Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την αποτίμηση της συμπεριφοράς υφιστάμενου κτιρίου από οπλισμένο σκυρόδεμα και έπειτα την εφαρμογή σεισμικής μόνωσης μέσω της χρήσης κατάλληλων μονωτήρων. Για τον σκοπό αυτό εφαρμόστηκε αρχικά ανελαστική στατική ανάλυση καθώς επίσης και ανελαστική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας επιλέγοντας επιταχυνσιογραφήματα από καταγραφές οχτώ ισχυρών σεισμών ανά τον κόσμο. Κατά την αποτίμηση και ανελαστική ανάλυση του φορέα εφαρμόστηκαν οι διατάξεις του Κανονισμού Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ. 2012). Στη συνέχεια, εφαρμόσθηκε η σεισμική μόνωση, η οποία συνίσταται στην τοποθέτηση εφεδράνων υψηλής απόσβεσης με πυρήνα μολύβδου. Η πραγματοποίηση των αναλύσεων στο υπό μελέτη κτίριο γίνεται με τη βοήθεια του λογισμικού SAP2000 (Version 16.1.0).

Αρχικά, γίνεται αναφορά στις βασικές αρχές και τους στόχους της αποτίμησης και του ανασχεδιασμού υφιστάμενων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος με βάση τον ΚΑΝ.ΕΠΕ, οι οποίοι είναι: η εκτίμηση της διαθέσιμης φέρουσας ικανότητάς του, ο έλεγχος ικανοποίησης των ελαχίστων υποχρεωτικών απαιτήσεων που επιβάλλονται από τους ισχύοντες Κανονισμούς και ο προσδιορισμός της σεισμικής ικανότητας της κατασκευής. Έπειτα, γίνεται διάκριση των δομικών στοιχείων σε πρωτεύοντα και δευτερεύοντα και εν συνεχεία παρουσιάζονται οι στάθμες επιτελεστικότητας με τις οποίες αποτυπώνεται η ανελαστική συμπεριφορά του φορέα. Οι στάθμες επιτελεστικότητας όπως ορίζονται από τον κανονισμό είναι 3 και συγκεκριμένα η Α, η οποία υποδηλώνει περιορισμένες βλάβες, η Β σημαντικές βλάβες και η Γ οιονεί κατάρρευση. Ακόμα, αναλύονται οι μέθοδοι ανάλυσης για την αποτίμηση υφιστάμενων κατασκευών που χρησιμοποιούνται για την αποτίμηση της παραμορφωσιακής συμπεριφοράς των δομικών μελών, οι οποίες διακρίνονται σε ελαστικές και ανελαστικές. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στην προσομοίωση της ανελαστικής συμπεριφοράς των δομικών μελών του φορέα, στη καμπύλη εντατικού μεγέθους-παραμόρφωσης και στις σχέσεις υπολογισμού των παραμορφωσιακών μεγεθών στροφής διαρροής, θραύσης και πλαστικής στροφής.

Σε επόμενο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά το κτίριο, ο φέρον οργανισμός και τα δευτερεύοντα στοιχεία καθώς και η προσομοίωση τους με κατάλληλο λογισμικό. Ειδικότερα, το κτίριο που μελετήθηκε αποτελεί μια τετραώροφη οικοδομή με υπόγειο και δώμα και προσομοιώθηκε με τη χρήση του προγράμματος SAP2000. Το προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε είναι χωρικό, τρισδιάστατο και τα στοιχεία που το αποτελούν συνίστανται στις πλάκες που έχουν διαφραγματική λειτουργία και είναι απαραμόρφωτες στο επίπεδο τους, στις δοκούς που είναι γραμμικά στοιχεία  διατομής πλακοδοκού και υπόκεινται σε μονοαξονική κάμψη, στα υποστυλώματα που είναι και αυτά γραμμικά στοιχεία αλλά υπόκεινται σε διαξονική κάμψη και αξονική δύναμη, στην θεμελίωση για την οποία θεωρήθηκε πάκτωση στη στάθμη εδάφους και στους κόμβους που είναι άκαμπτοι. Εν συνεχεία, παρουσιάζονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα φορτία, η μάζα και οι δυσκαμψίες που λήφθηκαν υπόψη στο προσομοίωμα, υπολογίζονται οι γωνίες στροφής και γίνεται ο έλεγχος με βάση τις στάθμες επιτελεστικότητας.

Ακολουθεί μια εισαγωγή στη μέθοδο της σεισμικής μόνωσης βάσης, η οποία έχει ως στόχο τη μείωση ή βελτίωση της απόκρισης της ανωδομής που οφείλεται στις οριζόντιες σεισμικές δράσεις συγκεντρώνοντας τις μετακινήσεις στη στάθμη του συστήματος μόνωσης. Με τον τρόπο αυτό ελαχιστοποιούνται κατά το δυνατόν οι παραμορφώσεις στις κρίσιμες διατομές των στοιχείων του φέροντος οργανισμού περιορίζοντας σημαντικά τις βλάβες και κάνοντας την ανωδομή να συμπεριφέρεται σχεδόν ως άκαμπτο στερεό σώμα. Έπειτα αναφερόμαστε στη διαδικασία εφαρμογής της σεισμικής μόνωσης στα υφιστάμενα κτίρια και ακολούθως περιγράφουμε τα συστήματα μόνωσης που υπάρχουν. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου, καθώς παρουσιάζουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλους τύπους εφεδράνων. Πιο συγκεκριμένα, τα εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου παρουσιάζουν ευκαμψία για τις σεισμικές ανακυκλικές μετακινήσεις. Επίσης ο μόλυβδος διαρρέει εύκολα σε χαμηλά επίπεδα και τέλος μετά τη διαρροή του εμφανίζει σχεδόν τέλεια πλαστική συμπεριφορά.

Μετά την ανάλυση της μεθόδου της σεισμικής μόνωσης ακολουθεί ο σχεδιασμός του συστήματος σεισμικής μόνωσης σύμφωνα με τις οδηγίες σεισμικής μόνωσης του Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ. Για τον σκοπό αυτό, έγινε μια προδιαστασιολόγηση εφεδράνου από κατάλληλους πίνακες εμπορίου με βάση την κατακόρυφη δύναμη σχεδιασμού που προέκυψε από τον συνδυασμό φόρτισης G+0.3Q και ακολούθησε ο προσδιορισμός της διγραμμικής καμπύλης εφεδράνου με επαναληπτική διαδικασία υποθέτοντας μια αρχική μετακίνηση σχεδιασμού. Έπειτα, έγιναν οι απαιτούμενοι παραμορφωσιακοί έλεγχοι εφεδράνου σύμφωνα με το προσχέδιο οδηγιών και τέλος αφού ικανοποιήθηκαν όλοι τοποθετήθηκαν τα δεκατρία συνολικά εφέδρανα στη βάση κάθε υποστυλώματος.

Στη συνέχεια γίνεται μία αναφορά στις σεισμικές διεγέρσεις και πιο συγκεκριμένα στα φάσματα απόκρισης που χρησιμοποιούνται, στην προσομοίωση των οριζόντιων φορτίων. Επίσης, για την ανάλυση του κτιρίου με δυναμική ανάλυση χρησιμοποιούνται επιταχυνσιογραφήματα από οχτώ ισχυρούς σεισμούς ανά τον κόσμο (Kobe, Landers, Northridge, Loma Prieta, Iwate, Duzce, Chuetsu, Καλαμάτα). Για να γίνει όμως η εισαγωγή των επιταχυνσιογραφημάτων στο πρόγραμμα γίνεται η αναγωγή τους στο φάσμα σχεδιασμού του Ευρωκώδικα. Αυτό πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια του προγράμματος Seismomatch.

Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του κτιρίου παρουσιάζονται σε επόμενη ενότητα. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε ιδιομορφική ανάλυση του φορέα πριν και μετά την εφαρμογή της σεισμικής μόνωσης. Στον αρχικά πακτωμένο φορέα, η πρώτη ιδιομορφή προέκυψε μεταφορική κατά x, η δεύτερη περιστροφική κατά z και η τρίτη μεταφορική κατά y. Στον μονωμένο φορέα η πρώτη ιδιομορφή προέκυψε περιστροφική κατά z, η δεύτερη μεταφορική κατά x και η τρίτη μεταφορική κατά y. Παρατηρήθηκε, ότι  μετά την εφαρμογή της σεισμικής μόνωσης οι τιμές των ιδιοπεριόδων αυξήθηκαν σημαντικά. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την αισθητή μείωση της σεισμικής έντασης που δέχθηκε η κατασκευή, καθώς με την αύξηση της ιδιοπεριόδου μειώνεται η φασματική επιτάχυνση.

Η επόμενη ανάλυση που πραγματοποιήθηκε είναι η ανελαστική στατική ανάλυση (Pushover) για τις διευθύνσεις x και y. Η ανάλυση αυτή, περιγράφει σε ικανοποιητικό βαθμό την συμπεριφορά της κατασκευής. Έχει τη δυνατότητα να καταγράφει την δημιουργία πλαστικών αρθρώσεων, την αστοχία των μελών και την ανακατανομή της έντασης μετά τη δημιουργία μιας πλαστικής άρθρωσης. Με την ανάλυση αυτή μπορεί να υπολογιστεί ο πραγματικός συντελεστής συμπεριφοράς q της κατασκευής. Για την εφαρμογή της μεθόδου επιλέχθηκε καθ’ ύψος τριγωνική κατανομή των σεισμικών δυνάμεων ως ποσοστό της τέμνουσας βάσης ανά όροφο. Με την ανάλυση pushover προσδιορίζεται η καμπύλη αντίστασης/ικανότητας η οποία αναπαριστά την μετατόπιση του κόμβου ελέγχου σε σχέση με την τέμνουσα βάσης. Η κλίση της καμπύλης αυτής δίνει την δυσκαμψία της κατασκευής πριν την αστοχία των μελών. Με την pushover ανάλυση βρέθηκε το σημείο επιτελεστικότητας, το οποίο είναι το σημείο τομής της καμπύλης ικανότητας και της καμπύλης απαίτησης και δίνει την στοχευόμενη μετατόπιση της κατασκευής για τη συγκεκριμένη σεισμική διέγερση. Παρατηρήθηκε μικρότερη στοχευόμενη μετακίνηση και μεγαλύτερη τέμνουσα βάσης στη διεύθυνση y που οφείλεται στην μεγαλύτερη δυσκαμψία του φορέα κατ’ αυτή τη διεύθυνση.

Τέλος, στο υπό μελέτη δόμημα εφαρμόστηκε η ανελαστική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας και για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται σεισμογραφήματα από καταγραφές οχτώ ισχυρών σεισμών ανά τον κόσμο και συγκεκριμένα τους σεισμούς Duzce, Chuetsu, Landers, Loma Prieta, Καλαμάτας, Kobe, Iwate, Northridge. Αξιολογώντας τα εξαγόμενα αποτελέσματα των αναλύσεων και από τις οχτώ εξεταζόμενες σεισμικές διεγέρσεις διαπιστώθηκε ότι δυσμενέστερα ήταν εκείνα κατά το σεισμό Loma Prieta. Ειδικότερα, για την περίπτωση φόρτισης x+0.3y, δηλαδή κατά τη φόρτιση παράλληλα στη μικρή πλευρά του κτιρίου, όσον αφορά τις δοκούς της κατασκευής παρατηρείται ότι οι μεγαλύτερες βλάβες συνέβησαν στα δοκάρια που είναι παράλληλα στη διεύθυνση x του κτιρίου. Η πλειοψηφία των πλαστικών αρθρώσεων βρίσκεται στη στάθμη επιτελεστικότητας Α, οι έντεκα βρίσκονται στη στάθμη επιτελεστικότητας Β, ενώ μόλις μία ανήκει στη στάθμη επιτελεστικότητας Γ. Για την περίπτωση φόρτισης y+0.3x, δηλαδή κατά τη φόρτιση παράλληλα στη μεγάλη πλευρά του κτιρίου, όσον αφορά τις δοκούς της κατασκευής παρατηρείται ότι οι μεγαλύτερες βλάβες συνέβησαν στα δοκάρια που είναι παράλληλα στη διεύθυνση y του κτιρίου και ήταν πολύ περισσότερες από αυτές κατά τη φόρτιση x+0.3y. Μετά την εφαρμογή της μόνωσης, για την περίπτωση φόρτισης x+0.3y, όσον αφορά τις δοκούς της κατασκευής παρατηρείται ότι οι πλαστικές αρθρώσεις στο σύνολο τους παρουσιάζουν ελαστική συμπεριφορά καθότι εμφανίζουν πολύ μικρές τιμές πλαστικής στροφής. Όσον αφορά τα υποστυλώματα και τοιχώματα που διερευνήθηκαν στη στάθμη της πυλωτής τόσο για τη ροπή Μ2 όσο και για τη ροπή Μ3 συμπεριφέρονται στο σύνολό τους ελαστικά, καθώς η σχέση ροπής και στροφής είναι απολύτως γραμμική. Επιπλέον, λόγω της αύξησης της απόσβεσης για το σεισμικά μονωμένο κτίριο το πλάτος της ταλάντωσης και στις δύο διευθύνσεις είναι μειωμένο περίπου στο μισό και φθίνει με μεγαλύτερο ρυθμό από ότι για το κτίριο πριν την ενίσχυση. Η παραμένουσα μετατόπιση είναι μικρής τάξεως, οφείλεται στο μονωτήρα και είναι επισκευάσιμη βλάβη. Ακόμη, αισθητή είναι και η μείωση της σχετικής μετακίνησης των ορόφων και της συνολικής τέμνουσας. Παρόμοια συμπεράσματα προέκυψαν για την περίπτωση φόρτισης y+0.3x, όπου τόσο οι δοκοί, όσο και τα υποστυλώματα και τοιχώματα της κατασκευής ανταποκρίνονται πλήρως ελαστικά.

Συμπερασματικά λοιπόν, μπορούμε με αρκετή σιγουριά να ισχυριστούμε ότι επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός της κίνησης της ανωδομής από την ισχυρή κίνηση του εδάφους κατά τη διάρκεια του σεισμού και ελαχιστοποιείται έτσι η ενέργεια που εισάγεται στη κατασκευή. Βλέπουμε δηλαδή, ότι τα εφέδρανα παραλαμβάνουν το σύνολο σχεδόν της μετακίνησης, με αποτέλεσμα το κτίριο να συμπεριφέρεται σαν άκαμπτη μονάδα. Κατά συνέπεια, τόσο οι σεισμικές δυνάμεις στην ανωδομή, όσο και οι σχετικές μετακινήσεις μεταξύ των ορόφων και η φασματική επιτάχυνση παρουσιάζουν δραστική μείωση.