Σχεδιασμός πειραματικής διάταξης υπόγειου μεταλλικού αγωγού σε διασταύρωση με σεισμικό ρήγμα - Καλδερών, Μωρίς (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών, 2015)
Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί ο σχεδιασμός πειραματικής διάταξης υπόγειου μεταλλικού αγωγού σε διασταύρωση με σεισμικό ρήγμα, καθώς και η διερεύνηση της συμπεριφοράς του αγωγού που διέρχεται από ρήγμα οριζόντιας ολίσθησης. Εξετάζεται μια νέα μέθοδος αντιμετώπισης των υψηλών αναπτυσσόμενων τάσεων και παραμορφώσεων στον αγωγό κατά την ενεργοποίηση του ρήγματος μέσω της τοποθέτησης σε συγκριμένες θέσεις κατά μήκος του αγωγού εύκαμπτων κόμβων που στοχεύει στη συγκέντρωση των παραμορφώσεων, ώστε να μειωθεί η αναπτυσσόμενη ένταση στα χαλύβδινα τμήματα του αγωγού. Αρχικά, γίνεται εισαγωγή στους υπόγειους μεταλλικούς αγωγούς και ειδικότερα στο θέμα της διασταύρωσης με ενεργά σεισμικά ρήγματα καθώς και στις εξωτερικά επιβαλλόμενες δράσεις που προκαλούν ένταση στους αγωγούς. Στη συνέχεια αναλύονται συνοπτικά οι μέθοδοι που εφαρμόζονται σήμερα για την αντιμετώπιση της αναπτυσσόμενης έντασης στον αγωγό που προκαλείται από την ενεργοποίηση ρήγματος καθώς και η προτεινόμενη μέθοδος με την παρεμβολή στον αγωγό εύκαμπτων κόμβων. Στο πλαίσιο της παρουσίασης της μεθόδου αναλύονται τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά των κόμβων με βάση τις απαιτήσεις του πειράματος αλλά και της καταλληλόλητας των ήδη διαθέσιμων εμπορικά κόμβων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία συνοπτική ανασκόπηση των πειραματικών διατάξεων που έχουν χρησιμοποιηθεί από διάφορους ερευνητές μέχρι σήμερα για την προσομοίωση της διασταύρωσης αγωγού – σεισμικού ρήγματος. Ακολούθως, αναλύεται η πειραματική διάταξη που πρόκειται να κατασκευαστεί στο Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών του Ε.Μ.Π. με σκοπό τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας ευκάμπτων κόμβων στην περίπτωση διάρρηξης οριζόντιας ολίσθησης. Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στο σχεδιασμό της πειραματικής διάταξης. Ειδικότερα, παρατίθενται τα σχέδια από τα τμήματα που αποτελούν τη διάταξη, δηλαδή τη δεξαμενή, τον αγωγό/δοκίμιο και το έμβολο που χρησιμοποιείται για την επιβολή μετακίνησης στον αγωγό/δοκίμιο. Παρουσιάζεται η προμελέτη της δεξαμενής μέσω αρχικών προκαταρκτικών δισδιάστατών αναλύσεων των επαναλαμβανόμενων πλαισίων στη διαμήκη διεύθυνση αλλά και των μεταλλικών ελασμάτων που χρησιμοποιούνται περιμετρικά αλλά και στον πυθμένα της δεξαμενής. Τέλος, παρουσιάζεται η τελική μελέτη της δεξαμενής με τη βοήθεια ενός ακριβούς τρισδιάστατου προσομοιώματος πεπερασμένων στοιχειών, δίνοντας έμφαση στις κατασκευαστικές λεπτομέρειες όπου κρίνεται απαραίτητο στο στάδιο του σχεδιασμού. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η προσομοίωση του αγωγού/δοκιμίου του πειράματος που υπόκειται σε μετακίνηση ίση με το διπλάσιο της διαμέτρου του αγωγού. Στην πειραματική διάταξη προσομοιώνεται η μισή διάρρηξη του ρήγματος και το στατικό προσομοίωμα του δοκιμίου είναι πρόβολος, αναγνωρίζοντας ότι αμελείται η επιβαλλόμενη αξονική κατά τη διάρρηξη. Σκοπός, όμως, του πειράματος είναι η ανάδειξη της αποτελεσματικότητας των εύκαμπτων κόμβων στη μείωση των αναπτυσσόμενων παραμορφώσεων. Ακολούθως, η προσομοίωση της αλληλεπίδρασης αγωγού – περιβάλλοντος εδάφους γίνεται με μη-γραμμικά ελατήρια σε τρεις διευθύνσεις. Αρχικά, εκτιμάται η απόκριση του συνεχούς δοκιμίου (χωρίς εύκαμπτους κόμβους), ενώ στη συνέχεια διερευνώνται οι βέλτιστες θέσεις για την τοποθέτηση ενός, δύο και τριών ευκάμπτων κόμβων με γνώμονα την αποδοτικότερη απομείωση των αναπτυσσόμενων καμπτικών ροπών και παραμορφώσεων του αγωγού. Τέλος, μελετάται μέσω παραμετρικών αναλύσεων η επίδραση της γωνίας τριβής του εδάφους στα αναπτυσσόμενα εντατικά μεγέθη του αγωγού/δοκιμίου, αναγνωρίζοντας την αβεβαιότητα που συνδέεται με τον προσδιορισμό των εδαφικών χαρακτηριστικών. Στο πέμπτο κεφάλαιο μελετάται η συμπεριφορά αγωγού που διέρχεται από ρήγμα οριζόντιας ολίσθησης μετακίνησης διάρρηξης ίση με το διπλάσιο της διαμέτρου μέσω αριθμητικών αναλύσεων. Μελετάται τυπικός αγωγός μεγάλης διαμέτρους και υψηλής πίεσης από χάλυβα API5L‐X65. Μέσω των αναλύσεων γίνεται αποτίμηση του κινδύνου εμφάνισης τοπικού λυγισμού και αστοχίας από εφελκυστική θραύση των συγκολλήσεων με τη χρήση κανονιστικών ορίων και διερευνάται η απόκριση του αγωγού για γωνία διασταύρωσης ρήγματος – αγωγού από β=15° έως β=180° λαμβάνοντας υπόψη τόσο τη γεωμετρική μη-γραμμικότητα, όσο και τη μη-γραμμικότητα του χάλυβα και του εδάφους. Στη συνέχεια με βάση τα αποτελέσματα του συνεχούς αγωγού ερευνάται η απομείωση των αναπτυσσομένων εντατικών μεγεθών μέσω της τοποθέτησης δύο και τεσσάρων εύκαμπτων κόμβων για κάθε περίπτωση, ενώ παράλληλα ελέγχεται η αποτελεσματικότητα και η καταλληλότητα της μεθόδου για κάθε περίπτωση γωνίας ρήγματος - αγωγού. Τέλος, στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα γενικά συμπεράσματα της εργασίας. Η διπλωματική αυτή διεξάγεται στα πλαίσια του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» (ΕΣΠΑ 2007-2013) –Δράση: «Αριστεία ΙΙ». Η παρούσα έρευνα συγχρηματοδοτήθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και την Ελλάδα μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» (ΕΣΠΑ 2007-2013)