξουρίου και εκτιμήσεις του μεγέθους της πλευρικής εξάπλωσης με βάση τα σύγχρονα εμπειρικά μοντέλα του Youd et al. (2002) και την τροποποίηση αυτού, Youd et al. (2013). Γίνεται επίσης, σύγκριση της μετρηθείσας οριζόντιας μετακίνησης με τις προβλέψεις των οριζόντιων μετακινήσεων των δύο μοντέλων. Για τον έλεγχο της ρευστοποιησιμότητας του εδάφους -με χρήση του αριθμού κτύπων NSPT - με σκοπό τον υπολογισμό του αθροιστικού ρευστοποιήσιμου πάχους Τ15, χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία των Idriss and Boulanger (2006). Τέλος, παρουσιάζονται τα διαγράμματα μετρημένης οριζόντιας αθροιστικής μετακίνησης - απόστασης από το ελεύθερο μέτωπο για την παραλιακή ζώνη του Αργοστολίου. Λόγω έλλειψης γεωτεχνικών δεδομένων για το Αργοστόλι δεν έγινε δυνατή η σύγκριση των μετρημένων τιμών με τις εκτιμηθείσες από εμπειρικά μοντέλα. Ωστόσο, οι τιμές αυτές μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμη προσθήκη στην υφιστάμενη βάση δεδομένων για βελτίωση των εμπειρικών μοντέλων και καλύτερη εφαρμογή τους στον ελλαδικό χώρο. / Lateral Spreading along the coastal line of Liksouri and Argostoli during the earthquakes in Cephalonia in January 26 & February 3, 2014.

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.

Στόχος της εργασίας είναι η παραμετρική μελέτη μεταλλικών τρισδιάστατων πλαισίων με συνδέσμους δυσκαμψίας, ανθεκτικούς σε λυγισμό (BRB: Buckling Restrained Braces). Τα πρώτα κεφάλαια της εργασίας αποτελούν το θεωρητικό υπόβαθρο της διατριβής και αναφέρονται στα ζητήματα που αφορούν τον αντισεισμικό σχεδιασμό των μεταλλικών κατασκευών. Στο υπόβαθρο αυτό βασίστηκε τόσο ο σχεδιασμός του δείγματος των κατασκευών όσο και η επιλογή των υπό διερεύνηση παραμέτρων. Το αντικείμενο της εργασίας καθαυτό παρουσιάζεται στα τρία τελευταία κεφάλαια όπου γίνεται η περιγραφή του σχεδιασμού των τελικών κτιρίων ώστε να επιτευχθεί φυσική μονοαξονική εκκεντρότητα και στη συνέχεια η ανάλυση των κατασκευών αυτών με μη γραμμικές αναλύσεις. Από αυτές δημιουργείται μια βάση δεδομένων από την οποία εξάγονται συμπεράσματα που αφορούν τη συσχέτιση της εκκεντρότητας με τα μεγέθη απόκρισης των κατασκευών. / The subject of this thesis is the non linear analysis of 3D steel frames with buckling restrained braces (BRB).