Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία έχει ως στόχο την διερεύνηση μιας εναλλακτικής πρότασης σεισμικής αναβάθμισης υφιστάμενων κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος που χρησιμοποιείται κυρίως στον Καναδά, στο Μεξικό, στην Ιαπωνία και στις Η.Π.Α. Συγκεκριμένα, η σεισμική αναβάθμιση επιτυγχάνεται με χρήση  μεταλλικών διατμητικών τοιχωμάτων από χάλυβα (Steel Plate Shear Walls) τα οποία αποτελούν μέσο εξασφάλισης πλευρικής ευστάθειας κατασκευών.

Για τη διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς του εν λόγω καινοτόμου για τα ελληνικά δεδομένα συστήματος αντισεισμικής θωράκισης, επιλέχθηκε ένα τριώροφο κτίριο οπλισμένου σκυροδέματος, του οποίου η μελέτη εκπονήθηκε βάσει του αντισεισμικού κανονισμού του 1959. Τα μεταλλικά διατμητικά τοιχώματα προσομοιώθηκαν στο λογισμικό SAP2000 ως ισοδύναμοι σύνδεσμοι (EQ.BF) και ως επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία (FEM). Για τον προσδιορισμό της σεισμικής συμπεριφοράς και για την αποτίμηση υφιστάμενου και ενισχυμένου φορέα πραγματοποιήθηκε μία ακολουθία ιδιομορφικών αναλύσεων φάσματος απόκρισης και δυναμικών ανελαστικών αναλύσεων χρονοϊστορίας. Οι ελαστικές δυναμικές αναλύσεις παρέχουν τα εντατικά μεγέθη του φορέα για το σεισμό σχεδιασμού καθώς και τα δυναμικά χαρακτηριστικά του, ενώ οι ανελαστικές δυναμικές αναλύσεις προσδίδουν μία σαφή εικόνα για τις βλάβες που εμφανίζει ο φορέας για τα επιλεγμένα σεισμικά γεγονότα. Αφότου πραγματοποιηθεί η ανελαστική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας για τα προσομοιώματα των SPSW ως πεπερασμένα στοιχεία, πραγματοποιείται ο έλεγχος Von Mises ώστε να διαπιστωθεί εάν ο χάλυβας διέρρευσε στα διατμητικά τοιχώματα ώστε να εισέλθουν στην ανελαστική περιοχή. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων συγκρίνονται και εξάγονται συμπεράσματα αναφορικά με την ακρίβεια και την αποτελεσματικότητα κάθε μεθόδου προσομοίωσης.

Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν καθώς και τη σύγκρισή τους, ως πιο ακριβές προσομοίωμα της δράσης των SPSW προέκυψε το μοντέλο με τα πεπερασμένα στοιχεία κελύφους (Shell). Τα SPSW εν γένει παραλαμβάνουν επιτυχώς τα οριζόντια σεισμικά φορτία, προσδίδουν δυσκαμψία και πλαστιμότητα στον υφιστάμενο φορέα και μειώνουν τις τιμές των σχετικών μετακινήσεων ορόφων. Η λειτουργία τους ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της σεισμικής διέγερσης, ειδικά σε κατασκευές που δεν πληρούν τις διατάξεις των σύγχρονων κανονισμών και δε διαθέτουν τοπική πλαστιμότητα.

Aim of this thesis is the investigation of an alternative seismic upgrading method for existing R/C buildings, commonly used in Canada, Mexico, Japan and U.S.A. In particular, the seismic upgrading is accomplished by using Steel Plate Shear Walls (SPSW), that provide lateral load-bearing capacity.

In order to investigate the seismic behavior of this innovative seismic retrofitting system, a three-story reinforced concrete building was chosen, which was built according to the seismic provisions of 1959. Steel plate shear walls were simulated in SAP2000 software as equivalent braces (EQ. BF-Equivalent Braced Frame) and as shell finite elements (FEM-Finite Element Method). A series of elastic response spectrum and inelastic time history analyses was performed in order to evaluate the seismic behavior of the existing and the retrofitted structure. The response spectrum analyses provide the forces and displacements for the design earthquake, whereas time history analyses give a clear picture of the seismic damage for the selected seismic events. After FEM inelastic analysis is completed, the Von Mises criterion is used to determine the steel material yielding in shell elements. Subsequently, analysis results are compared concerning the effectiveness and the precision of the applied simulation methods.

From the results obtained and the comparisons performed, the shell finite element modeling method was found to be the most accurate. Steel Plate Shear Walls can effectively resist lateral seismic loads, increase the stiffness and ductility of the existing system and reduce interstory drift. The advantages offered by using SPSW lateral load resisting systems, depend on the seismic loading mainly in structures that do not comply with current seismic standards and lack significant local ductility.