Ευρωστία είναι η ικανότητα της κατασκευής να αντέχει γεγονότα όπως η πυρκαγιά, οι εκρήξεις, οι συνέπειες ανθρώπινου λάθους, χωρίς να καταστραφεί σε βαθμό δυσανάλογο ως προς την αρχική αιτία. Σήμερα , η ευρωστία των κατασκευών , της οποίας η συστηματική μελέτη ξεκίνησε  όταν το 1968 συνέβη μία έκρηξη αερίου , σε ένα γωνιακό διαμέρισμα στον 18ο όροφο της πολυκατοικίας Ronan Point στην Αγγλία, αποτελεί θέμα ενδιαφέροντος των μηχανικών , ενώ οι ολοένα αυξανόμενες τρομοκρατικές επιθέσεις έρχονται να προστεθούν στις ήδη υπάρχουσες απαιτήσεις ευρωστίας.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ευρωστίας των μεταλλικών κατασκευών σε περίπτωση τρομοκρατικής επίθεσης. Αρχικά πραγματοποιείται η ανάλυση και η διαστασιολόγηση, η οποία βασίζεται στους Ευρωκώδικες  ΕΝ 1990, 1991, 1993 και τα Ελληνικά Εθνικά Προσαρτήματα και ο αντισεισμικός σχεδιασμός πραγματοποιείται σύμφωνα με τις διατάξεις του Ευρωκώδικα 8 (EC8). Στη συνέχεια εξετάζεται η δυνατότητα ευρωστίας της κατασκευής σε περίπτωση έκρηξης λόγω τρομοκρατικής επίθεσης , η προσομοίωση της οποίας γίνεται με τη συνηθέστερη μέθοδο,  όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, της απώλειας υποστυλώματος (lost column analysis). Το βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου αποτελεί το γεγονός ότι δεν απαιτείται ο υπολογισμός της δύναμης , που προκαλείται από την έκρηξη , μια διαδικασία που θα ήταν πολύ δύσκολη. Αντίθετα εξετάζεται μόνο το αποτέλεσμα αυτής της δύναμης , η επίπτωση της στην κατασκευή , η οποία θεωρούμε ότι είναι η απώλεια ενός ή περισσότερων υποστυλωμάτων. Με τη μέθοδο απώλειας υποστυλώματος ο φορέας δεν εξασφαλίζεται μόνο σε περίπτωση έκρηξης , αλλά εξοπλίζεται με τις βασικότερες αρχές ευρωστίας. Εφόσον έχει τη δυνατότητα να ανακατανείμει τα φορτία που προκαλούνται από την απώλεια ενός υποστυλώματος , σημαίνει ότι διαθέτει εναλλακτικούς δρόμους φόρτισης , ώστε να αντέξει και άλλες αντίστοιχες περιπτώσεις.

Πραγματοποιούνται στατικές και δυναμικές αναλύσεις σε μοντέλο 2 και 3 διαστάσεων , γραμμικές και μη γραμμικές, ώστε να προσδιοριστούν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε ανάλυσης και η καταλληλότερη προσέγγιση για τον έλεγχο και τη διαστασιολόγηση της κατασκευής.

 Για την προσομοίωση της απώλειας του υποστυλώματος θεωρείται αρχικά  ότι τα κατακόρυφα φορτία, σύμφωνα με τον συνδυασμό δράσεων για τυχηματική φόρτιση, εφαρμόζονται στατικά στην κατασκευή και γίνεται στη συνέχεια στατική ανάλυση του πλαισίου. Mε αυτόν τον τρόπο υπολογίζεται η αξονική δύναμη του υποστυλώματος.

Στη συνέχεια αφαιρείται το υποστύλωμα , που μας ενδιαφέρει , και εφαρμόζονται στατικά τα φορτία G+0,5Q και N, με χρονοϊστορίες ως ακολούθως : Τα φορτία , τόσο τα κατακόρυφα G+0,5Q και η αξονική του υποστυλώματος Ν, εφαρμόζονται σε χρονικό διάστημα 1sec στην κατασκευή και στη συνέχεια παραμένουν αμετάβλητα για 9 sec, ώστε η κατασκευή να φτάσει μια στατική κατάσταση , η οποία αντιπροσωπεύει την κατάσταση της κατασκευής πριν την απώλεια του υποστυλώματος. Τέλος, στα 10,01 sec μηδενίζεται η αξονική αντίδραση Ν, ώστε να προσομοιώσει την αιφνίδια απώλεια του υποστυλώματος. H ταχύτητα με την οποία αφαιρείται ένα μέλος της κατασκευής σε μια δυναμική ανάλυση έχει αξιοσημείωτη επίδραση στην απόκριση της κατασκευής. Αυτός είναι και ο λόγος , που το χρονικό διάστημα είναι τόσο μικρό, μόλις 0,01sec. Με βάση τις χρονοϊστορίες πραγματοποιείται δυναμική ανάλυση, γραμμική και μη γραμμική , ώστε να προσδιοριστούν τα αποτελέσματα της απώλειας στην κατασκευή.

 Στη συνέχεια πραγματοποιείται στατική ανάλυση της κατασκευής , γραμμική και μη γραμμική , καθώς και στατική ανάλυση η οποία λαμβάνει υπόψιν το δυναμικό το φαινομένου της απώλειας του υποστυλώματος μέσω του συντελεστή δυναμικής προσαύξησης ( Dynamic Increase Factor) με τιμή 2 , όπως προτείνεται από την US. General Services Administration οδηγία για προοδευτική κατάρρευση σε περίπτωση απώλειας υποστυλώματος.

Οι παραπάνω αναλύσεις πραγματοποιούνται αρχικά σε μοντέλο δύο διαστάσεων , για απώλεια εσωτερικού και εξωτερικού υποστυλώματος και στη συνέχεια σε κτίριο στο οποίο θεωρούμε τρεις περιπτώσεις : απώλεια εσωτερικού υποστυλώματος, απώλεια εσωτερικού υποστυλώματος εξωτερικού πλαισίου και τέλος απώλεια ενός γωνιακού υποστυλώματος.

 Μετά την ολοκλήρωση των αναλύσεων και αξιολογώντας τα αποτελέσματα καθεμιά περίπτωσης μπορούμε να εξάγουμε  τα ακόλουθα γενικά συμπεράσματα:

 Η απώλεια ενός υποστυλώματος σε μια κατασκευή αποτελεί σε κάθε περίπτωση δυναμικό φαινόμενο , επομένως η δυναμική συμπεριφορά δε μπορεί να αγνοηθεί . Πρέπει να ληφθεί υπόψιν είτε πραγματοποιώντας δυναμική ανάλυση είτε χρησιμοποιώντας συντελεστή δυναμικής προσαύξησης.

Οι τιμές του δυναμικού συντελεστή προσαύξησης (Dynamic Increase Factor) ποικίλουν ανάλογα με την περίπτωση και εξαρτώνται από τη θέση του υποστυλώματος στην κατασκευή, τις διαστάσεις της, των αριθμό των ανοιγμάτων και των ορόφων της και αποτελεί αντικείμενο διερεύνησης. Υπάρχει πάντα η δυνατότητα για θεώρηση του συντελεστή δυναμικής προσαύξησης με τιμή 2 , όπως προτείνει  η US. General Services Administration for Progressive Collapse 2003 οδηγία. Η τιμή 2 οδηγεί σε ένα βαθμό σε συντηρητικά αποτελέσματα , ωστόσο καλύπτει όλες τις περιπτώσεις για εφαρμογή στατικής ανάλυσης.

Οι ελαστικές δυναμικές και στατικές αναλύσεις, παρουσιάζουν σημαντικά μικρότερες μετακινήσεις σε σύγκριση με τις αντίστοιχες μη γραμμικές , ενώ ταυτόχρονα δίνουν δυσμενή αποτελέσματα για έλεγχο και διαστασιολόγηση της κατασκευής. Εφόσον δεν επιτρέπουν ανάπτυξη πλαστικών αρθρώσεων και ανελαστικών παραμορφώσεων, η μόνη προσέγγιση που μπορεί να γίνει είναι αυτή του συντελεστή εκμετάλλευση της κατασκευής. Η τιμή του 1 του συντελεστή εκμετάλλευσης ξεπερνιέται για τιμές μικρότερες του Load Factor 1, σε κάποιες και σε μικρότερο του 0,5, που σημαίνει διπλάσιες διατομές.

Καταλληλότερη με βάση τα αποτελέσματα των αναλύσεων στην περίπτωση απώλειας υποστυλώματος μια μεταλλικής κατασκευής θεωρείται η μη γραμμική δυναμική ανάλυση με θεωρία μεγάλων μετατοπίσεων, χωρίς όμως να απορρίπτεται η χρήση μη γραμμικής στατικής ανάλυσης με συντελεστή δυναμικής προσαύξησης.

Όλες οι αναλύσεις έδειξαν ότι η κατασκευή μπορεί να αντέξει σε απώλεια υποστυλώματος  υπό τον συνδυασμό G+0,5Q, ναι μεν περνάει στην πλαστική περιοχή και δημιουργούνται πλαστικές αρθρώσεις, δεν ξεπερνιέται ωστόσο η στάθμη επιτελεστικότητας Προστασία Ζωής.

Η δυσμενέστερη περίπτωση που προέκυψε ήταν για το πλαίσιο η απώλεια εξωτερικού υποστυλώματος , ενώ για το κτίριο η απώλεια εσωτερικού υποστυλώματος . Η τελευταία αποτελεί τη δυσμενέστερη περίπτωση όλων. Αυτό είναι λογικό αν σκεφτεί κανείς ότι η απώλεια ενός εσωτερικού υποστυλώματος κτιρίου δημιουργεί πολύ μεγαλύτερη ανάγκη για ανακατανομή φορτίου και επιπλέον δημιουργεί πολύ μεγάλα ανοίγματα στην κατασκευή , αν σκεφτεί κανείς ότι προκύπτουν στην εν λόγω περίπτωση 256m2 χωρίς εσωτερικό υποστύλωμα.

Αντικείμενο προς περαιτέρω διερεύνηση είναι η μελέτη της απώλειας υποστυλώματος ως δυναμικό φαινόμενο σε μια πολυώροφη κατασκευή, αν και μπορεί να θεωρηθεί ότι σε ένα βαθμό καλύπτεται λόγω των μεγάλων Load Factor στα οποία φτάνει η κατασκευή.