Βέλτιστος Σχεδιασμός Επεμβάσεων Ενίσχυσης σε Κατασκευές από Οπλισμένο Σκυρόδεμα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την αποτίμηση της φέρουσας ικανότητας ενός υφιστάμενου κτιρίου και την διερεύνηση της ανάγκης ή όχι για ενίσχυση. Εξετάζει επίσης τους διαφορετικούς τρόπους ενίσχυσης και στοχεύει στον βέλτιστο σχεδιασμό. Για την αποτίμηση του φορέα χρησιμοποιήθηκε μη γραμμική στατική ανάλυση Pushover. Το πρώτο κεφάλαιο περιγράφει τους κανονισμούς, στα πλαίσια των οποίων έγινε η ανάλυση, η αποτίμηση και ο ανασχεδιασμός της υπό μελέτη κατασκευής. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο φορέας και το αντίστοιχο προσομοίωμα που δημιουργήθηκε με στόχο την ανάλυσή του στο SAP2000. Καθορίζονται οι ιδιότητες των υλικών, τα χαρακτηριστικά των διατομών, οι φορτίσεις που επιβάλλονται καθώς και ο σεισμός σχεδιασμού. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται κάποιες διατάξεις του Κανονισμού Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ) που αναφέρονται σε ρυθμίσεις κυρίως για το υφιστάμενο δόμημα. Επιπλέον αναπτύσσεται ο αντισεισμικός σχεδιασμός με στάθμες επιτελεστικότητας. Τέλος, αναλύονται οι προϋποθέσεις εφαρμογής της στατικής ανελαστικής ανάλυσης Pushover και οι μέθοδοι υπολογισμού του σημείου επιτελεστικότητας για την αποτίμηση της κατασκευής. Στο τέταρτο κεφάλαιο φαίνεται αναλυτικά η διαδικασία της ανάλυσης και αποτίμησης του παρόντος κτιρίου με τη βοήθεια του προγράμματος SAP2000. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφονται οι τρόποι με τους οποίους μπορεί να ενισχυθεί μια κατασκευή όπως επίσης και οι οδηγίες και περιορισμοί που υποβάλλονται από τους κανονισμούς. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο του βέλτιστου σχεδιασμού και το εργαλείο με το οποίο χρησιμοποιείται, την υπολογιστική πλατφόρμα OPTIMUS. Στο έβδομο και τελευταίο κεφάλαιο φαίνεται η διαδικασία της ενίσχυσης των βλαμμένων στοιχείων της κατασκευής με μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος, αλλά και με υφάσματα CFRP. Ακόμα, ακολουθείται η διαδικασία εύρεσης της βέλτιστης λύσης για κάθε είδος ενίσχυσης με τη βοήθεια του OPTIMUS και παρατίθενται τα αποτελέσματα της αποτίμησης της πλέον βέλτιστα ενισχυμένης κατασκευής.

In this thesis the assessment of seismic behaviour and capacity of an existing building is performed in order to decide whether parts of the structure should be strengthened or not and also in which way. Another goal of this project is the determination of the optimum rehabilitation design. The structure is a four storey residential building, which is constructed from reinforced concrete. It is important to mention that nonlinear static analysis (Pushover analysis) was used for the capacity assessment. The first chapter is about the codes used not only to evaluate the building’s seismic behaviour but also to redesign it. In the second chapter, there is an analytical description of the building and how exactly it is simulated in SAP2000. Materials’ properties, sections’ shape and characteristics, the applied loads and the design spectrum are defined, too. The third chapter is referred to numerous regulations and restrictions implied by a retrofitting code named KAN.EPE. So as for a building to resist the design earthquake there is a method integrated, based on specific performance criteria. In fact, this unit clarifies the basic principles of the Pushover Analysis and describes different methods to find the target point (base reaction- top displacement) in order to assess the capacity of the building. The fourth chapter indicates the steps followed in SAP2000 until the analysis runs, as well as the analysis results. In the fifth chapter, it is suggested alternative ways and instructions of retrofitting each inadequate element in any structure in general. In the sixth chapter there is a theoretical approach concerning the optimum design and the algorithms thanks to which, it is feasible to be achieved. The seventh chapter deals with the procedure of implementing strengthening techniques, such as CFRP wrapping or RC jacketing, to those elements that have been damaged. Furthermore the crucial aim, in other words the optimum solution of seismic retrofit, is reached due to the computational platform called OPTIMUS. Last but not least, comparative results between the initial building and the retrofitted ones are exposed.