Assessment of Sensitivity of an Arched Steel Bridge to Imposed Differential Displacements due to Soil Liquefaction - Καϋμενάκη, Βασιλική (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών., 2014)
Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η διερεύνηση της απόκρισης μεταλλικής τοξωτής γέφυρας δύο ανοιγμάτων κατά την επιβολή μετακινήσεων και στροφών στη βάση του μεσοβάθρου λόγω ρευστοποίησης των υποκείμενων εδαφικών σχηματισμών. Εξετάζεται ένας νέος τρόπος θεμελίωσης γεφυρών που περιλαμβάνει τη χρήση επιφανειακής θεμελίωσης και την εκμετάλλευση του ρευστοποιήσιμου εδάφους ως συστήματος φυσικής σεισμικής μόνωσης, με αποτέλεσμα τη μείωση της έντασης που φτάνει στην ανωδομή και τη μείωση του κόστους θεμελίωσης συγκριτικά με τη μέθοδο βαθιάς θεμελίωσης με πασσάλους που χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα. Ωστόσο, ένα από τα βασικότερα μειονεκτήματα της παραπάνω μεθόδου είναι οι αυξημένες μετακινήσεις και στροφές που αναπτύσσονται στη βάση των βάθρων. Με αφορμή το παραπάνω μειονέκτημα ορίζεται ο στόχος της εργασίας που είναι ο προσδιορισμός των ανεκτών μετακινήσεων και στροφών που μπορεί να παραλάβει η γέφυρα χωρίς να αστοχήσει. Η γέφυρα που μελετάται αποτελείται από δύο αμφιέρειστα ανοίγματα θεωρητικού μήκους 42.00m το καθένα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με πλάκα συνέχειας. Το θεωρητικό πλάτος του καταστρώματος ισούται με 14.70m. Το κατάστρωμα της γέφυρας είναι σύμμικτο και το κάθε άνοιγμα αποτελείται από δύο κύριες δοκούς και δεκαεφτά διαδοκίδες. Κάθε κύρια δοκός αναρτάται από ένα τόξο με τη χρήση αναρτήρων ενώ τα δύο τόξα του κάθε ανοίγματος συνδέονται μεταξύ τους με εγκάρσια και διαγώνια μέλη δυσκαμψίας. Το ύψος των τόξων είναι ίσο με 10.00m. Οι δοκοί, οι διαδοκίδες, τα τόξα και οι σύνδεσμοι δυσκαμψίας έχουν κατασκευαστεί από δομικό χάλυβα. Το μεσόβαθρο αποτελείται από τη δοκό έδρασης και τρεις στύλους κυκλικής συμπαγούς διατομής από οπλισμένο σκυρόδεμα και έχει ύψος 10m συμπεριλαμβανομένης της δοκού έδρασης. Τα ακρόβαθρα θεωρούνται πολύ δύσκαμπτα σε σχέση με τη γέφυρα και γι’ αυτό λαμβάνονται υπόψη ως ακλόνητα. Στην παρούσα εργασία μορφώνεται το αριθμητικό προσομοίωμα με τη χρήση του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων ADINA 8.5.0 και εκτελούνται μη γραμμικές αναλύσεις έχοντας λάβει υπόψη τη μη γραμμική συμπεριφορά γεωμετρίας και υλικού. Η μη γραμμική συμπεριφορά των στύλων του μεσοβάθρου από οπλισμένο σκυρόδεμα έχει προσομοιωθεί με τη χρήση διαγραμμάτων ροπών – καμπυλοτήτων. Στη γέφυρα ασκούνται τρεις βασικές φορτίσεις συμπεριλαμβανομένων του ίδιου βάρους της κατασκευής, των πρόσθετων μόνιμων φορτίων του καταστρώματος και των επιβαλλόμενων μετακινήσεων ή στροφών. Μελετάται η απόκριση της γέφυρας σε τρεις φάσεις, δηλαδή στο τέλος της επιβολής της κάθε φόρτισης, ενώ η κάθε φόρτιση προστίθεται στην προηγούμενη. Ταυτόχρονα, μετά την επιβολή του συνόλου των κατακόρυφων φορτίων συγκρίνεται η απόκριση της γέφυρας με διαφορετικό λογισμικό και επιβεβαιώνεται η σωστή προσομοίωσή της. Παρακολουθείται η συμπεριφορά των στύλων του μεσοβάθρου, των μεταλλικών στοιχείων της ανωδομής και των εφεδράνων κατά τη διάρκεια επιβολής των φορτίσεων. Ωστόσο, δεν διερευνάται η συμπεριφορά των στοιχείων της γέφυρας που θεωρούνται εύκολα επισκευάσιμα ή αντικαταστάσιμα, χωρίς να προσδίδουν ιδιαίτερη δυσκαμψία στο μεταλλικό φορέα της ανωδομής και στο μεσόβαθρο, όπως η πλάκα συνέχειας και οι αρμοί. Αυτά τα στοιχεία είναι πολύ πιθανό να εμφανίσουν αστοχία σε χαμηλές τιμές επιβαλλόμενων μετακινήσεων και στροφών, ωστόσο δεν επιφέρουν κατάρρευση της γέφυρας. Παράλληλα, δεν μελετάται η απόκριση της δοκού έδρασης καθώς είναι αρκετά δύσκαμπτη και δεν επηρεάζεται σημαντικά από τις επιβαλλόμενες μετακινήσεις και στροφές. Μετά το τέλος της επιβολής των μετακινήσεων και στροφών, προσδιορίζονται τα δομικά στοιχεία που οδηγούνται πρώτα στην αστοχία και καθορίζεται η μέγιστη τιμή των μετακινήσεων και στροφών που μπορεί να παραλάβει η γέφυρα. Ταυτόχρονα, καθορίζονται δείκτες βλάβης για κάθε στοιχείο που μελετάται. Κρισιμότερη θεωρείται η διαμήκης μετακίνηση καθώς λαμβάνει και τη μικρότερη τιμή, περίπου ίση με 0.5m. Οι τιμές της εγκάρσιας μετακίνησης και καθίζησης που μπορεί να παραλάβει η γέφυρα είναι αρκετά μεγάλες, περίπου ίσες με 2.5m, δηλαδή 5 φορές μεγαλύτερες από την τιμή της διαμήκους μετακίνησης. Οι στροφές κατά τη διαμήκη και την εγκάρσια έννοια που μπορεί να ανεχθεί η γέφυρα λαμβάνουν τις τιμές 0.025rad και 0.034rad, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η γέφυρα μπορεί να παραλάβει μεγάλες μετακινήσεις και στροφές χωρίς να οδηγείται σε καταστροφική αστοχία. Τα όρια των μετακινήσεων και στροφών αξιολογούνται ως επαρκώς μεγάλα σε σύγκριση με τις πιθανές εδαφικές μετακινήσεις και στροφές για συνήθη τεχνικά έργα και εξίσου μεγάλα σε σχέση με τις αναμενόμενες τιμές μετακινήσεων και στροφών λόγω ρευστοποίησης με εξαίρεση τη διαμήκη μετακίνηση που είναι και η πιο κρίσιμη. Η διπλωματική αυτή διεξάγεται στα πλαίσια ερευνητικού προγράμματος “ΘΑΛΗΣ” με τίτλο «Πρωτότυπος σχεδιασμός βάθρων γεφυρών σε ρευστοποιήσιμο έδαφος με χρήση φυσικής σεισμικής μόνωσης» και με επιστημονικό υπεύθυνο τον καθηγητή Γ. Δ. Μπουκοβάλα. Μέρος της διπλωματικής εργασίας παρουσιάστηκε στο 8ο Συνέδριο Μεταλλικών Κατασκευών που διεξήχθη στην Τρίπολη στις 2-4 Οκτωβρίου 2014, με τίτλο “Αποτίμηση της ευαισθησίας μεταλλικής τοξωτής γέφυρας σε επιβαλλόμενες οριζόντιες εδαφικές μετακινήσεις” και με συγγραφείς τους Β. Καϋμενάκη, Ι. Βασιλοπούλου, Χ. Ι. Γαντέ και Γ. Δ. Μπουκοβάλα.