Aseismic design and reinforcement recommendations of masonry structure using fragility curves

Abstract

Η διπλωματική αυτή εργασία έγινε στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών : “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών” της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου κατά το Ακαδημαϊκό Έτος 2010-11. Πραγματοποιήθηκε υπό την επίβλεψη του Καθηγητή Ε.Μ.Π. Κ. Α. Συρμακέζη Το θέμα που πραγματεύεται η παρούσα εργασία είναι η διερεύνηση της τρωτότητας και της εν γένει αντισεισμικής συμπεριφοράς Νεοκλασικού Κτιρίου στα Χανιά. Αναπτύσσεται μια μεθοδολογία για τον αντισεισμικό σχεδιασμό και την εκτίμηση της απόκρισης της κατασκευής από τοιχοποιία, μέσω της ανάπτυξης των καμπυλών θραυστότητας. Αρχικά, έγινε ελαστική ανάλυση του φορέα μέσω του προγράμματος Η/Υ SAP 2000 14 Nonlinear. Η μοντελοποίηση της τοιχοποιίας έγινε με στοιχεία κελύφους, σύμφωνα με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Οι εξαγόμενες τάσεις κάθε τοιχοποιίας μεταβιβάστηκαν προς έλεγχο στο πρόγραμμα Η/Υ FAILURE. Το πρόγραμμα αυτό εμφανίζει σε κάθε εξεταζόμενο τοίχο τις περιοχές αλλά και το μηχανισμό αστοχίας υπό διαξονική ένταση (BC, BCT, BTC, ΒΤ), χρησιμοποιώντας το τροποποιημένο κριτήριο αστοχίας Von Mises. Ακολούθησε η στατιστική επεξεργασία των ποσοστών αστοχίας για το σύνολο της τοιχοποιίας, για διαφορετικές εδαφικές επιταχύνσεις και παράμετρο παρατήρησης την εφελκυστική της αντοχή. Έπειτα, αφού ορίστηκαν διαφορετικά επιπέδα βλάβης, εξήχθησαν οι καμπύλες θραυστότητας. Στη συνέχεια, προτάθηκαν τρεις διαφορετικοί τρόποι ενίσχυσης της υφιστάμενης κατασκευής και εξήχθησαν οι αντίστοιχες καμπύλες θραυστότητας. Έπειτα, έγινε σύγκριση όλων αυτών των αποτελεσμάτων εκτιμώντας τη βέλτιστη λύση, λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις προτεινόμενες ενισχύσεις, όσο και το ενδεχόμενο μη παρέμβασης, βάση των παραμέτρων κόστους-αποτελεσματικότητας - επεμβατικότητας. Τέλος, έγιναν διάφορες προτάσεις για μελλοντική περαιτέρω ανάπτυξη της εν λόγω εργασίας.

This thesis was part of the Interdepartmental Program of Postgraduate Studies: “Structural Design and Analysis of Structures” of the School of Civil Engineering, National Technical University during the academic year 2010-11. It was carried out under the supervision of Professor N.T.U.A. K.A. Syrmakezis. The subject of this paper is to investigate the vulnerability and the overall seismic behavior of the Neoclassical Building in Chania. There is developed a methodology for seismic design and evaluation of the response of the masonry construction through the development of fragility curves. Initially, there was made an elastic analysis of the body through the computer program SAP 2000 14 Nonlinear. The modeling of the masonry was accomplished with shell elements, according to the method of finite elements. The exported tensions, of every masonry, were transferred to be controlled through the computer program FAILURE. This program displays to each examined wall, the areas and the mechanism of failure under biaxial loading (BC, BCT, BTC, BT), using the modified failure criterion Von Mises. Then follows, the statistical analysis of the failure rates for the whole of the masonry, for different ground accelerations, and observation parameter its tensile strength. Then, having set different levels of damage, the fragility curves were exported. In addition, three different ways to enhance the existing structure were proposed and the corresponding fragility curves arised. Moreover, all these results were compared considering the best solution, including the proposed reinforcements as well as the possibility of non-intervention, based on the parameters of cost-effectiveness - intervention. Finally taking everything into account future recommendations and further studies were proposed.