<div>Ensuring the resilience of a state’s transportation network is necessary to guarantee an acceptable quality of life for the people the network serves. A lack of resilience in the wake of a seismic event directly impacts the states’ overall safety and economic vitality. With the recent identification of the Wabash Valley Seismic Zone (WBSV), Department of Transportations (DOTs) like Indiana’s have increased awareness for the vulnerability of their bridge network. The Indiana Department of Transportation (INDOT) has been steadily working to reduce the seismic vulnerability of bridges in the state in particular in the southwest Vincennes District. In the corridor formed by I-69 built in the early 2000s the bridge design is required to consider seismic actions. However, with less recent bridges and those outside the Vincennes District being built without consideration for seismic effects, the potential for vulnerability exists. As such, the objective of this thesis is to develop a robust seismic vulnerability assessment methodology which can assess the overall vulnerability of Indiana’s critical bridge network. </div><div><br></div><div>A representative sample of structures in Indiana’s bridge inventory, which prioritized the higher seismic risk areas, covered the entire state geographically, and ensured robust superstructure details, was chosen. The sample was used to carry a deterministic seismic vulnerability assessment, applicable to all superstructure-substructure combinations. Analysis considerations, such as the calculation of critical capacity measures like moment-curvature and a pushover analysis, are leveraged to accurately account for non-linear effects like force redistribution. This effect is a result of non-simultaneous structural softening in multi-span bridges that maintain piers of varying heights and stiffnesses. These analysis components are incorporated into a dynamic analysis to allow for the more precise identification of vulnerable details in Indiana’s bridge inventory.</div><div><br></div><div>The results of this deterministic seismic assessment procedure are also leveraged to identify trends in the structural response of the sample set. These trends are used to identify limit state thresholds for the development of fragility functions. This conditional probabilistic representation of bridge damage is coupled with the probability of earthquake occurrence to predict the performance of the structure for a given return period. This probabilistic approach alongside a Monte Carlo simulation is applied to assess the vulnerability of linked bridges along key-access corridors throughout the state. With this robust seismic vulnerability methodology, DOTs will have the capability of identifying vulnerable corridors throughout the state allowing for the proactive prioritization of retrofits resulting in the improved seismic performance and resiliency of their transportation network.</div>

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23490号 / 工博第4902号 / 新制||工||1766(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 五十嵐 晃, 教授 高橋 良和, 准教授 北根 安雄 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Η παρούσα διατριβή έχει ως θέμα την σεισμική αποτίμηση υφισταμένου τριώροφου δομήματος οπλισμένου σκυροδέματος. Συγκεκριμένα γίνεται έλεγχος των μέτρων επέμβασης για το κτήριο αιθουσών διδασκαλίας του ΤΕΛ Ναυπάκτου. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται μη-γραμμικές αναλύσεις (στατικές και δυναμικές) με βάση τις αρχές των κανονιστικών κειμένων ΚΑΝ.ΕΠΕ και EC8 για την αποτίμηση και τον ανασχεδιασμό κατασκευών. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται τεκμηρίωση του υφιστάμενου δομήματος. Δίνονται στοιχεία για την θέση, την γεωμετρία, τις κατασκευαστικές μεθόδους που εφαρμόστηκαν. Δίνονται τα αποτελέσματα των οπτικών και των ενόργανων ελέγχων και προσδιορίζεται η γεωμετρία του φορέα. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνονται οι παραδοχές και οι αρχές με βάση τις οποίες έγινε η εξιδανίκευση του φορέα για την πραγματοποίηση των μη γραμμικών στατικών αναλύσεων. Για τις αναλύσεις χρησιμοποιείται το πακέτο λογισμικού ANSRuop που έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Κατασκευών του Τμήματος. Το μοντέλο μονότονης και ανακυκλιζόμενης φόρτισης που χρησιμοποιείται είναι το γνωστό προσομοίωμα Τakeda με εννέα κανόνες υστέρησης. Προσδιορίζονται οι παραδοχές για τον υπολογισμό των διαθέσιμων αντιστάσεων σε όρους παραμορφώσεων και δυνάμεων που υιοθετούνται από τον ΚΑΝΕΠΕ και τον EC8 καθώς και τα κριτήρια που αποδέχεται το κάθε κείμενο για την επιθυμητή στάθμη αποτίμησης και ανασχεδιασμού του φορέα. Ακόμα γίνεται αναφορά στο μοντέλο προσομοίωσης του λικνισμού των θεμελίων για θεώρηση διαφόρων εδαφών. Εν συνεχεία στο τρίτο Κεφάλαιο γίνεται αναφορά στους στόχους σχεδιασμού που θέτει ο κάθε κανονισμός και στις στάθμες επιτελεστικότητας για τον κάθε κανονισμό. Γίνεται παρουσίαση των τεχνητών σεισμικών καταγραφών που λήφθηκαν υπόψη για την πραγματοποίηση των μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων. Οι καταγραφές είναι κανονικοποιημένες πάνω στο φάσμα του EC8 για τύπο εδάφους C που διαφέρει από το φάσμα σχεδιασμού κατά ΕΑΚ για την στάθμη επιτελεστικότητας «Προστασία ζωής και περιουσίας των ενοίκων » μόνο κατά τον εδαφικό συντελεστή S. Ακόμα δίνεται η μεθοδολογία που υιοθετήθηκε για την εκτίμηση της ικανότητας του κτηρίου έναντι των απαιτήσεων που θέτει ο κανονισμός και προτείνεται εναλλακτικά και από τα δύο κείμενα. Στα κεφάλαια 4 και 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μη-γραμμικών αναλύσεων. Συνολικά πραγματοποιήθηκαν 56 μη-γραμμικές στατικές αναλύσεις και 84 μη-γραμμικές δυναμικές. Για τις μη-γραμμικές στατικές αναλύσεις παρουσιάζονται οι καταγραφές τέμνουσας βάσης μετατόπισης κορυφής ενώ τα αποτελέσματα των μη-γραμμικών δυναμικών αναλύσεων δίνονται με την μορφή των μέσων όρων των δεικτών βλάβης. Τέλος στο 6ο κεφάλαιο γίνεται προσπάθεια ερμηνείας των αποτελεσμάτων για τις αναλύσεις πρίν και μετά την δομητική επέμβαση. / The present project deals with a seismic assessment analysis of an existing reinforced concrete building. A fully performance-based procedure is adopted based on the principals of the draft Greek Retrofitting Code and the draft part 3 of the Eurocode 8 : Assessment and retrofitting of Buildings. The method is subjected on an existing building, which has been constructed, during early 70’ s, prior to the principals of the modern codes for earthquake resistant design. The building is located in the area of Nafpaktos. In the first chapter a summary of the characteristics of the existing building is given. Special data concerning the site, the geometry and the construction methods at the time in which the building was constructed. The results of the damage investigation according to the visual and the instrumental inspection are also given. The basic principals according to which the modelling and the non-linear analysis procedures took place is given in the 2nd chapter. For the analysis procedures the program ANSR University of Patras is used which has been developed in the Structural Laboratory of The Civil Engineering Department of the University of Patras. One-component, point-hinge macromodels are used for the RC members, to relate the end-moment to the chord rotation at member ends within each plane of bending. The M-θ relation in monotonic loading is taken bilinear, with a post-yield hardening ratio p computed assuming antisymmetric bending and using empirical expressions according to the Greek Retrofitting Code and Part-3 of the EC8 (according to the selected limit state). The hysteresis rules supplementing the bilinear monotonic M-θ curve are of the modified-Takeda type. Also the monotonic M-θ relation which is used for the modelling of the foundation uplift is given. In the 3rd chapter the performance objectives of the assessment procedure are given according to the appropriate levels of protection for the selected limit state. The synthetic accellerograms which are used for the Nonlinear dynamic procedure are compatible to the EC8 elastic spectrum for type soil C for the limit state of Significant Damage. Moreover the methodology of the determination of the target displacement according to the Annex B of the EC8-part 1 and the draft Greek Retrofitting Code. Finally in chapters 4 and 5 the results of the nonlinear static and dynamic analysis are presented. For the nonlinear static procedures the results are given in terms of base shear vs roof displacement and in terms of Spectral acceleration vs Spectral displacement for the determination of the target displacement. The results of the NonLinear dynamic procedures are given in terms of mean values of the damage index.

Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν καμπύλες τρωτότητας οδικών και σιδηροδρομικών γεφυρών οπλισμένου σκυροδέματος που συναντώνται στην Ευρώπη. Οι κατηγορίες που εξετάστηκαν ήταν αυτές των κανονικών γεφυρών, με συνεχές κατάστρωμα συνδεδεμένο με τα βάθρα είτε μονολιθικά είτε μέσω ελαστομεταλλικών εφεδράνων. Άλλες παράμετροι που θεωρήθηκαν όσον αφορά στην τυπολογία των γεφυρών είναι το μήκος της γέφυρας, το ύψος των βάθρων και η διατομή τους, ο αριθμός των υποστυλωμάτων ανά βάθρο και το επίπεδο αντισεισμικού σχεδιασμού. Ο σχεδιασμός, η διαστασιολόγηση και οι λεπτομέρειες όπλισης έγιναν βάσει του Ευρωκώδικα 2 για γέφυρες που δεν υποβάλλονται σε σεισμική φόρτιση και του Ευρωκώδικας 8 για γέφυρες που σχεδιάζονται αντισεισμικά. Για την εκτίμηση στη συνέχεια των αντισεισμικών απαιτήσεων πραγματοποιήθηκε γραμμική ελαστική ανάλυση σύμφωνα με το μέρος 3 του Ευρωκώδικα 8 χρησιμοποιώντας την επιβατική δυσκαμψία των βάθρων και το ελαστικό φάσμα απόκρισης. Εν τέλει ότι οι συναρτήσεις τρωτότητας κατασκευάστηκαν έχοντας λάβει υπόψη την αβεβαιότητα του μοντέλου όσον αφορά στην σεισμική απόκριση και αντοχή, την διασπορά στην αντοχή των υλικών και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και την αβεβαιότητα των φασματικών τιμών. / This study presents first a literature review of existing fragility functions for bridges and then new fragility curves that were produced for European road and railway RC bridges. Regular bridges with continuous deck, connected to the piers either monolithically or through elastomeric bearings, were studied. Other variable parameters were: bridge length, pier height and cross-section, number of columns per pier and level of seismic design. Each bridge was designed, dimensioned and detailed according to Eurocode 2 and, for bridges with seismic design, according to Eurocode 8. Linear elastic analysis was subsequently performed according to Part 3 of Eurocode 8 to estimate the seismic demand. Fragility functions were then constructed accounting for the model uncertainty for demand and capacity, the dispersion of material and geometric properties and the uncertainty of spectral values.

A large amount of low-rise unreinforced masonry structures (URM) can be foundin Groningen, the Netherlands. More and more induced earthquakes with shortduration have been detected in this region due to gas exploitation. Local unreinforcedmasonry (URM) buildings were initially not designed for withstanding seismicactions, so that unexpected damage may occur due to their vulnerability, raising insecurityamong residents. Existing low-rise masonry buildings in Groningen can bedivided into different categories based on their characteristics. Two types of residentialmasonry buildings that fulfil the prerequisites for performing non-linear seismicassessment are chosen to be studied in this thesis project, including the terracedhouse and the detached house.The seismic assessment of structures requires the use of both a discretization methodand a seismic assessment method. The discretization method is used to translate themechanical model into a finite element model used for the numerical analysis. Severalmethods have previously shown to be applicable for seismic assessment, but thiswork investigates the implications of using a continuum model (CM) and an equivalentframe model (EFM) approach to discretization in the general-purpose finiteelement package described in DIANA-FEA-BV (2017). The continuum model approachadopted was in a previous work by Schreppers et al. (2017) validated againstexperimental results and is as such deemed representative of the physical behaviourof the mechanical models investigated. An equivalent frame model approach to beused with DIANA is proposed in the work by Nobel (2017). The continuum modelapproach uses continuum elements with a constitutive model developed for the seismicassessment of masonry structures. This constitutive model captures both shearand flexural failure mechanisms. The equivalent frame model approach uses a combinationof numerically integrated beam elements and nodal interfaces, each witha distinct constitutive model, thus decoupling the description of the flexural andshear behaviour. This approach aims to capture the macro-behaviour at the structurallevel. The applicability of the proposed equivalent frame model approach isevaluated by how well it replicates the validated continuum model approach results.The two discretization methods described are evaluated using two types of seismicassessment methods. The first seismic assessment method used consists of first performinga quasi-static non-linear pushover analysis (NLPO) on the model. Thisresults in the pushover curve, which describes the global behaviour of the modelunder an equivalent lateral load based on the fundamental mode shape of the structure.The pushover curve is then used with the N2-method described in EN1998-1iii(2004) to assess at which peak ground acceleration (PGA) that the model reachesthe near-collapse (NC) limit state. The second seismic assessment method consistsof performing dynamic non-linear time-history analyses (NLTH). This method usesrecorded accelerograms to impose the inertial forces. The PGA for the accelerogramwhere the near-collapse limit state is reached is compared to the PGA fromthe use of the N2-method. The applicability of the pushover analysis in conjunctionwith the N2-method is evaluated by how well it replicates the PGA found from thetime-history analyses and by how well it replicates local failure mechanisms.Therefore, the main objectives of this project can be described by the following twoquestions:i. To what extent can the equivalent frame method be applicable as a properdiscretization method for pushover analyses and time-history analyses oflow-rise unreinforced masonry residential buildings in the Groningen region?ii. To what extent can the non-linear pushover method be adopted toassess the seismic behaviour of low-rise unreinforced masonry residentialbuildings in the Groningen region?The applicability of the equivalent frame model showed to vary. For describing localfailure mechanisms its applicability is poor. Further work on connecting the edgepiers to transverse walls is needed. For seismic assessment using the N2-method theapplicability of the equivalent frame model approach is sensible. The conservativedisplacement capacity counteracts the fact that it is worse at describing local unloading,which produced a larger initial equivalent stiffness of the bi-linear curvesin comparison to the continuum model. For seismic assessment using the timehistorysignals, its applicability is possible. While it could show different behaviourin terms of displacement and damping forces, it still showed a similar PGA at thenear-collapse limit state for the cases at hand.The seismic assessment of the terraced and detached houses by the N2-method issimilar to the seismic prediction by applying time-history analyses. However, thereare still some variations in the initial stiffness, force capacity and displacement capacitybetween these two assessment methods due to the assumptions and limitationsin this study. Overall, considering the pros and cons of the quasi-static pushovermethod, it is deemed applicable during the seismic assessment of the unreinforcedmasonry structures in the Groningen area.

A large amount of low-rise unreinforced masonry structures (URM) can be found in Groningen, the Netherlands. More and more induced earthquakes with short duration have been detected in this region due to gas exploitation. Local unreinforced masonry (URM) buildings were initially not designed for withstanding seismic actions, so that unexpected damage may occur due to their vulnerability, raising insecurity among residents. Existing low-rise masonry buildings in Groningen can be divided into different categories based on their characteristics. Two types of residential masonry buildings that fulfil the prerequisites for performing non-linear seismic assessment are chosen to be studied in this thesis project, including the terraced house and the detached house. The seismic assessment of structures requires the use of both a discretization method and a seismic assessment method. The discretization method is used to translate the mechanical model into a finite element model used for the numerical analysis. Several methods have previously shown to be applicable for seismic assessment, but this work investigates the implications of using a continuum model (CM) and an equivalent frame model (EFM) approach to discretization in the general-purpose finite element package described in n DIANA-FEA-BV (2017). The continuum model approach adopted was in a previous work by Schreppers et al. (2017) validated against experimental results and is as such deemed representative of the physical behaviour of the mechanical models investigated. An equivalent frame model approach to be used with DIANA is proposed in the work by Nobel (2017). The continuum model approach uses continuum elements with a constitutive model developed for the seismic assessment of masonry structures. This constitutive model captures both shear and flexural failure mechanisms. The equivalent frame model approach uses a combination of numerically integrated beam elements and nodal interfaces, each with a distinct constitutive model, thus decoupling the description of the flexural and shear behaviour. This approach aims to capture the macro-behaviour at the structural level. The applicability of the proposed equivalent frame model approach is evaluated by how well it replicates the validated continuum model approach results. The two discretization methods described are evaluated using two types of seismic assessment methods. The first seismic assessment method used consists of first performing a quasi-static non-linear pushover analysis (NLPO) on the model. This results in the pushover curve, which describes the global behaviour of the model under an equivalent lateral load based on the fundamental mode shape of the structure. The pushover curve is then used with the N2-method described in EN1998-1 (2004) to assess at which peak ground acceleration (PGA) that the model reaches the near-collapse (NC) limit state. The second seismic assessment method consists of performing dynamic non-linear time-history analyses (NLTH). This method uses recorded accelerograms to impose the inertial forces. The PGA for the accelerogram where the near-collapse limit state is reached is compared to the PGA from the use of the N2-method. The applicability of the pushover analysis in conjunction with the N2-method is evaluated by how well it replicates the PGA found from the time-history analyses and by how well it replicates local failure mechanisms.  Therefore, the main objectives of this project can be described by the following two questions: i. To what extent can the equivalent frame method be applicable as a proper discretization method for pushover analyses and time-history analyses of low-rise unreinforced masonry residential buildings in the Groningen region? ii. To what extent can the non-linear pushover method be adopted to assess the seismic behaviour of low-rise unreinforced masonry residential buildings in the Groningen region? The applicability of the equivalent frame model showed to vary. For describing local failure mechanisms its applicability is poor. Further work on connecting the edge piers to transverse walls is needed. For seismic assessment using the N2-method the applicability of the equivalent frame model approach is sensible. The conservative displacement capacity counteracts the fact that it is worse at describing local unloading, which produced a larger initial equivalent stiffness of the bi-linear curves in comparison to the continuum model. For seismic assessment using the time-history signals, its applicability is possible. While it could show different behaviour in terms of displacement and damping forces, it still showed a similar PGA at the near-collapse limit state for the cases at hand. The seismic assessment of the terraced and detached houses by the N2-method is similar to the seismic prediction by applying time-history analyses. However, there are still some variations in the initial stiffness, force capacity and displacement capacity between these two assessment methods due to the assumptions and limitations in this study. Overall, considering the pros and cons of the quasi-static pushover method, it is deemed applicable during the seismic assessment of the unreinforced masonry structures in the Groningen area. / En stor mängd låga oarmerade murverksbyggnader finns i Groningen, Nederländerna. Allt fler jordbävningar med kort varaktighet har uppmätts i regionen pågrund utav gasproduktion. I området förekommer oarmerade murverksbyggnader som initialt inte var dimensionerade för jordbävningslaster, vilket har resulterat i oönskade skador samt osäkerhet för invånarna. Förekommande låga murverksbyggnader i Groningen kan fördelas i olika grupper beroende på deras egenskaper. Två typer av murverksbyggnader utformade som bostäder uppföljer kraven för att utföra olinjär jordbävningsanalys och har i detta projekt studerats. Typerna som studerats är radhus samt fristående hus. Jordbävningsnalys av byggnader kräver användningen av en diskretiseringsmetod samt en utvärderingsmetod. Diskretiseringsmetoden används för att översätta den mekaniska modellen till en finita elementmodell för numerisk analys. Flera metoder har tidigare visat sig vara applicerbara för utvärdering under jordbävningslaster, men det här projektet studerar konsekvensen från användningen av en kontinuumelement modell (CM) samt en ekvivalent rammodel (EFM) för diskretisering i det generella finita elementpaketet beskrivet i DIANA-FEA-BV (2017). Metoden som använts för att skapa kontinuumelement modeller vart i ett tidigare projekt av Schreppers et al. (2017) validerat mot experimentella resultat och anses därför  representera det fysiska beteendet hos de mekaniska modellerna. Ett förslag för hur ekvivalenta rammodeller ska uppföras i DIANA ges i arbetet av Nobel (2017). Metoden för en kontinuumelement modell använder en konstitutiv lag som utvecklats för utvärderingen av murverksbyggnader under jordbävningslaster. Denna konstitutiva modell fångar skjuv- samt böjbrottmekanismer. Metoden för en ekvivalent rammodell använder numeriskt integrerade balkelement samt nodelement, där båda elementtyper använder en distinkt konstitutiv modell vilket gör att skjuv- samt böjbeteende hanteras individuellt. Den här metoden har som mål att fånga makro-beteendet av elementen. Applicerbarheten av den föreslagna metoden för ekvivalenta rammodeller är utvärderat via hur väl den replikerar resultaten från en kontinuumelement modell. De två diskretiseringsmetoderna jämförs via två metoder för utvärdering under jordbävningslaster. Den första utvärderingsmetoden består av att först utföra en kvasi-statisk olinjär stjälpningsanalys (NLPO) på modellen. Detta leder till stjälpningskurvan, vilket beskriver den globala responsen av modellen under en ekvivalent horisontal last som baserats på första fundamentala moden av bärverket. Stjälpningkurvan används sedan med N2-metoden som beskrivs i EN1998-1 (2004) för att utvärdera vid vilken maximal markacceleration (PGA) som modellen når nära-kollapsgränstilsståndet (NC). Den andra utvärderingsmetoden består av att utföra dynamiska samt olinjära tids-historikanalyser (NLTH). För att göra detta så används accelerogram för att applicera den dynamiska lasten. Den maximala markaccelerationen för signalen där tids-historikanalysen når nära-kollapsgränstilsståndet är jämfört mot den maximala markaccelerationen som fås när N2-metoden används. Applicerbarheten för stjälpningsanalysen tillsammans med N2-metoden utvärderas via hur väl den replikerar resultatet av den maximala markaccelerationen som erhållsfrån tids-historikanalyserna, samt via hur väl metoden replikerar lokala brottmoder. Baserat på detta så kan målen med detta project sammanfattas via dessa två frågeställningar: i. Till vilken grad kan den föreslagna metoden för ekvivalenta rammodeller användas för utvärdering under jordbävningslaster när stälpningsanalyser, samt tids-historikanalyser, utförs på låga och oarmerade murverksbyggnader utformade som bostadsrätter i Groningen? ii. Till vilken grad kan olinjär stjälpningsanalys användas för utvärdering under jordbävningslaster på låga och oarmerade murverksbyggnader utformade som bostadsrätter i Groningen? Applicerbarheten av metoden för ekvivalenta rammodeller visade sig variera. För att beskriva lokala brottmoder så är applicerbarheten låg. Fortsatt arbete som undersöker hur pelarelementen ska kopplas mot de tvärgående väggarna bör utföras. För utvärdering via användandet av N2-metoden så visade det sig att applicerbarheten är rimlig. Den konservativa deformationskapaciteten motverkar det faktum att metoden för ekvivalenta rammodeller är sämre på att påvisa lokal avlastning, vilket i sin tur resulterade i en större ekvivalent initial styvhet för de bi-linjära kurvorna i jämförelse mot metoden för kontinuumelement modeller. För utvärdering när tids-historikanalyser användes så visade applicerbarheten vara rimlig. Samtidigt som det kunde uppstå skillnader i beteende när det kom till deformation samt dämpning, så visade det sig att metoderna fortfarande uppvisade en liknande maximal markacceleration vid nära-kollapsgränstilsståndet för bärverken i fråga. Utvärderingen under jordbävningslast för modellerna när N2-metoden användes visade liknande resultat som när tids-historikanalyserna utfördes. Det förekom dock skillnader i den initiala styvheten, i skjuvkraftskapaciteten och i deformationskapciteten mellan utvärderingsmetoderna från gjorda antaganden samt begränsningar hos arbetet. Som en slutsats när för- samt nackdelar värderas så visade det sig att stjälpningsmetoden är en rimlig utvärderinsgmetod för oarmerade murverksbyggnader i Groningen.

Η παρούσα διατριβή ανήκει στο γενικότερο θεματικό πεδίο της σεισμικής αποτίμησης, σχεδιασμού ή ανασχεδιασμού κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος με βάση τις μετακινήσεις. Οι σύγχρονες μέθοδοι αυτού του τύπου, στηρίζονται σε έλεγχο και σύγκριση της σεισμικής απαίτησης με την ικανότητα των μελών της κατασκευής σε όρους μετακινήσεων παρά σε όρους δυνάμεων. Δημιουργείται επομένως η ανάγκη για απλό και αξιόπιστο υπολογισμό της συμπεριφοράς μελών οπλισμένου σκυροδέματος σε κάμψη και διάτμηση, σε όρους μετακινήσεων. Το αντικείμενο της παρούσης διατριβής είναι η ανάπτυξη προσομοιωμάτων για τον υπολογισμό των βασικών χαρακτηριστικών της συμπεριφοράς καμπτόμενων μελών οπλισμένου σκυροδέματος και συγκεκριμένα: της ροπής διαρροής, της παραμόρφωσης στη διαρροή, της ενεργού δυσκαμψίας, της παραμόρφωσης στην αστοχία, της διατμητικής αντοχής σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, της αντοχής μελών με χαμηλό λόγο διάτμησης και της συμπεριφοράς υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται μέλη διαφόρων τύπων και διαφορετικής διατομής, μέλη με ενίσχυση μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος ή μανδύα σύνθετων υλικών, καθώς επίσης και μέλη με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης. Για την ανάπτυξη των προσομοιωμάτων, καθώς και για τον έλεγχο άλλων παλαιότερων, αναπτύχθηκε και αξιοποιήθηκε βάση πειραματικών δεδομένων μελών οπλισμένου σκυροδέματος με περισσότερα από 2800 πειράματα από τη διεθνή βιβλιογραφία. Για τον υπολογισμό της ροπής και της καμπυλότητας στη διαρροή, αναπτύσσονται απλές σχέσεις υπολογισμού, βασιζόμενες σε ανάλυση σε επίπεδο διατομής και καθορίζονται τα κατάλληλα κριτήρια διαρροής. Αναπτύσσονται ακολούθως σχέσεις υπολογισμού της παραμόρφωσης στη διαρροή, και συγκεκριμένα της γωνίας στροφής χορδής του μέλους στη διαρροή, θy, ως άθροισμα τριών όρων: καμπτικής παραμόρφωσης, διατμητικής παραμόρφωσης και παραμόρφωσης λόγω ολίσθησης των ράβδων διαμήκους οπλισμού από την περιοχή αγκύρωσης. Προτείνονται δε δύο εναλλακτικοί τρόποι υπολογισμού της ενεργού δυσκαμψίας, ένας θεωρητικός και ένας καθαρά εμπειρικός. Στη συνέχεια εξετάζεται η παραμόρφωση στην αστοχία και προτείνονται δύο εναλλακτικοί μέθοδοι υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στην αστοχία, θu. Η 1η βασίζεται στον υπολογισμό της καμπυλότητας στην αστοχία, φu, με εφαρμογή του κατάλληλου προσομοιώματος περίσφιγξης του σκυροδέματος, και στην εφαρμογή της φu σε μήκος πλαστικής άρθρωσης ίσο με Lpl, ενώ η 2η σε καθαρά εμπειρικές εξισώσεις. Εξετάζεται ακολούθως η διατμητική αντοχή σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση και προτείνονται προσομοιώματα για αστοχία σε διαγώνιο εφελκυσμό ή αστοχία σε λοξή θλίψη, μετά την καμπτική διαρροή. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών οπλισμένου σκυροδέματος υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται επίσης μέλη με χαμηλό λόγο διάτμησης και προτείνονται νέα αντιπροσωπευτικότερα κριτήρια για τον χαρακτηρισμό ενός μέλους ως “κοντό μέλος”, καθώς και νέα μεθοδολογία υπολογισμού της αντοχής των μελών αυτών, με κατάλληλο συνδυασμό του προσομοιώματος των Shohara and Kato, 1981 και των Φαρδής και συνεργάτες 1998. Ακολούθως εξετάζονται μέλη ενισχυμένα με μανδύα σύνθετων υλικών και προτείνονται προσομοιώματα υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στη διαρροή και την καμπτική αστοχία, καθώς και προσομοίωμα υπολογισμού της διατμητικής αντοχής. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης, καθώς και η εφαρμογή μανδύα σύνθετων υλικών για την ενίσχυση της περιοχής αυτής. Τέλος εξετάζεται η συμπεριφορά στη διαρροή και στην αστοχία, μελών ενισχυμένων με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος. Η ανάπτυξη όλων των προτεινόμενων προσομοιωμάτων της διατριβής βασίζεται στην καλύτερη δυνατή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα της βάσης δεδομένων, χωρίς όμως να θυσιάζεται η απλότητα και η ευχρηστία αυτών. / The present Thesis belongs in the general field of seismic assessment, design and redesign of concrete structures with displacement based procedures. Modern methods of this kind are based in controlling and comparing seismic demand with structural elements capacity in terms of displacements rather than forces. This leads in the need of estimating reinforced concrete elements performance under bending and shear, in terms of displacements. The object of the Thesis is development of models for calculating the basic performance characteristics of reinforced concrete elements under bending, in particular: yield moment, deformation at yielding, effective stiffness, deformation at ultimate, shear strength under cyclic loading, maximum strength of members with low shear ratio and behavior under biaxial loading. Members with various types of section and various characteristics are included, as also members retrofitted with FRP jacket or concrete jacket and members with lap-splice of longitudinal reinforcement in plastic hinge region. In order to develop new models and check older ones, a database of more than 2800 experiments from international literature on reinforced concrete elements was created and used here. Simple equations and procedures are suggested for calculating yield moment and corresponding curvature, based on section analysis, by specifying the appropriate yield criteria. Equations for calculating deformation at yielding, in particular chord rotation at yielding, θy as the sum of deformations due to bending, due to shear and due to slippage of longitudinal reinforcement from anchorage zone, are also developed. Calculation of effective stiffness is based on two alternative models, one theoretical and one purely empirical. Deformation at ultimate is then examined where two methods for calculating chord rotation at ultimate are suggested. 1st one is based on ultimate curvature, φu, where an appropriate concrete confinement model is used, and plastic hinge length Lpl, while 2nd one is based on purely empirical equations. Shear strength under cyclic loading is also examined and new models for calculating shear strength for shear tension and shear compression failure after flexural yield are developed. Behavior of reinforced concrete elements under biaxial loading is then examined. Elements with low shear ratio are also covered and new, more representative, criteria to characterize an element as a “short element” are suggested. A procedure based on an appropriate combination of Shohara and Kato 1981 model and Fardis et al. 1998 model is then suggested for calculating maximum strength of such “short elements”. Retrofitted members with FRP jacket are then examined and models for chord rotation at yielding and ultimate, as well as for shear strength are suggested. Behavior of members with lap-splice of longitudinal reinforcement inside plastic hinge region is then examined, including also retrofitting of this region with FRP jacket. Performance at yielding and ultimate of retrofitted members with concrete jacket is also examined. Development of all the suggested models of the Thesis is based on best fit with experimental results of the database, without sacrificing simplicity and applicability of the models.