Controlled damage based design of composite structures under seismic loading

Abstract

The main purpose of this Ph.D. Disseration is to investigate in-depth the seismic behavior of steel/concrete composite structures consisting of circular concrete – filled steel tube columns and composite beams (steel I – beams connected with concrete floor slabs). After an extensive study of the literature review, it is found that there is a lack of a simple simulation of the inelastic hysteretic response for circular concrete – filled steel tube (CFT) columns under seismic loading. More specifically, there is a lack of a hysteretic model which is based on the theory of concentrated plasticity so as to be easily applied to analytical simulation models and to reduce drastically the computing time of the inelastic analysis, providing reliable and accurate results with other corresponding simulations which are complex and computationally time consuming. The limited knowledge of the inelastic response of composite structures subjected to monotonic loading is a further aspect which is missing from the investigation of this type of structures. It is evident from the fact that the pertinent literature is constrained only to steel structures. At the same time, the research study for the seismic behavior of composite structures under repeated earthquakes as well as the impact of the seismic incident angle is considered a further investigation in this research. Therefore, the main research areas of this doctorate dissertation can be briefly described as follows:i.Investigation of the inelastic behavior of circular concrete – filled steel tube columns under monotonic and cyclic loading using detailed simulations with finite elements. Their accuracy is verified by available experiments of the pertinent literature. Also, an additional study is developed where monotonic and cyclic loadings are compared, exporting to useful findings.ii.Development of a simple hysteretic model of concentrated plasticity for the seismic behavior of circular concrete – filled steel tube columns, whose parameters are functions that derived from parametric studies on the finite element simulations.iii.Evaluation of the analytical simulations and analysis procedures which are proposed in the pertinent literature for the seismic behavior of structural members via comparisons with experimental data.iv.Extensive parametric studies with dynamic inelastic analyses of steel/concrete composite frames in order to create a responses database aiming at developing new and more rational seismic design methods of steel/concrete composite frames as well as the improvement of the existing provisions.v.Assessment of the seismic behavior of steel/concrete composite irregular frames under repeated earthquakes and damages quantification into the structural members taking into account the incident angle of each seismic event.vi.Case study: Adoption of proposed empirical equations related to soil which are verified via comparisons between the analytical results from the proposed equations and experimental results from various published works. Additionally, a series of comparisons between a composite steel/concrete onshore structure with a one consisting of different material (i.e. reinforced concrete) is conducted under monotonic, cyclic and seismic loadings, providing useful findings.According to the above research areas, the present dissertation is divided into five sections:The first section refers to the methodology which is developed in order to create proposed empirical equations of circular concrete – filled steel tube columns under monotonic loading. Simulations for circular concrete – filled steel tube columns as well as various structural members of circular cross – section are adopted from the relevant literature.The second section refers to the methodology which is followed in order to develop a proposed simulation for the hysteretic behavior of circular concrete – filled steel tube columns under cyclic loading.The third section is related to the investigation of the seismic inelastic behavior of steel/concrete composite frames aiming at developing new and more rational seismic design methods of composite steel/concrete frames as well as the improvement of the existing provisions. Thus, various empirical relations are proposed which related to the dimensioning of the steel/concrete composite buildings and to the direct identification of the controlled damage of the structural members, demonstrating the effectiveness and usefulness of this investigation.The fourth section refers to the damages assessment in 2 – D and 3 – D steel/concrete composite irregular frames under repeated earthquakes. These frames are also investigated depending on the incident angle of each seismic event, providing useful findings.Finally, the fifth section presents a proposed analytical approach related to soil and verified by comparing it with experimental and computational results obtained by the pertinent literature, leading to useful conclusions. In this section, a comparison between composite materials (steel and concrete) and other specific materials (steel or concrete) is also taken place. More specifically, two onshore structures consisting of circular concrete filled – steel tube piles and piles from reinforced concrete are investigated and compared under lateral loadings (monotonic, cyclic and seismic loadings) concluding to useful findings.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά την σεισμική συμπεριφορά σύμμικτων πλαισίων με υποστυλώματα από χαλύβδινες κοιλοδοκούς πληρούμενες με σκυρόδεμα και σύμμικτες δοκούς αποτελούμενες από πλάκες οπλισμένου σκυροδέματος και μεταλλικές δοκούς τύπου Ι. Στα πλαίσια της διερεύνησης αυτής αναπτύσσονται και προτείνονται αναλυτικά μοντέλα προσομοίωσης της υστερητικής συμπεριφοράς των σύμμικτων υποστυλωμάτων κυκλικής διατομής τόσο σε μονοτονική όσο και σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Η αξιοπιστία των επιμέρους αναλυτικών προσομοιωμάτων καθώς επίσης και αυτού που προσομοιώνει την όλη κατασκευή προκύπτει μέσω συγκρίσεων με πειραματικά αποτελέσματα από την σχετική βιβλιογραφία. Επιπλέον, αφού ολοκληρωθεί η προσομοίωση των σύμμικτων κατασκευών πραγματοποιείται εκτενής παραμετρική μελέτη τους για την δημιουργία μιας βάσης δεδομένων από ελαστικές και ανελαστικές αποκρίσεις αυτών των κατασκευών χρησιμοποιώντας σεισμικές καταγραφές για διαφορετικούς τύπους εδάφους. Στόχος της παραμετρικής μελέτης είναι η ανάπτυξη νέων πιο ορθολογικών μεθόδων σχεδίασης σύμμικτων κατασκευών καθώς και η βελτίωση των υπαρχουσών διατάξεων. Μια νέα μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού που αναφέρεται σε μεταλλικές κατασκευές είναι ο σχεδιασμός με κριτήριο την ελεγχόμενη βλάβη υπό σεισμική καταπόνηση, η οποία προσδιορίζει άμεσα τις βλάβες τόσο σε επίπεδο μελών όσο σε επίπεδο πλαισίου. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η επέκταση και εφαρμογή της μεθόδου αυτής σε σύμμικτες κατασκευές. Η παρούσα έρευνα, επεκτείνεται επίσης στη διερεύνηση δυσδιάστατων και τρισδιάστατων ακανόνιστων κτηρίων υπό την επίδραση πολλαπλών/επαναλαμβανόμενων σεισμών, λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης των σεισμικών γεγονότων. Τέλος, η παρούσα έρευνα επεκτείνεται και σε άλλες κατασκευές, πλήν των κτηριακών με σκοπό την γενίκευση των προαναφερθέντων μοντέλων. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιείται μια λεπτομερής διερεύνηση μιας παράκτιας κατασκευής σε κεκλιμένο έδαφος, αποτελούμενες είτε από σύμμικτους πασσάλους ή πασσάλους από οπλισμένο σκυρόδεμα έχοντας ως στόχο την σύγκριση μεταξύ τους. 1.2 ΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Οι σύμμικτες κατασκευές που συνδυάζουν τον δομικό χάλυβα με το σκυρόδεμα στα διάφορα δομικά στοιχεία – δοκοί, πλάκες, υποστυλώματα – αποτελούν μία κατάλληλη επιλογή για την κατασκευή αντισεισμικών κτιρίων, προσφέροντας σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι άλλων κατασκευών που χρησιμοποιούν μόνο τον δομικό χάλυβα ή το οπλισμένο σκυρόδεμα ξεχωριστά. Σύμφωνα με την έρευνα που ξεκίνησε μετά τους σεισμούς του Northridge (1994) και του Kobe (1995), προκύπτει ότι οι μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν για τον σχεδιασμό αντισεισμικών κατασκευών με βάση την επιτελεστικότητα επιτρέπουν στους μηχανικούς να σχεδιάζουν κτήρια με προβλέψιμες επιδόσεις σε σεισμικές διεγέρσεις εντός προκαθορισμένων τιμών βλάβης και απόκρισης. Στο πλαίσιο αυτό των σύγχρονων κανονισμών, κατασκευές με σύμμικτα μέλη αποτελούν ένα πεδίο για συστηματική έρευνα εξαιτίας των σημαντικών πλεονεκτημάτων που παρέχουν.Τα βασικά πλεονεκτήματα των σύμμικτων μελών προέρχονται από αυτά των επιμέρους υλικών, του χάλυβα και του σκυροδέματος. Ο δομικός χάλυβας έχει υψηλή αντοχή, ολκιμότητα και τοποθετείται εύκολα και γρήγορα. Αντίθετα, το οπλισμένο σκυρόδεμα παρέχει υψηλή δυσπαραμορφωσιμότητα και αντοχή σε θλίψη, είναι οικονομικό, ανθεκτικό στη φωτιά και στις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Σύμμικτα μέλη που συνδυάζουν τον χάλυβα και το οπλισμένο σκυρόδεμα απολαμβάνουν τα πλεονεκτήματα και των δύο υλικών. Όσον αφορά τα σύμμικτα υποστυλώματα, η διερεύνηση των οποίων αποτελεί σημαντικό τμήμα της παρούσας εργασίας, μπορούν να διακριθούν σε δύο κύριες κατηγορίες: α) σε υποστυλώματα που διαμορφώνονται από χαλύβδινες διατομές εγκιβωτισμένες μερικώς ή ολικώς σε σκυρόδεμα και β) σε υποστυλώματα που διαμορφώνονται από χαλύβδινες κοιλοδοκούς πληρούμενες με οπλισμένο σκυρόδεμα. Στην πρώτη κατηγορία όπου μία ή περισσότερες χαλύβδινες δοκοί εγκιβωτίζονται σε σκυρόδεμα, το σκυρόδεμα που περιβάλει τον χάλυβα συγκρατεί και καθυστερεί τον τοπικό και συνολικό λυγισμό της χαλύβδινης δοκού, ενώ την προστατεύει ταυτόχρονα από την φωτιά. Τα κύρια μειονεκτήματα αυτού του τύπου των μελών είναι ότι απαιτούν ξυλότυπο και συμπληρωματικό εγκάρσιο και διαμήκη οπλισμό για την περίσφιγξη του σκυροδέματος που περικλείει την χαλύβδινη δοκό. Στην δεύτερη κατηγορία όπου η χαλύβδινη κοιλοδοκός είναι πληρούμενη με οπλισμένο σκυρόδεμα, η κοιλοδοκός αντικαθιστά τον ξυλότυπο κατά την κατασκευή μειώνοντας το κόστος κατασκευής και περισφίγγει το σκυρόδεμα πλήρωσης κατά τη διάρκεια της καταπόνησης. Ταυτόχρονα το σκυρόδεμα πλήρωσης αποτρέπει τον εσωτερικό τοπικό λυγισμό του χαλύβδινου σωλήνα καθώς είναι περισφιγμένο από την κοιλοδοκό, με αποτέλεσμα να μειώνεται το ποσοστό εγκάρσιου και διαμήκους οπλισμού το οποίο μπορεί και να μην απαιτηθεί. Επιπλέον, η κοιλοδοκός βελτιώνει αποτελεσματικά την αντοχή, ολκιμότητα και απορρόφηση ενέργειας του υποστυλώματος καθώς και την ευστάθειά του ως σύστημα ανάληψης δυνάμεων. Τέλος, το οπλισμένο σκυρόδεμα πλήρωσης ενισχύει την αντίσταση του υποστυλώματος σε υψηλές θερμοκρασίες, π.χ. έναντι πυρκαγιάς, παρότι ο χάλυβας είναι εκτεθειμένος, διότι το σκυρόδεμα πλήρωσης δρα ως μέσον απορρόφησης θερμότητας. Για τους λόγους αυτούς, δομικά συστήματα με υποστυλώματα από χαλύβδινες κοιλοδοκούς γεμισμένες με σκυρόδεμα έχουν αποτελέσει αντικείμενο εκτεταμένης έρευνας κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών για την κατανόηση της συμπεριφοράς τους σε σεισμικές συνθήκες φόρτισης και έχουν εφαρμοστεί σε γέφυρες, σε χαμηλά και πολυώροφα κτίρια κατοικιών και βιομηχανίας, σε στύλους μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας κλπ. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή ερευνά την σεισμική συμπεριφορά σύμμικτων πλαισίων, τα οποία αποτελούνται από υποστυλώματα με κυκλικές χαλύβδινες διατομές γεμισμένες με σκυρόδεμα και σύμμικτες δοκούς από χάλυβα τύπου Ι και πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος. Αυτό το σύστημα παρέχει ένα ελαφρύ και όλκιμο πλαίσιο με πρόσθετη ακαμψία λόγω των σύμμικτων υποστυλωμάτων που βοηθά στον περιορισμό των πλευρικών μετατοπίσεων. 1.3 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΕΡΕΥΝΑΣ Ο κύριος στόχος της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς σύμμικτων πλαισίων με κυκλικά υποστυλώματα από χαλύβδινες κοιλοδοκούς γεμισμένες με σκυρόδεμα και σύμμικτες δοκούς από οπλισμένο σκυρόδεμα και χαλύβδινες πρότυπες διατομές. Η περιορισμένη γνώση της ανελαστικής απόκρισης σύμμικτων κατασκευών σε μονοτονική φόρτιση, είναι μια επιπλέον πτυχή που λείπει από την διερεύνηση αυτού του τύπου σύμμικτων κατασκευών. Υπάρχει όμως και η ανάγκη περαιτέρω διερεύνησης και αξιολόγησης όσον αφορά στον έλεγχο των βλαβών, τόσο σε επίπεδο μέλους όσο και σε επίπεδο πλαισίου. Αυτό είναι εμφανές από το γεγονός ότι η σχετική βιβλιογραφία περιορίζεται μόνο σε μεταλλικές κατασκευές (π.χ. Kamaris G.S, Hatzigeorgiou G.D., Beskos D.E. (2015). Direct damage controlled seismic design of plane steel degrading frames, Bulletin of Earthquake Engineering; 13(2): 587-612). Παράλληλα, η διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς σύμμικτων κατασκευών υπό την επίδραση επαναλαμβανόμενων σεισμών καθώς και η γωνία πρόσπτωσής τους, αποτελεί μια περαιτέρω διερεύνηση στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή. Έτσι, τα κύρια αντικείμενα της παρούσας Διατριβής μπορούν επιγραμματικά να περιγραφούν ως εξής: i.Διερεύνηση της ανελαστικής συμπεριφοράς κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων από χαλύβδινες κοιλοδοκούς πληρούμενες με οπλισμένο σκυρόδεμα υπό την επίδραση μονοτονικής και ανακυκλιζόμενης φόρτισης με χρήση λεπτομερών προσομοιωμάτων με πεπερασμένα στοιχεία, η ακρίβεια των οποίων επιβεβαιώνεται από διαθέσιμα πειράματα της ευρύτερης βιβλιογραφίας. Επίσης, αναπτύσσεται μια περαίτερω διερεύνηση η οποία συγκρίνει την μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση, εξάγοντας πρωτότυπα συμπεράσματα. ii.Ανάπτυξη ενός απλού υστερητικού προσομοιώματος συγκεντρωμένης πλαστιμότητας για την σεισμική συμπεριφορά κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων, των οποίων οι παράμετροι είναι συναρτήσεις που προέκυψαν από παραμετρικές μελέτες επί των προσομοιωμάτων πεπερασμένων στοιχείων του προηγούμενου βήματος. iii.Αξιολόγηση των αναλυτικών προσομοιωμάτων και των διαδικασιών ανάλυσης που προτείνονται στη σχετική βιβλιογραφία για την σεισμική συμπεριφορά των επιμέρους δομικών στοιχείων μέσω συγκρίσεων με πειραματικά δεδομένα. iv.Εκτενείς παραμετρικές μελέτες με δυναμικές ανελαστικές αναλύσεις των σύμμικτων πλαισίων για την δημιουργία μιας βάσης δεδομένων των αποκρίσεων με σκοπό την ανάπτυξη νέων πιο ορθολογικών μεθόδων σεισμικής σχεδίασης σύμμικτων κατασκευών τέτοιου τύπου καθώς και την βελτίωση των υπαρχουσών διατάξεων. v.Αξιολόγηση, για πρώτη φορά, της σεισμικής συμπεριφοράς των σύμμικτων κατασκευών υπό την επίδραση επαναλαμβανόμενων σεισμών και ποσοτικοποίηση των βλαβών στα δομικά μέλη λαμβάνοντας υπόψη την γωνία πρόσπτωσης του κάθε σεισμικού γεγονότος. vi.Μελέτη Περίπτωσης: Υιοθέτηση προτεινόμενων εξισώσεων που σχετίζονται με το έδαφος βάσει της σχετικής βιβλιογραφίας και σύγκριση αυτών με διάφορα πειραματικά αποτελέσματα, παρέχοντας χρήσιμα συμπεράσματα. Επιπλέον, παρουσιάζονται για πρώτη φορά μια σειρά από συγκρίσεις μεταξύ σύμμικτης παράκτιας κατασκευής με αντίστοιχη κατασκευή αποτελούμενη από διαφορετικό υλικό (δηλ. οπλισμένο σκυρόδεμα), καταλήγοντας στην υπεροχή των σύμμικτων υλικών (σκυρόδεμα και χάλυβας) έναντι των διακριτών (οπλισμένο σκυρόδεμα ή χάλυβας). Σύμφωνα με τα παραπάνω αντικείμενα η παρούσα διατριβή χωρίζεται σε πέντε κύρια τμήματα. Το πρώτο τμήμα αναφέρεται στη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την ανάπτυξη νέων προτεινόμενων εμπειρικών σχέσεων μονοτονικής συμπεριφοράς χαλύβδινων κοιλοδοκών πληρούμενων με οπλισμένο σκυρόδεμα υιοθετώντας προσομοιώματα για τα κυκλικά υποστυλώματα καθώς και για διάφορα άλλα δομικά στοιχεία κυκλικής διατομής από την βιβλιογραφία. Το δεύτερο τμήμα αναφέρεται στη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την ανάπτυξη του προτεινόμενου προσομοιωμάτος υστερητικής συμπεριφοράς χαλύβδινων κοιλοδοκών πληρούμενων με οπλισμένο σκυρόδεμα σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Το τρίτο τμήμα έχει να κάνει με την διερεύνηση της σεισμικής ανελαστικής συμπεριφοράς σύμμικτων κατασκευών με σκοπό την ανάπτυξη νέων πιο ορθολογικών μεθόδων σεισμικής σχεδίασης σύμμικτων κατασκευών καθώς και την βελτίωση των υπαρχουσών διατάξεων. Έτσι, προτείνονται διάφορες σχέσεις οι οποίες σχετίζονται τόσο με την διαστασιολόγηση των σύμμικτων κτηρίων όσο και με άμεσο προσδιορισμό των ελεγχόμενων βλαβών στα σύμμικτα μέλη της κατασκευής, αποδεικνύοντας την αποτελεσματικότητα και την χρησιμότητα της εν λόγω διερεύνησης. Στο τέταρτο τμήμα διερευνώνται, για πρώτη φορά, οι δείκτες βλάβης τόσο σε δυσδιάστατα όσο και τρισδιάστατα σύμμικτα κτήρια υπό την επίδραση των επαναλαμβανόμενων σεισμών καθώς και η γωνία πρόσπτωσης του κάθε σεισμικού γεγονότος. Τέλος, το πέμπτο τμήμα παρουσιάζει για πρώτη φορά την υιοθέτηση εμπειρικών εξισώσεων, οι οποίες σχετίζονται με το έδαφος, από την σχετική βιβλιογραφία καθώς και μια σειρά από συγκρίσεις μεταξύ μιας σύμμικτης παράκτιας κατασκευής και μιας αντίστοιχης από διαφορετικό υλικό, οι οποίες υπόκεινται τόσο σε μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση όσο και υπό την επίδραση σεισμικών γεγονότων. Στις παρακάτω ενότητες παρουσιάζονται αναλυτικά τα πέντε αυτά τμήματα με τα κυριότερα συμπεράσματα τους: Πρώτο Τμήμα: Προσομοίωση Σύμμικτων Υποστυλωμάτων σε Μονοτονική Φόρτιση Στο δεύτερο τμήμα αναπτύσσεται μια υπολογιστική διαδικασία για τον προσδιορισμό της απόκρισης των κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων σε μονοτονική φόρτιση. Η βάση της προτεινόμενης μεθόδου καθιερώνεται με την δημιουργία ακριβών τρισδιάστατων μη γραμμικών μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων γι’ αυτού του είδους των υποστυλωμάτων, τα οποία επικυρώνονται συγκρίνοντας τ’ αποτελέσματα των αποκρίσεών τους με εκείνα των πειραματικών δοκιμών που είναι διαθέσιμα στη ευρύτερη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια, αυτά τα μοντέλα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας εκτεταμένης παραμετρικής μελέτης που καθορίζει την απόκριση των μονοτονικών πλευρικών φορτίσεων σε 192 περιπτώσεις κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων λαμβάνοντας σχετικά ευρείες τιμές των αναλογιών διαμέτρου προς πάχος και αντοχών τόσο του δομικού χάλυβα όσο και του σκυροδέματος για διάφορα επίπεδα αξονικών φορτίων. Στηριζόμενοι λοιπόν σε αυτή τη βάση δεδομένων απόκρισης, αναπτύσσονται νέες εμπειρικές σχέσεις για την εκτίμηση της συμπεριφοράς δύναμης – μετατόπισης κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων υπό μονοτονική φόρτωση με απλό αλλά αξιόπιστο τρόπο. Η εγκυρότητα αυτών των νέων εμπειρικών σχέσεων επαληθεύεται συγκρίνοντας τ’ αποτελέσματά τους με αυτά των πειραματικών δοκιμών. Η διερεύνηση αυτή καταδεικνύει την δυνατότητα και παράλληλα την αξιοπιστία των προτεινόμενων σχέσεων να περιγράψουν αποτελεσματικά τη συμπεριφορά δύναμης – μετατόπισης των κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων υπό συνθήκες μονοτονικής φόρτισης. Οι προτεινόμενες αυτές σχέσεις χρησιμοποιούνται επίσης για την υπερωθητική ανάλυση ενός απλού σύμμικτου πλαισίου (αποτελούμενο από σύμμικτες δοκούς και σύμμικτα υποστυλώματα) προκειμένου να αποδειχθεί η δυνατότητα εφαρμογής και η χρησιμότητά τους σε πρακτικά προβλήματα. Δεύτερο Τμήμα: Προσομοίωση Σύμμικτων Υποστυλωμάτων σε Ανακυκλιζόμενη ΦόρτισηΣτο πρώτο τμήμα αναπτύσσεται ένα απλό και αποτελεσματικό αλλά αρκετά ακριβές αναλυτικό προσομοίωμα σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση και θλίψη το οποίο απεικονίζει την συμπεριφορά και την επάρκεια αντοχής των κυκλικών υποστυλωμάτων από χαλύβδινες κοιλοδοκούς πληρούμενες με οπλισμένο σκυρόδεμα υπό την επίδραση σταθερού αξονικού φορτίου και κυκλικά μεταβαλλόμενης καμπτικής φόρτισης. Αρχικά, δημιουργείται ένα ακριβές μη γραμμικό προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιώντας το λογισμικό ATENA. Η εγκυρότητα αυτού του προσομοιώματος καθορίζεται συγκρίνοντας τα αποτελέσματα αναλύσεων με εκείνα των πειραματικών δεδομένων που δημοσιεύονται στη σχετική βιβλιογραφία. Στη συνέχεια, με τη χρήση αυτού του προσομοιώματος πεπερασμένων στοιχείων, διεξάγεται μια εκτεταμένη παραμετρική μελέτη για να δημιουργηθεί μια αρκετά ευρεία βάση δεδομένων με υστερητική συμπεριφορά των κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων, περιλαμβάνοντας πολυάριθμα κυκλικά σύμμικτα υποστυλώματα με διαφορετικές αναλογίες διαμέτρου προς πάχος και διαφορετικές τιμές αντοχής δομικού χάλυβα και οπλισμένου σκυροδέματος. Βάσει αυτής της βάσης δεδομένων, αναπτύσσονται νέες εμπειρικές εξισώσεις για την αξιολόγηση των παραμέτρων του γνωστού υστερητικού προσομοιώματος Ramberg – Osgood. Επιπρόσθετα, κατασκευάζονται και επικυρώνονται οι εμπειρικές αναλυτικές σχέσεις παρέχοντας μια άμεση και αποτελεσματική αναπαράσταση της τελικής αντοχής των κυκλικών σύμμικτων υποστυλωμάτων. Οι συγκρίσεις μεταξύ αναλυτικών και πειραματικών αποτελεσμάτων καταδεικνύουν ότι το προτεινόμενο αναλυτικό προσομοίωμα μπορεί να περιγράψει αποτελεσματικά και αξιόπιστα τη συμπεριφορά τέτοιων υποστυλωμάτων υπό την επίδραση ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Τέλος, οι προτεινόμενες μέθοδοι μεταξύ μονοτονικής φότισης (η οποία καθορίζει την απόκριση των σύμμικτων κατασκευών υπό την επίδραση μονοτονικής φόρτισης) και ανακυκλιζόμενης φόρτισης (λαμβάνοντας υπόψη μια μη γραμμική χρονοϊστορία για την ανάλυση απόκρισης τέτοιων κατασκευών) συγκρίνονται, παρέχοντας χρήσιμα συμπεράσματα. Τρίτο Τμήμα: Σχεδιασμός με Κριτήριο την Ελεγχόμενη Βλάβη των Σύμμικτων Κατασκευών υπό την Επίδραση Σεισμικής ΚαταπόνησηςΣτο τρίτο τμήμα σχεδιάζεται μια νέα μέθοδος η οποία ελέγχει τη βλάβη των σύμμικτων κατασκευών υπό την επίδραση σεισμικών διεγέρσεων για διαφορετικούς τύπους εδάφους. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτή τη νέα μέθοδο αναπτύσσονται εκτεταμένες παραμετρικές μελέτες και λεπτομερείς κλιμακούμενες βλάβες περιλαμβάνοντας διάφορους ορόφους και ιδιότητες υλικών. Το κύριο πλεονέκτημα της προτεινόμενης μεθόδου έναντι άλλων μεθόδων από την ευρύτερη βιβλιογραφία είναι η διαστασιολόγηση των σύμμικτων δομικών μελών ή ολόκληρων δομών, ελέγχοντας τη βλάβη με άμεσο τρόπο υπό την επίδραση οποιουδήποτε σεισμικού φορτίου μέσω πολλαπλών προτεινόμενων εξισώσεων. Μια εκτεταμένη βάση δεδομένων απόκρισης περιλαμβάνοντας διάφορους ορόφους κτηρίων και υλικών αναπτύσσεται μέσω της οποίας προτεινόμενες εξισώσεις δημιουργούνται κάνοντας χρήση την στατιστική ανάλυση. Τέλος, αυτή η νέα μέθοδος μπορεί να χαρακτηριστεί ως μια βελτιωμένη επέκταση από στατική σε δυναμική περίπτωση της μεθόδου σχεδιασμού. Τέταρτο Τμήμα: Επιπτώσεις Σεισμικής Ακολουθίας σε Δισδιάστατα και Τρισδιάστατα Σύμμικτα Κτήρια που Υπόκεινται σε Επαναλαμβανόμενους Σεισμούς. Στο τέταρτο τμήμα διερευνώνται, για πρώτη φορά, κατασκευές δύο και τριών διαστάσεων αποτελούμενες από κυκλικά σύμμικτα υποστυλώματα και σύμμικτες δοκούς (χαλύβδινοι δοκοί που συνδέονται με πλάκες από οπλισμένο σκυρόδεμα) υπό την επίδραση επαναλαμβανόμενων ισχυρών εδαφικών κινήσεων. Αυτές οι διερευνήσεις επικεντρώνονται τόσο στην επίδραση της πολλαπλότητας των σεισμών όσο και στην επίπτωση της γωνίας πρόσπτωσης του σεισμού, λαμβάνοντας υπόψη τις πιο κρίσιμες παραμέτρους απόκρισης όπως είναι η μετακίνηση και οι δείκτες βλάβης. Επίσης, εφαρμόζεται η μέθοδος ‘επαυξητική δυναμική ανάλυση’ (Incremental Dynamic Analysis), η οποία είναι σε θέση να παρέχει με ακρίβεια την επάρκεια αντοχής των εξεταζόμενων σύμμικτων κατασκευών τόσο για απλούς όσο και για πολλαπλούς/επαναλαμβανόμενους σεισμούς. Αυτή η διερεύνηση δείχνει ότι οι επαναλαμβανόμενοι σεισμοί έχουν σημαντική επίδραση στη σεισμική συμπεριφορά των σύμμικτων πλαισίων, ανάλογα με την προσπίπτουσα γωνία των εφαρμοζόμενων κινήσεων εδάφους. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί ότι πολυάριθμες ερευνητικές μελέτες έχουν περιοριστεί στη διερεύνηση αυτού του φαινομένου είτε σε συστήματα ενός βαθμού ελευθερίας είτε σε επίπεδα πλαίσια. Πέμπτο Τμήμα: Ανελαστική Συμπεριφορά Σύμμικτων Πασσάλων υπό την Επίδραση Πλευρικής Φόρτισης (Μελέτη Περίπτωσης). Στο τελευταίο τμήμα διερευνώνται, για πρώτη φορά, οι αποκρίσεις δύο παράκτιων κατασκευών, αποτελούμενες από σύμμικτους πασσάλους και πασσάλους από οπλισμένο σκυρόδεμα, λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση εδάφους – κατασκευής υπό την επίδραση μονοτονικής και ανακυκλιζόμενης πλευρικής φόρτισης. Ειδικότερα, αναπτύσσεται μια μη γραμμική υπολογιστική διαδικασία για τον προσδιορισμό της ανελαστικής συμπεριφοράς της εν λόγω κατασκευής θεμελιωμένης σε διάφορες στρώσεις εδάφους που υπόκειται σε πλευρική φόρτιση. Η στρωματογραφία του εδάφους περιλαμβάνει επτά διαφορετικούς τύπους εδάφους/στρώσεις όπου λαμβάνεται υπόψη η επίδραση του εδάφους στη συμπεριφορά των πασσάλων και της κατασκευής. Η διερεύνηση διεξάγεται εξετάζοντας την ανελαστική συμπεριφορά των πασσάλων οι οποίοι αποτελούνται από χαλύβδινους κοιλοδοκούς πληρούμενες με οπλισμένο σκυρόδεμα υπό μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Με βάση αυτή την εκτεταμένη έρευνα, πραγματοποιούνται συγκρίσεις μεταξύ μονοτονικών και ανακυκλιζόμενων πλευρικών φορτίσεων που αφορούν βλάβες και παραμορφώσεις τόσο στους σύμμικτους πασσάλους όσο και στους πασσάλους από οπλισμένο σκυρόδεμα. Επίσης, οι υπό διερεύνηση κατασκευές εξετάζονται και υπό την επίδραση σεισμικών γεγονότων με σκοπό την ανάδειξη των πλεονεκτημάτων των σύμμικτων κατασκευών έναντι των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Τέλος, υιοθετούνται εμπειρικές σχέσεις οι οποίες απορρέουν από την σχετική βιβλιογραφία και επαληθεύονται πραγματοποιώντας συγκρίσεις μεταξύ αναλυτικών και πειραματικών/υπολογιστικών αποτελεσμάτων. Μέσω των συγκρίσεων αυτών, καταδεικνύεται ότι το προτεινόμενο αναλυτική προσέγγιση μπορεί να περιγράψει αποτελεσματικά και ικανοποιητικά την συμπεριφορά συστήματος εδάφους – θεμελίωσης υπό την επίδραση μονοτονικής πλευρικής φόρτισης.