Advanced computational methods for seismic design and assessment of reinforced concrete structures

Abstract

The major objective of this Dissertation is to develop an integrated framework for the economical and safe antiseismic design and assessment of new reinforced concrete structures by means of life-cycle cost and fragility analysis. This objective of the dissertation is achieved through the accomplishment of the following tasks: (i) At the first part of the Dissertation numerical calibration for some of the most popular damage indices (DIs) that have been proposed by many researchers was performed, in order to quantify the extent of damage in reinforced concrete structures. (ii) A critical assessment of prescriptive design procedures was performed with reference to their ability to lead to safe and economical designs. Furthermore, a comparison between prescriptive and performance-based seismic design procedures was carried out. For this purpose a number of structural seismic design optimisation problems have been formulated. On the other hand, based on the calibrated DIs, structural optimization problems were formulated aiming at identifying the DI, or the combination of Dis that will provide reliable information on damage so that they can be incorporated into a Performance-Based Design framework. The ultimate objective of this task is to compare lower-bound designs that satisfy the design code requirements in the most cost-effective way using a Life-Cycle Cost Analysis (LCCA) methodology. (iii) The next step is to improve the LCCA procedure with reference to both its robustness and efficiency. (iv) The last objective of the dissertation is to improve the fragility analysis procedure with reference to both robustness and efficiency. The efficiency is achieved by introducing a neural network-based incremental dynamic analysis (IDA) procedure that reduces the computational effort by one order of magnitude.

Ο κύριος στόχος της διατριβής ήταν η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου πλαισίου για την αξιολόγηση και τον οικονομικό-ασφαλή αντισεισμικό σχεδιασμό κατασκευών. Αυτός ο καθολικός στόχος της διατριβής επετεύχθη μέσω των ακόλουθων βημάτων: (i) Στο πρώτο μέρος της διατριβής πραγματοποιήθηκε αριθμητική βαθμονόμηση ορισμένων από τους πιο δημοφιλείς δείκτες βλάβης που έχουν προταθεί και υιοθετηθεί από πολλούς ερευνητές προκειμένου να προσδιορίσουν το επίπεδο ζημίας κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. (ii) Στο δεύτερο στάδιο της διατριβής πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των περιγραφικών διαδικασιών αντισεισμικού σχεδιασμού σε σχέση με τον συντελεστή συμπεριφοράς που υιοθετείται από τους Ευρωκώδικες και διερευνήθηκε η βέλτιστη επιλογή που οδηγεί στον οικονομικότερο και ασφαλέστερο σχεδιασμό. Επιπροσθέτως έγινε σύγκριση των μεθόδων σχεδιασμού με βάση την επίδοση σε σχέση με τις περιγραφικές μεθόδους σχεδιασμού. Στη συνέχεια, με βάση τους βαθμονομημένους δείκτες βλάβης, διατυπώθηκαν προβλήματα βελτιστοποίησης με στόχο να προσδιοριστεί ο δείκτης βλάβης ή ο συνδυασμός δεικτών βλάβης που αποτελούν την σωστότερη επιλογή προκειμένου να ενσωματωθεί στο πλαίσιο σχεδιασμού που βασίζεται στην επιτελεστικότητα. (iii) Ως επόμενο βήμα της διατριβής ήταν η βελτίωση της διαδικασίας του κόστους κύκλου ζωής όσον αφορά την αξιοπιστία και την υπολογιστική αποδοτικότητά της.. (iv) Ο τελευταίος στόχος της διατριβής ήταν η βελτίωση της διαδικασίας ανάλυσης τρωτότητας σε σχέση με την αξιοπιστία και την υπολογιστική αποδοτικότητα. Η υπολογιστική αποδοτικότητα επετεύχθη μέσω της προτεινόμενης στο πλαίσιο της παρούσης διατριβής προσαυξητικής δυναμικής ανάλυσης με βάση πρόβλεψης νευρωνικών δικτύων η οποία μειώνει τις υπολογιστικές απαιτήσεις κατά μία τάξη μεγέθους.