Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ - ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ» Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία «Η εεπιιρροή του ύψουςς τωνν µεεσοβάθρωνν στονν Ανντιισεειισµιικό Σχεεδιιασµό τωνν προκατασκεευασµέέννωνν γεεφυρώνν καιι απόπεειιρα εεµπλοκήςς τωνν πεεζζοδροµίίωνν ωςς διιαµήκωνν ssttoppeerrss..» Παραλλαγή αντισεισµικής µελέτης προκατασκευασµένης γέφυρας, συνολικού µήκους 140,00m του οδικού άξονα της Εγνατίας Οδού στην παράκαµψη της Ασπροβάλτας, βασιζόµενη στην αρθρωτή σύνδεση δύο διαδοχικών µεσοβάθρων µε το φορέα. ΝΤΟΓΚΟΥΛΗ ΕΛΕΝΗ ιπλ. Πολ. Μηχανικός Ε.Μ.Π. ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Τέγος Ιωάννης, Καθηγητής Α.Π.Θ. ΑΡΩΓΟΣ: Τέγου Σεβαστή, Πολ. Μηχανικός Α.Π.Θ., MSc Θεσσαλονίκη, Νοέµβριος 2010 i

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ ιερευνήθηκε στην παρούσα διπλωµατική εργασία η επιρροή του ύψους των µεσοβάθρων επί του κόστους προκατασκευασµένης γέφυρας, η οποία υπολογίστηκε ως πλάστιµη περίπτωση χάριν της ειδικής σύνδεσης που προβλέφθηκε µεταξύ του φορέα της γέφυρας και των δύο γειτονικών µεσοβάθρων. Χρησιµοποιήθηκε για την διερεύνηση αυτή, µία γέφυρα της Εγνατίας Οδού, προκατασκευασµένη τεσσάρων (4) ανοιγµάτων, συνολικού µήκους m, η οποία διαστασιολογήθηκε αφ ενός για τα εφαρµοσθέντα ύψη των µεσοβάθρων, και αφ ετέρου για µεσόβαθρα µε το ήµισυ ύψος των προηγουµένων. Εκτός τούτων επιχειρήθηκε η εµπλοκή των πεζοδροµίων της γέφυρας ως αντισεισµικών µελών σε ρόλο θλιπτήρων, παρεµποδίζοντας την ελεύθερη σεισµική ταλάντωση του φορέα κατά τον διαµήκη σεισµό. Για όλες αυτές τις περιπτώσεις που εξετάστηκαν προέκυψαν ενδιαφέροντα συµπεράσµατα. Πρωτίστως, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά τον Καθηγητή του τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. και επιβλέποντα Καθηγητή της διπλωµατικής µου εργασίας, κύριο Ιωάννη Τέγο, ο οποίος µε τη γνώση, τη µεθοδικότητα και την προθυµία του συνέβαλε στην ολοκλήρωση της παρούσας διπλωµατικής εργασίας. Ακόµα, θα ήθελα να ευχαριστήσω την Πολιτικό Μηχανικό Σεβαστή Τέγου, υποψήφια διδάκτορα του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών, για την καθοδήγηση και τη σηµαντική βοήθεια την οποία µου παρείχε καθώς και την συµφοιτήτρια και φίλη Νικολέτα Λαρέζου, ιπλωµατούχο Πολιτικό Μηχανικό ΑΠΘ, για την άψογη συνεργασία και βοήθεια που µου προσέφερε κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωµατικής µου εργασίας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους δικούς µου ανθρώπους και ιδιαίτερα τον σύζυγο µου Ιωάννη για την υπέρµετρη υποµονή και στήριξη που έδειξαν στο πρόσωπό µου, προκειµένου να πραγµατοποιηθεί η ολοκλήρωση της διπλωµατικής µου εργασίας. Θεσσαλονίκη, Νοέµβριος 2010 Ντογκούλη Ελένη ii

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ιστορική αναδροµή Προκατασκευασµένων γεφυρών Πεδίο εφαρµογής Γενικές αρχές - Ανωδοµή Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα Στοιχεία προκατασκευής Στάδια κατασκευής κοιλαδογέφυρας Επιθεώρηση - Συντήρηση γεφυρών 6 2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΓΕΦΥΡΑΣ-ΑΦΕΤΗΡΙΑΣ Γενικά Έδαφος Σεισµικότητα Υλικά κατασκευής Γεωµετρία γέφυρας αφετηρίας ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΜΕΝΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΓΕΦΥΡΑΣ ΑΦΕΤΗΡΙΑΣ ΣΤΟ SAP Γενικά Στατικό σύστηµα γέφυρας αφετηρίας Συνθήκες στήριξης φορέα Υλικό κατασκευής Ορισµός διατοµών γραµµικών στοιχείων ιατοµή καταστρώµατος (GENDECK) ιατοµή µεσοβάθρου (VATHRO) ιατοµή άκαµπτων ζωνών (STIFF) ιατοµή πλάκας συνέχειας (CONTSLAB) Oρισµός εφεδράνων µε στοιχεία ΝLink Γενικά 29 iii

4 4.6.2 Προσοµοίωση Εφεδράνων Χαρακτηριστικές τιµές δράσεων - φορτίων Μόνιµες ράσεις (G) Πρόσθετα Μόνιµα Φορτία (G 2 ) Μεταβλητές δράσεις Φορτιστικό προσοµοίωµα Θερµοκρασιακές δράσεις ΥΝΑΜΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΓΕΦΥΡΑΣ ΑΦΕΤΗΡΙΑΣ Φορτία Σεισµού Γενικά για αντισεισµικό υπολογισµό Φιλοσοφίες Αντισεισµικού σχεδιασµού Εφαρµογή µεθόδου σχεδιασµού Θεµελιώδεις απαιτήσεις Σεισµικός συνδυασµός δράσεων Φάσµατα Σχεδιασµού υναµική Φασµατική µέθοδος Χαρακτηριστικά µεθόδου Καθορισµός φάσµατος σχεδιασµού στο SAP Ιδιοµορφικές - Χωρικές Επαλληλίες Σεισµικός συνδυασµός Ιδιοµοφές ρώσες µάζες γέφυρας αφετηρίας ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΥΠΙΚΟΥ ΕΦΕ ΡΑΝΟΥ Γενικά Έλεγχος τυπικού εφεδράνου µεσοβάθρου Aνηγµένη διατµητική παραµόρφωση λόγω µέγιστης µετακίνησης ε s,d ιατµητική παραµόρφωση σχεδιασµού οφειλόµενη σε αξονική θλίψη ε c,d Ανηγµένη διατµητική παραµόρφωση λόγω στροφών ε α,d Συνολική διατµητική παραµόρφωση ε b,d Κριτήρια επάρκειας 71 iv

5 7. ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΣΟΒΑΘΡΩΝ Γενικά Οριακή κατάσταση αστοχίας από κάµψη Οριακή κατάσταση αστοχίας από διάτµηση Περίσφιξη ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΜΕΝΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 1 η ) Αυξηµένη σεισµική εµπλοκή 2 διαδοχικών µεσοβάθρων και Χρήση ελαστοµεταλλικών εφεδράνων Αναβαθµισµένη Γέφυρα, µε κοίλα µεσόβαθρα και δυσκαµψία σταδίου Ι Αναβαθµισµένη Γέφυρα, µε κοίλα µεσόβαθρα και δυσκαµψία σταδίου ΙΙ Αναβαθµισµένη Γέφυρα, µε συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m και δυσκαµψία σταδίου Ι Αναβαθµισµένη Γέφυρα, µε συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m και δυσκαµψία σταδίου ΙΙ (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 2 η ) Αυξηµένη σεισµική εµπλοκή 2 διαδοχικών µεσοβάθρων και Χρήση εφεδράνων ολίσθησης Αναβαθµισµένη γέφυρα, µε συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m και δυσκαµψία σταδίου Ι Αναβαθµισµένη γέφυρα, µε συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m και δυσκαµψία σταδίου ΙΙ Αναβαθµισµένη γέφυρα, µε συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,0m και δυσκαµψία σταδίου Ι Αναβαθµισµένη γέφυρα, µε συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,0m και δυσκαµψία σταδίου ΙΙ 186 v

6 10. Αναλυτικός υπολογισµός δυσκαµψίας Σταδίου ΙΙ µεσοβάθρων µε το πρόγραµµα Fagus της εταιρίας Cubus Γενικά Υπολογισµός Ροπής διαρροής Μy και καµπυλότητας διαρροής των κοίλων µεσοβάθρων (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 1 η ) Υπολογισµός Ροπής διαρροής Μy και καµπυλότητας διαρροής των συµπαγών µεσοβάθρων διαµέτρου 2,5m (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 1 η ) Υπολογισµός Ροπής διαρροής Μy και καµπυλότητας διαρροής των συµπαγών µεσοβάθρων διαµέτρου 2,5m (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 2 η ) Υπολογισµός Ροπής διαρροής Μy και καµπυλότητας διαρροής των συµπαγών µεσοβάθρων διαµέτρου 2,0m (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 2 η ) ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΕΦΑΛΟ ΕΣΜΩΝ ΠΑΣΣΑΛΩΝ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΜΕΝΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ Γενικά (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 1 η ) Αναβαθµισµένη γέφυρα µε αυξηµένη σεισµική εµπλοκή 2 διαδοχικών µεσοβάθρων και Χρήση ελαστοµεταλλικών εφεδράνων Κοίλα µεσόβαθρα δυσκαµψίας σταδίου Ι Κοίλα µεσόβαθρα δυσκαµψίας σταδίου ΙΙ Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου Ι Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου ΙΙ (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 2 η ) Αναβαθµισµένη γέφυρα µε αυξηµένη σεισµική εµπλοκή 2 διαδοχικών µεσοβάθρων και Χρήση εφεδράνων ολίσθησης Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου Ι Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου ΙΙ Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,0m - δυσκαµψία σταδίου Ι Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,0m - δυσκαµψία σταδίου ΙΙ ΕΜΠΛΟΚΗ ΠΕΖΟ ΡΟΜΙΩΝ ΠΡΟΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΜΕΝΩΝ ΓΕΦΥΡΩΝ ΩΣ ΙΑΜΗΚΗ STOPPERS Γενικά Σεισµική απόκριση πεζοδροµίων ως θλιπτήρων Εφαρµογή των πεζοδροµίων stoppers στη µελετηθείσα γέφυρα 287 vi

7 12.2 Γέφυρα αφετηρίας (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 1 η ) Αναβαθµισµένη γέφυρα µε αυξηµένη σεισµική εµπλοκή 2 διαδοχικών µεσοβάθρων και Χρήση ελαστοµεταλλικών εφεδράνων Κοίλα µεσόβαθρα δυσκαµψίας σταδίου Ι Κοίλα µεσόβαθρα δυσκαµψίας σταδίου ΙΙ Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου Ι Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου ΙΙ (ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 2 η ) Αναβαθµισµένη γέφυρα µε αυξηµένη σεισµική εµπλοκή 2 διαδοχικών µεσοβάθρων και Χρήση εφεδράνων ολίσθησης Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου Ι Συµπαγή µεσόβαθρα διαµέτρου 2,5m - δυσκαµψία σταδίου ΙΙ ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Σύγκριση χρησιµοποιούµενων εφεδράνων Σύγκριση αναπτυσσόµενης ροπής στον πόδα µεσοβάθρων Σύγκριση κόστους κατασκευής προκατασκευασµένης γέφυρας ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 334 vii

8 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το βασικό αντικείµενο µελέτης της παρούσας διπλωµατικής εργασίας αποτελεί η επιρροή του ύψους των µεσοβάθρων στον αντισεισµικό σχεδιασµό µιας προκατασκευασµένης γέφυρας, η οποία διαθέτει έναν διαφορετικό τρόπο σύνδεσης των δυο διαδοχικών µεσοβάθρων Μ2 και Μ3 µε το κατάστρωµα της και εξετάζονται διάφορες περιπτώσεις µεσοβάθρων µε χρήση ελαστοµεταλλικών εφεδράνων και εφεδράνων ολίσθησης στο µεσόβαθρο Μ1 και στα ακρόβαθρα Α1 και Α2 αντίστοιχα. Η σύνδεση αυτή των µεσοβάθρων εµποδίζει την µετακίνηση κατά την διαµήκη και εγκάρσια έννοια µέσω τοποθέτησης κατάλληλων stoppers, και ταυτόχρονα επιτρέπει την ελεύθερη στροφή των σηµείων στήριξης του φορέα περί των οριζόντιων αξόνων. Το προτεινόµενο αυτό σύστηµα σύνδεσης προσφέρει σηµαντική µείωση στις καταπονήσεις των µεσοβάθρων και γενικότερα ολόκληρου του φορέα. Ένα δεύτερο αντικείµενο µελέτης της εργασίας αποτελεί η αξιοποίηση των πεζοδροµίων της προκατασκευασµένης γέφυρας ως σεισµικών ανασχετήρων - stoppers κατά τη διαµήκη έννοια. Η καινοτοµία αυτή αποσκοπεί στη µείωση των µετακινήσεων των ακροβάθρων και στις κεφαλές των µεσοβάθρων, και κατ επέκταση στη µείωση των αναπτυσσόµενων ροπών στις βάσεις των τελευταίων. Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται µία σύντοµη εισαγωγή για τις προκατασκευασµένες γέφυρες, και ακολουθεί το δεύτερο κεφάλαιο όπου γίνεται περιγραφή της γέφυρας που χρησιµοποιήθηκε ως αφετηρία. Η εξεταζόµενη αυτή γέφυρα αποτελεί µία από τις κοιλαδογέφυρες της Εγνατίας Οδού, στη Χ.Θ ,73 στην παράκαµψη της Ασπροβάλτας και έχει συνολικό µήκος 140,00m. Είναι µία γέφυρα τεσσάρων (4) ανοιγµάτων, όπου το κάθε άνοιγµα έχει µήκου 35,00m. Το κατάστρωµα αποτελείται από πέντε προκατασκευασµένες - προεντεταµένες δοκούς από σκυρόδεµα και µια προκατασκευασµένη πλάκα και στηρίζεται στα δυο ακρόβαθρα και µεσόβαθρα µέσω κυκλικών, χαµηλής απόσβεσης, ελαστοµεταλλικών εφεδράνων. Οι αµφιέρειστοι φορείς συνδέονται στη θέση των µεσόβαθρων µε πλάκα συνέχειας προς αποφυγή των ενδιαµέσων αρµών, οι οποίοι προβλέπονται µονάχα στα ακρόβαθρα. Στo τρίτο κεφάλαιο, γίνεται η περιγραφή του προτεινόµενου τρόπου σύνδεσης των µεσοβάθρων της αναβαθµισµένης πλέον γέφυρας. Ενώ στo τέταρτο κεφάλαιο, περιγράφεται η προσοµοίωση της γέφυρας αφετηρίας στο πρόγραµµα SAP 2000 και παρουσιάζονται αναλυτικά το υλικό κατασκευής, οι διατοµές των γραµµικών στοιχείων viii

9 του φορέα, ο τρόπος προσοµοίωσης των εφεδράνων και οι χαρακτηριστικές τιµές των φορτίων δράσεων που καταπονούν τον φορέα µε τον αντίστοιχο τρόπο εισαγωγής όλων αυτών στο πρόγραµµα. Στο πέµπτο κεφάλαιο, γίνεται η ανάλυση της γέφυρας αφετηρίας µε τη υναµική Φασµατική Μέθοδο και παρουσιάζονται αναλυτικά τα σεισµικά φορτία και τα αποτελέσµατά της µεθόδου, τα οποία χρησιµοποιούνται στη συνέχεια για τον αντισεισµικό έλεγχο των ελαστοµεταλλικών εφεδράνων του φορέα και για την διαστασιολόγηση των µεσοβάθρων του, ο αναλυτικός υπολογισµός των οποίων παρουσιάζεται στο έκτο και έβδοµο κεφάλαιο αντίστοιχα. Στο όγδοο κεφάλαιο, εν συντοµία παρουσιάζονται οι παράµετροι της διερεύνησης των δυναµικών αναλύσεων και στο ένατο κεφάλαιο γίνεται η προσοµοίωση και η ανάλυση της αναβαθµισµένης γέφυρας για διάφορες διατοµές και διαστάσεις µεσοβάθρων για δυσκαµψία Σταδίου Ι και Σταδίου ΙΙ αντίστοιχα, µε χρήση ελαστοµεταλλικών εφεδράνων και εφεδράνων ολίσθησης. Στο δέκατο κεφάλαιο, παρουσιάζεται ο αναλυτικός τρόπος υπολογισµού της δυσκαµψίας Σταδίου ΙΙ των µεσοβάθρων, των παραπάνω περιπτώσεων της αναβαθµισµένης γέφυρας, µε το πρόγραµµα Fagus, σύµφωνα µε τον αντισεισµικό κανονισµό των γεφυρών. Στο ενδέκατο κεφάλαιο, γίνεται η διαστασιολόγηση των κεφαλοδέσµων και πασσάλων θεµελίωσης της αναβαθµισµένης γέφυρας για όλες τις παραπάνω περιγραφόµενες περιπτώσεις. Στο δωδέκατο κεφάλαιο, παρουσιάζεται αναλυτικά η αξιοποίηση των πεζοδροµίων της προκατασκευασµένης γέφυρας ως διαµήκων stoppers και γίνεται η προσοµοίωση αυτών µε ελατήρια. Ακόµα, παρατίθενται τα αποτελέσµατα και συµπεράσµατα των δυναµικών αναλύσεων της γέφυρας αφετηρίας και των υπολοίπων περιπτώσεων της αναβαθµισµένης γέφυρας για διαµήκη σεισµό. Στο δεκατοτρίτο κεφάλαιο, γίνεται η παρουσίαση διάφορων συγκρίσεων, οι οποίες αφορούν τη χρήση των εφεδράνων, τα εντατικά µεγέθη στη βάση των µεσοβάθρων, τον τοποθετούµενο οπλισµό και το αντίστοιχο κόστος των τελευταίων. Και τέλος στο δεκατοτέταρτο κεφάλαιο δίνονται τα συγκεντρωτικά συµπεράσµατα της παρούσας διπλωµατικής εργασίας στα οποία καταλήγουµε, ενώ στο δεκατοπέµπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η βιβλιογραφία που χρησιµοποιήθηκε. Ντογκούλη Ελένη, ιπλωµατούχος Πολιτικός Μηχανικός Ε.Μ.Π. Θεσσαλονίκη, Νοέµβριος 2010 ix

10 ABSTRACT The basic object of the present diplomatic study constitutes the influence of piers height in the antiseismic design of prefabricated bridge, which offeres a different way of connection to the two successive piers M2 and M3 with the deck and is examined various cases of piers with use of elastomeric bearings and sliding bearings in the pier M1 and in abutments A1 and A2 respectively. This connection of piers binds the displacement at the longitudinal and traverse direction through the use oft suitable stoppers, and simultaneously allows the free rotation of support points of institution around the horizontal axes. This proposed system of connection offers important reduction in exhaustion of piers and generally to the entire institution.a second object of this study constitutes the exploitation of pavements of prefabricated bridge as seismic stoppers at the longitudinal direction. This innovation aims in the reduction of displacements of the abutments and in the heads of piers, and at extension in the reduction of developing moments in the bases of the last ones. More analytically, in the first chapter becomes a short import for the prefabricated bridges, and follows the second chapter where becomes the description of bridge that was considered to be the reference. This examined bridge constitutes one from valley bridges of Egnatia Street, in the position ,73 in the detour of Asprovalta and has total length equal to 140,00m. It s a bridge with four (4) spans, and every span has length equal to 35,00m. The deck consists of five simply supported precast and prestressed beams made of concrete, precast deck slabs and a cast in-situ part of the slab. The deck is supported on both the abutments and the piers through circular low damping elastomeric bearings. The simple supported institutions are connected in the place of piers with a continuity slab to avoid all the of intermediary rabbets, which is forecasted only in abutments. In the third chapter, becomes the description of proposed way of connection of piers to the upgraded bridge. While in the fourth chapter, is described the simulation of reference bridge in program SAP 2000 and is presented analytically the material of manufacture, the cross-sections of linear elements of institution, the way of bearings simulation and the characteristic prices of loads where exhaust the institution with the corresponding way of import of all these in SAP program. In the fifth chapter, becomes the analysis of starting bridge with the Dynamic Method and are presented analytically the seismic loads and the results of method, x

11 which are used for the antiseismic control of elastomeric bearings and for the dimensions of the piers, the analytic calculation of which is presented in the sixth and seventh chapter respectively. In the eighth chapter, are presented the parameters of investigation of dynamic analyses and in the ninth chapter become the simulation and the analysis of upgraded bridge for various cross-sections and dimensions of piers for stiffness of Stage I and Stage II respectively, with use of elastomeric bearings and sliding bearings. In the tenth chapter, is presented the analytic way of calculation of Stage II stiffness of piers, for all the above cases of upgraded bridge, with Fagus program, according to the antiseismic regulation of bridges. In the eleventh chapter, becomes the dimensioning of the pile-caps and foundation piles of upgraded bridge for all the described cases above. In the twelfth chapter, is presented analytically the exploitation of pavements of prefabricated bridge as longitudinal stoppers and becomes the simulation of those with springs. Still, are mentioned the results and conclusions of dynamic analyses of reference bridge and rests of above cases of upgraded bridge for longitudinal earthquake. In the thirteenth chapter, becomes the presentation of various comparisons, which are concerned about the use of bearings, intensive sizes in the base of piers, the final placed reinforcements and corresponding cost of the last ones.and finally in the fourteenth chapter are given the whole conclusions of present diplomatic study, while in the fifthteenth chapter is presented all the necessary bibliography that was used. Dogouli Eleni, Certificated Civil Engineer N.T.U.A. Thessaloniki, November 2010 xi

12 Εισαγωγή 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Ιστορική ανάδροµη Προκατασκευασµένων γεφυρών Η παρούσα διπλωµατική εργασία αφορά την παραµετρική ανάλυση των κοιλαδογεφυρών µε κιβωτιοειδή ορθογωνικά βάθρα και ανωδοµή αποτελούµενη από προκατασκευασµένες προεντεταµένες δοκούς και συνεχή πλάκα καταστρώµατος. Οι γέφυρες πολλών εν σειρά αµφιερείστων ανοιγµάτων µε προκατασκευασµένα διαµήκη στοιχεία σκυροδέµατος ή χάλυβα γνωρίζουν άνθιση από το Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών του 60 και του '70 η ανάγκη ταχείας επέκτασης των εθνικών οδικών δικτύων σε συνδυασµό µε τις απαιτήσεις ταχείας κατασκευής, οδήγησε στη ραγδαία αύξηση του αριθµού των γεφυρών αυτού του τύπου διεθνώς. Ωστόσο το πρόβληµα της φθοράς των αρµών, οι οποίοι προβλέπονταν αρχικά στα άκρα όλων των εν σειρά αµφιερείστων φατνωµάτων, έγινε αντιληπτό στη δεκαετία του '60 στις ΗΠΑ και στη δεκαετία του '70 στην Ευρώπη, οπότε η έρευνα επικεντρώθηκε στη µείωση του αριθµού τους. Με τη λύση της ενιαίας πλάκας καταστρώµατος, που καθιερώθηκε τελικώς, και τη διατήρηση µόνον δύο αρµών στις θέσεις των ακροβάθρων ή για την περίπτωση των γεφυρών µεγάλου µήκους και µε πρόβλεψη των ενδιαµέσων αρµών ανά έξι περίπου φατνώµατα, η κατάσταση βελτιώθηκε σηµαντικά και αυτό ισχύει µέχρι σήµερα. Το βασικό πρόβληµα των αρµών είναι ότι κατά τους χειµερινούς µήνες η ανάγκη να παραµένουν οι δρόµοι ανοιχτοί ακόµη και την περίοδο των χιονοπτώσεων οδήγησε στην χρήση αλάτων τα οποία διαβρώνουν και προκαλούν εκτεταµένες βλάβες στους κόµβους των άκρων. Η µη επιθυµητή αυτή παρενέργεια από τη χρήση αρµών µπορεί να εξαλειφθεί από τη χρήση µονολιθικά συνδεδεµένων ακροβάθρων µε το κατάστρωµα της γέφυρας, (βλέπε Σχήµα 1.1). Όµως κάτι τέτοιο θα οδηγούσε σε µεγάλο κόστος από τις µεγάλες απαιτήσεις σε αντοχή που θα εµφάνιζαν τα ακρόβαθρα, το οποίο κόστος όµως αντισταθµίζεται εν µέρει από το κόστος συντήρησης των ακροβάθρων που χωρίζονται από το κατάστρωµα µε αρµούς και από το κόστος λόγω διακοπής της κυκλοφορίας για αντικατάσταση των αρµών. Επίσης η σύνδεση του φορέα της γέφυρας µε τα ακρόβαθρα, έχει µελετηθεί ότι µειώνει δραστικά την σεισµική επιπόνηση της γέφυρας, ως και 30% µείωση της σεισµικής καταπόνησης των µεσοβάθρων. 1

13 Εισαγωγή Σχήµα 1.1: Χρήση µονολιθικά συνδεδεµένου ακροβάθρου µε το κατάστρωµα τηςγέφυρας. Οι γέφυρες αποτελούν τη µορφή κατασκευής όπου το φέρον σύστηµα συµπίπτει καθ ολοκληρία µε το σύνολο του έργου. Σε αντίθεση µε τα οικοδοµικά έργα όπου τις πιο πολλές φορές ο σκελετός αποτελεί το φέρον στοιχείο όπου από πάνω του δοµείται το λειτουργικό και αισθητικό τµήµα του έργου και ως εκ τούτου αποτελεί µικρό µέρους της δαπάνης κατασκευής, στις γέφυρες αυτός καθ αυτός ο φορέας καλύπτει λειτουργικότητα, αισθητική και το µεγαλύτερο ποσοστό της δαπάνης κατασκευής. Γενικά, οι γέφυρες είναι κατασκευές της αρµοδιότητας του Πολιτικού Μηχανικού, και σκοπός τους είναι να ενώνουν δύο τµήµατα ενός οδικού τεχνικού έργου, τα οποία χωρίζονται από φυσικό εµπόδιο (ποτάµι, θάλασσα, κοιλάδα). 1.2 Πεδίο εφαρµογής Οι γέφυρες µε προκατασκευασµένες δοκούς και συνεχή πλάκα καταστρώµατος έχουν πεδίο εφαρµογής σε ανοίγµατα της τάξης των 25 ως 50m. Στην περίπτωσή µας το άνοιγµα ανέρχεται στα 35m. Στα µικρά ανοίγµατα είναι δυνατή η εφαρµογή δοκών µε προένταση κλίνης, ενώ στα µεγάλα ανοίγµατα απαιτείται προένταση µετά την σκλήρυνση. Το βάρος της δοκού παίζει πρωτεύοντα ρόλο στην εφαρµογή της µεθόδου. Βάρη µέχρι την τάξη των 60-70t επιτρέπουν την τοποθέτηση µε γερανούς (εφόσον υπάρχει πρόσβαση). Για δοκούς µεγαλύτερου βάρους είναι απαραίτητη η χρήση της γερανογέφυρας. Η µέθοδος ενδείκνυται σε ευθύγραµµες τυποποιηµένες γέφυρες, χωρίς όµως να αποκλείεται η εφαρµογή της και σε καµπύλες. Οι ιδιαιτερότητες, που παρουσιάζουν αυτές οι γέφυρες, είναι ότι συνήθως τοποθετούνται ως αµφιέρειστες χωρίς οποιαδήποτε σύνδεση µεταξύ τους. Μία σύνδεση, που έχει επιτύχει και ενδείκνυται σε σεισµικά ενεργές περιοχές, είναι η σύνδεση των αµφιέρειστων φατνωµάτων µε την επί τόπου σκυροδετούµενη πλάκα κυκλοφορίας (πλάκα συνέχειας), ώστε να µορφώνονται συνεχή συστήµατα 4 έως 6 ανοιγµάτων και να µικραίνει ο αριθµός των ανεπιθύµητων αρµών συστολοδιαστολής. 2

14 Εισαγωγή 1.3 Γενικές αρχές - Ανωδοµή Οι γενικές αρχές, που διέπουν τις προκατασκευασµένες γέφυρες είναι ότι τo κατάστρωµα υλοποιείται µε προκατασκευασµένες, προεντεταµένες, δοκούς τοποθετούµενες επί των βάθρων µε γερανούς ή ειδικά σχεδιασµένη γερανογέφυρα. Η σύνδεση των δοκών και η µεταξύ τους συνεργασία πραγµατοποιείται µε την επί τόπου σκυροδετούµενη πλάκα κυκλοφορίας και τις διαδοκίδες. Για λόγους ευκολίας της κατασκευής, διαδοκίδες τοποθετούνται κυρίως στις θέσεις των µεσοβάθρων. Η επιλογή της µορφής της διατοµής αποκτά στον σχεδιασµό των γεφυρών ιδιαίτερη σηµασία, διότι : από αυτήν προκύπτουν τα βασικά κατασκευαστικά µεγέθη είναι καθοριστική για το είδος της στήριξης και την κάτω διάβαση της γέφυρας αποτελεί τον «πυρήνα του σχεδιασµού» µιας γέφυρας είναι καθοριστική η οικονοµικότητα της διατοµής για το συνολικό κόστος της κατασκευής. Στον τοµέα της κατασκευής µεγάλων γεφυρών, οι δυνατότητες παραγωγής, οι οποίες καθορίζουν και το κόστος της κατασκευής, εξαρτώνται σε µεγάλο βαθµό από την µορφή της διατοµής. Για το λόγο αυτό η εκλογή της και οι δυνατότητες παραγωγής της αγοράς, πρέπει να βρίσκονται σε άµεση συνάρτηση. Η διατοµή της προκατασκευασµένης δοκού είναι πλακοδοκός µορφής διπλού Τ. Όπως ειπώθηκε και παραπάνω, η διατοµή αυτή είναι ιδιαίτερα ευνοϊκή διατοµή όταν πρόκειται να παραλάβει θετικές ροπές και χρησιµοποιείται ευρύτατα στις προκατασκευασµένες γέφυρες. Στην χώρα µας, την τελευταία κυρίως δεκαετία, για τα µεσαία ανοίγµατα 25m µε 40m επικρατούν οι προκατασκευασµένες αµφιέρειστες γέφυρες, θεωρούµενες ως οι πλέον οικονοµικές. Στις γέφυρες αυτές οι νευρώσεις µε, συνήθως, ενισχυµένο κάτω πέλµα, κατασκευάζονται και προεντείνονται στο έδαφος. Στο έδαφος, επίσης κατασκευάζονται και τα κάτω πέλµατα (πρόπλακες) της πλάκας καταστρώµατος. Σχεδόν κατά αποκλειστικότητα κατασκευάζονται µε πρόπλακες, που φέρουν ενσωµατωµένο τον πρωτεύοντα οπλισµό ή πάνω σε κυµατοειδή χαλυβδόφυλλα, τα οποία λειτουργούν και ως παραµένων ξυλότυπος και συµπληρώνονται δε µε επί τόπου πλάκα. Πρόπλακα και επί τόπου πλάκα συνδέονται µε διατµητικούς συνδέσµους, συνήθως καβαλέτα διαµέτρου Φ10 ως Φ12. 3

15 Εισαγωγή Κατόπιν, σκυροδετείται το υπόλοιπο του πάχους της πλάκας καταστρώµατος, µέσω του οποίου πιστεύεται, ότι επιτυγχάνεται η µονολιθική σύνδεση στα µέλη του φορέα της γέφυρας. Η σύµµεικτη αυτή διατοµή υπολογίζεται στην πράξη ως ενιαία, µε µόνη πρόσθετη πρόβλεψη ανάληψης της διατµητικής δράσης µέσω οπλισµού. Κατά κανόνα µεσολαβεί µεγάλο χρονικό διάστηµα µεταξύ της σκυροδέτησης της πρόπλακας και της χυτής επί τόπου πλάκας. Εποµένως για τον υπολογισµό των επιδράσεων της συστολής πήξεως και του ερπυσµού τόσο σαν απώλειες προεντάσεως όσο και σαν αιτία δηµιουργίας αυτεντατικών καταστάσεων λόγω της συνδέσεως της προκατασκευασµένης δοκού µε τη χυτή επί τόπου πλάκα καταστρώµατος γίνονται οι εξής παραδοχές: Προβλέπεται χρόνος αποθήκευσης των προκατασκευασµένων δοκών 45 ηµέρες από την κατασκευή τους, οπότε εντείνονται όλα τα καλώδια κάθε δοκού και γίνονται οι αντίστοιχες τσιµεντενέσεις. Η χυτή επί τόπου πλάκα καταστρώµατος διαστρώνεται µετά άλλες 15 ηµέρες (60 ηµέρες διαφορά από την κατασκευή των δοκών). 1.4 Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα Οι γέφυρες µε προκατασκευασµένες δοκούς και συνεχή πλάκα καταστρώµατος υστερούν έναντι των γεφυρών κιβωτιοειδούς διατοµής σε ποιότητα, εντούτοις έχουν πολλά πλεονεκτήµατα τα οποία τις καθιστούν ανταγωνιστικές. Είναι πιο οικονοµικές, συνυπολογίζοντας και το κόστος του εξοπλισµού των γερανών που είναι µικρό (γερανογέφυρα) ή και µηδενικό (ενοικιαζόµενοι γερανοί). Η κατασκευή τους δεν είναι χρονοβόρα, µιας και η µέθοδος επιδέχεται βιοµηχανοποίηση µε προκατασκευή. Σε περιπτώσεις κοιλαδογεφυρών µε µεγάλο ύψος µεσοβάθρων οι γέφυρες µε κιβωτιοειδείς διατοµές καταφεύγουν σε δαπανηρές λύσεις, όπως η προβολοδόµηση και η προώθηση, σε αντίθεση µε τις γέφυρες µε προκατασκευασµένες δοκούς οι οποίες δίνουν λύση απλούστερη τεχνικά και κατά συνέπεια οικονοµικότερη. Στο στάδιο µελέτης, οι γέφυρες µε προκατασκευασµένες δοκούς και συνεχή πλάκα καταστρώµατος, δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερες δυσκολίες, έχουν µειωµένη ή και µηδενική υπερστατικότητα, γεγονός που τις κάνει λιγότερο ευπαθείς σε καταναγκασµούς υποχωρήσεων, αλλά ωστόσο καθίσταται αναγκαία η χρήση εφεδράνων και αρµών µε αποτέλεσµα να αποτελεί µια πιο ακριβή οικονοµικά λύση. Ωστόσο, έχουν γίνει αξιόλογες προσπάθειες προκειµένου να αποκατασταθεί η 4

16 Εισαγωγή συνέχεια των γεφυρών αυτού του είδους και στα ακρόβαθρα, λύση η οποία εξασφαλίζει αφενός την προστασία τους το χειµώνα από την διάβρωση των αλάτων και αφετέρου τη σηµαντική ελάφρυνση των µεσοβάθρων κυρίως από τον διαµήκη αλλά και τον εγκάρσιο σεισµό. Η Εγκύκλιος Ε39/99 [2.7.5(3)] στις πλάκες αποκατάστασης της συνέχειας µεταξύ φορέων κάνει αποδεκτή την εµφάνιση σεισµικών βλαβών και θεωρεί τις πλάκες αυτές συµµετέχουσες στο προσοµοίωµα της στατικής ανάλυσης µε δρώσα ακαµψία, η οποία µπορεί να λαµβάνεται µειωµένη λόγω ρηγµάτωσης ή και σχηµατισµού πλαστικών αρθρώσεων. 1.5 Στοιχεία προκατασκευής Ένα από τα φέροντα στοιχεία της κατασκευής είναι και οι προκατασκευασµένες δοκοί οι οποίες είναι και προεντεταµένες. Βρίσκονται δηλαδή υπό καθεστώς αρχικής θλίψης και κάµψης γεγονός που έγινε µε σκοπό να µην εµφανίσουν οι δοκοί, υπό τα φορτία σχεδιασµού, εφελκυσµό και κατά συνέπεια ρηγµάτωση (πλήρης προένταση). Σήµερα επιτρέπεται και η µερική προένταση µε περιορισµούς όµως στην ρηγµάτωση των προεντεταµένων στοιχείων για κάποιες φορτίσεις αιχµής. Με δεδοµένο το ρόλο της προκατασκευής στις γέφυρες αυτού του είδους θα αναφερθούµε στα βασικότερα πλεονεκτήµατα της προκατασκευής: Τα βασικότερα πλεονεκτήµατα της προκατασκευής είναι το µικρό κόστος, η ταχύτητα κατασκευής, η άριστη και ελεγχόµενη ποιότητα µέσα στις εγκαταστάσεις παραγωγής, η ευελιξία χώρων που προσφέρει και η προσαρµογή σε δύσκολες τοπικές συνθήκες κυρίως γεωγραφικές, όπου η προκατασκευή καταργεί τους ξυλότυπους µειώνοντας έτσι το κόστος και το χρόνο κατασκευής. Επίσης, όταν στην κατασκευή χρησιµοποιούνται προκατασκευασµένα στοιχεία είναι µικρότερη η εξάρτηση από καιρικές συνθήκες, για το λόγο ότι η σκλήρυνση του σκυροδέµατος γίνεται συνήθως στο εργοστάσιο και όχι επί τόπου. Συνεπώς, αφού η σκλήρυνση προηγείται της τοποθέτησης και της χρήσης των προκατασκευασµένων στοιχείων, και η επίδραση των συστολών είναι µικρότερη, αφού τα στοιχεία που χρησιµοποιούνται είναι ώριµα. Τα κυριότερα µειονεκτήµατα που αναφέρονται στην χρήση της προκατασκευής είναι η µικρή ελληνική αγορά, σε σχέση µε άλλες προηγµένες χώρες του εξωτερικού. Επίσης, δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν προκατασκευασµένα στοιχεία στη 5

17 Εισαγωγή θεµελίωση ενώ βασική είναι και η δυσχέρεια στην επίτευξη της συνέχειας των µεταξύ προκατασκευασµένων και χυτών επί τόπου στοιχείων σκυροδέµατος µε συνακόλουθη τη µείωση της µονολιθικότητας και της πλαστιµότητας της κατασκευής. 1.6 Στάδια κατασκευής κοιλαδογέφυρας Η ακολουθία των προβλεπόµενων σταδίων εργασιών για κάθε µια από τις δυο γέφυρες είναι ενδεικτικά: Εκσκαφές θεµελίων Κατασκευή πασσάλων και κεφαλόδεσµων Κατασκευή µεσόβαθρων Κατασκευή ακροβάθρων Τοποθέτηση εφεδράνων, τοποθέτηση των προκατασκευασµένων δοκών, των προπλακών και κατασκευή της χυτής επί τόπου πλάκας καταστρώµατος Συµπληρωµατικές εργασίες (τοποθέτηση αρµών, στηθαίων, σωλήνων αποχέτευσης, επαλείψεις κλπ.) 1.7 Επιθεώρηση - συντήρηση γεφυρών Η επιθεώρηση και συντήρηση της φέρουσας κατασκευής, των εφεδράνων και του συστήµατος αποχέτευσης προϋποθέτουν την επισκεψιµότητα του εσωτερικού του φορέα. Επί της δοκού εδράσεως προβλέπεται χώρος για τη διάταξη γρύλων ανύψωσης του φορέα στη περίπτωση που απαιτηθεί αλλαγή των εφεδράνων. Επίσης προβλέπεται επαρκές διάκενο µεταξύ του κάτω πέλµατος του φορέα και της άνω επιφάνειας της δοκού εδράσεως. Για την πρόσβαση στο εσωτερικό του φορέα της ανωδοµής διαµορφώνονται ανθρωποθυρίδες στα διαφράγµατα στις θέσεις των µεσοβάθρων διαστάσεων 1,00x1,50m. Η επιθεώρηση και συντήρηση των υπολοίπων τµηµάτων της γέφυρας µπορεί να γίνει από το κατάστρωµα, είτε άµεσα είτε µε τη χρήση ειδικού εξοπλισµού. Τα στοιχεία της γέφυρας που επιθεωρούνται και τα είδη των ελέγχων κατά περίπτωση παρατίθενται συνοπτικά στον ακόλουθο πίνακα: 6

18 Εισαγωγή Στοιχείο γέφυρας Επιφάνεια κυκλοφορίας Αρµοί συστολοδιαστολής Εφέδρανα (pot bearings) Είδος ελέγχου Ρηγµατώσεις ασφαλτικού, κοιλότητες, ρυτιδώσεις, υποχωρήσεις, Άνοιγµα ή κλείσιµο αρµού ανάλογα µε την θερµοκρασία περιβάλλοντος, επιπεδότητα, υδατοστεγανότητα, φθορές ελαστοµερούς (π.χ.σχισίµατα), φθορές-οξείδωση µεταλλικών στοιχείων (αγκυρόβιδες, µεταλ. πλάκες), συντριβή σκυροδέµατος στην περιοχή έδρασης του αρµού, αποµάκρυνση χαλικιών και γενικά ακαθαρσιών από τις επιφάνειες του ελαστικού. Μετακινήσεις άνω πλάκας κατά τη διαµήκη διεύθυνση ανάλογα µε την θερµοκρασία περιβάλλοντος, υπερβολικές στροφές εφεδράνου, διατήρηση αντιδιαβρωτικής προστασίας, έλεγχος πάχους δίσκου PTFE, φθορές-χαλάρωση αγκυρίων, καθαριότητα περιοχής γύρω από τα εφέδρανα Φορέας ανωδοµής Μεσόβαθρα, ακρόβαθρα, πτερυγότοιχοι, θεµέλια Σύστηµα αποχέτευσης Ρηγµάτωση σκυροδέµατος (θέση, διεύθυνση, πυκνότητα, µήκος, εύρος ρωγµών), τοπική σύνθλιψη, αποφλοίωση και αποκάλυψη οπλισµών,υγρασία, παρουσία αλάτων. Παραµορφώσεις φορέα, έντονες ταλαντώσεις κατά τη διέλευση οχηµάτων. Έλεγχος οπών εξαερισµού του εσωτερικού του κιβωτιοειδή φορέα. Οµοια µε (4) και έλεγχοι κατακορυφότητας βάθρων, καθιζήσεις και στροφές θεµελίων, αποκάλυψη άνω επιφάνειας θεµελίων, διάβρωση εδάφους, καθιζήσεις µεταβατικών επιχωµάτων, παρουσία στάσιµων νερών σε δοκούς έδρασης των ακροβάθρων, λειτουργία συστήµατος αποστράγγισης πίσω από τα ακρόβαθρα. Φθορές αποχετευτικών σηµείων, πιθανές εµφράξεις, συγκέντρωση φερτών στο κατάστρωµα, υλοποίηση επικλίσεων καταστρώµατος, διάβρωση σωλήνων, διαρροές, έλεγχος συνδέσεων/συγκολλήσεων και στήριξης σωλήνων στον φορέα. 7 Πεζοδρόµια Φθορές από πιθανές προσκρούσεις οχηµάτων, ρηγµάτωση σκυροδέµατος, ολισθηρότητα, διαφορικές µετακινήσεις των αρµών, αποκάλυψη οπλισµών που εξέχουν στην επιφάνεια κυκλοφορίας, αγωγοί Ο.Κ.%. 8 9 Στηθαία ασφαλείας Στύλοι ηλεκτροφωτισµού Ζηµιές από πιθανές προσκρούσεις οχηµάτων, φθορά βαφής µεταλλικών στοιχείων, στέρεη σύνδεση σωλήνων-ορθοστατών, έλεγχος αγκύρωσης στο πεζοδρόµιο (αγκυρόβιδες, βάση από σκυρόδεµα) Ζηµιές από πιθανές προσκρούσεις οχηµάτων, διάβρωση στύλων, έλεγχος αγκύρωσης στο πεζοδρόµιο. 10 Προσβάσεις Οδοί πρόσβασης στους πόδες µεσοβάθρων, κλίµακες πρόσβασης στις θύρες ακροβάθρων, µεταλλικές θύρες ακρο/θρων, σκάλες στο εσωτερικό µεσοβάθρων. Πίνακας 1.1: Είδη ελέγχων ανά στοιχείο της γέφυρας 7

19 Περιγραφή γέφυρας αφετηρίας 2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΓΕΦΥΡΑΣ ΑΦΕΤΗΡΙΑΣ 2.1 Γενικά Η παρούσα µελέτη περιλαµβάνει µια παραλλαγή στην πραγµατική κατασκευασµένη κοιλαδογέφυρα της Εγνατίας Οδού, τεχνικό έργο Τ2, στη Χ.Θ ,73, στην παράκαµψη της Ασπροβάλτας στο Νοµό Θεσσαλονίκης. Πρόκειται για µια γέφυρα κατασκευασµένη, η οποία έχει συνολικό µήκος 140,00m και περιλαµβάνει δύο ίδια ανεξάρτητα καταστρώµατα, ένα για κάθε διεύθυνση κυκλοφορίας. Κάθε κλάδος περιλαµβάνει τέσσερα (4) ανοίγµατα συνολικά, µήκους 35,00m το καθένα και εδράζονται εκατέρωθεν σε ολόσωµα ακρόβαθρα και 3 µεσόβαθρα. Το κατάστρωµα υλοποιείται µε προκατασκευασµένες προεντεταµένες δοκούς µορφής Τ µε ενισχυµένο κάτω πέλµα συνολικού ύψους 2,18 µέτρων (1,90 το ύψος της δοκού και 0,28 το πάχος πλάκας καταστρώµατος). Οι δοκοί τοποθετούνται επί των αντίστοιχων εφεδράνων µε γερανούς ή ειδικά σχεδιασµένη γερανογέφυρα. Το κάθε άνοιγµα αποτελείται από φορείς αµφιέρειστων πλακοδοκών που περιλαµβάνουν 10 προκατασκευασµένες δοκούς (5 δοκοί σε κάθε λωρίδα κυκλοφορίας) και πλάκα καταστρώµατος η οποία απαρτίζεται από προκατασκευασµένες πλάκες (πρόπλακες) που τοποθετούνται πάνω στις δοκούς και χυτή επί τόπου στρώση που ολοκληρώνει την πλάκα καταστρώµατος και τη µορφή του φορέα γενικότερα. Μεταξύ των µελών του φορέα της γέφυρας επιτυγχάνεται µονολιθική σύνδεση. Κάθε µεσόβαθρο αποτελείται από δυο στύλους ορθογωνικής διατοµής κιβωτίου οι οποίοι καταλήγουν σε δοκό έδρασης µε βαθµιδωτό άνω πέλµα το οποίο συµβάλλει στην ορθή στατικότητα και στην καλαισθησία. Έχουν όλα κοινή διατοµή 5,10mΧ3,10m και πάχος πελµάτων 0,45m για λόγους καλής αισθητικής. Μεταξύ των αµφιέρειστων φορέων στην περιοχή των µεσοβάθρων κατασκευάστηκε η συνεχή πλάκα καταστρώµατος προκειµένου να αποφευχθούν οι ενδιάµεσοι αρµοί στα µεσόβαθρα, ώστε να αποφεύγεται η δαπάνη προµήθειας, εγκατάστασης και συντήρησης τους και να προσδίδεται µια αίσθηση άνεσης κατά την κυκλοφορία των οχηµάτων. Η επισκεψιµότητα του εσωτερικού των στύλων των µεσοβάθρων εξασφαλίζεται µέσω ανθρωποθυρίδας µε άνοιγµα πλάτους 1,00m και ύψους 1,50m κατασκευασµένη στην κεφαλή των µεσοβάθρων. Τα ακρόβαθρα εδράζονται επιφανειακά συνδεόµενα µε τοίχους αντιστήριξης οι οποίοι διατάσσονται παράλληλα 8

20 Περιγραφή γέφυρας αφετηρίας προς τον άξονα της οδού (τοίχοι αντεπιστροφής) για λόγους καλύτερης προσαρµογής στο περιβάλλον. Σε όλα τα µεσόβαθρα και ακρόβαθρα της γέφυρας αφετηρίας, έχουν τοποθετηθεί κυκλικά ελαστοµεταλλικά εφέδρανα, τύπου ALGABLOC NB4, τα οποία εφαρµόζονται ανάµεσα στην κεφαλή των βάθρων και τις προεντεταµένες δοκούς και προσδίδουν στη γέφυρα ελαστική συµπεριφορά δίχως βλάβες στα βάθρα. O ρόλος των εφεδράνων προσδιορίζεται στο να δίνουν ανεξαρτησία κινήσεων τόσο στο φορέα, όσο και στα βάθρα κατά την διαµήκη έννοια. Στα πεζοδρόµια της γέφυρας τοποθετούνται χαλύβδινα στηθαία ασφαλείας τύπου ΣΤΕ-1, κιγκλιδώµατα, θέσεις ιστών οδοφωτισµού, καθώς και φρεάτια αποχέτευσης των οµβρίων υδάτων του καταστρώµατος µε την υπόλοιπη εγκατάσταση απαγωγής τους. Για τη διερεύνηση του εδάφους θεµελίωσης εκτελέσθηκαν στην περιοχή του έργου τέσσερις (4) ερευνητικές γεωτρήσεις (ΝΓ1 έως ΝΓ4) µε ανάλογες δοκιµές πεδίου ή εργαστηρίου, σύµφωνα µε το εγκεκριµένο πρόγραµµα γεωτεχνικών ερευνών. Τα βάθη των γεωτρήσεων ήταν διαφορετικά ανάλογα µε την ποιότητα του εδάφους, και συνεπώς η γεώτρηση ΝΓ1 έγινε µέχρι σε βάθος 15,10m η γεώτρηση ΝΓ2 µέχρι σε βάθος 30,50m η γεώτρηση ΝΓ3 µέχρι σε βάθος 20,00m και η γεώτρηση ΝΓ4 µέχρι σε βάθος 18,80m. Από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων των εν λόγω γεωτρήσεων προέκυψε, ότι το υπέδαφος αποτελείται επιφανειακά (µέχρι σε βάθος 8,00m περίπου) από στρώµατα µε αµµώδη χαλίκια και κυρίως µε ιλυώδη άµµο, ενώ στα κατώτερα αυτών στρώµατα κυριαρχούσε ο γνεύσιος (πέτρωµα σχιστολιθικό που µοιάζει πολύ µε το γρανίτη), ο οποίος βρέθηκε σε κατάσταση από ελαφρά έως µέτρια αποσαθρωµένος µέχρι σε κάποιες στρώσεις ήταν από µέτρια έως ισχυρά αποσαθρωµένος. Λαµβάνοντας όµως υπόψη τα µεγάλα µεγέθη των ροπών στη βάση των µεσοβάθρων η διαστασιολόγηση των πελµάτων µιας επιφανειακής θεµελίωσης οδηγούσε σε πολύ µεγάλες διαστάσεις θεµελίων, και έτσι προέκυψε σαν αναγκαία επιλογή η υιοθέτηση θεµελίωσης µε πασσάλους. Η πασσαλοθεµελίωση αποτελούνταν από κεφαλόδεσµο, διαστάσεων κάτοψης 7,50mΧ7,50m και ύψους 1,50m αντίστοιχα, και από οµάδα πασσάλων 5Χ5 διαµέτρου 0,80m και κατάλληλου µήκους ανάλογα µε τις τοπικές εδαφικές συνθήκες. 9

21 Περιγραφή γέφυρας αφετηρίας 2.2 Έδαφος Σεισµικότητα Από την τεχνική έκθεση της οριστικής µελέτης της αρχικής γέφυρας που κατασκευάστηκε, λαµβάνουµε τα εξής: Ζώνη Σεισµικής Επικινδυνότητας: Ι A=0,16 Συντελεστής Θεµελίωσης: θ=1,0 Συντελεστής Σπουδαιότητας: Σύµφωνα µε το γεγονός ότι η γέφυρα είναι έργο ζωτικής σηµασίας, όπου τόσο κατά τη διάρκεια του σεισµού, όσο και µετά πρέπει να µπορεί να λειτουργεί κανονικά, γι αυτό ο αντισεισµικός υπολογισµός εκτελείται µε συντελεστή σπουδαιότητας γ Ι =1,30 Κατηγορία εδάφους: Σύµφωνα µε την αξιολόγηση της γεωτεχνικής έρευνας (στην περιοχή του έργου εκτελέσθηκαν, κατά τη διάρκεια της µελέτης, τέσσερις γεωτρήσεις), το έδαφος από άποψη σεισµικής επικινδυνότητας κατατάσσεται στην κατηγορία Β Τ 1 =0,15sec, Τ 2 =0,60sec Συντελεστής Μετελαστικής Συµπεριφοράς (q): Σύµφωνα µε την εγκύκλιο 39/99, όταν η σεισµική στήριξη του φορέα πραγµατοποιείται κυρίως µέσω ελαστοµεταλλικών εφεδράνων, η συµπεριφορά του συστήµατος είναι πρακτικά ελαστική και πρέπει να χρησιµοποιείται τιµή q=1,0 Ποσοστό απόσβεσης: ζ=5% η=1,0 2.3 Υλικά κατασκευής - Σκυρόδεµα C8/10 (B10) : Σκυρόδεµα καθαριότητας Σκυρόδεµα C16/20 : Σκυρόδεµα προστασίας και στεγάνωσης - Σκυρόδεµα C20/25 (B25): Πάσσαλοι, πτερυγότοιχοι, πλάκες πρόσβασης, πεζοδρόµια - Σκυρόδεµα C30/37 (B35): Φορείς, µεσόβαθρα, ακρόβαθρα, πάσσαλοι, κεφαλόδεσµοι - Χάλυβας οπλισµού S500s : Χαλαροί οπλισµοί(bst 500/550 Ru) - Χάλυβας προέντασης St 1570/1770 : Συρµατόσχοινα προέντασης 10

22 Περιγραφή γέφυρας αφετηρίας 2.4 Γεωµετρία γέφυρας αφετηρίας (α) (β) Σχήµα 2.1: (α) Κατά µήκος τοµή γέφυρας (β) Τοµή µεσοβάθρου 11

23 Περιγραφή γέφυρας αφετηρίας Σχήµα 2.2: Εγκάρσια τοµή κοντά σε µεσόβαθρο 12

24 Περιγραφή γέφυρας αφετηρίας Σχήµα 2.3: Εγκάρσια τοµή κοντά σε άνοιγµα 13

25 Αναβαθµισµένη Γέφυρα 3. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΜΕΝΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ Στην παρούσα εργασία γίνεται µία παραµετρική διερεύνηση της σεισµικής συµπεριφοράς γεφυρών µε ελαστοµεταλλικά εφέδρανα, µε εφέδρανα ολίσθησης και σεισµικούς προσκρουστήρες. Για να προκύψει η αναβαθµισµένη ανασχεδιασµένη γέφυρα, στη γέφυρα αφετηρίας γίνεται σεισµική εµπλοκή των δυο υψηλότερων και διαδοχικών µεσοβάθρων Μ2 και Μ3 µε διαµήκης και εγκάρσιους ανασχεντήρες - stoppers. Η απλοποιηµένη πρόταση σχεδιασµού βασίζεται στη θεώρηση ότι οι σεισµικοί σύνδεσµοι είναι εξαρχής ενεργοποιηµένοι (αρθρωτή σύνδεση φορέαβάθρων). Η διαστασιολόγηση γίνεται µε τις συνήθεις µεθόδους του Κανονισµού (π.χ. δυναµική φασµατική ανάλυση) και την τιµή του συντελεστή συµπεριφοράς q που αντιστοιχεί σε αρθρωτά συνδεδεµένα βάθρα. Στη συνέχεια δίνονται δύο παράγραφοι του κανονισµού οι οποίες αναφέρονται στη συνδεση µεσοβάθρου-καταστρώµατος. Σύµφωνα µε την παράγραφο (8) των οδηγιών για την αντισεισµική µελέτη γεφυρών Ε39/2007 ισχύει ότι: «Είναι δυνατή η χρησιµοποίηση ελαστοµεταλλικών εφεδράνων και εφεδράνων ολίσθησης σε συνδυασµό µε σεισµικούς συνδέσµους µε περιορισµένο περιθώριο µετακίνησης, έτσι ώστε οι σύνδεσµοι να ενεργοποιούνται µόνο υπό σεισµικές φορτίσεις ενώ θα παραµένουν ολικά ή µερικά ανενεργοί υπό τις µη σεισµικές δράσεις σχεδιασµού». Αντιγράφοντας τον Ευρωκώδικα συστήνεται µία αντιµετώπιση των προκατασκευασµένων γεφυρών µε τιµή συντελεστή συµπεριφοράς q=3,5 η οποία όµως εµφανίζει κενά και αβεβαιότητες που ξεπερνούν τα όρια του ανεκτού ως προς την αξιοπιστία, µε αποτέλεσµα η εφαρµογή του άρθρου αυτού να έχει απαξιωθεί εδώ και χρόνια. Σύµφωνα µε αυτήν αφήνεται λειτουργικό περιθώριο για την διαµήκη διεύθυνση µεταξύ των stoppers και του φορέα, ενώ στον σεισµό το πρόβληµα αντιµετωπίζεται, σαν να υπάρχουν αρθρώσεις µεταξύ του φορέα και όλων των µεσοβάθρων, αφού µεσολαβεί µία σχεδόν αυθαίρετη παραδοχή µηδενικής ακαµψίας που εκπροσωπεί το κενό της λειτουργικής φάσης. Ωστόσο, η σύνδεση των µεσοβάθρων µε το κατάστρωµα, η οποία τελικά πραγµατοποιείται στην αναβαθµισµένη γέφυρα, προτείνεται στηρίζεται στην παράγραφο (7) των οδηγιών για την αντισεισµική µελέτη γεφυρών Ε39/2007 : 14

26 Αναβαθµισµένη Γέφυρα «Σεισµικοί σύνδεσµοι µπορούν να χρησιµοποιηθούν, σε συνδυασµό µε ελαστοµεταλλικά εφέδρανα και εφέδρανα ολίσθησης, χωρίς περιθώριο µετακίνησης, για την ανάληψη του συνόλου των οριζοντίων δυνάµεων, σεισµικών και µη, εφόσον εξασφαλίζεται η απαιτούµενη κατασκευαστική ακρίβεια και δεν εµποδίζεται η ελεύθερη στροφή των σηµείων στήριξης του φορέα περί οριζόντιους άξονες. Στην περίπτωση αυτή οι σύνδεσµοι ελέγχονται µε τις ικανοτικές δράσεις του υποκείµενου βάθρου.» Εφαρµογή της διαλαµβανόµενης της παραγράφου (7) σύστασης του κανονισµού αναφορικός µε την διαχείριση των σεισµικών συνδέσµων, εις τρόπον ώστε να προκύψουν αρθρωτές συνδέσεις σε δύο διαδοχικά µεσόβαθρα δίνονται στα παρακάτω σχήµατα: Σχήµα 3.1: Τοµή σύνδεσης µεσοβάθρου µε κατάστρωµα, µε τοποθέτηση διαµήκους και εγκάρσιου stopper Σχήµα 3.2: Κάτοψη σύνδεσης µεσοβάθρου µε κατάστρωµα, µε τοποθέτηση διαµήκους και εγκάρσιου stopper 15

27 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΓΕΦΥΡΑΣ ΑΦΕΤΗΡΙΑΣ ΣΤΟ SAP Γενικά Για να ακολουθήσει η ανάλυση της γέφυρας αφετηρίας µε το πρόγραµµα SAP2000 (version ), πραγµατοποιείται πρώτα η προσοµοίωση της, προκειµένου να διαµορφωθεί το στατικό σύστηµα και να γίνει η διακριτοποίηση του φορέα µε γραµµικά πεπερασµένα στοιχεία. Καθορίζονται οι διατοµές, τα υλικά, εισάγονται τα φορτία και επιλύεται η γέφυρα για δράση σεισµού και κατά τις τρεις διευθύνσεις µε τη υναµική Φασµατική Μέθοδο. Στην επίλυση χρησιµοποιείται δείκτης σεισµικής συµπεριφοράς ίσος µε τη µονάδα και αυτό γιατί όταν ένα σηµαντικό µέρος της σεισµικής µετακίνησης προέρχεται από στοιχείο που παραµένει ελαστικό (ελαστοµεταλλικό εφέδρανο) τότε είναι σκόπιµο να ληφθεί πρακτικά ελαστική δηλαδή q=1, εποµένως σύστηµα χωρίς βλάβες αφού δε δηµιουργούνται πλαστικές αρθρώσεις στις βάσεις των βάθρων. Έχοντας ως αφετηρία το σεισµό 0,16*g µε βάση τον οποίο έχει σχεδιασθεί η γέφυρα, και υλοποιώντας τις αλλαγές στο ύψος των µεσοβάθρων, σε σχέση µε τα ύψη τους στον αρχικό φορέα, τα οποία είναι ακριβώς η µισή τιµή τους, ώστε να διερευνηθεί η επιρροή του ύψους των µεσοβάθρων στον αντισεισµικό σχεδιασµό των προκατασκευασµένων γεφυρών. Ακόµα, οι όποιες αλλαγές υφίσταται η γέφυρα στον τύπο των εφεδράνων, στις διατοµές και στις διαστάσεις των διατοµών των µεσοβάθρων, στην δυσκαµψία των βάθρων κλπ, εξετάζονται αναλυτικά παρακάτω και προφανώς οδηγούν στην ανεύρεση του καινούργιου πλέον κόστος του τεχνικού έργου, αντικείµενο το οποίο επίσης απασχολεί την παρούσα εργασία. 4.2 Στατικό σύστηµα γέφυρας αφετηρίας Το στατικό σύστηµα της γέφυρας αποτελείται από: τον φορέα ανωδοµής τα βάθρα (µεσόβαθρα ακρόβαθρα) και τη πασσαλοθεµελίωση Το µήκος του φορέα της ανωδοµής είναι 140,00m και αποτελείται από τέσσερα ανοίγµατα µήκους 35,00m το καθένα. Ολόκληρο το µήκος της γέφυρας συντίθεται από την πλάκα καταστρώµατος, πέντε προκατασκευασµένες και προεντεταµένες δοκούς µορφής διπλού ταύ και µία χυτή επί τόπου στρώση σκυροδέµατος. Η αποκατάσταση της συνέχειας της πλάκας καταστρώµατος υλοποιείται µε τη διάταξη 16

28 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP2000 πάνω από κάθε µεσόβαθρο πέλµατος συνεχείας µήκους 2,40m ενώ τέλος αρµοί προβλέπονται µόνο στα ακρόβαθρα. Συνεχίζοντας την περιγραφή του φορέα στο σύνολό του, απαιτείται ιδιαίτερη αναφορά στα βάθρα. Αναλυτικότερα, τα ακρόβαθρα είναι συµπαγή, ορθογωνικής διατοµής µεγάλου πλάτους και αντιστηρίζουν το µεταβατικό επίχωµα. Τα µεσόβαθρα είναι µονόστυλα ορθογωνικής κοίλης διατοµής 5,10m Χ 3,10m και πάχος πελµάτων 0,45m. Το κατάστρωµα και τα µεσόβαθρα της γέφυρας προσοµοιώθηκαν µε γραµµικά πεπερασµένα στοιχεία που διαθέτει το παραπάνω πρόγραµµα. εδοµένου ότι στην παρούσα παράγραφο ενδιαφέρει κυρίως η απόκριση του συστήµατος σεισµικής µόνωσης, το κατάστρωµα προσοµοιώθηκε µε ένα στοιχείο δοκού, το οποίο έχει τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά της διατοµής του καταστρώµατος. Στις θέσεις πάνω από τα µεσόβαθρα ελήφθησαν υπόψη οι πλάκες αποκαταστάσεως της συνέχειας του καταστρώµατος µε µειωµένη δυσκαµψία, (ΟΑΜΓ-FB 2007), ήτοι Κ ιι =0,40Κι 1, όπου Κ ι είναι η δυσκαµψία Σταδίου Ι και Κ ιι η αντίστοιχη του Σταδίου ΙΙ. Η γενόµενη παραδοχή διατηρήσεως σταθερής γεωµετρίας του καταστρώµατος σε όλο το µήκος της γέφυρας επηρεάζει ελάχιστα τα αποτελέσµατα της δυναµικής ανάλυσης που ακολουθεί, δεδοµένου ότι: (α) η διαφοροποίηση της µάζας του καταστρώµατος εξαιτίας των ενισχύσεων των άκρων της είναι µικρή και, (β) η διαστασιολόγηση του καταστρώµατος γίνεται µε πολύ αυστηρά κριτήρια λειτουργικότητας, και ως γνωστόν, η σεισµική δράση δεν είναι ποτέ κρίσιµη για τη διαστασιολόγησή του, (Gavaise et al., 2005). Επίσης για τον υπολογισµό της δυσκαµψίας του καταστρώµατος θεωρήθηκε η αρηγµάτωτη δυσκαµψία σταδίου Ι (πλήρης δυσκαµψία). Οι δοκοί στηρίζονται στα µεσόβαθρα και στα ακρόβαθρα µέσω εφεδράνων κυκλικής διατοµής. Τα εφέδρανα προσοµοιώθηκαν µέσω στοιχείων link elements, τα οποία προσοµοιώνουν την στροφική και µεταφορική δυσκαµψία κάθε εφεδράνου. Οι τιµές που χρησιµοποιήθηκαν, προέκυψαν από το µοντέλο των Naeim and Kelly. Χρησιµοποιήθηκαν επίσης άκαµπτα στοιχεία για να προσοµοιώσουν τόσο την απόσταση του κέντρου βάρους της διατοµής της πλακοδοκού από την κεφαλή του εφεδράνου όσο και το πλάτος της κεφαλής µεσοβάθρου. Στον πίνακα που ακολουθεί δίνονται τα ύψη των µεσοβάθρων για τη γέφυρααφετηρία των τεσσάρων ανοιγµάτων: 17

29 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP2000 ΜΕΣΟΒΑΘΡΟ ΥΨΟΣ (m) Μ1 14,175 Μ2 19,810 Μ3 14,860 Πίνακας 4.1: Τα ύψη των µεσοβάθρων για τη γέφυρα-αφετηρία των 4 ανοιγµάτων Περαιτέρω πληροφορίες για τα υλικά και τις διατοµές των δοµικών στοιχείων παρατίθενται στις παραγράφους όπου καθορίζονται τα υλικά και οι διατοµές. 4.3 Συνθήκες στήριξης φορέα Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η θεµελίωση του κάθε βάθρου της γέφυρας γίνεται επί οµάδας πασσάλων οι οποίοι συνδέονται µε κεφαλόδεσµο πάχους 1,50m. Οι πάσσαλοι αυτοί είναι έγχυτοι κυκλικής διατοµής διαµέτρου 80cm, µε διαφορετικά όµως µήκη για κάθε βάθρο, ανάλογα µε την ποιότητα του εδάφους έδρασης του βάθρου (σύµφωνα µε τα δεδοµένα που προέκυψαν από την γεωτεχνική µελέτη που έγινε για την περιοχή κατασκευής του τεχνικού έργου). Ωστόσο, λόγω κατασκευής της πασσαλοθεµελίωσης, η οποία για τον φορέα αποτελεί ένα είδος ακλόνητης στήριξης, στο προσοµείωµα της γέφυρας αφετηρίας µε το πρόγραµµα SAP2000 αυτή παροµοιάστηκε µε πάκτωση σύµφωνα µε το παρακάτω σχήµα: Σχήµα 4.1: Καθορισµός συνθηκών στήριξης της γέφυρας αφετηρίας 18

30 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP Υλικό κατασκευής Για την προσοµοίωση του συστήµατος στο πρόγραµµα είναι απαραίτητος ο καθορισµός των ιδιοτήτων των υλικών. Όλα τα δοµικά στοιχεία κατασκευάζεται από σκυρόδεµα της ίδιας ποιότητας C30/37. Συνεπώς το υλικό που επιλέχθηκε για να προσδώσει τα χαρακτηριστικά κατασκευής του φορέα είναι: CONC για τα δοµικά στοιχεία που απαρτίζουν την ανωδοµή, τα µεσόβαθρα, τις άκαµπτες ζώνες, τους κεφαλόδεσµους και τους πάσσαλους Σηµειώνεται ότι το παραπάνω υλικό είναι ισότροπο, δηλαδή η συµπεριφορά τους είναι ανεξάρτητη από την διεύθυνση της φόρτισης ή την διεύθυνση του δοµικού στοιχείου. Ο προσδιορισµός της µάζας των υλικών είναι δυνατόν να γίνει είτε: από τον χρήστη του προγράµµατος είτε αυτόµατα από το ίδιο το πρόγραµµα. Το SAP δίνει επίσης την δυνατότητα για καθορισµό της µάζας που θα λάβει υπόψη του κατά τις επιλύσεις, από τα στοιχεία προσοµοίωσης (elements) και τις πρόσθετες µάζες ή απευθείας από τις εξωτερικές φορτίσεις ή από όλα τα παραπάνω Στην περίπτωση της γέφυρας που εξετάζουµε επιλέχθηκε η δεύτερη από τις παραπάνω περιπτώσεις, δηλαδή κατά την ανάλυση οι µάζες της κατασκευής να υπολογίζονται αυτόµατα από τα φορτία της (ίδιο βάρος κατασκευής, πρόσθετες µάζες, εξωτερικές φορτίσεις). Κατά συνέπεια τα υλικά εισάγονται στο πρόγραµµα όχι µε µηδενική µάζα αλλά στο υλικό συµπληρώνονται τα ανάλογα δεδοµένα του. Το υλικό αυτό θα προσδώσει στη συνέχεια τις ιδιότητες του, στα στοιχεία (frame elements) του καταστρώµατος της γέφυρας. 19

31 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP2000 Σχήµα 4.2: Καθορισµός ιδιοτήτων του υλικού των δοµικών στοιχείων του φορέα Tο υλικό CONC είναι σκυρόδεµα ποιότητας C30/37 (B45) εποµένως το µέτρο ελαστικότητας του είναι Ε= kpa. Επίσης θέτουµε το ειδικό βάρος σκυροδέµατος γ=25 kν/m 3. Η µάζα του σκυροδέµατος δίνεται ίση µε 2,54 t/m3 και ο λόγος poisson ίσος µε 0,3 προκειµένου να ληφθούν υπόψη κατά την ιδιοµορφική ανάλυση του φορέα. 20

32 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP Ορισµός διατοµών γραµµικών στοιχείων ιατοµή καταστρώµατος (GENDECK) Οι προκατασκευασµένες, προεντεταµένες δοκοί του καταστρώµατος έχουν διατοµή πλακοδοκού (δοκός + πλάκα καταστρώµατος). Συγκριµένα, οι πρόπλακες που στηρίζονται σε δύο διαδοχικές δοκούς του ιδίου ανοίγµατος και η χυτή επί τόπου στρώση σκυροδέµατος σε συνδυασµό µε τους χρησιµοποιούµενους οπλισµούς, αποκαθιστούν τη συνέχεια µεταξύ της πλάκας καταστρώµατος και της δοκού. Έτσι η δοκός λειτουργεί µε ένα τµήµα της πλάκας ως πλακοδοκός. Αρχικά η εγκάρσια διατοµή του φορέα σχεδιάστηκε όπως φαίνεται παρακάτω στο SD Section ως διατοµή µε ονοµασία deck στο πρόγραµµα SAP 2000: Σχήµα 4.3: Ορισµός της διατοµής καταστρώµατος στο SD Section Από την ακριβής σχεδίαση της διατοµής του καταστρώµατος του φορέα στο Section Designer προέκυψε το αποτέλεσµα του παρακάτω σχήµατος: 21

33 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP2000 Σχήµα 4.4: Σχεδίαση διατοµής καταστρώµατος στο Section Designer Σχήµα 4.5: Χαρακτηριστικές ιδιότητες της διατοµής του καταστρώµατος deck Κατόπιν, έγινε ο ορισµός της διατοµής του καταστρώµατος σύµφωνα µε τις εντολές: Define Frame Sections. Στο παράθυρο που εµφανίζεται, επιλέγεται διατοµή Add General Add New Property. Εν συνεχεία στα υπόλοιπα παράθυρα που ακολουθούν ορίζουµε το υλικό CONC, το όνοµα της διατοµής όπως επίσης και τις διαστάσεις της διατοµής που δεν έχει παρά τυπικό χαρακτήρα. Πολύ σηµαντικές είναι ακόµα και η επιλογές: Set Modifiers και κυρίως η Section Properties όπου πρέπει να οριστούν πλέον οι χαρακτηριστικές ιδιότητες της διατοµής του καταστρώµατος deck που µόλις σχεδιάστηκε στο Section Designer, οπότε έχουµε: 22

34 Προσοµοίωση γέφυρας αφετηρίας στο SAP2000 Σχήµα 4.6: Επιλογή ονόµατος, υλικού και ορισµός τυπικών διαστάσεων της διατοµής του καταστρώµατος Σχήµα 4.7: Χαρακτηριστικές ιδιότητες της διατοµής του καταστρώµατος Σχήµα 4.8: υνατότητα αλλαγής των ιδιοτήτων της διατοµής µέσω κατάλληλων συντελεστών 23