Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΔΔ)

Permanent URI for this collection

https://hdl.handle.net/10889/27

Browse

Now showing 1 - 20 of 93

Open Access
Παρακολούθηση και αποκατάσταση της ποιότητας εσωτερικών και παράκτιων υδάτων με τη χρήση τηλεπισκόπησης και καινοτόμων ροφητικών υλικών
(2026-10-06) Μπιλιάνη, Ειρήνη; Biliani, Irene
Ο ευτροφισμός έχει αναγνωριστεί ως κρίσιμη απειλή για πολλά εσωτερικά και παράκτια οικοσυστήματα γλυκού νερού και θαλάσσιας ζωής παγκοσμίως, καθώς η υπερβολική εισαγωγή θρεπτικών συστατικών και οι επακόλουθες αλλαγές στους πληθυσμούς του φυτοπλαγκτού, στις παραμέτρους ποιότητας του νερού και στη διαθεσιμότητα του διαλυμένου οξυγόνου μπορούν να επηρεάσουν σοβαρά τα υδάτινα οικοσυστήματα. Στο πλαίσιο της Περιβαλλοντικής Μηχανικής η αξιόπιστη παρακολούθηση και η ανάπτυξη υλικών είναι αλληλένδετα συνδεδεμένες έννοιες για την επιτυχή αποκατάσταση των υδάτινων σωμάτων. Η διαθεσιμότητα των δορυφορικών δεδομένων που προσφέρουν μεγάλη χωρική και χρονική μεταβλητότητα για τη μελέτη των ευτροφικών οικοσυστημάτων είναι απαραίτητη, για την ακριβή αξιολόγηση της έκτασης και της σοβαρότητας των επιπτώσεων του ευτροφισμού σε αυτά τα οικοσυστήματα και για την ανάπτυξη επιτυχημένων στρατηγικών αποκατάστασης. Ωστόσο, υπάρχουν σημαντικές μεθοδολογικές ελλείψεις τόσο στη μελέτη όσο και στην αποκατάσταση των ευτροφικών υδάτων. Ειδικότερα, τα προϊόντα που προέρχονται από δορυφόρους και χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της ποιότητας των ευτροφικών υδάτων συχνά περιλαμβάνουν ελλιπείς ή χωρικά και χρονικά λανθασμένες τιμές που περιορίζουν τη χρησιμότητά τους για αξιόπιστες αξιολογήσεις. Παράλληλα, η αποτελεσματικότητα των προσροφητικών υλικών για την απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών που είναι υπεύθυνα για τη διατήρηση των διεργασιών ευτροφισμού εξαρτάται σημαντικά από τις ορυκτολογικές τους ιδιότητες, τις τροποποιήσεις που πραγματοποιούνται και τις φυσικές/χημικές συνθήκες που υπάρχουν στα υδάτινα περιβάλλοντα. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επιδιώκει να συμβάλει θετικά στη βελτίωση της μεθοδολογίας αξιολόγησης και αποκατάστασης ευτροφικών οικοσυστημάτων μέσω της ανάπτυξης και αξιολόγησης μεθόδων που έχουν σχεδιαστεί για την αύξηση της αξιοπιστίας των δορυφορικών δεδομένων και την ενίσχυση της αποτελεσματικότητας των προσροφητικών υλικών για την απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών. Το επίκεντρο αυτής της έρευνας αφορά τα εσωτερικά και παράκτια ευτροφικά οικοσυστήματα, με τον Αμβρακικό Κόλπο και τη Λιμνοθάλασσα του Αιτωλικού στην Ελλάδα να επιλέγονται ως αντιπροσωπευτικές τοποθεσίες μελέτης περίπτωσης. Χρησιμοποιήθηκαν μακροπρόθεσμες εικόνες MODIS Aqua για την ανάλυση χωρικών και χρονικών διακυμάνσεων στις συγκεντρώσεις χλωροφύλλης-α και δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στον εντοπισμό ελλείψεων στη χρήση δορυφορικών χρονοσειρών και στη διατήρηση χρονικών πληροφοριών απαραίτητων για τη διεξαγωγή φαινολογικών αξιολογήσεων. Για τη βελτίωση της αξιοποίησης των δορυφορικών δεδομένων, αναπτύχθηκαν δύο καινοτόμες μεθοδολογίες που χρησιμοποιούν αξιόπιστες στατιστικές αναλύσεις. Πρώτον, χρησιμοποιήθηκε η Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (PCA) για την αξιοποίηση των σχέσεων συνδιακύμανσης μεταξύ των διαθέσιμων φασματικών/χωρικών πληροφοριών στο πολυδιάστατο σύνολο δορυφορικών δεδομένων για τη δημιουργία ελλιπών τιμών στα σύνολα δεδομένων δορυφορικής ανακλαστικότητας. Δεύτερον, αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία βασισμένη στη Τοπική Εκτίμηση Εξομάλυνσης Διαγράμματος Διασποράς (LOESS) για την ανίχνευση και διόρθωση ελλιπών τιμών συγκεντρώσεων χλωροφύλλης-α και την παραγωγή μιας συνεχής χρονοσειράς. Η εφαρμογή της PCA και της LOESS επέτρεψε τη δημιουργία διορθωμένων, μακροχρόνιων χρονοσειρών κατάλληλων για τη διερεύνηση της χλωροφύλλης-α. Οι επακόλουθες αναλύσεις κατέδειξαν σαφώς τη διάκριση μεταξύ της ύπαρξης εκτεταμένων δορυφορικών αρχείων διαθέσιμων για σκοπούς ερμηνείας και της πραγματικής ύπαρξης αξιόπιστων πληροφοριών εντός αυτών των αρχείων. Συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η χρήση άμεσων δορυφορικών προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων των χωρικά/χρονικά συγκεντρωτικών προϊόντων, δεν διατηρεί απαραίτητα επαρκή χρονική μεταβλητότητα για τον χαρακτηρισμό σημαντικών χαρακτηριστικών των ευτροφικών οικοσυστημάτων. Έτσι, οι προτεινόμενες μεθοδολογίες παρέχουν μεθοδολογικά πλαίσια για τη βελτίωση της εξαγωγής μακροπρόθεσμων περιβαλλοντικών πληροφοριών από σύνολα δεδομένων που προέρχονται από δορυφόρους. Μάλιστα, η δεύτερη μεθοδολογία έχει αναγνωριστεί από την επιστημονική ομάδα του MODIS παραθέτοντας τη σχετική δημοσίευση. Ταυτόχρονα, η διατριβή διερεύνησε την προσρόφηση ως μέσο μείωσης της διαθεσιμότητας συγκεκριμένων θρεπτικών συστατικών που συμβάλλουν στον ευτροφισμό. Διεξήχθησαν συγκριτικές έρευνες που αφορούσαν μη τροποποιημένους και χημικά τροποποιημένους φυσικούς ζεόλιθους για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας απομάκρυνσης ιόντων αμμωνιακών και ορθοφωσφορικών. Τα ευρήματα έδειξαν ότι η απόδοση κάθε προσροφητικού εξαρτιόταν σε μεγάλο βαθμό τόσο από τις εγγενείς ιδιότητες του αρχικού υλικού όσο και από τις χημικές τροποποιήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε αυτό και τις φυσικοχημικές συνθήκες που επικρατούσαν στο υδατικό περιβάλλον. Αξιοσημείωτα, ο φυσικός ζεόλιθος Σλοβακίας επέδειξε ανώτερη συμπεριφορά στην απομάκρυνση αμμωνιακών ιόντων, ενώ η χημική τροποποίηση προκάλεσε ενισχυμένη απομάκρυνση ορθοφωσφορικών ιόντων σε σχέση με τον μη τροποποιημένο ζεόλιθο. Επιπλέον, τεκμηριώθηκαν επιδράσεις λόγω της προέλευσης του ζεόλιθου, αλλά και της αλατότητας του νερού, αποδεικνύοντας ότι η αποτελεσματικότητα ενός προσροφητικού δεν μπορεί να αξιολογηθεί ανεξάρτητα από τις εγγενείς ιδιότητες του υδατικού περιβάλλοντος στο οποίο αναμένεται να λειτουργήσει. Με βάση προηγούμενες αξιολογήσεις/συγκρίσεις και προσπάθειες βελτιστοποίησης που σχετίζονται με την τροποποίηση χημικών επεξεργασιών, αναπτύχθηκε ένα νέο τροποποιημένο ζεολιθικό προσροφητικό με την ονομασία ‘ZeoPhos’ για την απομάκρυνση αμμωνιακών και ορθοφωσφορικών ιόντων. Οι αξιολογήσεις απόδοσης έδειξαν ότι το ZeoPhos είχε βελτιωμένες δυνατότητες απομάκρυνσης και για τα δύο ιόντα σε σύγκριση με τον μη τροποποιημένο φυσικό ζεόλιθο. Συγκεκριμένα, η τροποποίηση αύξησε κυρίως την ικανότητα απομάκρυνσης για τα ορθοφωσφορικά, διατηρώντας παράλληλα τις ιδιότητες ανταλλαγής ιόντων του φυσικού ζεόλιθου. Διεξήχθησαν επιπλέον μελέτες για την αποσαφήνιση των μηχανισμών που ελέγχουν τη διαδικασία προσρόφησης. Η ανάπτυξη του ZeoPhos αντιπροσώπευε μια δεύτερη θετική μεθοδολογική και τεχνολογική συμβολή σε αυτή τη διατριβή και διευκόλυνε την ανάπτυξη ενός κατοχυρωμένου με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας υλικού. Συλλογικά, αυτή η έρευνα κατέδειξε ότι οι βελτιώσεις στην αξιολόγηση και την αποκατάσταση των ευτροφικών υδάτινων οικοσυστημάτων απαιτούν αξιόπιστες μεθοδολογικές προσεγγίσεις. Η συμβολή αυτής της διατριβής έγκειται στην ανάπτυξη μεθοδολογιών που αυξάνουν την αξιοπιστία της παρακολούθησης του ευτροφισμού και ενισχύουν τις τεχνολογίες αποκατάστασης των ευτροφικών υδάτων κατόπιν της απομάκρυνσης των θρεπτικών συστατικών. Η διόρθωση/προ-επεξεργασία των διαθέσιμων μακροχρόνιων δορυφορικών χρονοσειρών επιτρέπει τη φαινολογική εξέλιξη του ευτροφισμού, ενώ η παραγωγή νέων τροποποιημένων ζεολιθικών προσροφητικών υλικών επιτυγχάνει τη προσρόφηση των θρεπτικών συστατικών για την τεχνική αποκατάσταση των ευτροφικών εσωτερικών και παράκτιων υδάτων.
Open Access
Pedestrian modeling and simulation in public transport stations
(2026-07-06) Γιαννουλάκη, Μαρία; Giannoulaki, Maria
Pedestrian behavior plays a critical role in the performance and user experience of public transport systems, particularly within stations where capacity, safety, and accessibility are determined. As populations age, public transport systems are expected to serve an increasing proportion of elderly users, who constitute the primary focus of this study, while comparisons with younger users are used to highlight age-related differences. Despite extensive research on pedestrian dynamics, age- and gender-related behavioral differences are rarely explicitly modeled and operationalized in planning and simulation tools, which limits their practical use in transport decision-making. The main objective of this dissertation is to quantify and model the impact of age and gender on pedestrian behavior and to translate these differences into applicable tools for transport planning and design. This dissertation develops an integrated empirical and modeling framework to investigate demographic diversity in pedestrian behavior within public transport stations, with focus on age-related differences and gender-based variations. Field observations and survey questionnaires were employed in major public transport stations to capture walking behavior, amenity usage, dwell times, and user perceptions. Econometric models and duration analysis techniques were applied to quantify how age and gender influence movement patterns, facility usage, and perceived comfort and safety. The results reveal significant differences between elderly and non-elderly passengers, including longer dwell times at ticketing facilities, higher restroom usage among elderly users, and slower walking speeds. Gender-based differences were also identified, particularly in safety perception, comfort prioritization, and restroom usage. These findings define the specific behavioral parameters that must be incorporated into operational models of pedestrian flow. Building on these empirical findings, an online pedestrian simulation tool - the Evolving Mobility Passenger Simulator (EMPS) - was developed to model demographic-specific pedestrian dynamics in public transport stations. The tool integrates age-related behavioral parameters and produces performance indicators such as travel times, waiting times, and density levels. EMPS was validated using real-world data from stations in Athens and Paris and benchmarked against a commercial simulation platform. The results demonstrate that incorporating demographic diversity into pedestrian modeling leads to measurable differences in predicted system performance and enables more inclusive and efficient station design and management strategies, providing a concrete methodological contribution rather than a purely descriptive finding.
Open Access
Εξόρυξη και ανάλυση πληροφορίας από κείμενο και φυσική γλώσσα
(2025-09-19) Παπαγεωργίου, Γρηγόριος; Papageorgiou, Grigorios
Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στην αξιοποίηση πληροφορίας που προέρχεται από αδόμητο και ημι-δομημένο κείμενο, με σκοπό την εξαγωγή γνώσης από φυσική γλώσσα. Βασικός στόχος αποτελεί η ανάπτυξη μεθοδολογιών που είτε μετασχηματίζουν την αδόμητη πληροφορία σε μορφή κατάλληλη για εφαρμογή παραδοσιακών τεχνικών ανάλυσης, είτε επιτρέπουν την άμεση επεξεργασία της χωρίς απαίτηση προκαθορισμένης δομής. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες υποστηρίζουν, την κατηγοριοποίηση πληροφοριών, την ανίχνευση θεματικών ενοτήτων και τάσεων, την παρακολούθηση ροών κειμένου σε πραγματικό χρόνο, την πρόβλεψη συναισθηματικών μεταβολών και την ανάκτηση κρίσιμων πληροφοριών από ελεύθερο κείμενο συμβάλλοντας έτσι στην ουσιαστική κατανόηση και αξιοποίηση πολύπλοκων ροών πληροφορίας. Στοιχεία, τα οποία αποτελούν σημαντικά εργαλεία σε σύνθετα περιβάλλοντα όπου απαιτείται ανάλυση επιχειρηματικών πληροφοριών, ανάλυση τεχνικών εκθέσεων, περιγραφών έργων ή καταγραφών πεδίου. Στο Πρώτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται μια συνοπτική επισκόπηση των μορφών του γραπτού λόγου, εξετάζοντας την εξέλιξή τους από τα αρχαία χρόνια έως σήμερα, καθώς και τη σημασία τους για τη διατήρηση της γνώσης και την πρόοδο σε διάφορους τομείς. Ακολουθεί ανάλυση της τεχνολογικής προόδου που έχει δημιουργήσει νέες δυνατότητες για την αξιοποίηση των κειμενικών δεδομένων. Εξετάζονται οι διαφορετικές μορφές κειμένου που εντοπίζονται, καθώς και τα βασικά στάδια προεπεξεργασίας που καθιστούν το κείμενο κατάλληλο για επεξεργασία με σύγχρονες τεχνολογικές μεθόδους από το πεδίο της μηχανικής μάθησης. Επιπλέον, δίνεται έμφαση στο υποσύνολο της μηχανικής μάθησης που αφορά στη βαθιά μάθηση, η οποία βασίζεται σε νευρωνικά δίκτυα, με αναλυτική παρουσίαση των σχετικών αλγορίθμων. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την περιγραφή μετρικών αξιολόγησης που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας των προτεινόμενων τεχνικών στην επίτευξη ποιοτικών αποτελεσμάτων. Στο Δεύτερο Κεφάλαιο, πραγματοποιείται η βιβλιογραφική ανασκόπηση ξεκινώντας με μια συνοπτική ιστορική επισκόπηση της Επεξεργασίας Φυσικής Γλώσσας, των πρώτων μεθόδων που αναπτύχθηκαν στον τομέα και της σταδιακής τους εξέλιξης με την πάροδο του χρόνου. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται ερευνητικές εργασίες που αξιοποιούν διαφορετικά στάδια προεπεξεργασίας, με σκοπό τη βελτιστοποίηση της ακρίβειας και της αποδοτικότητας των συστημάτων Natural Language Processing (NLP). Εξετάζονται εφαρμογές ταξινόμησης κειμένων σε πραγματικά προβλήματα, καθώς και μελέτες που βασίζονται στη θεματική μοντελοποίηση για την ανάδειξη κρυφών εννοιολογικών δομών. Επιπλέον, περιγράφονται τεχνικές οπτικοποίησης και αναλυτικής διερεύνησης κειμένου που στοχεύουν στη βελτίωση της κατανόησης και της ερμηνείας των δεδομένων και των αποτελεσμάτων. Τέλος, περιλαμβάνονται προσεγγίσεις εξόρυξης πληροφορίας από αδόμητο κείμενο, με στόχο τη μετατροπή του σε δομημένη μορφή, ικανή να αξιοποιηθεί περαιτέρω για ανάλυση. Στο Τρίτο Κεφάλαιο, σχεδιάζεται ένας αλγόριθμος ταξινόμησης δύο σταδίων, συνοδευόμενος από μια διαδικασία επισήμανσης δύο κύκλων, με σκοπό την επιτάχυνση και τη βελτίωση της ακρίβειας στη διαδικασία κατηγοριοποίησης. Στο πρώτο στάδιο, γίνεται φιλτράρισμα των χρήσιμων πληροφοριών από τον συνολικό όγκο των δεδομένων, ενώ στο δεύτερο στάδιο οι πληροφορίες αυτές ταξινομούνται σε θεματικές κατηγορίες ανάλογα με το περιεχόμενό τους. Η διαδικασία επισήμανσης ξεκινά με ένα μικρό σύνολο δεδομένων επισημασμένων από ειδικούς, το οποίο χρησιμοποιείται για την αρχική εκπαίδευση του αλγορίθμου. Στη συνέχεια, οι ειδικοί ελέγχουν και διορθώνουν τις προβλέψεις του μοντέλου σε νέα, μη επισημασμένα δεδομένα, ενισχύοντας έτσι την ταχύτητα δημιουργίας και επικύρωσης νέων επισημασμένων δεδομένων. Τα αποτελέσματα, σε πραγματικά δεδομένα από το τομέα των θαλάσσιων μεταφορών, δείχνουν ότι η προσέγγιση δύο σταδίων υπερτερεί της απλής ταξινόμησης ενός βήματος. Στο Τέταρτο Κεφάλαιο, αναπτύσσεται ένας αλγόριθμος που βασίζεται στον αυτόματο εντοπισμό ερευνητικών θεμάτων ή συστάδων μέσα από ένα εκτεταμένο σύνολο εγγράφων διαφορετικών χρονικών περιόδων. Ο αλγόριθμος αυτός συνδυάζει τεχνικές θεματικής μοντελοποίησης, γεωμετρικά χαρακτηριστικά και Μεγάλα Γλωσσικά Μοντέλα, με στόχο την υποστήριξη της συστηματικής διερεύνησης και την αναγνώριση τάσεων στον χρόνο. Παράλληλα, λειτουργεί ως πολύτιμο εργαλείο για την υποβοήθηση των ειδικών, επιτρέποντάς τους να εστιάζουν σε συγκεκριμένες, ομοιογενείς περιοχές εντός επιστημονικών κλάδων ή θεματικών συστάδων. Η μέθοδος εφαρμόστηκε με επιτυχία στη βιβλιογραφία, μέσα από διάφορες παραλλαγές της, στον τομέα των χρονοσειρών, στην επιστήμη των πολιτικών μηχανικών και της ιατρικής, αναδεικνύοντας την προσαρμοστικότητα και την αποτελεσματικότητά της σε διαφορετικά επιστημονικά πεδία. Στο Πέμπτο Κεφάλαιο, προτείνονται δύο προσεγγίσεις που περιλαμβάνουν μια μέθοδο δυναμικής παρακολούθησης των εξελισσόμενων ροών κειμένου και μία μέθοδο πρόβλεψης της συναισθηματικής πολικότητας των κειμένων. Η πρώτη μέθοδος συνδυάζει τεχνικές επεξεργασίας φυσικής γλώσσας και οπτικοποίησης κειμένου με παραδοσιακούς αλγορίθμους παρακολούθησης διαδικασιών, με στόχο τη βελτίωση της ανάλυσης και κατανόησης των εξελισσόμενων ροών πληροφορίας. Η δεύτερη μέθοδος ενσωματώνει τεχνικές ανάλυσης συναισθήματος με μεθοδολογίες χρονοσειρών, επιδιώκοντας την ανίχνευση μακροχρόνιων τάσεων και τη διαμόρφωση προβλεπτικών μοντέλων που αποτυπώνουν τη δυναμική εξέλιξη του συναισθηματικού περιεχομένου. Συνολικά, οι προτεινόμενες μέθοδοι συνθέτουν ένα ολοκληρωμένο και ευέλικτο μεθοδολογικό πλαίσιο για τη δυναμική ανάλυση και παρακολούθηση χρονικά μεταβαλλόμενων αδόμητων δεδομένων, ενισχύοντας τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων και προάγοντας τη βαθύτερη κατανόηση των εξελικτικών τάσεων σε επιχειρησιακά και κοινωνικά περιβάλλοντα. Στο Έκτο Κεφάλαιο, προτείνεται μια καινοτόμος προσέγγιση δύο σταδίων, η οποία ενσωματώνει τεχνικές μηχανικής μάθησης με στόχο την εξαγωγή και μετατροπή πληροφορίας από αδόμητο κείμενο σε δομημένη μορφή. Στο πρώτο στάδιο, εφαρμόζεται διαδικασία φιλτραρίσματος προτάσεων, με σκοπό την επιλογή των προτάσεων που περιέχουν πληροφορίες χρήσιμες για την ανάλυση. Ακολουθεί το δεύτερο στάδιο, στο οποίο υλοποιείται ταξινόμηση όρων, μέσω τεχνικών εξαγωγής χαρακτηριστικών, σε προκαθορισμένες κατηγορίες ενδιαφέροντος που έχουν οριστεί από εμπειρογνώμονες. Η προτεινόμενη μέθοδος αποσκοπεί στην ανάπτυξη ενός ευέλικτου και υψηλής ακρίβειας πλαισίου για την επεξεργασία και ανάλυση ανάλυση αδόμητου κειμένου, με τελικό σκοπό τη μετατροπή του σε αξιοποιήσιμη, δομημένη πληροφορία. Η αποτελεσματικότητά της αποδεικνύεται μέσω της εφαρμογής της σε πραγματικά σύνολα δεδομένων από τους τομείς της ιατρικής και της ναυτιλίας. Στο Έβδομο Κεφάλαιο, συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τις διαφορετικές μεθόδους που αναπτύχθηκαν. Τα ευρήματα της μελέτης καταδεικνύουν ότι η αξιοποίηση της αδόμητης πληροφορίας είναι όχι μόνο εφικτή, αλλά και ιδιαίτερα ακριβής, προσφέροντας σημαντικά πλεονεκτήματα. Η δυνατότητα εξαγωγής ουσιαστικής πληροφορίας από μη δομημένα δεδομένα αποτελεί στρατηγικό εργαλείο για επιχειρήσεις, οργανισμούς καθώς και ερευνητές, καθώς επιταχύνει την αναγνώριση θεμάτων ενδιαφέροντος και ενισχύει την κατανόησή τους. Αυτό οδηγεί σε ταχύτερη και αποτελεσματικότερη οργάνωση της πληροφορίας, βελτιώνοντας την ανταγωνιστικότητα και τη λήψη αποφάσεων. Σε έναν κόσμο όπου ο όγκος της αδόμητης πληροφορίας αυξάνεται εκθετικά, η ανάγκη για τέτοιου είδους μεθόδους είναι πιο επιτακτική από ποτέ, καθιστώντας την αξιοποίησή τους κρίσιμο παράγοντα επιτυχίας στη σύγχρονη εποχή των δεδομένων.
Open Access
Development of an integrated management system for electric vehicles charging stations networks
(2025-06-19) Λάζαρη, Βασιλική; Lazari, Vasiliki
The growing adoption of electric vehicles (EVs) presents critical challenges for the design and management of charging networks, requiring solutions that balance strategic infrastructure planning with operational efficiency. This dissertation addresses these challenges by introducing a unified optimization framework that integrates EV charging station placement with EV routing and charging scheduling—two inherently NP-hard problems traditionally studied in isolation. By bridging these domains, the research advances a holistic approach to EV network design, simultaneously tackling long-term planning and operational complexities. At the core of this framework lies a genetic algorithm-based methodology, which addresses the inherently multi-objective nature of EV charging network optimization. By integrating practical considerations such as traffic dynamics, demand variability, grid constraints, and user-centric metrics, the framework ensures relevance to real-world challenges. Unlike existing studies that often simplify these aspects or address them independently, this research captures the interdependencies between EV operations and charging network design, offering a more realistic and adaptable solution. The framework’s effectiveness is demonstrated through a wide spectrum of case studies that explore diverse scenarios, such as varying network configurations, grid constraints, user demand profiles, and fleet scalability. These studies provide critical insights into optimising travel times, reducing waiting times, balancing energy distribution, and enhancing user satisfaction, even under high-demand or congestion-heavy conditions. In comparative evaluations, the integrated model achieved travel time improvements ranging from 2% to 12 %, while waiting time deviations remained minimal, within ±3%. These results reflect the model’s ability to adapt to traffic dynamics and operational constraints, reinforcing its practicality and robustness. The results highlight the potential of integrated strategies in improving infrastructure utilisation, reducing operational inefficiencies, and supporting sustainable EV adoption on a larger scale. This research contributes to the fields of EV charging station placement and EV routing/charging scheduling by unifying their objectives into a cohesive strategy, showcasing its ability to address the multi-faceted challenges of electric mobility systems.
Open Access
Παρακολούθηση λειτουργίας και ανίχνευση δυσλειτουργιών σε δίκτυα ύδρευσης με χρήση πιθανοτικών μεθόδων
(2025-06-06) Περδίος, Αναστάσιος; Perdios, Anastasios
Στη παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύχθηκε μεθοδολογικό πλαίσιο, βασιζόμενο σε πιθανοτικές μεθόδους, το οποίο χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση του επίπεδου λειτουργίας τόσο των επιμέρους εγκαταστάσεων του δικτύου προσαγωγής (εξωτερικού υδραγωγείου) του Δήμου Πατρέων, όσο και των μειωτών πίεσης (PRVs) στις εισόδους των επιμέρους ζωνών του δικτύου διανομής (εσωτερικού υδραγωγείου) του Δήμου. Συνολικά αναπτύχθηκαν 9 αλγόριθμοι, η εφαρμογή των οποίων καθιστά εφικτή την αποτίμηση του επιπέδου λειτουργίας των υποδομών του δικτύου και την έκδοση ειδοποιήσεων για πιθανές δυσλειτουργίες (alerts), μέσω στατιστικής ανάλυσης της συλλεγόμενης πληροφορίας. Η τελευταία αφορά ενδεδειγμένες παραμέτρους λειτουργίας των επιμέρους εγκαταστάσεων (δηλ. υδρευτικές γεωτρήσεις, αντλιοστάσια, δεξαμενές/πιεζοθραυστικά φρεάτια, και αγωγοί προσαγωγής). Ειδικότερα, το σύνολο των 9 αλγόριθμων περιλαμβάνει: -1 αλγόριθμο για τον έλεγχο πληρότητας και αποκατάστασης συνέχειας χρονοσειρών. -2 αλγόριθμους για τον υπολογισμό του συντελεστή απόδοσης υδρευτικών γεωτρήσεων και αντλιοστασίων. -2 αλγόριθμους για τον υπολογισμό της παροχής διαρροών σε αγωγούς προσαγωγής και δεξαμενές. -2 αλγόριθμους για την ανίχνευση απότομων και σταδιακών αλλαγών στις εκτιμώμενες χρονοσειρές των λειτουργικών παραμέτρων των εγκαταστάσεων ενδιαφέροντος. -2 αλγόριθμους για την ανίχνευση και την κατηγοριοποίηση των δυσλειτουργιών σε μειωτές πίεσης (PRV). Mέσω του αλγόριθμου ελέγχου πληρότητας και αποκατάστασης συνέχειας χρονοσειρών επιτυγχάνεται η επίλυση ζητημάτων που αφορούν στην πρωτογενή πληροφορία, όπως ελλειπούσες τιμές, διπλοεγγραφές (για την ίδια χρονική στιγμή), και η ύπαρξη αρνητικών ή/και μηδενικών τιμών στις χρονοσειρές των παραμέτρων λειτουργίας των επιμέρους εγκαταστάσεων. Οι δυο αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν για τον υπολογισμό του συντελεστή απόδοσης των υδρευτικών γεωτρήσεων και των αντλιοστασίων, επιτρέπουν την αποτίμηση της υφιστάμενης κατάστασης των αντλητικών συστημάτων των συγκεκριμένων εγκαταστάσεων και την παρακολούθηση του επιπέδου λειτουργίας του μετρητικού εξοπλισμού. Επιπροσθέτως, με την εφαρμογή των αλγόριθμων εκτίμησης απωλειών σε δεξαμενές/πιεζοθραυστικά φρεάτια και αγωγούς προσαγωγής, καθίσταται δυνατή η ανίχνευση απωλειών νερού και ο εντοπισμός ζητημάτων βαθμονόμησης των μετρητικών διατάξεων. Στο πλαίσιο της σφαιρικότερης αποτίμησης του πραγματικού επιπέδου λειτουργίας των εγκαταστάσεων και με γνώμονα την αποφυγή εσφαλμένων ειδοποιήσεων (alerts) από δυσλειτουργίες του μετρητικού εξοπλισμού, αναπτύχθηκαν δυο αλγόριθμοι, οι οποίοι μέσω κατάλληλων στατιστικών ελέγχων επιτρέπουν την ανίχνευση απότομων και σταδιακών μεταβολών στις χρονοσειρές των λειτουργικών παραμέτρων (δηλ. χρονοσειρές συντελεστών απόδοσης και παροχών απωλειών ύδατος, βλέπε παραπάνω) των υπό παρακολούθηση εγκαταστάσεων. Όσον αφορά στους μειωτές πίεσης (PRVs), αναπτύχθηκαν δυο αλγόριθμοι βασιζόμενοι σε πιθανοτικές μεθόδους, μέσω των οποίων επιτυγχάνεται ο εντοπισμός σοβαρών δυσλειτουργιών και η κατηγοριοποίηση αυτών, ώστε να καθίσταται εφικτή η αναγνώριση των αιτιών που προξενούν τις παρατηρούμενες δυσλειτουργίες. Η πλειονότητα των αλγόριθμων ενσωματώθηκε στην επιχειρησιακή πλατφόρμα «PerManeNt», η οποία υλοποιήθηκε στο πλαίσιο της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ – ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ και συγχρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης (ΕΤΠΑ) της Ευρωπαϊκής Ένωσης και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ) (κωδικός έργου: T2ΕΔΚ-04177). Αντικείμενο του έργου αποτέλεσε η παρακολούθηση της λειτουργίας, ο επιχειρησιακός έλεγχος, και η αειφόρος ενεργειακή διαχείριση δικτύων ύδρευσης, μέσω αναπτύξεως ολοκληρωμένης πλατφόρμας ευφυών εφαρμογών, η οποία εφαρμόζεται σε επιμέρους τμήματα/εγκαταστάσεις του δικτύου προσαγωγής της Πάτρας με Διαχειριστή την Δημοτική Επιχείρηση Ύδρευσης και Αποχέτευσης Πάτρας (ΔΕΥΑΠ). Η εφαρμογή των προαναφερθέντων αλγόριθμων σε πραγματικά δεδομένα πιστοποίησε εμπράκτως την αποτελεσματικότητα και την ακρίβεια αυτών, καθώς στο σύνολο των περιπτώσεων αποτυπώθηκε επιτυχώς το επίπεδο λειτουργίας της εκάστοτε εγκατάστασης και του μετρητικού εξοπλισμού, ενώ σε συγκεκριμένες περιπτώσεις εντοπίστηκαν δυσλειτουργίες των οποίων η μετέπειτα επιδιόρθωση απέφερε σημαντικά οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Ειδικότερα, εντοπίστηκαν μειωμένες τιμές στους συντελεστές απόδοσης υδρευτικής γεώτρησης και αντλιοστασίου, μέσω των οποίων ποσοτικοποιήθηκε το χαμηλό επίπεδο λειτουργίας των ανωτέρω υποδομών, το οποίο συνεπάγεται αυξημένο λειτουργικό κόστος. Επίσης, στο κομμάτι των δεξαμενών και των αγωγών προσαγωγής διαπιστώθηκαν ζητήματα βαθμονόμησης των μετρητικών διατάξεων και ανιχνεύθηκαν σημαντικές απώλειες νερού, οι οποίες μεγεθύνουν το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του δικτύου προσαγωγής. Επιπλέον, μέσω της εφαρμογής του αλγόριθμου εντοπισμού δυσλειτουργιών σε μειωτές πίεσης, ανιχνεύθηκαν επιτυχώς σοβαρές δυσλειτουργίες του μειωτή πίεσης σε υφιστάμενη ζώνη διαχείρισης πίεσης του δικτύου διανομής, τουλάχιστον 2 ημέρες νωρίτερα από την ημερομηνία επισκευής της βλάβης.
Open Access
Διερεύνηση της ανθεκτικότητας ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ) και στοιχείων ΙΑΜ/οπλισμένου σκυροδέματος (ΟΣ) για διάφορα επιθετικά περιβάλλοντα
(2024-10-25) Καρακάσης, Ιωάννης; Karakasis, Ioannis
Η αυξανόμενη ανάγκη επισκευής και ανακατασκευής των υφιστάμενων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος (ΟΣ), οδήγησε τη διεθνή ερευνητική κοινότητα να αναπτύξει καινοτόμα δομικά στοιχεία και τεχνικές ενίσχυσης, με στόχο να αυξήσει την αντοχή ή/και την ικανότητα παραμόρφωσης των παλαιών κατασκευών. Σε αυτό το πλαίσιο, εισήχθησαν σύνθετα υλικά, τα οποία αποτελούνται από πλέγματα υψηλής αντοχής ενσωματωμένα σε ανόργανες μήτρες και τα οποία ονομάζονται ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ). Παρόλο που η έρευνα σχετικά με τα στοιχεία ΙΑΜ βρίσκεται σε πολύ προχωρημένο στάδιο, όσον αφορά την ενίσχυση υφιστάμενων στοιχείων, υπάρχουν περιορισμένα δεδομένα στη διεθνή βιβλιογραφία σχετικά με την ανθεκτικότητα των ΙΑΜ συναρτήσει διαφόρων περιβαλλόντων έκθεσης. Κύριος στόχος της τρέχουσας ερευνητικής προσπάθειας είναι η συστηματική διερεύνηση της ανθεκτικότητας τόσο των στοιχείων ΙΑΜ, όσο και των δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων με ΙΑΜ, κάτω από έντονα επιθετικά περιβάλλοντα για τα ΙΑΜ και για τις κατασκευές ΟΣ, όπως η δράση χλωριόντων, η διείσδυση διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και οι κύκλοι ψύξης-απόψυξης, στοχεύοντας στη δημιουργία ΙΑΜ τα οποία -ενισχύοντας ένα δομικό μέλος- εκτός από την αύξηση στην αντοχή, θα του προσδίδουν και αύξηση στη διάρκεια ζωής του.
Open Access
Seismic retrofitting with alkali-activated textile reinforced mortar (AAM-TRM)
(2024-04-16) Azdejkovic, Lazar; Αζντέικοβιτς, Λάζαρ
The present dissertation covers the potential use of alkali-activated materials (AAM) in seismic retrofitting of the existing structures within the textile reinforced mortar (TRM) strengthening system. For the purpose of the presented research an AAM mortar mix was developed, based on the raw and waste materials which were available in Greece. Two AAM mortar mix designs were employed as TRM matrix materials: the first, interim mix based on metakaolin and ladle furnace slag was tested in seismic retrofitting of unreinforced masonry walls (URM) made of natural stones; the final AAM mortar mix was the ternary blend of metakaolin, fly ash and ladle furnace slag which was studied through seismic retrofitting of RC elements and URM walls made of perforated fired-clay bricks. A total of three AAM-based TRM strengthening configurations were studied on three different levels: at a microscopic scale with the focus on fiber-matrix interface; at the level of TRM characterization conducted with standard tensile and pull-out bond tests; and at cyclic tests of mid- or large-scale structural elements retrofitted with the previously developed and characterized TRM configurations. The main objective of the present material is to provide firm evidence that AAMs (geopolymers) combined with various textile meshes represent an effective and durable alternative to the traditional OPC-based TRM applicable in seismic retrofitting. Additionally, this study aims to cover the strengthening with TRM of particular RC and URM structural elements, for which no or very little data was identified in the available literature: RC short columns, three-leaf URM masonry walls made of natural stones and single-leaf beam-type URM walls made of perforated (hollow) fired-clay bricks. In the first large-scale experimental campaign, the effectiveness of TRM confining jackets based of uncoated carbon-fiber textiles applied at shear-deficient (short) RC columns was studied. A set of cyclic loading tests on RC columns with rectangular cross-section retrofitted with AAM- and OPC-based TRM jackets were performed aiming primarily to study the behavior of RC short columns confined with TRM jackets, secondly to showcase the applicability of AAMs in seismic retrofitting of RC elements and finally, to compare the two materials involved. The data obtained experimentally was applied in adapting and formulating the existing analytical models in order to reach a reliable procedure for predicting the response of TRM-confined RC short columns which sustained failure initiated by the TRM rupture, after yielding of the flexural reinforcement. In the second major experimental campaign of this thesis, seismic retrofitting of three-leaf URM walls made of natural stones with TRM consisting of coated basalt-fiber textile and AAM mortar was studied in three different testing configurations: slender walls subjected to in-plane and out-of-plane cyclic loading, and squat walls subjected only to in-plane cyclic loading. The effectiveness of the applied AAM-based TRM strengthening scheme was evaluated by comparing the responses of retrofitted walls to that of the unretrofitted ones. Moreover, the proposed retrofitting configuration was compared to the configuration taken from the literature, based on natural hydraulic lime (NHL) mortar and flax-fiber textile, which was applied at the walls of the same geometry and tested by following the identical procedure. The final experimental campaign was designed to investigate the effectiveness of AAM-based TRM applied at beam-like, single-leaf URM walls made of perforated (hollow) clay bricks. Moreover, a combined energy and seismic retrofitting of beam-type walls with AAM- or OPC-based mortars, alkali-resistant (AR) glass-fiber textile and extruded polystyrene (XPS) thermal insulating boards was studied. All specimens were subjected to in- and out-of-plane four-point bending cyclic tests with a main objective to explore the relative effectiveness of seismic, and combined energy and seismic retrofitting with AAM-based TRM, compare it with the respective commercial OPC-based solutions, and finally provide preliminary data about the use of the alternative binders with lower environmental impact compared to the traditional cements. Preliminary tests have shown that AAMs have a good adhesion with textile mesh materials. Good tensile response and great adhesion to concrete substrates of AAM-based TRM composites reinforced with uncoated carbon-fiber mesh were confirmed with uniaxial tensile tests, pull-out bond tests and large-scale RC column tests. Additional confinement achieved with the application of AAM-based TRM jackets improved significantly the cyclic response of shear-deficient RC columns: increased energy dissipation, lateral load, and deformation capacity; changed the failure from brittle shear-governed to shear-flexure governed, which occurred after extended yielding of the flexural reinforcement and was controlled by the TRM jacket failure. Finally, the response of TRM-retrofitted RC short columns was approximated analytically with a bilinear model. The cyclic tests of URM walls made with natural stones or fired-clay bricks showed that the application of AAM-based TRM overlays improved the responses in terms of load, deformation and energy dissipation capacity. Moreover, the experimental tests on beam-type URM walls subjected to integrated retrofitting showed very good adhesion between AAM and XPS panels. However, it was observed in cyclic tests of URM walls that the exploitation of basalt- and AR glass-fiber textiles was rather poor. Therefore, an extensive study on durability of AAM-based TRM made with coated basalt- and glass-fiber textile reinforcements was carried out. Detrimental effect on basalt- and AR glass-fibers caused by the high alkalinity of AAM matrix materials was confirmed mechanically and chemically at the fiber-matrix interface. The dissertation is divided into eight chapters. Chapter 1 serves as an introduction to the topic of the study, provides some fundamental information on AAM technology, outlines the current state-of-the-art, and describes in detail the subject of the dissertation as well as the research gap that it tries to cover and its novelty. Chapter 2 covers the development of AAM mortar mixes suitable for applications in seismic retrofitting with TRM. The characterization of TRM composites comprising the selected AAM-based mortar mixes and carbon-fiber textile is included in Chapter 3. Next, Chapter 4 covers the effectiveness of AAM-based TRM in seismic retrofitting of existing RC short column elements. Analytical modeling of the observed responses of the specimens subjected to cyclic loading is contained in this chapter as well. Then, Chapter 5 and Chapter 6 deal with seismic retrofitting of URM walls with AAM-TRM: natural stone walls with basalt-fiber, AAM-based TRM (Chapter 5) and beam-type fired-clay brick walls with AR-glass fiber, AAM-based TRM. Chapter 6 covers combined seismic and energy retrofitting of beam-type URM walls, too. The durability study of AAM-based TRM consisting of basalt- and glass-fiber textiles is given in Chapter 7. Finally, in Chapter 8 the thesis summary is given, the most important conclusions are drawn and recommendations for future work are provided.
Open Access
Μεθοδολογία διαχείρισης ποιότητας τεχνικών έργων σκυροδέματος σε ακραία περιβάλλοντα
(2023-12-19) Παπαδημητρόπουλος, Βασίλειος Χ.; Papadimitropoulos, Vasileios C.
Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, διερευνήθηκαν επιλογές προκειμένου για τη διαχείριση της ποιότητας των κατασκευών που αφορούν κυρίως σε έργα πολιτικού μηχανικού με βάση το σκυρόδεμα. Η πρωταρχική εστίαση αφορούσε κυρίως στα χαρακτηριστικά του σκυροδέματος και με γνώμονα πως αυτά μπορούν να βελτιωθούν με τη προσθήκη νέων σύγχρονων νάνο-υλικών, όσο και στη διαχείριση της σκυροδέτησης στη φάση της υλοποίησης της κατασκευής προκειμένου για τη διασφάλιση της ποιότητας της σκυροδέτησης τόσο στην αρχική φάση όσο και μακροσκοπικά σε όλο το κύκλο ζωής του έργου. Ειδικότερα και σε ότι αφορά την αρχική φάση, η στόχευση αφορά την αποφυγή αστοχιών μικρής κλίμακας π.χ. ρηγματώσεις επιφανείας, βάθους ή μεγάλης κλίμακας όπως πιθανή καθαίρεση και επανασκυροδέτηση, ενώ μακροσκοπικά και σε συνάρτηση με την απαιτούμενη αρχική συντήρηση (εντός του προβλεπόμενου διαστήματος), τη διασφάλιση επίτευξης της μέγιστης δυνατής αντοχής, ποιότητας και ανθεκτικότητας της κατασκευής. Το αποτέλεσμα της έρευνας συνέργησε στην εισφορά και πρωτοτυπιών αφού αναπτύχθηκαν καμπύλες ωριμότητας ευρέως τύπου χρησιμοποιούμενου σκυροδέματος στην Ελλάδα, σχεδιάστηκαν, αναπτύχθηκαν και δοκιμάστηκαν σκυροδέματα με πρόσθετα νάνο-υλικά τα οποία παρασκευάστηκαν αποκλειστικά στην Ελλάδα, ενώ μελετήθηκε και αναπτύχθηκε για πρώτη φορά μοντέλο το οποίο ελέγχει και προτείνει τη βέλτιστη ημέρα έναρξης μίας σκυροδέτησης ενσωματώνοντας συγχρόνως και μοντέλο για τον υπολογισμό του ρυθμού εξάτμισης υγρασίας (EVR) στην επιφάνεια του σκυροδέματος. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για τη διεξαγωγή της έρευνας και σε ότι αφορά τα πρωτογενή δεδομένα, είναι κατά βάση πειραματική. Αρχικά έλαβε μέρος εκτενής βιβλιογραφική ανασκόπηση προκειμένου κατανοηθεί σε βάθος η μέθοδος ωριμότητας (maturity method). Στη συνέχεια, αναζητήθηκε και προσδιορίστηκε ο τύπος του νάνο-υλικού που θα προστίθετο στο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο σκυρόδεμα – C25/30, Interbeton) στην Ελλάδα, με απώτερο σκοπό τη βελτίωση των μηχανικών του ιδιοτήτων. Κατόπιν, οργανώθηκε πλήθος πειραμάτων σε δοκίμια τσιμεντοκονιάματος στις εγκαταστάσεις του Εργοστασίου Τσιμέντου ΤΙΤΑΝ A.E (www.titan.gr) στο Δρέπανο Πατρών καθώς και σε δοκίμια σκυροδέματος στις εγκαταστάσεις του Εργαστηρίου Ποιοτικού Ελέγχου του εργοστασίου σκυροδέματος της INTERBETON A.E (www.interbeton.gr) επίσης στο Δρέπανο Πατρών. Τα πειράματα σε τσιμεντοκονιάματα ξεπέρασαν τα 380 δοκίμια ενώ σε σκυροδέματα τα δοκίμια ήταν πάνω από 500. Σκοπός των πειραμάτων αρχικά ήταν να αναπτυχθούν οι καμπύλες ωριμότητας τόσο για το “control” μείγμα σκυροδέματος δηλαδή το standard C25/30, όσο και αυτού που προέκυψε μετά την ενσωμάτωση του πρόσθετου νάνο-υλικού - το οποίο στη συγκεκριμένη έρευνα ήταν το νάνο-πυρίτιο (nano-SiO2) - και στη συνέχεια να γίνει σύγκριση και αντιπαραβολή των αποτελεσμάτων. Το νάνο-πυρίτιο (nano-SiO2 ή nS) που χρησιμοποιήθηκε, παράχθηκε και προετοιμάστηκε για ενσωμάτωση τόσο στα δοκίμια τσιμεντοκονιάματος όσο και στα δοκίμια σκυροδέματος, στο Εργαστήριο Πλάσματος του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου της Πάτρας. Ταυτόχρονα και παράλληλα με τα πειράματα, αναπτύχθηκε μοντέλο το οποίο υπολογίζει το ρυθμό εξάτμισης υγρασίας (EVR) στην επιφάνεια του σκυροδέματος καθιστώντας το χρήσιμο και εύχρηστο εργαλείο για το μηχανικό πεδίου συγκρινόμενο με το ευρέως χρησιμοποιούμενο νομογράφημα του ACR 305 R το οποίο λόγω της υποκειμενικότητας του χρήστη στους υπολογισμούς του, είναι επιρρεπές σε σφάλματα και αποκλίσεις. Στη συνέχεια, το μοντέλο υπολογισμού του EVR ενσωματώθηκε στο τελικό και πιο ευρύ μοντέλο προκειμένου για την ανάλυση πιθανών ημέρων έναρξης σκυροδέτησης. Το εύρος των πιθανών ημερών είναι επτά (7) από το σημείο απόφασης βάση των οποίων το μοντέλο τελικά προσδιορίζει τη βέλτιστη, λαμβάνοντας υπόψιν ανεξάρτητους παραμέτρους όπως το EVR και τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες. Για την ανάπτυξη του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκε πλήθος δεδομένων (input data) - όπως θερμοκρασία περιβάλλοντος, θερμοκρασία σκυροδέματος, υγρασία, ταχύτητα ανέμου - σε βάθος χρόνου δύο (2) ετών (2020 – 2021) από δύο διαφορετικές χώρες (Ελλάδα & Ισραήλ) οι οποίες σημειώνουν χαρακτηριστικά «δυσμενή» συνδυασμό περιβαλλοντικών συνθηκών καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους και ιδιαίτερα στο διάστημα από Απρίλιο έως Οκτώβριο όπου λαμβάνει χώρα και η πλειοψηφία των σκυροδετήσεων. Το μοντέλο αναπτύχθηκε και ολοκληρώθηκε δια μέσου 3 φάσεων, ήτοι: ανάπτυξη, επικύρωση & δοκιμή (development, validation & testing).Με βάση τα αποτελέσματα της έρευνας, αναπτύχθηκαν επιτυχώς οι καμπύλες ωριμότητας για το κοινό (standard) σκυρόδεμα C25/30 όσο και για το νάνο ενισχυμένο, ενώ από την ανάλυση των καμπυλών, αναγνωρίστηκε αξιοσημείωτη αύξηση της μηχανικής αντοχής του σκυροδέματος στο οποίο ενσωματώθηκε το νάνο-πυρίτιο. Επίσης, το τελικό μοντέλο προκειμένου για την επιλογή της βέλτιστης ημέρας σκυροδέτησης, δοκιμάστηκε και επαληθεύτηκε.
Open Access
Matrix-based modeling for multi-objective resource management optimization in construction infrastructure and transport operations
(2023-12-19) Φαρμάκης, Παναγιώτης; Farmakis, Panagiotis
Optimization refers to evaluating available alternatives to choose the most efficient. It is a process with numerous applications in all aspects of life, from simple daily activities (selecting a route and spending money) to decision support at the strategic level. In engineering design, optimization is the systematic procedure of defining the optimal solution according to a set of prioritized constraints and criteria for increasing effectiveness (usually minimizing costs or maximizing productivity) by improving processes through better resource engagement and usually follows the Analysis where mathematical models and scientific principles are employed for predicting design results. In small-case problems, the size, in combination with knowledge and previous experience, simplifies things to a great extent. However, as the magnitude and complexity increase, developing intelligent computational tools is the only pathway to achieve management objectives. This Doctoral Thesis aims to develop a holistic methodology for efficiently considering multi-objective optimization problems in Transportation Infrastructure and Construction Management of Civil Engineering science. More specifically, decision parameters such as priority in service, οne-to-one matching or assignment between several alternatives with or without alternative options are appropriately formulated. Furthermore, matrix algebra is employed to calculate the fitness function to evaluate how close a candidate solution is to achieving the set aims. Moreover, this Thesis also illustrates a spatial approach based on Ray Casting Algorithm implementation for efficiently exploiting any given space for problems where the optimal placement of facilities or infrastructure is the issue. These methodologies developed in the framework of this doctoral Thesis, with slight variations adapted to each problem's particularities, are applied in three of the most critical issues in the relative fields, which are the Construction Site Layout Planning (CSLP) for both spacious and congested sites, the Hub-and-Spoke (H&S) network modeling focused on Short Sea Shipping (SSS) transportation, and the supply chain & logistics management at operational level dealing with cross-docking operation in the distribution centers scheduling including vehicle route planning concerns (CDVRP). The expected output and the contribution of this study are to validate the models' robustness in providing acceptable (near-optimal) solutions in terms of solution quality (reflecting optimization objectives and constraint/preference satisfaction) and computational efficiency (acceptable running time) for all case studies and operational scenarios providing a useful tool for well-informed decision supporting.
Open Access
Βαθμονόμηση της σεισμικής επικινδυνότητας παρακείμενων κατασκευών έναντι του προβλήματος της αλληλεπίδρασης και καθορισμός του βέλτιστου σεισμικού αρμού
(2024-09-12) Φλέγγα, Μαρία; Flenga, Maria
Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως βασικό επιστημονικό στόχο, την ανάπτυξη μεθοδολογίας βαθμονόμησης της σεισμικής επικινδυνότητας παρακείμενων κατασκευών έναντι του προβλήματος της αλληλεπίδρασης και καθορισμού του βέλτιστου σεισμικού αρμού. Προς το σκοπό, αυτό αναπτύχθηκαν και προτείνονται νέες πιθανοτικές μεθοδολογίες που περιλαμβάνουν: Νέα αποδοτικά και επαρκή πιθανοτικά μοντέλα σεισμικής απαίτησης (PSDMs) για τις περιπτώσεις κατασκευών με προβλήματα αλληλεπίδρασης. Πρότυπες καμπύλες τρωτότητας για κατασκευές με προβλήματα αλληλεπίδρασης σε διαφορετικές στάθμες επιτελεστικότητας. Πολυπαραμετρικές διερευνήσεις ελέγχου αξιοπιστίας παραδοχών ανάλυσης και αποτελεσμάτων. Μεθοδολογία εκτίμησης του ελάχιστου σεισμικού αρμού dg με βάση την τρωτότητα της κατασκευής έναντι της αλληλεπίδρασης. Τελική πρόταση βαθμονόμησης του σεισμικού ρίσκου έναντι της αλληλεπίδρασης και καθορισμού του βέλτιστου σεισμικού αρμού. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιούνται τα εξής: Καθορίζεται η κρίσιμη περίπτωση μελέτης σύμφωνα με την υφιστάμενη γνώση στην καταγεγραμμένη διεθνή βιβλιογραφία. Έτσι, μελετάται η αλληλεπίδραση μιας 8-όροφης πλαισιωτής κατασκευής Ο/Σ η οποία δύναται να έρθει σε επαφή κατά την διάρκεια ισχυρών σεισμικών διεγέρσεων με παρακείμενο 3-όροφο άκαμπτο κτήριο. Σημειώνεται ότι, η επιλογή του άκαμπτου κτηρίου, αποτελεί τη δυσμενέστερη περίπτωση παρακείμενου κτηρίου για τη σεισμική συμπεριφορά της πολυώροφης κατασκευής έναντι της αλληλεπίδρασης ενώ παράλληλα οι προτεινόμενες πιθανοτικές μεθοδολογίες που αναπτύσσονται είναι ανεξάρτητες από τα δυναμικά χαρακτηριστικά του 3-ορόφου. Για την προσέγγιση της πραγματικής σεισμικής συμπεριφοράς της κατασκευής αναπτύσσεται αναλυτικό μοντέλο προσομοίωσης που ενσωματώνει το σύνολο των πληροφοριών για την κατασκευή (δηλαδή, γεωμετρία, μάζα, οπλισμούς, μοντέλα ανελαστικής απόκρισης μελών, υλικά, περίσφιξη κ.λπ.). Με βάση διεθνή βιβλιογραφία καθορίζονται οι εξεταζόμενες τυπολογίες αλληλεπίδρασης. Συγκεκριμένα, εξετάζεται ο τύπος αλληλεπίδρασης που πραγματοποιείται μεταξύ των πλακών των παρακείμενων κατασκευών (Τύπος Α), καθώς και η κρίσιμη περίπτωση αλληλεπίδρασης πλάκας-υποστυλώματος (Τύπος Β). Επιπλέον, αξιολογούνται οι πιθανές μορφές αστοχίας μιας κατασκευής λόγω της αλληλεπίδρασης με παρακείμενο κτήριο και επιλέγονται οι κατάλληλοι καθολικοί και τοπικοί παράμετροι σεισμικής απαίτησης. Για τις ανάγκες της έρευνας καθορίζονται 3 διαφορετικές τιμές σεισμικού αρμού dg ενώ λαμβάνεται υπόψη και η περίπτωση της ελεύθερης ταλάντωσης του 8-ορόφου πλαισίου Ο/Σ. Ακολούθως, καθορίζονται τα εξεταζόμενα μέτρα έντασης και επιλέγονται οι σεισμικές διεγέρσεις με κριτήρια που αφορούν τις βασικές παραμέτρους περιγραφής κάθε καταγραφής. Τέλος, εφαρμόζονται ανελαστικές δυναμικές αναλύσεις τόσο με την μέθοδο της προσαυξητικής δυναμικής ανάλυσης (IDA) όσο και με την μέθοδο νέφους (Cloud) για ένα πλήθος σεισμικών διεγέρσεων. Συνολικά πραγματοποιήθηκαν 2733 δυναμικές ανελαστικές αναλύσεις. Γραμμικά και διγραμμικά πιθανοτικά μοντέλα σεισμικής απαίτησης Αναπτύσσονται νέα γραμμικά και διγραμμικά πιθανοτικά μοντέλα καθολικής και τοπικής σεισμικής απαίτησης της κατασκευής (ελεύθερη ταλάντωση και αλληλεπίδραση κατασκευών). Για τον καθορισμό των πιθανοτικών μοντέλων σεισμικής απαίτησης (PSDMs) δίνεται έμφαση στην ενσωμάτωση για πρώτη φόρα στη διεθνή βιβλιογραφία: α) των κρίσιμων τοπικών ανελαστικών απαιτήσεων των μελών της κατασκευής, και β) της περίπτωσης όπου η αλληλεπίδραση των παρακείμενων κατασκευών συμβαίνει μεταξύ πλάκας - υποστυλώματος. Επιπλέον, λαμβάνονται υπόψη διαφορετικές παράμετροι σεισμικής απαίτησης EDPs, μεγέθη σεισμικού αρμού dg, και μέτρα έντασης ΙΜs. Από τα αποτελέσματα της διερεύνησης προκύπτει ότι, η σχέση μεταξύ των καθολικών παραμέτρων σεισμικής απαίτησης EDPs και των μέτρων σεισμικής έντασης IMs, περιγράφεται ικανοποιητικά από το γραμμικό μοντέλο παλινδρόμησης. Αντίθετα, το διγραμμικό μοντέλο παλινδρόμησης είναι πιο κατάλληλο για την ακριβή περιγραφή της τοπικής ανελαστικής συμπεριφοράς των κρίσιμων δομικών στοιχείων σε μεγέθη πλαστιμότητας καμπυλοτήτων και διατμητικών δυνάμεων. Σε κάθε περίπτωση όμως, αποδεικνίεται ότι το μέτρο έντασης ΙΜ που επιλέγεται για την ανάπτυξη του PSDM επηρεάζει τα αποτελέσματα της πρόβλεψης. Μάλιστα πιο αξιόπιστη εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης των κατασκευών παρέχουν τα μέτρα έντασης που εκτιμούν με μικρότερη διασπορά τις σεισμικές απαιτήσεις της κατασκευής. Πρότυπες καμπύλες τρωτότητας με βάση τα προτεινόμενα PSDMs Αναπτύσσονται πρότυπες καμπύλες τρωτότητας για την 8-όροφη πλαισιωτή κατασκευή Ο/Σ (ελεύθερη ταλάντωση και αλληλεπίδραση κατασκευών) λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικές στάθμες επιτελεστικότητας, μεγέθη σεισμικού αρμού dg, και μέτρα έντασης ΙΜs. Οι καμπύλες τρωτότητας αναπτύσσονται με βάση τα προτεινόμενα γραμμικά και διγραμμικά πιθανοτικά μοντέλα σεισμικής απαίτησης (PSDMs). Ενσωματώνονται δε για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία για την εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας παρακείμενων κατασκευών οι εξής παράμετροι: α) οι καθολικές και οι τοπικές ανελαστικές απαιτήσεις της κατασκευής, και β) η κρίσιμη περίπτωση της αλληλεπίδρασης μεταξύ κατασκευών με ανισοσταθμία πλακών και πιθανότητα εμβολισμού υποστυλώματος (αλληλεπίδραση πλάκας – υποστυλώματος). Από τα αποτελέσματα διερεύνησης της σεισμικής τρωτότητας της 8-όροφης πλαισιωτής κατασκευής Ο/Σ έναντι του φαινομένου της αλληλεπίδρασης προκύπτει ότι, κρίσιμα μεγέθη σεισμικής απαίτησης είναι τα μεγέθη τοπικής απόκρισης των υποστυλωμάτων λόγω των αυξημένων απαιτήσεων σε καμπτική και διατμητική αντοχή. Επίσης, σημαντική είναι η επιρροή του τύπου της αλληλεπίδρασης που πραγματοποιείται μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών καθώς μεταβάλλει τα αποτελέσματα της σεισμικής τρωτότητας της κατασκευής ιδιαίτερα σε τοπικό επίπεδο απόκρισης. Η μείωση του σεισμικού αρμού dg μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών οδηγεί σε αύξηση της σεισμικής τρωτότητας της πολυώροφης κατασκευής τόσο σε καθολικό όσο και σε τοπικό επίπεδο απόκρισης. Επιπλέον, οι αβεβαιότητες που υπεισέρχονται στις καμπύλες τρωτότητας είναι λιγότερες όταν το ΙΜ που επιλέγεται εκτιμά με μικρότερη διασπορά τη σεισμική απαίτηση της κατασκευής. Για την τεκμηρίωση της αξιοπιστίας εκτίμησης της σεισμική τρωτότητας της κατασκευής (με και χωρίς προβλήματα αλληλεπίδρασης) με βάση τα προτεινόμενα πιθανοτικά μοντέλα σεισμικής απαίτησης πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ των διαφορετικών μεθοδολογιών ανάπτυξης καμπύλων τρωτότητας που προτείνονται στη διεθνή βιβλιογραφία. Επίσης: α) αξιολογείται η εγκυρότητα των παραδοχών ανάπτυξης των PSDMs, και β) διερευνάται η επιρροή τους στην αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας της κατασκευής. Από τα αποτελέσματα της διερεύνησης προκύπτει ότι, α) τα προτεινόμενα γραμμικά και διγραμμικά PSDMs αποτελούν αξιόπιστη μεθοδολογία, β) οι υποθέσεις ανάπτυξης των γραμμικών PSDMs δεν ικανοποιούνται σε όλο το εξεταζόμενο εύρος της σεισμικής έντασης στην περίπτωση των τοπικών μεγεθών απόκρισης, ενώ η χρήση διγραμμικών PSDMs επιτρέπει τη βελτίωση της υπόθεση της ομοσκεδαστικότητας ανά γραμμικό κλάδο του μοντέλου παλινδρόμησης, και γ) τα γραμμικά PSDMs εκτιμούν ικανοποιητικά τη σεισμική τρωτότητας του 8-ορόφου πλαισίου Ο/Σ σε όρους καθολικών EDPs ενώ διγραμμικά PSDM απαιτούνται για τα εξεταζόμενα τοπικά EDPs. Πολυπαραμετρικές διερευνήσεις ελέγχου αξιοπιστίας παραδοχών ανάλυσης και αποτελεσμάτων. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής διερευνάται επίσης ο βαθμός επιρροής συγκεκριμένων παραμέτρων στα αποτελέσματα της σεισμικής τρωτότητας της κατασκευής. Συγκεκριμένα μελετώνται τα εξής: α) η καταλληλότητα των επιλεγμένων μέτρων έντασης (PGA και Sa,T1) σε σύγκριση με άλλα IMs (συνολικά μελετώνται 23 διαφορετικά μέτρα έντασης) ως προς τις ιδιότητες της αποτελεσματικότητας και της επάρκειας, β) η επιρροή των χαρακτηριστικών Μw και Rrup μιας σεισμικής διέγερσης στα αποτελέσματα της τρωτότητας και γ) η καταλληλότητα της μεθοδολογίας ανελαστικής ανάλυσης των κατασκευών IDA για την εξαγωγή των δεδομένων σεισμικής απαίτησης σε σύγκριση με την μέθοδο ανάλυσης Cloud (μέθοδος νέφους). Από τα αποτελέσματα αυτής της διερεύνησης συμπεραίνεται ότι, η Sa,T1 είναι πιο αποτελεσματικό ΙΜ για την εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης του δομικού συστήματος συγκριτικά με τη PGA. Σε κάθε περίπτωση, τα μέτρα έντασης που εξαρτώνται από τα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής παρουσιάζουν μεγαλύτερο βαθμό αποτελεσματικότητας. Ωστόσο, η ικανοποίηση της ιδιότητας της αποτελεσματικότητας, δεν εξασφαλίζει την ταυτόχρονη ικανοποίηση του κριτηρίου έναντι της ιδιότητας της επάρκειας του ΙΜ. Επομένως, ο προσδιορισμός κατάλληλου ΙΜ αποτελεί δύσκολη διαδικασία ιδιαίτερα όταν λαμβάνονται υπόψη περισσότερα του ενός EDPs καθώς τα αποτελέσματα διαφοροποιούνται ανάλογα με το EDP που μελετάται. Όσον αφορά τη διερεύνηση της επιρροής των χαρακτηριστικών των σεισμικών διεγέρσεων (Μw και Rrup) στην εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας της 8-όροφης κατασκευής, αναπτύχθηκαν νέα PSDMs βάσει διανυσματικών μέτρων έντασης ως συνδυασμός του βαθμωτού Sa,Τ1 και των παραμέτρων Mw ή Rrup. Από τα αποτελέσματα της διερεύνησης, προέκυψε ότι οι παράμετροι Mw και Rrup, σε κάποιες περιπτώσεις επηρεάζουν την εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας της κατασκευής. Σε κάθε περίπτωση, η χρήση του βαθμωτού μέτρου έντασης Sa,Τ1 και του διανυσματικού ΙΜ ως συνάρτηση της διαμέσου των Mw και Rrup οδήγησε σε παρόμοια πρόβλεψη της σεισμικής τρωτότητας. Τέλος, ως προς τις μεθοδολογίες δυναμικής ανελαστικής ανάλυσης IDA και Cloud, προέκυψε ότι οδηγούν σε παρόμοια εκτίμησης της σεισμικής τρωτότητας της κατασκευής. Τονίζεται δε ότι, απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στα κριτήρια επιλογής των σεισμικών διεγέρσεων που υιοθετούνται ανά μεθοδολογία ανάλυσης. Ανάπτυξη πρωτότυπης μεθοδολογίας εκτίμησης του ελάχιστου σεισμικού αρμού dg με βάση την τρωτότητα Στη συνεχεία αξιοποιούνται τα αποτελέσματα της σεισμικής τρωτότητας της κατασκευής έναντι της αλληλεπίδρασης για την ανάπτυξη πρωτότυπης μεθοδολογίας εκτίμησης του ελάχιστου σεισμικού αρμού dg μεταξύ παρακείμενων κτηρίων. Στην προτεινόμενη μεθοδολογία προβλέπεται η πιθανότητα αλληλεπίδρασης μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών εξασφαλίζοντας ωστόσο αποδεκτά επίπεδα σεισμικής απόκρισης έναντι της αλληλεπίδρασης. Τα βασικά χαρακτηριστικά της προτεινόμενης μεθοδολογίας συνοψίζονται ως εξής: α) εφαρμόζεται τόσο ως διαδικασία ελέγχου επάρκειας υφιστάμενου μεγέθους σεισμικού αρμού όσο και για τον καθορισμό του ελάχιστου κρίσιμου σεισμικού αρμού μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών, β) προϋποθέτει τον ορισμό των επίπεδων επιτελεστικότητας PL-EDP των κρίσιμων EDPs συναρτήσει του μεγέθους του σεισμικού αρμού dg, γ) ενσωματώνει περισσότερα του ενός επίπεδα επιτελεστικότητας PL-EDP (τοπικών και καθολικών EDPs σε διαφορετικές στάθμες επιτελεστικότητας PLi), και δ) είναι ανεξάρτητη από τον τύπο της αλληλεπίδρασης που μελετάται. Επιπλέον, για την εκτίμηση του ελάχιστου κρίσιμου σεισμικού αρμού δύναται να εφαρμοσθούν δυο διαφορετικά κριτήρια πρόβλεψης: α) εκτίμηση βάσει δεδομένης ή επιδιωκόμενης τιμής σεισμικής έντασης ΙΜ και β) εκτίμηση βάσει δεδομένης ή επιδιωκόμενης τιμής πιθανότητας P να συμβεί αλληλεπίδραση μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών. Ακολουθεί μελέτη εφαρμογής για την πλήρη περιγραφή των δυνατοτήτων - χαρακτηριστικών της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Τέλος, παρουσιάζονται αποτελέσματα σε διαφορετικά και σύνθετα επίπεδα επιτελεστικότητας που αφορούν α) τον έλεγχο επάρκειας υφιστάμενου μεγέθους σεισμικού αρμού μεταξύ των εξεταζόμενων παρακείμενων κατασκευών, και β) τον καθορισμό του ελάχιστου κρίσιμου σεισμικού αρμού με βάση τα δυο προτεινόμενα κριτήρια ελέγχου. Από τα αποτελέσματα της διερεύνησης προκύπτει ότι, η κρίσιμη μετατόπιση δmax για την οποία ορισμένα EDPs φτάνουν την οριακή τιμή δεδομένης στάθμης επιτελεστικότητας σε κάποιες περιπτώσεις είναι μεγαλύτερη από το διαθέσιμο μέγεθος του σεισμικού αρμού dg. Όσον αφορά την εκτίμηση του ελάχιστου κρίσιμου σεισμικού αρμού προκύπτει ότι, οι τοπικοί παράμετροι σεισμικής απαίτησης καθορίζουν την πρόβλεψη του ελάχιστου κρίσιμου σεισμικού αρμού dg,min στην περίπτωση της Αλληλεπίδρασης Τύπου Β. Αντίθετα, στην περίπτωση της αλληλεπίδρασης Τύπου Α η εκτίμηση του σεισμικού αρμού καθορίζεται από το καθολικό μέγεθος απόκρισης IDRmax. Ανάπτυξη πρωτότυπης μεθοδολογίας βαθμονόμησης του σεισμικού ρίσκου έναντι της αλληλεπίδρασης και καθορισμού του βέλτιστου σεισμικού αρμού Με σκοπό την απόδοση μιας ολοκληρωμένης πρότασης βαθμονόμησης της σεισμικής επικινδυνότητας παρακείμενων κατασκευών έναντι της αλληλεπίδρασης ενσωματώνεται η έννοια της μέσης ετήσιας συχνότητας (Mean Annual Frequency-MAF) υπέρβασης δεδομένης οριακής κατάστασης αντοχής-ικανότητας. Συγκεκριμένα, αναπτύσσεται καινοτόμο μοντέλο απόφασης για στοχευμένο επίπεδο σεισμικού ρίσκου Pt έναντι της αλληλεπίδρασης βάσει του οποίου δύναται να πραγματοποιηθούν τα εξής: α) Έλεγχος σεισμικής επικινδυνότητας των κατασκευών. β) Έλεγχος επάρκειας υφιστάμενου σεισμικού αρμού dg. γ) Καθορισμός του ελάχιστου αποδεκτού μεγέθους σεισμικού αρμού d_(g,min)^(P_t ) (βέλτιστος αρμός dg). Η προτεινόμενη μεθοδολογία περιλαμβάνει την ανάπτυξη: α) πρότυπων καμπύλων επικινδυνότητας της κατασκευής σε όρους μέγιστης μετατόπισης δmax στο ανώτατο σημείο επαφής των παρακείμενων κατασκευών καθώς και σε μεγέθη EDPs σε καθολικό και τοπικό επίπεδο απόκρισης, και β) πρότυπων αποδεκτών κριτηρίων ελέγχου έναντι της αλληλεπίδρασης συναρτήσει του μεγέθους του σεισμικού αρμού dg και της ετήσιας πιθανότητας να συμβεί αλληλεπίδραση. Προβλέπεται δε ο συνδυασμός πολλών και διαφορετικών EDPs και ο έλεγχος σε διαφορετικές στάθμες επιτελεστικότητας. Επιπλέον, η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοσθεί α) για τον καθορισμό του ελάχιστου αποδεκτού σεισμικού ρίσκου P έναντι της αλληλεπίδρασης σε στoχευμένο μέγεθος σεισμικού αρμού dg,t, και β) για την μείωση του μεγέθους του βέλτιστου σεισμικού αρμού dg σε ασφαλές επίπεδο σεισμικού ρίσκου έναντι της αλληλεπίδρασης (στοχευμένο αποδεκτό κριτήριο ελέγχου). Ακολουθεί η μελέτη εφαρμογής της προτεινόμενης μεθοδολογίας με αντικείμενο α) τη βαθμονόμηση της σεισμικής επικινδυνότητας της πολυώροφης κατασκευής Ο/Σ σε στοχευμένο επίπεδο σεισμικού ρίσκου Pt έναντι της αλληλεπίδρασης, και β) τον καθορισμό του βέλτιστου σεισμικού αρμού με την παρακείμενη άκαμπτη κατασκευή. Από την διερεύνηση που πραγματοποιήθηκε προκύπτει ότι, η σεισμική επικινδυνότητα της πολυώροφης κατασκευής λόγω της αλληλεπίδρασης είναι πάντα πιο κρίσιμη συγκριτικά με την περίπτωση της ελεύθερης ταλάντωσης. Το μέγεθος του σεισμικού αρμού dg επηρεάζει την σεισμική επικινδυνότητα της κατασκευής. Ειδικότερα, η μείωση του σεισμικού αρμού dg μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών οδηγεί σε αύξηση της σεισμικής επικινδυνότητας του 8-ορόφου πλαισίου Ο/Σ τόσο σε καθολικό όσο και σε τοπικό επίπεδο απόκρισης. Το επίπεδο σεισμικού ρίσκου της κατασκευής έναντι της αλληλεπίδρασης μεταβάλλεται ανάλογα με το εξεταζόμενο ΕDP και τη στάθμη επιτελεστικότητας. Σε σύγκριση με την ελεύθερη ταλάντωση, η περίοδος επαναφοράς TR δεδομένης στάθμης επιτελεστικότητας των EDPs μειώνεται, ενώ η ετήσια πιθανότητα υπέρβασης της ίδιας στάθμης επιτελεστικότητας αυξάνεται λόγω της αλληλεπίδρασης. Όσον αφορά την εκτίμηση του βέλτιστου σεισμικού αρμού αυτή καθορίζεται από το επιδιωκόμενο επίπεδο σεισμικού ρίσκου Pt στο αποδεκτό κριτήριο ελέγχου ΡΟ-EDP μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών. Σε κάθε περίπτωση, η εκτίμηση του βέλτιστου μεγέθους σεισμικού αρμού με αποκλειστικό κριτήριο την μέγιστη μετατόπιση δmax στο ανώτατο σημείο επαφής των παρακείμενων κατασκευών δεν αποτελεί ασφαλή πρόβλεψη για όλα τα επίπεδα σεισμικού ρίσκου έναντι της αλληλεπίδρασης. Τέλος, τα αποτελέσματα για την εκτίμηση του βέλτιστου σεισμικού αρμού μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών εξαρτώνται από τον τύπο της αλληλεπίδρασης που εξετάζεται δεδομένου ότι τα κρίσιμα μεγέθη απόκρισης είναι διαφορετικά σε κάθε τύπο. Συγκεκριμένα, καθοριστική είναι η σεισμική επικινδυνότητα του IDRmax στην περίπτωση της αλληλεπίδρασης Τύπου Α (ισοσταθμία πλακών) για στοχευμένο επίπεδο σεισμικού ρίσκου, ενώ στην αλληλεπίδραση Τύπου Β (ανισοσταθμία πλακών) οι τοπικές παράμετροι σεισμικής απαίτησης (μφ,max και Vmax) του κρίσιμου υποστυλώματος καθορίζουν την τιμή του βέλτιστου σεισμικού αρμού μεταξύ των παρακείμενων κατασκευών.
Open Access
Επεξεργασία λυμάτων με μικροφύκη σε διατάξεις προσκολλημένης βιομάζας
(2023-10-08) Τσαβατοπούλου, Βασιλική; Tsavatopoulou, Vasiliki
Η φωτοσυνθετική ανάπτυξη των μικροφυκών απαιτεί φως, CO2, νερό και ανόργανα άλατα. Tα μικροφύκη έχουν την ικανότητα να παράγουν οξυγόνο και να συντελούν στη μείωση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Ο πιο συνήθης τρόπος καλλιέργειάς τους είναι οι αιωρούμενες καλλιέργειες, όπου η βιομάζα βρίσκεται σε αιώρηση μέσα στο υγρό, και η τελική συγκέντρωση των μικροφυκών είναι σχετικά χαμηλή. Πιο συγκεκριμένα, η συγκέντρωση της βιομάζας κυμαίνεται από 0,1 έως 1 g/L. Η συγκομιδή της βιομάζας είναι εξαιρετικά δαπανηρή διαδικασία και συνήθως γίνεται μέσω διήθησης, επίπλευσης, κροκίδωσης, καθίζησης και φυγοκέντρισης, που είναι διαδικασίες με υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις. Το μικρό μέγεθος των κυττάρων (2 έως 40 μm) κάνει την διαδικασία της συλλογής ακόμα πιο δύσκολη. Οι καλλιέργειες βιοφίλμ μπορούν να ξεπεράσουν το υψηλό κόστος, που σχετίζεται με την συγκομιδή των φυκών και να έχουν παραγωγικότητα, 10 με 20% παραπάνω από αυτήν, που μπορεί να προέλθει από απλή φυγοκέντριση. Το αντικείμενο της παρούσης διδακτορικής διατριβής ήταν η διερεύνηση της ανάπτυξης βιοφίλμ, και πιο συγκεκριμένα η εξέταση των φυσικοχημικών παραμέτρων, που επηρεάζουν την προσκόλληση των μικροφυκών σε διάφορα υλικά για την επεξεργασία λυμάτων, με απώτερο σκοπό την κατασκευή ενός βιοαντιδραστήρα βιοφίλμ με τα πιο αποδοτικά υλικά. Ο αντιδραστήρας θα έχει την ικανότητα να επεξεργάζεται λύματα και να απομακρύνει άζωτο, φώσφορο, οργανικό υλικό, και να παράγει επαρκή βιομάζα μικροφυκών για περαιτέρω αξιοποίηση ως εναλλακτική πηγή ενέργειας (π.χ βιοντίζελ) ή βιοπολυμερή όπως είναι τα λιπίδια, οι ολικές πρωτεΐνες και υδατάνθρακες. Όσον αφορά στην επιλογή κατάλληλων υλικών υποστήριξης μικροφυκών και τη διερεύνηση παραγόντων, που επηρεάζουν την ανάπτυξη του βιοφίλμ, επιλέχθηκαν υλικά με διαφορετικά χαρακτηριστικά: wettex, φελός, βαμβακερό τζιν, ανοξείδωτος χάλυβας, καοτσούκ, γεωύφασμα, plexiglas, γυαλί, plexiglas χαραγμένα με τρεις διαφορετικούς τρόπους (plexiglas 1, plexiglas 2 και plexiglas 3) και γυαλί ενισχυμένο με πολυμερικές ίνες ορείχαλκου και ίνες υάλου. Πιο συγκεκριμένα, όλα τα υλικά εξετάστηκαν με την μορφή κουπονιών (7,4×2,4×0,1 cm, Μ×Π×Υ) σε οριζόντιο ή κάθετο προσανατολισμό και τοποθετήθηκαν σε εργαστηριακής κλίμακας δεξαμενές, υπό συνεχή τροφοδότηση θρεπτικού, με πειραματική περίοδο 16 ημέρες. Τα στελέχη των μικροφυκών, που μελετήθηκαν ήταν τα Scenedesmus rubescens, Chlorococcum sp., Botryococcus braunii, Neochloris vigensis και μιξότροφα φύκη, που προήλθαν από δεξαμενή στην εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ) του Πανεπιστημίου Πατρών. Όσον αφορά στα υλικά, εξετάστηκαν οι φυσικοχημικές ιδιότητες όπως είναι η γωνία επαφής, η ενέργεια επιφάνειας, οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης οξέος-βάσεως (acid-base interactions), οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης Lifshitz-van der Waals, το σημείο μηδενικού φορτίου (point zero of charge) και οι επιφανειακές ομάδες με εξασθενημένη ολικής ανάκλασης - φασματοσκοπία υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (ATR-FTIR). Οι διάφορες βιοχημικές παράμετροι, που εξετάστηκαν ήταν το pH, η οπτική πυκνότητα (OD650), η θολερότητα, τα ανιόντα (PO43--P, NO3--N), ο αριθμός κυττάρων, το δυναμικό ζ, η χλωροφύλλη-α (chl-a), τα λιπίδια, οι ολικές πρωτεΐνες και οι υδατάνθρακες. H αλληλεπίδραση του βιοφίλμ των εξεταζόμεων μικροφυκών με την επιφάνεια των κουπονιών αποτυπώθηκε με ανάλυση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM). Από τις φυσικοχημικές παραμέτρους, που εξετάστηκαν, καμία δεν ξεχώρισε ως καθοριστική για την προσκόλληση των μικροφυκών. Τα καλύτερα υλικά σε θέμα προσκόλλησης ήταν το plexiglas και το wettex, ενώ η συνολική διαδικασία επηρεάζεται από διάφορες παραμέτρους ταυτόχρονα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η υδροφοβικότητα ενός υλικού δεν παίζει καθοριστικό ρόλο στην προσκόλληση, καθώς υδρόφοβα στελέχη μικροφυκών προσκολλήθηκαν σε υδρόφοβα υλικά και το αντίστροφο. Αντίστοιχα, η γωνία επαφής, η επιφανειακή ενέργεια, ή το PZC, και οι επιφανειακές ομάδες φαίνεται να μην προβλέπουν την απόδοση των υλικών σε ό,τι αφορά στην προσκόλληση. Το micropatterning δεν ενισχυεί την απόδοση των υλικών σε ό, τι αφορά στη παραγωγή βιομάζας. Το στέλεχος των μικροφυκών παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαδικασία προσκόλλησης, λόγω εκλεκτικότητας. Tα ινώδη υλικά, οπτικά, φαίνονται να είναι αποτελεσματικά. Ωστόσο, αυτό δεν μπορεί να προσδιοριστεί ποσοτικά, καθώς είτε υπάρχει απώλεια υλικού λόγω βιοαποικοδόμησης, είτε φθοράς. Ωστόσο, Οι επιφάνειες, παρά την αποκόλληση, ήταν και πάλι παραγωγικές με την πάροδο του χρόνου, κατά την διάρκεια της καλλιέργειας. Στη συνέχεια, κατασκευάστηκε φωτοβιοαντιδραστήρας πιλοτικής κλίμακας με δύο διαφορετικά υλικά υποστήριξης, το plexiglas και το wettex. Ο φωτοαντιδραστήρας έχει κατακόρυφο προσανατολισμό και το πληρωτικό υλικό έχει τοποθετηθεί με κατάλληλο τρόπο υπό κλίση (20°) για την υποστήριξη των μικροφυκών. Ο αντιδραστήρας αξιολογήθηκε για την αποτελεσματικότητά του στο να αφαιρεί θρεπτικά (άζωτο και φώσφορο) και οργανικό υλικό καθώς και την παραγωγή βιομάζας μέσω της συμβιωτικής δράσης βακτηρίων-μικροφυκών για την επεξεργασία πρωτοβάθμια καθιζημένων λυμάτων. Οι κύκλοι των πειραμάτων για το βιοαντιδραστήρα με το wettex ήταν δύο, και διήρκησαν 50 και 16 d, ενώ για τον βιοαντιδραστήρα με plexiglas, ήταν ένας και είχε διάρκεια 42 d. Η παρακολούθηση της λειτουργίας του αντιδραστήρα έγινε με τον έλεγχο των παραμέτρων pH, OD650, θολερότητας, NO3--Ν, ολικού και διαλυτού φωσφόρου, ολικoύ χημικά απαιτούμενου οξυγόνου και διαλυτού χημικά απαιτούμενου οξυγόνου, αμμωνιακού αζώτου, ολικού αζώτου κατά Kjeldahl, λιπιδίων, ολικών πρωτεινών και υδατανθρακών. Οι φωτοαντιδραστήρες κρίθηκαν επιτυχείς ως προς την επεξεργασία των λυμάτων και αποδοτικοί σε ό,τι αφορά στην παραγωγή βιομάζας μικροφυκών. Τόσο ο φωτοαντιδραστήρας με plexiglas, όσο και ο φωτοαντιδραστήρας με wettex ήταν αποτελεσματικοί στην αφαίρεση ΝΟ3--Ν, ΝΗ3-Ν, ΤΚΝ, Τotal P και COD από τα λύματα, ενώ όταν μειώθηκε η παροχή ανακυκλοφορίας, οι αποδόσεις ήταν ακόμα μεγαλύτερες, και αυτό γιατί υπήρχε μεγαλύτερη περίοδος επαφής μεταξύ της θρεπτικής ουσίας των λυμάτων και των προσκολλημένων μικροφυκών. Στον αντιδραστήρα με plexiglas, κατά τη δεύτερη συγκομιδή, η παραγωγή του βιοφίλμ ήταν μεγαλύτερη κατά σχεδόν 42% σε σχέση με την πρώτη συγκομιδή. Η μικρότερη παροχή ανακυκλοφορίας, σε συνδυασμό με το ότι δεν αποξέστηκε η βιομάζα στο τέλος της 1ης συγκομιδής ήταν οι παράγοντες, που συνέβαλαν θετικά. Τα φύκη, έχουν την δυνατότητα να παράγουν τριαγλυκερόλες και να θεωρούνται ως δεύτερης γενιάς πρώτη ύλη στην παραγωγή βιοκαυσίμων και συγκεκριμένα παραγωγής βιοντίζελ. Μελετήθηκε η μετατροπή των λιπιδίων του μικροφύκους Chlorococcum sp. (καλλιεργημένο σε δευτεροβάθμια επεξεργασμένα λύματα) και του Scenedesmus rubescens (καλλιεργημένο σε BG 11 με 1/3 ΝΟ3) σε μεθυλεστέρες (βιοντίζελ) μέσω μετεστεροποίησης. Χρησιμοποιήθηκαν ομογενείς καταλύτες H2SO4, ΝaOH με τη μέθοδο του ενός σταδίου και με μια συνδυαστική μέθοδο χρησιμοποιώντας αρχικά ΝaOH και στη συνέχεια H2SO4 (δύο στάδια). Η μέθοδος ενός σταδίου με H2SO4 είχε καλύτερα αποτελέσματα στην παραγωγή μεθυλεστέρων από τα λιπίδια του Chlorococcum sp., ενώ η μέθοδος δύο σταδίων αποδείχτηκε πιο παραγωγική αντίστοιχα, για τα λιπίδια του Scenedesmus rubescens. Στην συνέχεια, εξετάστηκε βιομάζα μικροφυκών Scenedesmus rubescens, καλλιεργημένη σε 1/3 ΝΟ3--BG 11. Ύστερα από την εκχύλιση των λιπιδίων ακολούθησε μετεστεροποιήση με απανθρακωμένο υλικό (biochar). Το biochar προήλθε από ριζίδια βύνης, που πυρολύθηκαν στους 850οC για 3 h, το οποίο στη συνέχεια τροποποιήθηκε με 1 N H2SO4. Προσδιορίστηκαν οι φυσικοχημικές ιδιότητες του καταλύτη και εξετάστηκε η ικανότητα του για μετατροπή των λιπιδίων σε βιοντίζελ. Το μη τροποποιημένο biochar έδωσε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τον τροποποιημένο καταλύτη. Τέλος, εξετάστηκε η απόδοση στη παραγωγή μεθυλεστέρων από καταλύτες biochar, που παρήχθησαν από ριζίδια βύνης, κόκκους καφέ και κουκκούτσια ελιάς, πυρολημένο στους 400oC και 850oC για 3 h Το biochar από κόκκους καφέ 400oC ήταν ο πιο παραγωγικός καταλύτης σε ό,τι αφορά στην ποσότητα των μεθυλεστέρων, που παρήχθησαν. Συμπερασματικά, η επιλογή του τύπου του καταλύτη εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε FFA στα λιπίδια των μικροφυκών. Η ποικιλία των μεθυλεστέρων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο των ειδών μικροφυκών και από τις συνθήκες ανάπτυξής τους. Ο καταλύτης από κόκκους καφές που πυρολήθηκαν στους 400οC βρέθηκε εξίσου αποτελεσματικός με τους ομογενείς καταλύτες H2SO4 και NaOH.
Open Access
Fire behavior of alkali-activated material (AAM) systems with applications in the retrofitting of masonry walls and the construction of new AAM-based reinforced concrete elements
(2023-10-20) Arce Campos, Carlos Andres; Άρθε Κάμπος, Κάρλος Άντρες
As climate change effects become more severe the importance of taking actions to reduce it becomes clearer. The construction sector is a big player in the fight against climate change sue to the high CO2 contributions of around 1.28 billion a year [1]. The production of Portland cement alone contributes to 5 % - 8 % of total global emissions [2]. Alkali-activated materials represent an alternative to the use of Portland cement due to the lower carbon emissions attributed to their productions and the value of reutilization of by-products that otherwise would end up in landfills. This research is focused on identifying and characterizing the mechanical and fire behavior of an alkali-activated material mix design for civil engineering applications. This thesis shows the reader the journey to develop an alkali-activated mix starting at the paste level, passing through the mortar design phase and arriving at the concrete design phase. The mix designs were later tested for structural applications and the main conclusions reported. The first Chapter introduces alkali-activated materials, their role as alternative binders is described and their benefits highlighted. This Chapter gives the reader an overview of this research document, the methodology used and the objectives of this research. In Chapter 2 an introduction to the effect of fire in structures is provided. This Chapter also contains a literature review of alkali-activated materials exposed to fire. Chapter 3, 4 and 5 describe the methodology and results associated with the production of an optimal paste, mortar and concrete. The mix designs produced corresponded to the optimal formulations based on alkali-activated material and with the goal to enhance mechanical properties and fire behavior. Chapter 6 describes the testing procedure and results of an experimental campaign where 18 historical masonry walls were reinforced with textile reinforced alkali-activated mortar, exposed to fire and after tested in diagonal compression to determine residual shear strength. Chapter 7 tests the residual post fired behavior of two concrete slabs corresponding to high strength concrete and an alkali-activated concrete of equivalent strength. Two control specimen results are also provided and a comparison of results of the four specimens is reported. Chapter eight summarizes the conclusions of the project and recommendations for future research. This project was successful in fine tuning mix designs to produce alkali-activated materials with fire resistant capabilities and the verification of these mixes in medium and large-scale structural members tests. Key conclusions obtained from this project are provided below: Mixture design of experiment was successfully used to determine the optimal balance of ferronickel slag, silica fume, potassium hydroxide and potassium silicate. The paste produced was characterized by compressive and flexural strengths of 80 MPa and 6.8 MPa, respectively. The post heat exposure (to 900 °C for 2h) compressive strength dropped by 80% and the flexural strength was reduced almost by 100%. It was noted that low post heat exposure properties were related to cracking damage, which was expected to be much lower after the inclusion of fine aggregate in the mortar phase. Carbon emissions savings when compared to ordinary Portland cement (OPC) paste were found to be about 90% when the ferronickel slag was considered a waste material and 55 % when it was taken as a by-product. The optimal combination of water sand and the previously developed optimal binder was studied using the same methodology. The results indicated a much higher retention of mechanical properties after adding fine aggregate. Compressive strength reduction (after exposure to 900 °C for 2h) was 75%, while a 25% increase of flexural strength was observed. It is important to mention that his mortar was optimized for flexural strength to achieve a better bond behavior as it was intended as a basis for textile reinforced mortar (TRM) applications. CO2 savings corresponded to 77% compared to OPC-based similar products. Optimization of aggregate sizes for the concrete recipe was carried out and the optimal mix resulted in 38% of post heat exposure (600 °C for 2h) compressive strength. The CO2 savings corresponded to 77% compared to a similar product based on OPC. The optimal mortar recipe was tested for application in strengthening applications of masonry walls and the post fire behavior was studied. An average increase of about 255% in peak in-plane shear strength in the case of one layer, and 330% in the case of carbon textile alkali activated mortar reinforcement was observed. Peak shear strength remained high even after exposure to 550 °C. The residual strength was found to increase at least 200% and 290% for the one- and two-layer systems at both temperature levels. Four-point bending tests executed on four concrete slabs, two of alkali-activated concrete and two of high strength concrete (one for control and one for post heat exposure residual strength), indicated a similar load bearing capacity of all configurations. While the ultimate load remained similar, the deformation behavior had a higher variation in the Portland cement slabs. A pseudo-ductility coefficient was calculated and the values indicated a 0.1% drop of ductility for the alkali-activated concrete slab, while a 34% drop in deformation capacity was observed in the high strength concrete slab. Overall, the produced alkali-activated material construction products showed a high reduction in CO2 emissions when compared to the Portland cement counterparts and also demonstrated a comparable or even better performance than typical existing products after exposure to high temperatures.
Open Access
Αστικό συνδεδεμένο ευφυές σύστημα μεταφορών (URBAN C-ITS) για πιο πράσινες και ασφαλείς μετακινήσεις στο πλαίσιο των έξυπνων πόλεων
(2023-10-31) Κουκουνάρης, Αθανάσιος; Koukounaris, Athanasios
Το αυξημένο κοινωνικό κόστος των οδικών μετακινήσεων στα αστικά οδικά δίκτυα αποτελεί σοβαρό πρόβλημα με πολλαπλές κοινωνικές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις που επιβαρύνουν όχι μόνο τους οδηγούς και επιβάτες αλλά και τους μόνιμους κατοίκους των περιοχών αυτών. Η μείωση του κοινωνικού κόστους των οδικών μετακινήσεων μπορεί να επιτευχθεί με την αποδοτικότερη διαχείριση της κυκλοφορίας. Για τον λόγο αυτό, η παρούσα έρευνα προτείνει ένα Αστικό Συνδεδεμένο Ευφυές Σύστημα Μεταφορών (Urban C-ITS). Το προτεινόμενο Σύστημα διαχειρίζεται δυναμικά την κυκλοφορία δίνοντας τις απαραίτητες εντολές στα συνδεδεμένα οχήματα σχετικά με την ταχύτητα κίνησης και την επιτάχυνση που θα πρέπει να ακολουθήσουν ώστε να προκύπτει το ελάχιστο κοινωνικό κόστος για την λειτουργία του αστικού δικτύου. Επιπρόσθετα, το Σύστημα επεμβαίνει στους κύκλους των φωτεινών σηματοδοτών επιμηκύνοντας την πράσινη φωτεινή ένδειξη ανάλογα με τις ανάγκες του δικτύου εξασφαλίζοντας το ελάχιστο κοινωνικό κόστος. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, το κοινωνικό κόστος απαρτίζεται από τέσσερις επιμέρους παράγοντες: το χρόνο μετακίνησης ή χρόνο ταξιδίου, τα τροχαία ατυχήματα, την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές ρύπων. Συνεπώς, η διατριβή συνεισφέρει στην επίτευξη πιο πράσινων και ασφαλών οδικών μετακινήσεων σε αστικά δίκτυα στο πλαίσιο των Έξυπνων Πόλεων μέσω της ελαχιστοποίησης του κοινωνικού κόστους. Τα τελευταία τεχνολογικά επιτεύγματα και οι εξελίξεις στα δίκτυα επικοινωνιών βοηθούν στην εφαρμογή Συνδεδεμένων Ευφυών Συστημάτων Μεταφορών (C-ITS) για την διαχείριση της κυκλοφορίας επιτρέποντας την συνεχή επικοινωνία των οχημάτων-χρηστών και των υποδομών. Η ιδέα των Urban C-ITS έχει ξεκινήσει να μελετάται στην Ευρώπη, αλλά ακόμα υπάρχουν λίγες σχετικές έρευνες στην βιβλιογραφία. Με την παρούσα διατριβή συνεισφέρουμε στην συζήτηση για την εφαρμογή μοντέλων Urban C-ITS σε Έξυπνες Πόλεις και την μείωση του κοινωνικού κόστους των μετακινήσεων σε αστικό περιβάλλον σε αντίθεση με την υπάρχουσα βιβλιογραφία που αναλύει το κοινωνικό κόστος σε αυτοκινητοδρόμους.
Open Access
Δυναμική διαχείριση κυκλοφορίας σε αστικές λιμενικές περιοχές και διαδικασιών ελέγχου σε λιμένες με την χρήση ευφυών και συνδεδεμένων ευφυών συστημάτων μεταφορών
(2023-10-31) Μαρούση, Κωνσταντίνα; Marousi, Konstantina
Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η δυναμική διαχείριση της κυκλοφορίας σε αστικές λιμενικές περιοχές και των διαδικασιών ελέγχου σε λιμένες με την χρήση Ευφυών Συστημάτων Μεταφορών (ITS) και Συνδεδεμένων Ευφυών Συστημάτων Μεταφορών (C-ITS). Ειδικότερα, αναπτύχθηκαν δυναμικά μοντέλα ανίχνευσης επαναλαμβανόμενης συμφόρησης και μη-επαναλαμβανόμενης συμφόρησης λόγω συμβάντος σε αστικές λιμενικές λεωφόρους σε πραγματικό χρόνο βάσει των χαρακτηριστικών της εκάστοτε λεωφόρου και λιμενικής περιοχής. Στην συνέχεια, αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι που ενσωματώνουν τα μοντέλα και βάσει των ανιχνεύσεων τους εξετάστηκε η εκτροπή των χρηστών από την αστική λιμενική λεωφόρο με την υποστήριξη κυκλοφοριακής προσομοίωσης. Η εφαρμογή των προτεινόμενων αλγορίθμων πραγματοποιήθηκε για οδικό τμήμα της παραλιακής λεωφόρου Όθωνος-Αμαλίας στην Πάτρα και βάσει ορισμένων δεικτών αξιολόγησης πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση της απόδοσης των αλγορίθμων ανίχνευσης επαναλαμβανόμενης συμφόρησης και μη-επαναλαμβανόμενης συμφόρησης λόγω συμβάντος. Ταυτόχρονα μελετήθηκαν και αξιολογήθηκαν οι ωφέλειες που προκύπτουν από την εκτροπή των χρηστών από το υπό μελέτη οδικό τμήμα, τόσο από την μεριά του μεμονωμένου χρήστη που συνεχίζει να κινείται στην οδό, όσο και της ευρύτερης κοινωνίας και το περιβάλλον. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε μοντελοποίηση των συστημάτων διαδικασιών ελέγχου οχημάτων και επιβαινόντων σε λιμένες. Ειδικότερα, αναλύθηκαν τέσσερα διαφορετικά συστήματα ουρών που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σε μια περιοχή ελέγχου οχημάτων σε λιμένα, πριν αυτά εισέλθουν στις πύλες επιβίβασης. Στην συνέχεια, αναπτύχθηκε αλγόριθμος που εφαρμόζεται σε πραγματικό χρόνο για την επιλογή του εκάστοτε βέλτιστου συστήματος ουρών ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες εισαγωγής οχημάτων στο σύστημα, με το οποίο θα προτείνεται στους ιθύνοντες να λειτουργεί η περιοχή, ώστε να επωφελούνται οι χρήστες του λιμένα. Η εφαρμογή του δυναμικού μοντέλου ανάλυσης και διαχείρισης της περιοχής ελέγχου λιμένα εφαρμόστηκε στο Νότιο Λιμάνι Πατρών και αξιολογήθηκε βάσει ορισμένων δεικτών αξιολόγησης. Συγκριτική αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε και μεταξύ των αποτελεσμάτων των διαφορετικών μοντέλων ουρών που μελετήθηκαν.
Open Access
Ανάπτυξη και ενσωμάτωση συστήματος ασφαλών και προστατευμένων χώρων στάθμευσης
(2023-10-31) Κούτα, Μαρίνα; Kouta, Marina
Μετά την διαπίστωση της αυξημένης εγκληματικότητας στις εμπορευματικές μεταφορές και κυρίως στους χώρους στάθμευσης που οι οδηγοί βαρέων φορτηγών οχημάτων και το φορτίο τους είναι ακίνητοι, αποφασίστηκε η διερεύνηση ενός τρόπου αύξησης της ασφάλειας των οδηγών βαρέων φορτηγών οχημάτων και των φορτίων τους. Η προσωποποιημένη πληροφόρηση στους οδηγούς σχετικά την στάθμευσή τους, λαμβάνοντας υπόψιν την παράμετρο της ασφάλειας, αποτελεί τον κύριο σκοπό αυτής της εργασίας. Η ενημέρωση για τον καταλληλότερο χώρο στάθμευσης βάσει των δρομολογίων των οδηγών είναι απαραίτητη για τους οδηγούς βαρέων φορτηγών οχημάτων που πραγματοποιούν συχνά διαλείμματα κατά την διάρκεια των δρομολογίων τους. Το θέμα της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος εύρεσης κατάλληλου χώρου στάθμευσης για κάθε οδηγό φορτηγού οχήματος με γνώμονα την ασφάλεια του ίδιου, του οχηματός του, αλλά και του φορτίου του. Διάφοροι παράγοντες και παράμετροι καθορίζουν την επιλογή ενός χώρου στάθμευσης, έτσι αναπτύχθηκε ένα περίπλοκο σύστημα που λαμβάνει υπ’ όψιν τις σημαντικότερες από αυτές τις παραμέτρους, ώστε να καταλήγει σε έναν χώρο στάθμευσης ασφαλή και άνετο για τον κάθε οδηγό. Πέραν των παραμέτρων, το σύστημα περιλαμβάνει υπόψιν και τα χαρακτηριστικά των δρομολογίων των οδηγών και των χώρων στάθμευσης για να καταλήξει στην επιλογή καταλληλότερου χώρου στάθμευσης για κάθε οδηγό. Η μελέτη αυτή αφορά στο τμήμα του διάδρομου μεταφορών Ανατολής/Ανατολικής Μεσογείου του Διευρωπαϊκού Δικτύου Μεταφορών [ΔΕΔ-Μ] που διέρχεται από την Ελλάδα. Πριν όμως από την εφαρμογή της παραπάνω διαδικασίας, διερευνήθηκε η ανάπτυξη ενός μοντέλου υπολογισμού κατάλληλου χώρου στάθμευσης. Επιλέχθηκε η εξέταση δύο μοντέλων που υπολογίζουν την χρησιμότητα του κάθε χώρου στάθμευσης και την πιθανότητα επιλογής ενός χώρου στάθμευσης έναντι των υπόλοιπων διαθέσιμων αντίστοιχα. Με την εφαρμογή του προτεινόμενου συστήματος, σε κάθε οδηγό βαρέου φορτηγού οχήματος προτείνεται ένας κατάλληλος χώρος στάθμευσης. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν 47 χώροι στάθμευσης και εννέα (9) εγγραφές οδηγών βαρέων φορτηγών οχημάτων. Η εφαρμογή του συστήματος αναμένεται να συμβάλλει σημαντικά στην αύξηση της ασφάλειας των οδικών εμπορευματικών μεταφορών.
Open Access
Επίλυση κυματικών εξισώσεων με τη μέθοδο της ομοτοπικής ανάλυσης
(2023-06-20) Ευσταθίου, Αγγελική; Efstathiou, Aggeliki
Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η εύρεση αναλυτικών προσεγγιστικών λύσεων μη γραμμικών μερικών διαφορικών εξισώσεων (ΜΔΕ) οι οποίες μοντελοποιούν τη διάδοση υδάτινων κυμάτων και δέχονται και μη ομαλές λύσεις. Αυτού του είδους οι εξισώσεις έχουν μελετηθεί ποικιλοτρόπως από πολλούς ερευνητές, και έχουν εκ νέου προσελκύσει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον, από τότε που οι Camassa και Holm ανακάλυψαν την ύπαρξη σολιτονικών λύσεων με αιχμή στην κορυφή, τα λεγόμενα peakons. Είναι γνωστό ότι, προβλήματα αρχικών ή συνοριακών τιμών μη γραμμικών ΜΔΕ, είναι δυσκολότερο να επιλυθούν από ότι τα αντίστοιχα γραμμικών ΜΔΕ ιδιαίτερα χρησιμοποιώντας αναλυτικές μεθόδους. Παρακινούμενοι από τη δυσκολία ή και αδυναμία εύρεσης λύσεων κλειστής μορφής μη γραμμικών ΜΔΕ και ειδικότερα λύσεων που παρουσιάζουν ασυνέχεια, καθώς και από την έλλειψη ακόμα και αριθμητικών αποτελεσμάτων για κάποιες εξισώσεις, εστιάζουμε στην εύρεση και μελέτη: peakon και antipeakon λύσεων της εξίσωσης Novikov, peakon λύσεων της εξίσωσης b-Novikov για διάφορες τιμές του ακέραιου b2 και τέλος λύσεων μετωπικού κύματος της εξαναγκασμένης εξίσωσης Burgers. Οι εξισώσεις Novikov και b-Novikov σχετίζονται στενά με τις εξισώσεις Camassa-Holm και Degasperis-Processi, δεδομένου ότι έχουν αρκετές κοινές ιδιότητες. Εντούτοις, οι εξισώσεις Novikov, και b-Novikov χαρακτηρίζονται από κυβικούς μη γραμμικούς όρους, εν αντιθέσει με τις εξισώσεις Camassa-Holm και Degasperis-Processi που χαρακτηρίζονται από τετραγωνικούς μη γραμμικούς όρους. Το 1992 προτάθηκε η μέθοδος της ομοτοπικής ανάλυσης (Homotopy Analysis Method, HAM) η οποία παρέχει ένα χρήσιμο αναλυτικό εργαλείο για τη διερεύνηση και επίλυση ισχυρά μη γραμμικών προβλημάτων, ακόμη και προβλημάτων με πολλαπλές λύσεις. Στην παρούσα διατριβή αξιοποιείται η HAM για τη μελέτη των εξισώσεων Novikov, b-Novikov, για ακέραιους b2 και της εξαναγκασμένης εξίσωσης Burgers. Απ' όλα όσα παρατίθενται στην παρούσα διατριβή, διαφαίνεται ότι η μέθοδος ομοτοπικής ανάλυσης μπορεί να συμβάλει σημαντικά στη μελέτη μη γραμμικών ΜΔΕ. Θα ήταν ενδιαφέρον, να μπορέσει να εφαρμοσθεί απευθείας στις προς διερεύνηση ΜΔΕ (και όχι στις αντίστοιχες ΣΔΕ) και να εξαχθούν ουσιαστικά ταυτόχρονα, διαφορετικού είδους λύσεις. Επιπλέον, θα ήταν ενδιαφέρον να διερευνηθεί η δυνατότητα εφαρμογής της HAM και για τον εντοπισμό multi-peakon λύσεων.
Open Access
Συνδυασμένη αντισεισμική ενίσχυση και ενεργειακή αναβάθμιση τοιχοποιίας σε εκτός και εντός επιπέδου καταπόνηση με χρηση ινοπλισμένων κονιαμάτων και θερμομονωτικών πλακών : πειραματική και αναλυτική μελέτη
(2023-06-19) Κάρλος, Κυριάκος; Karlos, Kyriakos
Η σύγχρονη απαίτηση για ασφαλή και ενεργειακά αποδοτικά κτίρια με ιδιαίτερη βαρύτητα στο χαμηλό ανθρακικό αποτύπωμα των τελευταίων, καλεί για στατική - σεισμική αναβάθμιση των παλαιών κτιριακών υποδομών αλλά και την εξίσου σημαντική θερμομόνωσή τους. Η ανάγκη για μείωση των αέριων ρύπων καύσης και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα αλλά και της απεξάρτησης από εισαγόμενα και συνεχώς ακριβότερα ορυκτά καύσιμα οδηγεί τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης στην υιοθέτηση πολιτικών αειφόρου ανάπτυξης με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εξηλεκτρισμού όλων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, ορίζοντας, εκτός των άλλων, αυστηρούς στόχους για τη μείωση των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων. Σε αυτό το πλαίσιο, η παρούσα εργασία προσεγγίζει ολιστικά το πρόβλημα και προτείνει ένα συνδυασμένο σύστημα σεισμικής ενίσχυσης και ενεργειακής αναβάθμισης στοιχείων τοιχοποιίας (π.χ. σε κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία ή ακόμα και σε τοιχοπληρώσεις). Πραγματοποιείται η περιγραφή του συστήματος και ο λόγος ύπαρξής του, ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζεται μια αναλυτική προσέγγιση υπολογισμού της αντοχής και τον μορφών αστοχίας για εκτός και εντός επιπέδου φόρτιση και για διάφορα σχήματα ενίσχυσης. Τέλος, πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές σε συνολικά 17 τοιχίσκους σε εκτός επιπέδου φόρτιση και σε 15 τοιχίσκους σε εντός επιπέδου φόρτιση. Γίνεται σύγκριση της θεωρητικής αντοχής με τα πειραματικά αποτελέσματα και προκύπτουν συμπεράσματα για τεχνικές απαιτήσεις και περιορισμούς. Πιο αναλυτικά, προτείνεται η εξέλιξη της τεχνικής εξωτερικής επικόλλησης θερμομονωτικών πλακών και ο συνδυασμός της με την τεχνική ενίσχυσης με Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ). Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται ένα σύνθετο σύστημα τύπου «sandwich», με ευνοϊκότερα χαρακτηριστικά από αυτά που αφορούν στη μεμονωμένη χρήση ΙΑΜ για την ενίσχυση της τοιχοποιίας. Γίνονται πειραματικές δοκιμές με δύο ειδών θερμομονωτικές πλάκες και δύο ειδών υαλοπλέγματα δομικής ενίσχυσης σε διάφορες διαστρώσεις και συνδυασμούς υλικών. Ταυτόχρονα, πέντε δοκίμια εκτός επιπέδου φόρτισης με πυράντοχες μονωτικές πλάκες χαμηλής διατμητικής αντοχής υποβάλλονται σε μονόπλευρη δοκιμή πυρός, με στόχο την εξέταση της απομένουσας αντοχής μετά από τη σχετική υποβάθμιση των αντοχών τους. Με βάση την πειραματική διαδικασία και τους αναλυτικούς υπολογισμούς στην παρούσα διατριβή συμπεραίνεται ότι ο συνδυασμός σεισμικής ενίσχυσης με ταυτόχρονη ενεργειακή αναβάθμιση είναι εφικτός, παρέχοντας βελτιωμένη λύση σε ό,τι αφορά στα μηχανικά χαρακτηριστικά, ενώ παράλληλα παρέχει οικονομικά οφέλη αλλά και οφέλη ταχύτητας εφαρμογής. Για την εκτός επιπέδου καταπόνηση, οι τιμές των αντοχών και των παραμορφώσεων αστοχίας είναι μεγαλύτερες όταν οι στρώσεις ενίσχυσης απομακρύνονται από την τοιχοποιία και ενδιάμεσά τους μεσολαβεί στρώση θερμομόνωσης. Για την εντός επιπέδου φόρτιση το προτεινόμενο σύστημα ενίσχυσης αυξάνει τις τιμές της αντοχής της τοιχοποιίας, ενώ φαίνεται η θέση του οπλισμού να μην παίζει ιδιαίτερο ρόλο, καθώς δεν παρατηρείται ξεκάθαρη υπεροχή κάποιου συγκεκριμένου σχήματος ενίσχυσης.
Open Access
Experimental and analytical study on the in- and out-of-plane interaction of infill walls subject to combined seismic and energy retrofitting using textile reinforced mortar and thermal insulation
(2022-12-19) Γκουρνέλος, Παναγιώτης; Gkournelos, Panagiotis
The effect of in-plane damage on the out-of-plane response of reinforced and thermally insulated masonry elements and infills was examined in this dissertation experimentally and analytically. Structural reinforcement was realized through the use of textile reinforced mortar while regular expanded polystyrene was used for thermal in-sulation. Various specimen configurations were tested both in- and out-of-plane sequentially within a strong frame using hydraulic actuators to impose the respective loads. Experimental results have shown that the TRM-based strengthening scheme can improve the out-of-plane response of masonry infills both in terms of strength and stiffness, especially in the case of pre-damaged walls. The addition of insulation arranged in a "sandwich" configuration resulted in a slight out-of-plane improvement, but was not as effective in the case of pre-damaged specimens. Last but not least, numerical and analytical models are proposed which can predict the out-of-plane behavior of masonry elements and infills while also accounting for the existence of reinforcement and prior damage.
Open Access
Development of revised stiffener spacing requirements for seismic links in eccentrically braced frames
(2022-07-21) Σκρέτας, Νικόλαος; Skretas, Nikolaos
The current dissertation re-examines the transverse stiffener spacing requirements of short andintermediatelengthseismicsteellinksineccentricallybracedframes(EBFs).Transverse web stiffeners enhance the rotation capacity and the link’s ability to dissipate energy due to seismic excitation. The current seismic design standards require the use of transverse stiffeners for EBF links of short and intermediate length. The maximum permitted distances in order to achieve the desired seismic performance targets are established in current seismic provisions. These design procedures for EBFs have been based on semi-analytical and experimental studies on isolated links that were carried out in the ’80s. In the current study revised stiffener spacing requirements for short and intermediate length links in EBFs in order to attain the maximum permitted inelastic rotation capacities per EN1998-1 are proposed. At first, an experimental dataset was assembled and presented. This dataset was compiled with a particular focus on the stiffener spacing requirements and conclusions regarding the link’s inelastic rotation capacity and overstrength were extracted. Furthermore, it was substantiated that the stiffener spacing requirements established in EN1998-1 are overly conservative. Theproposedstiffener spacing limits are established on the basis of a methodology that combines a numerical solution of the classical problem of inelastic plate buckling. Hence, the analytical problem of the inelastic plate buckling is presented as well as the used numerical procedure for solving it and the derivation of the proposed stiffener spacing limits for short and intermediate length links. The resultant design equations are then verified through finite element simulations. The finite element modeling approach has also been presented and the reliability of the finite element simulation results has been investigated. Finally, it is concluded that the stiffener spacing rule per EN1998-1 for intermediate length links may be unconservative for some link geometries and that the proposed design rules may be a possible replacement of the current rules for short and intermediate length links.
Open Access
Probabilistic modeling and optimization of leakages in water distribution networks
(2022-11-04) Σεραφείμ, Αθανάσιος; Serafeim, Athanasios V.
We develop an integrated framework for resilient reduction of leakages in water distribution networks (WDNs), which combines: a) a set of probabilistic approaches for minimum night flow (MNF) estimation and parametric modeling of water losses in WDNs, and b) a combination of statistical clustering and hydraulic modeling techniques for WDN partitioning into pressure management areas (PMAs; or districted metered areas, DMAs). The strong point of the proposed probabilistic methods is that they allow for confidence interval estimation of both observed and parametrized MNFs, while taking into account the effect of operational pressures on leakages. The statistically rigorous and user unbiased clustering approach produces realistic PMA (or DMA) configurations, allowing water experts and engineers to develop effective strategies for management and reduction of leakages, based on a fast and easy to implement algorithmic procedure. The efficiency of the developed framework is tested in the water distribution network of the City of Patras in western Greece, which serves approximately 213 000 consumers, consists of more than 700 km of pipeline grid (mainly HDPE and PVC pipes), and includes 86 pressure management areas (PMAs) equipped with automated local stations for water flow rates monitoring and pressure regulation.