title: Αποτίμηση και ενίσχυση κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία με μη-γραμμική προσαυξητική δυναμική ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη τον βαθμό κορεσμού του υπεδάφους
Creators: name: Λυρατζακης Αλεξανδρος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2016

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο πλαίσιο της κατεύθυνσης “Ολοκληρωμένη Προστασία Ιστορικού Δομημένου Περιβάλλοντος με Προηγμένες Τεχνολογίες & Υλικά” του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών “Χώρος, Σχεδιασμός & Δομημένο Περιβάλλον”   της Σχολής Αρχιτεκτόνων Μηχανικών του Πολυτεχνείου Κρήτης.
Επιχειρείται η ακριβής προσομοίωση της μη-γραμμικής συμπεριφοράς κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία. Εξετάζεται η επιρροή της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής στην απόκριση παραδοσιακών λιθόδμητων κατασκευών. Για τον προσδιορισμό της δυναμικής απόκρισης επιλέχθηκε η επαυξητική μη-γραμμική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας, σύμφωνα με την οποία οι εξεταζόμενες λιθόδμητες κατασκευές υποβλήθηκαν σε πολλαπλές σεισμικές διεγέρσεις με κλιμακούμενη ένταση. Τέλος, πραγματοποιείται μελέτη της επιτελεστικότητας της ενισχυμένης κατασκευής  ακολουθώντας την μεθοδολογία της “Συνολικής Βελτίωσης” (Σπυράκος, 2015).
Τα τελευταία χρόνια,  το φαινόμενο της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής λαμβάνεται υπόψιν όλο και περισσότερο στη μελέτη της σεισμικής απόκρισης των κατασκευών. Διεθνείς κανονισμοί έχουν περιλάβει το φαινόμενο στη μελέτη της απόκρισης. Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προς την ακριβέστερη αποτίμηση των κατασκευών, η οποία όμως χρήζει περαιτέρω βελτίωσης. Ως τώρα, στο σύνολο τους, οι υπάρχουσες μελέτες ερευνούν την αλληλεπίδραση του εδάφους θεωρώντας πλήρως κορεσμένο ή ξηρό υπέδαφος. Όμως στην πραγματικότητα, ο βαθμός κορεσμού του εδάφους μεταβάλλεται διαρκώς και είναι άμεσα εξαρτώμενος από εξωτερικούς παράγοντες. Το ερώτημα που επιχειρείται να απαντηθεί στην παρούσα διερεύνηση είναι κατά πόσο επηρεάζει την απόκριση της υπερκείμενης κατασκευής η μεταβολή του βαθμού κορεσμού του εδάφους έδρασης.
Η έλλειψη σχετικών μελετών οφείλεται στη δυσκολία ακριβούς προσομοίωσης των μερικώς κορεσμένων εδαφών. Η μεταβολή των μηχανικών χαρακτηριστικών των εδαφών ανάλογα με τον βαθμό κορεσμού τους, έχει μελετηθεί ελάχιστα. Στην παρούσα μελέτη γίνεται η απόπειρα, της όσο το δυνατόν ακριβέστερης προσομοίωσης του υπεδάφους. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η έδραση παραδοσιακής κατασκευής φέρουσας τοιχοποιίας σε ιλυώδη άμμο, τα μηχανικά χαρακτηριστικά της οποίας σε συνάρτηση με τον βαθμό κορεσμού μελετήθηκαν και παρουσιάστηκαν σε σχετικό άρθρο (Byun et al., 2013).
Επιγραμματικά η παρούσα μελέτη στοχεύει:
- Στην ακριβή προσομοίωση της μη-γραμμικής συμπεριφοράς τυπικών παραδοσιακών υφιστάμενων κατασκευών φέρουσας τοιχοποιίας.
- Στην ακριβέστερη δυνατή προσομοίωση της μη-γραμμικής συμπεριφοράς του μη κορεσμένου εδάφους.
- Στην εφαρμογή σύγχρονης τεχνογνωσίας και μεθόδων, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον στο σχεδιασμό νέων κατασκευών (επαυξητική μη-γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας, δυναμική αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίωσης κατασκευής), στη μελέτη κτισμάτων πολιτισμικής κληρονομιάς.
	Στον προσδιορισμό της μεταβολής της απόκρισης της ανωδομής ανάλογα με τη μεταβολή του βαθμού κορεσμού του υπεδάφους.
	Στον προσδιορισμό της Συμβατικής Διάρκειας Ζωής της ενισχυμένης κατασκευής και στην αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των επεμβάσεων.
Στο πρώτο κεφάλαιο παρατίθεται μια εκτενής περιγραφή των κατασκευών φέρουσας τοιχοποιίας.  Γίνεται αναφορά στις μηχανικές και φυσικές ιδιότητες της φέρουσας τοιχοποιίας και παρουσιάζονται οι συνήθεις πρακτικές προσομοίωσης της μη- γραμμικής συμπεριφοράς της  τοιχοποιίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι πλέον διαδεδομένες και αποτελεσματικές μέθοδοι ενισχύσεων παραδοσιακών κατασκευών. Στο τρίτο κεφάλαιο της βιβλιογραφικής επισκόπησης  γίνεται μνεία στο φαινόμενο της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους – θεμελίωσης – κατασκευής. Παρατίθενται οι μέθοδοι ανάλυσης και γίνεται εκτενή αναφορά στην κινηματική και αδρανειακή αλληλεπίδραση. Τέλος, παρουσιάζονται οι αναφορές των διεθνών κανονισμών στο φαινόμενο της αλληλεπίδρασης. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στις μεθόδους αποτίμησης υφιστάμενων κατασκευών. Γίνεται μια γενική περιγραφή  στις εμπειρικές και στις πειραματικές μεθόδους αποτίμησης. Εκτενέστερη αναφορά γίνεται σε όλες τις αριθμητικές μεθόδους ανάλυσης (ελαστική στατική και δυναμική και ανελαστική στατική δυναμική) και ειδικότερα στην επαυξητική μη-γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας. Στο τελευταίο κεφάλαιο της βιβλιογραφικής επισκόπησης παρουσιάζεται η διαδικασία του ανασχεδιασμού με βάση την επιτελεστικότητα στη μελέτη υφιστάμενων κατασκευών και γίνεται ιδιαίτερη μνεία στη μεθοδολογία της «Συνολικής Βελτίωσης».
Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα υπολογιστικά προσομοιώματτα που χρησιμοποιήθηκαν. Περιγράφονται τα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά και η προσομοίωση της ανελαστικής συμπεριφοράς της ανωδομής και του υπεδάφους θεμελίωσης. Επιπροσθέτως, στο ίδιο κεφάλαιο πραγματοποιείται ιδιομορφική ανάλυση της κατασκευής με στόχο τον προσδιορισμό της ιδιοσυχνότητας ταλάντωσης της ανωδομής του αρχικού και του ενισχυμένου κτιρίου.
Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δυναμικών αναλύσεων του αρχικού κτιρίου  σε όλες τις καταστάσεις κορεσμού του υπεδάφους. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται στις  δυναμικές καμπύλες αντίστασης για κάθε εξεταζόμενη σεισμική διέγερση, από το σύνολο των οποίων προκύπτει και η μέση δυναμική καμπύλη αντίστασης. Στο 8ο κεφάλαιο πραγματοποιείται η μελέτη επιτελεστικότητας σύμφωνα με την προαναφερθείσα μεθοδολογία της «Συνολικής Βελτίωσης» για το αρχικό προσομοίωμα  και υπολογίζεται η συνολική διάρκεια ζωής της μη ενισχυμένης κατασκευής, στην περίπτωση έδρασης της κατασκευής σε έδαφος με σταθερό (κατά τη διάρκεια του έτους) βαθμό κορεσμού. Τέλος, στην τελευταία ενότητα του κεφαλαίου επιχειρείται να  ληφθεί υπόψιν η μεταβολή του βαθμού κορεσμού του εδάφους στην διάρκεια ζωής της κατασκευής. Η ίδια διαδικασία ακολουθείται στα κεφάλαια 9 και 10 για το ενισχυμένο κτίριο.
Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται σχολιασμός των αποτελεσμάτων, συνοψίζονται οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν και προτείνονται μελλοντικές προεκτάσεις της παρούσας διερεύνησης.
description: This master thesis was completed within the module of "Integrated Protection of the History Built Environment with Advanced Technology & Materials" of the postgraduate program "Space, Design & Built Environment" of the School of Architecture of the Technical University of Crete. The main purpose of this study is the seismic assessment of traditional masonry building's behavior taking into consideration the dynamic soil - foundation - structure interaction. The most advanced method of dynamic analysis, incremental non-linear dynamic analysis, is used to investigate the dynamic response of the structure. Moreover, the structural response in specific performance levels is examined by applying the methodology of the “Global Improvement” (Spyrakos, 2015).
In recent years, the phenomenon of dynamic soil - foundation - structure interaction is taken into account more and more in the study of the seismic response of structures. Seismic norms worldwide have included some general guidelines. This is an important step towards a more accurate evaluation of dynamic structural response, which, however, needs further improvement. In related literature the existing studies investigate this interaction considering fully saturated or dry soil conditions. Nonetheless, in reality the soil saturation level is constantly changing and is directly dependent on external factors. For this reason, the current investigation aims to shed some light to the impact of the change in the bearing soil saturation degree on the response of the structure.
The lack of relevant studies is due to the difficulty related to the accurate simulation of partially saturated soils. The variation in mechanical properties of soils depending on their degree of saturation has not been studied in a detailed manner up to now. Hence, the present study  attempts an accurate simulation of the foundation subsoil. The examined typical traditional masonry building is constructed on a silty sand layer and the mechanical characteristics , as a function of the degree of saturation level of the soil, are taken from relevant studies (Byun et al., 2013).
Epigrammatically, the present study aims to:
- The accurate simulation of non-linear behavior of typical traditional existing masonry buildings.
- The most accurate simulation of non-linear behavior of unsaturated soil.
- The implementation of state-of-the-art simulation and analysis methods used mostly in the design of new structures (incremental non-linear analysis, dynamic soil - foundation - structure interaction) in the study of cultural heritage buildings.
- Τhe evaluation of the  impact of the degree of saturation of the subsoil on the structural response.
- The determination of the so-called "Conventional Lifetime” of construction and the assessment of the effectiveness of potential retrofitting interventions.