Μία πρόταση για τη σύνδεση γεφυρών με γειτνιάζουσες σήραγγες A proposition for the connection of bridges with neighbourhooding

Transcript

1 1 Μία πρόταση για τη σύνδση γφυρών μ γιτνιάζουσς σήραγγς A proposition for the connection of bridges with neighbourhooding tunnels Στέργιος Α. ΜΗΤΟΥΛΗΣ 1, Ιωάννης Α. ΤΕΓΟΣ 2 Λέξις κλιδιά: γέφυρα, σήραγγα, ημι-σύνδση, αλληλπίδραση, μτακινήσις, αντισισμικότητα, λιτουργικότητα ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Ένας μγάλος αριθμός γφυρών συνδυάζονται μ σήραγγς απολήγουσς πλησίον των άκρων των γφυρών. Η συνύπαρξη αυτή πιδέχται αξιοποίηση προς όφλος κυρίως της αντισισμικής θωράκισης των υπόψη γφυρών, καθόσον δίνι τη δυνατότητα παγιώσως των άκρων τους από τις σήραγγς. Ββαίως, η «ακινητοποίηση» αυτή συνπάγται την ίσοδο λιτουργικών προβλημάτων, για τους μγάλου μήκους μονολιθικούς φορίς των γφυρών, τα οποία ίναι δυνατόν μ τη χρησιμοποίηση καταλλήλων μταβατικών φορέων σύνδσης γέφυρας-σήραγγας και την πρόβλψη αρμών λιτουργικού ύρους να διυθτηθούν. Στην παρούσα ργασία μλτάται παραμτρικώς η δυνατότητα αντιμτώπισης των λιτουργικών προβλημάτων που ανακύπτουν από την προτινόμνη σύνδση μίας γέφυρας κατασκυασμένης μ τη μέθοδο της προβολοδομήσως μ τις κατέρωθν γιτνιάζουσς σήραγγς. Από την αναλυτική διρύνηση προέκυψ ότι ίναι δυνατό μ την προτινόμνη σύνδση να μιωθούν σημαντικά οι μτακινήσις του καταστρώματος της γέφυρας, η σισμική καταπόνηση και οι απαιτήσις πλαστιμότητας των μσοβάθρων. ABSTRACT : A large number of bridges are constructed between tunnels. This co-existence can be developed in order to reduce the seismic actions of bridges, as their end parts can be restrained by the tunnels. The aforementioned restrain requires the accommodation of the resulting serviceability problems, which are possible to be arranged by means of appropriate approach elements and expansion joints. In the present study an appropriately configured approach element is proposed with which a semi-connection of the bridge with the tunnels is achieved. This approach slab is designed in a manner to accommodate both serviceability and earthquake resistance of the bridge. The proposed semi-connection of the bridge with the neighbour-hooding tunnels was proven to be efficient as the 1 Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλιο Πανπιστήμιο Θσσαλονίκης, mitoulis@civil.auth.gr 2 Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλιο Πανπιστήμιο Θσσαλονίκης, itegos@civil.auth.gr

2 2 parametric investigation showed that the interaction of the bridge with the stiff tunnels can lead to reductions in the seismic actions of the bridge. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο σχδιασμός των γφυρών απαιτί τον συμβιβασμό μταξύ των λιτουργικών και των αντισισμικών απαιτήσων του συστήματος. Η λιτουργικότητα, η οποία ίναι κυρίως κρίσιμη για τη διαμήκη διύθυνση της γέφυρας, ξυπηρτίται κυρίως από ύκαμπτα συστήματα γφυρών, καθότι απαιτί την λύθρη συστολή και διαστολή του καταστρώματος, που προκαλίται από τους καταναγκασμούς του ρπυσμού, της συστολής ξήρανσης (Arockiasamy M., 2005) και τις θρμικές πιδράσις (Eurocode 1 Part 1-5, 2003; Eurocode 8 Part1, 2005). Ωστόσο, η πιλογή υκάμπτων συστημάτων γφυρών, μέσω της πιλογής νός συστήματος σισμικής μόνωσης ίτ μέσω της πιλογής υκάμπτων μσοβάθρων, αποδικνύται μη αποδοτική αντισισμικώς, καθότι τα ύκαμπτα συστήματα αποκρίνονται μ αυξημένς σισμικές μτακινήσις. Ο πριορισμός των μτακινήσων ίναι δυνατό να πιτυχθί μ τη χρήση δαπανηρών συνήθως λύσων μ υδραυλικούς αποσβστήρς ίτ και ιδικών διατάξων δυναμικής μπλοκής Shock Transmission Units (ΟΣΜ 2007). Η αντισισμικότητα από την άλλη ξυπηρτίται από γέφυρς αυξημένης μονολιθικότητας, στις οποίς ίναι δυνατή η αξιοποίηση της υστρητικής αποκρίσως των μσοβάθρων και κατ πέκταση η μίωση των σισμικών δράσων σχδιασμού μέσω του συντλστή συμπριφοράς q (ΟΑΜΓ-FB 2007; Eurocode 8 Part 2, 2005). Ο συμβιβασμός μταξύ των δύο αντιμαχομένων προβλημάτων σχδιασμού, της λιτουργικότητας και της αντισισμικότητας, συνήθως οδηγί σ συστήματα γφυρών τα οποία συνδυάζουν αφνός την υκαμψία νός συστήματος σισμικής μόνωσης και την αξιοποίηση ίτ νός αριθμού μσοβάθρων, τα οποία συνδέονται μονολιθικώς μ το κατάστρωμα, ίτ τη χρήση υδραυλικών αποσβστήρων. Ο πριγραφίσα φιλοσοφία σχδιασμού ίναι δυνατό να χαρακτηριστί ως συμβατική, καθότι καλύπτται πλήρως από τους σύγχρονους αντισισμικούς κανονισμούς. Υπάρχουν όμως πριπτώσις σχδιασμού οι οποίς πιδιώκουν να βλτιώσουν την αντισισμικότητα των γφυρών αξιοποιώντας μησυμβατικό σχδιασμό του φέροντος συστήματος. Μία τέτοια πρίπτωση μη συμβατικού σχδιασμού μ απώτρο στόχο την βλτίωση του συστήματος παραλαβής των σισμικών δράσων της γέφυρας έχι προταθί από τον Saiidi (Saiidi M.S. 2001). Ως παράδιγμα πίσης αναφέρται και η πρίπτωση των μονολιθικών γφυρών (Arockiasamy M., 2005) στις οποίς η σισμική μπλοκή του μονολιθικού ακροβάθρου, το οποίον συνήθως συμπριλαμβάνται στο σύστημα παραλαβής των σισμικών δράσων (Caltrans, 1999), ν συνδυασμώ μ την προκύπτουσα λόγω αλληλπίδρασης δυναμική αντίσταση του μταβατικού πιχώματος (Dicleli M., 2005) ίναι δυνατό να οδηγήσι σ σημαντική μίωση των σισμικών μτακινήσων της γέφυρας (Mikami T., 2008; Mylonakis et al., 1999; Tegos et al., 2005). Στην παρούσα ργασία διρυνάται η δυνατότητα αξιοποίησης των υρισκόμνων ν σιρά τχνικών έργων, δηλαδή της γέφυρας και των κατέρωθν αυτής

3 3 σηράγγων. Συγκκριμένα, μλτήθηκ το αντισισμικό όφλος, σ όρους μιώσως των μτακινήσων και των ντατικών μγθών των μσοβάθρων της γέφυρας, που προκύπτι όταν η γέφυρα συνδθί, μέσω κατάλληλης διατάξως, μ τις απολήξις των σηράγγων. Σημιώνται ότι η σύνδση μταξύ κατασκυών έχι μλτηθί και στο παρλθόν από τον Westermo (Westermo B.D., 1989). Ωστόσο, η μλέτη του αφορούσ κτιριακές κατασκυές και όχι έργα γφυροποιίας, στα οποία οι κατά μήκος μτακινήσις λόγω των λιτουργικών καταναγκασμών δημιουργί ιδιαίτρα προβλήματα σχδιασμού που δν απαντώνται στα οικοδομικά έργα. Η πρόταση συνδέσως μταξύ γέφυρας και σηράγγων ίναι δυνατό να υπαχθί στις μη-συμβατικές πριπτώσις σχδιασμού, καθότι το σύστημα παραλαβής των σισμικών δράσων σχδιασμού δν αποτλίται μόνο από τα συμβατικά δομικά μέλη, δηλαδή τα μσόβαθρα και τα φέδρανα, αλλά και από τις κατέρωθν σήραγγς, μ τις οποίς συνδέται μέσω ιδικής διατάξως η γέφυρα. Η αντισισμική αποδοτικότητα και η λιτουργικότητα της προτινόμνης συνδέσως διρυνήθηκ στην παρούσα ργασία αξιοποιώντας μία γέφυρα της Εγνατίας Οδού [Hindley G., 2004] η οποία κατασκυάστηκ μ τη μέθοδο της προβολοδόμησης. Η γέφυρα αυτή θωρήθηκ ως αφτηρία για τη διξαγόμνη έρυνα. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ ΑΦΕΤΗΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗΣ ΗΜΙ-ΣΥΝΔΕΣΗΣ Γέφυρα-αφτηρία Η γέφυρα-αφτηρία, Σχήμα 1, ίναι μία κοιλαδογέφυρα τριών ανοιγμάτων, συνολικού μήκους L=349,0m (94,0+160,0+94,5m), και υρίσκται στη Χ.Θ ,0-Χ.Θ ,90 του τμήματος «Μαλακάσι-Γρβνά» της Εγνατίας Οδού, (Τχνικό Τ5). Η γέφυρα ίναι κατασκυασμένη μ τη μέθοδο της προβολοδόμησης. Στις γέφυρς που ίναι κατασκυασμένς μ τη μέθοδο της προβολοδόμησης το κατάστρωμα ίναι συνήθως μονοκυψλικό, κιβωτιοιδές και μταβαλλόμνης διατομής από το στήριγμα προς την κλίδα του ανοίγματος. Τα μσόβαθρα πιλέγονται πίσης κιβωτιοιδούς διατομής σταθρής ή μταβαλλόμνης διατομής καθ ύψος. Στην ργασία των Martzuk και Συν. (2008) δίνονται αναλυτικά τόσο οι ναλλακτικές μέθοδοι όσο και τα στάδια κατασκυής τέτοιων γφυρών. Πολλές από τις γέφυρς που ίναι κατασκυασμένς μ τη μέθοδο της προβολοδόμησης γιτνιάζουν κατά το μήκος τους μ σήραγγς. Παράδιγμα αυτής της συνύπαρξης γέφυρας-σηράγγων ίναι η πρίπτωση της γέφυρας του Μτσοβίτικου (Σταθόπουλος και Συν., 2003) και της γέφυρας Γ12 του τμήματος Πολύμυλος-Λυκόπτρα της Εγνατίας Οδού, οι οποίς κίνται μταξύ δύο σηράγγων. Το κατάστρωμα της γέφυρας υπό μλέτη ίναι συνχές, κιβωτιοιδούς διατομής, Σχήμα 2 και 3, και μονολιθικώς συνδδμένο μ τα δύο μσόβαθρα της γέφυρας, νώ δράζται πί των ακροβάθρων δια ζύγους φδράνων ολισθήσως. Η διατομή του καταστρώματος μταβάλλται κατά μήκος της γέφυρας τόσο ως προς το ύψος της (από h d,supp. =9,0m στα στηρίγματα, Σχήμα 3, σ h d,span =3,50m,

4 4 Σχήμα 2, στο άνοιγμα του μσαίου φατνώματος) όσο και ως προς το πάχος των κορμών και των πλμάτων της. Το πλάτος του καταστρώματος ίναι w deck =13,60m Τα μσόβαθρα της γέφυρας, Σχήμα 4, ίναι κοίλα ορθογωνικά διαστάσων Β x. Β y =6.0x7.2m και το πάχος των τοιχωμάτων τους ίναι t p =0,80m. Η θμλίωση των μσοβάθρων γίνται πί φράτων διαμέτρου D w =10,0m και βάθους h w =18,0m. Τα ύψη των μσοβάθρων ίναι h 1 =58m και h 2 =55m αντίστοιχα για το πρώτο (Ρ 1 ) και το δύτρο μσόβαθρο (Ρ 2 ). Η πριοχή κατασκυής της γέφυρας ανήκι στη Ζώνη Σισμικής Επικινδυνότητας I κατά (ΕΑΚ, 2003) οπότ και σχδιάστηκ για σισμική πιτάχυνση δάφους ίση προς Α=0,16g. Ο συντλστής σπουδαιότητας που χρησιμοποιήθηκ ήταν ίσος προς γ I =1,30, νώ οι συντλστές συμπριφοράς ανά διύθυνση ήταν q x =q y =3,5 και q z =1,0. Σήραγγα m m Σήραγγα A1 58.0m 55.0m A2 18.0m 18.0m P1 Σχήμα 1. Κατά μήκος τομή της γέφυρας-αφτηρίας στο τμήμα Μαλακάσι-Γρβνά της Εγνατίας Οδού. P Σχήμα 2. Η διατομή του κιβωτιοιδούς καταστρώματος στην κλίδα του ανοίγματος. 7.50

5 Σχήμα 3. Η διατομή του κιβωτιοιδούς καταστρώματος στο στήριγμα Σχήμα 4. Η διατομή του κοίλου ορθογωνικού μσοβάθρου και του φρέατος πριμτρικού φρέατος θμλιώσώς του. Πριγραφή και βλτιστοποίηση της προτινόμνης ημι-σύνδσης γέφυραςσήραγγας Η προτινόμνη ημι-σύνδση γέφυρας-σήραγγας αποτλίται από δύο διακριτά μέρη: (α) την πλάκα συνχίας και (β) τη διάταξη τόρμου ντορμίας, Σχήμα 5. Η πλάκα συνχίας, συνδυάζι αφνός την ξυπηρέτηση νός μέρους των λιτουργικών αναγκών του καταστρώματος και αφτέρου τη δέσμυση της γέφυρας προς αντισισμικό της όφλος. Ο μταβατικός αυτός φορέας καταλλήλως νισχυμένος προς αποτροπή του λυγισμού αποτλί την πέκταση

6 6 της πλάκας καταστρώματος προς το μταβατικό πίχωμα. Η πλάκα συνχίας συνδέται μέσω καταλλήλως διαμορφούμνης διατάξως τόρμου-ντορμίας μ τη θμλίωση της σήραγγας. Το μήκος της πλάκας πιλέχθηκ ίσο μ την συνήθη απόσταση μταξύ του άκρου της σήραγγας και της γέφυρας, 25.0m. Το γκάρσιο πλάτος της πλάκας ίναι ίσο μ το πλάτος του καταστρώματος, 13,60m. Το πάχος της πλάκας πιλέχθηκ ίσο μ 0,40m και το ποσοστό του διαμήκους οπλισμού της πλάκας ίσο προς 2%. Η πιλογή του πάχους και του ποσοστού διαμήκους οπλισμού συνδέται μ κριτήρια λιτουργικότητας. Η πλάκα αναμένται κατά τη λιτουργία της γέφυρας να κτονώνι ένα μέρος του λιτουργικού καταναγκασμού της συστολής, μέσω της λιτουργικώς πιτρπόμνης ρηγματώσώς της. Κατ πέκταση, κατά τη διαστολή του καταστρώματος η ρηγματωμένη διατομή της πλάκας συνχίας ανθίσταται μόνο μέσω των, υπό λκυσμό, οπλισμών της. Αναφορικά μ την αποτροπή του λυγισμού της πλάκας συνχίας, ίναι δυνατό να ληφθούν μέτρα προς αποτροπή νός τέτοιου φαινομένου. Ένας υπολογισμός αξιοποιώντας την ξίσωση Euler έδιξ ότι μία αύξηση του πάχους της πλάκας κατά 10cm (από 40cm σ 50cm) ίναι δυνατό σχδόν να διπλασιάσι το κρίσιμο φορτίο λυγισμού της πλάκας (από 30000ΚΝ σ 59000ΚΝ). Σημιώνται ότι, ο λυγισμός της πλάκας υπό την πιρροή σισμικών φορτίων δν οδηγί σ μόνιμη (μη-αναστρέψιμη) παραμόρφωσή της καθότι η σισμική μτακίνηση του καταστρώματος προκαλί διαδοχικώς την σύνθλιψη, δηλαδή τον πιθανό λυγισμό, της πλάκας και στη συνέχια τον φλκυσμό της, φόρτιση κατά την οποία ένα μέρος της παραμόρφωσης κ της θλίψως αναιρίται. Η διάταξη τόρμου-ντορμίας διαμορφώνται αφνός μ την αύξηση του πάχους της πλάκας σύνδσης σ κατάλληλο μήκος της και αφτέρου μ την κατάλληλη διαμόρφωση της πέκτασης της ακλόνητης θμλιώσως της σήραγγας προς το μταβατικό πίχωμα. Το μήκος της ντορμίας, κατά τη διαμήκη διύθυνση της γέφυρας, καθορίζται μ βάση την απαίτηση ασφαλούς μταφοράς νός μέρους των σισμικών δυνάμων στην ακλόνητη θμλίωση της σήραγγας, Σχήμα 5. Η διάταξη φοδιάζται πιπλέον μ ισχυρό γκάρσιο οπλισμό ο οποίος αυξάνι τη διατμητική αντοχή της διπιφάνιας πλάκας-τόρμου. Σημιώνται ότι, απαιτίται η σκυροδέτηση ολόκληρου του σώματος του τόρμου καθώς αυτό το στοιχίο παραλαμβάνι μέσω διατμήσως μγάλς δυνάμις κυρίως κατά τη διάρκια της σισμικής διέγρσης. Διαμήκως του τόρμου-ντορμίας έχουν αφθί δύο αρμοί, Σχήμα 5, (Δ 1 και Δ 2 ), οι οποίοι ξυπηρτούν τις λιτουργικές μόνο ανάγκς του καταστρώματος, καθώς η σισμική μτακίνηση του καταστρώματος δν λαμβάνται υπόψη, όπως κανονιστικώς προβλέπται (ΟΑΜΓ-FB, 2007). Η προαναφρθίσα μίωση του ύρους των αρμών συνδέται μ την πιδίωξη της βλτίωσης της αντισισμικότητας της γέφυρας, καθώς το μικρότρο ύρος αρμών συντλί στην ισχυροποίηση της πιθυμητής παρμπόδισης της σισμικής ταλάντωσης, (Tegos et al., 2005) και κατ πέκταση μιώνι το αντισισμικό κόστος της κατασκυής (Nutt et al., 2000). Υπνθυμίζται ότι, η παραπάνω πιλογή μιώσως του ύρους του αρμού ίναι μία διαδδομένη πιλογή σχδιασμού καθώς ο καθορισμός του

7 7 ύρους των αντισισμικών αρμών σχτίζται μ τχνοοικονομικά κριτήρια, (Gloyd 1996). Σημιωτέον ότι, η προαναφρθίσα πιλογή για το ύρος του αρμού απαιτί οι μτακινήσις καταναγκασμών να παραλαμβάνονται μ ασφάλια από τον μταβατικό φορέα (Purvis 1998), του οποίου η λιτουργικώς λγχόμνη ρηγμάτωση (Τέγος, 2000) πιτρέπι την πραιτέρω μίωση του ύρους του αρμού. Το κατάστρωμα της γέφυρας, μ βάση την πριγραφίσα πιλογή των αρμών, δν πιπονίται σ καμία πρίπτωση σ θλίψη, καθώς ο αρμός ξασφαλίζι ότι ακόμη και στα πρώτα χρόνια της λιτουργίας της γέφυρας, οπότ και δν έχουν κδηλωθί πλήρως τα φαινόμνα του ρπυσμού και της συστολής ξήρανσης, που συντλούν στη μόνιμη βράχυνση του καταστρώματος, ο αρμός Δ1 κλίνι μόνο κατά τη μέγιστη κανονιστικώς προβλπόμνη θρμοκρασία σχδιασμού (Eurocode 1 Part 1-5, 2003). Κατά την κατάσταση μγίστου συστολής του καταστρώματος, η οποία προκύπτι από τη μέγιστη θρμοκρασιακή συστολή και τη μόνιμη βράχυνση του καταστρώματος ξαιτίας των φαινομένων του ρπυσμού και της συστολής ξήρανσης, ο αρμός Δ 2 κλίνι και ο μταβατικός φορέας -πέκταση της πλάκας καταστρώματος- βρίσκται σ κατάσταση μγίστου φλκυσμού. Στην πρίπτωση αυτή η διατομή του μταβατικού φορέα λιτουργί μ δυστένια λίγο μγαλύτρη από τη λιτουργική δυστένια των οπλισμών της διατομής, και κατ πέκταση η προαναφρθίσα κατάσταση φλκυσμού του άνω πέλματος της διατομής του καταστρώματος ίναι δυνατό να ίναι λγχόμνη, όπως λγχόμνη μπορί να ίναι και η κ του καταναγκασμού μταβολή των μγθών ορθής ντάσως του φορέα. Σημιώνται ότι, ο μταβατικός φορέας έχι οπλιστί καταλλήλως ώστ να ρηγματώνται μ λγχόμνο τρόπο λιτουργικώς. Η πιλογή αυτή σχτίζται μ την πιδίωξη λαχιστοποίησης των αρμών Δ 1 και Δ 2 και κατ πέκταση μ την ισχυρή αντισισμική μπλοκή της σύνδσης κατά το σισμό, μπλοκή η οποία μιώνι πραιτέρω τις σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΩΝ ΑΝΑΛΥΘΕΝΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΦΥΡΩΝ Προσομοίωση της γέφυρας-αφτηρίας Στο Σχήμα 6 δίνται το ραβδωτό προσομοίωμα της γέφυρας-αφτηρίας. Το κατάστρωμα της γέφυρας προσομοιώθηκ μ 83 στοιχία δοκού προκιμένου να ληφθί υπόψη η μταβολή της γωμτρίας της διατομής του καταστρώματος από τις στηρίξις, Σχήμα 3, προς τα ανοίγματα, Σχήμα 2. Κάθ ένα από τα στοιχία δοκού ίχ μταβλητή διατομή κατά τη διαμήκη διύθυνση, καθώς τα άκρα του αντιστοιχούσαν σ διαφορτικές διατομές του καταστρώματος της γέφυρας. Η έδραση του καταστρώματος πί των ακροβάθρων έγιν δια στηρίξων ολισθήσως, καθώς στην πραγματική γέφυρα στις θέσις των ακροβάθρων η στήριξη του καταστρώματος έγιν πί ζύγους φδράνων ολισθήσως των οποίων η αξονική απόσταση τοποθτήσως ήταν 9,20m. Τα μσόβαθρα προσομοιώθηκαν πίσης μ 16 ππρασμένα στοιχία δοκού των οποίων τα

8 8 αδρανιακά χαρακτηριστικά αντιστοιχούσαν στην διατομή του μσοβάθρου, Σχήμα 4. Η προσομοίωση της θμλιώσως της γέφυρας έγιν μ 18 ππρασμένα στοιχία δοκού -ένα στοιχίο δοκού ανά 1m ύψους της θμλιώσως- που αντιστοιχούσαν στη διατομή του φρέατος της θμλίωσης. Η αντίσταση του δάφους, κατά τις δύο οριζόντις και κατά την κατακόρυφη διύθυνση του φρέατος, λήφθη υπόψη μ τη χρήση γραμμικών λατηρίων των οποίων οι λατηριακές σταθρές λήφθησαν από τη γωτχνική μλέτη της κατασκυασθίσας γέφυρας. Αξίζι να σημιωθί ότι αξιοποιήθηκαν στοιχία ακάμπτων βραχιόνων καταλλήλου μήκους προκιμένου να προσομοιωθούν οι άκαμπτς ζώνς μταξύ του καταστρώματος και των μσοβάθρων και των τλυταίων μ το φρέαρ θμλιώσώς τους. Η κατακόρυφη αντίσταση των φδράνων ολισθήσως λήφθη υπόψη μ κατακόρυφα λατήρια των οποίων η δυσκαμψία λήφθη βάσι της μλέτης φαρμογής. Τα φέδρανα αυτά βρίσκονται σ απόσταση 4,60m από τον διαμήκη άξονα της γέφυρας, απόσταση η οποία λήφθη υπόψη μ τη χρήση ακάμπτων ζωνών, Σχήμα 6. Προσομοίωση της γέφυρας-αφτηρίας Στο Σχήμα 7(α) δίνται το προσομοίωμα της μη συμβατικής γέφυρα, η οποία έχι ξοπλιστί μ το προτινόμνο σύστημα της πλάκας συνχίας και τους ημισύνδση της γέφυρας μ τις κατέρωθν σήραγγς μ τη διάταξη τόρμου ντορμίας. Για τη μόρφωση του προσομοιώματος της γέφυρας αξιοποιήθηκ το προσομοίωμα της γέφυρας-αφτηρίας καθώς το κατάστρωμα, τα βάθρα, η θμλίωση και η έδραση του καταστρώματος πί των ακροβάθρων διατηρήθηκαν στην μη συμβατική γέφυρα ως ίχαν και στην γέφυρα αφτηρία. Η παραμτρική διρύνηση που διξήχθη στο πλαίσιο της παρούσας έρυνας έλαβ υπόψη της τις λιτουργικές απαιτήσις της τροποποιημένης γέφυρας. Οι παράμτροι της αναλυτικής έρυνας ήταν η κατηγορία του δάφους και η σισμικότητα. Συγκκριμένα, οι γέφυρς -αρχική γέφυρα αφτηρία και μησυμβατική- διγέρθηκαν μ τχνητά πιταχυνσιογραφήματα τα οποία ήταν ανηγμένα στα αντίστοιχα λαστικά φάσματα του Ευρωκώδικα 8 Μέρος 1 (Eurocode 8 Part 1, 2005) για τρις διαφορτικές κατηγορίς δαφών, Α,Β και C και για δύο διαφορτικές σισμικές πιταχύνσις σχδιασμού, 0,16g και 0,24g. Σ όλς τις αναλύσις χρησιμοποιήθηκ το πρόγραμμα SAP 2000 ver (Computers and structures, 2007), οι αναλύσις έγιναν μ τη μέθοδο της ολοκλήρωσης στο χρόνο της διαφορικής ξισώσως δυναμικής ισορροπίας του συστήματος. Σημιώνται ότι, η ορθότητα της προσομοιώσως έγιν μ παλήθυση των πρώτων ιδιομορφών, των ιδιομορφικών μαζών και των ροπών που αναπτύσσονται στην κφαλή και στον πόδα των μσοβάθρων της γέφυραςαφτηρίας μ τα αντίστοιχα μγέθη της μλέτης φαρμογής.

9 9 κατάστρωμα διπιφάνια μταφοράς τέμνουσας αρμός ολίσθησης πλάκα σύνδσης tslab=40cm L... stop. κατάστρωμα διαμήκις οπλισμοί συνδτήρς βλήτρα Δ2 ντορμία τόρμος Δ1 σήραγγα λιτουργικός αρμός πλάκα ολισθήσως θωράκιο μταβατικό πίχωμα θμλίωση σήραγγας τόρμος bx by = 1000cm 250cm ντορμία Bx By = 1010cm 250cm Σχήμα 5. Η προτινόμνη πέκταση της πλάκας καταστρώματος της γέφυρας και η παγίωσή της από την θμλίωση της σήραγγας μέσω διατάξως τόρμου-ντορμίας. κατάστρωμα 83 στοιχία δοκού Z πλαστική άρθρωση X φρέαρ 18 στοιχία δοκού μσόβαθρο Ρ1 16 στοιχία δοκού άκαμπτη ζώνη λατήρια δάφους 6 Kh= KN/m Σχήμα 6. Το προσομοίωμα της γέφυρας-αφτηρίας. πλαστική άρθρωση μσόβαθρο Ρ2 16 στοιχία δοκού 4.60m 4.60m Z Y X κατάστρωμα Kv= KN/m κατακόρυφη αντίσταση φδράνου ολισθήσως ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στην παρούσα ργασία διρυνάται η αποδοτικότητα της προτινόμνης ημισύνδσης της γέφυρας μ τις κατέρωθν σήραγγς, Σχήμα 5, στη μίωση των σισμικών δράσων σχδιασμού μίας γέφυρας κατασκυασμένης μ τη μέθοδο της προβολοδόμησης. Η αποδοτικότητα της μθοδολογίας προσδιορίστηκ υπολογίζοντας κυρίως την ποσοστιαία μίωση των σισμικών μτακινήσων του καταστρώματος της τροποποιημένης γέφυρας Σχήμα 7(α) συγκριτικώς προς τις μτακινήσις της γέφυρας αφτηρίας Σχήμα 6. Η σύγκριση των μτακινήσων

10 10 έγιν τόσο για τον διαμήκη όσο και για τον γκάρσιο σισμό σχδιασμού. Το ποσοστό της μιώσως (P.R.%) δίνται στην Εξίσωση 1. πολυ-γραμμικό στοιχίο παφής πλάκα συνχίας κατάστρωμα 83 στοιχία δοκού Z πλαστική άρθρωση X μσόβαθρο Ρ1 16 στοιχία δοκού άκαμπτη ζώνη πλαστική άρθρωση μσόβαθρο Ρ2 16 στοιχία δοκού φρέαρ 18 στοιχία δοκού λατήρια δάφους Kh= KN/m (α) πολυ-γραμμικό στοιχίο z 6.80m y x 6.80m πλάκα συνχίας άκαμπτς ζώνς (β) Αντίσταση τόρμου Ρ Δ1=3.9cm 5 K= KN/m μτακίνηση ux Δ2=2.9cm (γ) Σχήμα 7. Τα προσομοιώματα: (α) της μη συμβατικής γέφυρας, (β) τα τρία πολύ-γραμμικά στοιχία που χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση του συστήματος τόρμου-ντορμίας και (γ) το προσομοίωμα του πολύ-γραμμικού στοιχίου. u E, μη συμβ. P. R. = u,. E συμβ (1) Στην Εξίσωση 1, όπου P.R. ίναι η ποσοστιαία μίωση των μτακινήσων του καταστρώματος, u E,μη-συμβ. ίναι η μτακίνηση του καταστρώματος της μη συμβατικής, μη συμβατικής γέφυρας και u E,συμβ. ίναι η μτακίνηση του καταστρώματος της γέφυρας-αφτηρίας, η οποία ίναι συμβατική ως προς την διαμόρφωσή της. Όταν P.R.>0 η μτακίνηση της τροποποιημένης γέφυρας ίναι μικρότρη από την αντίστοιχη μτακίνηση της γέφυρας-αφτηρίας και κατ πέκταση οι σισμικές δράσις των μσοβάθρων της τροποποιημένης γέφυρας μιώνονται. Στο Σχήμα 8 δίνται ο συντλστής P.R. για την πρίπτωση της σισμικότητας Ι δηλαδή για σισμική πιτάχυνση σχδιασμού a g =0,16g. Διαπιστώνται ότι η

11 11 προτινόμνη ημι- σύνδση γέφυρας-σήραγγας ίναι δυνατό να μιώσι τις σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος σ ποσοστά από 53% έως και 73% κατά τον διαμήκη σισμό σχδιασμού, Σχήμα 8(α). Κατ πέκταση, μιώνονται και οι σισμικές δράσις σχδιασμού των μσοβάθρων, καθώς αυτά ίναι μονολιθικώς συνδδμένα μ το κατάστρωμα. Επιπλέον, λαφρύνονται τα φέδρανα, πί των οποίων στηρίζται το κατάστρωμα πάνω από τα ακρόβαθρα, καθώς και οι αρμοί των άκρων καθώς η πιλογή των στοιχίων αυτών σχτίζται μ τις σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος. Η προαναφρθίσα μίωση των σισμικών μτακινήσων και δράσων ξυπηρτί και την οικονομικότητα καθώς τόσο το αρχικό κόστος κατασκυής όσο και το τλικό κόστος, το οποίον πριλαμβάνι και το κόστος συντήρησης ίναι μιωμένο, δδομένου του μικρού κόστους γκατάστασης του προτινομένου συστήματος. ν ν100% τω ω 80% ο λ ή σ ή ιν β κ 60% τα τα μ μ ν x ω 40% % κ. ή Ṛ μ 20% P δ ια 0% a g =0,16g Έδαφος: A B C Κόμβος του καταστρώματος: A1 P1 P2 A2 ν 5% ν ω τω σ ή 4% ο λ ή ιν κ β 3% τα τα μ μ ν 2% % ίω. Ṛ ρ σ α 1% P γ κ 0% a g =0,16g Έδαφος: A B C Κόμβος του καταστρώματος: A1 P1 P2 A2 (α) (β) Σχήμα 8. Η ποσοστιαία μίωση των (P.R.) (α) των διαμήκων και (β) των γκαρσίων σισμικών μτακινήσων σχδιασμού της μη συμβατικής γέφυρας για διαφορτικές κατηγορίς δάφους (a g =0,16g). Από το Σχήμα 8(α) προκύπτι το συμπέρασμα ότι το προτινόμνο σύστημα ίναι αποδοτικότρο σ γέφυρς που ίναι θμλιωμένς σ μαλακά δάφη. Συγκκριμένα, φαίνται ότι η μίωση των σισμικών μτακινήσων της γέφυρας, χάρη στην μπλοκή του μταβατικού φορέα και κατ πέκταση του καταστρώματος της γέφυρας από τη σήραγγα, ίναι έως και 20% μγαλύτρη σ γέφυρς που ίναι θμλιωμένς σ δάφη κατηγορίας C συγκριτικώς προς τις αντίστοιχς μιώσις των μτακινήσων σ γέφυρς θμλιωμένς σ δάφη

12 12 κατηγορίας Α. Η αυξημένη αποδοτικότητα του συστήματος στα μαλακότρα δάφη αποδίδται στις μγαλύτρς μτακινήσις μ τις οποίς αποκρίνται η γέφυρα και κατ πέκταση στην αυξημένη αντισισμική συμμτοχή της προτινομένης ημι-σύνδσης. Στο Σχήμα 8(β) αναπαριστώνται οι ποσοστιαίς μιώσις (συντλστής P.R.) των γκαρσίων μτακινήσων του καταστρώματος της μη συμβατικής γέφυρας, συγκριτικώς προς τις μτακινήσις της συμβατικής γέφυρας. Οι σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος φαίνται ότι δν πηράζονται σημαντικά από το προτινόμνο σύστημα ανασχέσως. Αναλυτικώς διρυνήθηκ η μικρή αποδοτικότητα της ημι-συνδέσως κατά την γκάρσια διύθυνση της γέφυρας και βρέθηκ ότι οι παραμορφώσις του καταστρώματος, που αναπτύσσονται κατά τον γκάρσιο σισμό σχδιασμού δν ίναι δυνατό να νργοποιήσουν αντισισμικώς την προτινόμνη ημι-σύνδση, καθότι οι αρμοί Δ 1 και Δ 2 παραμένουν ανοιχτοί. Κατ πέκταση, η μικρή ανάσχση των γκαρσίων μτακινήσων οφίλται στην νργοποίηση της ντορμίας ως γκαρσίου stopper. Σημιωτέον ότι, στο Σχήμα 8(β) δν δίνονται τιμές για τις μτακινήσις πάνω από τα ακρόβαθρα καθότι οι μτακινήσις του καταστρώματος στις θέσις αυτές δσμύονται από γκαρσίως διατταγμένα stoppers τόσο στη γέφυρα-αφτηρία όσο και στην τροποποιημένη γέφυρα. Ανάλογα ίναι τα αποτλέσματα για την πρίπτωση της αυξημένης σισμικότητας, a g =0,24g. Στην πρίπτωση αυτή, όπως φαίνται και από το Σχήμα 9(α) οι διαμήκις μτακινήσις του καταστρώματος της τροποποιημένης γέφυρας ίναι δυνατό να μιωθούν σ ποσοστά έως και P.R.=77%. Η αποδοτικότητα της προτινόμνης διατάξως μιώνται στην πρίπτωση που η γέφυρα ίναι θμλιωμένη σ έδαφος κατηγορίας Α, καθώς ο συντλστής P.R. σ αυτή την πρίπτωση λαμβάνι τιμές έως 72%. Τα συμπράσματα που αναφέρονται στις σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος κατά τον γκάρσιο σισμό σχδιασμού, Σχήμα 9(β), ίναι παρόμοια μ αυτά που ισχύουν και στη μικρότρη σισμικότητα. Γνικώς, η αποδοτικότητα της προτινόμνης ημι-συνδέσως φαίνται να μιώνται στην γκάρσια διύθυνση της γέφυρας.

13 13 Η σύγκριση των Σχημάτων 8 και 9 οδηγί στο συμπέρασμα ότι η προτινόμνη διάταξη, η οποία έχι ως στόχο τη μίωση των σισμικών μτακινήσων της γέφυρας, ίναι αποδοτικότρη στην υψηλότρης σισμικότητας. ν τω ο λ ή β τα μ x %. Ṛ P ν100% ω σ ή 80% ιν κ 60% τα μ ν 40% ω κ ή μ 20% δ ια 0% a g =0,24g Έδαφος: A B C Κόμβος του καταστρώματος: A1 P1 P2 A2 ν5% ν ω τω σ ή4% ο λ ή ιν κ β 3% τα τα μ μ ν2% % ίω. Ṛ ρ σ α 1% P γ κ 0% a g =0,24g Έδαφος: A B C Joint of the deck over: A1 P1 P2 A2 (α) (β) Σχήμα 9. Η ποσοστιαία μίωση των (P.R.) (α) των διαμήκων και (β) των γκαρσίων σισμικών μτακινήσων σχδιασμού της μη συμβατικής γέφυρας για διαφορτικές κατηγορίς δάφους (a g =0,24g). ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα διρύνηση προτίνται μία διάταξη παρμπόδισης της λύθρης ταλάντωσης των γφυρών, οι οποίς τυγχάνι να κίνται ανάμσα σ σήραγγς. Η προαναφρθίσα διάταξη αποτλίται από την πέκταση της πλάκας καταστρώματος της γέφυρας και τη σύνδσή της μ τις κατέρωθν σήραγγς μέσω μίας ισχυρής διατάξως τόρμου-ντορμίας, γκατστημένης στην καταλλήλως διαμορφούμνη θμλίωση της σήραγγας. Η διάταξη ίναι δυνατό, μ τη βοήθια της λιτουργικώς ρηγματούμνης πλάκας συνχίας και την πρόβλψη αρμών καταλλήλου ύρους, αφνός να ικανοποιήσι τις λιτουργικές ανάγκς του μγάλου μήκους φορέα, αφτέρου να πριορίσι τις σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος της γέφυρας και κατ πέκταση να μιώσι τις σισμικές δράσις που καταπονούν τα βάθρα και τα θμέλιά τους. Η παραμτρική διρύνηση της αποδοτικότητας της προτινόμνης συνδέσως μταξύ της γέφυρας και της σήραγγας σύγκριν τις χρονοΐστορίς αποκρίσως της συμβατικής και της τροποποιημένης γέφυρας και κατέληξ στα κάτωθι συμπράσματα: Η προτινόμνη διάταξη τόρμου-ντορμίας, μ την οποία πιτυγχάνται ση γέφυρας-σήραγγας, ίναι δυνατό να φαρμοστί σ όλα τα ίδη των

14 14 γφυρών Ο/Σ. Η προτινόμνη σύνδση διυθτί τα αναφυόμνα λιτουργικά προβλήματα μ την πρόβλψη αρμών στη διάταξη τόρμουντορμίας και την αξιοποίηση της λιτουργικώς λγχόμνης ρηγμάτωσης της πλάκας συνχίας. Η όπλιση της προαναφρθίσας πλάκας ξασφαλίζι τον λγχόμνο φλκυσμό της διατομής του καταστρώματος στην κατάσταση λιτουργίας. Η προτινόμνη διάταξη συνδέσως γέφυρας-σήραγγας ίναι δυνατό να μιώσι τις διαμήκις σισμικές μτακινήσις της γέφυρας σ ποσοστά από 53% έως 73% πιτυγχάνοντας πίσης αποφόρτιση των βάθρων και των θμλίων τους. Αξίζι να σημιωθί ότι ανάλογη ίναι και η αποφόρτιση των φδράνων και των αρμών, καθότι ο σχδιασμός των στοιχίων αυτών λαμβάνι υπόψη τις σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος. Η προτινόμνη διάταξη ημι-συνδέσως γέφυρας-σήραγγας ίναι, ν γένι, αποδοτικότρη στα συστήματα γφυρών που αποκρίνονται μ μγαλύτρς μτακινήσις. Κατ πέκταση γέφυρς που ίναι θμλιωμένς σ μαλακά δάφη και γέφυρς που ίναι κατασκυασμένς σ πριοχές υψηλής σισμικότητας αξιοποιούν αποδοτικότρα την προτινόμνη ημι-σύνδση. Η αυξημένη αποδοτικότητα της διατάξως στις γέφυρς που αποκρίνονται μ μγαλύτρς μτακινήσις οφίλται στην αυξημένη αντισισμική συμμτοχή του προτινόμνου συστήματος συνδέσως. Εγκαρσίως σισμικές μτακινήσις του καταστρώματος φαίνται ότι δν πηράζονται σημαντικά από την προτινόμνη ημι-σύνδση γέφυραςσήραγγας. Αναλυτικώς διαπιστώθηκ ότι οι παραμορφώσις που αναπτύσσονται κατά τον γκάρσιο σισμό σχδιασμού στο κατάστρωμα δν ίναι δυνατό να νργοποιήσουν αντισισμικώς την προτινόμνη ημισύνδση, καθότι οι αρμοί μταξύ τόρμου και ντορμίας παραμένουν ανοιχτοί. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Arockiasamy M. and Sivakumar M., Design Implications of Creep and Shrinkage in Integral Abutment Bridges, ACI Special Publication, Vol. 227, (2005), pp Caltrans, Seismic Design Criteria 1.1, California Department of Transportation, Sacramento (1999). Computers and Structures Inc. SAP 2000 Nonlinear Version 9.0.3, User s Reference Manual, Berkeley, California (2004). Dicleli M., Integral Abutment-Backfill Behavior on Sand Soil-Pushover Analysis Approach J. Bridge Engrg., Volume 10, (2005) Issue 3, pp EN :2003, Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-5: General actions -Thermal actions (2003). EN :2005, Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings (2005). EN :2005, Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance, Part 2: Bridges (2005).

15 15 Gloyd S.C., Seismic Movement at Bridge Abutments, ACI International- Special Publication, SP , Vol. 164, (1996) pp Marzouk M., Said H. and El-Said M., Special-Purpose Simulation Model for Balanced Cantilever Bridges, ASCE Journal of Bridge Engineering, Vol. 13, (2008) No. 2. Mikami T., Unjoh S. and Kondoh M., The effect of abutments as displacement limiting measure on seismic performance of bridges, Accessed: 21 Nov 2008 (2008). Mylonakis, G, Simeonov, V.K., Reinhorn, A.M., and Buckle, I.G., Implications of Spatial Variation of Ground Motion on the Seismic Response of Bridges: Case Study, ACI International-Special Publication (1999) SP-187, pp Nutt R.V. and Mayes R.L., Comparison of Typical Bridge Columns Seismically Designed With and Without Abutment Participation Using AASHTO Division I-A and Proposed AASHTO LRFD Provisions, Task F3-1(a), (2000). Purvis P.E.R., NCHRP 319, Bridge deck joint performance, A Synthesis of Highway Practice, Project 20-5, (Topic 30-08), (1998). Saiidi S.M., Moore R.T. and Itani A. Seismic Performance of Reinforced Concrete Bridges with Unconventional Configurations, ACI Structural Journal, Vol. 98, (2001) Issue 5, pp Tegos I., Sextos A., Mitoulis S. and Tsitotas M., Contribution to the improvement of the seismic performance of integral bridges, in Proceedings of the 4 th European Workshop on the Seismic Behaviour of Irregular and Complex Structures, Thessaloniki, Greece (2005). Westermo B.D., The dynamics of interstructural connection to prevent pounding, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Vol. 18, (1989) Issue 5, Pages: ΕΑΚ, Ελληνικός Αντισισμικός Κανονισμός, (2003), ΣΠΜΕ, ΟΑΣΠ. Σταθόπουλος Σ., Seifried G., Κοτσανόπουλος Π., Haug H., Σταθόπουλος Ε., Σπυρόπουλος Ι., Σταθόπουλος Κ., Γέφυρα Μτσόβου, 15 ο Συνέδριο Σκυροδέματος, Αλξανδρούπολη (2003). Τέγος Ι., Μία πρόταση για τη βλτίωση της αντισισμικότητας των μρικώς προκατασκυασμένων γφυρών σκυροδέματος πολλών ανοιγμάτων, Συντονισμένο Πρόγραμμα , 14 ΟΑΣΠ, Τομέας Επιστήμης & Τχνολογίας Κατασκυών, ΑΠΘ, (2000). Υπουργίο Πριβάλλοντος Χωροταξίας και Δημόσιων Έργων, Γνική Διύθυνση Δημόσιων Έργων, Διύθυνση Μλτών Έργων Οδοποιίας, Οδηγίς για την Αντισισμική Μλέτη Γφυρών σ συνδυασμό μ DIN-FB 102, 103, 104, (ΟΑΜΓ-FB), (2007). Υπουργίο Πριβάλλοντος Χωροταξίας και Δημόσιων Έργων, Γνική Διύθυνση Δημόσιων Έργων, Διύθυνση Μλτών Έργων Οδοποιίας, Οδηγίς για την Μλέτη Γφυρών μ Σισμική Μόνωση (ΟΣΜ), (2004).