Contemporary approach performance based engineering generally relies on the approximate procedures that are based on the use of capacity curve derived from pushover analysis. The most important parameter in the displacement-based approach is the inelastic displacement demand computed under a given seismic effect and the most common procedures employed for this estimation / the Capacity Spectrum Method and the Displacement Coefficient Method are based on bi-linearization of the capacity curve. Although there are some recommendations for this approximation, there is a vital need for rational guidelines towards the selection of the most appropriate method among several alternatives. A comprehensive research has been undertaken to evaluate the influence of several existing alternatives used for approximating the capacity curve on seismic demands. A number of frames were analyzed under a set of 100 ground motions employing OpenSees. In addition, the pushover curves obtained from nonlinear static analyses were approximated using several alternatives and the resulting curves were assigned as the force-deformation relationships of corresponding equivalent single-degree-of-freedom systems. These simplified systems were later analyzed to compute the approximate seismic response parameters. Using the results of the complex and simplified analyses, the performance of each approximation method was evaluated in estimating the &amp / #8216 / exact&amp / #8217 / inelastic deformations of the multi-degree-of-freedom systems at various degrees of inelasticity. Dependency of the errors on ductility, strength reduction factor and period was also investigated. The interpretations made and the conclusions drawn in this study is believed to clarify the rationality and accuracy of selecting the appropriate idealization of the capacity curve.

Βασικός σκοπός της παρούσης διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας διαδικασίας προσδιορισμού της βέλτιστης στρατηγικής ενίσχυσης ενός υφιστάμενου ανεπαρκούς κτιρίου, αξιοποιώντας τα δεδομένα που προκύπτουν από την αποτίμησή του με χρήση της ανελαστικής στατικής ανάλυσης και συνεκτιμώντας τις καμπύλες που αντιστοιχούν σε εναλλακτικές λύσεις επέμβασης και προσδιορίζονται προσεγγιστικά. Επειδή η καμπύλη αντίστασης του αρχικού φορέα αποτελεί τη σημαντικότερη πληροφορία που αξιολογείται στα πλαίσια της διαδικασίας που αναπτύχθηκε, ένας έμμεσος στόχος της παρούσης διατριβής είναι η αξιολόγηση των προσομοιωμάτων συμπεριφοράς στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος που συμπεριλαμβάνονται στο σχέδιο του Ελληνικού Κανονισμού Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.), τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν. Για τις ανάγκες της διερεύνησης των προσομοιώματων του ΚΑΝ.ΕΠΕ. και την ανάπτυξη της μεθόδου επιλογής στρατηγικής επέμβασης διενεργήθηκαν ανελαστικές αναλύσεις σε κτίρια που τα οποία είχαν μορφωθεί και διαστασιολογηθεί με βάση της επικρατούσες πριν το 1985 αντιλήψεις. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια εισαγωγή στο θέμα αποτίμησης και ενίσχυσης υφιστάμενων κατασκευών. Εντοπίζονται οι δυσκολίες και οι απαιτήσεις του προβλήματος της μελέτης υφιστάμενων κτιρίων και σχολιάζονται σύντομα τα υπάρχοντα κανονιστικά σχέδια για την αποτίμηση υφιστάμενων κατασκευών. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την αποτίμηση υφιστάμενων κτιρίων. Οι μέθοδοι διακρίνονται σε ελαστικές και ανελαστικές. Η στατική ανελαστική ανάλυση παρουσιάζεται εκτενέστερα, καθώς χρησιμοποιείται για τις αναλύσεις που πραγματοποιούνται. Συγκεκριμένα αναφέρονται οι παραδοχές στις οποίες βασίζεται και παρουσιάζονται τρεις διαφορετικές διαδικασίες για τον προσδιορισμό της στοχευόμενης μετατόπισης. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στη μέθοδο των ανελαστικών φασμάτων απαίτησης, στην οποία βασίζεται η διαδικασία επιλογής στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκε. Το τρίτο κεφάλαιο αφορά τα προσομοιώματα συμπεριφοράς στοιχείων Ο/Σ που χρησιμοποιούνται σε ανελαστικές αναλύσεις. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται αναλυτικά το προσομοίωμα του ΚΑΝ.ΕΠΕ. που υιοθετείται στη συνέχεια για τις ανάγκες της προσομοίωσης των κτιρίων που αναλύονται. Σύντομη αναφορά γίνεται και σε άλλα προσομοιώματα, τα οποία προτείνονται σε σχέδια κανονισμών ή ερευνητικές εργασίες. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζονται αναλυτικά τα προτεινόμενα από τον ΚΑΝ.ΕΠΕ. προσομοιώματα συμπεριφοράς των δομικών στοιχείων και η χρήση τους για την σεισμική αποτίμηση με χρήση της μη-γραμμικής στατικής ανάλυσης. Οι προτεινόμενες σχέσεις χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των μελών δύο ιδεατών κτιρίων και ενός πραγματικού. Εξετάζονται πιθανές αποκλίσεις μεταξύ των διατιθέμενων σχέσεων, καθώς και η επιρροή διαφορετικών παραδοχών για τις τιμές του μήκους διάτμησης και του ανηγμένου αξονικού φορτίου στα προσδιοριζόμενα μεγέθη. Τέλος ελέγχεται η επίδραση των ίδιων παραμέτρων στην τελική μορφή της καμπύλης τέμνουσας βάσης – μετατόπισης και στα συμπεράσματα της διαδικασίας αποτίμησης. Το πέμπτο κεφάλαιο αναφέρεται στις στρατηγικές ενίσχυσης υφιστάμενων κτιρίων. Συγκεκριμένα αρχικά γίνεται η διάκριση μεταξύ στρατηγικής και τεχνικής επέμβασης. Στη συνέχεια αναφέρονται και σχολιάζονται διαδικασίες για την επιλογή της κατάλληλης στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκαν παλαιότερα. Ακολούθως παρουσιάζεται η προτεινόμενη διαδικασία για την επιλογή της κατάλληλης στρατηγικής επέμβασης. Αναφέρονται οι βασικές παραδοχές που λαμβάνονται και τα βήματα υπολογισμών που πραγματοποιούνται. Τέλος η προτεινόμενη διαδικασία εφαρμόζεται σε δύο ιδεατά κτίρια και παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που αφορούν τις απαιτούμενες ενισχύσεις στα κτίρια που αναλύονται. Στο έκτο κεφάλαιο επιχειρείται η σύνδεση των εκτιμώμενων καμπυλών συμπεριφοράς για τα ενισχυμένα κτίρια, οι οποίες προκύπτουν από τη διαδικασία επιλογής στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκε, με τις απαιτούμενες επεμβάσεις στα μέλη. Σκοπός είναι να προκύψει μια διαδικασία προδιαστασιολόγησης των ενισχύσεων. Ορίζονται αδιάστατες παράμετροι που συσχετίζουν τα χαρακτηριστικά του φορέα με αυτά των μελών. Αναλύονται φορείς που προκύπτουν από υλοποίηση εναλλακτικών ενισχύσεων στα κτίρια στα οποία εφαρμόστηκε η προτεινόμενη διαδικασία και εξετάζεται πως μεταβάλλεται η τιμή των παραμέτρων που ορίστηκαν. Με βάση τα αποτελέσματα των ανελαστικών αναλύσεων και των υπολογισμών που παρουσιάζονται, διατυπώνονται απλοί κανόνες για την αρχική διαστασιολόγηση των επεμβάσεων στα μέλη. Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται μια προσπάθεια ερμηνείας των αποτελεσμάτων των διερευνήσεων που παρουσιάσθηκαν ώστε να προκύψουν γενικότερα συμπεράσματα για τη διαδικασία επιλογής στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκε. Από τη διερεύνηση που πραγματοποιήθηκε προκύπτει πως με χρήση της προτεινόμενης μεθόδου εκτιμώνται με ικανοποιητική ακρίβεια οι καμπύλες συμπεριφοράς των ενισχυμένων κατασκευών για δύο ακραίες περιπτώσεις επέμβασης (αύξηση αντοχής - δυσκαμψίας και αύξηση πλαστιμότητας), η αξιολόγηση των οποίων μπορεί να οδηγήσει σε μια αξιόπιστη επιλογή της βέλτιστης στρατηγικής ενίσχυσης, χωρίς να απαιτούνται εμπειρικού χαρακτήρα εκτιμήσεις. Τέλος είναι δυνατόν να γίνει μια συντηρητική εκτίμηση των απαιτούμενων επεμβάσεων στα μέλη, η οποία κατευθύνει σε μεγάλο βαθμό την τελική επιλογή λύσης. / The main aim of the present thesis is the development of a procedure to determine the optimum retrofit strategy for an existing building, using the results obtained from the assessment of the building via non-linear static analysis and evaluating the capacity curves that correspond to the application of different strengthening solutions for the building under consideration. The latter curves are approximated without further analysis. Because of the significance of the capacity curve of the original building which is taken into consideration in the proposed strategy selection procedure, a second aim of this thesis is the evaluation of the analytical models for the behavior of Reinforced Concrete (R/C) members which are included in the first and second draft versions of the Greek Retrofitting Code (GRECO). These were used to create the numerical models of the buildings that have been analyzed. In order to develop the proposed procedure for the selection of the optimum retrofit strategy, as well as to evaluate the proposed models that are referred above, three buildings have been analyzed via non-linear static analysis (pushover analysis). The dimensioning of members of these buildings complies with the regulatory demands of the prior to 1985 Greek building Codes. In the first chapter of the present thesis, a brief introduction to the topic of assessment and strengthening of existing buildings is conducted. The basic difficulties of the problem of analyzing existing structures are pointed. Finally, draft codes that have been developed for the assessment and rehabilitation of existing buildings are reviewed briefly. In the second chapter, the basic analysis procedures that are used for the assessment of existing buildings are presented. The available procedures are separated into linear and non-linear. Non-linear static (pushover) analysis is presented thoroughly since it is used for the analyses of the buildings referred above. The basic assumptions of this analysis procedure are described as well as three different methods to determine the target displacement (or performance point). The capacity spectrum method is presented in detail, since it is the basis for the development of the proposed strategy selection procedure. The third chapter refers to the analytical models for the behavior of R/C members that are used in non-linear analyses. The models proposed in GRECO, which have been used in terms of the analyses of the buildings that were examined in this thesis, are presented thoroughly. Other models included in draft codes (such as FEMA 356) or proposed by researchers are briefly reviewed. In the fourth chapter, the analytical models for the behavior of R/C members that are included in GRECO are presented in detail. Moreover, the application of the above models in the assessment of existing buildings using pushover analysis is examined. The proposed equations are applied to model the behavior of the members of three buildings, in order to examine whether the use of different equations leads to significantly different results for the inelastic deformation capacities of the members. Furthermore, the impact of different assumptions for parameters, such as the non-constant axial load, to the results of the above equations is discussed. Finally, the effect of the above parameters in the capacity curve of the building, which is being analyzed, is examined. In the fifth chapter, the strategies for the retrofit of existing buildings are discussed. The difference between retrofit techniques and retrofit strategies is stated. Available procedures for the selection of the optimum retrofit strategy are reviewed and commented. Furthermore, the procedure proposed in this thesis is presented. The basic assumptions and the required calculations are stated. Finally, the procedure is applied for the selection of the optimum retrofit strategy of two of the buildings analyzed earlier in the present thesis. The results and main conclusions are referred briefly. In the sixth chapter, the estimated capacity curves of the strengthened buildings, which arise from the strategy selection procedure that has been developed, are correlated with the required rehabilitation measures for the members. The buildings under consideration are analyzed taking into account the application of different rehabilitation scenarios and several parameters such as the strength or ductility of the retrofitted members in regard with that of the entire building are evaluated. Finally a simplified procedure for the estimation of the needed rehabilitation measures for the members in order to achieve the targeted capacity curve for the structure is proposed. In the final chapter, the results concerning the proposed procedure for the estimation of the optimum retrofit strategy for an existing building are reviewed and the main conclusions are presented. The use of the proposed procedure results in the estimation of the capacity curve of the rehabilitated building with acceptable accuracy, considering two “extreme” retrofit scenarios (system strengthening and stiffening or increasing the ductility of the building). The evaluation of these two curves leads to the selection of the optimum retrofit strategy for a building, which usually combines the effects of the above scenarios. Finally, it is possible to estimate the required retrofit measures for the members of the structure under consideration, although the results are conservative and can be used only for the needs of the initial evaluation discussed in this thesis.

Turkey is located on a seismically active region. Heavy damage observed in school buildings during recent earthquakes, revealed that seismic performance of school buildings is considerably poor. Therefore, determination of seismic vulnerability of these buildings has gained significant attention. Capacity curves that reflect properties of buildings are used to determine the seismic demand, thus, a decision can be made about the expected performance of the buildings. In addition, seismic vulnerability assessment procedures are also developed to assess the expected performance of buildings. In this study, it was intended to determine capacity related properties of school buildings located in Turkey. Additionally, applicability of some existing seismic vulnerability assessment procedures for school buildings is investigated. The procedures developed by Yakut [3], Hassan &amp / Sozen [8] and Ozcebe et al. [10] were employed. For this purpose, a set of school buildings that are believed to represent typical cases were employed. Nonlinear static analysis was carried out to determine the capacity related properties and approximate seismic demand. All buildings were assessed using the available preliminary seismic assessment procedures and the results were compared with detailed assessment procedures.

There are many advantages of masonry construction like widespread geographic availability in many forms, colors and textures, comparative cheapness, fire resistance, thermal and sound insulation, durability, etc. For such reasons, it is still a commonly used type of residential construction in rural and even in urban regions. Unfortunately, its behavior especially under the effect of earthquake ground motions has not been identified clearly because of its complex material nature. Hence, the masonry buildings with structural deficiencies belong to the most vulnerable class of structures which have experienced heavy damage or even total collapse in previous earthquakes, especially in developing countries like Turkey. This necessitates new contemporary methods for designing safer masonry structures or assessing their performance. Considering all these facts, this study aims at the generation of a new performance-based technique for unreinforced brick masonry structures. First, simplified formulations are recommended to estimate idealized capacity curve parameters of masonry components (piers) by using the finite element analysis results of ANSYS and regression analysis through SPSS software. Local limit states for individual masonry piers are also obtained. Then, by combining the component behavior, lateral capacity curve of the masonry building is constructed together with the global limit states. The final step is to define seismic demand of the design earthquake from the building through TEC2007 method. By using this simple technique, a large population of masonry buildings can be examined in a relatively short period of time noting that the performance estimations are quite reliable since they are based on sophisticated finite element analysis results.

Trabalho de investigação desenvolvido na Universidade de Tecnologia e Economia de Budapeste / Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Civil - Especialização em Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012