Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η αποτίμηση της φέρουσας ικανότητας ενός υποστέγου συντήρησης αεροσκαφών με φέροντα οργανισμό από χάλυβα που έχει υποστεί βλάβες από καθίζηση. Το υπόστεγο μελετήθηκε με βάση τους Γερμανικούς κανονισμούς που ίσχυαν κατά το χρόνο εκπόνησης της μελέτης (1992) και κατασκευάστηκε το 1994.

Το υπόστεγο έχει διαστάσεις 63,60 x 48,60m, ελεύθερο εσωτερικά ύψος (ύψος ελκυστήρα) ίσο προς 12,8m, στο μισό τμήμα του κινείται γερανογέφυρα οροφής ωφέλιμου φορτίου 3t ενώ η επικάλυψη του είναι από τραπεζοειδή λαμαρίνα. Οι κύριοι φορείς της ανωδομής διαμορφώθηκαν από όμοια αμφικλινή παράλληλα μεταξύ τους πλαίσια, κατά τη μικρή διάσταση, και σε αποστάσεις ανά 5,40m αξονικά. Το άνοιγμα των πλαισίων είναι αξονικά 63,60m και αποτελείται από υποστύλωμα διατομής HEΒ 800 και αμφικλινές δικτυωτό ζύγωμα, το άνω και το κάτω πέλμα του οποίου μορφώνεται από ολόσωμες διατομές HEA 320. Οι ράβδοι πληρώσεως κατασκευάστηκαν από σύνθετες διατομές 2UNP 120 και 2UNP 100 που συνδέονται στους κόμβους επί κομβοελασμάτων τοποθετημένων κατ΄ επέκταση των πελμάτων των HEA 320. Οι δυο ακραίοι κόμβοι του πλαισίου ενισχύονται με τριγωνικής μορφής δικτύωμα διατομής HEΑ 320, μήκους δύο φατνωμάτων και ύψους 3,50m. Εγκάρσια, ο φέρον οργανισμός συμπληρώνεται από οριζόντιους, κατακόρυφους και εγκάρσιους συνδέσμους δυσκαμψίας.

Το φαινόμενο της καθίζησης εκτιμάται ότι ξεκίνησε από την έναρξη λειτουργίας του υποστέγου, αλλά η πρώτη αναφορά σε αυτό έγινε το 1997. Η εξέλιξη του φαινομένου υπήρξε σταθερή με μια σημαντική επιδείνωση το 2004. Το 2006, λόγω της εικόνας του υποστέγου αλλά και των βλαβών που άρχισαν να εμφανίζονται, πραγματοποιήθηκαν διάφορες τεχνικές εκθέσεις με αντικείμενο την καταγραφή της υφιστάμενης κατάστασης και την εκτίμηση της ασφάλειας της κατασκευής ενώ το 2006 πραγματοποιήθηκε δοκιμαστική φόρτιση, το αποτέλεσμα της οποίας ήταν να επιτραπεί χωρίς κανένα περιορισμό η χρήση του υποστέγου. Το φορτίο που χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμαστική φόρτιση αντιστοιχεί, σύμφωνα με την τεχνική έκθεση αυτής, σε μεγαλύτερο φορτίο από το μέγιστο φορτίο του χιονιού που καταγράφηκε την προηγούμενη πεντηκονταετία στο αεροδρόμιο. Σήμερα, η καθίζηση εμφανίζεται σε μια περιοχή του υποστέγου, έκτασης περίπου 200,00m² στη βορειανατολική πλευρά του κτιρίου, η τιμή της κυμαίνεται μεταξύ 13~230mm και επηρεάζει τα υποστυλώματα της ανατολικής πλευράς τριών εκ των συνολικά δέκα κύριων πλαισίων, στο ακραίο από τα οποία εμφανίζεται η μέγιστη τιμή της (23,2cm), καθώς και 3 μετωπικά υποστυλώματα της πίσω όψης του υποστέγου. Τόσο τα υποστυλώματα όσο και τα υπόλοιπα μέλη των κύριων πλαισίων που επηρεάζονται από την καθίζηση δεν εμφανίζουν αστοχίες. Αντίθετα βλάβες ή αστοχίες εμφανίζουν τα δευτερεύοντα στοιχεία κυρίως μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου πλαισίου και συγκεκριμένα στους εγκάρσιους συνδέσμους ακαμψίας του ζευκτού, στις κοιλόδοκούς σύνδεσης και στις μηκίδες μεταξύ των υποστυλωμάτων των κυρίων πλαισίων. Το φαινόμενο της καθίζησης φαίνεται να έχει σταθεροποιηθεί καθώς δεν παρουσιάζεται μεταβολή της καθίζησης τα τελευταία 5 έτη.

Για τον υπολογισμό της διαθέσιμης αντοχής των μελών του φορέα πραγματοποιήθηκε ανάλυση της εντατικής του κατάστασης με βάση τις φορτίσεις και τους συνδυασμούς φορτίσεων της αρχικής μελέτης, οι οποίες περιλαμβάνουν το ίδιο βάρος της κατασκευής, το χιόνι, τον άνεμο, τα οριζόντια και κατακόρυφα φορτία της γερανογέφυρας και τα σεισμικά φορτία. Στα φορτία της αρχικής μελέτης προστέθηκε και  η μετακίνηση λόγω της καθίζησης στα τρία υποστυλώματα των κυρίων πλαισίων αλλά και στα τρία μετωπικά υποστυλώματα. Η προσομοίωση και ανάλυση του φορέα έγινε με τη χρήση του λογισμικού SAP2000v16 ενώ σε όλες τις περιπτώσεις ο έλεγχος των μελών έγινε με βάση τα καθοριζόμενα στον Ευρωκώδικα 3 (2005).

Αρχικά πραγματοποιήθηκε ανάλυση στο επίπεδο της όψης του πλαισίου, η οποία και έδειξε ότι όλα τα μέλη του κύριου πλαισίου επαρκούν ακόμη και με την καθίζηση. Ακολούθησε επίλυση στο επίπεδο της πλευρικής όψης του υποστέγου, στο πλαίσιο της οποίας πραγματοποιήθηκε ταξινόμηση του κόμβου μεταξύ υποστυλώματος και οριζόντιας κοιλοδοκού προκειμένου να προσομοιωθεί κατά το δυνατόν ακριβέστερα η πραγματική κατάσταση στο μοντέλο. Η τελική επίλυση στην πλευρική όψη, με την εισαγωγή κατάλληλης στροφικής δυσκαμψίας στους κόμβους υποστυλώματος – κοιλοδοκού, έδειξε ότι κανένα μέλος δεν αστοχεί, αν και ορισμένα από τα μέλη εντείνονται σημαντικά.

Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις με τρισδιάστατο προσομοίωμα. Η πρώτη επίλυση παρουσίασε αστοχία στο ανατολικό υποστύλωμα του κύριου πλαισίου Νο 3, σε ορισμένες ράβδους πληρώσεως και σε ορισμένους αντιανέμιους συνδέσμους. Έπειτα πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω επιλύσεις στις οποίες τροποποιήθηκαν οι αρχικές παραδοχές για τις αναμενόμενες δράσεις και αντοχές. Συγκεκριμένα, τροποποιήθηκε (μειώθηκε) το φορτίου του χιονιού, δεδομένου ότι από τα μετεωρολογικά δεδομένα, με βάση την τεχνική έκθεση της δοκιμαστικής φόρτισης, το αναμενόμενο φορτίο στην κατασκευή αναμένεται να είναι μικρότερο από τα 2/3 του αρχικού. Επίσης τροποποιήθηκε το φορτίο της γερανογέφυρας, μέσω της αφαίρεσης του ωφέλιμου φορτίου της. Ως προς την  αντοχή των μελών της κατασκευής, δεδομένου ότι δεν κατέστη δυνατή η λήψη δοκιμίων για τον προσδιορισμό της πραγματικής τιμής της αντοχής τους, αυτή αρχικά είχε ληφθεί ίση με 235MPa ενώ στη συνέχεια ελήφθη, συντηρητικά, ίση προς 258,5 MPa  με βάση εκτεταμένα δεδομένα της διεθνούς βιβλιογραφίας για τη μέση τιμή του χάλυβα. Συνεκτιμώντας τα αποτελέσματα της ανάλυσης, την υφιστάμενη εικόνα του φορέα και τις εκτιμήσεις για την πραγματική αντοχή των μελών του, η εργασία κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο φορέας επαρκεί από άποψη αντοχής για την ανάληψη των αναμενόμενων σε αυτόν φορτίσεων, αλλά λόγω της οριακής εντατικής κατάστασης ορισμένων μελών εκτιμήθηκε ως αναγκαία η άμεση εκτέλεση εργασιών αποκατάστασης της αρχικής γεωμετρίας του φέροντα οργανισμού.

Στη συνέχεια έγινε σύγκριση του αρχικού σχεδιασμού με το ισχύον σήμερα κανονιστικό πλαίσιο. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε αναλυτικός υπολογισμός των φορτίων του χιονιού, του ανέμου και της γερανογέφυρας οροφής με βάση τα καθοριζόμενα στον Ευρωκώδικα 1 και έλεγχος επάρκειας σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 3. Στις φορτίσεις δε συμπεριελήφθη η σεισμική καταπόνηση καθώς από την ανάλυση με τα αρχικά φορτία προέκυψε ότι ο σεισμός δεν επηρεάζει ουσιαστικά την κατασκευή. Όπως και προηγουμένως, αρχικά πραγματοποιήθηκε επίλυση στο επίπεδο της όψης του πλαισίου, η οποία και κατέδειξε ότι, πριν την επιβολή της καθίζησης, τα υποστυλώματα του πλαισίου επαρκούν αλλά εντείνονται πολύ περισσότερο σε σχέση με προηγουμένως. Αντίθετα υπάρχουν 6 συνολικά ράβδοι πληρώσεως στα κύρια πλαίσιο Νο 7, 8 και 9 οι οποίες αστοχούν στους συνδυασμούς της άνωσης. Επίσης, η εισαγωγή της καθίζησης επηρεάζει κυρίως τα πλαίσια Νο 2 και 3, προκαλώντας σημαντικές αστοχίες στα υποστυλώματα και στις ράβδους πληρώσεως, ενώ τα μετωπικά υποστυλώματα επαρκούν.

Στη συνέχεια, σε αντιστοιχία με την μεθοδολογία που ακολουθήθηκε στις επιλύσεις της αρχικής φόρτισης, πραγματοποιήθηκε επίλυση στο τρισδιάστατο προσομοίωμα, υιοθετώντας και πάλι τις ίδιες παραδοχές. Από τη νέα επίλυση προκύπτει ότι παρατηρείται αστοχία στο ανατολικό υποστύλωμα του κύριου πλαισίου Νο 3 καθώς και σε ορισμένες ράβδους πλήρωσης στα πλαίσια Νο 2 και 3. Κρίσιμοι στην πλειοψηφία των περιπτώσεων για τις ράβδους

Πέραν των ανωτέρω, επειδή παρατηρήθηκαν αστοχίες σε ράβδους πλήρωσης του ζευκτού στην περίπτωση ανεμοπίεσης από το ανοικτό μέτωπο, τόσο για τιμή αντοχής ίση με τη χαρακτηριστική όσο ακόμη και για τιμή αντοχής ίση προς 258,5MPa, διερευνήθηκε περισσότερο η αναμενόμενη τιμή ανεμοπίεσης στο υπόστεγο. Για το σκοπό ζητήθηκαν και χορηγήθηκαν τα ανεμολογικά στοιχεία της περιοχής του αεροδρομίου από την ΕΜΥ από την ανάλυση και επεξεργασία των οποίων σχεδιάστηκε η κατανομή ακροτάτων τύπου Gumbel για τις μέγιστες τιμές της ταχύτητας του ανέμου, από την οποία και προέκυψε ότι η αναμενόμενη μέγιστη ταχύτητα του ανέμου για περίοδο επαναφοράς τα 50 έτη με βάση τα πραγματικά δεδομένα της περιοχής είναι περίπου ίδια με εκείνη που προκύπτει από την εφαρμογή των διατάξεων του Ευρωκώδικα 1 και το σχετικό Εθνικό Προσάρτημα.

Το βασικότερο συμπέρασμα που προκύπτει από τις επιλύσεις και με τα δύο κανονιστικά πλαίσια είναι ότι κατά τη διαδικασία της αποτίμησης είναι ιδιαίτερα σημαντική η γνώση των πραγματικών τιμών τόσο των δράσεων που ασκούνται σε ένα φορέα όσο και των αντοχών των μελών και των συνδέσεων του φέροντα οργανισμού του καθώς συμβάλουν καθοριστικά στη σωστή εκτίμηση της πιθανότητας αστοχίας του φορέα αλλά και στη βέλτιστη τεχνικοοικονομικά επιλογή της μεθόδου αποκατάστασης.

Επιπλέον, η διαδικασία της αποτίμησης παρουσιάζει δυσκολίες και ιδιαιτερότητες  σε σχέση με το σχεδιασμό, οι οποίες συνίστανται κατά κύριο λόγο στην ανάγκη της ακριβούς αποτύπωσης της υφιστάμενης κατάστασης του φορέα αλλά και κατανόησης του τρόπου κατανομής της έντασης στο φορέα.

Είναι ακόμη σημαντικό να τονιστεί ότι και στις δύο περιπτώσεις επιβεβαιώθηκε η πλαισιακή και όχι χωρική λειτουργία του φορέα. Η καθίζηση επηρεάζει κυρίως τα πλαίσια Νο 2 και Νο 3 όπου λόγω χωρικότητας εισάγεται ένταση σε αυτά και προκαλούνται αστοχίες.

Τέλος, ο Ευρωκώδικας δίνει περισσότερο λεπτομερή αλλά και πολύ πιο συντηρητική προσέγγιση στις τιμές των δράσεων. Το γεγονός αυτό αυξάνει τον υπολογιστικό φόρτο ενώ παράλληλα, στην περίπτωση της αποτίμησης, είναι αναγκαία η πιθανοτική προσέγγιση των τιμών των φορτίσεων βάσει πραγματικών δεδομένων.