title: Αριθμητική διερεύνηση της μακροχρόνιας επίδρασης της διάβρωσης στη σεισμική τρωτότητα γεφυρών οπλισμένου σκυροδέματος
title: Numerical investigation of the long-term effects of corrosion on the seismic vulnerability of reinforced concrete bridges
Creators: name: Μαραζακης Χαραλαμπος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Σε έναν ισχυρό σεισμό, μια γέφυρα οπλισμένου σκυροδέματος μπορεί να καταπονηθεί με διάφορους τρόπους και να προκληθούν βλάβες στα δομικά μέλη της, όμως οι βλάβες αυτές συνήθως είναι πιο σοβαρές όταν έχει ήδη υποστεί διάβρωση. Για τον λόγο αυτόν, η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει την επίδραση της διάβρωσης από χλωρίδια των οπλισμών των υποστυλωμάτων, στη σεισμική τρωτότητα τυπικών γεφυρών οπλισμένου σκυροδέματος πλαισιακής μορφής, οι οποίες βρίσκονται σε δυσμενές διαβρωτικό περιβάλλον κοντά στην ακτογραμμή. Η μελέτη γίνεται με την ανάπτυξη κατάλληλων προσομοιωμάτων σε εξειδικευμένο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων, τόσο για την άθικτη όσο και για την «γηρασμένη» γέφυρα μετά από 50 ή 100 έτη λειτουργίας. Η υπό μελέτη άθικτη γέφυρα καταπονείται από μια σεισμική ακολουθία αποτελούμενη από έξι καταγεγραμμένα σεισμικά γεγονότα που συνέβησαν διαδοχικά μέσα σε διάστημα τριών ημερών. Στη συνέχεια, η ίδια καταπόνηση επαναλαμβάνεται για τα «γηρασμένα» προσομοιώματα της ίδιας γέφυρας και ακολούθως συγκρίνονται οι βλάβες. Σκοπός αυτής της διερεύνησης είναι να γίνει σύγκριση της συσσώρευσης βλαβών στις βάσεις και στις κορυφές των υποστυλωμάτων των πλαισίων της γέφυρας, θέσεις όπου είναι πιθανή η εμφάνιση πλαστικών αρθρώσεων.
Γενικά, εξαιτίας της διάβρωσης, εκτός από το εμβαδόν της διατομής οπλισμού
απομειώνονται και οι μηχανικές ιδιότητες του οπλισμού. Με βάση την προσομοίωση της ομοιόμορφης διάβρωσης των οπλισμών, τροποποιούνται κατάλληλα οι γεωμετρικές και μηχανικές ιδιότητες τους στο υπολογιστικό προσομοιώμα της «γηρασμένης» γέφυρας. Η προσομοίωση της διάβρωσης βασίζεται στο γεγονός ότι ο οπλισμός των υποστυλωμάτων της γέφυρας ξεκινάει να διαβρώνεται σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Η εκκίνηση της διάβρωσης εξαρτάται από τον τύπο του σκυροδέματος, το πάχος της επικάλυψης σκυροδέματος του οπλισμού και την απόσταση του υποστυλώματος από την ακτογραμμή. Από τις ίδιες παραμέτρους εξαρτάται επίσης η βαθμιαία εξέλιξη της διάβρωσης, καθώς και τελικά οι βλάβες που προκαλούνται στον οπλισμό. 
Για να διερευνηθούν οι ανωτέρω κρίσιμοι παράγοντες, εξετάστηκαν χαρακτηριστικές περιπτώσεις υποστυλωμάτων, τόσο όσον αφορά τη θέση τους, όσο και τις υπόλοιπες παραμέτρους που προαναφέρθηκαν. Εξετάζοντας τα υποστυλώματα σε τρεις διαφορετικές χρονικές φάσεις της λειτουργίας τους προκύπτει το συμπέρασμα ότι τα διαβρωμένα υποστυλώματα εμφανίζουν αυξημένες βλάβες. Αν οι βλάβες είναι ικανές να οδηγήσουν και σε κατάρρευση της γέφυρας εξαρτάται από τον βαθμό της γήρανσης/διάβρωσης της, αλλά και από το επίπεδο της σεισμικής καταπόνησης. Σημαντικό ρόλο παίζουν δε και οι πιθανές προληπτικές ή επισκευαστικές επεμβάσεις που συνήθως γίνονται στη διάρκεια ζωής ενός τέτοιου σημαντικού έργου. Σίγουρα, η συνδυαστική μελέτη του πολύπλοκου φαινομένου της διάβρωσης και της καταπόνησης μιας γέφυρας από μια σεισμική ακολουθία εμπεριέχει πολλές παραμέτρους και αρκετές αβεβαιότητες. Συνεπώς, το θέμα χρήζει ιδιαίτερης προσοχής, λόγω της σπουδαιότητας τέτοιων μεγάλων έργων υποδομής.
description: Under a strong earthquake excitation, a reinforced concrete bridge can be distressed in several ways and damages can occur to its structural members. Nonetheless, such damages are usually more severe when the bridge has been exposed to corrosion. Therefore, the present thesis examines the impact of chloride induced corrosion on the reinforcement of bridge columns, on the seismic vulnerability of typical reinforced concrete bridges which are located in adverse corrosive environment close to the coastline. The parametric investigation is performed by developing elaborate numerical models utilizing a specialized finite element software, both for the pristine and for the "aged" bridge after 50 or 100 years of operation. The pristine bridge is stressed by a seismic sequence consisting of six seismic records that occurred consecutively over a period of three days. In the sequence, the same accelerograms are applied on the "aged" models of the same bridge and the damages are compared for the three scenarios. The purpose of this investigation is to compare the accumulation of damages at the base and the top of the columns of the bridge frames, i.e., the zones in which the plastic hinges are usually formed.
In general, due to corrosion, in addition to the area of ​​the reinforcement cross section, the mechanical properties of the reinforcement are reduced. Based on the simulation of the uniform corrosion of the reinforcements, their geometric and mechanical properties are modified in the computational model of the "aged" bridge. The corrosion simulation is based on the fact that the reinforcement of the bridge columns starts to deteriorate at different times. Initiation of corrosion depends on the concrete type, the thickness of the concrete cover of the reinforcement and the distance of the column from the coastline. The gradual propagation of corrosion, as well as the damage caused to the reinforcement, also depends on these parameters.
To investigate the above critical factors, characteristic cases of bridge columns were examined, both in terms of their position in the bridge bents and the other parameters mentioned above. By examining the columns in three different time phases of their operation, it is concluded that the corroded columns exhibit increased damage levels. Whether the damage is capable of leading to the collapse of the bridge depends on the degree of aging / corrosion, but also on the level of seismic intensity. Furthermore, any preventive or repair interventions that are usually performed during the life of large bridges play also a crucial role in their seismic vulnerability. Certainly, the complex phenomenon of corrosion in conjunction with the dynamic distress of a bridge under a seismic sequence involves many parameters and several uncertainties, thus, it needs special attention due to the importance of such infrastructure.