Σεισμική αποτίμηση φέρουσας ικανότητας πολυώροφου κτιρίου οπλισμένου σκυροδέματος με στατική και δυναμική μη-γραμμική μέθοδο
Creators: name: Καραγκούνης, Αλέξανδρος Μιχαήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Οπλισμένο σκυρόδεμα
Σεισμική αποτίμηση
Μη γραμμική ανάλυση
Reinforced concrete
Seismic capacity assessment
Nonlinear analysis

description: Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η σεισμική αποτίμηση της φέρουσας ικανότητας κτιρίου οπλισμένου σκυροδέματος σύμφωνα με το ΕΝ 1998 &amp; ΚΑΝ.ΕΠΕ και η μετέπειτα σεισμική αναβάθμισή του ούτως ώστε η επίδοσή του να είναι εναρμονισμένη με τους προαναφερθέντες κανονισμούς. Πρόκειται για ένα πενταώροφο κτίριο με υπόγειο κατασκευασμένο το 1979 στη Θεσσαλονίκη σύμφωνα με το ΒΔ 1959. Προκειμένου να διερευνηθεί η στάθμη επιτελεστικότητας της νέας ενισχυμένης κατασκευής πραγματοποιείται αποτίμησή της με τις ακριβέστερες ανελαστικές μεθόδους, μη-γραμμική στατική (Pushover analysis) και δυναμική (Time history analysis). Αρχικά δίνονται κάποια γενικά χαρακτηριστικά του υφιστάμενου κτιρίου (υλικά, έτος κατασκευής, θέση κτλ.) και αναλύεται η προσομοίωσή του στο πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων SAP2000. Έπειτα εισάγεται η σεισμική φόρτιση υπό μορφή ελαστικού φάσματος απόκρισης της επιτάχυνσης σύμφωνα με το ΕΝ 1998-1. Στη συνέχεια αποτιμάται η φέρουσα ικανότητα του υφιστάμενου κτιρίου. Γίνεται ιδιομορφική ανάλυση από όπου διαπιστώθηκε έντονη σύζευξη των μεταφορικών και στρεπτικών συνιστωσών στην πρώτη ιδιομορφή και ως εκ τούτου, πριν προχωρήσει η αποτίμηση, επιλέχθηκε η εμφάτνωση τοιχωμάτων στην περίμετρο του κτιρίου. Έπειτα υπολογίστηκαν οι λόγοι ανεπάρκειας των διατομών σε ορθή ένταση (λ ή ρ) και έγιναν οι εξής έλεγχοι: επάρκειας τοιχωμάτων, ανηγμένου αξονικού φορτίου και κοντών υποστυλωμάτων. Από αυτά διαπιστώθηκε ανεπάρκεια στην πλειοψηφία των δομικών στοιχείων της κατασκευής και αποφασίστηκε η ενίσχυσή της. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται συνοπτικά η ενίσχυση με μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα χρησιμοποιώντας εκτοξευόμενο σκυρόδεμα C30/37 και χάλυβα Β500C). Το κάθε στοιχείο προσομοιώθηκε χωριστά σαν ένα σύστημα δυο προβόλων όπου τοποθετείται μια δυνητική πλαστική άρθρωση στη βάση κάθε προβόλου και κάθε ενισχυμένη διατομή προσομοιώθηκε ξεχωριστά με fiber elements στο section designer του SAP2000. Έπειτα έγινε διαστασιολόγηση σε κάμψη και εφαρμόστηκαν οι διατάξεις του ΕΝ-1998-3, Παράρτημα Α για τον υπολογισμό της ικανότητας στροφής χορδής του κάθε στοιχείου, της ενεργού δυσκαμψίας και της διατμητικής αντοχής αλλά και την εξασφάλιση ότι η καμπτική αστοχία προηγείται της διατμητικής. Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται η αποτίμηση του ενισχυμένου κτιρίου με μη γραμμικές μεθόδους. Αρχικά διενεργήθηκε μη γραμμική στατική ανάλυση (pushover analysis) όπου προέκυψαν οι καμπύλες αντίστασης του φορέα. Στη συνέχεια, βάση της δυσμενέστερης διγραμμικοποιημένης καμπύλης προσδιορίστηκαν: οι στάθμες επιτελεστικότητας της κατασκευής από τον υπολογισμό της μετακίνησης στόχου, βάση ΕΝ 1998-1, Παράρτημα Β, η συνολική υπεραντοχή και η διαθέσιμη πλαστιμότητα. Τέλος εφαρμόστηκε η μη γραμμική δυναμική ανάλυση με τρία τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα, συμβατά με τον κανονισμό, για διάφορες στάθμες της σεισμικής έντασης. Σκοπός της ανάλυσης αυτής, ως ακριβέστερης, είναι η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της pushover έχοντας ως βάση τη μετακίνηση της κορυφής του κτιρίου και το σχηματιζόμενο πλαστικό μηχανισμό. Τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον ειδικά στη χώρα μας όπου η πλειοψηφία των κτιρίων είναι σχεδιασμένη βάση παλαιών κανονισμών και ως εκ τούτου θα χρειαστούν άμεση είτε μελλοντική ενίσχυση. Επιπλέον έχει μεγάλη πρακτική εφαρμογή διότι ακολουθήθηκαν οι διατάξεις των σύγχρονων κανονισμών και χρησιμοποιήθηκαν ακριβέστεροι μέθοδοι αποτίμησης που λαμβάνουν υπόψη την ανελαστική συμπεριφορά των κτιρίων.
description: The purpose of this master thesis is the seismic capacity assessment of an existing, reinforced concrete building and the strengthening of it according to EN 1998 and the Greek Code of Structural Interventions (KANEPE.). This building which is situated in Thessaloniki, has five stories and a ground floor and its construction was completed in 1979 according to the Greek earthquake standard of 1959. In order to investigate the seismic performance of the new, strengthened, building, static and dynamic nonlinear analyses were used. First, some general information about the characteristics and the modeling with finite elements of this building was given. Then the seismic load case was assigned by using the elastic response spectrum of acceleration according to EN 1998-1. Afterwards, the seismic capacity of the initial building was assessed according to the modal analysis which revealed that the shape of the first mode was complex. As a result, before completing the assessment, two frames in the perimeter of the initial building were selected to be encased. Specifically, the following safety verifications were checked: the ratio between the moment bending demand obtained from the analysis and the corresponding capacity (ρi), the normalized axial force, the shear wall adequacy and short columns. Most frames of this building failed to pass these verifications. As a result, the strengthening of these frames was proposed. Specifically, gunite concrete C30/37 and steel rebar B500C was used for this purpose. Every frame was modeled as a system of two cantilevers and a plastic hinge was assigned at the base of each cantilever. Each strengthened section was simulated using the fiber elements method of SAP2000 section designer. After that, moment bending design was provided in tables alongside with chord rotation capacity, effective stiffness and shear strength according to EN-1998-3, ANNEX A regulations. Finally, it was confirmed that bending failure leads shear failure. At last, capacity was assessed with the use of nonlinear analysis. More precise, the capacity curves were derived by the static nonlinear analysis (Pushover analysis). After this analysis, the curve with the least stiffness was bilinearized. Using this curve according to EN 1998-1, ANNEX B target displacement, the performance levels, the overstrength and the available ductility were estimated. Moreover, the dynamic nonlinear analysis was carried out by using three artificial accelerograms for various seismic levels, compatible with the regulations. The aim of the last and more accurate analysis is to evaluate the Pushover analysis results by interstory drift and the formed plastic mechanism. The findings of this master thesis are of great interest, especially in Greece because the majority of the existing buildings are built on the basis of outdated standards. As a result, seismic strengthening might be needed in future. In addition to this, this Thesis has vast practical use because, it provides information about the latest regulations and the most accurate assessment analyses which estimate the inelastic behavior of buildings.