Γ' ΚΟΙΝΟΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΤΗΡΙΞΗΣ

Transcript

1 Γ' ΚΟΙΝΟΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΤΗΡΙΞΗΣ ΕΡΓΟΥ (ΤΕΛΙΚΗ) ΕΤΗΣΙΑ ΤΕΛΙΚΗ Χ Τίτλος Υποέργου : Αντισεισμική Προστασία Γεφυρών (ΑΣΠροΓε) Α/Α ΕΚΘΕΣΗΣ: 3 Κωδικός υποέργου : ΔΠ-15 Μέτρο : 4.5 Έργο/Δράση Αρμόδια Διεύθυνση ΓΓΕΤ : ΣΠ-ΔΠ : Αυτοτελές Τμήμα Διαχείρισης Διαρθρωτικών Προγραμμάτων ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 1

2 1. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΠΟΕΡΓΟΥ 1.1. Τίτλος υποέργου Αντισεισμική Προστασία Γεφυρών (ΑΣΠροΓε) 1.2. Επιστημονικός Υπεύθυνος Υποέργου Ονοματεπώνυμο ΑΝΔΡΕΑΣ ΚΑΠΠΟΣ Φορέας: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Θέση: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Διεύθυνση: TMHMA ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥΠΟΛΗ, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ Τηλ.: Ανάδοχος Επωνυμία: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Διεύθυνση: ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥΠΟΛΗ, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ Τηλ.: Διάρκεια υποέργου: Προβλεπόμενη (αρχική σύμβαση και τροποποιήσεις αυτής) Μήνες : 36 Ημερομηνία έναρξης : Ημερομηνία λήξης : Χρονική παράταση (συνολικά σε σχέση με την αρχική σύμβαση) : Απόφαση έγκρισης εκτέλεσης υποέργου και τροποποιήσεις αυτής ΑΡ. ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΑΙΤΙΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ΑΡΧΙΚΗ ΑΠΟΦΑΣΗ Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ Αναμόρφωση πρϋπολογισμού και αλλαγές προσθήκες προσωπικού 2 Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ Αλλαγές προσθήκες προσωπικού 3 Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ Αναμόρφωση πρϋπολογισμού ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 2

3 4 Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ Αναμόρφωση πρoϋπολογισμού 5 Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ Αναμόρφωση πρoϋπολογισμού και αλλαγές προσθήκες προσωπικού 6 Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ Αλλαγές προσωπικού και πρoϋπολογισμού 7 Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ Αλλαγές προσωπικού και πρoϋπολογισμού 8 Η ΤΡΟΠΟΠ. ΑΠΟΦΑΣΗΣ ΤΕΛΙΚΗ ΤΡΟΠ. ΤΕΧΝΙΚΟΥ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΟΣ Τροποποίηση της με αριθ. πρωτ / Απόφασης Χρηματοδότησης Τελική Τροποποίηση Σύμβασης Τελικό Τεχνικό Παράρτημα ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 3

4 2. ΦΥΣΙΚΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ 2.1. Περίληψη πραγματοποιηθεισών εργασιών ΕΕ1: Συμπεριφορά Γεφυρών ως Συστημάτων 1.1 Αναπτύχθηκε η μέθοδος της ιδιομορφικής ανελαστικής στατικής ανάλυσης. Εφαρμόστηκε στην ανάλυση της σεισμικής συμπεριφοράς τριών γέφυρών της Εγνατίας Οδού, μαζί με την κλασική ανελαστική στατική ανάλυση. Αναπτύχθηκε μέθοδος παραγωγής σύνθετης καμπύλης αντίστασης από την ιδιομορφική ανελαστική στατική ανάλυση με εφαρμογή σε τυπική άνω διάβαση. 1.2 Αναπτύχθηκε μεθοδολογία υπολογισμού της σεισμικής συμπεριφοράς βάθρου γέφυρας, με ανοχή της ανελαστικής συμπεριφοράς εδάφους, πασσάλων θεμελίωσης, και βάθρου. Συντάχθηκαν οδηγίες για τις συνθήκες υπό τις οποίες η αλληλεπίδραση είναι σημαντική. 1.3 Αναπτύχθηκε μοντέλο δυναμικής συμπεριφοράς φορέων γεφυρών με συνυπολογισμό της αδρανειακής και κινηματικής αλληλεπίδρασης με τα επιχώματα πρόσβασης και της ενδοτικότητας του εδαφικού υλικού. Τα προκύπτοντα αποτελέσματα βρίσκονται σε άμεση σύγκλιση με τα αντίστοιχα παρεχόμενα από καταγραφές πεδίου. 1.4 Έγινε σύνθεση 24 σεναρίων σεισμικής κίνησης και διερεύνηση της συσχέτισης της καμπυλότητας της γέφυρας με την ασύγχρονη διέγερση υπό διαφορετικές γωνίες σεισμικού κραδασμού. Αποτιμήθηκαν οι νέες διατάξεις του Ευρωκώδικα 8 ως προς τη χωρική μεταβλητότητα με εφαρμογή στη γέφυρα της Κρυσταλλοπηγής και τη χαραδρογέφυρα της Καβάλας. 1.5 Έγινε σύγκριση των αναλύσεων δύο ιστορικών αστοχιών (γέφυρες Düzce-Bolu και Fukae) με την πραγματικότητα, και αξιολόγηση της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε στην ενότητα εργασίας 1.2 για τον υπολογισμό της αλληλεπίδρασης εδάφους πασσαλοθεμελίωσης βάθρου. EE2: Συμπεριφορά Κρίσιμων Περιοχών Γεφυρών 2.1 Ανεπτύχθησαν αναλυτικές μέθοδοι (συμπεριλαμβανομένου νέου μοντέλου πλαστικότητας, το οποίο ενσωματώθηκε στο πρόγραμμα πεπερ, στοιχείων ΑΤΕΝΑ) για εκτίμηση της αποτελεσματικότητας της περίσφιγξης σε κοίλες ή συμπαγείς διατομές βάθρων με ποικίλες διατάξεις εγκάρσιου οπλισμού με σκοπό την βελτιστοποίηση των απαιτήσεων διάταξης του εγκάρσιου οπλισμού σε βάθρα συμπαγούς ή κοίλης διατομής. 2.2 Ποσοτικοποιήθηκαν οι δείκτες μηχανικής συμπεριφοράς βάθρων κυκλικής και κοίλης διατομής συναρτήσει των παραμέτρων σχεδιασμού (διάταξης οπλισμών, γεωμετρία διατομής, χαρακτηριστικά υλικών, λόγο διάτμησης) και οι εξαγόμενες σχέσεις βαθμονομήθηκαν και συσχετίσθηκαν με πειράματα από την διεθνή βιβλιογραφία. 2.3 Διεξήχθησαν πειράματα σε μονολιθικές συνδέσεις βάθρων ανωδομής (κοίλης ή πλήρους διατομής) και διατυπώθηκαν αναλυτικά προσομοιώματα σχεδιασμού κόμβων γεφυρών τα οποία στη συνέχεια συσχετίσθηκαν με την πειραματική βάση δεδομένων. Επαληθεύθηκαν και πιστοποιήθηκαν οι πρόσφατες σχετικές διατάξεις του EC Ανεπτύχθη μεθοδολογία ανάλυσης για γραμμικό και μη γραμμικό υπολογισμό γεφυρών από οπλισμένο σκυρόδεμα με στοιχεία κιβωτιοειδούς διατομής σε συνδυασμό με σχετικά χαμηλό υπολογιστικό κόστος. ΕΕ3: Βελτίωση μεθόδων αντισεισμικού σχεδιασμού γεφυρών 3.1 Διερευνήθηκε ο τρόπος ορισμού του δείκτη συμπεριφοράς q βάσει τόσο των ανελαστικών στατικών μεθόδων ανάλυσης όσο και των αντίστοιχων δυναμικών μεθόδων ανάλυσης, για τύπους γεφυρών που είτε παρουσιάζουν ανελαστική συμπεριφορά των βάθρων, είτε όχι (οπότε η αστοχία τους οφείλεται στην αστοχία άλλων στοιχείων του φορέα π.χ. εφέδρανα, σεισμικοί σύνδεσμοι). Υπολογίστηκαν οι τιμές του διαθέσιμου q για όλους τους συνήθεις τύπους γεφυρών της Εγνατίας. 3.2 Με εφαρμογή της προτεινόμενης μεθόδου της ενότητας 1.3 για ευρύ φάσμα επιβαλλόμενων σεισμικών διέγερσεων χαράχθηκε η υπερωθητική καμπύλη του συστήματος (φορέας γέφυρας - επιχώματα πρόσβασης - θεμελίωση) και προτάθηκε αντίστοιχη μεθοδολογία στηριζόμενη αποκλειστικά σε απλοποιημένες αναλυτικές μεθόδους που αναπτύχθηκαν για τον σκοπό αυτόν. Τα προκύπτοντα αποτελέσματα βρίσκονται σε πλήρη σύγκλιση τόσο με τις αντίστοιχες καταγρα- ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 4

5 φές από μετρήσεις πεδίου επί της γέφυρας PSO, όσο και με προβλέψεις άλλων ερευνητών που διατίθενται στη βιβλιογραφία. Με την χάραξη της υπερωθητικής καμπύλης του συστήματος και τον συνυπολογισμό της σταδιακής ενεργοποίησης των επιχωμάτων πρόσβασης υπό αυξανόμενη σεισμική ένταση στην εφαρμογή της μεθόδου, παρέχεται η δυνατότητα αναγνώρισης νέων σταθμών επιτελεστικότητας κυρίως για τα υποστυλώματα των μεσόβαθρων οδηγώντας σε νέες στρατηγικές σχεδιασμού και όπλισης. 3.3 Μελετήθηκε η συμπεριφορά πλήθους επιχωμάτων γεφυρών, πραγματοποιήθηκαν υπερωθητικές αναλύσεις και οι αντίστοιχες καμπύλες αντοχής, και διατυπώθηκε ο μετασχηματισμός πολυβάθμιων συστημάτων σε ισοδύναμα μονοβάθμια. Ολοκληρώθηκε η υλοποίηση των διαφόρων επιμέρους τμημάτων της πρότασης για τον αντισεισμικό σχεδιασμό γεφυρών με βάση τις παραμορφώσεις, και έγινε προσομοίωση και ανάλυση της Γέφυρας Τ8 της Εγνατίας. 3.4 Αναπτύχθηκε πρόγραμμα Η/Υ για τον προσδιορισμό της στρεπτικής συμπεριφοράς προεντεταμένων κιβωτοειδών διατομών. Πραγματοποιήθηκαν μη-γραμμικές αναλύσεις για τη διερεύνηση της επίδρασης του ανασηκώματος. Εξετάστηκε η τοπική επίδραση του ανασηκώματος στο εφέδρανο και στον φορέα. ΕΕ4: Σεισμική μόνωση και συστήματα απόσβεσης ενέργειας 4.1 Εξετάσθηκε μέσω 50 συνολικά ψευδοδυναμικών δοκιμών η σεισμική απόκριση γέφυρας μονωμένης με απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα, εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου και απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγική συσκευή πρόσθετης απόσβεσης. Τα βάθρα και ο φορέας καταστρώματος προσομοιώνονται αναλυτικά και η συμπεριφορά του μονωτήρα εξετάζεται πειραματικά. Οι ψευδοδυναμικές δοκιμές έγιναν σε διάφορα επίπεδα σεισμικής διέγερσης Εγιναν και πειράματα στα οποία η δυσκαμψία βάθρου θεωρήθηκε δεκαπλάσια ή υποδεκαπλάσια της βασικής ή η μάζα φορέα καταστρώματος ελήφθη διπλάσια ή η μισή της βασικής. Ταυτόχρονα έγιναν ελαστικές γραμμικές και μη-γραμμικές αναλύσεις και τα αποτελέσματά τους συγκρίθηκαν με αυτά των πειραματικών δοκιμών. 4.2 Η εργασία επεκτάθηκε σε 2 ακόμη τύπους μονωτήρων: α) ιξώδης αποσβεστήρες (με 4 τιμές του συντελεστή απόσβεσης) και β) εφέδρανα τριβής με διπλή σφαιρική επιφάνεια ολίσθησης (και 4 συνδυασμοί συντελεστή τριβής των 2 επιφανειών ολίσθησης). Με χρήση προσομοιωμάτων που περιλαμβάνουν την επιρροή της υπεραντοχής του μονωτήρα, έγινε σειρά δυναμικών ανελαστικών αναλύσεων για 7 επιταχυνσιογραφήματα, σε 5 επίπεδα έντασης. Οταν η ικανότητα μετακίνησης εξαντλείται θεωρήθηκε η ιδιοπερίοδος της μη μονωμένης κατασκευής. Με βάση δυναμικές αναλύσεις προτείνονται συγκεκριμένες οδηγίες για τον σχεδιασμό του κάθε τύπου μονωτήρα, που λαμβάνουν υπόψη τις αβεβαιότητες της συμπεριφοράς όταν ξεπερνιέται η ικανότητα μετακίνησης 4.3 Η διερεύνηση της μεταβολής του κατακορύφου φορτίου του μονωτήρα λόγω της απόκρισης κατά την εγκάρσια στον άξονα της διεύθυνσης, εξετάσθηκε με παραμετρική ανάλυση ευθύγραμμης γέφυρας μονωμένης με εφέδρανα σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης. Παράμετροι της μήγραμμικής δυναμικής ανάλυσης είναι: η κυκλική ιδιοσυχνότητα μονωτήρα και βάθρου, ο λόγοι μαζών και υψών φορέα καταστρώματος προς βάθρου, καταστρώματος προς βάθρου και η μέγιστη επιτάχυνση της διέγερσης. Παράμετροι για την ανασήκωση του φορέα από τα εφέδρανα είναι ο λόγος ύψους φορέα καταστρώματος προς απόσταση εφεδράνων εγκάρσια στον άξονα και η στροφική ροπή αδρανείας φορέα καταστρώματος διαιρεμένη δια της διατομής του επί το γινόμενο ύψους φορέα και βάθρων. Από την παραμετρική ανάλυση δεν διαπιστώθηκε ανασήκωση του φορέα από τα εφέδρανα, παρά μόνον γιά ελάχιστους ακραίους συνδυασμούς παραμέτρων. 4.4 Έγιναν παραμετρικές δυναμικές ανελαστικές αναλύσεις για σύνολο 122 πραγματικών επιταχυνσιογραφημάτων και 5 επίπεδων έντασης και καλύπτουν το εύρος ιδιοτήτων των συστημάτων σεισμικής μόνωσης που χρησιμοποιούνται στον Ελλαδικό και τον Ευρωπαϊκό χώρο. Με βάση την στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων των παραμετρικών αναλύσεων παρήχθησαν αναλυτικές σχέσεις οι οποίες εκτιμούν τιμές σχεδιασμού των μεγεθών που εκφράζουν την ικανότητα επαναφοράς του συστήματος σεισμικής μόνωσης. Επιπλέον εκτιμήθηκε η συσσώρευση παραμενουσών μετακινήσεων από μια σειρά σεισμικών γεγονότων που προηγούνται του σεισμού σχεδιασμού και έχουν συγκεκριμένη πιθανότητα εμφάνισης. Οι κανονιστικές διατάξεις του Ευρωκώδικα 8 και των Αμερικάνικων κανονισμών για την ικανότητα επαναφοράς βρέθηκαν πολύ συντηρητικές. Προτάθηκε τροποποίησή τους που εμπεριέχει ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 5

6 επαρκή συντηρητικότητα ΕΕ5: Ενοργάνωση Γεφυρών και Προσδιορισμός των Δυναμικών τους Χαρακτηριστικών 5.1 Αναπτύχθηκε μεθοδολογία βέλτιστης διάταξης αισθητήρων, καθώς και η υλοποίησή της σε λογισμικό με γραφικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης με τον χρήστη. Ολοκληρώθηκαν επίσης οι μελέτες πιστοποίησης σε μοντέλα των ενοργανωμένων γεφυρών. 5.2 Αναπτύχθηκε μεθοδολογία αναγνώρισης ιδιομορφικών χαρακτηριστικών με βάση ταλαντώσεις σε σεισμικά και λειτουργικά φορτία, έγινε υλοποίηση της μεθοδολογίας σε λογισμικό με γραφικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης με τον χρήστη και πιστοποίηση του λογισμικού. 5.3 Ολοκληρώθηκε επιτυχώς το πρόγραμμα λήψης τακτικών μετρήσεων της δυναμικής απόκρισης των δύο ενοργανωμένων γεφυρών (Καβάλας και Πολυμύλου) σε κυκλοφοριακό φόρτο. Οι μετρήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών των γεφυρών με βάση τη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στην ΕΕ5.2. Ελέγχθηκε η ποιότητα φρεατοπασσάλων με μεθόδους μη καταστροφικού ελέγχου σε θέσεις γέφυρας και έργου cut and cover της Εγνατίας Οδού. Τοποθετήθηκαν πρόσθετα όργανα (δυναμικά αρμόμετρα και μηκυνσιόμετρα), πέραν των συμβατικών υποχρεώσεων του προγράμματος, στις γέφυρες Καβάλας και Πολυμύλου με στόχο την πληρέστερη παρακολούθηση της δυναμικής τους απόκρισης. 5.4 Συντάχθηκαν οδηγίες ενοργάνωσης και παρακολούθησης απόκρισης γεφυρών. Στόχος του εγχειριδίου είναι να αποτελέσει ένα βοήθημα για τον αποτελεσματικό σχεδιασμό και υλοποίηση εργασιών ενοργάνωσης γεφυρών με διάφορα μετρητικά συστήματα και την παρακολούθηση της απόκρισης τους στα λειτουργικά και περιβαλλοντικά φορτία για την αποτίμηση της φέρουσας ικανότητας και δομικής τους ασφάλειας. ΕΕ6: Ανάπτυξη Μεθοδολογίας Παρακολούθησης της Δομικής Κατάστασης και Αποτίμησης της Σεισμικής Επάρκειας Γεφυρών με Βάση τα Μετρητικά Δεδομένα 6.1 Αναπτύχθηκε λογισμικό αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων, και γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη, και συντάχθηκε εγχειρίδιο χρήσης του λογισμικού. Ολοκληρώθηκε η πιστοποίηση των δυνατοτήτων του λογισμικού με μετρήσεις από τις δύο ενοργανωμένες γέφυρες (Καβάλας και Πολυμύλου). 6.2 Ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών, η υλοποίηση της σε λογισμικό, η ανάπτυξη του εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη και η σύνταξη του εγχειριδίου χρήσης του λογισμικού. 6.3 Πραγματοποιήθηκε ολοκληρωμένο πείραμα αναθεώρησης μοντέλων και διάγνωσης βλαβών στο εργαστηριακό ομοίωμα γέφυρας μικρής κλίμακας και έγιναν μελέτες πιστοποίησης των μεθοδολογιών αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων και διάγνωσης βλαβών με βάση πραγματικές μετρήσεις από το εργαστηριακό ομοίωμα γέφυρας μικρής κλίμακας. 6.4 Ολοκληρώθηκε η αναγνώριση των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών, η αναθεώρηση παραμετρικών μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων και η διάγνωση βλαβών με προσομοιωμένα δεδομένα των δύο ενοργανωμένων γεφυρών της Εγνατίας Οδού. ΕΕ7: Καμπύλες σεισμικής τρωτότητας ελληνικών γεφυρών 7.1 Aναπτύχθηκε σύστημα ταξινόμησης των ελληνικών γεφυρών βάσει 3 δομικών χαρακτηριστικών τους, και από τους προκύπτοντες 36 τύπους επελέχθησαν οι 11 συνήθεις τύποι, βάσει σχετικής καταγραφής των γεφυρών της Εγνατίας Οδού, και οι αντίστοιχες γέφυρες που αναλύθηκαν στο πλαίσιο της ΕΕ7 (βλ. και 7.3). 7.2 Έγινε πιλοτική εφαρμογή μεθοδολογιών παραγωγής καμπυλών τρωτότητας τόσο με χρήση δυναμικής ανελαστικής ανάλυσης όσο και με χρήση στατικής υπερωθητικής ανάλυσης, σε χαρακτηριστικούς τύπους γεφυρών. Πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις τρωτότητας στη χαραδρογέφυρα της Καβάλας (στατική υπερωθητική ανάλυση). Έγινε επίσης προσομοίωση και αναλύσεις τρωτότητας της γέφυρας της Ειρήνης (ανατ. τομέας), Τύπος Αναπτύχθηκε μεθοδολογία παραγωγής καμπυλών τρωτότητας με βάση ανελαστικές αναλύσεις (δυναμικές/στατικές) και εφαρμογή της σε 11 συνολικώς γέφυρες που καλύπτουν όλους τους συνήθεις τύπους γεφυρών της Εγνατίας Οδού. Εξετάστηκε ακόμη η επιρροή της ύπαρξης αρμών μικρού εύρους στην τρωτότητα των γεφυρών. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 6

7 7.4 Βελτιώθηκε το ερωτηματολόγιο σεισμικής διακινδύνευσης του ΟΑΣΠ (2002). και εφαρμόστηκε για 21 τυπικές γέφυρες (δύο από κάθε συνήθη κατηγορία της εργ. 7.1) καταμήκος της Εγνατίας Οδού. Αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα των ερωτηματολογίων και έγινε προσπάθεια συσχέτισής τους με τις καμπύλες τρωτότητας κάθε κατηγορίας. ΕΕ8: Ανάπτυξη Συστήματος Διαχείρισης Σεισμικής Διακινδύνευσης Γεφυρών. 8.1 Εγκαταστάθηκαν εδαφικοί τριαξονικοί επιταχυνσιογράφοι σε θέσεις της 2ης χαραδρογέφυρας Καβάλας (Γ2) και της γέφυρας του Πολύμυλου. Έγιναν μετρήσεις μερικών ασθενών εδαφικών κινήσεων στις δύο θέσεις γεφυρών, ελήφθησαν μετρήσεις μικροθορύβου στην γέφυρα Καβάλας. Βάσει αυτών προσδιορίστηκαν πιθανά πιλοτικά σενάρια σεισμικής εδαφικής κίνησης στις δύο θέσεις και ενημερώθηκε το σχετικό λογισμικό της EOAE. 8.2 Ολοκληρώθηκε η τελική αναλυτική έκδοση του εγχειριδίου οπτικής επιθεώρησης, βασισμένη στα αμερικάνικα κυρίως (FHWA) και ευρωπαϊκά πρότυπα και κανονισμούς. Oλοκληρώθηκε η αρχική οτπική επιθεώρηση των κατασκευασμένων γεφυρών των τμημάτων της ΕΟ, από τα Γρεβενά έως τα ελληνοτουρκικά σύνορα, και ενημερώθηκε με τα αποτελέσματα της επιθεώρησης η ΗΒΔ. Επίσης ολοκληρώθηκε η πρόταση μεθόδου αποτίμησης - βαθμολόγησης της κατάστασης γεφυρών σύμφωνα με τις ανάγκες του Λογισμικού Διαχείρισης Γεφυρών (ΛΔΓ). 8.3 Ολοκληρώθηκε η Ηλεκτρονική Βάση Δεδομένων (ΗΒΔ), με τα εγχειρίδια χρήστη και προγραμματιστή, μαζί με όλες τις αναθεωρήσεις, προσθήκες πεδίων και νέους συνδυασμούς πεδίων, και αλλαγές στον σχεδιασμό της. Υλοποιήθηκε η δυνατότητα ευρείας επιλογής στατιστικών και αναφορών της ΗΒΔ. Οριστικοποιήθηκε η διασύνδεση της ΒΔ γεφυρών με το Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών της Εγνατίας (GIS) με την απεικόνιση τμήματος των γεφυρών της ΕΟΑΕ. Ολοκληρώθηκε η ενημέρωση της ΗΒΔ με τα στοιχεία των οριστικών μελετών γεφυρών της ΕΟ και των αποτελεσμάτων της επιθεώρησής τους (440 γέφυρες και τεχνικά της ΕΟΑΕ) και συνδέθηκε με το ολοκληρωμένο ΛΔΓ. Ενσωματώθηκε ο αυτόματος προσδιορισμός της εκτίμησης επάρκειας γεφυρών (Sufficiency Rating) σύμφωνα με το αμερικάνικο πρότυπο (FHWA). 8.4 Υλοποιήθηκε μία έμμεση διασύνδεση με το λογισμικό εκτίμησης σεισμικής επικινδυνότητας κατά μήκος της ΕΟΑΕ, μέσω ενσωμάτωσης σχετικών πεδίων στην ΗΒΔ που θα ενημερώνονται από τα αποτελέσματα του λογισμικού για κάθε γέφυρα (σεισμική δράση και σεισμική τρωτότητα) και της σχετικής τροποποίησης των Δέντρων Αποφάσεων του ΛΔΓ, ώστε να λαμβάνεται υπόψη η τρωτότητα στην χρηστικότητα, στην κατάσταση, στην ιεράρχηση και στη βελτιστοποίηση του προγραμματισμού κύριας συντήρησης γεφυρών. 8.5 Ολοκληρώθηκε το τελικό εκτελέσιμο ΛΔΓ με δυνατότητα επεξεργασίας δεδομένων κατάστασης επιθεωρημένων γεφυρών και πρόταση ενεργειών κύριας συντήρησης, και πρόταση τελικού βέλτιστου προγράμματος κύριας συντήρησης. Ολοκληρώθηκαν οι τελικοί έλεγχοι του λογισμικού και τα τελικά εγχειρίδια χρήστη και προγραμματιστή. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 7

8 2.2. Αναλυτική Περιγραφή των Ενοτήτων Εργασιών (Ε.Ε.) που υλοποιήθηκαν ΕΕ1: Συμπεριφορά Γεφυρών ως Συστημάτων Εργασία 1.1: Διερεύνηση και βελτίωση μεθόδων ανελαστικής στατικής ανάλυσης της σεισμικής συμπεριφοράς γεφυρών. Στο πλαίσιο της εργασίας Ε1.1, εξετάστηκε η διερεύνηση και η βελτίωση των μεθόδων ανελαστικής στατικής ανάλυσης της σεισμικής συμπεριφοράς τυπικών γεφυρών. Για τους σκοπούς της έρευνας, είχε επιλεγεί στην αρχή του προγράμματος η γέφυρα της Κρυσταλλοπηγής, η οποία κατασκευάστηκε από την ΕΓΝΑΤΙΑ ΟΔΟ Α.Ε.. Πρόκειται για γέφυρα καμπύλου φορέα, 12 ίσων ανοιγμάτων, συνολικού μήκους 638m και ακτίνα καμπυλότητας 488m, η οποία στηρίζεται σε 11 μεσόβαθρα, το ύψος των οποίων κυμαίνεται από 11 έως 27m. Η σύνδεση του καταστρώματος με τα βάθρα γίνεται με διαφορετικό τρόπο κατά μήκος του φορέα. Συγκεκριμένα τα Μ1, Μ2, Μ3, και Μ9 Μ10, Μ11 συνδέονται με το κατάστρωμα μέσω εφεδράνων τύπου ALGAPOT, ενώ τα υπόλοιπα 5 μεσαία βάθρα συνδέονται μονολιθικά. Η κατάλληλη προσομοίωση του φορέα διαμορφώθηκε με λεπτομέρεια κατά τη διάρκεια του πρώτου έτους (Σχήμα 1.1.1α), ενώ κατά τη διάρκεια του δεύτερου και τρίτου έτους προγράμματος εξετάστηκε η εφαρμοσιμότητα και η ακρίβεια της ιδιομορφικής ανελαστικής στατικής ανάλυσης σε αυτό το φορέα γέφυρας, δίνοντας έμφαση στη διερεύνηση θεμάτων που δημιούργησαν προβληματισμούς κατά την εφαρμογή των ανελαστικών αναλύσεων με σκοπό τη βελτίωση της ως μέθοδο ανάλυσης της σεισμικής συμπεριφοράς γεφυρών. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια του τρίτου έτους, διερευνήθηκε η εφαρμοσιμότητα και η ακρίβεια των ανελαστικών στατικών αναλύσεων σε ένα φορέα μιας τυπικής άνω διάβασης της Εγνατίας Οδού. Η ιδιαιτερότητα του φορέα σε σχέση με τον προηγούμενο τύπο γέφυρας βρίσκεται στον τρόπο έδρασης του καταστρώματος στη θέση των ακροβάθρων, η οποία κατά την εγκάρσια διεύθυνση γίνεται μέσω ελαστομεταλλικών εφεδράνων και είναι πρακτικά ελεύθερη, ενώ στη θέση των δύο μεσοβάθρων είναι μονολιθική (Σχήμα 1.1.1β). Η διαφορετική συνδεσμολογία αλλάζει σημαντικά τα δυναμικά χαρακτηριστικά του φορέα κάτι που προκαλεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη σύγκριση των αποτελεσμάτων των ανελαστικών μεθόδων. Συγκεκριμένα, εξετάστηκε με λεπτομέρεια ο τρόπος ορισμού των καμπυλών αντίστασης του φορέα καθώς και των καμπυλών αντίστασης του αντίστοιχου ισοδύναμου μονοβάθμιου συστήματος κυρίως στις περιπτώσεις ιδιομορφών πέρα από τη θεμελιώδη. Μετά από διεξοδική μελέτη και σύγκριση των αναλύσεων προτείνεται να γίνεται ο ορισμός των καμπυλών αντίστασης του φορέα ως προς το σημείο του καταστρώματος που βρίσκεται πάνω από το βάθρο με τη μεγαλύτερη πλαστική άρθρωση. Με τον τρόπο αυτό κρίθηκε ότι οι παραγόμενες καμπύλες αντίστασης είναι πιο αντιπροσωπευτικές για την κατάσταση του φορέα για την εξεταζόμενη ιδιομορφική φόρτιση. Ως εναλλακτικός τρόπος ορισμού της καμπύλης αντίστασης προτείνεται η χρήση του σημείου του καταστρώματος στη θέση του ισοδύναμου μονοβάθμιου συστήματος, κάτι όμως που σε ορισμένες περιπτώσεις φορτίσεων μπορεί να δώσει την πλασματική εικόνα ότι ο φορέας παραμένει ελαστικός την ίδια στιγμή που έχουν δημιουργηθεί πλαστικές αρθρώσεις (Σχήμα 1.1.2). Επίσης εξετάστηκε η ακρίβεια της Ιδιομορφικής ανελαστικής στατικής ανάλυσης με σύγκριση τόσο των εγκάρσιων μετακινήσεων καταστρώματος, όσο και άλλων μεγεθών απόκρισης όπως είναι τα σχετικά βέλη, οι πλαστικές στροφές που αναπτύσσονται στις διατομές των κρίσιμων διατομών των βάθρων καθώς και εντατικά μεγέθη, όπως είναι οι ροπές και οι τέμνουσες δυνάμεις που αναπτύσσονται στις βάσεις των βάθρων. Εξετάστηκε ο τρόπος εξαγωγής των παραπάνω μεγεθών τόσο για την περίπτωση της ελαστικής ανάλυσης του φορέα όσο και για τις περιπτώσεις των ανελαστικών αναλύσεων με τις τρεις διαφορετικές μεθοδολογίες που εφαρμόστηκαν. Ειδικά για την περίπτωση της ιδιομορφικής ανελαστικής ανάλυσης η διαδικασία εξαγωγής των εντατικών μεγεθών και συγκεκριμένα των τεμνουσών δυνάμεων, στις θέσεις των κρίσιμων διατομών των βάθρων, δεν είναι άμεση (με απευθείας εξαγωγή από το πρόγραμμα ανάλυσης) αλλά απαιτεί μια διόρθωση των ροπών κάμψης ανάλογα με τη σχέση Μ-θ, της συγκεκριμένης κρίσιμης διατομής συναρτήσει της αναπτυσσόμενης πλαστικής στροφής. Οι αναλύσεις και οι συγκρίσεις των αποτελεσμάτων εφαρμόστηκαν για διάφορα επίπεδα σεισμικής διέγερσης. Από τα αποτελέσματα των συγκρίσεων αποδείχθηκε ότι η ιδιομορφική ανελαστική στατική ανάλυση δίνει σε μεγάλο βαθμό βελτιωμένα αποτελέσματα σε σχέση με την κλασσική ανελαστική στατική ανάλυση (Σχήμα 1.1.3, 1.1.4, 1.1.5). Κατά τη διάρκεια του τέταρτου έτους προγράμματος, έγινε μια προσπάθεια βελτίωσης της ακρίβειας της κλασσικής ανελαστικής στατικής ανάλυσης μέσω διαφορετικών κατανομών των οριζόντιων φορτίσεων. Συγκεκριμένα, εφαρμόστηκε η ομοιόμορφη κατανομή φόρτισης, σύμφωνα με την οποία οι επιβαλλόμενες δυνάμεις είναι ανάλογες προς τις δρώσες μάζες, για την εξεταζόμενη διεύθυνση. Η εν ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 8

9 λόγω κατανομή φόρτισης συνήθως απαιτείται από κανονισμούς/οδηγίες για τη στατική ανελαστική ανάλυση σε κτιριακούς φορείς, σε συνδυασμό πάντα με κάποια ιδιομορφική κατανομή, δεδομένου ότι οδηγεί σε δυσμενέστερα αποτελέσματα ως προς τον λόγο V/M στο κατώτερο τμήμα του φορέα απ ό,τι η τριγωνική ή η πρώτη ιδιομορφική κατανομή. Είναι επομένως σκόπιμο να εξεταστεί η επιρροή της συγκεκριμένης φόρτισης και σε φορείς γεφυρών, ώστε να διαπιστωθεί αν δίνει δυσμενέστερα αποτελέσματα για κάποια μεγέθη απόκρισης. Από τη σύγκριση των αναλύσεων (Σχήμα 1.1.5) παρατηρήθηκε ότι η ανελαστική στατική ανάλυση με ομοιόμορφη κατανομή φόρτισης αδυνατεί να εντοπίσει τις περιοχές όπου παρατηρούνται οι μέγιστες μετακινήσεις βάσει τόσο της ανελαστικής στατικής με ιδιομορφική κατανομή όσο και της δυναμικής ανελαστικής. Αντίθετα σε περιοχές του φορέα όπου δεν είναι κυρίαρχη η θεμελιώδης ιδιομορφή, και η ανελαστική στατική με ιδιομορφική κατανομή αποκλίνει από την δυναμική ανελαστική, η ανάλυση με ομοιόμορφη κατανομή δίνει καλύτερα αποτελέσματα. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε η κατανομή φόρτισης που προκύπτει από την επαλληλία των ιδιομορφικών φορτίων του φορέα. Κατά την επαλληλία των ιδιομορφικών φορτίων λαμβάνονται υπόψη οι σημαντικότερες ιδιομορφές του φορέα κατά την εξεταζόμενη διεύθυνση, ενώ ταυτόχρονα συνεκτιμάται το ποσοστό συμμετοχής της κάθε ιδιομορφής στην τελική απόκριση του φορέα. Είναι επομένως χρήσιμο να γίνει η εφαρμογή της συγκεκριμένης φόρτισης σε φορείς γεφυρών ώστε να διαπιστωθεί αν τα αποτελέσματα που προκύπτουν είναι βελτιωμένα σε σχέση με την ιδιομορφική και την ομοιόμορφη κατανομή φόρτισης. Από τη σύγκριση των μετακινήσεων του καταστρώματος της γέφυρας της Κρυσταλλοπηγής (Σχ. 4) αποδεικνύεται ότι η ανελαστική στατική ανάλυση με τη συγκεκριμένη κατανομή φόρτισης δίνει ελαφρώς βελτιωμένα αποτελέσματα σε σχέση με την αντίστοιχη ανάλυση του φορέα με την ιδιομορφική φόρτιση. Στις περιοχές όπου η ακρίβεια της κλασικής ανελαστικής ανάλυσης λόγω της επιρροής των ανώτερων ιδιομορφών είναι περιορισμένη, η αντίστοιχη ανάλυση με τη συγκεκριμένη φόρτιση δίνει ελαφρώς καλύτερα αποτελέσματα, χωρίς όμως να είναι σε θέση να πλησιάσει σε ικανοποιητικό βαθμό την ακρίβεια των δυναμικών αναλύσεων. Το τελευταίο είναι αναμενόμενο, όχι μόνο διότι, η ιδιομορφική επαλληλία ισχύει για τα μεγέθη απόκρισης και όχι για τα φορτία, αλλά και διότι τα σχήματα και τα ποσοστά συμμετοχής των ιδιομορφών μεταβάλλονται στη διάρκεια της μετελαστικής απόκρισης του φορέα. Επίσης, στις γέφυρες (περισσότερο απ ό,τι στα κτίρια) κάποιες ανώτερες ιδιομορφές (με χαμηλά ποσοστά συμμετοχής, άρα καταρχήν μη-σημαντικές ) επηρεάζουν αρκετά σημαντικά ορισμένες περιοχές εκτός του κεντρικού τμήματος του φορέα. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια του τέταρτου έτους προγράμματος, έγινε προσπάθεια σύγκρισης των μεθόδων ανάλυση μέσω των καμπυλών αντίστασης του φορέα. Μελετήθηκε διεξοδικά ο τρόπος εξαγωγής της Ιδιομορφικής καμπύλης αντίστασης για φορείς γεφυρών όπου η κλασική καμπύλη αντίστασης κρίνεται ανεπαρκής για την περιγραφή της πραγματικής απόκρισης του φορέα. Η εφαρμογή έγινε στην τυπική άνω διάβαση, όπου διαπιστώθηκε ότι λόγω τόσο της μικρής συμμετοχής της θεμελιώδους ιδιομορφής όσο και της δυνατότητας εγκάρσιας μετακίνησης του καταστρώματος η κλασική ανελαστική ανάλυση αδυνατεί να δώσει μια ρεαλιστική εικόνα απόκρισης του φορέα. Μελετήθηκε η χάραξη των δυναμικών καμπυλών αντίστασης μέσω των δυναμικών αναλύσεων για αυξανόμενα επίπεδα σεισμικών διεγέρσεων. Οι δυναμικές καμπύλες αντίστασης ορίστηκαν για τρεις συνδυασμούς τέμνουσας βάσης και μετακίνησης σημείου ελέγχου: 1. Μέγιστη τιμή μετακίνησης (u max ) του σημείου ελέγχου με ταυτόχρονη τιμή της τέμνουσας βάσης του φορέα (V b (t)): u max - V b (t) 2. Μέγιστη τιμή μετακίνησης (u max ) του σημείου ελέγχου με την τιμή της τέμνουσας βάσης του φορέα που αναπτύσσεται ένα βήμα πριν από τη στιγμή που εμφανίζεται η μέγιστη τιμή μετακίνησης (V b (t-δt)): u max - V b (t-δt), ή ένα βήμα μετά από τη στιγμή που εμφανίζεται η μέγιστη τιμή μετακίνησης (V b (t+δt)): u max - V b (t+δt) 3. Μέγιστη τιμή μετακίνησης (u max ) του σημείου ελέγχου με την μέγιστη τιμή της τέμνουσας βάσης του φορέα (V bmax ). Πρέπει να σημειωθεί ότι στη συγκεκριμένη περίπτωση τα μεγέθη δε λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα, αλλά μεγιστοποιούνται σε διαφορετικές χρονικές στιγμές κατά την ταλάντωση του φορέα: u max - V bmax Οι δυναμικές καμπύλες αντίστασης συγκρίνονται με την Ιδιομορφική καμπύλη αντίστασης καθώς και με τις καμπύλες αντίστασης του φορέα που παρήχθησαν από ανελαστική στατική ανάλυση (με ιδιομορφική κατανομή και ομοιόμορφη κατανομή φόρτισης) (Σχήμα 1.1.6) Από τη σύγκριση προκύπτει ότι η σύνθετη καμπύλη αντίστασης βάσει της ΙΑΣΑ, σχεδόν ταυτίζεται με τις δυναμικές καμπύλες αντίστασης του φορέα, κάτι που αποδεικνύει την αξιοπιστία και την ακρίβεια της ΙΑΣΑ. Αντίθετα η καμπύλη αντίστασης βάσει της ανελαστικής στατικής ανάλυσης με ομοιόμορφη κατανομή φόρτισης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 9

10 υπερεκτιμά τη συνολική απόκριση του φορέα, ενώ η καμπύλη αντίστασης όπως προκύπτει από την ανελαστική στατική ανάλυση με κατανομή φόρτισης σύμφωνα με την θεμελιώδη ιδιομορφή, προσεγγίζει ικανοποιητικά τις δυναμικές καμπύλες μόνο στον ελαστικό κλάδο, ενώ υποεκτιμά την ανελαστική απόκριση του φορέα Κατά τη διάρκεια του τελευταίου έτους, εξετάστηκε η εφαρμοσιμότητα και η ακρίβεια των ανελαστικών στατικών αναλύσεων στην γέφυρα Γ11, της Ε.Ο.Α.Ε. Πρόκειται για μια γέφυρα τριών ανοιγμάτων, συνολικού μήκους 250m, με μικρή καμπυλότητα, η οποία στηρίζεται σε δύο μεσόβαθρα ύψους 35m και 45m. Η σύνδεση του καταστρώματος με τα βάθρα είναι μονολιθική, ενώ στην περιοχή των ακροβάθρων δεν επιτρέπεται η εγκάρσια μετακίνηση. Ο φορέας προσομοιώθηκε με πεπερασμένα στοιχεία δοκού στο πρόγραμμα SAP2000, ενώ δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στον ορισμό των κρίσιμων διατομών των βάθρων (Σχήμα 1.1.7). Αρχικά εφαρμόστηκε η κλασσική ανελαστική στατική ανάλυση και στη συνέχεια η Ιδιομορφική Ανελαστική Στατική Ανάλυση. Ως μεγέθη απόκρισης του φορέα αρχικά χρησιμοποιήθηκαν οι ακτινικές μετακινήσεις του καταστρώματος, ενώ οι αναλύσεις εφαρμόστηκαν για διάφορα επίπεδα σεισμικών διεγέρσεων, από πολύ μικρές σεισμικές διεγέρσεις (ελαστική ανάλυση) έως και πολλαπλάσιες του σεισμού σχεδιασμού του φορέα (μέχρι την αστοχία του φορέα). Από τα αποτελέσματα των αναλύσεων (Σχήμα ) έγινε φανερό ότι η Ιδιομορφική ανελαστική στατική ανάλυση σχεδόν ταυτίζεται με την κλασική ανελαστική για κατανομή φόρτισης βάσει της κυριαρχούσας ιδιομορφής. Με τον τρόπο αυτό αποδεικνύεται ότι η εφαρμοσιμότητα της Ιδιομορφικής Ανελαστικής Ανάλυσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη μη- ύπαρξη μονολιθικών συνδέσεων των βάθρων με το κατάστρωμα και κυρίως από τη δυνατότητα ελεύθερης εγκάρσιας μετακίνησης του καταστρώματος στην περιοχή των ακροβάθρων, η οποία επηρεάζει σημαντικά την απόκριση του φορέα. A2 P2 P1 A1 gap:15cm Σχήμα 1.1.1α: Προσομοίωμα της γέφυρας της Κρυσταλλοπηγής Σχήμα 1.1.1β: Προσομοίωμα της τυπικής άνω διάβασης (Τ7) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 10

11 ΕΠΑΝ- ΜΕΤΡΟ Sa s 2 ) (g) S d (m) EAK2000 mode1(p6) mode2(p6) mode3(p5) mode4(p5) Σχήμα 1.1.2: Καμπύλες αντίστασης κατά τη εγκάρσια έννοια σε όρους (α) S a (T)-S d (m) SPA SPA θ p MPA MPA NL-THA NL-THA P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 Σχήμα 1.1.3: Μέγιστες πλαστικές στροφές στη βάση των βάθρων κατά την εγκάρσια έννοια για (1.5) σεισμό σχεδιασμού U (m) MPA(CQC) MPA(SRSS) NL-THA SPA SRSS(fno) Sd (m) A1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 A2 Σχήμα 1.1.4: Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής: Ακτινικές μετακινήσεις καταστρώματος για το διπλάσιο σεισμό σχεδιασμού βάσει των: SPA (ιδιομορφική φόρτιση), SPA (f no ), MPA (SRSS), MPA (CQC) και NL-THA ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 11

12 U(m) NL-THA MPA SPA(mode 1) SPA(uniform pattern of load) A1 M1 M2 A2 Σχήμα 1.1.5: Γέφυρα Τ7. Μέγιστες μετακινήσεις κορυφών βάθρων κατά την εγκάρσια διεύθυνση Vb (kn) U (m) Umax-V(t) Umax-V(t+Δt) Umax-V(t-Δt) Umax-Vmax MPA SPA(mode1) SPA(uniform load) Σχήμα 1.1.6: Γέφυρα Τ7. Συγκριτική καμπύλη αντίστασης (V b -u r ) για τις τρεις ανελαστικές μεθόδους ανάλυσης, για το φορέα της τυπικής άνω διάβασης (Τ7). Ως σημείο ελέγχου λαμβάνεται το σημείο του καταστρώματος με τη μέγιστη μετακίνηση. A2 M2 M1 A1 Σχήμα 1.1.7: Μοντέλο προσομοίωσης της γέφυρας Γ11 (δεξιός κλάδος) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 12

13 ΕΠΑΝ- ΜΕΤΡΟ U (m) MPA mode1 mode2 mode3 mode A1 M1 M2 A2 Σχήμα 1.1.8: Γέφυρα Γ11. Εγκάρσιες μετακινήσεις καταστρώματος για σεισμική διέγερση που αντιστοιχεί στο διπλάσιο του σεισμού σχεδιασμού (0.416g). 1.2: Εφαρμογή βελτιωμένων μεθόδων ανάλυσης στη μελέτη ανοιχτών θεμάτων αλληλεπίδρασης εδάφους πασσαλοθεμελίωσης βάθρου γέφυρας Oι στόχοι της εργ. 1.2 και η πρόοδος της κατά τα τρια έτη του προγράμματος περιγράφηκαν στις ήδη υποβληθείσες εκθέσεις (1 ου, 2 ου και 3 ου έτους). Πραγματοποιήθηκε παραμετρική διερεύνηση της αλληλεπίδρασης εδάφους κολωνοπασσάλου βάθρου γέφυρας με κατάλληλα βαθμονομημένο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων. Προς τούτο μορφώθηκαν τυπικά εδαφικά προφίλ και χρησιμοποιήθηκαν πραγματικά επιταχυνσιογραφήματα από τον Ελληνικό και διεθνή χώρο ως σεισμική διέγερση. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην επιρροή των διαφόρων μή-γραμμικοτήτων (εδάφους, πασσάλου, βάθρου, διεπιφάνειας) στην απαιτούμενη πλαστιμότητα και ενεργό ιδιοπερίοδο του συστήματος. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων αξιοποιήθηκαν με την μέθοδο των τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Τροποποιήθηκε το προσομοίωμα του μεμονωμένου πασσάλου σε εγκάρσια φόρτιση, ώστε να συμπεριληφθεί η αλληλεπίδραση πασσάλου προς πάσσαλον. Συγκεκριμένα δημιουργήσαμε ένα νέο μακροσκοπικό υστερητικό προσομοίωμα ικανό να περιγράψει πολύπλοκα μή γραμμικά χαρακτηριστικά της ανακυκλικής συμπεριφοράς ομάδας πασσάλων, συνδεδεμένων μέσω άκαμπτου κεφαλόδεσμου. Για την συσχέτιση δύναμης μετακίνησης στο κέντρο του κεφαλόδεσμου συνυπολογίζονται: (α) η ικανότητα των πασσάλων για δημιουργία πλαστικής άρθρωσης, (β) η ανελαστική συμπεριφορά του εδάφους, και (γ) η αλληλεπίδραση πασσάλου προς πάσσαλον, τόσο στην ελαστική όσο και στην πλαστική περιοχή. Στα Σχήματα εώς παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης μίας ομάδας δύο πασσάλων με το εν-λόγω προσομοίωμα. Το προτεινόμενο προσομοίωμα εφαρμόσθηκε στην ανάλυση της δυναμικής απόκρισης ενός τυπικού βάθρου γέφυρας επί ομάδας πασσάλων. Αναπτύχθηκε μεθοδολογία για την ανάλυση της σεισμικής συμπεριφοράς βάθρου γέφυρας, με ανοχή της ανελαστικής συμπεριφοράς (α) του εδάφους, (β) των πασσάλων της θεμελίωσης, και (γ) του βάθρου. Συντάχθηκαν δε οδηγίες για τις συνθήκες υπό της οποίες η αλληλεπίδραση εδάφους-- πασσαλο-θεμελίωσης--βάθρου είναι σημαντική. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 13

14 d S 4 m d Πάσσαλοι τριβής τριβής L = 35 m d = 1.50 m θ g = sin(4π t) u g = 0.02 sin(4π t) d = 1.5 m P1 P2 E p = 30 GPa E s = 50 MPa S u = 50 kpa 35 m Σχήμα 1.2.1: Σκαριφηματική απεικόνιση της υπό ανάλυση πασσαλο-ομάδας: Δύο πάσσαλοι διαμέτρου 1.5 m και μήκους 35 m, εγκιβωτισμένοι σε αργιλικό ομοιογενές έδαφος. Οι πάσσαλοι συνδέονται μεταξύ τους με άκαμπτο κεφαλόδεσμο, το κέντρο του οποίου υποβάλλεται σε χρονοϊστορίες οριζόντιας μετακίνησης και στροφής, ημιτονοειδούς μορφής. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 14

15 Φόρτιση : m u g θ g s (a) t : s Κατακόρυφη Δύναμη (V : MN V P1 V P2 (b) Κατακόρυφη Μετακίνηση (w : m) Οριζόντια Δύναμη (Q: MN) Q group Q P1 Q P2 (c) Οριζόντια Μετακίνηση (u g : m) Ροπή Ανατροπής (Μ : MNm 50 M group 25 M P1 0 M P2-25 (d) Στροφή (θ g : m) Σχήμα 1.2.2: (a) Χρονοϊστορίες επιβαλλόμενης στροφής και οριζόντιας μετακίνησης στο κέντρο του κεφαλόδεσμου. (b) Αναπτυχθείσες κατακόρυφες δυνάμεις στους δύο πασσάλους (P1 και P2) συναρτήσει της κατακόρυφης μετακίνησης στον πάσσαλο P1. (c) Υστερητικοί βρόχοι οριζόντιας δύναμης οριζόντιας μετακίνησης στους δύο πασσάλους (Q P1 και Q P2 ), και στον κεφαλόδεσμο (Q group ). Παρατηρείστε ότι οι τέμνουσες δυνάμεις που αναπτύσσονται στους δύο πασσάλους δεν είναι ίσες, παρά την γεωμετρική συμμετρία του προβλήματος, λόγω της ασύμμετρης αλληλεπίδρασης πασσάλου προς πάσσαλον (leading pile και trailing pile) στην πλαστική περιοχή (nonlinear PPI). (d) Υστερητικοί βρόχοι ροπής στροφής στους δύο πασσάλους (Μ P1 και Μ P2 ), και στον κεφαλόδεσμο (Μ group ). Παρατηρείστε ότι η ροπή στον κεφαλόδεσμο είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από το άθροισμα των συγκεντρωμένων ροπών σε κάθε πάσσαλο λόγω της πλαισιωτής λειτουργίας. Φόρτιση : m u g θ g s (a) t : s Κατακόρυφη Δύναμη (V : MN (b) V P1 PPI V P Κατακόρυφη Μετακίνηση (w : m) Οριζόντια Δύναμη (Q: MN) Q group nonlinear PPI Q group PPI Q group (c) Οριζόντια Μετακίνηση (u g : m) Ροπή Ανατροπής (Μ : MNm M group PPI M group (d) Στροφή (θ g : m) Σχήμα 1.2.3: (a) Χρονοϊστορίες φόρτισης, και υστερητικοί βρόχοι (b) αξονικής δύναμης αξονικής μετακίνησης στον πάσσαλο P1, (c) οριζόντιας δύναμης οριζόντιας μετακίνησης στον κεφαλόδεσμο, και (d) ροπής στροφής στον κεφαλόδεσμο. Συγκρίνονται τα αποτελέσματα με και χωρίς τη θεώρηση ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 15

16 αλληλεπίδρασης πασσάλου προς πάσσαλον (PPI). Ειδικά για την οριζόντια δύναμη παρουσιάζονται και τα αποτελέσματα με θεώρηση της αλληλεπίδρασης μόνον στην πλαστική περιοχή (nonlinear PPI). Παρατηρείστε ότι όταν αγνοείται η αλληλεπίδραση πασσάλου προς πάσσαλον, όπως πολύ συχνά συμβαίνει στην πράξη, οι αναπτυχθείσες αξονικές δυνάμεις στους πασσάλους υποεκτιμώνται σημαντικά. Ανάπτυξη καινοτόμου υπολογιστικής μεθόδου Αναπτύχθηκε καινοτομική υπολογιστική μέθοδος για την εν-χρόνω ανάλυση της εγκάρσιας απόκρισης ομάδας πασσάλων σε μονοτονική και ανακυκλική φόρτιση, με θεώρηση (α) της μηγραμμικής συμπεριφοράς του πασσάλου, (β) της ανελαστικής συμπεριφοράς του εδάφους, και (γ) της αλληλεπίδρασης πασσάλου προς πάσσαλον, τόσο στην ελαστική, όσο και στην πλαστική περιοχή. Η σπουδαιότητα του εν-λόγω θεωρητικού επιτεύγματος, ενισχύεται από την ανυπαρξία αντίστοιχου μαθηματικού προσομοιώματος στην διεθνή βιβλιογραφία για την αντιμετώπιση της πασσαλοθεμελίωσης ως ενιαίου συστήματος, στην απόκριση του οποίου συνυπολογίζεται η ταυτόχρονη εξέλιξη όλων των προαναφερθέντων μη-γραμμικών μηχανισμών. Στον πίνακα που ακολουθεί, επιχειρείται μία αδρή κατηγοριοποίηση των υπαρχόντων προσομοιωμάτων για πασσάλους, ως προς τα χαρακτηριστικά της ανελαστικής συμπεριφοράς που αναπαράγουν. Χαρακτηριστικά ανελαστικής απόκρισης Προσομοίωμα ομάδας πασσάλων Πλαστική άρθρωση στον πάσσαλο Μη γραμμική εδαφική αντίδραση Αλληλεπίδραση πασσάλου προς πάσσαλον στην ελαστική περιοχή Αλληλεπίδραση πασσάλου προς πάσσαλον στην πλαστική περιοχή Α Χ Χ Β Χ Χ Χ Προτεινόμενο Η αναπτυχθείσα υπολογιστική μέθοδος εφαρμόσθηκε επιτυχώς στην ανάλυση ιστορικών περιστατικών, αντιπροσωπευτικών της αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίωσης ανωδομής. Χρησιμοποιήθηκε δε στην διερεύνηση της επιρροής της ενδοσιμότητας της θεμελίωσης στην απόκριση βάθρου γέφυρας. Η αποτίμηση του ρόλου της αλληλεπίδρασης επιτυγχάνεται μέσα σε ένα ενιαίο πλαίσιο υπολογισμού όλων των επιμέρους μη-γραμμικών συνιστωσών που συνθέτουν την απόκριση του συστήματος βάθρου θεμελίωσης. 1.3 Εφαρμογή βελτιωμένων μεθόδων ανάλυσης στην μελέτη ανοιχτών θεμάτων αλληλεπίδρασης εδάφους-επιχώματος αντιστηρίξεως ακροβάθρου-γέφυρας. Oλοκληρώθηκε η ανάπτυξη αναλυτικής μεθοδολογίας για τον προσδιορισμό της δυναμικής απόκρισης και της σεισμικής ικανότητας μονολιθικών γεφυρών, λαμβανομένης υπόψη της αλληλεπίδρασης των ακροβάθρων με τα επιχώματα πρόσβασης. Το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης των γεφυρών αυτής της κατηγορίας με το έδαφος και κυρίως με τις παρακείμενες μάζες των επιχωμάτων πρόσβασης οφείλεται στην ενεργοποίηση του εδαφικού υλικού αλλά και της ενδοτικότητας που αυτό παρουσιάζει κατά την δράση ισχυρών σεισμικών διεγέρσεων. Με αυτό το δεδομένο οι αδρανειακές δυνάμεις ακολουθούν εναλλακτική πορεία προς τα εύκαμπτα ακρόβαθρα καθιστώντας τα υποστυλώματα του μεσόβαθρου ουραγούς της κίνησης και συνεπώς δευτερευούσης σημασίας στην ανάληψη των σεισμικών εντατικών μεγεθών. Για την εξαγωγή διδιάστατου προσομοιώματος του επιχώματος διατυπώθηκε η διαφορική εξίσωση ισορροπίας (Εξ ) στοιχειώδους εδαφικού τμήματος ορθογωνικής διατομής (Σχήμα 1.3.1), από την επίλυση της οποίας προέκυψαν αναλυτικές εκφράσεις υπολογισμού των αντίστοιχων δυναμικών χαρακτηριστικών του ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 16

17 επιχώματος πρόσβασης τόσο κατά την εγκάρσια όσο και κατά την διαμήκη διεύθυνση επιβολής σεισμικών φορτίων με συνεκτίμηση της αδρανειακής και κινηματικής αλληλεπίδρασης τους με τον υπόλοιπο φορέα αλλά και της προοδευτικής ενδοτικότητας του εδαφικού υλικού υπό αυξανόμενες γωνιακές παραμορφώσεις. Σχήμα 1.3.1: Ισοδύναμη ορθογωνική διατομή επιχώματος και ισορροπία δυνάμεων σε στοιχειώδες τμήμα εδαφικού υλικού κατά τις δύο εξεταζόμενες διευθύνσεις (εγκάρσια και διαμήκης) du ( y, z) dq( y, z) base P ( y, z) + Bc + Bc = 0 (1.1.1) dz dy όπου P ( z, y) η δρώσα εξωτερική δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας, u base ( y, z) και Q ( y, z) διατμητικές οι τάσεις που αναπτύσσονται στα επίπεδα X Y και X Z. Η αδρανειακή και κινηματική αλληλεπίδραση επιχώματος-ανωδομής καθώς και η προοδευτική ενδοτικότητα του εδαφικού υλικού υπό αυξανόμενες γωνιακές παραμορφώσεις υπεισέρχονται στο μαθηματικό μοντέλο με την μορφή απλών συνθηκών και συνυπολογίζονται στην προτεινόμενη μεθοδολογία. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά και η δυναμική απόκριση του επιχώματος, το κρίσιμο μήκος συμμετέχοντος επιχώματος στην συνολική απόκριση της γέφυρας, το επίπεδο ενδοτικότητας του εδαφικού υλικού ανάλογα με την ένταση και το συχνοτικό περιεχόμενο της επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης καθώς και η απόκριση του συνολικού συστήματος του φορέα, υπολογίζονται με ικανοποιητική ακρίβεια από την εφαρμογή απλοποιημένου προσομοιώματος (Σχήμα 1.3.2). Στο προσομοίωμα η συμβολή των επί μέρους συνιστωσών του συστήματος ανωδομή, βάθρα και έδαφος περιγράφονται με μονοδιάστατα φυσικά στοιχεία (ελατήρια, συγκεντρωμένες μάζες και αποσβεστήρες) για την εκτίμηση της κινηματικής και αδρανειακής αλληλεπίδρασης αλλά και της απόσβεσης του συστήματος αντίστοιχα λόγω της ανελαστικοποίησης του εδαφικού υλικού τόσο κατά την εγκάρσια όσο και κατά την διαμήκη κατεύθυνση. Σχήμα 1.3.2: Εφαρμογή προτεινόμενης μεθοδολογίας υπολογισμού της δυναμικής απόκρισης φορέων γεφυρών με συνεκτίμηση της αλληλεπίδρασής τους με τα επιχώματα (Εγκάρσια κατεύθυνση). Για την προσομοίωση του εδαφικού υλικού χρησιμοποιήθηκαν καμπύλες ανηγμένου μέτρου διάτμησης και απόσβεσης συναρτήσει του μεγέθους της επιβαλλόμενης γωνιακής παραμόρφωσης (Σχήμα 1.3.3). ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 17

18 Σχήμα 1.3.3: Καμπύλες ανηγμένου μέτρου διάτμησης και απόσβεσης έναντι γωνιακών παραμορφώσεων. Η αξιολόγηση της ακρίβειας των παρεχόμενων αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε με την μελέτη προσομοιώματος της άνω διάβασης Painter Street Οvercrossing (PSO), ενοργανωμένης στο πλαίσιο του California Strong Motion Instrumentation Program (CSMIP). Από την διεξαγωγή παραμετρικών μελετών επιβεβαιώθηκε η δυνατότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας ανάλυσης να αναπαράγει με ικανοποιητική ακρίβεια την δυναμική απόκριση του συνολικού φορέα με συνεκτίμηση της αλληλεπίδρασης εδάφους-ανωδομής και της ενδοτικότητας του εδαφικού υλικού, ιδίως κατά τους κρίσιμους παλμούς απόκρισης κατά τους οποίους μεγιστοποιούνται τα μετρούμενα μεγέθη (παράδειγμα: Σχήμα 1.3.4). Από τα εξαγόμενα αποτελέσματα προέκυψαν σημαντικά αυξημένες απαιτήσεις πλαστιμότητας για τα υποστυλώματα του μεσόβαθρου σε σχέση με τις αντίστοιχες προβλεπόμενες από την χρήση συμβατικών μεθόδων σχεδιασμού και διαστασιολόγησης. Βασικό συμπέρασμα της έρευνας είναι η απαίτηση κατά το σχεδιασμό των μεσόβαθρων να εξασφαλισθεί ικανή παραμορφωσιμότητα (διαθέσιμη ικανότητα στροφής χωρίς συνακόλουθη απομείωση αντοχής). ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 18

19 Displacements (mm) Calculated time (sec) Recorded Σχήμα 1.3.4: Σύγκριση της προβλεπόμενης απόκρισης του μεσοβάθρου της PSO με την αντίστοιχη καταγραφή από μετρήσεις πεδίου (Εγκάρσια κατεύθυνση, Petrolia Earthquake 1992, Rio-Dell CA, USA) PSO DYNAMIC ANALYSIS: Bent time history PSO DYNAMIC ANALYSIS: Bent time history mm sec Relative Displacements (Soil-structure Interaction) sec Relative Displacements (Free-Field Input) Σχήμα 1.3.5: Πρόβλεψη απόκρισης σχετικών μετακινήσεων μεσόβαθρου της PSO με συνυπολογισμό της αλληλεπίδρασης με το έδαφος σε σύγκριση με την αντίστοιχη θεώρηση άκαμπτων επιχωμάτων. 1.4 Εφαρμογή βελτιωμένων μεθόδων ανάλυσης στη μελέτη ανοιχτών θεμάτων επιρροής της χωρικής μεταβλητότητας της σεισμικής διέγερσης στη συμπεριφορά των γεφυρών Μελετήθηκε διεξοδικά η επιρροή της χωρικής μεταβλητότητας της σεισμικής κίνησης (εξαιτίας της διαφοράς φάσης των σεισμικών κυμάτων, της απώλειας συγχρωτισμού και των τοπικών εδαφικών συνθηκών) στη δυναμική συμπεριφορά πραγματικών γεφυρών με έμφαση σε δύο διαφορετικές γέφυρες: στην (καμπύλη σε κάτοψη) γέφυρα της Κρυσταλλοπηγής και της 2 ης χαραδρογέφυρας παράκαμψης της Καβάλας, η οποία αποτελεί ήδη τμήμα της Εγνατίας Οδού. Η γέφυρα αυτή, αν και σχετικά μικρού μήκους (180m) παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον αφενός εξαιτίας της μορφολογίας του εδάφους, αφετέρου λόγω του γεγονότος ότι είναι ενοργανωμένη με ειδικό δίκτυο επιταχυνσιογράφων για την παρακολούθηση της δυναμικής της συμπεριφοράς, αλλά και λόγω του δομικού της τύπου, ο οποίος είναι αντιπροσωπευτικός μεγάλου αριθμού γεφυρών της Εγνατίας Οδού. Στο πλαίσιο αυτό διερευνάται, για διαφορετικά σενάρια εδαφικών συνθηκών και χαρακτηριστικών των προσπιπτόντων σεισμικών κυμάτων, η σχετική επιρροή των παραμέτρων χωρικής μεταβλητότητας και των (ενγένει διαφορετικών σε κάθε θέση) εδαφικών συνθηκών. Παράλληλα, πραγματοποιείται η σύγκριση με τις διατάξεις υφισταμένων αντισεισμικών κανονισμών και διερευνώνται οι συνθήκες υπό τις οποίες είναι δυνατή η αποφυγή συνεκτίμησης της ασύγχρονης κίνησης κατά τον αντισεισμικό σχεδιασμό. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η δυναμική συμπεριφορά των γεφυρών είναι ιδιαίτερα σύνθετη υπό ασύγχρονη σεισμική διέγερση και πως αν και γενικά το φαινόμενο είναι περισσότερο περιορισμένο στις περιπτώσεις γεφυρών μικρού μήκους, εντούτοις, η έντονη διαφοροποίηση των εδαφικών συνθηκών μπορεί, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να διαφοροποιήσει δυσμενώς τη σεισμική συμπεριφορά τους. Εφαλτήριο για τη συγκεκριμένη μελέτη αποτελεί το γεγονός ότι δεν υπάρχει σύγχρονος αντισεισμικός κανονισμός ο οποίος να προτείνει μια ενιαία μεθοδολογία όπου οι διαφορικές μετακινήσεις του καταστρώματος των γεφυρών ανωδομής να υπολογίζονται ως συνάρτηση φαινομένων χωρικής μεταβλητότητας, επιρροής τοπικών εδαφικών συνθηκών και αλληλεπίδρασης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 19

20 εδάφους-ανωδομής. Οι σύγχρονοι Κανονισμοί είτε αντιμετωπίζουν το πρόβλημα μέσω πρακτικών οδηγιών για το πλάτος έδρασης του καταστρώματος (AASHTO, 1996, ATC 32) είτε παρέχουν γενικόλογες συστάσεις (ATC/MCEER, 2003), είτε αγνοούν το πρόβλημα τελείως (Japanese Design Specifications of Highway Bridges, 2000). Εξαίρεση αποτελεί ο Ευρωκώδικας 8 Μέρος 2 για γέφυρες (CEN, European Committee for Standardization, 2004) ο οποίος στην πρόσφατη αναθεώρησή του, παρέχει αναλυτικές και προσεγγιστικές εκφράσεις για τον υπολογισμό των αναμενόμενων σχετικών μετακινήσεων μεταξύ γειτονικών βάθρων καθώς και ένα ενημερωτικό παράρτημα για την πραγματοποίηση αναλύσεων χωρικής μεταβλητότητας, Πέραν των προτεινόμενων διαδικασιών όμως, παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον το γεγονός ότι μειώθηκε σε σημαντικό βαθμό η οριακή τιμή του συνολικού μήκους γέφυρας για την οποία θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη ζητήματα χωρικής μεταβλητότητας της σεισμικής κίνησης, η οποία ήταν 600m (Sextos & Kappos, 2005, Sextos 2005). Εν προκειμένω, προδιαγράφεται ότι το ζήτημα θα πρέπει να συνεκτιμάται για συνεχείς γέφυρες, ακόμη και αν αυτές είναι σχετικά μικρού συνολικού μήκους (L lim = L g /1.5 > m), ιδιαίτερα όταν το έδαφος θεμελίωσης είναι μαλακό (Πίνακας 1.4.1), ή σε περιπτώσεις όπου οι εδαφικές συνθήκες αντιστοιχούν σε περισσότερες από μια εδαφικές κατηγορίες. Σκοπός της παρούσας μελέτης συνεπώς και με βάση τις διατάξεις αυτές, είναι η μελέτη μιας πραγματικής γέφυρας, με συνολικό μήκος μικρότερο των 200m, προκειμένου: α) να επαληθευθεί το γεγονός ότι για μικρού μήκους γέφυρες θεμελιωμένες επί ομοιόμορφου εδάφους, η διαφοροποίηση της κίνησης εξαιτίας της διαφοράς φάσης και της απώλειας συγχρωτισμού δεν επηρεάζει τη συνολική δυναμική συμπεριφορά του συστήματος, και β) να διερευνηθεί και να ποσοτικοποιηθεί ο βαθμός ευαισθησίας (από άποψη ασύγχρονης διέγερσης) των μικρών γεφυρών σε περιπτώσεις όπου το έδαφος διαφοροποιείται σημαντικά κατά μήκος του άξονά τους. Επιλέγεται η 2 η χαραδρογέφυρα της Καβάλας, η οποία είναι μεν σχετικά μικρού της μήκους, παρουσιάζει ωστόσο έντονη υψομετρική διαφορά μεταξύ των βάθρων, και κυρίως, διότι ενόργανες μετρήσεις μικροθορύβου παρουσιάζουν ενδείξεις διαφοροποίησης της κίνησης μεταξύ της βάσης του κεντρικού βάθρου και του ακροβάθρου (N. Θεοδουλίδης, προσωπική επικοινωνία, 2006), γεγονός που αναμένεται να επιβεβαιωθεί με την μελλοντική καταγραφή και κάποιου σεισμικού συμβάντος. Το πρόγραμμα ενοργάνωσης γίνεται με την επίβλεψη του ΙΤΣΑΚ σε συνεργασία με την Εγνατία Οδό Α.Ε. στο πλαίσιο σχετικού ερευνητικού προγράμματος που βρίσκεται υπό εξέλιξη. Σημειώνεται επίσης ότι ο δομικός τύπος της γέφυρας συναντάται σε μεγάλο αριθμό άλλων γεφυρών της Εγνατίας οδού, ενώ η εν λόγω γέφυρα έχει το μεγαλύτερο κατασκευασμένο μήκος ανοίγματος για το δεδομένο τύπο γέφυρας (με προεντεταμένες προκατασκευασμένες δοκούς), καθιστώντας ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα τη μελέτη της συμπεριφοράς της σε ασύγχρονη σεισμική κίνηση. Η μελέτη πραγματοποιείται αναλυτικά, για διαφορετικά σενάρια σεισμικής διέγερσης και μεθόδους σύνθεσης της ασύγχρονης κίνησης καθώς και για διαφορετικές (υποθετικές) περιπτώσεις εδαφικής διαστρωμάτωσης. Παράλληλα, η επιλογή της συγκεκριμένης γέφυρας δίνει τη δυνατότητα σύγκρισης μελλοντικά της αναλυτικώς εκτιμώμενης σεισμικής απόκρισης, με πραγματικές μετρήσεις που πραγματοποιούνται στο πλαίσιο της ενδελεχούς ενοργάνωσης της ανωδομής και της θεμελίωσης (Lekidis et al., 1999, Lekidis et al., 2004, Karamanos et al., 2004, Karakostas et al., 2006). Τα αποτελέσματα της συγκριτικής αποτίμησης που πραγματοποιείται περιγράφονται στις ενότητες που ακολουθούν. Σχήμα 1.4.1: Γενική άποψη της 2ης Χαραδρογέφυρας παράκαμψης Καβάλας (Εγνατία Οδός) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 20

21 Η συνδεσμολογία του μοντέλου των πεπερασμένων στοιχείων παρουσιάζεται στο Σχήμα Η προσομοίωση έγινε από το ΙΤΣΑΚ με τη χρήση του λογισμικού SAP2000 Nonlinear (Λεκίδης et al., 2003) με τη θεώρηση της ενεργοποίησης των διατμητικών συνδέσμων και τη χρήση των 2/3 της δυσκαμψίας των βάθρων για την περίπτωση ανάλυσης σε σεισμό. Για την προσομοίωση των βάθρων χρησιμοποιήθηκαν κατακόρυφα στοιχεία δοκού, ενώ τα βάθρα θεωρήθηκαν (πρακτικώς) πακτωμένα στην θεμελίωση, με βάση τα δεδομένα της εδαφοτεχνικής μελέτης που χρησιμοποιεί ο μελετητής (θεμελίωση με φρέατα). Η ανωδομή προσομοιώθηκε με στοιχεία δοκού σε διάταξη εσχάρας (ισοδύναμη εσχάρα). Με τον τρόπο αυτό προσομοιώθηκαν οι τέσσερις κύριες δοκοί καθώς και οι διαδοκίδες στα άκρα των ανοιγμάτων (Σχήμα 1.4.2). Τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα προσομοιώθηκαν ως ισοδύναμες ράβδοι με γεωμετρικά και αδρανειακά χαρακτηριστικά τέτοια ώστε να παρέχουν την ίδια διατμητική ακαμψία με τα πραγματικά, ενώ δεν λήφθηκε υπόψη η σχετικά μικρή στροφική τους δυστμησία (Σχήμα 1.4.3). Οι ράβδοι των εφεδράνων συνδέουν το κέντρο βάρους της ανωδομής με τη (θεωρούμενη ως άκαμπτη) δοκό έδρασης στην κεφαλή των βάθρων. Προκειμένου να διερευνηθεί ο βαθμός στον οποίο η δυναμική συμπεριφορά των γεφυρών επηρεάζεται από την πολυπλοκότητα της ανάλυσης και τους διαφορετικούς συνδυασμούς συνεκτίμησης της χωρικής μεταβλητότητας της σεισμικής κίνησης και των τοπικών εδαφικών συνθηκών, διαμορφώνονται διαφορετικά σενάρια διέγερσης για την υπό εξέταση γέφυρα. Πίνακας 1.4.1: Οριακές τιμές συνολικού μήκους γεφυρών για τις οποίες απαιτείται συνεκτίμηση της επιρροής της χωρικής μεταβλητότητας κατά τις νέες διατάξεις του Ευρωκώδικα 8-2 Εδαφικές κατηγορίες κατά Ευρωκώδικα (EC) 8 A B C D E Ταχύτητα διάδοσης διατμητικών κυμάτων Vs εδαφικών κατηγοριών κατά EC8 (m/sec) > < Αντιστοιχία εδαφικών κατηγοριών κατά Α-Β Β Β-Γ Δ-Χ Β-Γ ΕΑΚ2000* Οριακό μήκος L g (m) κατά EC Οριακό μήκος L lim (m) = L g /1.5 κατά EC * Εκτίμηση Τα σενάρια σεισμικής διέγερσης (θεωρούμενης κατά την εγκάρσια διεύθυνση) που θεωρούνται στην παρούσα εργασία έχουν ως ακολούθως: α) Απολύτως σύγχρονη σεισμική κίνηση (4 σενάρια), β) Διάδοση σταθερής κυματομορφής με σταθερή ταχύτητα εντός ομοιόμορφου εδάφους (4 σενάρια), γ) Διάδοση σεισμικής κίνησης συνεκτιμώντας ταυτόχρονα τη διαφορά φάσης και την απώλεια συγχρωτισμού (4 σενάρια), δ) Σύνθεση χωρικά μεταβλητών σεισμικών κινήσεων διαφορετικού συχνοτικού περιεχομένου Περίπτωση χωρικής μεταβολής των εδαφικών ιδιοτήτων (4 σενάρια): Σχήμα 1.4.2: Γενική μορφή διακριτοποίησης του φορέα ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 21

22 Σχήμα 1.4.3: Λεπτομέρεια προσομοίωσης σύνδεσης καταστρώματος με τα βάθρα μέσω εφεδράνων Σχήμα 1.4.4: Σύγκριση φάσματος απόκρισης συνθετικού επιταχυνσιογραφήματος με το φάσμα «στόχος» κατά ΕΑΚ2000, για την περίπτωση εδάφους κατηγορίας Α. Πίνακας 1.4.2: Σημαντικές ιδιομορφές γέφυρας και συντελεστές συμμετοχής ανά διεύθυνση Α/Α Τ(sec) Ταλάντωση Συμμετρία UX UY UZ RX RY RZ Εγκάρσια Συμμετρική 34.9% 68.8% Εγκάρσια Αντισυμ/κή 27.6% Εγκάρσια Συμμετρική 2.1% 4.3% Διαμήκης Αντισυμ/κή 42.3% Κατακόρυφη Συμμετρική 47.3% Εγκάρσια Συμμετρική 4.9% 9.7% 5.1% Στροφική Αντισυμ/κή 23.0% Σχήμα 1.4.5: Μεταβολή των εδαφικών μετακινήσεων με το χρόνο για την περίπτωση της απλουστευτικής θεώρησης διαφοράς φάσης στο χρόνο άφιξης της σεισμικής κίνησης (θεώρηση ομοιόμορφου εδάφους Α κατά ΕΑΚ2000) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 22

23 Σχήμα 1.4.6: Μεταβολή των εδαφικών μετακινήσεων με το χρόνο για την περίπτωση της θεώρησης διαφοράς φάσης στον χρόνο άφιξης της σεισμικής κίνησης και απώλειας συγχρωτισμού των σεισμικών κυμάτων (θεώρηση ομοιόμορφου εδάφους Β κατά ΕΑΚ2000). Τα αποτελέσματα των αναλύσεων που παρουσιάζονται εδώ καταδεικνύουν ότι, πράγματι, για την περίπτωση γεφυρών παρόμοιου μήκους θεμελιωμένων επί ομοιόμορφου εδάφους, η συνεκτίμηση του ασύγχρονου χαρακτήρα της σεισμικής κίνησης έχει μικρή (και συνήθως ευνοϊκή) επιρροή στις εγκάρσιες μετακινήσεις του φορέα, ενώ ταυτόχρονα δεν οδηγεί σε ουσιαστικές αυξήσεις των εντατικών μεγεθών. Αντίθετα, και σε συμφωνία με τις νέες διατάξεις του Ευρωκώδικα 8, η εικόνα δείχνει να αντιστρέφεται υπό συγκεκριμένες συνθήκες εδαφικής ανομοιομορφίας, οπότε και παρατηρείται σημαντική συγκέντρωση (κυρίως ψευδοστατικών) δυνάμεων σε ορισμένα δομικά στοιχεία του φορέα. Κατά συνέπεια συμπεραίνεται ότι ακόμη και στην περίπτωση μικρού μήκους γέφυρών, όταν συντρέχουν ειδικές συνθήκες τοπογραφίας και εδαφικής διαστρωμάτωσης κατά μήκος του άξονα της γέφυρας, θα πρέπει αυτή να σχεδιάζεται λαμβάνοντας υπόψη ζητήματα χωρικής διαφοροποίησης της σεισμικής κίνησης, τοπικών εδαφικών συνθηκών και αλληλεπίδρασης του εδάφους με τη θεμελίωση και την ανωδομή. Πίνακας 1.4.3: Σύγκριση μετακινήσεων κεφαλής και ροπών κάμψης βάσης βάθρων για διάφορα σενάρια σεισμικής διέγερσης (Έδαφος Α) Έδαφος Α Μετακινήσεις κεφαλής βάθρου Ροπές βάσης βάθρου Κίνηση Β1 Β2 Β3 μ.ο. Μ1 Μ2 Μ3 μ.ο. Σύγχρονη θ γ+θ A-A-B-A-A * θ: μόνο διαφορά φάσης, γ+θ: διαφορά φάσης και απώλεια συγχρωτισμού, Α-Α-Β-Α-Α: Διαδοχή εδαφικών συνθηκών κατά ΕΑΚ2000: Έδαφος Β στο μέσο της γέφυρας και ομοιόμορφα έδαφος Α κατά μήκος του υπολοίπου Πίνακας 1.4.4: Σύγκριση μετακινήσεων κεφαλής και ροπών κάμψης βάσης βάθρων για διάφορα σενάρια σεισμικής διέγερσης (Έδαφος Β) Έδαφος Β Μετακινήσεις κεφαλής βάθρου Ροπές βάσης βάθρου Κίνηση Β1 Β2 Β3 μ.ο. Μ1 Μ2 Μ3 μ.ο. Σύγχρονη θ γ+θ B-B-Γ-B-B * θ: μόνο διαφορά φάσης, γ+θ: διαφορά φάσης και απώλεια συγχρωτισμού, B-B-Γ-B-B: Διαδοχή εδαφικών συνθηκών κατά ΕΑΚ2000: Έδαφος Γ στο μέσο της γέφυρας και ομοιόμορφα έδαφος Β κατά μήκος του υπολοίπου ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 23

24 Πίνακας 1.4.5: Σύγκριση μετακινήσεων κεφαλής και ροπών κάμψης βάσης βάθρων για διάφορα σενάρια σεισμικής διέγερσης (Έδαφος Γ) Έδαφος Γ Μετακινήσεις κεφαλής βάθρου Ροπές βάσης βάθρου Κίνηση Β1 Β2 Β3 μ.ο. Μ1 Μ2 Μ3 μ.ο. Σύγχρονη θ γ+θ Γ-Γ-Δ-Γ-Γ *θ: μόνο διαφορά φάσης, γ+θ: διαφορά φάσης και απώλεια συγχρωτισμού, Γ-Γ-Δ-Γ-Γ: Διαδοχή εδαφικών συνθηκών κατά ΕΑΚ2000: Έδαφος Δ στο μέσο της γέφυρας και ομοιόμορφα έδαφος Γ κατά μήκος του υπολοίπου Πίνακας 1.4.6: Σύγκριση μετακινήσεων κεφαλής και ροπών κάμψης βάσης βάθρων για διάφορα σενάρια σεισμικής διέγερσης (Έδαφος Δ) Έδαφος Δ Μετακινήσεις κεφαλής βάθρου Ροπές βάσης βάθρου Κίνηση Β1 Β2 Β3 μ.ο. Μ1 Μ2 Μ3 μ.ο. Σύγχρονη θ γ+θ Β-Γ-Δ-Γ-Β *θ: μόνο διαφορά φάσης, γ+θ: διαφορά φάσης και απώλεια συγχρωτισμού, Β-Γ-Δ-Γ-Β: Ακραία περίπτωση διαδοχής εδαφικών συνθηκών κατά ΕΑΚ2000: Έδαφος Δ στο μέσο της γέφυρας και έδαφος Β & Γ κατά μήκος του υπολοίπου 1.5 Αξιοποίηση κλασσικών αστοχιών του Κobe και της Τουρκίας για επαλήθευσηβαθµονόµηση των µεθόδων του προγράµµατος Oι στόχοι της εργ. 1.2 και η πρόοδος της κατά τα τρια έτη του προγράμματος περιγράφηκαν στις ήδη υποβληθείσες εκθέσεις (1 ου, 2 ου και 3 ου έτους). Διενεργήθηκαν οι εξής δραστηριότητες: Ανάλυση της σεισμικής απόκρισης των γεφυρών (a) Fukae, τμήματος της Route 3 της Hanshin Expressway στον σεισμό του Kobe (1995), και (β) Duzce--Bolu στον σεισμό της Τουρκίας (1999), με πεπερασμένα στοιχεία. Για την προσομοίωση της πασσαλο-θεμελίωσης εφαρμόσθηκε η μέθοδος που αναπτύχθηκε στην ενότητα εργασίας 1.2. Ενδεικτικά αποτελέσματα των αναλύσεων της γέφυρας Fukae δείχνονται στα Σχήματα και Σύγκριση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης των δύο ιστορικών αστοχιών (γέφυρες Duzce--Bolu και Fukae) με την πραγματικότητα, και αξιολόγηση της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε στην ενότητα εργασίας 1.2 για τον υπολογισμό της αλληλεπίδρασης εδάφους πασσαλο-θεμελίωσης βάθρου. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 24

25 g Επιτάχυνση : g t : sec Ροπή Κάμψης : M (MNm) Καμπυλότητα : κ 2.5 m 11 m Ροπή Κάμψης : M (MNm) Καμπυλότητα : κ Ροπή Κάμψης : M (MNm) Καμπυλότητα : κ Ροπή Κάμψης : M (MNm) Καμπυλότητα : κ Επιτάχυνση : g g t : sec Σχήμα 1.5.1: Υστερητικοί βρόχοι καμπτικής ροπής καμπυλότητας σε χαρακτηριστικές θέσεις του βάθρου, με θεώρηση της αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίου ανωδομής. Το βάθρο αστοχεί στην περιοχή της παράθεσης του διαμήκους οπλισμού (κόκκινη καμπύλη) σε συμφωνία με την πραγματικότητα. Παρατηρείστε ότι η αστοχία στην εν-λόγω περιοχή συνοδεύεται από σημαντική πτώση της αναπτυσσόμενης καμπτικής ροπής σε διατομές εκατέρωθεν της κρίσιμης. Η πτώση αυτή δεν οφείλεται στην καταστροφή των αντίστοιχων διατομών, αλλά στην μείωση της ικανότητας της κρίσιμης διατομής να μεταβιβάσει καμπτική ροπή και τέμνουσα δύναμη. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 25

26 Επιτάχυνση : g g Ροπή Κάμψης : M (MNm) Καμπυλότητα : κ t : sec m Ροπή Κάμψης : M (MNm) Καμπυλότητα : κ Ροπή Κάμψης : M (MNm) m Καμπυλότητα : κ Επιτάχυνση : g g Ροπή Κάμψης : M (MNm) Καμπυλότητα : κ t : sec Σχήμα 1.5.2: Υστερητικοί βρόχοι καμπτικής ροπής καμπυλότητας σε χαρακτηριστικές θέσεις του βάθρου, χωρίς θεώρηση της αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίου ανωδομής. Παρατηρείται ότι το βάθρο υποβάλλεται σε έντονη καταπόνηση, ωστόσο οι αναπτυχθείσες καμπυλότητες δεν αντιστοιχούν σε κατάρρευση του βάθρου (σε αντίθεση με την πραγματικότητα). Επίσης, την μεγαλύτερη καταπόνηση υφίσταται η βάση του βάθρου και όχι η περιοχή όπου έχουμε παράθεση του διαμήκους οπλισμού. Επομένως, η μή θεώρηση της αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίου ανωδομής οδηγεί όχι μόνον σε λάθος πρόβλεψη για την ευστάθεια του βάθρου, αλλά και σε λάθος εκτίμηση του ενδεχόμενου μηχανισμού αστοχίας. EE2: Συμπεριφορά Κρίσιμων Περιοχών Γεφυρών 2.1. Συμπεριφορά Βάθρων Κοίλης ή Συμπαγούς Διατομής Στην εργασία αυτήν παρουσιάστηκε μια αναλυτική μελέτη βάθρων γεφυρών οπλισμένου σκυροδέματος, συμπαγούς και κοίλης διατομής, με τη μέθοδο της μη γραμμικής ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων στο χώρο. Βασικός στόχος ήταν ο προσδιορισμός της αποτελεσματικότητας διαφόρων γεωμετρικών διατάξεων περίσφιξης τόσο από πλευράς εξασφάλισης αυξημένης αντοχής και πλάστιμης συμπεριφοράς, όσο και από πλευράς κατασκευαστικής ευκολίας και οικονομίας. Για τις ανάγκες της παρούσας ανάλυσης επιλέχθηκε μετά από συγκριτική έρευνα το εμπορικό πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ΑΤΕΝΑ, το οποίο είναι προσανατολισμένο στην ανάλυση φορέων οπλισμένου σκυροδέματος και αποδείχτηκε, μέσω πιλοτικών αναλύσεων, ικανό να φέρει εις πέρας την παραπάνω αναλυτική διαδικασία χωρίς να παρουσιάσει ενγένει προβλήματα αριθμητικής σύγκλισης, ακόμα και πέρα από το σημείο επίτευξης της μέγιστης αντοχής των εξεταζόμενων στοιχείων. Ωστόσο, στην πορεία της έρευνας προέκυψε αδυναμία του προγράμματος να αναπαραγάγει την αυξημένη ικανότητα παραμόρφωσης των περισφιγμένων διατομών και για το λόγο αυτόν έγινε προσπάθεια ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 26

27 βελτίωσης του αντίστοιχου καταστατικού νόμου σκυροδέματος. Η προσπάθεια αυτή απέφερε ένα νέο καταστατικό νόμο βασισμένο στην κλασική θεωρία πλαστικότητας, ο οποίος βαθμονομήθηκε κατάλληλα βάσει πειραματικών στοιχείων από τη βιβλιογραφία και ενσωματώθηκε στο κυρίως πρόγραμμα μέσω άμεσης συνεργασίας με την εταιρία ανάπτυξης του προγράμματος. Από συγκριτικές αναλύσεις αποδείχτηκε ότι ο νέος καταστατικός νόμος βελτίωσε σε μεγάλο βαθμό τις αδυναμίες του προκατόχου του και κατέστη δυνατή η άμεση εφαρμογή του σε προσομοιώματα διατομών βάθρων γεφυρών για τη μελέτη του φαινομένου της περίσφιξης. Ακολούθησε η κατάλληλη προσομοίωση των εν λόγω διατομών με μη γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία στο χώρο, στο πλαίσιο μιας εκτενούς παραμετρικής ανάλυσης, παράμετροι της οποίας ήσαν οι εναλλακτικές διατάξεις περίσφιξης (όπως οι εγκάρσιοι σύνδεσμοι και οι αλληλοκαλυπτόμενοι συνδετήρες) η απόσταση μεταξύ των εγκάρσιων οπλισμών, η γεωμετρία της διατομής και η ποιότητα του σκυροδέματος. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων, τα οποία συλλέχθηκαν με τη χρήση βοηθητικού λογισμικού που αναπτύχθηκε από τους γράφοντες, ανέδειξαν τις προσφορότερες διατάξεις βάσει συγκεκριμένων δεικτών αποτελεσματικότητας και οικονομίας και ταυτόχρονα εντόπισαν ορισμένα προβλήματα στην ανελαστική συμπεριφορά συγκεκριμένων διατάξεων. Τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν από το σύνολο της παραπάνω ερευνητικής προσπάθειας επικεντρώνονται στα εξής : - Η χρήση ενός γενικού εμπορικού προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων, σε αντιδιαστολή με την εκ του μηδενός ανάπτυξη ενός αντίστοιχου προγράμματος ερευνητικού χαρακτήρα για την επίλυση φορέων οπλισμένου σκυροδέματος, προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα αλλά και σοβαρά μειονεκτήματα. Βασικό πλεονέκτημα είναι ότι η έρευνα μπορεί να επικεντρωθεί άμεσα στο βασικό της στόχο που είναι η προσομοίωση, επίλυση και αξιολόγηση των αναλυτικών αποτελεσμάτων, χωρίς να αναλωθεί στην ανάπτυξη του συνόλου των αριθμητικών διαδικασιών που απαιτεί ένα ολοκληρωμένο πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων. Επίσης, η χρήση ενός έτοιμου προγράμματος προσδίδει γενικό χαρακτήρα στη μεθοδολογία που αναπτύσσεται για την αντιμετώπιση του εκάστοτε προβλήματος, γεγονός που διευκολύνει τη μελλοντική έρευνα στο ίδιο αντικείμενο από διαφορετικές ερευνητικές ομάδες. Από την άλλη πλευρά, το βασικό μειονέκτημα της παραπάνω προσέγγισης είναι ότι ένα γενικό πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων, λόγω της επέκτασής του σε πολλούς επιστημονικούς τομείς, συνήθως αδυνατεί να αντιμετωπίσει τις ιδιαιτερότητες της προσομοίωσης φορέων οπλισμένου σκυροδέματος και πολύ περισσότερο να αναπαραγάγει τη μη γραμμική συμπεριφορά των αντίστοιχων υλικών στην τρισδιάστατη εντατική κατάσταση. Για τους παραπάνω λόγους, είναι πολλές φορές απαραίτητο να γίνουν βελτιωτικές επεμβάσεις από τον ερευνητή, οι οποίες όμως λόγω του κλειστού χαρακτήρα του πηγαίου κώδικα των παραπάνω προγραμμάτων είναι δυσχερείς έως αδύνατες. Στην παρούσα έρευνα, η επιλογή του προγράμματος ΑΤΕΝΑ σε συνδυασμό με τη βελτίωση του καταστατικού νόμου σκυροδέματος και την ανάπτυξη βοηθητικού λογισμικού για τη μετεπεξεργασία των αναλυτικών αποτελεσμάτων, αποτέλεσε μια ικανοποιητική λύση στην αντιμετώπιση του προβλήματος της περίσφιξης βάθρων γεφυρών οπλισμένου σκυροδέματος. - Η δυνατότητα της εμφυτευμένης προσομοίωσης των οπλισμών του προγράμματος ΑΤΕΝΑ αποδείχτηκε πολύ σημαντική στην παρούσα ανάλυση γιατί επιτρέπει τη διαμόρφωση σύνθετων διατάξεων περίσφιξης (όπως των διαγώνιων συνδετήρων) χωρίς αντίστοιχη πύκνωση του καννάβου των στερεών πεπερασμένων στοιχείων σκυροδέματος, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της κανονικότητάς του και κατά συνέπεια σε αύξηση των απαιτήσεων σε υπολογιστική ισχύ και σε πιθανά προβλήματα αριθμητικής σύγκλισης. - Η ανάπτυξη βοηθητικού λογισμικού για την αυτοματοποιημένη μετεπεξεργασία των αριθμητικών αποτελεσμάτων αποτέλεσε μονόδρομο για την επιτυχή εκτέλεση της παρούσας παραμετρικής ανάλυσης, λόγω του υπερβολικά μεγάλου μεγέθους των ψηφιακών αρχείων, τα οποία ενγένει προκύπτουν από ανάλυση χωρικών προσομοιωμάτων που περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό στερεών πεπερασμένων στοιχείων και σύνθετους καταστατικούς νόμους υλικών. Επίσης, η εκμετάλλευση από το παραπάνω λογισμικό της δυνατότητας παράλληλης επεξεργασίας των σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων μείωσε δραστικά το συνολικό υπολογιστικό κόστος της ανάλυσης. - Η αλλαγή, μεταξύ άλλων, της παραμέτρου κράτυνσης/χαλάρωσης και της συνάρτησης πλαστικού δυναμικού του αρχικού καταστατικού νόμου σκυροδέματος του προγράμματος ΑΤΕΝΑ, οδήγησε σε σημαντική βελτίωση της εκτίμησης της πραγματικής ικανότητας παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος, συγκρινόμενη με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα τριαξονικών δοκιμών από τη βιβλιογραφία. Η εφαρμογή του στη συνέχεια σε προσομοιώματα βάθρων γεφυρών συμπαγούς και κοίλης διατομής δεν παρουσίασε ενγένει προβλήματα αριθμητικής ευστάθειας, ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 27

28 προσφέροντας ανάλογα βελτιωμένα αναλυτικά αποτελέσματα. Επίσης, στο συγκεκριμένο πρόβλημα, ο νέος καταστατικός νόμος παρείχε μειωμένη ευαισθησία ως προς την πυκνότητα διακριτοποίησης του καννάβου πεπερασμένων στοιχείων, αναδεικνύοντας την αξιοπιστία της μεθοδολογίας προσομοίωσης. - Η διαδικασία γενικευμένης βαθμονόμησης του νέου καταστατικού νόμου σκυροδέματος, η οποία βασίστηκε σε μια εκτεταμένη συλλογή πειραματικών αποτελεσμάτων από τη βιβλιογραφία, καθιστά το νόμο αυτόν πρακτικό στην εφαρμογή στις συνήθεις περιπτώσεις όπου δεν είναι γνωστές εκ των προτέρων οι πολυάριθμες ιδιότητες του υλικού παρά μόνον η κατηγορία του (μονοαξονική αντοχή σε θλίψη). Ωστόσο, στις περιπτώσεις όπου οι ιδιότητες αυτές είναι γνωστές μέσω κατάλληλων πειραματικών δοκιμών και ο βασικός στόχος είναι η σύγκριση μεταξύ αναλυτικών και πειραματικών αποτελεσμάτων, ο καταστατικός νόμος διατηρεί τη δυνατότητα επαναβαθμονόμησής του (στοχευμένη βαθμονόμηση), με αναμενόμενη περαιτέρω βελτίωση των επιδόσεων. - Η ανάλυση με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων στο χώρο αναπαρήγαγε με επιτυχία τα βασικά χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς των κατακόρυφων περισφιγμένων στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, τα οποία έχουν παρατηρηθεί πειραματικά σε προηγούμενες έρευνες. Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι η αύξηση της αντοχής και της πλαστιμότητας των κατακόρυφων στοιχείων υπό κεντρική αξονική φόρτιση κατά την πύκνωση των διατάξεων περίσφιξης και τη μείωση της απόστασης μεταξύ των εγκάρσιων οπλισμών καθώς και η συνάρτηση των παραπάνω μεγεθών από τις ποιότητες σκυροδέματος και χάλυβα. - Η ανάλυση των κοίλων κυκλικών βάθρων ανέδειξε το πρόβλημα της τάσης αποκόλλησης της εσωτερικής επικάλυψης στις περιπτώσεις χρήσης μόνο εξωτερικών και εσωτερικών σπειρών ή συνδετήρων. Απεναντίας, η προσθήκη εγκάρσιων συνδέσμων οδήγησε σε εντυπωσιακά αυξημένες επιδόσεις ως προς την αντοχή και την πλαστιμότητα των περισφιγμένων διατομών. Ακόμη, αποδείχτηκε ότι η επιλογή συνδετήρων έναντι σπειρών για την περίσφιξη των κυκλικών διατομών δεν προσφέρει ουσιαστικό κέρδος σε επίπεδο επιδόσεων και οικονομίας, και επομένως αντενδείκνυται λόγω αυξημένης κατασκευαστικής δυσκολίας. Επίσης, τόσο οι συμπαγείς όσο και οι κοίλες διατομές με αυξημένους λόγους πάχους προς εξωτερική διάμετρο οδήγησαν σε αυξημένες επιδόσεις για το ίδιο ογκομετρικό ποσοστό εγκάρσιων οπλισμών. - Η ανάλυση των ορθογωνικών βάθρων ανέδειξε το πρόβλημα της μειωμένης πλαστιμότητας των διατομών με πυκνές διατάξεις περίσφιξης, όταν το ποσοστό των εγκάρσιων συνδέσμων υπερβαίνει σημαντικά το αντίστοιχο ποσοστό των περιμετρικών συνδετήρων. Η λύση του παραπάνω προβλήματος στις εν λόγω διατομές προήλθε από την κατάλληλη ενίσχυση των περιμετρικών οπλισμών με χρήση ράβδων μεγαλύτερης διαμέτρου, έτσι ώστε να επέλθει η επιθυμητή ισορροπία μεταξύ των ογκομετρικών ποσοστών στις δυο διευθύνσεις. Επίσης, αποδείχτηκε ότι η επιλογή εγκάρσιων συνδέσμων έναντι των αλληλοκαλυπτόμενων συνδετήρων οδηγεί σε παρόμοιες επιδόσεις ως προς την αντοχή και την πλαστιμότητα των περισφιγμένων διατομών και επομένως συνιστάται αν ληφθεί υπόψη και ο σημαντικός παράγοντας της κατασκευαστικής ευκολίας (και, βεβαίως, δικαιώνει την ήδη εκτεταμένη χρήση της λύσης αυτής σε πολλές σύγχρονες ελληνικές γέφυρες). Ακόμη, η χρήση πρόσθετων διαγωνίων συνδετήρων προσέφερε πολύ ικανοποιητικές επιδόσεις ιδιαίτερα σε κοίλες διατομές μικρότερου πάχους. Ωστόσο, όπως και στα κυκλικά βάθρα, επαληθεύτηκε η υπεροχή των ορθογωνικών διατομών με μεγαλύτερους λόγους μήκους προς πάχος, για το ίδιο ογκομετρικό ποσοστό εγκάρσιων οπλισμών. - Στο σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν αποδείχτηκε ότι το σκυρόδεμα υψηλής αντοχής προσφέρει συγκριτικά μειωμένες επιδόσεις σε σχέση με το σκυρόδεμα συνήθους αντοχής, γεγονός που οφείλεται τόσο στην ψαθυρή συμπεριφορά του πρώτου κατά τη χαλάρωση όσο και στις πεπερασμένες εγκάρσιες δυνάμεις περίσφιξης που ασκούν οι εγκάρσιοι οπλισμοί. - Το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει από την παρούσα έρευνα είναι ότι η αποτίμηση της αποτελεσματικότητας της περίσφιξης με εφαρμογή της μη γραμμικής ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων στο χώρο, αν και μειονεκτεί σε σχέση με αντίστοιχες φαινομενολογικές προσεγγίσεις ως προς το απαιτούμενο υπολογιστικό κόστος, δεν έχει κανέναν περιορισμό ως προς τη γεωμετρία της εξεταζόμενης διατομής, την πολυπλοκότητα της διάταξης των εγκάρσιων οπλισμών και τις κατηγορίες σκυροδέματος και χάλυβα. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 28

29 60 σ (ΜPa) fc = MPa 50 E D C Α Β ε Σχήμα 2.1.1: Ανάλυση υποστυλωμάτων συμπαγούς διατομής με πεπερασμένα στοιχεία 50 σ (ΜPa) fc = 30 MPa F E D C Α B ε Σχήμα 2.1.2: Ανάλυση βάθρων γεφυρών κοίλης διατομής με πεπερασμένα στοιχεία 2.2: Ποσοτική έκφραση των παραμέτρων αντοχής και παραμόρφωσης βάθρων κυκλικής ή κοίλης διατομής στην διαρροή και στην αστοχία λόγω κάμψης και διάτμησης. Προστέθηκαν νέα πειράματα από τη διεθνή βιβλιογραφία στη βάση δεδομένων που αφορούν βάθρα γεφυρών υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Η προσθήκη αφορά κυρίως βάθρα κοίλης ορθογωνικής ή κυκλικής διατομής με μάτιση των διαμήκων ράβδων στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης και βάθρα ενισχυμένα με Ινοπλισμένα Πολυμερή (ΙΟΠ) για αύξηση της πλαστιμότητας ή για ενίσχυση της περιοχής μάτισης. Η βάση περιλαμβάνει τώρα 333 πειράματα σε βάθρα κυκλικής διατομής, συμπαγούς ή κοίλης, (26 από τα οποία με ματίσεις) και 174 πειράματα (5 με μάτισεις) σε βάθρα κοίλης ορθογωνικής διατομής ή παρόμοιας μορφής (Τ, διπλού Τ κλπ) χωρίς ενίσχυση της κρίσιμης περιοχής. Περιλαμβάνει επίσης 46 πειράματα βάθρων κυκλικής διατομής, ενισχυμένα με μανδύα από ΙΟΠ, 20 από τα οποία έχουν μάτιση των διαμήκων ράβδων. Όπως προέκυψε στη διάρκεια των προηγουμένων ετών, τα πειραματικά αποτελέσματα που διατίθενται στη διεθνή βιβλιογραφία και αφορούν βάθρα γεφυρών κοίλης διατομής δεν είναι επαρκή για την ποσοτική έκφραση των παραμέτρων αντοχής και παραμόρφωσης βάθρων στη διαρροή και στην αστοχία λόγω κάμψης ή διάτμησης. Για να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο έγινε εμπλουτισμός των δεδομένων με πειραματικά αποτελέσματα σε στοιχεία συμπαγούς ορθογωνικής διατομής υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, ασχέτως του αν αυτά αναφέρονται αποκλειστικά σε βάθρα γεφυρών. Έτσι, στη διάρκεια του 3ου Έτους συμπληρώθηκε με νέα πειράματα και η βάση δεδομένων που αφορά στοιχεία συμπαγούς ορθογωνικής διατομής υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 29

30 2.2.1 Δυσκαμψία και ικανότητα παραμόρφωσης βάθρων χωρίς ματίσεις και χωρίς ενίσχυση Κοίλα ορθογωνικά βάθρα ή παρόμοιας διατομής (Τ, διπλού Τ κλπ) Γωνία στροφής χορδής στη διαρροή: Ls + av z ϕ y d b f y θ y = 1.065ϕ y a sl (f y, f c σε MPa) (2.1.1) 3 8 f c όπου: z d-d 1 ο εσωτερικός μοχλοβραχίονας των δυνάμεων, d b η διάμετρος των ράβδων του διαμήκους οπλισμού, f y η τάση διαρροής του διαμήκους οπλισμού, f c η αντοχή του σκυροδέματος. α sl συντελεστής ίσος με 1 γενικώς, ή με 0 αν δεν είναι δυνατή η ολίσθηση των διαμήκων ράβδων απ την αγκύρωση τους πέραν της ακραίας διατομής του βάθρου. Ενεργός δυσκαμψία στη διαρροή: M yls EIeff = (2.1.2) 3θ y όπου η θ y υπολογίζεται απ την Εξ. (1) και η ροπή διαρροής, M y, από ανάλυση διατομής με κριτήριο: διαρροή του εφελκυόμενου οπλισμού, ή παραμόρφωση ε c = στην ακραία θλιβόμενη ίνα. ανάλογα με το τι συμβαίνει σε μικρότερη ροπή. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξής εμπειρική σχέση: Ls N EIeff = log ( EI) c h + (N/A c σε MPa) (2.1.3) Ac Γωνία στροφής χορδής στην αστοχία: 1/3 fyw h αρ ν max(0.01, ω') L s s 0.2 f c u = θy ( asl) max 1.5,min 10, ( 0.2) fc 25 b w max(0.01, ω) h θ (2.1.4) όπου: ν =N/bhf c (N =αξονική δύναμη, θετική για θλίψη, b =πλάτος της θλιβόμενης ζώνης), ω, ω': μηχανικό ποσοστό εφελκυόµενου και θλιβόµενου οπλισµού (ο διαµήκης οπλισµός µεταξύ εφελκυοµένου και θλιβόµενου πέλµατος θεωρείται ως εφελκυόµενος), f c : η αντοχή του σκυροδέματος (σε MPa) L s /h =M/Vh: ο λόγος διάτμησης στη διατομή του βάθρου με την μέγιστη ροπή, ρ s = A sh /b w s h : το ποσοστό εγκάρσιου οπλισμού, παράλληλα στη διεύθυνση φόρτισης, f yw : η τάση διαρροής του εγκάρσιου οπλισμού, α s : ο συντελεστής αποδοτικότητας περίσφιγξης λόγω των συνδετήρων. Βάθρα κυκλικής διατομής Γωνία στροφής χορδής στη διαρροή: Ls + av z Ls ϕ ydb f y θ y = ϕ y max 0, 1 + asl (f y, f c σε MPa) (2.1.5) 3 6D 8 f c Οι μεταβλητές της Εξ. (5) είναι όπως έχουν οριστεί για την Εξ. (1), με τη διαφορά ότι z 0.9D. Ενεργός δυσκαμψία στη διαρροή: Ισχύει η Εξ. (2.1.2) με θ y υπολογίζεται απ την Εξ. (2.1.5) και ροπή διαρροής, M y, από ανάλυση διατομής με κριτήριο το τι συμβαίνει σε μικρότερη ροπή, από τα εξής δύο ενδεχόμενα: διαρροή του διαμήκους οπλισμού στο ακραίο 1/3 της εφελκυόμενης ζώνης, ή παραμόρφωση ακραίας θλιβόμενης ίνας σκυροδέματος, ε c = Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εμπειρική Εξ. (3), με συντελεστή 0.12 αντί για ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 30

31 Γωνία στροφής χορδής στην αστοχία: 0.5Lpl θ u = θ y + ( ϕu ϕ y ) Lpl 1 (2.1.6) Ls με θ y απ την Εξ. (2.1.5), φ y και φ u τις καμπυλότητες στη διαρροή και στην αστοχία και μήκος πλαστικής άρθρωσης: 0.05db fy Lpl = 0.75D+ asl (2.1.7) fc Για τον υπολογισμό της φ u, η μέγιστη παραμόρφωση του περισφιγμένου σκυροδέματος λαμβάνεται: α sρ w f yw ε cu, c = (2.1.8) fcc Η οριακή μήκυνση του εφελκυόμενου οπλισμού στην εξ αυτού καμπτική αστοχία σε μέλη υπό ανακυκλιζόμενη ένταση υιοθετείται η σχετική διάταξη του Ευρωκώδικα 8: ε su = 6% για χάλυβα κατηγορίας C, 5% για κατηγορίας Β και 2.5% για κατηγορίας Α Bάθρα με μάτιση διαμήκων ράβδων στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης Κοίλα ορθογωνικά βάθρα ή παρόμοιας διατομής (Τ, διπλού Τ κλπ) Τα προσομοιώματα για τον υπολογισμό των M y, φ y, θ y, EI eff, φ u, θ u, όπως αυτά περιγράφονται πιο πάνω, ισχύουν με τις εξής τροποποιήσεις: i) Το ποσοστό θλιβόμενου οπλισμού στην περιοχή μάτισης λαμβάνεται διπλάσιο του ποσοστού εκτός αυτής. ii) Αν το μήκος μάτισης, l o, είναι μικρότερο απ το l oy,min που δίνεται από την Εξ. (2.1.9), τότε, στον υπολογισμό των M y και φ y, η τάση διαρροής του χάλυβα, f y, πρέπει να πολλαπλασιάζεται με το λόγο l o /l oy,min, όπου: loy,min = 0.3db fy fc (f y, f c σε MPa) (2.1.9) iii) Ο 2 ος όρος της Εξ. (2.1.9) πρέπει να πολλαπλασιάζεται επί το λόγο της τιμής της M y, που υπολογίζεται κατά τα (i, ii) παραπάνω, προς την τιμή της M y εκτός της περιοχής μάτισης. iv) Για να ορισθεί εάν ο όρος α V z πρέπει να ληφθεί μη μηδενικός στον 1 ο όρο της Εξ. (2.1.1), θα πρέπει η τέμνουσα που προκαλεί λοξή ρηγμάτωση, V Rc, να συγκρίνεται με την τέμνουσα στην καμπτική διαρροή, M y /L s, όπου η M y υπολογίζεται σύμφωνα με τα παραπάνω (i, ii). v) Για τον υπολογισμό της γωνίας στροφής χορδής στην αστοχία, θ u, χρησιμοποιείται η Εξ. (2.1.4), pl όπου, αν το l o είναι μικρότερο του l ou,min, η τιμή της θ u από την Εξ. (4) θα πολλαπλασιάζεται επί το λόγο l o /l ou,min, με: df b y lou,min = (f y, f c σε MPa) (2.1.10) ( αρ l sf yw/ fc) fc όπου: db + dbh 4 s i 1,n bh h sh D = 1 1 tot i αl = (2.1.11) 2bc 2hc ntot i: δείκτης ράβδου που ματίζεται σε κάποια θέση της περιμέτρου της διατομής (διάμετρος d b ), n tot : συνολικός αριθμός ράβδων που ματίζονται κατά μήκος της περιμέτρου της διατομής, d bh : διάμετρος εγκάρσιου οπλισμού που συγκρατεί τη διαμήκη ράβδο i, και D bh : διάμετρος κάμψης του εγκάρσιου οπλισμού που συγκρατεί τη ράβδο i Βάθρα κυκλικής διατομής Για τη διαρροή ισχύουν οι κανόνες της προηγούμενης παραγράφου. Στην αστοχία, εάν το μήκος μάτισης, l o, είναι μικρότερο απ το μήκος l ou,min της Εξ. (2.1.10) (με τη διάμετρο του πυρήνα, D c, ν αντικαθιστά το D bh και b c, h c στην Εξ. (2.1.11)), τότε ο εφελκυόμενος οπλισμός δεν μπορεί να εξαντλήσει την οριακή παραμόρφωση, ε su. Σ αυτήν την περίπτωση για τον υπολογισμό της θα πρέπει να χρησιμοποιείται η εξίσωση: ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 31

32 l o l f o y εsu,l = εsu, εάν l o < l ou,min από Εξ. (10) (2.1.12) lou,min loy,min Es όπου το l oy,min υπολογίζεται απ την Εξ. (9) Μέλη ενισχυμένα με μανδύα ΙΟΠ (Ινοπλισμένου Πολυμερούς) Κοίλα ορθογωνικά βάθρα ή παρόμοιας διατομής (Τ, διπλού Τ κλπ) Ισχύουν οι κανόνες που έχουν προκύψει από διευρυμένη βάση δεδομένων με 90 πειράματα δοκών, υποστυλωμάτων και τοιχωμάτων ορθογωνικής διατομής. Η γωνία στροφής χορδής στην αστοχία, θ u, μπορεί να υπολογισθεί από την Εξ. (2.1.4) με τις εξής τροποποιήσεις: i) Στον εκθέτη του προτελευταίου όρου (εκθέτη του 25), στη συμβολή της περίσφιγξης μέσω συνδετήρων προστίθεται και αυτή της περίσφιγξης μέσω ΙΟΠ ως αρ f f f,e / f c, όπου ρ f =2t f /b w το γεωμετρικό ποσοστό του ΙΟΠ παράλληλα στη διεύθυνση της φόρτισης. ii) Ο συντελεστής αποδοτικότητας της περίσφιγξης είναι: 2 ( b 2R) + ( h 2R) 2 α f = 1 (2.1.13) 3bh όπου b και h το πλάτος και ύψος της διατομής και R η ακτίνα των στρογγυλευμένων γωνιών της. iii) Η ενεργός τάση του ΙΩΠ, f f,e, δίνεται απ τη σχέση: ρ f ( ) ( ) f f, e = min fu, f, εu, f E f min fu, f, εu, f E (2.1.14) f fc όπου f u,f και E f η αντοχή και το μέτρο ελαστικότητας του ΙΟΠ και ε u,f μία οριακή παραμόρφωση, ίση με για ΙΟΠ από ανθρακονήματα ή αραμίδιο (CFRP, AFRP) και με 0.02 για υαλονήματα (GFRP). Αν μανδύας ΙΟΠ καλύπτει μήκος τουλάχιστον κατά 25% μεγαλύτερο του μήκους μάτισης, l o, ισχύουν τα προσομοιώματα της παρ. 2.1, αλλά το μήκος l oy,min μειώνεται σε l oy,min =0.2d b f y / f c. Για τον υπολογισμό του θ u, ο εκθέτης του 25 στον προτελευταίο όρο θα πρέπει να λαμβάνεται όπως και στην Εξ. (2.1.4) (δηλαδή με συμβολή μόνον του εγκάρσιου οπλισμού), ενώ το l ou,min θα υπολογίζεται ως: df b y lou,min = (f y, f c σε MPa) (2.1.15) ( αρ l ff f,e / fc) fc Το α l υπολογίζεται ως α l =α f (4/n tot ), όπου το α f λαμβάνεται απ την Εξ. (2.1.13) Βάθρα κυκλικής διατομής Εφαρμόζεται η προσέγγιση των παραγράφων 1.2 και 2.2, με την Εξ. (2.1.8) να αντικαθίσταται απ την εξίσωση: α sρ w f yw + 0.6ρ f f f, e ε cu, c = (2.1.16) fcc όπου ρ f =2t f /D είναι το ποσοστό του ΙΩΠ. Η ενεργός αντοχή του ΙΟΠ, f f,e, λαμβάνεται απ την Εξ. (2.1.14). Στη διάρκεια της παράτασης ολοκληρώθηκε η Εργασία 2.2 και συντάχθηκε το σχετικό παραδοτέο για την ποσοτική έκφραση των παραμέτρων αντοχής και παραμόρφωσης βάθρων κυκλικής ή κοίλης διατομής στη διαρροή και στην αστοχία λόγω κάμψης και διάτμησης. Πειράματα βάθρων κυκλικής και κοίλης ορθογωνικής διατομής απ την διεθνή βιβλιογραφία χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη προσομοιωμάτων υπολογισμού: α) της ροπής διαρροής του βάθρου, Μ y, β) της γωνίας στροφής χορδής του βάθρου στη διαρροή, θ y, γ) της ενεργού δυσκαμψίας του βάθρου, δ) της διατμητικής αντοχής βάθρου με βάση τον εγκάρσιο οπλισμό ή το σκυρόδεμα σε λοξή θλίψη, και ε) της γωνίας στροφής χορδής στην αστοχία του βάθρου σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, θ u. Η βάση δεδομένων περιλαμβάνει 366 πειράματα σε βάθρα κυκλικής διατομής και 186 πειράματα σε βάθρα διατομής κοίλης ορθογωνικής ή παρόμοιας (Τ, Η κλπ). Ιδιαίτερη σημασία στη διάρκεια της παράτασης δόθηκε στα προεντεταμένα βάθρα. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 32

33 Τα πειράματα μελών με προένταση που κατέστη δυνατόν να συγκεντρωθούν απ τη διεθνή βιβλιογραφία είναι λιγοστά. Αφορούν δε μέλη ορθογωνικής διατομής με κεντρική προένταση, και όχι βάθρα κυκλικής ή κοίλης ορθογωνικής διατομής. Ωστόσο, τα συμπεράσματα και οι εξισώσεις υπολογισμού είναι κατά πολύ παρόμοια ή και κοινά για βάθρα κοίλης ορθογωνικής διατομής και μέλη συμπαγούς ορθογωνικής διατομής. Εξετάσθηκε λοιπόν η συμπεριφορά ορθογωνικών μελών με προένταση και οι απαραίτητες τροποποιήσεις επί των βασικών σχέσεων υπολογισμού της ροπής διαρροής, Μ y, της γωνίας στροφής χορδής στη διαρροή, θ y, της ενεργού δυσκαμψίας και της γωνίας στροφής χορδής στην αστοχία, θ u. Η ισχύς των συμπερασμάτων επεκτάσθηκε και σε βάθρα κοίλης ορθογωνικής ή παρόμοιας διατομής. Ο υπολογισμός της ροπής διαρροής, Μ y, βασίζεται στους ίδιους κανόνες και τροποποιείται καταλλήλως για να λάβει την επιρροή της προέντασης. Μόνο 9 ήταν τα πειράματα μελών με προένταση (όλα με κεντρική προένταση) και για τα οποία έγινε υπολογισμός των Μ y, φ y. Το ποσοστό του εφελκυόμενου οπλισμού, ρ 1, η διαρροή του οποίου σηματοδοτεί και τη διαρροή του μέλους, συμπεριλαμβάνει τον μη-προεντεταμένο οπλισμό της εφελκυόμενης πλευράς, καθώς και τους τένοντες με συνάφεια που βρίσκονται κοντά στην εφελκυόμενη πλευρά. Το συνολικό εμβαδόν του εφελκυόμενου οπλισμού, όπως και η θέση του στη διατομή (και επομένως το στατικό ύψος d), λαμβάνεται δίνοντας βάρη στην επιφάνεια του χαλαρού εφελκυόμενου οπλισμού και των τενόντων με συνάφεια (που θεωρούνται εφελκυόμενος οπλισμός), ανάλογα με την τάση διαρροής τους. Καθώς τόσον ο χαλαρός οπλισμός, όσον και οι τένοντες με συνάφεια της θλιβόμενης πλευράς και του κορμού της διατομής θεωρούνται ότι παραμένουν ελαστικοί στη διαρροή, τα εμβαδά τους αθροίζονται απλώς, χωρίς βάρος για την τάση διαρροής. Η επιρροή της προέντασης ελήφθη σύμφωνα με τους δύο παρακάτω εναλλακτικούς τρόπους: 1. Λαμβάνοντας την προένταση ως τμήμα της δράσης: η αξονική δύναμη λόγω προέντασης (θετική για θλίψη) λαμβάνεται ίση με τη συνολική δύναμη προέντασης, P, η ροπή κάμψης λόγω προέντασης, λαμβάνεται ίση με την P επί την εκκεντρότητα του μέσου τένοντα (στα πειράματα ήταν ίση με μηδέν), οι τένοντες με συνάφεια λαμβάνονται ως αναπόσπαστο κομμάτι της διατομής, με ελαστική συμπεριφορά μέχρι τη διαθέσιμη τάση ως τη διαρροή τους, η οποία είναι ίση με την πλήρη τάση διαρροής τους, f 0.01, μείον την αρχική τάση προέντασης, σ p. 2. Λαμβάνοντας την προένταση ως τμήμα της αντίστασης: οι τένοντες με συνάφεια που έχουν διαρρεύσει θεωρούνται ως αναπόσπαστο κομμάτι της διατομής, με ελαστική συμπεριφορά μέχρι την πλήρη τάση διαρροής τους, f 0.01, η αξονική δύναμη λόγω προέντασης (θετική για θλίψη), λαμβάνεται ίση με τη δύναμη των τενόντων με συνάφεια που δεν έχουν διαρρεύσει (δηλαδή των τενόντων της θλιβόμενης πλευράς και του κορμού), η ροπή κάμψης λόγω προέντασης, λαμβάνεται ίση με τη δύναμη των τενόντων με συνάφεια που δεν έχουν διαρρεύσει, επί τη μέση εκκεντρότητα τους. Η ροπή αυτή αθροίζεται στην ροπή λόγω εγκάρσιας φόρτισης. Ο Πίνακας δίνει τα στατιστικά στοιχεία του λόγου πειραματικής προς θεωρητικής τιμής ροπής διαρροής, για τα 9 πειράματα. Οι πειραματικές τιμές της ροπής διαρροής, υποεκτιμούνται ελαφρώς και από τις δύο εναλλακτικές προσεγγίσεις. Να σημειωθεί ότι για μη-προεντεταμένα βάθρα κοίλης ορθογωνικής διατομής υπάρχει επίσης υποεκτίμηση, μικρότερη όμως από αυτήν των προεντεταμένων μελών. Με βάση τις δύο πιο πάνω προσεγγίσεις υπολογίσθηκε και η γωνία στροφής χορδής στη διαρροή, θ y. Αυτό που αλλάζει, ανάλογα με την προσέγγιση, είναι η καμπυλότητα στη διαρροή, φ y. Στον Πίνακα δίνονται τα στατιστικά στοιχεία του λόγου πειραματικής προς θεωρητική τιμή. Η πειραματική γωνία στροφής χορδής στη διαρροή, υπερεκτιμάται και από τις δύο προσεγγίσεις, ειδικά δε όταν η προένταση λαμβάνεται ως μέρος της αντίστασης. Η υπερεκτίμηση της γωνίας στροφής χορδής στη διαρροή, συνεπάγεται υποεκτίμηση της ενεργού δυσκαμψίας. Οπως φαίνεται στον Πίνακα, υπάρχει σαφής υποεκτίμηση των πειραματικών τιμών, ειδικά όταν η προένταση λαμβάνεται σαν μέρος της αντίστασης. Παρόμοια είναι και τ αποτελέσματα της σύγκρισης με τις πειραματικές τιμές, όταν η δυσκαμψία υπολογίζεται από την εμπειρική σχέση. Συμπερασματικά, λαμβάνοντας την προένταση ως τμήμα της δράσης επιτυγχάνεται καλύτερη ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 33

34 συμφωνία με τις πειραματικές τιμές της ροπής διαρροής, της γωνίας στροφής στη διαρροή και της ενεργού δυσκαμψίας. Ακόμα και γι αυτήν την προσέγγιση υπάρχει ωστόσο σημαντική υποεκτίμηση της ροπής διαρροής και σημαντική υπερεκτίμηση της γωνίας στροφής χορδής. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ακόμα σημαντικότερη υποεκτίμηση της ενεργού δυσκαμψίας, της τάξεως του 50% που δεν πρέπει να θεωρείται αποδεκτή. Η υποεκτίμηση αυτή είναι ακόμα μεγαλύτερη όταν η προένταση ληφθεί σαν τμήμα της αντίστασης ή αν εφαρμοσθεί η εμπειρική σχέση για τον απευθείας υπολογισμό της δυσκαμψίας. Πίνακας: Μέση τιμή και συντελεστής μεταβλητότητας του λόγου πειραματικής προς θεωρητική τιμής χαρακτηριστικών μεγεθών. Προεντεταμένα μέλη. Ποσότητα Θεωρώντας την προένταση ωςαριθμός Μέση τμήμα της: πειραμάτωντιμή M y,exp /M y,pred.-βασικές αρχές δράσης % αντίστασης % θ y,exp /θ y,pred δράσης % αντίστασης % δράσης % (M y L s /3θ y ) exp /EI eff-βασικές αρχές αντίστασης % (M y L s /3θ y ) exp /EI eff-εμπειρική δράσης % V R,exp /V R δράσης % V R,exp /V R δράσης % θ u,exp /θ u Δράσης % Συντελεστής μεταβλητότητας Τρία από τα πειράματα προεντεταμένων μελών, αστόχησαν σε διάτμηση, λόγω διαρροής του εγκάρσιου οπλισμού. Όπως φαίνεται στον Πίνακα, οι σχέσεις που αναπτύχθηκαν για μηπροεντεταμένα μέλη, δίνουν καλή συμφωνία με τις 3 πειραματικές τιμές. Ο υπολογισμός σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να γίνει μόνο εαν η προένταση ληφθεί ως τμήμα της δράσης. Σε πέντε πειράματα προεντεταμένων μέλων, η αστοχία ήταν καμπτική. Ο Πίνακας δίνει τη σύγκριση των πειραματικών τιμών με τις τιμές που προκύπτουν από τις σχέσεις που αναπτύχθηκαν για μηπροεντεταμένα μέλη. Η συμφωνία με τις πειραματικές τιμές είναι αρκετά καλή, δίνοντας μία υποεκτίμηση της τάξεως του 7%. Να σημειωθεί ότι ο υπολογισμός μπορεί να γίνει μόνο εάν η προένταση ληφθεί ως τμήμα της δράσης. 2.3: Συμπεριφορά κόμβων βάθρων και καταστρώματος και κόμβων βάθρων φρεάτων Η διερεύνηση του αντικειμένου της Ενότητας 2.3 του «ΑΣΠΡΟΓΕ» ξεκίνησε με τη συγκέντρωση όλων των πειραματικών εργασιών της διεθνούς βιβλιογραφίες σε μονολιθικές συνδέσεις (κόμβους) γεφυρών και την καταγραφή των πειραματικών αποτελεσμάτων σε μία βάση δεδομένων. Ακολούθησε η εξέταση όλων των διατιθέμενων αναλυτικών μοντέλων της διεθνούς βιβλιογραφίας για την εκτίμηση της διατμητικής αντοχής των κόμβων. Εν συνεχεία διατυπώθηκε ένα νέο, απλουστευμένο μοντέλο για τον υπολογισμό των διατμητικών τάσεων και παραμορφώσεων σε κόμβους στύλων-δοκών, με ιδιαίτερη έμφαση στους κόμβους γεφυρών. Κατά τη διατύπωση του μοντέλου αναγνωρίστηκε ότι η ποιότητα των αγκυρώσεων των διαμήκων ράβδων του στύλου εντός του κόμβου παίζει πρωταρχικό ρόλο στην ακρίβεια του μοντέλου. Έτσι, η ποιότητα της αγκύρωσης λήφθηκε υπόψη καταρχήν εμπειρικά, με βάση τα υπάρχοντα πειραματικά αποτελέσματα και τελικά προτάθηκε νόμος διατμητικής αντοχής-παραμόρφωσης για κόμβους γεφυρών (Σχήμα 2.3.1). ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 34

35 v / f cm (MPa) ρ = ρ x + βz ρz ρ 0.01 Α 0.01<ρ 0.02 Β 0.02<ρ Γ Γ B A Συντελεστής ασφαλείας φ=0.60 προτείνεται για πολλαπλασιασμό των τεταγμένων του διαγράμματος για λήψη τιμών σχεδιασμού. Παράμετρος β z =0.5ζ β zc (βλ. Πίν.1.3) β z =0.50 για l διαθ /l απαιτ 1.1 β z =0.50 για l διαθ /l απαιτ 1.0 & d b <25mm β z =0.25 για l διαθ /l απαιτ 1.0 & d b 25mm β z =0.25 για l διαθ /l απαιτ <1.0 & d b <25mm β z =0.00 για l διαθ /l απαιτ <1.0 & d b 25mm β z =0.25 για κόμβους όπου ο στύλος συνεχίζει επάνω από τον κόμβο β z =0.00 για Γ-κόμβους με επικάλυψη c<2d b β z =0.25 για κόμβους θεμελίωσης l διαθ /l απαιτ <1.0 και άγκιστρα γ(rad) Σχήμα 2.3.1: Προτεινόμενος νόμος διατμητικών τάσεων-παραμορφώσεων για κόμβους γεφυρών. Παράλληλα, σχεδιάστηκε τόσο το μέρος του πειραματικού προγράμματος που περιλαμβάνει τον έλεγχο δοκιμίων κόμβων στύλων-ανωδομής όσο και το μέρος του πειραματικού προγράμματος που περιλαμβάνει τον έλεγχο δοκιμίων κόμβων στύλου-θεμελίωσης. Ακόμη, επιλέχθηκε το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων Opensees για την τρισδιάστατη αναλυτική διερεύνηση των δοκιμίων αυτών. Βαθμονομήθηκαν τα διατιθέμενα στο Opensees ελαστοπλαστικά υλικά (χάλυβας οπλισμού, σκυρόδεμα, συνάφεια) και συγκρίθηκαν αναλυτικά με πειραματικά αποτελέσματα για δοκίμια παλαιότερων πειραμάτων. Τέλος, διαπιστώθηκε ότι σε γέφυρες με μονολιθικές συνδέσεις μεταξύ κοίλων διατομών στοιχείων, δεν προκύπτει πρόβλημα στην περιοχή της σύνδεσης, παρά τις γεωμετρικές ασυνέχειες (αναλύσεις με SAP2000), λόγω των μεγάλων διαστάσεων των συνδεομένων στοιχείων (Σχήμα 2.3.2). Σε ότι αφορά τις γέφυρες με κοντά βάθρα και ισχυρό φορέα ανωδομής μονολιθικά συνδεόμενο με το βάθρο, διαπιστώθηκε η ανάγκη συνυπολογισμού της μαζικής ροπής αδράνειας του καταστρώματος κατά τη δυναμική ανάλυση στη διεύθυνση εγκάρσια στον άξονα της γέφυρας (Σχήμα 2.3.3). Το τελευταίο έτος, κατασκευάστηκαν τα δύο τελευταία δοκίμια (Α5 και Α6) κόμβων στύλου-ανωδομής από τα έξι δοκίμια που είχαν σχεδιαστεί και προγραμματιστεί να ελεγχθούν πειραματικά. Επίσης, κατασκευάστηκαν τέσσερα δοκίμια κόμβων μεταξύ στύλου και θεμελίωσης (Α7 ως Α10), τα οποία σχεδιάστηκαν ώστε να ελεγχθούν σε διαφορετική πειραματική διάταξη στο Εργαστήριο Οπλισμένου Σκυροδέματος του Δ.Π.Θ. Σχήμα 2.3.2: Ανάλυση τυπικής γέφυρας με μονολιθικές συνδέσεις κοίλων στοιχείων με το SAP2000. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 35

36 Σχήμα 2.3.3: Αναγκαιότητα συνυπολογισμού μαζικής ροπής αδράνειας κατά τη δυναμική ανάλυση κοντών βάθρων συνδεόμενα μονολιθικά με ισχυρό κατάστρωμα. Επίσης πραγματοποιήθηκε θραύση των έξι δοκιμίων κόμβων (Α1 ως Α6), υπό ανακυκλιζόμενη (σεισμική) φόρτιση στο Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών του Δ.Π.Θ. (Φωτ.1-3). Τα έξι δοκίμια αντιπροσώπευαν κόμβους στύλου-ανωδομής σε κλίμακα 18% με τα εξής χαρακτηριστικά: (Α1) Τ- κόμβος στύλου-ανωδομής, εξεταζόμενος στη διεύθυνση εγκάρσια στον άξονα της γέφυρας, διαστασιολογημένος και οπλισμένος συμβατικά κατά EC8-II. (A2) Κόμβος όπως ο Α1, οπλισμένος εναλλακτικά κατά EC8-II, δηλαδή με τοποθέτηση μέρους του διατμητικού οπλισμού κόμβου στις δοκούς εκατέρωθεν του κόμβου. (Α3) Κόμβος όπως ο Α2, αλλά με κατασκευή θύρας διέλευσης στο σώμα του κόμβου. (Α4) Κόμβος όπως ο Α1 με μειωμένο πλάτος συνδεόμενης δοκού σε σχέση με το προτεινόμενο από τον EC8-II. (A5) Τ-κόμβος στύλου-ανωδομής, εξεταζόμενος στη διεύθυνση κατά μήκος του άξονα της γέφυρας, διαστασιολογημένος και οπλισμένος κατά EC8-II. (Α6) Κόμβος όπως ο Α5, αλλά με κατασκευή θύρας διέλευσης στο σώμα του κόμβου. Τα δοκίμια Α1, Α2, Α4 και Α5 παρουσίασαν επιθυμητή συμπεριφορά υπό σεισμική φόρτιση, με πλαστικοποίηση του στύλου στην κρίσιμη περιοχή, σημαντική ολίσθηση των διαμηκών οπλισμών του στύλου χωρίς όμως αστοχία των αγκυρώσεων και μικρορηγματώσεις στην περιοχή του κόμβου. Το δοκίμιο Α3 αστόχησε επίσης με πλαστικοποίηση του στύλου στην κρίσιμη περιοχή του, με έντονη ολίσθηση των διαμηκών ράβδων του στύλου και σημαντική βλάβη στην περιοχή του κόμβου, χωρίς όμως ο κόμβος να χάσει τη φέρουσα ικανότητά του (Φωτ.2). Τέλος το δοκίμιο Α7 αστόχησε ψαθυρά, σε πολύ μικρή πλαστιμότητα μετακινήσεων με αποκοπή του σώματος του κόμβου από το υπόλοιπο δοκίμιο (αστοχία σε διάτρηση - Φωτ.3). Κρίνεται λοιπόν ότι όταν οι μονολιθικές συνδέσεις στύλων-ανωδομής σχεδιάζονται σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 8, η σεισμική συμπεριφορά τους είναι πολύ καλή, ακόμη και στην περίπτωση οριακού σχεδιασμού των συνδέσεων. Αντίθετα, σε περιπτώσεις κακού σχεδιασμού των συνδέσεων (π.χ. ύπαρξη ασυνέχειας στην περιοχή του κόμβου με την κατασκευή θυρών διέλευσης), ενδεχόμενη σεισμική διέγερση μπορεί να οδηγήσει σε ψαθυρού τύπου αστοχία. Στο Σχήμα παρουσιάζονται τα διαγράμματα επιβαλλόμενου φορτίου ως προς τη μετακίνηση του άκρου προβόλου για τα δοκίμια Α2 και Α3. Φωτ.1: Διάταξη φόρτισης δοκιμίων Α1 ως Α6. Φωτ.2: Θραύση δοκιμίου Α3. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 36

37 Φωτ.3: Αστοχία δοκιμίου Α6. Α3. Σχ.4: Διάγραμμα επιβαλλόμενου φορτίου-μετακίνησης για δοκίμιο Μετά την ολοκλήρωση δοκιμών των κόμβων στύλου-ανωδομής πραγματοποιήθηκε ο πειραματικός έλεγχος των δοκιμίων στύλου-θεμελίωσης (Α7 ως Α10), υπό ανακυκλιζόμενη (σεισμική) φόρτιση στο εργαστήριο Οπλισμένου Σκυροδέματος του Δ.Π.Θ. (Φωτ.4, 5). Τα δοκίμια αντιπροσώπευαν συνδέσεις σε κλίμακα 8% με τα εξής χαρακτηριστικά: (Α7) Κόμβος στύλου-πεδίλου με σύνηθες ύψος πεδίλου και κυκλική διατομή στύλου. (Α8) Κόμβος στύλου-πεδίλου με μειωμένο ύψος πεδίλου και κυκλική διατομή στύλου. (Α9) Κόμβος όπως ο Α7 αλλά με τετραγωνική διατομή στύλου. (Α10) Κόμβος όπως ο Α8 αλλά με τετραγωνική διατομή στύλου. Όλα τα δοκίμια επέδειξαν πολύ καλή συμπεριφορά υπό την επιβαλλόμενη φόρτιση, παρουσιάζοντας ελάχιστες ως καθόλου τριχοειδείς ρηγματώσεις στην περιοχή του κόμβου και του πεδίλου και επιδεικνύοντας αστοχία καμπτικού τύπου στην κρίσιμη περιοχή του στύλου (Φωτ.5). Η πολύ καλή συμπεριφορά όλων των δοκιμίων, ακόμη και αυτών που σχεδιάστηκαν με μειωμένο ύψος πεδίλου, αποδίδεται στις ικανοποιητικές αγκυρώσεις των διαμηκών οπλισμών του στύλου με ύπαρξη αγκίστρου στο τέλος των αγκυρώσεων. Φωτ.4: Θραύση δοκιμίου Α8. Φωτ.5: Καμπτική αστοχία στύλου δοκιμίου Α9. Ακόμη, το δοκίμιο Α1 προσομοιώθηκε στο πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων Opensees με συνθήκες στήριξης αυτές που εφαρμόστηκαν πειραματικά, ώστε να μπορέσει να γίνει σύγκριση των αναλυτικών με τα πειραματικά αποτελέσματα. Εφαρμόστηκαν δύο μέθοδοι προσομοίωσης: (α) το δοκίμιο προσομοιώθηκε με χωρικά 20-κομβα στοιχεία για το σκυρόδεμα και γραμμικά στοιχεία για τους οπλισμούς, τα οποία στις κρίσιμες περιοχές συνδέθηκαν μεταξύ τους με στοιχεία μηδενικού μήκους που προσομοίωναν τη συνάφεια και (β) το δοκίμιο προσομοιώθηκε στο επίπεδο με γραμμικά στοιχεία κατανεμημένης πλαστικότητας για το στύλο και τις δοκούς και με το στοιχείο κόμβου που ανέπτυξε η Lowes et al ( ). Κατά την ανάλυση με την πρώτη μέθοδο επιβλήθηκε μονοτονική φόρτιση λόγω έλλειψης υπολογιστικής ισχύος για την εφαρμογή ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Για το λόγο αυτό τα αποτελέσματα της επίλυσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για ποιοτική σύγκριση ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 37

38 με τα πειραματικά αποτελέσματα σε δεδομένα σημεία της φόρτισης. Κατά την ανάλυση με τη δεύτερη μέθοδο επιβλήθηκε ανακυκλιζόμενη φόρτιση όπως και αυτή που εφαρμόστηκε πειραματικά. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παρουσίασαν πολύ καλή σύγκλιση με τα πειραματικά σε ότι αφορά την εκτίμηση της αντοχής, της μείωσης της δυσκαμψίας και τη στένωση των βρόγχων υστέρησης καθόλη τη διάρκεια της φόρτισης. Σχήμα 2.3.5: Προσομοίωση δοκιμίου Α1 με το OpenSees (α) στο χώρο και (β) στο επίπεδο με έτοιμο στοιχείο κόμβου. Τέλος, ολοκληρώθηκε η εργασία που είχε ως σκοπό την αναλυτική περιγραφή των συνθηκών συνάφειας στις αγκυρώσεις των διαμηκών οπλισμών των στύλων εντός των κόμβων. Σκοπός της εργασίας ήταν ο καθορισμός του δείκτη συνάφειας β, ο οποίος χρησιμοποιείται στο απλουστευμένο μοντέλο διατμητικής αντοχής παραμόρφωσης κόμβων γεφυρών. Ο δείκτης β εκφράζει τον λόγο της τάσης που αναπτύσσεται σε μία ράβδο οπλισμού στο μέσο του ύψους του κόμβου ως προς την τάση που αναπτύσσεται στην ίδια ράβδο στη διεπιφάνεια κόμβου στύλου. Για τον υπολογισμό του δείκτη β αναπτύχθηκαν δύο μέθοδοι. Η πρώτη μέθοδος βασίζεται διατύπωση μαθηματικών αναλυτικών σχέσεων για τις τάσεις, παραμορφώσεις και ολισθήσεις κατά μήκος των αγκυρώσεων. Για τη διεξαγωγή των σχέσεων θεωρήθηκε ότι στη θέση όπου διαμορφώνεται το άγκιστρο της αγκύρωσης δύναται να αναπτυχθεί δεδομένη τάση στη ράβδο ίση με το ένα τρίτο της τάσης διαρροής της ράβδου και ότι η διαρροή της ράβδου διεισδύει εντός του κόμβου σε απόσταση ανάλογη με τη διάμετρό της. Η δεύτερη μέθοδος βασίζεται στη διακριτοποίηση της αγκύρωσης σε πεπερασμένα τμήματα και ο βήμα προς βήμα υπολογισμός των τάσεων, παραμορφώσεων και ολισθήσεων με χρήση ισορροπίας δυνάμεων σε κάθε τμήμα χωριστά. Για την ανάπτυξη της μεθόδου θεωρήθηκε επίσης ότι στη θέση του αγκίστρου αναπτύσσεται δεδομένη τάση στη ράβδο και ότι η διαρροή διεισδύει εντός του κόμβου μέχρι τον 2 ο συνδετήρα. Τα άρθρα και οι εργασίες που ολοκληρώθηκαν αναφέρονται στην της παρούσας έκθεσης. 2.4 Ανάλυση της σεισμικής συμπεριφοράς Γεφυρών με λεπτότοιχες διατομές τυχούσας γεωμετρίας Εισαγωγή Στο πλαίσιο του παρόντος ερευνητικού προγράμματος, αναπτύχθηκε μεθοδολογία για τη δυναμική ανάλυση γεφυρών με τη χρήση λεπτότοιχου ή μεγάλου πάχους πεπερασμένου στοιχείου τυχούσας γεωμετρικής διατομής. Η τυχούσα μορφή της διατομής περιγράφεται με συνδυασμό επιμέρους επίπεδων τμημάτων. Γίνεται η παραδοχή ότι η θεμελιώδης δομική συμπεριφορά της γέφυρας καθορίζεται από την απόκριση κατά μήκος του διαμήκους άξονά της. Αυτή η απόκριση μπορεί να θεωρηθεί ως συμπεριφορά μιας δοκού. Οι παραμορφώσεις της διατομής και άλλες πρόσθετες ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 38

39 επιρροές όπως η στρέβλωση μπορούν να περιγραφούν με την θεώρηση του επιμέρους τμήματος του τοιχώματος ως κέλυφος ή ως πλάκα με καμπτικές και εφελκυστικές παραμορφώσεις (για την λεπτότοιχη διατομή), είτε ως τρισδιάστατο 3D στοιχείο όγκου (για την διατομή μεγάλου πάχους). Κατά την διάρκεια του πρώτου χρόνου του έργου έγινε επισκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας για τις υπάρχουσες μεθοδολογίες και τις σχετικές αδυναμίες, τα γεωμετρικά-κινηματικά χαρακτηριστικά του προτεινόμενου στοιχείου και τη διατύπωση της εντατικής κατάστασης. Στον δεύτερο χρόνο διατυπώθηκε ο καταστατικός νόμος για την δοκό με διατμητικές παραμορφώσεις, έγινε εξειδίκευση των σχέσεων για το σύνθετο τοίχωμα, διατυπώθηκε η εσωτερική ενέργεια παραμόρφωσης, η κινητική ενέργεια του στοιχείου και τέλος εξήχθησαν οι τελικές και οριστικές σχέσεις των τάσεων συναρτήσει των φορτίων διατομής τόσο για την δοκό όσο και για το περιμετρικό τοίχωμα. Για τον τρίτο χρόνο και την εγκριθείσα παράταση περιγράφεται αναλυτικά παρακάτω Περιγραφή της Εντατικής Κατάστασης Αναφερόμαστε σε τρισδιάστατη συμπεριφορά και με σκοπό την περιγραφή της σύζευξης μεταξύ των στοιχείων της δοκού και της πλάκας, κατά τρόπο συνεπή και ορθολογικό, χρησιμοποιούμε ως αφετηρία την τρισδιάστατη εντατική κατάσταση για να αναφερθούμε στη συνέχεια στις μεταβλητές των τάσεων στον άξονα αναφοράς ή στο περιμετρικό τοίχωμα. Ο τανυστής τάσεων t που ανήκει σε ένα στοιχείο του τρισδιάστατου χώρου με μοναδιαίου κάθετο i i διάνυσμα n μπορεί να εκφραστεί σε όρους των τανυστών τάσεων t or t που ενεργούν πάνω στο i i i i i i θ - ή x - επίπεδο. Αν T και T είναι οι δυνάμεις για κάθε μονάδα εκφρασμένες σε θ και x συντεταγμένες, αντίστοιχα, τότε προκύπτει: i ii i ij i ii ij t = ni t G = ni T / G = nig j = nit G = s nig j (2.41) ij ij Στις σχέσεις (1) οι συνιστώσες Σ και s του τανυστή τάσεων αναφέρονται στο σύστημα i i συντεταγμένων x και θ. Υποθέτουμε ότι το συνολικό διάνυσμα τάσεων t αποτελείται από το μέρος t B, που οφείλεται στις παραμορφώσεις της δοκού, και από ένα πρόσθετο μέρος Δt s που προκαλείται από τις σχετικές παραμορφώσεις. Η υπόθεση αυτή οδηγεί στις ακόλουθες σχέσεις των στοιχείων τανυστών των τάσεων ij ij ij ij ij ij st = sb + Δss St = S B + ΔS s (2.4.2), (2.4.3) Στην περίπτωση των λεπτότοιχων διατομών, η γενικευμένη εργική πρόταση, που χρησιμεύει ως αφετηρία για τη διακριτοποίηση, απαιτεί επίσης την ανεξάρτητη προσέγγιση των δυνάμεων και των ροπών που θα προκύψουν. Με σκοπό την αξιοποίηση της προηγούμενης μας εμπειρίας, σε ότι αφορά στην κατάλληλη επιλογή των διατυπώσεων για τις δυνάμεις και τις ροπές που προκύπτουν τόσο για το στοιχείο της δοκού όσο και για του κελύφους, πρέπει να διατυπώνονται σχέσεις που συνδέουν τις ij ij συνιστώσες των τανυστών τάσης Σ, s και των παραγόμενων φορτίων. Οι σχέσεις αυτές πρέπει να είναι συμβατές με τις κινηματικές παραδοχές, με εκφράσεις που περιγράφουν τα παραγόμενα φορτία, λαμβάνοντας υπόψη και τους χρησιμοποιούμενους καταστατικούς νόμους. Επιπρόσθετα, οι σχέσεις που θα προκύπτουν πρέπει να είναι ανεξάρτητες από τη θέση και από την επιλογή της γραμμής αναφοράς. Έτσι, προκύπτουν εξισώσεις της μορφής: Σ ( F + F x2 + F x ) + M ( F + F x2 F x3 ) M ( F + F x2 + F x3 ) ( R12 + R12 x3 ) + Q ( R12 + R12 x ) + M ( R12 R12 x3 ) ( R + R x ) + Q ( R + R x ) + M ( R R x ) = N (2.4.4) 12 2 Σ = Q + (2.4.5) 13 2 Σ = Q (2.4.6) Στις εξισώσεις (4) έως (6) οι παράγοντες τη θέση του άξονα αναφοράς της δοκού. ij F και ij R κ l εξαρτώνται από τη γεωμετρία της διατομής και ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 39

40 2.4.3 Γενικευμένη Εργική Πρόταση H γενικευμένη εργική πρόταση του Hu-Washizu χρησιμεύει για την παραγωγή των εξισώσεων διακριτοποιημένου πεδίου, αλλά και ως αφετηρία για τη διακριτοποίηση. H εργική πρόταση του Hu- Washizu, προκύπτει από την προσθήκη στην αρχική ενέργεια παραμόρφωσης και των σχέσεων παραμόρφωσης-μετατοπίσεων. P HW ( g G + g G 2g )... ij t 1 =... + st γ ij i j j i ij + 2 dv v (2.4.7) Η εργική πρόταση του Hu-Washizu επιτρέπει το χειρισμό των παραμορφώσεων και μετατοπίσεων ως ανεξάρτητες μεταβλητές. Προς την κατεύθυνση αυτή, απαιτούνται ειδικές θεωρήσεις με σκοπό την επιλογή των κατάλληλων εκφράσεων για τις τάσεις και τις παραμορφώσεις. Με στόχο την ορθολογική και συνεπή διατύπωση, ξεκινάμε από το τρισδιάστατο συνεχές μέσο. Η ενέργεια παραμόρφωσης προκύπτει με την εισαγωγή καταλλήλων σχέσεων για τις παραμορφώσεις, εισάγοντας την παραδοχή της ελαστικής συμμετρίας του υλικού τοιχώματος λαμβάνοντας υπόψη ότι θ3=0 και με την χρήση συνθηκών επίπεδης τάσης στην περίπτωση λεπτών τοιχωμάτων. Αυτό συνεπάγεται ότι η ενέργεια παραμόρφωσης θα αποτελείται από τα ακόλουθα τρία μέρη: Τα πρώτα δύο μέρη περιγράφουν την ενέργεια παραμόρφωσης που παράγεται από τη δοκό και τις μεταβλητές παραμόρφωσης του επίπεδου κελύφους ενώ το τρίτο μέρος λαμβάνει υπόψη τη σύζευξη των διαφορετικών δομικών συμπεριφορών. Από τη παραγώγιση των τάσεων και παραμορφώσεων προκύπτουν οι σχέσεις παραμορφώσεων μετατοπίσεων και οι καταστατικές εξισώσεις. Επιπρόσθετα, από τη διαφόριση των μετακινήσεων και των στροφών και με την εισαγωγή του θεωρήματος του Green προκύπτουν τόσο οι εξισώσεις ισορροπίας όσο και οι συνοριακές στατικές συνθήκες Αριθμητικές ιδιομορφίες Γραμμικές εξαρτήσεις Οι συνολικές μετατοπίσεις του επιμήκους υποφορέα αποτελούνται από το τμήμα εκείνο που σχετίζεται με την κινηματική της δοκού ( w B, φ Β ) και το τμήμα εκείνο που σχετίζεται με την κινηματική της περιμετρικής χωρικής πλάκας (Δ. Δφ ). Στο κεφάλαιο της διακριτοποίησης, αναφέρεται ότι χρησιμοποιούνται διγραμμικές συναρτήσεις παρεμβολής για τις παραμορφώσεις της περιμετρικής πλάκας Δ, Δφ. Λόγω της επιλογής αυτής για τις συναρτήσεις παρεμβολής, προκύπτουν έξι κινήσεις στερεού σώματος και δεκατέσσερις δυνατοί τρόποι κύριας παραμόρφωσης. Η λειτουργία του περιμετρικού τοιχώματος, ως συμπληρωματικής της συμπεριφοράς της δοκού, δεν λαμβάνεται υπόψη εξ αρχής κατά την διακριτοποίηση. Σύμφωνα με τις παραδοχές σχετικά με την κινηματική της παραμόρφωσης θα έπρεπε οι μετακινήσεις Δ. Δφ να περιγράφουν μόνο το πρόσθετο κομμάτι της συνολικής παραμόρφωσης πέρα από αυτό που καλύπτεται με τις μετατοπίσεις της δοκού w B, φ Β. Ο διαχωρισμός αυτός δεν θα ήταν δυνατόν να γίνει εξ αρχής και δεν θα επέτρεπε την χρήση των απλών συναρτήσεων μορφής που επιλέχθηκαν. Έτσι στα μητρώα δυνατού έργου εμφανίζονται γραμμικά εξαρτημένες σειρές και στήλες. Τα μητρώα που προκύπτουν από τον πρόσθετο όρο (εξίσωση 5) στην εργική πρόταση του Hu-Washizu περιέχει σειρές με γραμμική εξάρτηση και το τελικό μητρώο δυσκαμψίας εμφανίζει πάνω από έξι μηδενικές ιδιοτιμές. Η φυσική σημασία αυτών των εξαρτήσεων αποδίδεται στο γεγονός ότι το ίδιο δυνατό έργο παράγεται μερικώς από τη δοκό και από τους μεταβλητές του τοιχώματος: μερικές από τις μορφές παραμόρφωσης του τοιχώματος αντιστοιχούν στις παραμορφώσεις της δοκού και δεν πρέπει να εμφανίζονται στη διατύπωση. Με την εφαρμογή κατάλληλων αλγορίθμων, οι γραμμικές εξαρτήσεις μπορούν να εντοπιστούν αριθμητικά και να απαλειφθούν. Τέλος, η ύπαρξη περισσοτέρων μορφών μηδενικής ενέργεια από τις έξι που αντιστοιχούν στις έξι κινήσεων στερεού σώματος μπορεί να αποφευχθεί θεωρώντας ότι έξι μετακινήσεις σε κάθε διατομή αντιστοιχούν στις έξι σταθερές μορφές παραμόρφωσης της δοκού και με την απαλοιφή αυτών των έξι σχετικών μετακινήσεων Διακριτοποίηση Για την διακριτοποίηση χρησιμοποιούνται ανεξάρτητες προσεγγίσεις για τις μετακινήσεις, τις παραμορφώσεις και τάσεις. Τα διανύσματα μετακινήσεων και στροφών w B ( x i ) και φ B ( x i ) της δοκού εκφράζονται με γραμμικά πολυώνυμα κατά την διαμήκη διεύθυνση. Στην περίπτωση λεπτών και (ή μεγάλου πάχους) τοιχωμάτων οι σχετικές μετατοπίσεις Δ ( θ α ) (ή Δ ( θ i ) ) εκφράζονται με συναρτήσεις παρεμβολής που περιέχουν διγραμμικά (τριγραμμικά) πολυώνυμα. Για τις σχετικές ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 40

41 Δφ στροφές ( θ α ) χρησιμοποιούνται διγραμμικά πολυώνυμα παρεμβολής. Προϋπόθεση για απλές αλλά αξιόπιστες διατυπώσεις στοιχείου αποτελεί η αποφυγή ανεπιθύμητων φαινομένων όπως είναι η εμπλοκή και η εμφάνιση μορφών μηδενικής ενέργειας. Προς την κατεύθυνση αυτή, τόσο οι αξονικές και οι καμπτικές παραμορφώσεις όσο και η στρέβλωση της γραμμής αναφοράς της δοκού θεωρούνται σταθερά κατά τη διαμήκη κατεύθυνση. Οι σχετικές παραμορφώσεις μιας λεπτότοιχης διατομής προσεγγίζονται ως ακολούθως: Οι συνιστώσες παραμόρφωσης γ, γ, ) μεταβάλλονται γραμμικά στη κατά τη 2 θ -διεύθυνση, οι όροι ( 0 22, 1γ 22, 0 γ 23 ) ( γ 13 γ υποτίθεται ότι έχουν γραμμική μεταβολή 1 θ -διεύθυνση ενώ οι όροι παραμόρφωσης ( 0 12, 1γ 12 ) γ θεωρούνται σταθεροί. Στην περίπτωση των υπο-στοιχείων με τοιχώματα μεγάλου πάχους, οι παραμορφώσεις ( γ 11 ), ( γ 22 ) κι ( γ 33 ) της τρισδιάστατης κατάστασης παραμόρφωσης εκφράζονται με τη χρήση διγραμμικών πολυώνυμων στις κατευθύνσεις ( θ θ ), ( θ θ ) και ( θ θ ), αντίστοιχα. Για τους όρους των διατμητικών παραμορφώσεων ( γ 12 ) και των εγκάρσιων διατμητικών παραμορφώσεων ( γ 13 ) και ( γ 23 ) χρησιμοποιούνται γραμμικά πολυώνυμα παρεμβολής στις θ, θ και θ κατευθύνσεις, αντίστοιχα. Οι συνισταμένες τάσεις εκφράζονται με παρόμοιο τρόπο. Οι διατυπώσεις απλοποιούνται περαιτέρω όταν οι γραμμικές / διγραμμικές μεταβολές των παραμορφώσεων και των αντίστοιχων τάσεων αντικατασταθούν από εκφράσεις σταθερές ανά τμήμα (piecewise constant approximations) (σχ.2.4.2). Σχήμα 2.4.2: Εκφράσεις σταθερές ανά τμήμα Χρησιμοποιώντας την προαναφερόμενη διατύπωση, καταλήγουμε στη διαμόρφωση οικογένειας απλών πεπερασμένων στοιχείων που προορίζονται για την μοντελοποίηση εύκαμπτων δομικών στοιχείων τύπου δοκού με επίπεδα τοιχώματα (Σχήμα 2.4.3). Χάρη στην απλότητα των διατυπώσεων, μακροστοιχεία με διαφορετικές μορφές διατομής μπορούν εύκολα να συντίθενται και να χρησιμοποιηθούν. Επιπρόσθετα, οι βαθμοί ελευθερίας που αντιστοιχούν στους εσωτερικούς κόμβους αυτών των μακροστοιχείων μπορεί να απαλειφθούν στο επίπεδο του στοιχείου. Η προσέγγιση αυτή παρέχει απλά στοιχεία ικανά να περιγράφουν τη στατική και δυναμική συμπεριφορά της κατασκευής με ακριβή και οικονομικό τρόπο. Επίσης, τα στοιχεία μετά την απαλοιφή των τάσεων και παραμορφώσεων σε επίπεδο στοιχείου- διαθέτουν μόνο μηχανικούς βαθμούς ελευθερίας και μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε προγράμματα πολλαπλών εφαρμογών. Σε σχέση με τη τρισδιάστατη ανάλυση μέσω επίπεδων στοιχείων κελύφους ή τρισδιάστατων στοιχείων, το προτεινόμενο στοιχείο μειώνει το υπολογιστικό κόστος ενώ περιγράφει τη δομική συμπεριφορά των γεφυρών κατά τρόπο πιο ρεαλιστικό από τα στοιχεία δοκού ή από άλλες μεθόδους προσέγγισης. Σχήμα 2.4.3: Μακροστοιχεία ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 41

42 Οι προσεγγίσεις που εισάγονται για τα πεδία των μετακινήσεων περιγράφοντας τις παραμορφώσεις του τοιχώματος δεν λαμβάνουν υπόψη το γεγονός ότι τα πεδία αυτά αντιπροσωπεύουν σχετικές μετατοπίσεις της δοκού και ως τέτοια δεν πρέπει να περιέχουν κινήσεις και παραμορφώσεις που έχουν ήδη περιγραφεί από τα πεδία μετακινήσεων της δοκού. Ο σκοπός μιας τέτοιας προσέγγισης ήταν να επωφεληθούμε από την προηγούμενή μας εμπειρία σχετικά με την κατάλληλη επιλογή παραδοχών για τις παραμορφώσεις και τις τάσεις Ανάπτυξη μεθοδολογίας πεπερασμένων στοιχείων για το μη γραμμικό υπολογισμό επιφανειακών φορέων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η συμπεριφορά φορέων από οπλισμένο σκυρόδεμα καθορίζεται σε σημαντικό βαθμό από παράγοντες οι οποίοι είναι ασύμβατοι με την παραδοχή του ομογενούς, ισότροπου και γραμμικά ελαστικού υλικού. Φαινόμενα όπως η ρηγμάτωση και η σύνθλιψη του σκυροδέματος, η διαρροή του χάλυβα, η εμπλοκή των αδρανών, η δράση βλήτρου των οπλισμών, η ατελής συνάφεια χάλυβα σκυροδέματος, συμβάλλουν δραστικά στη μη γραμμική απόκριση κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος υπό στατικές ή δυναμικές φορτίσεις. Οι περισσότερες συμβατικές μέθοδοι σχεδιασμού αντιμετωπίζουν το οπλισμένο σκυρόδεμα ως μη ρηγματωμένο γραμμικά ελαστικό υλικό κατά το στάδιο της ανάλυσης, αγνοώντας ή λαμβάνοντας υπόψη προσεγγιστικά τα μη γραμμικά φαινόμενα που προαναφέρθηκαν. Η ανάγκη, ωστόσο, εμβάθυνσης στη συμπεριφορά του οπλισμένου σκυροδέματος καθώς και η απαίτηση ορθολογικού σχεδιασμού ειδικών κατασκευών με πολύπλοκη γεωμετρία και σύνθετες φορτίσεις έδωσαν ιδιαίτερη ώθηση τα τελευταία χρόνια στην ανάπτυξη μη γραμμικών μεθόδων υπολογισμού με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων. Κατά την αρχική επισκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας, διερευνήθηκαν και ζητήματα που αφορούν στα καταστατικά μοντέλα του σκυροδέματος και του χάλυβα καθώς και για τη συνάφεια χάλυβα σκυροδέματος, στη ρηγμάτωση του σκυροδέματος, στη μεταφορά διατμητικών τάσεων στο ρηγματωμένο σκυρόδεμα καθώς και στα στρωσιγενή στοιχεία για την ανάλυση επιφανειακών φορέων. Έχουν προταθεί πολυάριθμα μοντέλα για τη μη γραμμική ανάλυση κατασκευών από Ο.Σ. Η ανάπτυξη μιας ορθολογικής μεθοδολογίας πεπερασμένων στοιχείων για τον υπολογισμό επιφανειακών φορέων από Ο.Σ απαιτεί: (α) απλά και αποτελεσματικά επιφανειακά στοιχεία για τον υπολογισμό δίσκων, πλακών και κελυφών και (β) έναν πειραματικά τεκμηριωμένο καταστατικό νόμο για την περιγραφή της μη γραμμικής συμπεριφοράς του Ο.Σ. Το καταστατικό μοντέλο θα πρέπει, καταρχήν, να περιγράφει αξιόπιστα τη συμπεριφορά του υλικού σε επίπεδη ένταση. Η μετάβαση στη γενική περίπτωση του κελύφους είναι άμεση με τη διατύπωση στρωσιγενών (ή στρωματοποιημένων) στοιχείων τα οποία αξιοποιούν το διδιάστατο μοντέλο. Στην παρούσα ενότητα υιοθετείται ένα μοντέλο βασισμένο στη θεωρία του Τροποποιημένου θλιπτικού Πεδίου (Modified Compression Field Theory) η οποία αναπτύχθηκε από τον Collins και τους συνεργάτες του με σκοπό τη διερεύνηση της συμπεριφοράς του οπλισμένου σκυροδέματος σε επίπεδη ένταση. Η θεωρία του Τροποποιημένου θλιπτικού Πεδίου οδηγεί στη διατύπωση ενός μη γραμμικά ελαστικού μοντέλου κατανεμημένης ρηγμάτωσης με μεταβλητή διεύθυνση. Το προτεινόμενο μοντέλο παρουσιάζει τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Πειραματικά τεκμηριωμένη διατύπωση καταστατικών νόμων για το σκυρόδεμα και το χάλυβα Επαρκή προσομοίωση του φαινομένου της ρηγμάτωσης Δυνατότητα ανάληψης εφελκυστικών τάσεων από το ρηγματωμένο σκυρόδεμα Αξιόπιστη περιγραφή των μηχανισμών ανάληψης διατμητικών δυνάμεων (εμπλοκή αδρανών, δράση βλήτρου) Άμεση επέκταση της θεωρίας από την επίπεδη ένταση στη γενική περίπτωση του κελύφους Απλότητα διατύπωσης με αποτέλεσμα ταχύτητα και μικρό υπολογιστικό κόστος στη μελέτη του μη γραμμικού προβλήματος Ευκολία ενσωμάτωσης σε αλγόριθμους πεπερασμένων στοιχείων. Οι καταστατικές εξισώσεις για την κατάσταση επίπεδης έντασης εκφράζονται σε μητρωϊκή μορφή και εισάγονται στα πεπερασμένα στοιχεία που αναπτύχθηκαν στις προηγούμενες ενότητες, μέσω μιας στρωσιγενούς διατύπωσης. Το μοντέλο εφαρμόστηκε στην ανάλυση δίσκων και κελυφών με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η προέκταση της θεωρίας στο χώρο των δυναμικών προβλημάτων απαιτεί πρόσθετη διερεύνηση. Η αξιοπιστία του μοντέλου περιορίζεται, προς το παρόν, σε περιπτώσεις μονότονης φόρτισης φορέων ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 42

43 Ο.Σ. Στα επόμενα υποκεφάλαια, παρουσιάζονται οι βασικές παραδοχές του μοντέλου, παρατίθενται οι εξισώσεις που διέπουν τη συμπεριφορά του σκυροδέματος και του χάλυβα, και τέλος, αναπτύσσεται η μητρωϊκή διατύπωση των καταστατικών σχέσεων για την περίπτωση της επίπεδης έντασης Σχέσεις τάσεων-παραμορφώσεων Η πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς δίσκων Ο.Σ. υπό ομοιόμορφη μονότονη φόρτιση και η διατύπωση αναλυτικών σχέσεων τάσεων-παραμορφώσεων για το διαξονικά επιπονούμενο σκυρόδεμα αποτελεί το αντικείμενο της εργασίας των Vecchio και Collins. Οι Vecchio και Collins διενεργούν ένα εκτεταμένο πρόγραμμα πειραματικών δοκιμών φόρτισης επίπεδων στοιχείων από Ο.Σ. Τα δοκίμια είναι τετραγωνικής μορφής με διαστάσεις 890x890x70 mm και οπλίζονται με δύο στρώσεις συγκολλητού δομικού πλέγματος. Οι ράβδοι των πλεγμάτων είναι παράλληλες προς τις πλευρές των δοκιμίων και οι δύο διευθύνσεις όπλισης χαρακτηρίζονται ως "διαμήκης" (longitudinal) και "εγκάρσια" (transverse). Η διάμετρος των ράβδων είναι μεταβλητή, ανάλογα με το επιθυμητό ποσοστό οπλισμού. Η φόρτιση επιβάλλεται με κλείδες διάτμησης (shear keys) οι οποίες αγκυρώνονται στην περίμετρο των δοκιμίων. Κάθε κλείδα συνδέεται με δύο άξονες οι οποίοι μεταβιβάζουν τα φορτία που παράγει μία διάταξη υδραυλικών γρύλων διπλής δράσης. Σε κάθε άξονα συνδέεται ένας γρύλος, εκτός από τρεις άξονες οι οποίοι παραμένουν σταθεροί για να εξασφαλίζεται η ισορροπία του δοκιμίου. Λεπτομέρειες της διάταξης φόρτισης και της όπλισης των δοκιμίων δίνονται στα Σχ α, β. Κατά τη διάρκεια μίας τυπικής δοκιμής, το φορτίο αυξάνεται μονότονο, μέχρι την αστοχία του δοκιμίου. Σε κάθε στάδιο φόρτισης, το επιβαλλόμενο φορτίο σταθεροποιείται και λαμβάνονται μετρήσεις των παραμορφώσεων του δοκιμίου και των ασκούμενων δυνάμεων. Οι περιπτώσεις φόρτισης περιλαμβάνουν καθαρή διάτμηση, συνδυασμένη διάτμηση και θλίψη και τέλος, μεταβλητούς λόγους συνδυασμένων φορτίων. Μεταβλητές παράμετροι των δοκιμών είναι η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος, η τάση διαρροής του χάλυβα, το ποσοστό οπλισμού καθώς και ο λόγος των ποσοστών οπλισμού στις δύο διευθύνσεις. Η στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων σε συνδυασμό με την εφαρμογή των συνθηκών ισορροπίας και συμβιβαστού των παραμορφώσεων οδηγεί στη διατύπωση αναλυτικών σχέσεων ανάμεσα στις κύριες τάσεις και στις κύριες παραμορφώσεις του σκυροδέματος. Ο προσδιορισμός των καταστατικών σχέσεων βασίζεται στις εξής παραδοχές : α) Σε κάθε κατάσταση παραμόρφωσης αντιστοιχεί μόνο μία εντατική κατάσταση. Η επιρροή του ιστορικού φόρτισης δε λαμβάνεται υπόψη β) Το μοντέλο αναφέρεται σε μέσες τιμές τάσης και παραμόρφωσης (μακροσκοπικό μοντέλο). Οι τοπικές διακυμάνσεις των μεγεθών έντασης και παραμόρφωσης λαμβάνονται υπόψη κατά τον έλεγχο ανάληψης εφελκυσμού από το ρηγματωμένο σκυρόδεμα γ) Το σκυρόδεμα και οι ράβδοι οπλισμού υπόκεινται στις ίδιες παραμορφώσεις (παραδοχή τέλειας συνάφειας) δ) Οι ράβδοι οπλισμού θεωρούνται ομοιόμορφα κατανεμημένες στην επιφάνεια του στοιχείου ε) Οι κύριες διευθύνσεις των τάσεων στο σκυρόδεμα συμπίπτουν με τις κύριες διευθύνσεις των παραμορφώσεων. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 43

44 Κλείδα διάτμησης Αξονες Υδραυλικός γρύλος διπλής δράσης Κλείδα διάτμησης Δοκίμιο Ο.Σ. 890 Χ 890 Χ 70 Εγκάρσιος οπλισμός Διαμήκης οπλισμός Σχήμα 2.4.4: Πειραματική διάταξη φόρτισης και όπλιση δοκιμίων Vecchio - Collins Η τελευταία παραδοχή είναι και η βασική της θεωρίας του Τροποποιημένου θλιπτικού Πεδίου. Πειραματικές καταγραφές έχουν δείξει ότι οι κύριες διευθύνσεις των τάσεων δεν ταυτίζονται με τις αντίστοιχες των παραμορφώσεων σε περιπτώσεις υψηλών θλιπτικών τάσεων στο σκυρόδεμα. Οι αποκλίσεις είναι ωστόσο αρκετά μικρές ώστε να δικαιολογούν την απλοποιητική παραδοχή Ανάπτυξη στρωσιγενούς τετράπλευρου στοιχείου Οι καταστατικές εξισώσεις που διατυπώθηκαν ατό προηγούμενο κεφάλαιο ενσωματώνονται σε στρωσιγενή στοιχεία με σκοπό τη μη γραμμική ανάλυση επιφανειακών φορέων από Ο.Σ. Το στοιχείο κελύφους διαιρείται σε έναν αριθμό στρώσεων σκυροδέματος κατά τη διεύθυνση του πάχους και ο οπλισμός κατανέμεται σε ισοδύναμες στρώσεις χάλυβα (Σχ ). θεωρείται ότι κάθε στρώση βρίσκεται σε κατάσταση επίπεδης έντασης και η επιρροή των εγκάρσιων διατμητικών τάσεων στη διαξονική συμπεριφορά του σκυροδέματος αγνοείται. Η συμπεριφορά του σκυροδέματος και του ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 44

45 χάλυβα σε κάθε στρώση περιγράφεται από τις μη γραμμικές καταστατικές σχέσεις του προηγούμενου κεφαλαίου ενώ οι εγκάρσιες διατμητικές τάσεις και παραμορφώσεις συνδέονται με έναν γραμμικό ελαστικό νόμο υλικού. Οι μικροαυξητικές παραμορφώσεις του κελύφους προσεγγίζονται με τις εξής παραδοχές (η άνω τελεία υποδηλώνει μικροαυξητικό μέγεθος): στρώση σκυροδέματος Στρώση χάλυβα Σχήμα 2.4.5: Στρωσιγενές στοιχείο κελύφους για τον υπολογισμό φορέων Ο.Σ Παραδείγματα Εφαρμογής Προτεινόμενου Στοιχείου σε Γέφυρες Αναπτύχθηκαν δύο παραδείγματα τα αποτελέσματα των οποίων υποδεικνύουν την ακρίβεια της προτεινόμενης διατύπωσης. Τα αποτελέσματα των παραδειγμάτων συγκρίνονται με τα αντίστοιχα αποτελέσματα που δίνει το πεπερασμένο τρισδιάστατο στοιχείο κελύφους που χρησιμοποιείται από το λογισμικό ανάλυσης κατασκευών SAP2000. Στo πρώτο παράδειγμα αναλύεται η δυναμική συμπεριφορά κλειστής μονοκυψελικής γέφυρας, τραπεζοειδούς σχήματος (σχ ), ενώ στο δεύτερο παράδειγμα αναλύεται η συμπεριφορά γέφυρας με ανοιχτή διατομή. Χρησιμοποιήθηκαν έξι (6) πεπερασμένα στοιχεία για την διακριτοποίηση του καταστρώματος, τόσο της κλειστής μονοκυψελικής όσο και της ανοιχτής διατομής (σχ ). Η διακριτοποίηση του δομικού συστήματος με τη χρήση της προτεινόμενης μεθοδολογίας επιτυγχάνεται με τη χρήση των μακροστοιχείων που περιγράφονται στην προηγούμενη παράγραφο. Διενεργήθηκε ιδιομορφική ανάλυση καθώς και ανάλυση με χρονο-ιστορίες (Time-History). Στην τελευταία χρησιμοποιήθηκε το επιταχυνσιογράφημα του El-Centro. Στους Πίνακες 1 και 2 παρουσιάζονται οι ιδιομορφές που προέκυψαν από τις δύο συγκριτικές αναλύσεις (Παρουσιάζονται οι δέκα (10) πρώτες ιδιομορφές). Οι ιδιομορφές αυτές περιγράφουν την καμπτική και στρεπτική συμπεριφορά των δύο συστημάτων γεφυρών. Σε αντίθεση με την περίπτωση της γέφυρας ανοιχτής διατομής, στην περίπτωση γεφυρών κλειστής μονοκυψελικής διατομής η επιρροή της στρέβλωση είναι λιγότερο κρίσιμη και δεν επηρεάζει τη δυναμική συμπεριφορά. Οι αποκλείσεις που παρατηρούνται στα αποτελέσματα αποδίδονται κυρίως στις διαφορετικές παραδοχές της κινηματικής και στο βαθμό των χρησιμοποιούμενων συναρτήσεων παρεμβολής. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 45

46 Ιδιομορφές (sec) SAP2000 F.E.M. Προτεινόμενο Στοιχείο 1 η ιδιομορφή 2 η ιδιομορφή καμπτική 3 η ιδιομορφή στρεπτική 4 η ιδιομορφή στρεπτική 5 η ιδιομορφή καμπτική 6 η ιδιομορφή 7 η ιδιομορφή καμπτική 8 η ιδιομορφή 9 η ιδιομορφή % +2.2% -3.5% -4.8% +1.2% +1.5% +2.5% -1.7% -1.8% 10 η ιδιομορφή % ΠΙΝΑΚΑΣ 2.4.1: Ιδιομορφική ανάλυση της γέφυρας κλειστής μονοκυψελικής διατομής Σχήμα 2.4.6: Απαραμόρφωτο σχήμα της γέφυρας κλειστής μονοκυψελικής διατομής Σχήμα 2.4.7: 2 η και 4 η ιδιομορφή, κάμψη και στρέψη της γέφυρας, T= and sec Σχήμα 2.4.8: 5 η και 6 η ιδιομορφή, κάμψη και στρέψη της γέφυρας, T= and sec Σχήμα 2.4.9: 7 η and 9 η ιδιομορφή, κάμψη και οβαλοποίηση γέφυρας, T= and sec ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 46

47 1 η ιδιομορφή 2 η ιδιομορφή καμπτική 3 η ιδιομορφή στρεπτική 4 η ιδιομορφή στρεπτική 5 η ιδιομορφή καμπτική 6 η ιδιομορφή 7 η ιδιομορφή καμπτική 8 η ιδιομορφή 9 η ιδιομορφή Ιδιομορφές (sec) SAP2000 F.E.M. Προτεινόμενο Στοιχείο % % % % % % % % % 10 η ιδιομορφή % Πινακας 2.4.2: Ιδιομορφική ανάλυση γέφυρας ανοιχτής διατομής Σχήμα : Γέφυρα ανοιχτής διατομής: Απαραμόρφωτο σχήμα Σχήμα :1 η and 2 η ιδιομορφή της γέφυρας ανοιχτής διατομής Σχήμα : 3 η and 8 η ιδιομορφή της γέφυρας ανοιχτής διατομής. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 47

48 ΕΕ3: Βελτίωση μεθόδων αντισεισμικού σχεδιασμού γεφυρών 3.1: Εκτίμηση υπεραντοχής και διαθέσιμου δείκτη συμπεριφοράς τυπικών γεφυρών. Στο πλαίσιο αυτής της ενότητας του ερευνητικού προγράμματος διερευνήθηκαν οι εναλλακτικοί τρόποι υπολογισμού της υπεραντοχής και του διαθέσιμου δείκτη συμπεριφοράς σε φορείς γεφυρών. Η έρευνα επεκτάθηκε στο σύνολο των αντιπροσωπευτικών γεφυρών που επιλέχθηκαν σύμφωνα με την Εργασία 7.1, με σκοπό την εξαγωγή πινάκων υπεραντοχής, πλαστιμότητας και διαθέσιμου δείκτη συμπεριφοράς αυτών. Εξετάστηκε η σχέση της σεισμικής δράσης για την οποία έχει σχεδιαστεί η κάθε γέφυρα και της αντίστοιχης δράσης που μπορεί πραγματικά να αναλάβει στις διάφορες στάθμες επιτελεστικότητας. Για την εκτίμηση των δεικτών κρίθηκε απαραίτητη η κατηγοριοποίηση των αντιπροσωπευτικών γεφυρών σε δύο ομάδες ανάλογα με το μηχανισμό απορρόφησης της σεισμικής ενέργειας. Στην πρώτη ομάδα εντάχθηκαν οι γέφυρες με ανελαστικά βάθρα ενώ στην δεύτερη οι γέφυρες με ελαστικά βάθρα και εφέδρανα. Σε κάθε περίπτωση, ο κλασικός τρόπος εκτίμησης των δεικτών είναι με χρήση της κλασικής (standard pushover) ανελαστικής στατικής ανάλυσης, με ιδιομορφική κατανομή φόρτισης, μέσω της οποίας παράγονται οι καμπύλες αντίστασης του φορέα για κάθε διεύθυνση ανάλυσης. Για την εφαρμογή της ανελαστικής στατικής ανάλυσης μορφώθηκαν κατάλληλα προσομοιώματα για κάθε μοντέλο γέφυρας, με πεπερασμένα γραμμικά στοιχεία δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στον ορισμό των ανελαστικών χαρακτηριστικών των κρίσιμων διατομών. Μέσω των καμπυλών αντίστασης ορίζονται τα συμβατικά όρια διαρροής και αστοχίας κάθε φορέα, τα οποία χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των ζητούμενων δεικτών. Για τις γέφυρες με ανελαστικά βάθρα, η απορρόφηση της σεισμικής ενέργειας γίνεται μέσω των πλαστικών αρθρώσεων που σχηματίζονται στη βάση ή/και στην κεφαλή των βάθρων. Ο ορισμός των συμβατικών ορίων διαρροής και αστοχίας προκύπτει μετά από την εξιδανίκευση της πραγματικής καμπύλης αντίστασης σε διγραμμική (Σχήμα 3.1.1) Ο δείκτης υπεραντοχής ορίζεται μέσω της σχέσης q s V V = y d (3.1.1) όπου V y, η τέμνουσα διαρροής του φορέα όπως ορίζεται κατά τη διγραμμικοποίηση της καμπύλης αντίστασης και V d, η τέμνουσα βάσης με την οποία σχεδιάζεται ο φορέας (Σχήμα 3.1.1). Η τιμή του δείκτη υπεραντοχής εξαρτάται από τη διγραμμικοποίηση που εφαρμόζεται στην καμπύλη αντίστασης. Ο δείκτης πλαστιμότητας ορίζεται από το λόγο της απαιτούμενης αντοχής για ελαστική απόκριση συστήματος προς την αντοχή διαρροής του αντίστοιχου ελαστοπλαστικού συστήματος. Εκτιμάται από τις σχέσεις (3.1.2, 3.1.3) Για συστήματα με μικρή ιδιοπερίοδο (Τ<0.5s), q = ( 2μ 1) (3.1.2) μ Για συστήματα με μεγάλη ιδιοπερίοδο (Τ>0.5s), q = μ (3.1.3) μ δ όπου μ = u, δ u, η οριακή μετακίνηση του συστήματος που αντιστοιχεί στη σεισμική αστοχία και δ y, η δ y μετακίνηση κατά τη διαρροή του (Σχήμα 3.1.1). Επιπλέον, εξετάστηκε η περίπτωση των γεφυρών με σεισμικό αρμό, που συναντάται κυρίως κατά τη διαμήκη διεύθυνση (Σχήμα 3.1.2). Έγινε η προσπάθεια να αντιμετωπιστούν μερικές τουλάχιστον χαρακτηριστικές περιπτώσεις γεφυρών με ανάλυση «πλήρους εύρους» που να καλύπτει όλα τα στάδια της σεισμικής απόκρισης, ήτοι το αρχικό (και συνήθως θεωρούμενο) στάδιο πριν το κλείσιμο του αρμού, κατά το οποίο η συνεισφορά του συστήματος ακροβάθρου-επιχώματος μπορεί να αγνοηθεί, και του επόμενου (μετά το κλείσιμο του αρμού), κατά το οποίο επέρχεται μια σημαντική ανακατανομή των διαμήκων σεισμικών δράσεων μεταξύ μεσοβάθρων και ακροβάθρου-επιχώματος. Η ανακατανομή αυτή μπορεί να αλλάξει ουσιωδώς τον τρόπο αστοχίας της γέφυρας, π.χ. μπορεί να αστοχήσουν αντί των βάθρων το θωράκιο του ακροβάθρου ή/και η θεμελίωσή του ή/και το επίχωμα. Για την (συνήθη στην πράξη) περίπτωση που, για λόγους αποφυγής πολύπλοκων αναλύσεων, δεν ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 48

49 προσομοιώνεται το κλείσιμο του αρμού, είναι απαραίτητο να ληφθεί, έστω προσεγγιστικά υπόψη η επιρροή των προαναφερθέντων φαινομένων και να συνεκτιμηθούν, όσο είναι εφικτό, στον καθορισμό των σεισμικών βλαβών. Συγκεκριμένα, στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας και για όσες γέφυρες δεν έγινε ακριβέστερη προσομοίωση, χρησιμοποιήθηκαν οι προσεγγιστικές σχέσεις (3.1.4, 3.1.5) για την εκτίμηση του σημείου αστοχίας του φορέα (V u,δ u ) (Σχήμα 3.1.2). όπου δ ' u δ u,για δ u<1.1δσβ3 = max max( a δu,1.1δ ΣΒ3 ) (3.1.4) 30. δ y 2 δ ΣΒ3 = min δy + ( δu δy ) 3 (3.1.5) 12. δαρμου όπου δ y η μετακίνηση διαρροής του συστήματος (μετά τη διγραμμικοποίηση της καμπύλης αντίστασης), δ u η οριακή μετακίνηση αστοχίας του φορέα χωρίς προσομοίωση σεισμικού αρμού και δ αρμού το μήκος του σεισμικού αρμού. Ο διαθέσιμος δείκτης συμπεριφοράς για τις γέφυρες με πλάστιμα βάθρα λαμβάνεται συναρτήσει του δείκτη πλαστιμότητας και του δείκτη υπεραντοχής, μέσω της σχέσης: q u Fel F F el y = = = qμ qs (3.1.6) F F F d y d Για τις γέφυρες με εφέδρανα και ελαστικά βάθρα η απορρόφηση της σεισμικής ενέργειας γίνεται μέσω της ανελαστικής συμπεριφοράς των εφεδράνων, ενώ τα βάθρα παραμένουν ελαστικά ακόμα και για σεισμικές δράσεις πολλαπλάσιες του σεισμού σχεδιασμού. Επομένως εκτιμάται ότι η αστοχία του φορέα επέρχεται από την αστοχία των εφεδράνων. Για τις γέφυρες αυτής της κατηγορίας εισάγεται ο ισοδύναμος δείκτης συμπεριφοράς (q eq ), ο οποίος ορίζεται από τον λόγο της φασματικής επιτάχυνσης που απαιτείται για την αστοχία του φορέα προς τη φασματική επιτάχυνση σχεδιασμού, πολλαπλασιασμένο επί το δείκτη συμπεριφοράς σχεδιασμού q d. Ο σχεδιασμός των γεφυρών με εφέδρανα και ελαστικά βάθρα γίνεται συνήθως για ελαστική απόκριση, δηλαδή για μοναδιαίο δείκτη συμπεριφοράς σχεδιασμού (q d =1.0), επομένως ο q eq ορίζεται από τη σχέση: Sau ( T) Sau ( T) qeq = qd qeq = S ( T) S ( T) ad ad (3.1.7) όπου Sa( T) είναι η φασματική επιτάχυνση που αντιστοιχεί στη θεμελιώδη ιδιοπερίοδο της γέφυρας. Ο δείκτης u, αναφέρεται στη μέγιστη δράση που αναλαμβάνεται από το φορέα χωρίς αστοχία και εκτιμάται από την αντίστοιχη (ελαστική) μετακίνηση τη στιγμή αστοχίας. Ο δείκτης d, αναφέρεται στη δράση σχεδιασμού του φορέα. Η έρευνα εφαρμόστηκε για τις δύο κύριες διευθύνσεις των γεφυρών. Στους Πίνακες 3.1.1, παρουσιάζονται οι τιμές των δεικτών υπεραντοχής και πλαστιμότητας για τις γέφυρες με ανελαστικά βάθρα, ενώ στον Πίνακα παρουσιάζονται οι τιμές των διαθέσιμων δεικτών συμπεριφοράς καθώς και οι τιμές του ισοδύναμου δείκτη συμπεριφοράς για τις δύο κατηγορίες γεφυρών. Σε κάθε περίπτωση βρέθηκε ότι q u >q d (όπως αναμενόταν για σύγχρονες γέφυρες). Επιπλέον εξετάστηκε η δυνατότητα εκτίμησης των όρων q μ και q s μέσω ανελαστικών δυναμικών αναλύσεων για διαδοχικά αυξανόμενη ένταση με σκοπό την επαλήθευση των τιμών που υπολογίστηκαν μέσω των ανελαστικών στατικών αναλύσεων. Η εφαρμογή έγινε στο φορέα της τυπικής άνω διάβασης, Τ7 (τύπος 122). Από τις δυναμικές αναλύσεις προκύπτουν οι αντίστοιχες δυναμικές καμπύλες μέσω των οποίων εκτιμώνται οι ζητούμενοι δείκτες. Στα Σχήματα και παρουσιάζονται οι δυναμικές καμπύλες αντίστασης σε σχέση με την Ιδιομορφική καμπύλη αντίστασης του φορέα (η οποία παράγεται σύμφωνα με όσα αναφέρονται στο Παραδοτέο 1.1) καθώς και σε ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 49

50 σχέση με τις καμπύλες αντίστασης της κλασικής ανελαστικής στατικής ανάλυσης. Στον Πίνακα παρουσιάζονται οι τιμές των δεικτών q μ και q s. Πίνακας 3.1.1: Δείκτης υπεραντοχής (q s ) για τους αντιπροσωπευτικούς τύπους γεφυρών Γέφυρα/Κατηγορία Διαμήκης διεύθυνση Εγκάρσια διεύθυνση Άνω διάβαση Πεδινής/ Τυπική άνω διάβαση/ Γ11(δεξιός κλάδος)/ Άνω διάβαση Σιάτιστας / Γ9/ Γέφυρα Ειρήνης/ Χαραδρογέφυρα Καβάλας/ Γ2/ Γέφυρα Κρυσταλλoπηγής (αριστ.κλάδος)/ Πίνακας 3.1.2: Δείκτης q μ ή q eq για τους αντιπροσωπευτικούς τύπους γεφυρών Γέφυρα/Κατηγορία Διαμήκης διεύθυνση Εγκάρσια διεύθυνση Άνω διάβαση Πεδινής/ Τυπική άνω διάβαση/ Γ11(δεξιός κλάδος)/ Άνω διάβαση Σιάτιστας / Γ9/ Γέφυρα Ειρήνης/ Χαραδρογέφυρα Καβάλας/ Γ2/ Γέφυρα Κρυσταλλoπηγής (αριστ.κλάδος)/ Πίνακας 3.1.3: Διαθέσιμος δείκτης συμπεριφοράς για τους αντιπροσωπευτικούς τύπους γεφυρών Γέφυρες με ανελαστικά βάθρα Γέφυρα/Κατηγορία Διαμήκης διεύθυνση Εγκάρσια διεύθυνση Άνω διάβαση Πεδινής/ Τυπική άνω διάβαση/ Γ11(δεξιός κλάδος)/ Άνω διάβαση Σιάτιστας / Γ9/ Γέφυρα Ειρήνης/ Χαραδρογέφυρα Καβάλας/ Γ2/ Γέφυρα Κρυσταλλoπηγής (αριστ.κλάδος)/ Γέφυρες με Γέφυρα Λίσσου/ εφέδρανα και ελαστικά βάθρα Γέφυρα Κόσυνθου/ ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 50

51 V V u V V u V y V SLS V d Εμφάνιση 1 ης πλαστικής άρθρωσης V y V d δ y δ t δ u δ Σχήμα 3.1.1: Συνήθης μορφή της καμπύλης αντίστασης, Σχήμα 3.1.2: Καμπύλη αντίστασης του του φορέα ορισμός ορίου διαρροής και αστοχίας. φορέα με σεισμικό αρμό δ y δ αρμού δ u δ V b (kn) Umax-V(t) Umax-V(t+Δt) Umax-V(t-Δt) Umax-Vmax MPA U (max) (m) V b (kn) Umax-V(t) Umax-V(t+Δt) Umax-V(t-Δt) Umax-Vmax SPA(mode1) SPA(uniform load) U (max) (m) Σχήμα 3.1.3: Δυναμικές καμπύλες αντίστασης και Σχήμα 3.1.4: Δυναμικές καμπύλες αντίστασης σε Ιδιομορφική καμπύλη αντίστασης του φορέα σχέση με τις καμπύλες της ανελαστικής στατικής ανάλυσης Πίνακας 3.1.4: Δείκτες q μ και q s βάσει των ανελαστικών δυναμικών και στατικών αναλύσεων για τη γέφυρα Τ7 (εγκάρσια διεύθυνση) q s q μ q Δυναμική καμπύλη u max -V max αντίστασης u max -V(t) Ιδιομορφική καμπύλη αντίστασης Κλασική καμπύλη αντίστασης Ιδιομορφική κατανομή φόρτισης Ομοιόμορφη κατανομή φόρτισης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 51

52 3.2: Σχεδιασμός γεφυρών με βάση την επιτελεστικότητα και με συνεκτίμηση των επιχωμάτων. Η παρούσα ενότητα εργασίας βρίσκεται σε άμεση συνέργεια και συμπληρωματικότητα με την ενότητα 1.3. Με την χρήση των αναλυτικών μοντέλων και της προτεινόμενης μεθοδολογίας που αναπτύχθηκαν στην ενότητα 1.3 για τον υπολογισμό της δυναμικής συμπεριφοράς φορέων γεφυρών με συνεκτίμηση της αλληλεπίδρασής τους με τις παρακείμενες εδαφικές μάζες των επιχωμάτων πρόσβασης, στην παρούσα εργασία διατυπώνεται μεθοδολογία σχεδιασμού του φορέα σε επιλεγμένα στάδια επιτελεστικότητας με αναφορά στις εκτιμώμενες μετακινήσεις του συνολικού συστήματος (ανωδομή-επίχωμα-θεμελίωση). Από τα εξαγόμενα της ενότητας 1.3 έχει εκτιμηθεί ποσοτικά η προοδευτική ενεργοποίηση και συμμετοχή των επιχωμάτων πρόσβασης στην συνολική απόκριση του φορέα ως συνάρτηση της επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης. Αντικείμενο της ενότητας 3.2 αποτέλεσε η ανάπτυξη μεθοδολογίας κατά την οποία θα επιτυγχάνεται ο υπολογισμός της ικανότητας του συνολικού φορέα με συνεκτίμηση του βαθμού συμμετοχής των παρακείμενων εδαφικών μαζών για δεδομένο επίπεδο σεισμικής έντασης. Με την εφαρμογή των μοντέλων που αναπτύχθηκαν στην ενότητα 1.3 διατυπώθηκε προσεγγιστική μεθοδολογία εκτίμησης της καμπύλης αντοχής του συνολικού συστήματος ανωδομής-βάθρωνεπιχωμάτων σε όρους «τέμνουσας βάσης μετακίνησης κορυφής» του φορέα (pushover curve με αυξητική δυναμική ανάλυση) τόσο κατά την εγκάρσια όσο και κατά την διαμήκη κατεύθυνση κατά το Σχήμα (το παράδειγμα του Σχ αφορά στην καμπύλη αντίστασης καμπύλη της ενοργανωμένης γέφυρας Painter Street Overcrossing (PSO), που έχει προαναφερθεί). Η καμπύλη αυτή προκύπτει από την άθροιση της συνεισφοράς όλων των επιμέρους δομικών στοιχείων στις σεισμικές αντιστάσεις ενώ στους υπολογισμούς λαμβάνεται υπόψη η σταδιακή ενεργοποίηση και η προοδευτική συμμετοχή στην απόκριση των επιχωμάτων πρόσβασης μέσω του προσδιορισμού επιλεγμένων παραμέτρων (π.χ. κρίσιμο μήκους συμμετοχής επιχώματος, απομείωση του μέτρου διάτμησης ως συνέπεια της προοδευτικής αύξησης των γωνιακών παραμορφώσεων κλπ) για κάθε επίπεδο επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης. Σχήμα 3.2.1: Απλοποιημένα μοντέλα επιχώματος και ανωδομής που χρησιμοποιούνται κατά την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 52

53 30000 Force (KN) Displacement (mm) Σχήμα 3.2.2: Καμπύλη αντοχής της PSO με συνεκτίμηση της συμμετοχής των επιχωμάτων πρόσβασης και της αλληλεπίδρασης ανωδομής-επιχώματος ανάλογα του επιπέδου επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης (Petrolia Earthquake 1992, main event, Rio-Dell, CA, USA). AMT for Windows Petrolia 1992-ADRS 2.5 Sa(g) mm Petrolia 1992-Main Enent Σχήμα 3.2.3: Φάσμα Aπόλυτων ανηγμένων επιταχύνσεων-σχετικών μετακινήσεων για την διέγερση Petrolia 1992 main event (A.D.R.S) Προκειμένου να είναι δυνατή η αναγνώριση διαφορετικών επιπέδων επιτελεστικότητας, απαιτείται ο συσχετισμός των σεισμικών απαιτήσεων (φάσματα σεισμού, Σχήμα 3.2.3) με την αντίστοιχη ικανότητα παραμορφωσιμότητας του φορέα (καμπύλη αντοχής). ΥΥππεερρ ωωθθηη ττι ιικκήή ΚΚααμμππύύλληη MDDOOFF Υπερωθητική Καμπύλη ESDOF Capacity Spectrum Φάσμα Διαρροής Σχήμα 3.2.4: Συσχετισμός σεισμικών απαιτήσεων και ικανότητας φορέα. με σκοπό τον ορισμό κριτηρίων επιτελεστικότητας. Από την διαδικασία αυτή προκύπτουν οι απαιτήσεις σχεδιασμού των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου σε όρους στροφών ή μετακινήσεων. Σε σύγκριση με την θεώρηση των ακλόνητων ακροβάθρων οι μετακινήσεις σχεδιασμού των μεσοβάθρων είναι κατά κανόνα σημαντικά αυξημένες. Η σεισμική συμπεριφορά του φορέα της PSO κατά την επιβολή χαρακτηριστικών σεισμικών διεγέρσεων, ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 53

54 διερευνήθηκε εκτεταμένα (Πίν.3.2.1) με ιδιαίτερη έμφαση στις προκύπτουσες απαιτήσεις παραμορφωσιμότητας για τα υποστυλώματα του μεσόβαθρου (Σχ , 3.2.6). Από τα εξαγόμενα επιβεβαιώνεται ο καθοριστικός ρόλος της σταδιακής ενεργοποίησης των επιχωμάτων πρόσβασης στην συνολική απόκριση του συστήματος, ενώ αναγνωρίζονται νέα, αναπροσαρμοσμένα κριτήρια επιτελεστικότητας. Groundmotion MF PGA M Date L Geologic Fault Type/Comments (g) PETROLIA /4/ JAPAN-EW 1.0 6/12/ Strike-slip JAPAN-NS 1.0 6/12/ Strike-slip JAPAN-EW_MF= /12/ Strike-slip JAPAN-NS_MF= /12/ Strike-slip IRAKLION-A Strike-slip with a thrust component IRAKLION-B Strike-slip with a thrust component IRAKLION-C Strike-slip with a thrust component KOBE-Takatori /1/ Near fault-strike slip ATHENS-Sepolia trans 1.0 7/9/ Πίνακας 3.2.1: Χαρακτηριστικά επιταχυνσιογραφήματα που χρησιμοποιήθηκαν κατά τις αναλύσεις (MF=Magnification Factor). 140 Displacement (mm) Partial Replacement Repairable Damage No Significant Damage Petrolia JAPAN680612_s312EWst so_ira44b(iraklion) Takatori_90 g JAPAN680612_s312NSst so_ira14b(iraklion) so_ira74b(iraklion) Sepoliatr Σχήμα 3.2.5: Επίπεδα επιτελεστικότητας των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου της PSO που αναγνωρίστηκαν κατά την επιβολή προοδευτικά αυξανόμενης έντασης σεισμικών επιταχύνσεων. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 54

55 Displacement (mm) Lower limit Petrolia JAPAN680612_s312EWst so_ira44b(iraklion) Takatori_90 Upper limit Average Line g JAPAN680612_s312NSst so_ira14b(iraklion) so_ira74b(iraklion) Sepoliatr Σχήμα 3.4.6: Επίπεδα επιτελεστικότητας των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου της PSO. Με βάση τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι για μείωση της τρωτότητας του συνολικού φορέα απαιτείται αναδιαστασιολόγηση με στόχο την διαμόρφωση περισσότερο ενδοτικών μεσοβάθρων (μεγαλύτερο αριθμό στοιχείων μειωμένης διατομής, επαρκούς φέρουσας ικανότητας, Σχήμα 3.2.7). Σχήμα 3.2.7: Χρήση περισσότερων υποστυλωμάτων με μικρότερες διατομές (β) εμφανίζουν καλύτερη συμπεριφορά σε σχέση με υποστυλώματα μεγάλων διατομών (α) καθώς τα ποσά διαθέσιμης πλαστιμότητας είναι μεγαλύτερα. Η διαθέσιμη παραμορφωσιμότητα υποστυλωμάτων γεφυρών εκτιμάται από αντίστοιχα προσομοιώματα της βιβλιογραφίας (Lehman, Panagiotakos and Fardis, Priestley models), εκ των οποίων τα πλέον πρόσφατα έχουν εξαχθεί στο πλαίσιο της ενότητας 2.2. του παρόντος έργου. Συνεπώς, ο σχεδιασμός των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου του εξεταζόμενου φορέα συσχετίζεται με τα επιλεγμένα κριτήρια επιτελεστικότητας για το σύνολο του φορέα. Στην περίπτωση της PSO, η ανάληψη της σεισμικής τέμνουσας αντί των δύο υποστυλωμάτων διαμέτρου 1.52 m, προτείνεται να πραγματοποιείται από τέσσερα υποστυλώματα μικρότερης διαμέτρου (πχ m) ώστε να εξασφαλίζεται επαρκής παραμορφωσιμότητα χωρίς ουσιαστική μεταβολή του ανηγμένου επιβαλλόμενου αξονικού φορτίου. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 55

56 Σχήμα 3.2.8: Υπερωθητική καμπύλη μεσόβαθρου της PSO με τα δύο υφιστάμενα υποστυλώματα (D=1.52m) και αντίστοιχη προτεινόμενη διάταξη τεσσάρων υποστυλωμάτων (D=0.61m) για την πραγματοποίηση της μετακίνησης σχεδιασμού. Με την εφαρμογή της προτεινόμενης στρατηγικής σχεδιασμού, επιτυγχάνεται η δραματική αύξηση της ικανότητας παραμόρφωσης του συνολικού φορέα με αποτέλεσμα την σεισμική του επάρκεια παρά τις αυξημένες απαιτήσεις πλαστιμότητας μετακινήσεων που υπολογίζονται λόγω της αλληλεπίδρασης εδάφους-ανωδομής. Εργασία 3.3: Σχεδιασμός γεφυρών με βάση τις μετακινήσεις και τις παραμορφώσεις H εργασία εστιάσθηκε καταρχήν στην υλοποίηση των διαφόρων επιμέρους τμημάτων της πρότασης-πλαίσιο για τον αντισεισμικό σχεδιασμό γεφυρών με βάση τις παραμορφώσεις. Συγκεκριμένα: Προστέθηκε υπολογιστική δυνατότητα ανάλυσης της σεισμικής απόκρισης γεφυρών στο πρόγραμμα μη-γραμμικής στατικής ή δυναμικής ανάλυσης στο χώρο ANSRUoP (η βασική υπολογιστική δομή του οποίου αναπτύχθηκε στη 10-ετία του 1970 στο UC Berkeley, και στην οποία προστέθηκαν στο παρελθόν από το Παν. Πατρών ειδικά στοιχεία για μέλη οπλισμένου σκυροδέματος και γραφικό περιβάλλον για εφαρμογές σε κτίρια). Το πρόγραμμα ANSRUoP-bridges θα χρησιμοποιηθεί για την βαθμονόμηση ελαστικής φασματικής ανάλυσης με απόσβεση 5% ως μέσο εκτίμησης των μεγίστων ανελαστικών γωνιών στροφής βάθρων, όπως αυτές προκύπτουν από μηγραμμική δυναμική ανάλυση. Βάθρα κυκλικής ή ορθογωνικής διατομής, κοίλα ή συμπαγή, προσομοιώνονται με ραβδωτά στοιχεία συγκεντρωμένης (στα άκρα) ανελαστικότητας και με ενεργό δυσκαμψία ίση με την επιβατική δυσκαμψία στη διαρροή (της διατομής / ή των διατομών) τους. Η προσομοίωση της αντίστασης των βάθρων και η αποτίμηση της επιτελεστικότητάς τους (έλεγχος αστοχίας υπό την σεισμική φόρτιση), γίνεται βάσει ποσοτικών εκφράσεων. Έτσι, στο πρόγραμμα έχουν ενσωματωθεί υπορουτίνες με τις οποίες υπολογίζεται (σύμφωνα με τα αποτελέσματα της Εργασίας 2-2) για κάθε βάθρο: - η ροπής διαρροής των ακραίων διατομών (ή της ακραίας διατομής) του - η παραμόρφωσης διαρροής (της διατομής / ή των διατομών) του λαμβάνοντας υπ όψιν την προσαύξηση λόγω διατμητικών παραμορφώσεων και εξόλκευσης των ράβδων πέραν απ την ακραία διατομή - η διατμητική αντοχή του λαμβάνοντας υπ όψιν την απομείωση που συμβαίνει μετά την καμπτική διαρροή λόγω : ανακύκλισης και επιβαλλόμενης πλαστιμότητας, και - η παραμόρφωση αστοχίας του, υπό ανακυκλιζόμενη ένταση, σε όρους γωνιών στροφής χορδής. Για την εφαρμογή αυτών των σχέσεων εισάγονται τα γεωμετρικά και τα μηχανικά χαρακτηριστικά των διατομών και των οπλισμών των βάθρων. Ο καμπύλος, σε κάτοψη, φορέας καταστρώματος διακριτοποιείται κατά την διαμήκη έννοια σε ραβδωτά στοιχεία συγκεντρωμένης ανελαστικότητας. Η ενεργός δυσκαμψία αυτών των στοιχείων υπολογίζεται ξεχωριστά για τις δύο βασικές διευθύνσεις κάμψης του φορέα (ως προς τον οριζόντιο άξονα της διατομής για σεισμική απόκριση κατά την διαμήκη διεύθυνση, ως προς τον κατακόρυφο άξονα της διατομής για σεισμική απόκριση κατά την εγκάρσια διεύθυνση), βάσει μιας θαμιστικής διαδικασίας, η οποία λαμβάνει υπ όψιν την γεωμετρία της διατομής, τον οπλισμό της περιοχής και την προένταση του φορέα. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 56

57 Το πρόγραμμα ANSRUoP-bridges αναπτύσσεται σε ένα εύχρηστο γραφικό περιβάλλον και χρησιμοποιείται για την σεισμική ανάλυση μιας αντιπροσωπευτικής γέφυρας τριών ανοιγμάτων (ενός κεντρικού και δύο όμοιων ακραίων ανοιγμάτων). Ο φορέας της γέφυρας συνδέεται μονολιθικά με δύο μεσόβαθρα διαφορετικού ύψους. Όσον αφορά τα ακρόβαθρα, ο φορέας εδράζεται ελεύθερα κατά την διαμήκη έννοια (μέσω εφεδράνων ολίσθησης), αλλά δεσμεύεται έναντι εγκάρσια μετακίνησης. Αφού ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη των απαραίτητων υπολογιστικών εργαλείων, η εργασία προχώρησε στην τεκμηρίωση της πρότασης-πλαίσιο για τον αντισεισμικό σχεδιασμό γεφυρών με βάση τις παραμορφώσεις. Το πιο σημαντικό τμήμα της τεκμηρίωσης είναι η βαθμονόμηση ελαστικής φασματικής ανάλυσης με απόσβεση 5% ως μέσο εκτίμησης των μεγίστων ανελαστικών γωνιών στροφής βάθρων, όπως αυτές προκύπτουν από μη-γραμμική δυναμική ανάλυση. Συγκεκριμένα : Όσον αφορά τα απαραίτητα υπολογιστικά εργαλεία, προστέθηκε δυνατότητα εύκολης χάραξης τενόντων στο πρόγραμμα ANSRUoP-bridges, η οποία καλύπτει τόσο την ενημέρωση της τοπικής γεωμετρίας των διατομών όσο και τον υπολογισμό των αντιφορτίων στο χώρο (3-Δ). Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν προχωρημένες τεχνικές προγραμματισμού (αντικειμενοστραφής προγραμματισμός, προγραμματισμός βάσεων δεδομένων), για την μείωση του υπολογιστικού χρόνου. Ελέγχθηκαν και βελτιώθηκαν όλες οι υπολογιστικές διαδικασίες που είχαν αναπτυχθεί στην διάρκεια του 2 ου έτους. Αναφορικά με την διαδικασία τεκμηρίωσης της πρότασης-πλαίσιο για τον αντισεισμικό σχεδιασμό γεφυρών με βάση τις παραμορφώσεις, το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για την παρούσα εργασία έχει το μέγεθος των απαιτούμενων στροφών χορδής, όπως αυτές προέκυψαν απ τις μηγραμμικές αναλύσεις, σε σύγκριση με τις τιμές που προέκυψαν από ελαστική φασματική ανάλυση δηλαδή, απ το 3 ο βήμα της προτεινόμενης διαδικασίας σχεδιασμού που αναπτύχθηκε στη διάρκεια του 1ου Έτους. Το πρόγραμμα ANSRUoP-bridges χρησιμοποιείται εδώ για την σεισμική ανάλυση αντιπροσωπευτικής γέφυρας (Γέφυρα Τ6, Εγνατία οδός, τμήμα Κάτω Αμπέλα Α.Κ. Πετριτσίου, μελέτη: DELCO/έλεγχος: DENCO) τριών ανοιγμάτων (ενός κεντρικού και δύο όμοιων ακραίων ανοιγμάτων). Ο φορέας της γέφυρας συνδέεται μονολιθικά με δύο μεσοβάθρα διαφορετικού ύψους. Όσον αφορά τα ακρόβαθρα, ο φορέας εδράζεται ελεύθερα κατά τη διαμήκη έννοια (μέσω εφεδράνων ολίσθησης), αλλά δεσμεύεται έναντι εγκάρσια μετακίνησης. Έγιναν μή-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις για 7 επιταχυνσιογραφήματα, τα οποία προήλθαν απο 7 ιστορικές καταγραφές (Bonds Corner, Imperial Valley (1979), Ca, Capitola building, Loma Prieta (1989), Ca, Καλαμάτα (1986), Herceg Novi (1979), Montenegro, Tolmezzo (1976), Friuli, Ulcinj (1979), Montenegro, El Centro (1940), Imperial Valley, Ca) που τροποποιήθηκαν έτσι ώστε να είναι συμβατά με το φάσμα του ΕΑΚ2000 για έδαφος κατηγορίας Β. Κάθε μία από τις 7 κινήσεις εφαρμόστηκε ξεχωριστά κατά την διαμήκη έννοια (κατά τη χορδή που ενώνει τα δύο ακρόβαθρα) και κατά την εγκάρσια. Λόγω της ασυμμετρίας της γέφυρας, για κίνηση κατά την διαμήκη έννοια, κάθε καταγραφή εφαρμόστηκε και με θετική και με αρνητική φορά. Τελικά, πραγματοποιήθηκαν 21 αναλύσεις για τη Γέφυρα Τ6. (α) (β) (γ) Σχήμα 3.3.1: Μέσες τιμές λόγου μέγιστης απαιτούμενης στροφής χορδής στις θέσεις πλαστικών αρθρώσεων των βάθρων απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις, προς την αντίστοιχη από ελαστική φασματική ανάλυση, για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση σε βράχο: (α) 0.25g, (β) 0.35g και (γ) 0.45g κατά τη διαμήκη έννοια. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 57

58 (α) (β) (γ) Σχήμα 3.3.2: Μέσες τιμές λόγου μέγιστης απαιτούμενης στροφής χορδής στις θέσεις πλαστικών αρθρώσεων των βάθρων απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις, προς την αντίστοιχη από ελαστική φασματική ανάλυση, για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση σε βράχο: (α) 0.25g, (β) 0.35g, (γ) 0.45g κατά την εγκάρσια έννοια. Εκτός των μη-γραμμικών δυναμικών αναλύσεων, έγιναν και δυναμικές φασματικές αναλύσεις για φάσμα του ΕΑΚ2000 για έδαφος κατηγορίας Β, ξεχωριστά ανά διεύθυνση. Στα φάσματα χρησιμοποιήθηκε η ίδια μέγιστη εδαφική επιτάχυνση που είχε χρησιμοποιηθεί και στις μη-γραμμικές αναλύσεις, και για τον συνδυασμό των ιδιομορφικών μεγεθών εφαρμόστηκε ο πλήρης τετραγωνικός κανόνας. Στα Σχήματα και παρουσιάζονται οι μέσες τιμές του λόγου της μέγιστης απαιτούμενης στροφής χορδής στις θέσεις των πλαστικών αρθρώσεων των βάθρων απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις, προς την αντίστοιχη εκτίμηση της ελαστικής φασματικής ανάλυσης, για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση σε βράχο (περιλαμβανομένου συντελεστή σπουδαιότητας): 0.25g, 0.35g και 0.45g (σε έδαφος κατηγορίας Β: 0.29g, 0.4g και 0.52g), κατά τη διαμήκη έννοια στο Σχήμα (κατά τη χορδή που ενώνει τα δύο ακρόβαθρα) και κατά την εγκάρσια στο Σχήμα Η μέση τιμή του λόγου της απαιτούμενης στροφής χορδής στις θέσεις των πλαστικών αρθρώσεων των βάθρων απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις, προς την αντίστοιχη εκτίμηση της ελαστικής δυναμικής ανάλυσης είναι: για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση στο βράχο: 0.25g, 0.35g και 0.45g στη διαμήκη έννοια ίση με 1.025, και 0.95, αντίστοιχα, και για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση στο βράχο: 0.25g, 0.35g και 0.45g κατά την εγκάρσια ίση με 1.00, και 0.99, αντίστοιχα. Τα έως τώρα αποτελέσματα συνηγορούν υπέρ της άποψης ότι η εκτίμηση των στροφών χορδής μέσω ελαστικής φασματικής ανάλυσης - όπως προτείνεται στο 3ο βήμα της προτεινόμενης διαδικασίας σχεδιασμού - δίνει κατά μέσο όρο αρκετά ακριβείς εκτιμήσεις των απαιτούμενων ανελαστικών στροφών στα βάθρα. Όσον αφορά το φορέα καταστρώματος, για τον οποίο η συμπεριφορά σε όρους Ροπών- Καμπυλοτήτων έχει ληφθεί διγραμμική, με αλλαγή κλίσης στην απόθλιψη, οι μέσες τιμές του λόγου της μέγιστης απαιτούμενης καμπυλότητας απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις προς την αντίστοιχη εκτίμηση της ελαστικής φασματικής ανάλυσης παρουσιάζονται στο Σχήμα και κατά μήκος του φορέα καταστρώματος για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση σε βράχο: 0.25g, 0.35g και 0.45g, κατά τη διαμήκη έννοια στο Σχήμα (κατά τη χορδή που ενώνει τα δύο ακρόβαθρα) και κατά την εγκάρσια στο Σχ.ήμα Η μέση τιμή (κατά μήκος του φορέα καταστρώματος) του λόγου της απαιτούμενης καμπυλότητας φορέα καταστρώματος απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις, προς την αντίστοιχη εκτίμηση της ελαστικής δυναμικής ανάλυσης είναι: για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση στο βράχο: 0.25g, 0.35g και 0.45g στη διαμήκη έννοια ίση με 1.09, 0.84 και 0.70, αντίστοιχα, και για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση στο βράχο: 0.25g, 0.35g και 0.45g κατά την εγκάρσια έννοια ίση με 1.50, 1.51 και 1.56, αντίστοιχα. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 58

59 (α) (β) (γ) Σχήμα 3.3.3: Μέσες τιμές λόγου μέγιστης απαιτούμενης καμπυλότητας κατά μήκος φορέα καταστρώματος απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις, προς την αντίστοιχη από ελαστική φασματική ανάλυση, για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση σε βράχο: (α) 0.25g, (β) 0.35g και (γ) 0.45g κατά τη διαμήκη έννοια. (α) (β) (γ) Σχήμα 3.3.4: Μέσες τιμές λόγου μέγιστης απαιτούμενης καμπυλότητας κατά μήκος φορέα καταστρώματος απ τις μή-γραμμικές αναλύσεις, προς την αντίστοιχη από ελαστική φασματική ανάλυση, για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση σε βράχο: (α) 0.25g, (β) 0.35g και (γ) 0.45g κατά την εγκάρσια έννοια. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 59

60 Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι η εκτίμηση της απαιτούμενης καμπυλότητας του φορέα καταστρώματος μέσω ελαστικής φασματικής ανάλυσης μπορεί να υπερτιμά λίγο την απαιτούμενη καμπυλότητα γιά σεισμό κατά τη διαμήκη έννοια και να την υποτιμά κατά περίπου 50% γιά σεισμό κατά την εγκάρσια έννοια. Οι διαφορές αυτές όμως δεν έχουν σημαντικές πρακτικές επιπτώσεις, καθότι η συμπεριφορά του φορέα καταστρώματος είναι γενικώς στην ελαστική περιοχή, ακόμη και για μέγιστη εδαφική επιτάχυνση στο βράχο 0.45g (σε έδαφος κατηγορίας Β: 0.29g, 0.4g και 0.52g). Τέλος, ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη της πρότασης-μεθοδολογίας αντισεισμικού σχεδιασμού με βάση τις μετακινήσεις για βάθρα γεφυρών που έχουν φορέα προεντεταμένου σκυροδέματος μονολιθικά συνδεδεμένο με μεσόβαθρα από οπλισμένο σκυρόδεμα και συντάχθηκε το σχετικό παραδοτέο. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει μια απλή διαδικασία για την εκτίμηση των απαιτούμενων ανελαστικών παραμορφώσεων, με βάση ελαστική φασματική ανάλυση, δηλ. επεκτείνοντας τον κανόνα των «Ίσων Μετακινήσεων» στο επίπεδο μέλους. Η διαδικασία αναπτύχθηκε και βαθμονομήθηκε με τη βοήθεια μή-γραμμικών δυναμικών αναλύσεων (χρόνο-ιστορίας) αντιπροσωπευτικών γεφυρών τριών έως πέντε ανοιγμάτων. Το πιο σημαντικό τμήμα της τεκμηρίωσης είναι η βαθμονόμηση ελαστικής φασματικής ανάλυσης με απόσβεση 5% ως μέσο εκτίμησης των μεγίστων ανελαστικών γωνιών στροφής βάθρων, όπως αυτές προκύπτουν από μη-γραμμική δυναμική ανάλυση. Η σύγκριση των εκτιμήσεων της μηγραμμικής δυναμικής ανάλυσης για τη σεισμική γωνία στροφής χορδής με τις αντίστοιχες της ελαστικής φασματικής ανάλυσης ή της ανελαστικής στατικής, επιτρέπει τα εξής συμπεράσματα: - Τόσον η ελαστική φασματική, όσον και η ανελαστική στατική ανάλυση, δίνουν κατά μέσον όρο αρκετά ακριβείς εκτιμήσεις των απαιτούμενων ανελαστικών γωνιών στροφής χορδής στα βάθρα, με ελαφρά υπεροχή της ανελαστικής στατικής ανάλυσης έναντι της ελαστικής φασματικής. Οταν χρησιμοποιείται ελαστική φασματική ανάλυση, ο μέσος όρος του λόγου (θin)/θel στα άκρα των βάθρων όπου όντως σχηματίζονται πλαστικές αρθρώσεις είναι κοντά στο 1.0, ενώ μπορεί να ξεπερνά λίγο το 1.0 στα άκρα των βάθρων όπου δεν σχηματίζονται πλαστικές αρθρώσεις. Μάλιστα, ο λόγος θin/θel μειώνεται γενικώς με την αύξηση της έντασης της σεισμικής δράσης (από μέγιστη επιτάχυνση στο βράχο 0.25g προς 0.45g). Αντίστοιχη παρατήρηση ισχύει και για το λόγο των απαιτούμενων ανελαστικών γωνιών στροφής χορδής στα βάθρα από μη-γραμμική δυναμική ανάλυση προς τις ανελαστικές γωνίες στροφής χορδής από ανελαστική στατική ανάλυση. - Τόσον η ελαστική φασματική, όσον και η ανελαστική στατική ανάλυση, γενικώς υποτιμούν τις ανελαστικές γωνίες στροφής χορδής στο φορέα καταστρώματος. Η υπο-εκτίμηση από την ανελαστική στατική ανάλυση είναι γενικώς πολύ μεγαλύτερη και γενικότερη, ιδίως γιά σεισμική δράση στην εγκάρσια διεύθυνση. Μάλιστα, με την αύξηση της έντασης της σεισμικής δράσης (από μέγιστη επιτάχυνση στο βράχο 0.25g προς 0.45g) η υπο-εκτίμηση από την ανελαστική στατική ανάλυση των απαιτούμενων ανελαστικών γωνιών στροφής χορδής στο φορέα καταστρώματος αυξάνεται. Αντίθετα, όταν χρησιμοποιείται ελαστική φασματική ανάλυση, ο λόγος θin/θel μειώνεται γενικώς με την αύξηση της έντασης της σεισμικής δράσης (από μέγιστη επιτάχυνση στο βράχο 0.25g προς 0.45g). Επιπλέον, όταν σχηματίζονται πλαστικές αρθρώσεις σ όλα τα βάθρα, στο φορέα ο λόγος θin/θel από ελαστική φασματική ανάλυση είναι γενικώς κοντά στο 1.0 στις θέσεις του φορέα καταστρώματος όπου συμβαίνει απόθλιψη του φορέα ή και διαρροή του συνελκόμενου. Διαφορετικά, όταν σχηματίζονται πλαστικές αρθρώσεις σε μερικά μόνο βάθρα, στις θέσεις όπου συμβαίνει απόθλιψη του φορέα ή και διαρροή του συνελκόμενου αυτές ο λόγος θin/θel είναι μεταξύ 1.5 και 2. Η μεθοδολογία εφαρμόσθηκε και συγκρίθηκε η σεισμική απόκριση δύο έτσι σχεδιασμένων γεφυρών (από μή-γραμμική δυναμική ανάλυση) με αυτήν των συμβατικά σχεδιασμένων με βάση τις δυνάμεις. Η προτεινόμενη μεθοδολογία οδηγεί σε πιο εύκαμπτες, και πιο πλάστιμες (για τον σεισμό σχεδιασμού) γέφυρες, ενώ κατανέμει πιο ομοιόμορφα τις υπεραντοχές στο δομικό σύστημα. Απ την άλλη πλευρά, λόγω των συντηρητικών παραδοχών που γίνονται κατά τον κλασικό σχεδιασμό των γεφυρών, τα συμβατικώς σχεδιασμένα συστήματα γεφυρών διαθέτουν σημαντική υπεραντοχή ως προς το σεισμό σχεδιασμού. Ο προτεινόμενος σχεδιασμός οδηγεί σε πιο οικονομικές κατασκευές, χωρίς μείωση του περιθωρίου ασφαλείας. Τα επίπεδα διατμητικής και καμπτικής βλάβης των γεφυρών που σχεδιάστηκαν συμβατικά σε σχέση με εκείνων που μελετήθηκαν ακολουθώντας την προτεινόμενη μεθοδολογία είναι κατά μέσο όρο παρόμοια. Τέλος, οι ελαστοπλαστικοί μηχανισμοί των γεφυρών που σχεδιάστηκαν βάσει μετακινήσεων είναι πιο πλήρεις (σχηματισμός πλαστικών αρθρώσεων στις αναμενόμενες θέσεις) και πιο κανονικοί (παραπλήσιες τιμές απαιτούμενων μ θ κρίσιμων περιοχών βάθρων). ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 60

61 3.4: Επίδραση μερικού ή ολικού ανασηκώματος εφεδράνου ενός βάθρου στη σεισμική συμπεριφορά των γεφυρών. Στο πλαίσιο αυτής της ενότητας του ερευνητικού προγράμματος γίνεται παραμετρική διερεύνηση της συμπεριφορά της επίδρασης ανασηκώματος εφεδράνου ενός βάθρου στη σεισμική συμπεριφορά της γέφυρας. Ένα από τα βασικά θέματα που επηρεάζουν σημαντικά το υπό εξέταση φαινόμενο είναι η σημαντική μείωση της δυστρεψίας (δυσανάλογα μεγαλύτερη από εκείνη της δυσκαμψίας) μετά την ρηγμάτωση ή/και την μικρο-ρηγμάτωση διατομών κιβωτίου από σκυρόδεμα. Για τον σκοπό αυτόν, με βάση τα συλλεγμένα θεωρητικά και πειραματικά στοιχεία από την βιβλιογραφία αναπτύχθηκε πρόγραμμα Η/Υ το οποίο υπολογίζει αριθμητικά την στρεπτική συμπεριφορά προεντεταμένων κιβωτιοειδών διατομών. Ο προσδιορισμός της καμπύλης Ροπής στρέψης Γωνίας συστροφής βασίστηκε στην θεωρία ρηγματωμένου δικτυώματος λαμβάνοντας κατάλληλα υπόψη την επίδραση της προέντασης (Hsu 1994) Ροπή Στρέψης (ΚΝm) Γωνία Συστροφής ανά μονάδα μήκους (rad/m) Σχήμα 3.4.1: Αριθμητικός προσδιορισμός της στρεπτικής συμπεριφοράς προεντεταμένης διατομής καταστρώματος γέφυρας με βάση την θεωρία του HSU (1994) Η επίδραση της δυνατότητας ανασηκώματος του φορέα στα εφέδρανα, που προκαλείται από την στρεπτική αντίδραση του φορέα κυρίως κατά την εγκάρσια σεισμική απόκριση εξετάζεται μέσω μηγραμμικών στατικών και δυναμικών αναλύσεων με το πρόγραμμα SAP2000 NL. Η μη-γραμμική στρεπτική συμπεριφορά του προεντεταμένου καταστρώματος της γέφυρας προσομοιώνεται μέσω κατάλληλου μη-γραμμικού ελαστικού στοιχείου. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 61

62 Σχήμα 3.4.2: Προσομοίωση ανασηκώματος εφεδράνου με το πρόγραμμα SAP2000 NL Στο τελευταίο στάδιο πραγματοποιήθηκε παραμετρική διερεύνηση της επίδρασης του ανασηκώματος εφεδράνου μέσω μη-γραμμικών δυναμικών και μη-γραμμικών στατικών αναλύσεων με το πρόγραμμα SAP Συγκεκριμένα εξετάζεται η επίδραση των χαρακτηριστικών της γέφυρας (ανοίγματα, ύψη βάθρων) αλλά και των ιδιοτήτων του καταστρώματος που επηρεάζουν σημαντικά την στρεπτική συμπεριφορά (διαστάσεις κιβωτίου, προένταση, εγκάρσιος οπλισμός). Τέλος, έγινε αξιολόγηση των αποτελεσμάτων με σκοπό τον προσδιορισμό της επίδρασης του ανασηκώματος εφεδράνου τοπικά για το εφέδρανο και το κατάστρωμα, αλλά και συνολικά για την σεισμική συμπεριφορά της γέφυρας, ΕΕ4: Σεισμική μόνωση και συστήματα απόσβεσης ενέργειας 4.1: Πειραματική και αναλυτική έρευνα σεισμικής μόνωσης (περιλαμβανομένων ψευδοδυναμικών δοκιμών σε μεγάλη κλίμακα) με ή χωρίς πρόσθετη απόσβεση. Συστάσεις για σχεδιασμό και προδιαγραφές. Στην Εργασία 4.1 επιδιώκεται με αναλυτικές και κυρίως με πειραματικές έρευνες να προσδιορισθεί η σχέση μεταξύ: (α) της αύξησης της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου του συστήματος, και (β) της προσθήκης αυξημένης απόσβεσης στο σύστημα σε γέφυρες με σεισμική μόνωση. Στη διάρκεια της παράτασης ολοκληρώθηκε η σχετική έρευνα και συντάχθηκε το σχετικό παραδοτέο. Το πειραματικό σκέλος στο Πανεπιστήμιο Πατρών περιλαμβάνει σειρά δοκιμών με την Ψευδοδυναμική Μέθοδο μονωμένων συστημάτων. Εξετάσθηκε πειραματικά η σεισμική απόκριση σεισμικά μονωμένης γέφυρας στην οποία η σεισμική μόνωση επιτυγχάνεται με χρήση κοινών ελαστομερικών μονωτήρων μόνο, χωρίς πρόσθετη απόσβεση. Ο προσδιορισμός της απόκρισης μέσω πειραματικών δοκιμών μπορεί, για μεγάλου μεγέθους κατασκευές όπως οι γέφυρες, να υλοποιηθεί μόνο μέσω ψευδοδυναμικών δοκιμών και ειδικά μόνο μέσω της μεθόδου των υπο-κατασκευών. Βάση της μεθόδου αποτελεί ο διαχωρισμός του τμήματος της κατασκευής η απόκριση του οποίου ενδιαφέρει να ελεγχθεί με δοκιμές, από το υπόλοιπο που μπορεί να προσομοιωθεί αξιόπιστα αναλυτικά. Στην περίπτωση που εξετάζεται εδώ, τα βάθρα και ο φορέας καταστρώματος της γέφυρας προσομοιώνονται αναλυτικά, ενώ η συμπεριφορά του μονωτήρα εξετάζεται πειραματικά. Για το πρόγραμμα των πειραματικών δοκιμών επελέγη κοιλαδογέφυρα 12 συνεχόμενων ανοιγμάτων (γέφυρα του ποταμού Νέστου, κόμβος Χρυσούπολης). Τα βάθρα βρίσκονται σε αποστάσεις 38m περίπου, ενώ το ύψος τους είναι περίπου 5.8m και έχουν ίδια διατομή. Ο φορέας της γέφυρας αποτελείται από 5 ανά άνοιγμα προκατασκευασμένες δοκούς μεταβλητής διατομής οι οποίες εδράζονται σε ισάριθμα ελαστομεταλλικά εφέδρανα στη δοκό των βάθρων. Συνολικά υπάρχουν δέκα εφέδρανα σε κάθε βάθρο. Για τη δοκιμή υιοθετείται σύστημα με δύο βαθμούς ελευθερίας: ο πρώτος αντιπροσωπεύει τη μετακίνηση του βάθρου και ο δεύτερος τη μετακίνηση του μονωτήρα στο σημείο προσαρμογής του στον πυθμένα της διατομής του φορέα καταστρώματος. Οι βασικές τιμές μάζας του φορέα καταστρώματος και μάζας και δυσκαμψίας του βάθρου καθορίζονται σύμφωνα με αυτά της γέφυρας του Νέστου στη διαμήκη διεύθυνση. Έγιναν και πειράματα στα οποία η δυσκαμψία βάθρου, Κ 1, θεωρήθηκε δεκαπλάσια ή υποδεκαπλάσια της βασικής K p, ή η μάζα φορέα καταστρώματος ελήφθη διπλάσια ή η μισή της βασικής, m d. Η αντίδραση του μονωτήρα προσδιορίζεται πειραματικά ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 62

63 μέσω των δυνάμεων αντίδρασης (δυνάμεις εμβόλων) που απαιτούνται για την επίτευξη των μετακινήσεων που προσδιορίσθηκαν αναλυτικά για το δεύτερο βαθμό ελευθερίας. Σχήμα 4.1.1: Προσομοίωση της γέφυρας Στοιχεία φορέα και προσομοιώματος Για 10 εφέδρανα Ανά ζεύγος εφεδράνων Δυσκαμψία βάθρου (διαμήκη διεύθυνση) Κ xx 2200 ΜΝ/m 440 MN/m Δυσκαμψία βάθρου (εγκάρσια διεύθυνση) * ενεργός μάζα βάθρου Κ yy MN/m 2720 MN/m Μάζα καταστρώματος kg kg Μάζα βάθρου kg kg * Στην Ενότητα Εργασίας 4.1 εξετάσθηκαν πειραματικά απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα, εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου και απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγική συσκευή πρόσθετης απόσβεσης. Οι ψευδοδυναμικές δοκιμές που εκτελέσθηκαν με τη μέθοδο των υπο-κατασκευών, έγιναν σε διάφορα επίπεδα σεισμικής διέγερσης και με διάφορους συνδυασμούς δυσκαμψίας βάθρου-μάζας φορέα καταστρώματος. Σύνοπτική παρουσίαση ψευδοδυναμικών δοκιμών με εφέδρανα Δοκιμή PGA (% g) K,Μ 0.1K 10K 0.5M 2M Ζεύγος Ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 RB_7.5%_KM RB_15%_KM 15 1 RB_20%_KM 20 1 RB_25%_KM 25 1 RB_25%_10KM 25 1 RB_25%_01KM 25 1 RB_25%_01KM 25 2 RB_25%_K0.5M 25 3 RB_25%_K2M 25 3 RB_7.5%_KM RB_15%_KM 15 4 ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 63

64 Δοκιμή PGA (% g) K,Μ 0.1K 10K 0.5M 2M Ζεύγος RB_20%_KM 20 4 RB_20%_K0.5M 20 4 RB_20%_10KM 20 4 RB_20%_0.1KM 20 4 RB_20%_K2M 20 4 RB_25%_K0.5M 25 5 RB_25%_KM 25 5 RB_25%_10KM 25 5 RB_25%_KM (επαν) 25 5 RB_20%_K2M 20 5 Ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα DECS_RB_7.5%_KM DECS_RB_15%_KM 15 6 DECS_RB_20%_KM 20 6 DECS_RB_25%_KM 25 6 DECS_RB_25%_10KM 25 6 DECS_RB_25%_0.1KM 25 6 DECS_RB_25%_K0.5M 25 6 DECS_RB_25%_K2M 25 6 Ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ250 με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα DECS_sRB_5%_KM 5 8 DECS_sRB_20%_KM 20 8 DECS_sRB_25%_KM 25 8 DECS_sRB_25%_10KM 25 8 DECS_sRB_25%_0.1KM 25 8 DECS_sRB_25%_K0.5M 25 8 DECS_sRB_25%_K2M 25 8 Εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου LRB_15%_KM 15 9 LRB_20%_KM 20 9 LRB_25%_KM 25 9 LRB_15%_10KM 15 9 LRB_15%_0.1KM 15 9 LRB_15%_K0.5M 15 9 LRB_15%_K2M 15 9 LRB_25%_10KM 25 9 LRB_25%_0.1KM 25 9 LRB_25%_K0.5M 25 9 LRB_25%_K2M 25 9 ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 64

65 Δοκιμή PGA (% g) K,Μ 0.1K 10K 0.5M 2M Ζεύγος LRB_25%_KM LRB_20%_KM LRB_30%_KM αστοχία εφεδράνου Σχήμα 4.1.2: Πειραματική διάταξη δοκιμής ελαστομεταλλικών εφεδράνων Σχήμα 4.1.3: Διάταξη δοκιμής συνδυασμού εφεδράνων-αποσβεστήρα Ταυτόχρονα έγιναν ελαστικές γραμμικές και μη-γραμμικές αναλύσεις και τα αποτελέσματά τους συγκρίθηκαν με αυτά των πειραματικών δοκιμών. Οι 50 ψευδοδυναμικές δοκιμές που έγιναν σε σεισμικά μονωμένες γέφυρες με τη μέθοδο των υποκατασκευών, και οι γραμμικές ή μή-γραμμικές αναλύσεις που τις συνόδευαν με στόχο την επίτευξη ικανοποιητικής συμφωνίας με την πειραματική απόκριση, έδειξαν τα εξής: 1. Απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα δεν φαίνεται να επαρκούν για την αποτελεσματική σεισμική μόνωση γεφυρών. Και τούτο διότι: ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 65

66 Ελλείψει πρόσθετης απόσβεσης, η επιμήκυνση της ιδιοπεριόδου που επιτυγχάνουν οδηγεί σε μεγάλες σεισμικές μετακινήσεις στη διεπιφάνεια μεταξύ κεφαλής βάθρων και φορέα καταστρώματος. Απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα αστοχούν σε σχετικά χαμηλές γωνιακές παραμορφώσεις, της τάξεως του 150%, δηλαδή αρκετά χαμηλότερες της θεωρούμενης ως επιτρεπόμενης τιμής-στόχου των 200% για τέτοιου τύπου εφέδρανα. 2. Το Μέτρο διάτμησης των ελαστομεταλλικών εφεδράνων από ταχύτητες παραμόρφωσης που προκαλούνται από σεισμικές δράσεις και σε γωνιακές παραμορφώσεις από 25% έως 175% συμφωνεί κατά μέσο όρο με αυτό που δίνουν οι κατασκευαστές/προμηθευτές των εφεδράνων. Ομως, για σχετικά υψηλή σεισμική δράση, με μέγιστη επιτάχυνση εδάφους (PGA) της τάξεως του 0.25g, το Μέτρο διάτμησης είναι περίπου 10% μικρότερο από αυτό που δίνει ο κατασκευαστής/προμηθευτής του εφεδράνου, γεγονός που οδηγεί σε κάπως υψηλότερες σεισμικές μετακινήσεις, σε σχέση με αυτές που υπολογίζονται με βάση τις τιμές του κατασκευαστή. Η διαφορά αυτή είναι εις βάρος της ασφάλειας. Ομως, υπερ-αντισταθμίζεται από την πραγματική απόσβεση που προσφέρουν τα απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα, που ξεπερνά τη συμβατική τιμή του 5% της κρίσιμης, πλησιάζοντας το 8-9%. Μάλιστα, όσο αυξάνεται η ένταση της σεσμικής δράσης, τόσο αυξάνεται και ο διαθέσιμος συντελεστής απόσβεσης. 3. Ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου προσφέρουν πολύ αποτελεσματικότερη σεισμική μόνωση από τα απλά ελαστομεταλλικά εφέδρανα. Και τούτο λόγω του συνδυασμού: Υψηλής ενεργού απόσβεσης, της τάξεως του 16% της κρίσιμης, πρακτικώς ανεξαρτήτως της έντασης της σεισμικής δράσης. Υψηλότερης γωνιακής παραμόρφωσης αστοχίας, της τάξης του 170% (αλλά πάντως χαμηλότερης από την επιτρεπόμενη τιμή-στόχο του 200%). Σχετικά υψηλής ενεργού δύναμης διαρροής του πυρήνα μολύβδου, και συγκεκριμένα υπερδιπλάσιας έως υπερτριπλάσιας της τιμής που δίνει ο κατασκευαστής/ προμηθευτής. 4. Η ανάλυση γεφυρών με σεισμική μόνωση από ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου μπορεί να γίνει με ικανοποιητική ακρίβεια και υπέρ της ασφαλείας, είτε με μή-γραμμική προσομοίωση των εφεδράνων, με δύναμη διαρροής πυρήνα και Μέτρο διάτμησης ελαστομερούς με τιμές ίσες με αυτές που δίνει ο κατασκευαστής (στην πραγματικότητα, το Μέτρο διάτμησης του ελαστομερούς και η δύναμη διαρροής του πυρήνα φαίνεται να ξεπερνούν αυτά που δίνουν οι κατασκευαστές/προμηθευτές των εφεδράνων, γεγονός που είνα υπέρ της ασφαλείας), είτε με ισοδύναμη ελαστική ανάλυση, θεωρώντας συντελεστή απόσβεσης της τάξεως του 16% και δυσκαμψία που προκύπτει από το ελαστομερές και μόνον. 5. Πρόσθετη απόσβεση με τη μορφή μαγνητο-επαγωγικής συσκευής είναι εξαιρετικά αποτελεσματική για τη μείωση της σεισμικής απόκρισης. Η ενέργεια που καταναλώνεται ισοδυναμεί με φαινόμενη εξώδη απόσβεση για το σύστημα αποσβεστήρας-εφέδρανα που πλησιάζει ή ξεπερνά το 100% (!!). Παράλληλα, η επιρροή τους εμφανίζεται και ως μείωση της ενεργού δυσκαμψίας των εφεδράνων στο μισό περίπου. 6. Για να ληφθεί υπόψη στην ανάλυση η επιρροή των πρόσθετων αποσβεστήρων, απαιτείται μηγραμμική προσομοίωση του αποσβεστήρα, με δύναμη αποσβεστήρα ανάλογη της ταχύτητας σε εκθέτη με τιμή μικρότερη του 1.0. Δεν είναι εύκολη η εκτίμηση μέσω ενός τέτοιου μη-γραμμικού προσομοιώματος, τόσον των μεγίστων τιμών της απόκρισης όσον και της παραμένουσας παραμόρφωσης. Εκτίμηση των πρώτων απαιτεί σχετικά χαμηλές τιμές του συντελεστή αναλογίας αλλά και του εκθέτη (της τάξεως του ¼), ενώ εκτίμηση της παραμένουσας παραμόρφωσης επιτυγχάνεται καλύτερα με υψηλές (τριπλάσιες) τιμές του συντελεστή αναλογίας αλλά και του εκθέτη (περίπου 0.8). 7. Εκτίμηση των μέγιστων τιμών της σεισμικής απόκρισης παρουσία πρόσθετης απόσβεσης από μαγνητο-επαγωγική συσκευή μπορεί να επιτευχθεί και με ισοδύναμη ελαστική ανάλυση, θεωρώντας τη δυσκαμψία μόνον των εφεδράνων. Στην περίπτωση αυτή η απόσβεση είναι της τάξεως του 100% της κρίσιμης ή και παραπάνω. Δεν είναι βεβαίως εφικτή η εκτίμηση της παραμένουσας παραμόρφωσης μέσω μιας τέτοιας ανάλυσης. 8. Λόγω της εξαιρετικής αποτελεσματικότητας και της απλής κατασκευής τους, μαγνητο-επαγωγικοί αποσβεστήρες προσφέρονται κατ εξοχήν, όχι μόνο για τον έλεγχο και τον περιορισμό της σεισμικής απόκρισης γεφυρών στην Ελλάδα, αλλά και για εγχώρια προστιθέμενη αξία σε hardware και υπηρεσίες, στον τομέα της αντισεισμικής τεχνολογίας. Δυστυχώς, η απουσία ουσιαστικής συμβολής και συμμετοχής στην έρευνα του εταίρου που εθεωρείτο ως κατ' εξοχήν ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 66

67 κατάλληλος για το σκοπό αυτόν (ΣΕΙΜΟΜΟΝΩΣΙΣ), δεν βοήθησε στην επέκταση του ερευνητικού έργου προς την κατεύθυνση της εγχώριας προστιθέμενης αξίας σε hardware και υπηρεσίες. 4.2: Επιρροή αβεβαιοτήτων συμπεριφοράς μονωτήρων στο σεισμικό σχεδιασμό γεφυρών Η εργασία εστιάσθηκε στην εκτέλεση δυναμικών ανελαστικών αναλύσεων για τις χρονο-ιστορίες (επιταχυνσιογραφήματα) που επιλέχθηκαν, με χρήση αναλυτικών προσομοιωμάτων που περιλαμβάνουν την επιρροή της υπεραντοχής του μονωτήρα στην σεισμική απόκριση του σεισμικά μονωμένου συστήματος. Πιο συγκεκριμένα εξετάστηκαν συστήματα μόνωσης (ελαστομεταλλικά εφέδρανα χαμηλής απόσβεσης - LDRB και εφέδρανα τριβής με κυκλική επιφάνειας ολίσθησης - FPS) που οδηγούν σε περιόδους 2sec, 3sec και 4sec. Για την περίπτωση των ελαστομεταλλικών εφεδράνων χαμηλής απόσβεσης επιλέχθηκαν τρεις τιμές του λόγου δυσκαμψιών Κ2/Κ1 (1, 3, 5) ενώ τόσο για την περίπτωση των εφεδράνων τριβής με κυκλική επιφάνειας ολίσθησης όσο και των ελαστομεταλλικών εφεδράνων χαμηλής απόσβεσης εξετάστηκε και η περίπτωση ύπαρξης stopper (παρεμπόδισης της μετακίνησης) το οποίο έχει ως συνέπεια η περίοδος του συστήματος να είναι αρκετά μικρότερη από αυτή του μονωμένου συστήματος (θεωρήθηκε ίση με 0.4sec). Για κάθε σύστημα μόνωσης έγινε δυναμική ανελαστική ανάλυση με τις επτά χρονο-ιστορίες (επιταχυνσιογραφήματα) και για τρία επίπεδα έντασης x1.0, x1.5 και x2.0 της έντασης του σεισμού σχεδιασμού. Επίσης ολκληρώθηκε βιβλιογραφική ανασκόπηση από την οποία προέκυψαν και νέα στοιχεία με πειραματικά αποτελέσματα κυρίως για ελαστομεταλλικά εφέδρανα (Bridgestone, ALGA). Με βάση και τα νέα στοιχεία διαφαίνεται ότι η αρχική θεώρηση για τη συμπεριφορά των μονωτήρων πέραν της μετακίνησης σχεδιασμού ότι μπορεί να προσομοιωθεί με επέκταση του εν γένει διγραμμικού νόμου συμπεριφοράς της σε κατάλληλο τριγραμμικό είναι ορθή. Σχήμα 4.2.1: Πρόσθετα στοιχεία από βιβλιογραφική ανασκόπηση (Bridgestone, ALGA) Οι δυναμικές ανελαστικές αναλύσεις για τις περιπτώσεις των μονωτήρων ολοκληρώθηκαν και έχει ξεκινήσει η επεξεργασία των αποτελεσμάτων. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 67

68 Force Force ΕΠΑΝ- ΜΕΤΡΟ Fu Fu K3 K2 μν Keff -γ is x Dbd -Dbd Fbd -Fbd K1 Dbd γ is x Dbd Displ. -γisxdbd K2 -μν Dbd γisxdis Displ. Σχήμα 4.2.1: Προσομοίωμα συμπεριφοράς μονωτήρων πέρα της μετακίνησης σχεδιασμού για την περίπτωση ελαστομεταλλικών εφεδράνων χαμηλής απόσβεσης-ldrb (αριστερά) και εφεδράνων τριβής με κυκλική επιφάνειας ολίσθησης-fps (δεξιά). 0.5 x1.00 x1.50 x1.75 x x1.00 x1.50 x1.75 x2.00 Displacement (m) Time (sec) Force Time (sec) Σχήμα 4.2.3: Χρονοϊστορίες ανελαστικής απόκρισης ελαστομεταλλικών εφεδράνων. Από τη σχετική έρευνα προέκυψε ότι οι μονωτήρες αστοχούν με εξάντληση της παραμορφωσιακής τους ικανότητας. Σε σύγκριση με άλλα στοιχεία ανάληψης σεισμικής δράσης, όπως αυτά σχεδιάζονται σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονισμούς, οι μονωτήρες παρουσιάζουν αρκετά χαμηλά περιθώρια υπεραντοχής. Αυτό αντικατοπτρίζεται και στους κανονισμούς με την απαίτηση για αυξημένη αξιοπιστία κατά τον σχεδιασμό των μονωτήρων (της τάξης του 150%). Όμως οι μονωτήρες εμφανίζουν (ή και μπορεί να σχεδιαστούν ώστε να εμφανίζουν) κάποιο βαθμό υπεραντοχής πέρα του οποίου η παραμορφωσιακή τους ικανότητα εξαρτάται από τον τύπο του μονωτήρα. Πιο συγκεκριμένα: Τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα μπορεί να εμφανίσουν σημαντικές ρωγμές ή και αποκόλληση του ελαστομερούς από τις μεταλλικές πλάκες. Επίσης μπορεί να αυξηθεί γρήγορα η δυστμησία τους μέχρι την τελική τους αστοχία από αστάθεια ή αναδίπλωση. Οι μονωτήρες ολίσθησης μπορεί να εμφανίσουν απότομη αύξηση της δυστμησίας τους εξαιτίας της αντίστασης του εξωτερικού δακτυλίου τους, ακολουθούμενη από αυξημένη τριβή και απώλεια στήριξης. Οι ελαστοπλαστικές συσκευές μπορεί να έχουν πολύ διαφορετική συμπεριφορά όταν ξεπερασθεί η μετακίνηση σχεδιασμού τους. Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα έρευνας για συνήθεις τύπους εφεδράνων τα οποία χρησιμοποιούνται στην τρέχουσα πρακτική σχεδιασμού γεφυρών, και διερευνείται η επίδραση της υπέρβασης της συμβατικής τους ικανότητας για μετακίνηση. Ο ορισμός της ικανότητας μετακίνησης των εφεδράνων αξιολογήθηκε και διερευνήθηκε η πιθανότητα οφέλους από την υπεραντοχή κάθε τύπου εφεδράνου πλησίον της ικανότητας μετακίνησης τους. Για τις μετακινήσεις των εφεδράνων πέραν της ικανότητας μετακίνησης τους λήφθηκαν υπόψη η εμπειρία και η γνώμη των κατασκευαστών καθώς και η εμπειρία από την επί τόπου συμπεριφορά τους. Επιπλέον εξετάστηκαν οι επιπτώσεις των αβεβαιοτήτων της συμπεριφοράς των μονωτήρων, όταν ξεπερασθεί η μετακίνηση σχεδιασμού τους, στον σχεδιασμό των λοιπών στοιχείων της γέφυρας ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 68

69 Από τη έρευνα που πραγματοποιήθηκε διαπιστώθηκε ότι όταν η απαίτηση δύναμης υπερβαίνει την οριακή φέρουσα ικανότητα του εφεδράνου η αστοχία του συστήματος ελέγχεται από το εφέδρανο. Αυτό μπορεί να συμβεί είτε με αστοχία του ίδιου του εφεδράνου είτε της αγκύρωσης του στην υποδομή ή την ανωδομή. Σημειώνεται ότι σύμφωνα με τον EC8-2 ο σχεδιασμός του εφεδράνου συμπεριλαμβανομένης της αγκύρωσης του πρέπει να γίνεται για την επαυξημένη μετακίνηση σχεδιασμού. Λαμβάνοντας υπόψη την έντονη ευαισθησία των εφεδράνων που διαπιστώθηκε στην παρούσα εργασία, γίνονται οι ακόλουθες συστάσεις. Για ελαστομεταλλικά εφέδρανα Χαμηλής Απόσβεσης δεν προκύπτει ασφαλές να προταθεί αύξηση της ικανότητας μετακίνησης σχεδιασμού από την έως τώρα ορισμένη. Εάν χρησιμοποιούνται διατμητικοί σύνδεσμοι σε συνδυασμό με ελαστομεταλλικά εφέδρανα θα πρέπει να ενεργοποιούνται σε σημαντικά μεγαλύτερες μετακινήσεις σε σχέση με την ικανότητα μετακίνησης σχεδιασμού των εφεδράνων (π.χ φορές αυτήν την μετακίνηση). Για εφέδρανα FPS και σε συνδυασμό με την έντονη ευαισθησία στις απαιτήσεις μετακινήσεων πλησίον της ικανότητας μετακίνησης σχεδιασμού συνίσταται να παρέχεται πρόσθετο περιθώριο μετακίνησης της τάξης του 20%. Τέλος επιβεβαιώθηκε η τιμή (1.50) του αυξητικού συντελεστή του EC8-2 που πολλαπλασιάζει τις απαιτήσεις σεισμικών μετακινήσεων που προκύπτουν από την ανάλυση έτσι ώστε να προκύψει η απαιτούμενη φέρουσα ικανότητα σεισμικής μετακίνησης των εφεδράνων. Επισημαίνεται ότι η ευαισθησία αυτών των απαιτήσεων θα αυξανόταν δραματικά αν χρησιμοποιείτο μια τιμή μικρότερη από : Επιρροή της Μεταβολής του Κατακορύφου Φορτίου στην Συμπεριφορά Μονωτήρων Ολίσθησης Η διερεύνηση της περίπτωσης που η μεταβολή του κατακορύφου φορτίου του μονωτήρα οφείλεται στην περί τον διαμήκη άξονα ταλάντωση γέφυρας με υψίκορμο φορέα καταστρώματος, οπότε τόσο η οριζόντια ταλάντωση όσο και η μεταβολή του κατακορύφου φορτίου των μονωτήρων οφείλονται στην απόκριση της γέφυρας κατά την εγκάρσια στον άξονα της διεύθυνση, με αποτέλεσμα το συχνοτικό περιεχόμενο και οι φάσεις της οριζόντιας ταλάντωσης και της κατακόρυφης να επηρεάζονται από κοινού από την ελαστική απόκριση του βάθρου και του φορέα της ανωδομής. Με βάση το προγενέστερο συμπέρασμα της εργασίας σχετικά με την επιρροή της καμπυλότητα σε οριζοντιογραφία, συγκεκριμένα ότι για τις συνήθεις τιμές οριζόντιων και κατακόρυφων δυσκαμψιών του συστήματος μόνωσης η οριζόντια ευκαμψία του συστήματος περιορίζει τις διαφορές της σεισμικής απόκρισης μεταξύ καμπύλων και ευθύγραμμων γεφυρών, η εργασία εστιάσθηκε σε γέφυρες ευθύγραμμες σε οριζοντιογραφία, που είναι η δυσμενέστερη περίπτωση ως προς την ανασήκωση υψίκορμου φορέα καταστρώματος από εφέδρανα σεισμικής μόνωσης με ολίσθηση. Γιά το σκοπό αυτό έγινε παραμετρική ανάλυση ευθύγραμμης γέφυρας μονωμένης με εφέδρανα σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης. Στο προσομοίωμα περιλαμβάνονται τα βάθρα και ο υψίκορμος φορέας καταστρώματος με τους κατάλληλους βαθμούς ελευθερίας: τη μετατόπιση της κορυφής του βάθρου: y 1, και τη μετατόπιση του φορέα καταστρώματος στο κέντρο βάρους της διατομής του, y 2. Ο συντελεστής τριβής της σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης ορίζεται: μ=5%. Η κυκλική ιδιοσυχνότητα του μονωτήρα, ω i = (g/r), όπου R η ακτίνα της σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης, καθώς και η κυκλική ιδιοσυχνότητα του ίδιου του βάθρου, ω p = (K p /m p ), είναι παράμετροι. Με τους συμβολισμούς του Σχήματος 4.3.1, οι Εξισώσεις κίνησης είναι: hd 2 md y + ω pξ p y + ω p y + ωi + y ωi y ± μ g = u (1 ) 1 2 g (4.3.1) 2 h m 2 d 2 2 ωi 1+ ) y1 + ωi y2 2 hp p 3 h y ( ± μg = u (4.3.2) g όπου ο συντελεστής 3/2 στο λόγο h d /h p οφείλεται στη στροφή της κορυφής του βάθρου κατά τη γωνία θ, με θεώρηση του βάθρου ως ελαστικού κατακορύφου προβόλου. Οι παράμετροι της δυναμικής ανάλυσης της απόκρισης και οι τιμές που παίρνουν είναι: 1. Κυκλική ιδιοσυχνότητα μονωτήρα: ω i = (g/r)= 1.5, 2, Κυκλική ιδιοσυχνότητα βάθρου: ω p = (K p /m p )=25, 50, 75, 100, Λόγος μαζών φορέα καταστρώματος προς βάθρου: m d /m p =1, 2, 3, 4, 5. p ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 69

70 4. Λόγος υψών καταστρώματος προς βάθρου: h d /h p =0, 0.1, 0.2, 0.3, Μέγιστη επιτάχυνση σε έδαφος κατηγορίας Β, γιά διέγερση συμβατή με το φάσμα ΕΑΚ2000 για έδαφος κατηγορίας Β: PGA(g)=0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6. Έγιναν μή-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις για 14 επιταχυνσιογραφήματα, τα οποία προήλθαν απο ιστορικές καταγραφές (Bonds Corner, Imperial Valley (1979), Ca, Capitola building, Loma Prieta (1989), Ca, Καλαμάτα (1986), Herceg Novi (1979), Montenegro, Tolmezzo (1976), Friuli, Ulcinj (1979), Montenegro, El Centro (1940), Imperial Valley, Ca) στις 2 οριζόντιες διευθύνσεις και τροποποιήθηκαν έτσι ώστε να είναι συμβατά με το φάσμα του ΕΑΚ2000 για έδαφος κατηγορίας Β. Μεταβάλλεται κάθε φορά μία παράμετρος από τις ανωτέρω 5, ενώ οι άλλες έχουν τις «μέσες» τιμές τους. Σχήμα 4.3.1: Γεωμετρία και συμβολισμοί της μελέτης της μεταβολής του κατακορύφου φορτίου μονωτήρα σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης λόγω απόκρισης κατά την εγκάρσια διεύθυνση Ο έλεγχος της ανασήκωσης του φορέα καταστρώματος από τον ένα μονωτήρα γίνεται με βάση το πρόσημο των αντιδράσεων Ν 1 και Ν 2 σ αυτούς, που με τους συμβολισμούς του Σχήματος (όπου λ = (Ι θ /Α) η ακτίνα αδρανείας της διατομής του φορέα καταστρώματος) δίνουν: 2 3 λ hd ( ) y1 + ( ) y 2 > 0.5g 2 l h l ( p ) y + ( p ) y > 0.5g 3 ( 2 b 2 λ l h b p p b h ) y1 + ( l d b ) y < + 0.5g 2 1 ( p ) y + ( p ) y < + 0.5g 2 (4.3.2) όπου οι παράμετροι για την ανασήκωση: p 1 = (3/2)λ 2 /(l b h p ): (0.4, 0.8, 1.2) (h d /h p ) p 2 = h d /l b : (0, 0.5, 1), μεταβάλλονται μία κάθε φορά, ενώ η άλλη, καθώς και οι ανωτέρω 1 έως 5 της δυναμικής ανάλυσης της απόκρισης, έχουν τις «μέσες» τιμές τους. Δίνονται εδώ η μέση τιμή από τις μέγιστες τιμές των μή-γραμμικών δυναμικών αναλύσεών για τα 14 επιταχυνσιογραφήματα για τα παρακάτω αποτελέσματα: 1. Μέγιστη επιτάχυνση βάθρου: max (y 1 ), 2. Μέγιστη μετατόπιση βάθρου: max (y 1 ), 3. Μέγιστη επιτάχυνση φορέα καταστρώματος: max(y 2 ), 4. Μέγιστη μετατόπιση φορέα καταστρώματος: max(y 2 ), 5. Μέγιστη οριζόντια δύναμη μονωτήρα: max(fps-force), ανηγμένη στο m d g 6. Μέγιστη σχετική ολίσθηση μονωτήρα: max(fps-displ), 7. Έλεγχος ανασήκωσης του φορέα καταστρώματος απ το μονωτήρα: ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 70

71 max[ ( p1 ) y1 + ( p ) y 2 2 ] Ratio = <1 όχι ανασήκωση, 0.5g (4.3.3) max[ ( p1 ) y1 + ( p ) y 2 2 ] Ratio = >1 ανασήκωση. 0.5g (4.3.4) Από την παραμετρική ανάλυση δεν διαπιστώθηκε ανασήκωση του φορέα από τα εφέδρανα, παρά μόνον γιά ελάχιστους ακραίους συνδυασμούς παραμέτρων. Η διερεύνηση της περίπτωσης που η μεταβολή του κατακορύφου φορτίου του μονωτήρα οφείλεται στην περί τον διαμήκη άξονα ταλάντωση γέφυρας με υψίκορμο φορέα καταστρώματος, οπότε τόσο η οριζόντια ταλάντωση όσο και η μεταβολή του κατακορύφου φορτίου των μονωτήρων οφείλονται στην απόκριση της γέφυρας κατά την εγκάρσια στον άξονα της διεύθυνση, με αποτέλεσμα το συχνοτικό περιεχόμενο και οι φάσεις της οριζόντιας ταλάντωσης και της κατακόρυφης να επηρεάζονται από κοινού από την ελαστική απόκριση του βάθρου και του φορέα της ανωδομής. Ένα από τα θέματα προβληματισμού στη σεισμική μόνωση γεφυρών μέσω δύο μονωτήρων τριβής σε συμμετρική θέση ως προς τον διαμήκη άξονα της γέφυρας είναι ο μηδενισμός του κατακορύφου φορτίου του εφεδράνου/μονωτήρα λόγω της στρεπτικής - περί το διαμήκη άξονα ταλάντωσης του φορέα καταστρώματος, οπότε η οριζόντια ταλάντωση και η μεταβολή του κατακορύφου φορτίου των μονωτήρων οφείλονται στην απόκριση της γέφυρας κατά την εγκάρσια στον άξονά της διεύθυνση, και το συχνοτικό περιεχόμενο και οι φάσεις της οριζόντιας και της κατακόρυφης ταλάντωσης επηρεάζονται από κοινού από την ελαστική απόκριση του βάθρου και του φορέα καταστρώματος (στρεπτική ταλάντωση περί τον διαμήκη άξονα). Σκοπός της εργασίας είναι να διερευνήσει τη μεταβολή του αξονικού φορτίου στα εφέδρανα σεισμικής μόνωσης τύπου σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης και την πιθανότητα ανασήκωσης του φορέα καταστρώματος. Περιλαμβάνονται στο προσομοίωμα τα βάθρα και ο φορέας με τους κατάλληλους βαθμούς ελευθερίας και ιδιότητες μάζας και δυσκαμψίας. Γίνεται ανάλυση ευαισθησίας σε μία σειρά από παραμέτρους, όπως η δυσκαμψία των εφεδράνων και του βάθρου, ο λόγος μαζών και υψών φορέα καταστρώματος και βάθρου, τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του φορέα καταστρώματος, η θέση των μονωτήρων ως προς το διαμήκη άξονα της γέφυρας και η ένταση της σεισμικής διέγερσης. Διερευνάται η επιρροή των παραμέτρων αυτών στην απόκριση της γέφυρας (μετατόπιση και επιτάχυνση του φορέα καταστρώματος και του βάθρου) και στην οριζόντια δύναμη που αναλαμβάνουν τα εφέδρανα. Το συμπέρασμα είναι ότι ο κίνδυνος ανασήκωσης του φορέα καταστρώματος εξαρτάται μόνον από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της διατομής του φορέα καταστρώματος και αυξάνεται κατά πολύ για υψίκορμες διατομές. Σε διατομές με ύψος κιβωτίου παρόμοιου μεγέθους με την απόσταση μεταξύ των εφεδράνων στη στήριξη στο βάθρο, έχομε σχεδόν βέβαιη ανασήκωση του φορέα για σεισμική δράση με PGA στο βράχο πάνω από 0.5g, ή πιθανότητα ανασήκωσης 20-35% γιά PGA στο βράχο 0.4g. Οι υπόλοιπες παράμετροι διαδραματίζουν ασήμαντο ρόλο. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 71

72 1. Παράμετρος: Κυκλική ιδιοσυχνότητα μονωτήρα, ω i = (g/r) y1 (m/s/s) 1. max(y1 ) 4,45 4,40 4,35 4,30 4,25 4,20 4,15 1,5 2 2,5 ωi y1 (m) 2. max(y1) 0, , , , , , , , , ,5 2 2,5 ωi y2 (m/s/s) 3. max(y2 ) 4,20 4,15 4,10 4,05 4,00 3,95 3,90 3,85 1,5 2 2,5 ωi y2 (m) 4. max(y2) 0,112 0,111 0,110 0,109 0,108 0,107 0,106 0,105 0,104 1,5 2 2,5 ωi F 5. max(fps-force) 0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 1,5 2 2,5 ωi FPS-Displ (m) 6. max(fps-displ) 0,112 0,111 0,110 0,109 0,108 0,107 0,106 0,105 0,104 1,5 2 2,5 ωi 7. Uplift check Ratio 0,41 0,408 0,406 0,404 0,402 0,4 0,398 0,396 1,5 2 2,5 ωi Δεν σημειώθηκε ανασήκωση για κανέναν από τους 14 σεισμούς 2. Παράμετρος: Κυκλική ιδιοσυχνότητα βάθρου: ω p = (K p /m p ) y1 (m/s/s) 1. max(y1 ) 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3, ωp y1 (m) 2. max(y1) 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0, ωp y2 (m/s/s) 3. max(y2 ) 4,01 4,00 3,99 3,98 3,97 3,96 3,95 3,94 3,93 3, ωp y2 (m) 4. max(y2) 0,116 0,114 0,112 0,110 0,108 0,106 0, ωp F 5. max(fps-force) 0,0975 0,0970 0,0965 0,0960 0,0955 0,0950 0,0945 0,0940 0,0935 0,0930 0, ωp FPS-Displ (m) 6. max(fps-displ) 0,116 0,114 0,112 0,110 0,108 0,106 0, ωp 7. Uplift check Ratio 0,48 0,46 0,44 0,42 0,4 0,38 0,36 0,34 0,32 0, ωp Δεν σημειώθηκε ανασήκωση για κανέναν από τους 14 σεισμούς ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 72

73 3. Παράμετρος: Λόγος μαζών φορέα καταστρώματος προς βάθρου, m d /m p y1 (m/s/s) 1. max(y1 ) 4,9 4,7 4,5 4,3 4,1 3,9 3,7 3, md/mp y1 (m) 2. max(y1) 0,0016 0,0015 0,0014 0,0013 0,0012 0,0011 0,0010 0,0009 0, md/mp y2 (m/s/s) 3. max(y2 ) 3,975 3,970 3,965 3,960 3,955 3, md/mp y2 (m) 4. max(y2) 0,1080 0,1075 0,1070 0,1065 0,1060 0, md/mp F 5. max(fps-force) 0,0937 0,0936 0,0935 0,0934 0,0933 0,0932 0,0931 0, md/mp FPS-Displ (m) 6. max(fps-displ) 0,1072 0,1070 0,1068 0,1066 0,1064 0,1062 0,1060 0,1058 0,1056 0, md/mp 7. Uplift check Ratio 0,415 0,41 0,405 0,4 0,395 0,39 0,385 0, md/mp Δεν σημειώθηκε ανασήκωση για κανέναν από τους 14 σεισμούς 4. Παράμετρος: Λόγος υψών φορέα καταστρώματος προς βάθρου, h d /h p y1 (m/s/s) 1. max(y1 ) 4,28 4,27 4,26 4,25 4,24 4,23 4,22 4,21 4,20 4,19 4,18 0 0,1 0,2 0,3 0,4 hd/hp y1 (m) 2. max(y1) 0, , , , , , , , ,1 0,2 0,3 0,4 hd/hp y2 (m/s/s) 3. max(y2 ) 3,985 3,980 3,975 3,970 3,965 3,960 3,955 3, ,1 0,2 0,3 0,4 hd/hp y2 (m) 4. max(y2) 0,1070 0,1068 0,1066 0,1064 0,1062 0,1060 0,1058 0,1056 0,1054 0, ,1 0,2 0,3 0,4 hd/hp F 5. max(fps-force) 0,0935 0,0934 0,0933 0,0932 0,0931 0,0930 0,0929 0, ,1 0,2 0,3 0,4 hd/hp FPS-Displ (m) 6. max(fps-displ) 0,1066 0,1064 0,1062 0,1060 0,1058 0,1056 0,1054 0,1052 0, ,1 0,2 0,3 0,4 hd/hp 7. Uplift check Ratio 0,48 0,46 0,44 0,42 0,4 0,38 0,36 0,34 0,32 0,3 0 0,1 0,2 0,3 0,4 hd/hp Δεν σημειώθηκε ανασήκωση για κανέναν από τους 14 σεισμούς ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 73

74 5. Παράμετρος: μέγιστη εδαφική επιτάχυνση, PGA(g) y1 (m/s/s) 1. max(y1 ) ,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 PGA (g) y1 (m) 2. max(y1) 0,0020 0,0015 0,0010 0,0005 0,0000 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 PGA (g) y2 (m/s/s) 3. max(y2 ) ,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 PGA (g) y2 (m) 4. max(y2) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 PGA (g) F 5. max(fps-force) 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 PGA (g) FPS-Displ 6. max(fps-displ) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 PGA (g) 7. Uplift check Ratio 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 PGA (g) Δεν σημειώθηκε ανασήκωση για κανέναν από τους 14 σεισμούς 6. Παράμετρος: p 1 = (3/2)λ 2 /(l b h p ): 7. Uplift check Ratio 0,44 0,43 0,42 0,41 0,4 0,39 0,38 0,37 0,4 0,8 1,2 p1/(hd/hp) Δεν σημειώθηκε ανασήκωση για κανέναν από τους 14 σεισμούς 7. Παράμετρος: p 2 = h d /l b 7. Uplift check Ratio 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,5 1 p2 Δεν σημειώθηκε ανασήκωση, παρά μόνο για 1 από τους 14 σεισμούς, όταν p 2 =1 Σχήμα 4.3.2: Παραμετρική ανάλυση μεταβολής του κατακορύφου φορτίου μονωτήρα σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης λόγω απόκρισης κατά την εγκάρσια διεύθυνση ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 74

75 4.4: Αναγκαιότητα δύναμης επαναφοράς μονωτήρων και εκλογίκευση σχετικών απαιτήσεων. Πραγματοποιήθηκε καταρχήν σειρά μη γραμμικών αναλύσεων με την χρήση τυπικών παλμών (Ricker, T-Ricker, Tsang) για την εκτίμηση της ικανότητας επαναφοράς των συστημάτων σεισμικής μόνωσης που κατά κύριο λόγο χρησιμοποιούνται στην Ευρώπη (FPS, LRB). Τα αποτελέσματα των αναλύσεων έδειξαν την αναγκαιότητα επέκτασης της έρευνας με την χρήση πραγματικών χρονοϊστοριών αλλά και διεύρυνση του εύρους των παραμέτρων. Προς την κατεύθυνση αυτή εστιάσθηκε στη συνέχεια η εργασία. Μετά από εκτενή έρευνα, έγινε επιλογή 60 πραγματικών επιταχυνσιογραφημάτων (30 ζεύγη στην πραγματικότητα, οι δύο συνιστώσες κάθε σεισμού δηλαδή), τόσο από τον ελλαδικό χώρο όσο και από τον υπόλοιπο κόσμο. Η επιλογή των επιταχυνσιογραφημάτων δεν έγινε μόνο με βάση την μέγιστη επιτάχυνση, αλλά δόθηκε μεγάλη σημασία τόσο στο φασματικό περιεχόμενο όσο και στην καταστρεπτικότητα του σεισμού. Oι περισσότερες από της καταγραφές που επιλέχθηκαν προέρχονται από σεισμούς κοντινού πεδίου με έντονη παρουσία κατευθυντικότητας. Eγινε επιλογή 10 επιπλέον διεγέρσεων οι οποίες τροποποιήθηκαν έτσι ώστε να ταιριάζουν στο φάσμα. Έγινε πλήρης παραμετρική ανάλυση σε σύστημα μόνωσης FPS, με την ακτίνα R του εφεδράνου, το συντελεστή τριβής της διεπιφάνειας μ και το κατακόρυφο φορτίο W που δέχεται το εφέδρανο. Η επιλογή του εύρους τιμών των παραμέτρων έγινε με βάση τα εφέδρανα FPS που έχουν κατασκευαστεί: τιμές ακτίνας R = 2, 3, 4, 5 και 6 m, τιμές συντελεστή τριβής μ = 0.03, 0.045, 0.06, και 0.09 και τιμές κατακόρυφου φορτίου W = 2 και 12 ΜΝ. Aπό τις παραμέτρους προκύπτει η Δύναμη ολίσθησης F y = Wμ και η Μετελαστική Δυσκαμψία α = W/R, ενώ η Αρχική Δυσκαμψία του συστήματος είναι άπειρη. Για όλους τους συνδυασμούς των παραπάνω παραμέτρων έγιναν δυναμικές ανελαστικές αναλύσεις με τις 60 χρονοϊστορίες από τις οποίες ελήφθησαν οι μέγιστες παραμορφώσεις D m του συστήματος αλλά και οι τελικά παραμένουσες μετακινήσεις D rm. Κατά την εξαγωγή των αποτελεσμάτων απορρίφθηκαν εκείνες οι αναλύσεις όπου η μέγιστη παραμόρφωση του συστήματος ξεπερνούσε την μέγιστη μετακίνηση που οι διαστάσεις του εφεδράνου επέτρεπαν (μετακίνηση σχεδιασμού). Από τις υπόλοιπες αναλύσεις προέκυψαν οι λόγοι D rm /D m και D rm /(Rμ), όπου Rμ είναι η μέγιστη παραμένουσα μετακίνηση που μπορεί να έχει το εφέδρανο. Από την στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων προέκυψε εύρος τιμών για τους παραπάνω λόγους. Περαιτέρω επεξεργασία τον αποτελεσμάτων γίνεται ώστε να γίνει σύγκριση με τους υπάρχοντες κανονισμούς. Όλα τα προαναφερθέντα αφορούν δυναμικές μη-γραμμικές αναλύσεις μονοβάθμιων συστημάτων, όπου το σύστημα διεγείρεται σε μία μόνο διεύθυνση. Αυτό όμως αποτελεί απλουστευμένη θεώρηση της πραγματικότητας. Για το σκοπό αυτόν αναπτύχθηκαν συστήματα δύο (μετακινησιακών) βαθμών ελευθερίας, όπου το εφέδρανα FPS διεγείρονται από ταυτόχρονα επιταχυνσιογραφήματα στις δύο οριζόντιες διευθύνσεις (αγνοώντας προς το παρόν την κατακόρυφη συνιστώσα του σεισμού). Χρησιμοποιήθηκαν τα προαναφερθέντα 30 ζεύγη χρονοϊστοριών ώστε τα αποτελέσματα να είναι συγκρίσιμα με τις αναλύσεις του μονοβάθμιου συστήματος. Aπορρίφθηκαν όλες εκείνες οι αναλύσεις όπου η μέγιστη παραμόρφωση του συστήματος ξεπερνούσε την μέγιστη μετακίνηση που οι διαστάσεις του εφεδράνου επέτρεπαν. Εν συνεχεία εξήχθησαν οι λόγοι D rm /D m και D rm /(Rμ) και γίνεται στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Drm/(Rxμ) μ=0.03 μ=0.06 μ=0.09 μ=0.045 μ=0.075 Drm/Dm μ=0.03 μ=0.06 μ=0.09 μ=0.045 μ= R (m) R (m) Σχήμα 4.4.1: Διαγράμματα μεταβολής των λόγων D rm /D m και D rm /(Rμ) συναρτήσει της ακτίνας του εφεδράνου για διάφορες τιμές του συντελεστή τριβής και για κατακόρυφο φορτίο 2 ΜΝ. Κατόπιν παρήχθησαν θεωρητικές σχέσεις με βάση την αρχή διατήρησης της ενέργειας οι οποίες εκτιμούν τις παραμένουσες μετακινήσεις και την επίδραση της συσσώρευσης τους για την περίπτωση διγραμμικών συστημάτων τα οποία υποβάλλονται σε παλμικές διεγέρσεις. Τα αποτελέσματα των θεωρητικών σχέσεων εκφράζουν πολύ καλά το άνω όριο των παρατηρούμενων τιμών των μη ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 75

76 γραμμικών αναλύσεων για τυπικούς παλμούς. Το βασικό συμπέρασμα είναι ότι η εκτίμηση της παραμένουσας μετακίνησης συστημάτων σεισμικής μόνωσης τα οποία υποβάλλονται σε παλμικές διεγέρσεις μπορεί να περιγραφεί πολύ καλά με βάση την μέγιστη μετακίνηση και τις ιδιότητες του συστήματος, ανεξαρτήτως της μορφής και του εύρους του παλμού όταν η διάρκεια του παλμού είναι μικρότερη από το μισό της ενεργού ιδιοπερίοδο του συστήματος σεισμικής μόνωσης. Επιπλέον συνεχίστηκε η διερεύνηση της ικανότητας επαναφοράς συστημάτων σεισμικής μόνωσης υπό σεισμική διέγερση. Συγκεκριμένα τα αποτελέσματα των αναλύσεων έδειξαν ότι οι παραμένουσες μετακινήσεις εξαρτώνται έντονα εκτός από τις ιδιότητες του συστήματος και από λεπτομέρειες της μορφής της σεισμικής διέγερσης με τρόπο ο οποίος δεν μεταβάλλεται μονοτονικά όσο αυξάνει η ένταση του σεισμού. Για την εξαγωγή αξιόπιστων αποτελεσμάτων απαιτείται στατιστική επεξεργασία μεγάλου αριθμού σεισμικών καταγραφών και επιπέδων έντασης. Για το σκοπό οι παραμετρικές αναλύσεις οι οποίες είχαν πραγματοποιηθεί στο 2 ο έτος επεκτάθηκαν για ένα σύνολο 122 πραγματικών επιταχυνσιογραφημάτων και 5 επίπεδων έντασης (x0.5, x0.75, x1.0, x1.25, x 1.5). Οι παραμετρικές αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν καλύπτουν το εύρος ιδιοτήτων των συστημάτων σεισμικής μόνωσης που χρησιμοποιούνται για την αντισεισμική προστασία γεφυρών στον Ελλαδικό και τον Ευρωπαϊκό χώρο. Με βάση την στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων των παραμετρικών αναλύσεων παρήχθησαν αναλυτικές σχέσεις οι οποίες εκτιμούν τιμές σχεδιασμού των μεγεθών που εκφράζουν την ικανότητα επαναφοράς του συστήματος σεισμικής μόνωσης. Επιπλέον εκτιμήθηκε με στοχαστική θεώρηση η συσσώρευση παραμένουσων μετακινήσεων από μια σειρά σεισμικών γεγονότων που προηγούνται του σεισμού σχεδιασμού και έχουν συγκεκριμένη πιθανότητα εμφάνισης. Σχήμα 4.4.2: Μεταβολή της μέγιστης μετακίνησης δd max λόγω αρχικής μετακίνησης d ini διγραμμικών συστημάτων συναρτήσει του λόγου d max /d r για παλμική διέγερση μισού ημίτονου και σύγκριση της με την θεωρητική τιμή για διέγερση παλμού μικρής διάρκειας. Οι κανονιστικές διατάξεις που αφορούν την ικανότητα επαναφοράς του Ευρωκώδικα 8 και των αμερικάνικων κανονισμών συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα της παρούσης έρευνας. Το βασικό συμπέρασμα είναι ότι οι σχετικές διατάξεις του Ευρωκώδικα 8 είναι γενικά πολύ συντηρητικές και προτείνεται τροποποίηση η οποία εμπεριέχει επαρκή συντηρητικότητα. Η ικανότητα επαναφοράς των συστημάτων σεισμικής μόνωσης και τα κριτήρια επάρκειας αποτελούν διεθνώς ανοικτά ζητήματα συζήτησης στην επιστημονική κοινότητα. Τόσο οι προδιαγραφές του AASHTO για μονωτήρες, όσο και ο Ευρωκώδικας 8, όπως και άλλοι διεθνείς κανονισμοί, έχουν παρόμοιες απαιτήσεις για μια ελάχιστη δύναμη επαναφοράς των συστημάτων σεισμικής μόνωσης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 76

77 γεφυρών. Οι απαιτήσεις αυτές στοχεύουν κυρίως στον έλεγχο της παραμένουσας παραμόρφωσης του συστήματος, η οποία μπορεί να οφείλεται σε μια ασύμμετρη σεισμική διέγερση (κυρίως για κοντινούς σεισμούς), σε αποκλίσεις από την οριζοντιότητα της έδρασης μονωτήρων ολίσθησης εξαιτίας κατασκευαστικών σφαλμάτων ή σε απόκλιση των βάθρων από την κατακόρυφο. Η αθροιστική δράση επάλληλων σεισμικών δράσεων κυρίως μετασεισμών χρειάζεται επίσης να ληφθεί υπόψη. Δεν υπάρχουν διεθνώς δημοσιευμένα αποτελέσματα αναλυτικών ή πειραματικών ερευνητικών εργασιών τα οποία να δικαιολογούν τις προαναφερθείσες κανονιστικές διατάξεις. Επιπλέον, όσον αφορά κατασκευές που φέρουν παθητικές συσκευές κατανάλωσης ενέργειας χωρίς να υπάρχει διακριτή διεπιφάνεια σεισμικής μόνωσης, δεν υπάρχει διεθνώς καμία κανονιστική διάταξη σχετικά με την ικανότητα επαναφοράς της κατασκευής. 300% F 0 /W = % F 0 /W =0.050 Απαιτούμενη Αύξηση Ικανότητας Μετακίνησης Απαιτούμενη Αύξηση Ικανότητας Μετακίνησης 250% 200% 150% 100% 50% 0% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 0% d Ed /d r F 0 /W = d Ed /d r Προτεινόμενη Σχέση: Απαιτούμενη Αύξηση Ικανότητας Μετακίνησης Απαιτούμενη Αύξηση Ικανότητας Μετακίνησης 250% 200% 150% 100% 50% 0% d Ed /d r 300% 250% 200% 150% 100% 50% F 0 /W = % d Ed /d r 1.3 λ R ( d d ) 1. 5 Ed r 1 η Σχέση EC8-2:2005: ΔF m δ W W d d rm / d m 2 η Σχέση ΕC8-2:2005: d rm d m δ d d a,max Απαίτηση IBC 2000: 200% Αύξηση Σχήμα 4.4.3: Απαιτούμενη αύξηση της ικανότητας μετακίνησης έτσι ώστε να αποφεύγεται σημαντική συσσώρευση παραμένουσων μετακινήσεων. Η προτεινόμενη σχέση συγκρίνεται με τις προδιαγραφές του Ευρωκώδικα 8 και του κανονισμού κτιριακών έργων IBC2000. Ο στόχος της Εργασίας 4.4 είναι η αναλυτική αποτίμηση των κανονιστικών διατάξεων σχετικά με την δύναμη επαναφοράς των συστημάτων σεισμικής μόνωσης και η αιτιολογημένη πρόταση για πιθανές τροποποιήσεις με στόχο την χαλάρωση τους στις περιπτώσεις όπου μπορεί να είναι υπερβολικά συντηρητικές, ή την ενίσχυση τους όπου δεν εξασφαλίζουν επαρκή ασφάλεια. Για τον σκοπό αυτόν πραγματοποιήθηκε θεωρητική διερεύνηση της ικανότητας επαναφοράς των συστημάτων σεισμικής μόνωσης και αναλυτική παραμετρική διερεύνηση με μη-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 77

78 μονοβάθμιων διγραμμικών συστημάτων για παλμικές και σεισμικές διεγέρσεις. Η παραμετρική διερεύνηση καλύπτει τις ιδιότητες των συστημάτων σεισμικής μόνωσης που χρησιμοποιούνται ή παράγονται στην ευρωπαïκή αγορά. Επιπλέον αναπτύχθηκαν γενικές οδηγίες και κανόνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη κανονιστικών διατάξεων σχετικά με την ικανότητα επαναφοράς συνήθων σεισμικά μονωμένων κατασκευών. ΕΕ5: Ενοργάνωση Γεφυρών και Προσδιορισμός των Δυναμικών τους Χαρακτηριστικών Εργασία 5.1: Ανάπτυξη Μεθοδολογίας Βελτιστοποίησης της Ενοργάνωσης Η εργασία αναφέρεται στην ανάπτυξη πρωτότυπης μεθοδολογίας βέλτιστης ενοργάνωσης κατασκευών και η υλοποίηση της μεθοδολογίας σε λογισμικό. Η εργασία αποτελείται από τρεις φάσεις, την φάση ανάπτυξης της θεωρίας, την φάση υλοποίησης της θεωρίας σε λογισμικό και πιστοποίησης του λογισμικού με μοντέλα γεφυρών που καλύπτουν διάφορες δομικές καταστάσεις, και την φάση ανάπτυξης και πιστοποίησης εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη. Στα πρώτα δύο έτη του προγράμματος ολοκληρώθηκαν οι δύο πρώτες φάσεις της ανάπτυξης της θεωρίας και υλοποίησης της σε λογισμικό. Στο τρίτο έτος και στο εξάμηνο παράτασης του προγράμματος ολοκληρώθηκαν δραστηριότητες που αφορούν στην βελτίωση και πιστοποίηση του λογισμικού, καθώς και στην υλοποίηση της τρίτης φάσης ανάπτυξης του γραφικού περιβάλλοντος. Οι δραστηριότητες αυτές συμπεριλαμβάνουν τα εξής: Τροποποίηση και βελτίωση του λογισμικού με στόχο την επιτάχυνση του χρόνου υπολογισμού των βέλτιστων θέσεων αισθητήρων. Διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα εναλλακτικών ευρετικών αλγόριθμων για την ελαχιστοποίηση της εντροπίας της πληροφορίας. Από την διερεύνηση προέκυψε ένας επιπλέον ευρετικός αλγόριθμος για την περαιτέρω μείωση του χρόνου που απαιτείται για την υπολογισμό των βέλτιστων θέσεων αισθητήρων σε μοντέλα γεφυρών με πολλούς βαθμούς ελευθερίας. Ο αλγόριθμος υλοποιήθηκε και ενσωματώθηκε στο λογισμικό. Ολοκληρώθηκαν επιτυχώς οι δραστηριότητες που αφορούν στην υλοποίηση της τρίτης φάσης ανάπτυξης εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη. Η ανάπτυξη βασίσθηκε στην ολοκλήρωση του γραφικού περιβάλλοντος του λογισμικού αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων της ΕΕ6.1. Επίσης αναπτύχθηκε εγχειρίδιο χρήσης του λογισμικού στο οποίο περιέχεται μια πλήρης περιγραφή της εγκατάστασης, των λειτουργιών και του γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης του λογισμικού με τον χρήστη. Επίσης παρουσιάζεται μια βήμα - προς - βήμα εφαρμογή του γραφικού περιβάλλοντος του λογισμικού για τον σχεδιασμό μιας βέλτιστης διάταξης αισθητήρων για τη Γέφυρα Γ9 του Πολύμυλου της Εγνατίας Οδού. Πραγματοποιήθηκαν εκτεταμένες μελέτες εφαρμογής της θεωρίας και λογισμικού στις δύο ενοργανωμένες γέφυρες. Οι μελέτες αποσκοπούν στην ανάλυση της επίδρασης διαφόρων παραγόντων στη βέλτιστη ενοργάνωση. Από την ανάλυση προέκυψε ότι οι βέλτιστες θέσεις των αισθητήρων δεν εξαρτώνται σημαντικά από το μοντέλο της κατασκευής (μορφικό μοντέλο ή μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων), την παραμετροποίηση του μοντέλου (αριθμό και είδος παραμέτρων), τις επιλογές στα σφάλματα μοντελοποίησης και σφάλματα μετρήσεων, τα πιθανά σενάρια βλάβης, τον αριθμό και το είδος των ιδιομορφών που συνεισφέρουν στην απόκριση, το είδος της φόρτισης (λειτουργικά ή σεισμικά φορτία), και το περιεχόμενο συχνοτήτων που περιέχονται στα εξωτερικά φορτία. Ενδεικτικά αποτελέσματα της μελέτης αυτής παρουσιάζονται συνοπτικά στις επόμενες δύο παραγράφους για την γέφυρα της Καβάλας. Στο Σχήμα 5.1.1(α) παρουσιάζεται η βέλτιστη ενοργάνωση για την γέφυρα Γ2 της Καβάλας για την περίπτωση της αναγνώρισης των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών (ιδιοσυχνότητες και ιδιομορφές). Η βέλτιστες θέσεις των 1-15 αισθητήρων προέκυψαν χρησιμοποιώντας τους προτεινόμενους ευρετικούς αλγορίθμους και αναφέρονται στην περίπτωση που τα σφάλματα μορφικού μοντέλου είναι ίδια σε όλες τις μετρήσεις. Οι εκτιμήσεις αναφέρονται επίσης στην περίπτωση που στην απόκριση συνεισφέρουν 4 ιδιομορφές: οι τρεις πρώτες εγκάρσιες και η πρώτη διαμήκη. Παρατηρείται ότι από τους 15 αισθητήρες, 4 αισθητήρες ελέγχουν την διαμήκη κατεύθυνση (3 στην ανωδομή και 1 στη βάση του εφεδράνου του μεσαίου βάθρου), 7 αισθητήρες ελέγχουν την εγκάρσια κατεύθυνση (5 κατανεμημένοι κατά μήκος της ανωδομής και 2 στο δεξί βάθρο), και 4 αισθητήρες ελέγχουν την κατακόρυφη κατεύθυνση. Ο έλεγχος της κατακόρυφης κατεύθυνσης από τους 4 αισθητήρες οφείλεται στην κάμψη ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 78

79 των βάθρων η οποία παρατηρείται στις εγκάρσιες ιδιομορφές. Στο Σχήμα 5.1.1(β) παρουσιάζεται η ελάχιστη και η μέγιστη τιμή της εντροπίας της πληροφορίας συναρτήσει του αριθμού των αισθητήρων οι οποίοι τοποθετούνται στις βέλτιστες και τις χείριστες θέσεις, αντίστοιχα. Η τιμές αυτές υπολογίσθηκαν με τους ευρετικούς αλγορίθμους (καμπύλες App1 και App2). Παρατηρείται ότι οι ελάχιστες και οι μέγιστες τιμές μειώνονται μονοτονικά συναρτήσει του αριθμού των αισθητήρων. Η μονοτονική μείωση είναι αναμενόμενη αφού εκφράζει το γεγονός ότι ο κάθε επιπλέον αισθητήρας συνεισφέρει πληροφορία και επομένως μειώνει την εντροπία της πληροφορίας. Οι τιμές της εντροπίας της πληροφορίας για τους πρώτους τρεις αισθητήρες είναι πολύ μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες τιμές για περισσότερους από τρεις αισθητήρες. Αυτό οφείλεται στο ότι τρεις πρώτοι αισθητήρες δεν επαρκούν για την αναγνώριση των τεσσάρων ιδιομορφών. Στο Σχήμα παρουσιάζεται η βέλτιστη ενοργάνωση για 1-12 αισθητήρες που απαιτείται για τηηην περίπτωση της αναθεώρησης ενός παραμετρικού μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων της γέφυρας Γ2 της Καβάλας. Οι παράμετρες του προς αναθεώρηση μοντέλου αναφέρονται στην ακαμψία του καταστρώματος, στις ακαμψίες των εφεδράνων και στις ακαμψίες των βάθρων. Η βέλτιστη ενοργάνωση στα Σχήματα 5.1.2(α) και (β) υπολογίσθηκαν για μη-μηδενικά σφάλματα μοντελοποίησης και μηδενικά σφάλματα μετρήσεων. Η βέλτιστη εκτίμηση (α) αναφέρεται στην περίπτωση που στην απόκριση συνεισφέρουν 4 ιδιομορφές ενώ η βέλτιστη εκτίμηση (β) αναφέρεται στην περίπτωση που στην απόκριση συνεισφέρουν 12 ιδιομορφές από τις οποίες 4 τουλάχιστον είναι καμπτικές ιδιομορφές. Παρομοίως, η βέλτιστη ενοργάνωση στα Σχήματα 5.1.2(γ) και (δ) υπολογίσθηκαν για μηδενικά σφάλματα μοντελοποίησης και μη-μηδενικά σφάλματα μετρήσεων. Information Entropy Index Exact (Min) App 1 (Min) App 2 (Min) Exact (Max) Number of Sensors α) (β) Σχήμα 5.1.1: (a) Βέλτιστη θέση αισθητήρων (β) Εντροπία της Πληροφορίας (Ελάχιστο και Μέγιστο) ( (α) 4 ιδιομορφές (γ) 4 ιδιομορφές ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 79

80 (β) 12 ιδιομορφές (δ) 12 ιδιομορφές Σχήμα 5.1.2: Βέλτιστη θέση αισθητήρων για την περίπτωση ύπαρξης (α,β) σφαλμάτων μοντελοποίησης, (γ,δ) σφαλμάτων μετρήσεων Είναι φανερό ότι ο βέλτιστος σχεδιασμός των θέσεων των αισθητήρων εξαρτάται από τις υποθέσεις σφαλμάτων μοντελοποίησης και μετρήσεων, καθώς επίσης και από τις ιδιομορφές που συνεισφέρουν στην απόκριση. Οι ποιοτικά διαφορετικές εκτιμήσεις της βέλτιστης ενοργάνωσης που προκύπτουν από την σύγκριση των Σχημάτων και 5.1.2, οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η βέλτιστη ενοργάνωση εξαρτάται από τους στόχους της ανάλυσης. Επομένως ολοκληρώθηκαν αποτελεσματικά όλες οι δραστηριότητες της ενότητας εργασίας. Στην ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας ενότητας εργασίας συνεργάζονται οι φορείς: Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, ΙΤΣΑΚ και Εγνατία Οδός Α.Ε. Τα αποτελέσματα των εργασιών περιγράφονται σε δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και σε πρακτικά συνεδρίων (βλ. Κατάλογο Δημοσιεύσεων στην 2.3.2). Εργασία 5.2: Ανάπτυξη Μεθόδων Αναγνώρισης Μορφικών Χαρακτηριστικών Γεφυρών με Βάση Μετρητικά Δεδομένα Η εργασία αναφέρεται στην ανάπτυξη και πιστοποίηση λογισμικού αναγνώρισης (ιδιο)μορφικών χαρακτηριστικών κατασκευών σε ελεύθερες ταλαντώσεις, ταλαντώσεις σε κυκλοφορία οχημάτων, φορτία ανέμου και σε σεισμικά φορτία. Η εργασία αποτελείται από τρεις φάσεις, την φάση ανάπτυξης της θεωρίας, την φάση υλοποίησης της θεωρίας σε λογισμικό και πιστοποίησης του λογισμικού με προσομοιωμένα δεδομένα, και την φάση ανάπτυξης και πιστοποίησης εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης του χρήστη με το λογισμικό. Στα δύο πρώτα έτη ολοκληρώθηκαν οι δραστηριότητες της πρώτης φάσης που αναφέρονται στην ανάπτυξη της θεωρίας αναγνώρισης ιδιομορφικών χαρακτηριστικών κατασκευών στις ακόλουθες περιπτώσεις ταλαντώσεων: (α) ελεύθερες ταλαντώσεις, (β) ταλαντώσεις σε λειτουργικά φορτία (κυκλοφορία οχημάτων και φορτία ανέμου), και (γ) ταλαντώσεις σε σεισμικά φορτία. Επίσης, από τη δεύτερη φάση ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη και πιστοποίηση του λογισμικού αναγνώρισης με βάση (α) τις ελεύθερες ταλαντώσεις και (β) τα λειτουργικά φορτία, ενώ από την τρίτη φάση ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη και πιστοποίηση εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με το χρήστη για την περίπτωση (α) των ελεύθερων ταλαντώσεων. Στο τρίτο έτος και στο εξάμηνο παράτασης του προγράμματος ολοκληρώθηκαν δραστηριότητες που αφορούν στην ανάπτυξη και πιστοποίηση του λογισμικού αναγνώρισης με βάση (γ) τα σεισμικά φορτία, όπως επίσης και στην ανάπτυξη του γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη για τις περιπτώσεις (β) των λειτουργικών φορτίων και (γ) των σεισμικών φορτίων. Επίσης πραγματοποιήθηκε η εφαρμογή του λογισμικού και η πιστοποίηση του με μετρήσεις από τις δύο ενοργανωμένες γέφυρες. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω δραστηριότητες. Ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη του λογισμικού αναγνώρισης ιδιομορφών χαρακτηριστικών γεφυρών (ιδιοσυχνότητες, συντελεστές απόσβεσης και ιδιομορφές) με βάση τα σεισμικά φορτία. Το ιδιομορφικό μοντέλο το οποίο χρησιμοποιήθηκε έχει την δυνατότητα να λάβει υπόψη τις διαφορετικές σεισμικές διεγέρσεις τις οποίες συνήθως υφίστανται οι βάσεις μιας γέφυρας. Η ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 80

81 ανάπτυξη του λογισμικού βασίσθηκε σε γραμμικά μοντέλα κατασκευών με κλασσικά μητρώα απόσβεσης. Πιστοποιήθηκε η ακρίβεια και αποτελεσματικότητα του λογισμικού με προσομοιωμένα σεισμικά δεδομένα από μοντέλα γεφυρών. Για την προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων γεφυρών και σεισμικές διεγέρσεις οι οποίες, λόγω των περιορισμένων δυνατοτήτων του λογισμικού προσομοίωσης της απόκρισης των γεφυρών, θεωρήθηκαν ίδιες σε όλες τις βάσεις και κατευθύνσεις διέγερσης. Ολοκληρώθηκε η τρίτη φάση ανάπτυξης και πιστοποίησης εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με το χρήστη για το λογισμικό αναγνώρισης σε σεισμικά φορτία. Η ανάπτυξη του γραφικού περιβάλλοντος βασίσθηκε στα γραφικά περιβάλλοντα αναγνώρισης ιδιομορφών για ελεύθερες ταλαντώσεις και λειτουργικά φορτία. Τα γραφικά περιβάλλοντα για τις περιπτώσεις (β) και (γ) είναι παρόμοια με το γραφικό περιβάλλον που αναπτύχθηκε στο πρώτο έτος για ελεύθερες ταλαντώσεις. Βελτιώθηκε σημαντικά και ολοκληρώθηκε το γραφικό περιβάλλον αναγνώρισης ιδιομορφικών χαρακτηριστικών με βάση τα λειτουργικά φορτία. Οι βελτιώσεις βασίσθηκαν στις επιπλέον απαιτήσεις του χρήστη που προέκυψαν κατά την διάρκεια χρήσης των λογισμικών. Επίσης διορθώθηκαν αρκετές από τις παρατηρούμενες ασταθείς συμπεριφορές του γραφικού περιβάλλοντος. Να σημειωθεί ότι τα λογισμικά και τα αντίστοιχα γραφικά περιβάλλοντα αναπτύσσονται κυρίως σε περιβάλλον MATLAB. Ουσιαστικά το γραφικό περιβάλλον έχει κατασκευαστεί σε άμεση συνεργασία με τον τελικό χρήστη, την Εγνατία Οδό Α.Ε., ώστε να ανταποκρίνεται πλήρως στις ανάγκες της και να μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να συντηρηθεί με ελάχιστη προσπάθεια από το προσωπικό της. Διερευνήθηκαν αλγόριθμοι και βελτιώθηκε το λογισμικό για την αντιμετώπιση των προβλημάτων υπολογιστικής πολυπλοκότητας και διαχείρισης μεγάλου όγκου δεδομένων. Τα προβλήματα αυτά μελετήθηκαν εκτενώς και οφείλονται στην ανάγκη συλλογής δεδομένων μεγάλης χρονικής διάρκειας με μικρό βήμα ψηφιοποίησης του αναλογικού σήματος. Η ανάγκη αυτή προέκυψε από την ύπαρξη πολύ κοντινών ιδιομορφών για την περίπτωση της 2 η Χαραδρογέφυρας της Καβάλας όπου η αναγνώρισή τους απαιτεί την επεξεργασία χρονοϊστοριών απόκρισης μεγάλης χρονικής διάρκειας, τουλάχιστον 30 λεπτών. Οι μελέτες είχαν ως αποτέλεσμα την βελτίωση του χρόνου επεξεργασίας μεγάλου όγκου δεδομένων από τις δύο ενοργανωμένες γέφυρες. Έγινε στατιστική ανάλυση των τιμών των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών και παρατηρήθηκε ότι για τις πολύ κοντινές καμπτικές ιδιομορφές της γέφυρας Γ2 της Καβάλας υπάρχει σχετικά μεγάλη διασπορά, της τάξης του μεγέθους της απόστασης των κοντινών ιδιοσυχνοτήτων. Το πρόβλημα θεωρείται εξαιρετικά δύσκολο να αντιμετωπισθεί με δεδομένα μετρήσεων από λειτουργικά φορτία. Παρόλες τις δυσκολίες, δοκιμάσθηκαν εναλλακτικές λύσεις για την βελτίωση της ακρίβειας με την οποία αναγνωρίζονται οι τιμές των πολύ κοντινών καμπτικών ιδιομορφικών χαρακτηριστικών της Γέφυρας της Καβάλας. Η μικρή αξιοπιστία και το σχετικά μεγάλο σφάλμα το οποίο παρατηρείται στις τιμές των πολύ κοντινών ιδιομορφών οφείλεται στην μη διαθεσιμότητα των φορτίων διέγερσης. Συγκεκριμένα, οι υποθέσεις ευρέως φάσματος των διεγέρσεων, στις οποίες βασίσθηκε η ανάπτυξη της θεωρίας αναγνώρισης για λειτουργικά φορτία, δεν ικανοποιούνται επαρκώς στην περίπτωση της διέλευσης των οχημάτων πάνω στην γέφυρα. Έγινε συστηματική εφαρμογή του αλγορίθμου αναγνώρισης ιδιομορφών σε σετ μετρήσεων ταλαντώσεων σε λειτουργικά φορτία. Τα αποτελέσματα για τις ιδιομορφές και ιδιοσυχνότητες που υπολογίστηκαν με αξιοπιστία παρουσιάζονται στην ΕΕ5.3 στους Πίνακες και και στα διαγράμματα και για τη γέφυρα της Καβάλας και τη γέφυρα Γ9 του Πολύμυλου. Αν και εμφανίζονται υψηλότερες ιδιοσυχνότητες στα φάσματα των αποκρίσεων, απ ότι αυτές που παρουσιάζονται στους πίνακες, η πληροφορία που περιέχεται στις μετρήσεις από τα λειτουργικά φορτία δεν επαρκεί για τον αξιόπιστο προσδιορισμό των υψηλότερων ιδιομορφών χαρακτηριστικών. Τα μετρούμενα ιδιομορφικά χαρακτηριστικά χρησιμοποιήθηκαν στο λογισμικό αναθεώρησης πεπερασμένων στοιχείων που αναπτύχθηκε στην ΕΕ6.1 για να προσδιορισθούν τα αναθεωρημένα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων γεφυρών. Ολοκληρώθηκαν επίσης οι μελέτες επιρροής της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος στα ιδιομορφικά χαρακτηριστικά των ενοργανωμένων γεφυρών. Παρατηρήθηκαν διακυμάνσεις οι ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 81

82 οποίες όμως οφείλονται στα σφάλματα μετρήσεων και επεξεργασίας διότι είναι της τάξης των σφαλμάτων που παρατηρούνται στην επεξεργασία των μετρήσεων για την ίδια θερμοκρασία. Ολοκληρώθηκε η συγγραφή των παραδοτέων που περιλαμβάνουν (α) την τεχνική αναφορά που περιγράφει τις μεθοδολογίες αναγνώρισης ιδιομορφικών χαρακτηριστικών σε σεισμικά και λειτουργικά φορτία, και (β) τον οδηγό χρήσης των λογισμικών αναγνώρισης ιδιομορφικών χαρακτηριστικών. Επομένως ολοκληρώθηκαν αποτελεσματικά όλες οι δραστηριότητες της ενότητας εργασίας. Στην ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας ενότητας εργασίας συνεργάζονται οι φορείς Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, ΙΤΣΑΚ και Εγνατία Οδός Α.Ε. Τμήμα της θεωρίας αλλά και των αποτελέσματα περιγράφονται σε δημοσιεύσεις που προέκυψαν σε πρακτικά συνεδρίων (βλ. Κατάλογο Δημοσιεύσεων). (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 5.2.1: Το γραφικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης με το χρήστη του λογισμικού αναγνώρισης ιδιομορφών σε λειτουργικά φορτία (α) Φάσματα απόκρισης ανά αισθητήρα (β) Χρονοϊστορίες απόκρισης ανά αισθητήρα (γ) Συνολικά φάσματα απόκρισης (δ) Θέση και διεύθυνση αισθητήρων στο μοντέλο της κατασκευής για γραφική αναπαράσταση των ιδιομορφών ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 82

83 Εργασία 5.3: Πιλοτική Εφαρμογή σε Αντιπροσωπευτικούς Τύπους Κατασκευαστικών Γεφυρών της Εγνατίας Οδού ΑΕ και Σύγκριση των Πειραματικών Δεδομένων με Αποτελέσματα Αναλυτικών Προσεγγίσεων Σύμφωνα με τους στόχους της παρούσας ενότητας εργασίας, κατά τον πρώτο χρόνο του προγράμματος έγινε η επιλογή δύο χαρακτηριστικών οδογεφυρών της Εγνατίας οδού για να ενοργανωθούν. Ως πλέον κατάλληλες κρίθηκαν η 2η Χαραδρογέφυρα παράκαμψης Καβάλας και η Γέφυρα Γ9 (θέση 5.1 Πολύμυλος). Κατά το δεύτερο έτος του προγράμματος, αποκτήθηκαν από την Εγνατία Οδό ΑΕ κινητά συστήματα καταγραφής της απόκρισης (συστήματα επιταχυνσιογράφων) και ενοργανώθηκαν οι δύο γέφυρες, μετά την υλοποίηση των σχετικών απαιτούμενων έργων υποδομής. Έγιναν οι πρώτες αποτιμήσεις των δυναμικών χαρακτηριστικών των γεφυρών με βάση τις καταγραφές από κυκλοφοριακό φόρτο και οι πρώτες συγκρίσεις με αναλυτικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων των δύο γεφυρών. Κατά τη διάρκεια του τρίτου έτους και της εξάμηνης παράτασης, έγιναν συστηματικές μετρήσεις της δυναμικής απόκρισης των δύο γεφυρών που είχαν ενοργανωθεί, η κάθε μία, με ειδικό δίκτυο 24 μονοαξονικών επιταχυνσιογράφων, όπως έχει αναλυτικά περιγραφεί στην έκθεση φυσικού αντικειμένου του 2ου έτους. Σημειώνεται ότι ο κύριος στόχος των ενοργανώσεων, όπως αυτές υλοποιήθηκαν, ήταν η δυνατότητα καταγραφής της δυναμικής απόκρισης των γεφυρών λόγω κυκλοφορίας. Επιπρόσθετα, η ενοργάνωση στη γέφυρα Πολυμύλου επιτρέπει και την καταγραφή πιθανής σεισμικής διέγερσης στη βάση του κεντρικού πυλώνα, με ταυτόχρονη καταγραφή της απόκρισης της ανωδομής. Κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης της γέφυρας δεν υπήρξε ισχυρή σεισμική διέγερση στην ευρύτερη περιοχή. Από το σύστημα καταγράφηκε στις 21/2/2007 μία σχετικά ασθενής σεισμική δόνηση μεγέθους Μ=4.6 σε απόσταση περί τα 30 km BA της γέφυρας. Όμως λόγω του μικρού μεγέθους του σεισμού, η διέγερση της γέφυρας ήταν μικρότερη και από αυτή λόγω του συνήθους κυκλοφοριακού φόρτου, και δεν προέκυψαν διαφορετικές πληροφορίες για τα δυναμικά χαρακτηριστικά της γέφυρας από αυτές που είχαν ήδη εξαχθεί από τις διεγέρσεις λόγω κυκλοφορίας. Σημειώνεται επίσης ότι η ορθότητα της επιλεχθείσας διάταξης ενοργάνωσης επιβεβαιώθηκε και με τη χρήση του λογισμικού βελτιστοποίησης της ενοργάνωσης που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της ΕΕ5.1 του προγράμματος. Κατά τη διάρκεια του τρίτου έτους και της εξάμηνης παράτασης έγιναν τακτικές επιτόπου επισκέψεις για τη συντήρηση των ειδικών δικτύων, την επιδιόρθωση διαφόρων βλαβών που προέκυπταν, αλλά και τη λήψη μακράς διάρκειας (της τάξεως των 30 min) καταγραφών, κατάλληλων για την αναγνώριση των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών των γεφυρών. Σημειώνεται ότι λόγω δυσμενών καιρικών συνθηκών, και της μακροχρόνιας παραμονής των ειδικών δικτύων στις δύο γέφυρες, εμφανίσθηκαν βλάβες σε ορισμένα αισθητήρια των ειδικών δικτύων. Από αυτά άλλα επισκευάσθηκαν, και άλλα αντικαταστάθηκαν κατόπιν σχετικών συνεννοήσεων της Εγνατίας Οδού ΑΕ με τον προμηθευτή, ενώ άλλες δυσλειτουργίες αντιμετωπίσθηκαν επιτυχώς από την τεχνική ομάδα ηλεκτρονικών του ΙΤΣΑΚ που συμμετείχαν στο πρόγραμμα σε συνεργασία και με τον προμηθευτή των συστημάτων ενοργάνωσης. Εκτός των επιτόπου επισκέψεων, υπήρχε στο ΙΤΣΑΚ πρόγραμμα τακτικής παρακολούθησης της κατάστασης και ορθής λειτουργίας των συστημάτων ενοργάνωσης μέσω της διαθέσιμης επικοινωνίας με modem κινητής τηλεφωνίας. Η δυνατότητα αυτή επιτρέπει τον γρήγορο εντοπισμό τυχόν προβλημάτων, αλλά και τον έλεγχο και ρύθμιση βασικών λειτουργικών χαρακτηριστικών των συστημάτων ενοργάνωσης τόσο από τα γραφεία του ΙΤΣΑΚ όσο και της Εγνατίας Οδού ΑΕ. Η εφαρμογή του λογισμικού αναγνώρισης των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών που αναπτύχθηκε στην ΕΕ5.2 έγινε χρησιμοποιώντας μετρητικά δεδομένα από τις δύο ενοργανωμένες γέφυρες της Εγνατίας Οδού και έδωσε τη δυνατότητα στην αναγνώριση αρκετών από τις βασικές ιδιοσυχνότητες, τις ιδιομορφές τους καθώς και τους συντελεστές απόσβεσης. Συνοπτικά οι τιμές των ιδιοσυχνοτήτων και των συντελεστών απόσβεσης, καθώς και το είδος των ιδιομορφών για την γέφυρα Γ2 της Καβάλας και την Γέφυρα Γ9 του Πολύμυλου παρουσιάζονται στους Πίνακες και 5.3.2, αντίστοιχα. Στα Σχήματα και παρουσιάζονται ενδεικτικές ιδιομορφές που προέκυψαν για τις γέφυρες Γ2 και Γ9, αντίστοιχα. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 83

84 Πίνακας Ιδιοσυχνότητες της Γ2 Πίνακας Ιδιοσυχνότητες της Γ9 No Identified Eigen Mode Hz Damping ζ% No Identified Eigen Mode Hz Damping ζ% 1 1 st Transverse 0,81 2,2 1 1st Transverse 1,12 3,3 2 1 st Longitudinal 1,31 5,3 2 Rotational round Z 1,19 4,7 3 Rotational round Z 1,61 5,4 3 1st Bending (Deck) 2,13 0,3 4 1 st Bending (Deck) 3,44 1,2 4 2 nd Bending (Deck) 3,07 0, nd Bending (Deck) 3,49 1,2 5 2 nd Transverse 4,09 4,1 6 3 rd Bending (Deck) 3,51 1, rd Bending (Deck) 6,66 0, th Bending (Deck) 3,53 1, st Torsional (Deck) 7,72 0,52 12 Mode # Mode # z-axis z-axis x-axis x-axis axis axis Σχήμα Ενδεικτικές ιδιομορφές της γέφυρας Γ2 (Καβάλας) Σχήμα Ενδεικτικές ιδιομορφές της γέφυρας Γ9 (Πολυμύλου) Σύγκριση με αποτελέσματα που προέκυψαν από παρόμοιες αναλύσεις του δευτέρου έτους του προγράμματος δείχνει ότι οι αποκλίσεις στις τιμές των ιδιοσυχνοτήτων είναι πολύ μικρότερες του 1%, σε αντίθεση με τις αποκλίσεις στις τιμές των συντελεστών απόσβεσης και τις ιδιομορφές οι οποίες είναι της τάξης του 10%. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις μετρήσεις, συγκρίθηκαν με αυτά αναλυτικών μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων των δύο γεφυρών. Προέκυψε η ανάγκη αναθεώρησης των αναλυτικών μοντέλων, ώστε να περιγράφουν καλύτερα την πραγματικώς καταγραφείσα δυναμική απόκριση των γεφυρών. Για την αναθεώρηση, χρησιμοποιήθηκε σχετική μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του παρόντος προγράμματος (δες ΕΕ6.1). Σε ό,τι αφορά στην ενοργάνωση των θεμελιώσεων των γεφυρών, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ποιοτικού ελέγχου φρεατοπασσάλων που κατασκευάσθηκαν για την αντιστήριξη γενικών εκσκαφών σε μεσόβαθρο γέφυρας της Εγνατίας οδού πλησίον της περιοχής των Ιωαννίνων (Σχήμα 5.3.3), καθώς και σε κοντινό υπό-κατασκευή έργο Cut & Cover της Εγνατίας οδού στο οποίο έχουν κατασκευαστεί επίσης αρκετοί πάσσαλοι. Προ της επιτόπου επίσκεψης μελών της ΕΔΑΦΟΣ Ε.ΠΕ. με την συνοδεία στελεχών της εξειδικευμένη Βρετανική εταιρία TestConsult ltd, που ως υπεργολάβος της ΕΔΑΦΟΣ Ε.Π.Ε., ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 84

85 διενήργησε τις επιτόπου δοκιμές, ο κατασκευαστής του έργου είχε εγκαταστήσει την απαραίτητη υποδομή στους πασσάλους για τον έλεγχο τους. Σχήμα 5.3.3: Διάταξη αλληλοτεμνόμενων πασσάλων αντιστήριξης γενικών εκσκαφών μεσοβάθρου γέφυρας Εγνατίας οδού. Ελέγχθηκε η ποιότητα των πασσάλων εφαρμόζοντας τις μεθόδους μη καταστροφικού ελέγχου i) Sonic Logging method (Φωτ , Σχ α) και ii) TDR method (Σχ β). Με τη βοήθεια των μεθόδων αυτών διερευνήθηκε η συνέχεια της σκυροδέτησης πασσάλων που βασίζονται στη καταγραφή διάδοσης σημάτων υπό μικρές παραμορφώσεις (low strain integrity testing). Σε ό,τι αφορά στη διάταξη των πασσάλων και τις επιτόπου γεωλογικές συνθήκες της θέσης των μεσοβάθρων της γέφυρας, για την αντιστήριξη των γενικών εκσκαφών του μεσοβάθρου της γέφυρας κατασκευάσθηκε συστοιχία αλληλοτεμνόμενων πασσάλων με έναν παρά έναν πάσσαλο οπλισμένο και άοπλο. Το βάθος των πασσάλων ήταν 12.0m με διάμετρο Φ100. Γεωλογικά η περιοχή δομείται από ιλυόλιθο επί του οποίου υπέρκεινται αλλουβιακές αποθέσεις του ποταμού που διασχίζει την περιοχή. Το βάθος του υποβάθρου συναντάται από τα 6.0m περίπου. Για να αποφευχθεί η κατάρρευση των τοιχωμάτων της εκσκαφής, χρησιμοποιήθηκε στα ανώτερα τμήματα σωλήνωση, μέχρι βάθους περίπου 6.5m έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η εισχώρηση της σωλήνωσης εντός του ιλυολιθικού υποβάθρου. Χρησιμοποιήθηκε μηχανικός εξοπλισμός κατασκευής πασσάλων τύπου Casagrande. Στην περιοχή του έργου Cut & Cover όπου ελέγχθηκαν με τη μέθοδο TDR ορισμένοι πάσσαλοι, το υπόβαθρο δομείται επίσης από ιλυολιθικό φλύσχη. (α) (β) Φωτ (α) Περιοχή Cut & Cover Εγνατίας οδού όπου πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ποιοτικού ελέγχου με τη μέθοδο TDR (β) Ποιοτικός έλεγχος πασσάλου με τη μέθοδο TDR Πραγματοποιήθηκαν έλεγχοι με τη μέθοδο Sonic Login σε πέντε πασσάλους στην περιοχή του μεσοβάθρου της γέφυρας στους οποίους είχε προβλεφθεί κατά την κατασκευή τους τοποθέτηση σε διάταξη σταυρού και αντιδιαμετρικά τεσσάρων χαλύβδινων σωλήνων μήκους 12.0m οι οποίοι προ της έναρξης της δοκιμής πληρώθηκαν εξ ολοκλήρου με νερό. Με τη μέθοδο TDR ελέγχθηκαν αρκετοί πάσσαλοι, εκμεταλλευόμενοι την ταχύτητα της μεθόδου. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 85

86 (α) (β) Σχήμα 5.3.4: Αποτελέσματα δοκιμών ελέγχου πασσάλων (α) με τη μέθοδο Sonic Logging (β) με τη μέθοδο TDR. Βάσει των αποτελεσμάτων της δοκιμής Sonic Logging διαπιστώθηκε ότι συστηματικά στην αιχμή των πασσάλων παρατηρήθηκε σημαντική καθυστέρηση της ταχύτητας μετάδοσης των σημάτων ελέγχου που υποδεικνύουν την κατά πάσα πιθανότητα συσσώρευση χαλαρών υλικών στην αιχμή των πασσάλων, ίσως λόγω κατάρρευσης της οπής ή εξαιτίας κατασκευαστικού προβλήματος δεδομένης της συστηματικής αυτής παρατήρησης και στους πέντε πασσάλους που ελέγχθηκαν. Σε ό,τι αφορά στα αποτελέσματα της μεθόδου ελέγχου TDR διαπιστώθηκαν οι αδυναμίες εφαρμογής της, κυρίως σε περιπτώσεις φρεατοπασσάλων εντός βραχωδών σχηματισμών, όπως της περίπτωσης των πασσάλων που ελέγχθηκαν. Ως μια άλλη αδυναμία της μεθόδου διαπιστώθηκε ότι ήταν η δυσκολία της επιστροφής των σημάτων ελέγχου εξαιτίας του ότι υπήρχαν πολλές απώλειες λόγω της διάταξης των πασσάλλων (αλληλοτεμνόμενες συστοιχίες). Έτσι βάσει της μεθόδου TDR κατέστη δυνατή μόνον η διαπίστωση της συνέχειας της σκυροδέτησης στα ανώτερα τμήματα του πασσάλου βάσει σχετικής περαιτέρω αξιολόγησης των καταγραφών. Συμπερασματικά και με βάση την εμπειρία που αποκτήθηκε από το δοκιμαστικό αυτό πρόγραμμα ποιοτικού ελέγχου πασσάλων διαπιστώθηκε η δυνατότητα ελέγχου της συνέχειας της σκυροδέτησης πασσάλων, εργασία που εξαιτίας της αφανούς φύσεώς της διατηρεί αβεβαιότητες σε ό,τι αφορά το τελικό κατασκευασθέν αποτέλεσμα, ενώ αποκτήθηκε και σχετική εμπειρία σε σχέση με τις δυνατότητες και το εύρος εφαρμογής της κάθε μεθόδου. Βάσει αυτών των αποτελεσμάτων ολοκληρώθηκε η σύνταξη σχετικών προδιαγραφών ενοργάνωσης φρεατοπασσάλων. Σημειώνεται τέλος ότι για τη συμπληρωματική παρακολούθηση τοπικών παραμέτρων απόκρισης όπως η παραμόρφωση του φορέα ή η μετακίνηση κατά το άνοιγμα κλείσιμο των αρμών, τοποθετήθηκαν στις γέφυρες που ενοργανώθηκαν στην υπόψη ενότητα εργασίας (2η Χαραδρογέφυρα παράκαμψης Καβάλας και Γέφυρα Γ9 / θέση 5.1 Πολύμυλος), αισθητήρες στατικής και δυναμικής μέτρησης παραμόρφωσης και αρμόμετρα μέτρησης μετακίνησης. Στόχος αυτής της συμπληρωματικής ενοργάνωσης, η οποία διεξήχθη πέραν των συμβατικών υποχρεώσεων του προγράμματος, ήταν η εξαγωγή πρόσθετων πληροφοριών για την αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών των γεφυρών, συμπληρωματικών αυτών που αποκτήθηκαν από τα δίκτυα επιταχυνσιογράφων, και τα οποία παρουσιάσθηκαν προηγουμένως στην παρούσα ΕΕ. Τα νέα στοιχεία βοηθούν επίσης στον πιο αξιόπιστο προσδιορισμό της πραγματικής ελαστικότητας ακαμψίας των δομικά αντιπροσωπευτικών γεφυρών της ΕΟ και την πειραματική αποτίμηση της φέρουσας ικανότητάς τους σε φορτία κυκλοφορίας, δεδομένα απαραίτητα για την αξιολόγηση, στο πλαίσιο της ΕΕ8, της λειτουργικής και δομικής κατάστασής τους. Στην ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας ενότητας εργασίας συνεργάσθηκαν οι φορείς: Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, ΙΤΣΑΚ, Εγνατία Οδός Α.Ε. και Έδαφος ΕΠΕ. Όλες οι προβλεπόμενες εργασίες στο πλαίσιο της ΕΕ5.3 ολοκληρώθηκαν επιτυχώς και εντός της νέας ημερομηνίας λήξης του προγράμματος (30/3/2007). Τα αποτελέσματα των εργασιών που υλοποιήθηκαν περιγράφονται σε δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και σε πρακτικά συνεδρίων (βλ. Κατάλογο Δημοσιεύσεων). ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 86

87 Εργασία 5.4: Σύνταξη Προδιαγραφών Ενοργάνωσης Γεφυρών Αντικείμενο της παρούσης ενότητας εργασίας είναι η σύνταξη ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟΥ ΟΔΗΓΟΥ που θα περιλαμβάνει προδιαγραφές και οδηγίες για την ενοργάνωση και παρακολούθηση γεφυρών, όπως και για την ανάλυση και αξιολόγηση των μετρήσεων. Η σύνταξη του κατέστη δυνατή με βάση τη μέχρι σήμερα εμπειρία των συμμετεχόντων φορέων από την ενοργάνωση διαφόρων κατασκευών καθώς και τα αποτελέσματα από την πιλοτική ενοργάνωση δύο χαρακτηριστικών τύπων γεφυρών στην Εγνατία Οδό στο πλαίσιο του προγράμματος ΑΣΠΡΟΓΕ (δες υποενότητα 5.3). Σύμφωνα με τους στόχους του προγράμματος, το Εγχειρίδιο περιλαμβάνει αναλυτικά τα εξής: 1. Τεχνικές προδιαγραφές αισθητήρων και συστημάτων μέτρησης 2. Οδηγίες εγκατάστασης συστήματος ενοργάνωσης 3. Οδηγίες παρακολούθησης απόκρισης γεφυρών 4. Οδηγίες επεξεργασίας και αξιολόγησης μετρήσεων 5. Οδηγίες διάγνωσης βλαβών Οι τεχνικές προδιαγραφές αισθητήρων και συστημάτων μέτρησης είχαν ολοκληρωθεί κατά το δεύτερο έτος του προγράμματος. Κατά τη διάρκεια του τρίτου χρόνου και της εξάμηνης παράτασης, ολοκληρώθηκαν τα υπόλοιπα τμήματα που αφορούν τη σύνταξη οδηγιών εγκατάστασης συστήματων ενοργάνωσης και παρακολούθησης απόκρισης γεφυρών, επεξεργασίας και αξιολόγησης μετρήσεων και διάγνωσης βλαβών. Ένας από τους βασικούς στόχους της ενοργάνωσης μιας γέφυρας (και κατ επέκταση μιας κατασκευής), είναι η διαχρονική αποτίμηση της δομικής της κατάστασης μέσα από μετρήσεις της στατικής και δυναμικής απόκρισης της σε διάφορα αίτια. Οι δραστηριότητες αυτές εντάσσονται στο πλαίσιο της αποκαλούμενης διαδικασίας παρακολούθησης δομικής κατάστασης (ΠΔΚ) (διεθνώς γνωστή ως Structural Health Monitoring), που αποτελεί διεθνώς αναπόσπαστο τμήμα των ενεργειών συντήρησης και ελέγχου της δομικής και λειτουργικής ασφάλειας σημαντικών έργων σε όλες τις τεχνολογικά προηγμένες χώρες. Για τον λόγο αυτό, στο πρώτο κεφάλαιο αναπτύσσονται αρχικά οι βασικές αρχές των συστημάτων ΠΔΚ, των υποσυστημάτων που αυτές περιλαμβάνουν και των σχετικών μεθοδολογιών που χρησιμοποιούνται. Τα συστήματα ΠΔΚ αποτελούνται από ένα πλήθος επιμέρους συνόλων, όπως: της συλλογής των δεδομένων της επικοινωνίας των δεδομένων κατάλληλης επεξεργασίας των δεδομένων αποθήκευσης των επεξεργασμένων δεδομένων διάγνωσης ανάκτησης των δεδομένων Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι τεχνικές προδιαγραφές αισθητήρων και συστημάτων μέτρησης, που περιλαμβάνουν εκτενείς περιγραφές και στοιχεία για : - Συστήματα συλλογής δεδομένων - Μονάδες ένδειξης μετρήσεων αισθητήρων και διαμορφωτών σήματος - Κάρτες συλλογής δεδομένων - Πρόγραμμα συλλογής δεδομένων - Αισθητήρες / όργανα μέτρησης Στο εγχειρίδιο γίνεται μία εκτενής παρουσίαση των διαθέσιμων αισθητήρων για τα διάφορα προς μέτρηση μεγέθη, όπως: - Παραμόρφωση (μηκυνσιόμετρα, LVDTs, ψαθυροί χρωματισμοί, υπέρηχοι κλπ.) - Μετακινήσεις (μηχανικοί, ηλεκτρικοί και οπτικοί αισθητήρες) - Δυνάμεων (load cells) - Θερμοκρασίας - Ιδιοτήτων των υλικών (αντοχή, μέτρο ελαστικότητας κλπ) - Δυναμική απόκριση (επιταχυνσιόμετρα, ταχυτητόμετρα κλπ.) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 87

88 Στο τέλος του κεφαλαίου περιλαμβάνεται, για λόγους πληρέστερης ενημέρωσης του αναγνώστη, μία ενότητα με παρουσίαση των βασικών χαρακτηριστικών των αισθητήρων (ευαισθησία, διακριτότητα, συχνοτική απόκριση κλπ.). Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι οδηγίες εγκατάστασης συστήματος ενοργάνωσης. Δίνονται αναλυτικές οδηγίες για : - Εγκατάσταση αισθητήρων - Προενίσχυση και ενίσχυση σήματος - Καλώδια - Καταγραφικές μονάδες - Ενοργάνωση γεφυρών και διάταξη αισθητήρων - Παρελκόμενες εγκαταστάσεις και μέτρα προστασίας Με βάση τις παραπάνω οδηγίες, είναι δυνατός ο σχεδιασμός και υλοποίηση ενός αποτελεσματικού προγράμματος ενοργάνωσης μιας γέφυρας με στόχο την παρακολούθηση της απόκρισης της στα λειτουργικά και περιβαλλοντικά φορτία. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι οδηγίες παρακολούθησης της απόκρισης γεφυρών, που περιλαμβάνουν εκτενείς περιγραφές για : - Τις γενικές αρχές μιας τέτοιας παρακολούθησης, ανάλογα με το εκάστοτε μετρούμενο μέγεθος. - Στοιχεία για τα μετρούμενα μεγέθη απόκρισης γεφυρών (μετακίνηση, παραμόρφωση, επιτάχυνση κλπ) - Παρακολούθηση της απόκρισης γεφυρών (ρυθμίσεις καταγραφικών συστημάτων) - Στατικές δοκιμές γεφυρών (δοκιμές απόκρισης, διάγνωσης, επαλήθευσης, σχετικός εξοπλισμός και παράγοντες που επηρεάζουν τις μετρήσεις) - Δυναμικές δοκιμές γεφυρών ( δοκιμές ιστορικού των τάσεων, ανοχής δυναμικών φορτίσεων, προσδιορισμού δυναμικής επαύξησης, παράγοντες που οδηγούν σε παραπλανητικά στοιχεία) - Δοκιμές περιβαλλοντικής διέγερσης (βασικές αρχές, αλγόριθμοι αναγνώρισης βλάβης, επιρροή άλλων παραγόντων) - Δοκιμές ελεύθερης ταλάντωσης - Περιοδική παρακολούθηση (μέσω περιβαλλοντικών διεγέρσεων, με διέλευση οχημάτων, μέσω στατικών δοκιμών, παρακολούθηση εξέλιξης ρηγματώσεων και περιοδική παρακολούθηση αποτελεσματικότητας επεμβάσεων κλπ) Ακολουθούν, στο πέμπτο κεφάλαιο, οδηγίες επεξεργασίας και αξιολόγησης των μετρήσεων. Παρουσιάζονται οι βασικές θεωρητικές αρχές επεξεργασίας μετρήσεων από ταλαντώσεις κατασκευών, ο τρόπος προσδιορισμού των δυναμικών χαρακτηριστικών της κατασκευής από την μετρούμενη δυναμική της απόκριση σε διάφορα αίτια και οι βασικές θεωρητικές αρχές για την κατάλληλη επεξεργασία των καταγραφών της απόκρισης μιας ενοργανωμένης κατασκευής. Ακολουθεί στο έκτο κεφάλαιο, η περιγραφή των υφισταμένων μεθόδων διάγνωσης βλαβών γεφυρών μέσω της καταγραφής της απόκρισής τους σε ταλαντώσεις. Έχει αναπτυχθεί διεθνώς ένα πλήθος από διαφορετικές αναλυτικές τεχνικές για την αναγνώριση βλαβών από ανιχνεύσιμες αλλαγές των δυναμικών χαρακτηριστικών κατασκευών. Στο εγχειρίδιο γίνεται μία παρουσίαση των θεωρητικών υποβάθρων των συνηθέστερα χρησιμοποιούμενων τεχνικών ανίχνευσης βλαβών, που περιλαμβάνουν: - Μεθοδολογίες που βασίζονται στη μεταβολή των ιδιοσυχνοτήτων - Μεθοδολογίες που βασίζονται στο παραμένον ιδιομορφικό διάνυσμα - Μεθοδολογίες που βασίζονται στη μεταβολή της καμπυλότητας των ιδιομορφών - Μεθοδολογίες που βασίζονται στην αναθεώρηση των μητρώων ιδιοτήτων (δυσκαμψίας / μάζας) της κατασκευής Στο σημείο αυτό πρέπει να σημειωθεί ότι στο πλαίσιο του προγράμματος Αντισεισμική Προστασία Γεφυρών ΑΣΠΡΟΓΕ, έχει αναπτυχθεί μία μεθοδολογία αναγνώρισης βλαβών που βασίζεται στην αρχή της αναθεώρησης των μητρώων ιδιοτήτων, καθώς και σχετικό λογισμικό (Ενότητα Εργασίας 6.2 του προγράμματος ΑΣΠΡΟΓΕ). Για λόγους πληρότητας του εγχειριδίου, και πέραν των συμβατικών υποχρεώσεων, ακολουθεί στο έβδομο κεφάλαιο μία πρόταση ενόργανης παρακολούθησης γεφυρών της Εγνατίας Οδού. Οι οδηγίες ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 88

89 συντάχθηκαν από το Τμήμα Τακτικής Συντήρησης Μεγάλων Έργων της Εγνατίας Οδού για την ενόργανη παρακολούθηση επιταχύνσεων, παραμορφώσεων, μετακινήσεων, θερμοκρασίας και ανεμοπίεσης των κάτωθι γεφυρών της Εγνατίας Οδού : - Μετσόβου (Τμήμα 3.2) - Γ1 (Δεξιού κλάδου / Τμήμα 3.5.1) - Γ7, Γ8 (Τμήμα 3.5.2) Δίνεται αρχικά η γενική τοποθέτηση του προβλήματος, και ακολουθεί περιγραφή βασικών αρχών για την παρακολούθηση τοπικών παραμέτρων απόκρισης (Χαρακτήρας παραμορφώσεωνπροϋποθέσεις δυναμικής παρακολούθησης παραμορφώσεων). Δίνονται ενδεικτικές διατάξεις αισθητήρων, οδηγίες εφαρμογής /ενσωμάτωσης τους το σκυρόδεμα, περιγράφονται τα σχετικά όργανα μέτρησης της παραμόρφωσης και οδηγίες ανάλυσης /διόρθωσης των σχετικών μετρήσεων. Ακολουθεί μία αντίστοιχη ενότητα που αφορά την παρακολούθηση καθολικών παραμέτρων απόκρισης (μετακινήσεις επιταχύνσεις). Περιγράφονται η χρησιμότητα και τα οφέλη από την παρακολούθηση των σχετικών μεγεθών, και προτείνονται συγκεκριμένες διατάξεις ενοργάνωσης, οι αντίστοιχοι απαιτούμενοι αισθητήρες (επιταχυνσιόμετρα, δυναμικά μετακινησιόμετρα κλπ) και οδηγίες για την ορθή εφαρμογή των σχετικών καταγραφικών συστημάτων επί τόπου του έργου. Τέλος, με βάση την εμπειρία που αποκτήθηκε από την συστηματική παρακολούθηση των δύο ενοργανωμένων γεφυρών (2 ης Χαραδρογέφυρας Καβάλας και Γ9 θέση 5.1 Πολύμυλος) στο πλαίσιο του προγράμματος ΑΣΠΡΟΓΕ, δίνονται ενδεικτικοί πίνακες για τη δυνατότητα αναγνώρισης ιδιομορφών αναλόγως της διεγείρουσας φόρτισης, της δυνατότητας αναγνώρισης δυναμικών χαρακτηριστικών αναλόγως της διάταξης και της μεθόδου μέτρησης και των δυνατοτήτων διάγνωσης διαφόρων τύπων φθορών και βλαβών ανάλογα με το διεγείρον αίτιο (κυκλοφορία, σεισμός, τεχνητή διέγερση κλπ.). Τέλος περιλαμβάνονται αναλυτικές προδιαγραφές των συστημάτων παρακολούθησης της επιτάχυνσης και των παραμορφώσεων - μετακινήσεων γεφυρών (καταγραφικές μονάδες, αισθητήρες, καλώδια και παρελκόμενος εξοπλισμός, λογισμικό κλπ) Στην ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας ενότητας εργασίας συνεργάσθηκαν οι φορείς: ΙΤΣΑΚ και Εγνατία Οδός Α.Ε. Η ολοκλήρωση σύνταξης του εγχειριδίου έγινε επιτυχώς, σύμφωνα με τα προβλεπόμενα και εντός της νέας ημερομηνίας λήξης του προγράμματος (30/3/2007). ΕΕ6: Ανάπτυξη Μεθοδολογίας Παρακολούθησης της Δομικής Κατάστασης και Αποτίμησης της Σεισμικής Επάρκειας Γεφυρών με Βάση τα Μετρητικά Δεδομένα Εργασία 6.1: Ανάπτυξη Μεθοδολογιών Αναθεώρησης Αναλυτικών Προσομοιωμάτων Πεπερασμένων Στοιχείων Ενοργανωμένων Γεφυρών Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη μεθοδολογίας και αντίστοιχου λογισμικού για την αναθεώρηση μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων γεφυρών με βάση δυναμικές μετρήσεις. Η μεθοδολογία είναι χρήσιμη για την βελτίωση της ακρίβειας των προβλέψεων των θεωρητικών μοντέλων γεφυρών και για την πρόβλεψη της μελλοντικής συμπεριφοράς γεφυρών σε σεισμικά φορτία. Μία άλλη σημαντική εφαρμογή είναι η διάγνωση βλαβών η οποία αποτελεί αντικείμενο της Εργασίας 6.2. Για την επίτευξη των στόχων απαιτείται η ολοκλήρωση των παρακάτω δραστηριοτήτων: 1. Ανάπτυξη μεθοδολογίας αναθεώρησης προσομοιωμάτων πεπερασμένων στοιχείων γεφυρών 2. Υλοποίηση της μεθοδολογίας σε λογισμικό αναθεώρησης μοντέλων 3. Επιλογή κατάλληλου λογισμικού πακέτου προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων γεφυρών και ανάπτυξη συστήματος δι-επαφής με το λογισμικό αναθεώρησης μοντέλων 4. Ανάπτυξη γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη Στα δύο πρώτα έτη του προγράμματος ολοκληρώθηκαν οι πρώτες δύο δραστηριότητες. Στο τρίτο έτος και στο εξάμηνο παράτασης του προγράμματος ολοκληρώθηκαν η τρίτη δραστηριότητα και η τέταρτη δραστηριότητα. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω δραστηριότητες. Ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη του γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με το χρήστη του λογισμικού αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων. Η ανάπτυξη του λογισμικού έγινε ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 89

90 σε περιβάλλον MATLAB και απαιτεί την συνεργασία με το γραφικό περιβάλλον και τις υπορουτίνες της βιβλιοθήκης του εμπορικού λογισμικού COMSOL Multiphysics τόσο κατά την δημιουργία και ανάλυση του μοντέλου των πεπερασμένων στοιχείων όσο και για να δώσει τη δυνατότητα στο χρήστη να δημιουργήσει ή να επέμβει και να τροποποιήσει μεγέθη στο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων που ήδη χρησιμοποιεί. Το κυρίως παράθυρο εφαρμογής μαζί με επιλεγμένα παράθυρα επιλογής διαφόρων παραμέτρων παρουσιάζονται ενδεικτικά στα Σχήματα και Στο Σχήμα παρουσιάζονται το γραφικό περιβάλλον της προ-αναθεώρησης και της μετάαναθεώρησης επεξεργασίας των δεδομένων και αποτελεσμάτων. Το γραφικό περιβάλλον περιέχει ένα σύνολο από καταλόγους (menus) οι οποίοι περιέχουν τις λειτουργίες του λογισμικού καθώς και χώρο για τις γραφικές απεικονίσεις του μοντέλου όπως αυτή επιλέγεται μέσω των menus από τον χρήστη. Στο Σχήμα παρουσιάζονται επιλεκτικά το παράθυρο διαλόγου εγκατάστασης αισθητήρων και το παράθυρο διαλόγου παραμετροποίησης του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων. Το λογισμικό συνοδεύεται από το εγχειρίδιο χρήσης του, στο οποίο περιέχεται μια πλήρη περιγραφή του λογισμικού, καθώς και βήμα-προς-βήμα εφαρμογές αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων. Το λογισμικό αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων ονομάσθηκε MUpdGUI (Model Updating Graphical User Interface) Σχήμα 6.1.1: Γραφικό περιβάλλον του λογισμικού αναθεώρησης πεπεραασμένων στοιχείων Σχήμα 6.1.2: Παράθυρα διαλόγου εγκατάστασης αισθητήρων και παραμετροποίησης. Συνεχίστηκε και ολοκληρώθηκε η συστηματική πιστοποίηση και βελτίωση του λογισμικού αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων με προσομοιωμένα και πραγματικά δεδομένα ιδιομορφικών χαρακτηριστικών από τη γέφυρα Γ2 (Καβάλας) και τη γέφυρα Γ9 (Πολύμυλου). Μεταξύ άλλων μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα διαφορετικών τεχνικών αναθεώρησης που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της ενότητας και η εξάρτηση των αναθεωρημένων μοντέλων από τον αριθμό και τύπο των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών που αναγνωρίζονται. Αξιοσημείωτη είναι η εμφάνιση πολλαπλών τοπικών/ολικών βέλτιστων στην μεθοδολογία βελτιστοποίησης και η πιστοποίηση της αποτελεσματικότητας των προτεινόμενων υβριδικών μεθόδων βελτιστοποίησης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 90

91 στον υπολογισμό του ολικού βέλτιστου μοντέλου. Ολοκληρώθηκε η αντιμετώπιση προβλημάτων υπολογιστικής πολυπλοκότητας και βελτιστοποίησης που παρουσιάσθηκαν στο δεύτερο έτος του προγράμματος κατά την εφαρμογή του αλγορίθμου στην γέφυρα Γ2 της Καβάλας. Επιτεύχθηκαν σημαντικές βελτιώσεις στο λογισμικό αναθεώρησης πεπερασμένων στοιχείων για την αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών. Οι βελτιώσεις αυτές περιλαμβάνουν (α) την εισαγωγή υβριδικών αλγορίθμων βελτιστοποίησης για την εύρεση των ολικών ελαχίστων, και (β) την διερεύνηση και χρήση καταλλήλων αλγορίθμων πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης για την εύρεση των πολλαπλών κατά Pareto βέλτιστων μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων που είναι συμβατά με τις μετρήσεις. Οι υβριδικοί αλγόριθμοι βελτιστοποίησης συνδυάζουν εξελικτικούς αλγορίθμους για τον αξιόπιστο προσδιορισμό της περιοχής του ολικού βέλτιστου με κλασσικές μεθόδους βαθμίδας για την επιτάχυνση της σύγκλισης στο βέλτιστο αναθεωρημένο μοντέλο. Με αυτόν τον τρόπο βελτιώθηκε η αξιοπιστία και αντιμετωπίστηκε εν μέρει η υπολογιστική πολυπλοκότητα του αλγορίθμου. Η ανάγκη των βελτιώσεων αυτών καθώς και εφαρμογές με αποτελέσματα αναθεώρησης των μοντέλων του ομοιώματος γέφυρας μικρής κλίμακας και των δύο ενοργανομένων γεφυρών παρουσιάζονται στην περιγραφή των εργασιών ΕΕ6.3 και ΕΕ6.4. Επομένως ολοκληρώθηκαν αποτελεσματικά όλες οι δραστηριότητες της ενότητας εργασίας. Στην ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας εργασίας συνεργάζονται οι φορείς: Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών (ΙΤΣΑΚ), και Εγνατία Οδός Α.Ε. Τα αποτελέσματα των εργασιών περιγράφονται σε δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και σε πρακτικά συνεδρίων (βλ. Κατάλογο Δημοσιεύσεων). Εργασία 6.2: Ανάπτυξη Μεθοδολογιών Αναγνώρισης και Διάγνωσης Βλαβών Ενοργανωμένων Γεφυρών Ο στόχος σε αυτή την ενότητα εργασίας είναι η ανάπτυξη μίας καινοτόμου μεθοδολογίας για τον μηκαταστροφικό έλεγχο γεφυρών και για την παρακολούθηση της επάρκειάς τους μέσω μετρήσεων ταλαντώσεων. Η μεθοδολογία θα ελεγχθεί, βελτιωθεί και πιστοποιηθεί σε όλη την διάρκεια του προπαρασκευαστικού σταδίου μέσω ενός πειράματος μικρής κλίμακας στο εργαστήριο (ΕΕ 6.3) και μέσω προσομοιωμένων δεδομένων και προσομοιωμένων σεναρίων βλαβών από τις πραγματικές ενοργανομένες γέφυρες της Εγνατίας Οδού (ΕΕ6.4). Στα δύο πρώτα έτη του προγράμματος ολοκληρώθηκε το θεωρητικό σκέλος της μεθόδου διάγνωσης βλαβών με βάση τη στατιστική μεθοδολογία του Bayes. Στο τρίτο έτος και στο εξάμηνο παράτασης του προγράμματος ολοκληρώθηκε η υλοποίηση της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών σε λογισμικό, η ανάπτυξη του γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη, καθώς και η πιστοποίηση του λογισμικού με προσομοιωμένα σενάρια βλάβης και δεδομένα από μοντέλα γεφυρών. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω δραστηριότητες. Ολοκληρώθηκε η υλοποίησης της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών σε λογισμικό και η πιστοποίηση του λογισμικού με διάφορα σενάρια προσομοιωμένης βλάβης από απλά μοντέλα κατασκευών. Ολοκληρώθηκε επίσης η ανάπτυξη εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με τον χρήστη και η συγγραφή του εγχειριδίου χρήσης του λογισμικού. Το λογισμικό αναπτύχθηκε κυρίως σε περιβάλλον MATLAB έτσι ώστε να συνδέεται με το λογισμικό αναθεώρησης πεπερασμένων στοιχείων MUpdGUI. Στο εγχειρίδιο χρήσης περιέχεται μια πλήρης περιγραφή της εγκατάστασης, των λειτουργιών και του γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης του λογισμικού με τον χρήστη. Επίσης παρουσιάζεται μια βήμα - προς - βήμα εφαρμογή του γραφικού περιβάλλοντος του λογισμικού για την διάγνωση βλαβών για τη Γέφυρα Γ9 του Πολύμυλου της Εγνατίας Οδού. Το λογισμικό διάγνωσης βλαβών αποτελεί τμήμα του ενιαίου λογισμικού MUpdGUI (Model Updating Graphical User Interface) που έχει αναπτυχθεί για την αναθεώρηση μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων, βέλτιστη ενοργάνωση και διάγνωση βλαβών γεφυρών. Ολοκληρώθηκε η πιστοποίηση της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών με χρήση προσομοιωμένων και πραγματικών σεναρίων βλάβης από το εργαστηριακό ομοίωμα γέφυρας μικρής κλίμακας της ΕΕ6.3. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκαν παραμετρικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση του εργαστηριακού ομοιώματος για τις περιπτώσεις βλάβης που μελετούνται. Τα ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 91

92 παραμετρικά αυτά μοντέλα αναπτύχθηκαν με το λογισμικό COMSOL Multiphysics το οποίο αποτελεί το προτιμητέο πακέτο προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων. Η βλάβη προσομοιώνεται με υποβάθμιση των δομικών χαρακτηριστικών του εργαστηριακού ομοιώματος. Εξετάσθηκαν σενάρια βλάβης που προκύπτουν από μεταβολές της ακαμψίας των εφεδράνων στα ακρόβαθρα και ρηγμάτωσης του καταστρώματος. Τα αποτελέσματα από πραγματικά σενάρια βλάβης, ανάλυση των μετρήσεων και επίδραση της βλάβης στα ιδιομορφικά χαρακτηριστικά της γέφυρας δίνονται στην περιγραφή της ΕΕ6.3. Ολοκληρώθηκε η πιστοποίηση της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών με χρήση προσομοιωμένων σεναρίων βλάβης από τις δύο ενοργανομένες γέφυρες. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκαν πολλαπλά παραμετρικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση των δύο γεφυρών για τις περιπτώσεις βλάβης που μελετούνται. Τέλος, με βάση τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων ολοκληρώθηκαν οι μελέτες ανάλυσης προσομοιωμένων σεναρίων βλάβης στις γέφυρες Γ2 της Καβάλας και Γ9 του Πολύμυλου. Με βάση τα αποτελέσματα η προτεινόμενη μεθοδολογία κρίνεται αξιόπιστη εφόσον τα μετρούμενα ιδιομορφικά χαρακτηριστικά περιέχουν πληροφορίες για τον εντοπισμό της θέσης και του μεγέθους της βλάβης, και επίσης τουλάχιστον ένα από τα πολλαπλά παραμετρικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούνται για διάγνωση περιέχει την βλάβη στην κατασκευή. Επομένως ολοκληρώθηκαν αποτελεσματικά όλες οι δραστηριότητες της ενότητας εργασίας. Στην ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας ενότητας εργασίας συνεργάζονται οι φορείς: Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας και Εγνατία Οδός Α.Ε. Τα αποτελέσματα των εργασιών περιγράφονται σε δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και σε πρακτικά συνεδρίων (βλ. Κατάλογο Δημοσιεύσεων). Εργασία 6.3: Εργαστηριακή Πιστοποίηση των Αναλυτικών Μεθοδολογιών σε Ομοιώματα Μικρής Κλίμακας Στόχος της εργασίας είναι η εκτίμηση της ακρίβειας πρόβλεψης των αναθεωρημένων μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων και η εργαστηριακή πιστοποίηση της αποτελεσματικότητας της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών χρησιμοποιώντας πειράματα σε ομοιώματα τμημάτων γέφυρας μικρής κλίμακας που υπόκεινται σε ελεγχόμενα σενάρια βλάβης. Τα πειράματα αυτά θα βοηθήσουν στη βελτίωση και πιστοποίηση των προτεινόμενων αναλυτικών μεθοδολογιών για τον εντοπισμό βλαβών σε γέφυρες. Στα πρώτα δύο έτη του προγράμματος ολοκληρώθηκε ο σχεδιασμός και η κατασκευή του ομοιώματος, η βέλτιστη εγκατάσταση των αισθητήρων επιτάχυνσης, ο έλεγχος καλής λειτουργίας του συστήματος συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων, η ανάπτυξη λογισμικού αναγνώρισης ιδιομορφών στις συνθήκες διέγερσεις του πειράματος, και η προκαταρκτική ανάλυση πειραματικών δεδομένων για τον υπολογισμό των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών και την αναθεώρηση μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων του εργαστηριακού ομοιώματος γέφυρας. Στο τρίτο έτος και στο εξάμηνο παράτασης του προγράμματος αντιμετωπίσθηκαν αποτελεσματικά τα προβλήματα που παρουσιάσθηκαν κατά την διεξαγωγή των προκαταρκτικών πειραμάτων και την ανάλυση των μετρήσεων, και τέλος ολοκληρώθηκαν οι εργασίες ανάπτυξης και αναθεώρησης μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων του ομοιώματος, καθώς και οι μελέτες πιστοποίησης της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών με σενάρια βλάβης από το εργαστηριακό ομοίωμα. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω δραστηριότητες: Η ανάλυση των μετρήσεων (επιταχύνσεων) σε διέγερσεις από κρουστικό σφυρί για διάφορες δομικές καταστάσεις του εργαστηριακού ομοιώματος έδειξε ότι η μεθοδολογία και το λογισμικό αναγνώρισης των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών της κατασκευής με βάση υποθέσεις κλασσικής απόσβεσης δεν είναι επαρκές για τον αξιόπιστο προσδιορισμό των ιδιομορφών. Για το σκοπό αυτό ένα σημαντικό τμήμα των εργασιών επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη λογισμικού για την αναγνώριση ιδιομορφικών χαρακτηριστικών με βάση θεωρήσεις μη-κλασσικής απόσβεσης. Το λογισμικό εφαρμόσθηκε στα πειραματικά δεδομένα και βελτίωσε σημαντικά τα αποτελέσματα. Στο Σχήμα 6.3.1(α) παρουσιάζεται η σύγκριση μεταξύ της πειραματικής συνάρτησης μετάδοσης και της συνάρτησης μετάδοσης που προκύπτει από το βέλτιστο μορφικό μοντέλο μη-κλασσικής απόσβεσης. Ενδεικτικά αποτελέματα από συγκρίσεις των ιδιομορφών του αναθεωρημένου ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 92

93 μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων και των πειραματικών ιδιομορφών δείχνονται στο Σχήμα για την δεύτερη καμπτική ιδιομορφή. Η εξαιρετικά καλή συμφωνία μεταξύ των δύο καμπυλών στις περιοχές συντονισμού και των ιδιομορφών (μετρούμενων και βέλτιστου μορφικού μοντέλου) πιστοποιεί την αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας αναγνώρισης μη-κλασσικών ιδιομορφών Channel # Frequency (Hz) Σχήμα (α) Σύγκριση πειραματικής και βέλτιστου μορφικού μοντέλου συναρτήσεων μετάδοσης (β) Συναρτήσεις μετάδοσης για δύο διαφορετικές μετρήσεις Mode #1 ( Hz) z-axis y-axis x-axis Σχήμα Σύγκριση δεύτερης καμπτικής ιδιομορφής (α) πειραματικής, (β) βέλτιστου αναθεωρημένου μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων Από την ανάλυση των μετρήσεων προέκυψαν προβλήματα μη-γραμμικότητας της κατασκευής. Η μη-γραμμικότητα προήλθε από τη μη-γραμμική συμπεριφορά των ελαστικών εφεδράνων μικρής κλίμακας που χρησιμοποιήθηκαν στα ακρόβαθρα. Η έντονη μη-γραμμικότητα αναγνωρίζεται εύκολα από την μετακίνηση της περιοχής συντονισμού στα διαγράμματα των συναρτήσεων μετάδοσης του Σχήματος 6.3.1(β) για δύο ανεξάρτητες μετρήσεις διαφορετικού εύρους ταλάντωσης στο ίδιο σημείο της κατασκευής. Το μέγιστο της αντίστοιχης χρονοιστορίας απόκρισης της κόκκινης καμπύλης είναι 1.4 φορές μεγαλύτερο από αυτό της μαύρης καμπύλης. Η μετακίνηση προς τα δεξια της περιοχής συντονισμού θεωρείται σημαντική και οφείλεται στην έντονη μη γραμμικότητα (softening) που παρουσιάζουν τα εφέδρανα. Το πρόβλημα αντιμετωπίσθηκε αποτελεσματικά με την αντικατάσταση των μαλακών εφεδράνων με πιο δύσκαμπτα αλλά γραμμικά εφέδρανα από υλικό Nylon 66. Για την εκπλήρωση των σκοπών της ενότητας εργασίας μελετήθηκαν τέσσερεις διαφορετικές διατάξεις του ομοιώματος οι οποίες διαφέρουν ως προς την δυναμική του καταστρώματος με προσθήκη συγκεντρωμένων μαζών, την σύνδεση του καταστρώματος με το έδαφος και την συνοχή του καταστρώματος. Αναπτύχθηκαν εναλλακτικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων ικανοποιητικής πιστότητας όπως προέκυψε από την σύγκριση των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών προβλεπόμενων από τα μοντέλα με τα ιδιομορφικά χαρακτηριστικά που προέκυψαν από την ανάλυση των μετρήσεων. Τα αρχικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων βελτιώθηκαν σημαντικά με τη χρήση της μεθοδολογίας αναθεώρησης μοντέλων. Η αναθεώρηση βασίσθηκε στα ιδιομορφικά χαρακτηριστικά που αναγνωρίστηκαν από την ανάλυση ταλαντώσεων. Μελετήθηκαν και κατανοήθηκαν επίσης οι δυνατότητες και οι περιορισμοί των μοντέλων για την πρόβλεψη των μετρούμενων ιδιομορφών. Τα αποτελέσματα της αναθεώρησης των εναλλακτικών κατηγοριών ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 93

94 μοντέλων με βάση μόνο τις ιδιοσυχνότητες είναι άριστα αφού αντιστοιχούν σε σχετικά μικρά σφάλματα στις ιδιοσυχνότητες με τιμές ακόμα και αρκετά μικρότερες του 1%. Όσον αφορά στα σχετικά σφάλματα των ιδιομορφών αυτά είναι επίσης ιδιαιτέρως μικρά όπως προκύπτει από τις σχετικά καλές τιμές του MAC οι οποίες κυμαίνονται από 0.90 έως 0.99 ανάλογα την κατηγορία μοντέλων και την ιδιομορφή. Με βάση τα αποτελέσματα, τα αρχικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων θεωρούνται πολύ καλά και ενσωματώνουν τους περισσότερους μηχανισμούς που επηρεάζουν την δυναμική συμπεριφορά των γεφυρών. Η τελική φάση των πειραμάτων στόχευε στην εργαστηριακή πιστοποίηση της αποτελεσματικότητας της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών χρησιμοποιώντας ελεγχόμενα σενάρια βλάβης από το ομοίωμα γέφυρας μικρής κλίμακας. Πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων για να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών με βάση τις μετρήσεις των δυναμικών χαρακτηριστικών (ιδιοσυχνότητες και ιδιομορφές) του μοντέλου. Μελετήθηκαν ξεχωριστά δύο είδη βλαβών. Η πρώτη βλάβη αναφέρεται σε μείωση της ακαμψίας των εφεδράνων, ενώ η δεύτερη βλάβη αναφέρεται σε ρηγμάτωση του καταστρώματος. Με βάση τη δυναμική απόκριση της «προ-» και «μετά» βλαμμένης κατασκευής και την ανάλυση των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών, προσδιορίζονται τα αντίστοιχα «προ-» και «μετά-» βλάβης αναθεωρημένα προσομοιώματα. Η θέση και ο βαθμός της βλάβης με βάση τη μεθοδολογία διάγνωσης εκτιμήθηκε από τις αλλαγές στα αναθεωρημένα προσομοιώματα. Τα πειράματα βοήθησαν στην κατανόηση των δυνατοτήτων της προτεινόμενης μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών και στην μελέτη των παραγόντων που επηρεάζουν την αξιόπιστη διάγνωση και εντοπισμό βλαβών σε γέφυρες. Από τις αναλύσεις πιστοποίησης προέκυψαν χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τους περιορισμούς της μεθοδολογίας και της εξάρτησης της αξιόπιστης διάγνωσης βλαβών από τα σφάλματα μετρήσεων και μοντελοποίησης. Με βάση τις αναλύσεις πιστοποίησης προέκυψε ότι η αξιοπιστία της μεθόδου διάγνωσης βλαβών εξαρτάται από το ύψος των σφαλμάτων μοντελοποίησης και των σφαλμάτων στις μετρήσεις. Στα αποτελέσματα πιστοποίησης τα οποία παρουσιάσθηκαν, δείχθηκε ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία διάγνωσης βλαβών αναγνωρίζει επιτυχώς την τοποθεσία και το μέγεθος της βλάβης για τα δύο σενάρια βλάβης εφόσον τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων είναι υψηλής πιστότητας για τις ιδιομορφικά χαρακτηριστικά για τα οποία χρησιμοποιούνται να προβλέψουν τη βλάβη. Χρήση ιδιομορφικών χαρακτηριστικών τα οποία δεν προβλέπονται ικανοποιητικά από τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων οδηγεί σε εσφαλμένα αποτελέσματα. Επομένως ολοκληρώθηκαν αποτελεσματικά όλες οι δραστηριότητες της ενότητας εργασίας. Η ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας εργασίας γίνεται στο Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας σε συνεργασία με την Εγνατία Οδό ΑΕ. Εργασία 6.4: Πιλοτική Εφαρμογή για την Αποτίμηση της Σεισμικής Επάρκειας και Συνολικής Δομικής Κατάστασης σε Αντιπροσωπευτικούς Τύπους Κατασκευασμένων Γεφυρών της Εγνατίας Οδού ΑΕ Οι στόχοι της ενότητας εργασίας είναι: 1. Η εφαρμογή των μεθοδολογιών που αναπτύχθηκαν στις Εργασίες ΕΕ5 και ΕΕ6 για τον προσδιορισμό των δυναμικών ιδιομορφικών χαρακτηριστικών και την αναθεώρηση των μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων των δύο ενοργανομένων γεφυρών της Εγνατίας Οδού 2. Επαλήθευση της αξιοπιστίας της μεθοδολογίας χρησιμοποιώντας προσομοιωμένα σενάρια βλάβης και προσομοιωμένες μετρήσεις από τις ενοργανομένες γέφυρες της Εγνατίας Οδού. Σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα του έργου η παρούσα εργασία ξεκίνησε το δεύτερο έτος του προγράμματος. Στο τρίτο έτος και στο εξάμηνο παράτασης του προγράμματος ολοκληρώθηκαν όλες οι δραστηριότητες σχετικές με τον πρώτο και τον δεύτερο στόχο. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω δραστηριότηττες: Ολοκληρώθηκε η συστηματική ανάλυση των χρονοιστοριών απόκρισης σε ταλαντώσεις που οφείλονται σε λειτουργικά φορτία (κυκλοφορία οχημάτων και φορτία ανέμου) για τον προσδιορισμό των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών και της δυναμικής συμπεριφοράς και των δύο ενοργανομένων γεφυρών Γ2 (Καβάλας) και Γ9 (Πολύμυλου). Ενδεικτικά αποτελέσματα παρουσιάσθηκαν στην ΕΕ5.3 χρησιμοποιώντας το λογισμικό SModalID που αναπτύχθηκε στην ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 94

95 ΕΕ5.2. Ολοκληρώθηκε η αναθεώρηση εναλλακτικών μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων της γέφυρας Γ2 της Καβάλας με βάση επτά (7) ιδιοσυχνότητες και ιδιομορφές (τρεις εγκάρσιες, μια διαμήκη και 3 καμπτικές) που αναγνωρίσθηκαν αξιόπιστα από την ανάλυση των 24 επιταχυνσιογραφημάτων. Οι προς αναθεώρηση παράμετρες αναφέρονται στην ακαμψία των μεσόβαθρων, στην ακαμψία των εφεδράνων και στην ακαμψία της ανωδομής. Παρατηρήθηκε ότι η ύπαρξη πολύ κοντινών καμπτικών ιδιομορφών δημιουργεί πολυπλοκότητες στο πρόβλημα αναθεώρησης μοντέλων με όλες τις προτεινόμενες μεθόδους (μέθοδοι ίσης και βέλτιστης στάθμευσης των μορφικών υπολοίπων καθώς και μέθοδος πολυκριτηριακής αναγνώρισης), οι οποίες σχετίζονται με την εμφάνιση τοπικών και ολικών ελαχίστων στο πρόβλημα βελτιστοποίησης. Οι υβριδικοί αλγόριθμοι βελτιστοποίησης που προτάθηκαν στην ενότητα ΕΕ6.1 αποδείχθηκαν αποτελεσματικοί στην διάκριση και υπολογισμό του ολικού βέλτιστου αναθεωρημένου μοντέλου από τα πολλαπλά τοπικά βέλτιστα μοντέλα. Με βάση βιβλιογραφικές αναφορές, τα αποτελέσματα αυτά θεωρούνται καινοτόμα. Βρέθηκε επίσης ότι η μέθοδος βέλτιστης στάθμευσης των μορφικών υπολοίπων δίνει βέλτιστα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων τα οποία είναι λογικότερα από αυτά που προκύπτουν από τη μέθοδο ίσης στάθμευσης των μορφικών υπολοίπων. Παρατηρήθηκαν επίσης σημαντικές διαφοροποιήσεις σχετικά με την ακαμψία των εφεδράνων στα ακρόβαθρα και στα μεσόβαθρα. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη μέθοδο βέλτιστης στάθμισης των ιδιομορφικών υπολοίπων για τη γέφυρα Γ2 της Καβάλας δείχνουν ότι η ακαμψία των πλευρικών πυλώνων της γέφυρας είναι περίπου 28% χαμηλότερη από αυτή που χρησιμοποιήθηκε κατά τη φάση του σχεδιασμού, ενώ η ακαμψία του κεντρικού πυλώνα είναι 7% χαμηλότερη. Η ακαμψία των εφεδράνων του κεντρικού πυλώνα είναι 20 φορές υψηλότερη, ενώ η ακαμψία των εφεδράνων των άλλων δύο πυλώνων είναι περίπου 9 φορές υψηλότερη. Τέλος, η ακαμψία των εφεδράνων στα ακρόβαθρα είναι περίπου 12 φορές υψηλότερη, ενώ η ακαμψία της ανωδομής της γέφυρας είναι 50% υψηλότερη. Οι υψηλότερες τιμές της ακαμψίας των εφεδράνων και του καταστρώματος της γέφυρας του αναθεωρημένου μοντέλου, σε σχέση με το ονομαστικό μοντέλο σχεδιασμού της κατασκευής, οφείλεται στο μικρό εύρος των διεγέρσεων που χρησιμοποιήθηκαν για την αναθεώρηση, ενώ οι σχεδιαστικές τιμές της ακαμψίας των εφεδράνων και της ανωδομής της γέφυρας υπολογίζονται με βάση τα πολύ υψηλότερα επίπεδα διέγερσης που εμφανίζονται κατά τις σεισμικές διεγέρσεις. Ολοκληρώθηκε επίσης η αναθεώρηση εναλλακτικών μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων της γέφυρας Γ9 του Πολύμυλου με βάση έξι (6) ιδιοσυχνότητες και ιδιομορφές (τρεις εγκάρσιες και 3 καμπτικές) που αναγνωρίσθηκαν αξιόπιστα από την ανάλυση των λειτουργικών φορτίων από 15 επιταχυνσιόμετρα τοποθετημένα επί της ανωδομής της γέφυρας. Παρά τη λεπτομερή ανάλυση των μετρήσεων, δεν ήταν δυνατή η αναγνώριση ιδιομορφών στην διαμήκη κατεύθυνση. Αυτό οφείλεται στη σχετικά πολύ μικρή απόκριση της γέφυρας στη διαμήκη κατεύθυνση που προκαλείται απο τα φορτία κυκλοφορίας. Χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλα παραμετροποιημένα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων για την αναθεώρηση της δυσκαμψίας των πυλώνων, των εφεδράνων και της ανωδομής της γέφυρας. Σε αντίθεση με τη γέφυρα της Καβάλας, δεν εντοπίσθηκαν προβλήματα με πολλαπλά βέλτιστα στο πρόβλημα βελτιστοποίησης. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ίσης στάθμισης των ιδιομορφικών υπολοίπων, τα αποτελέσματα της αναθεώρησης των κατηγοριών μοντέλων με βάση μόνο τις ιδιοσυχνότητες είναι άριστα αφού αντιστοιχούν σε σχετικά σφάλματα στις ιδιοσυχνότητες με τιμές αρκετά μικρότερες του 1%. Όσον αφορά στα σχετικά σφάλματα των ιδιομορφών αυτά είναι επίσης ιδιαιτέρως μικρά όπως προκύπτει από τις σχετικά καλές τιμές του MAC οι οποίες κυμαίνονται από 0.90 έως 0.99 ανάλογα την κατηγορία μοντέλων και την ιδιομορφή. Στο Σχήμα παρουσιάζονται ενδεικτικά οι ιδιομορφές από το αναθεωρημένο βέλτιστο μοντέλο και συγκρίνονται με τις πειραματικά μετρούμενες ιδιομορφές που προέκυψαν απο τη χρήση του λογισμικού αναγνώρισης της ΕΕ5.2. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 95

96 100 y-axis Βέλτιστο Μοντέλο Πεπερασμένων Στοιχείων 2η εγκάρσια (ω=1,19 Hz) z-axis x-axis Μετρούμενη y-axis -100 Βέλτιστο Μοντέλο Πεπερασμένων Στοιχείων 2η καμπτική (ω=3,07 Hz) z-axis -50 x-axis Μετρούμενη 0 50 Σχήμα Αναθεωρημένες και μετρούμενες ιδιομορφές για την γέφυρα Γ9 (Πολύμυλος) Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη μέθοδο βέλτιστης στάθμισης των ιδιομορφικών υπολοίπων δείχνουν ότι οι τιμές της δυσκαμψίας των εφεδράνων είναι 3,5 τις ονομαστικές τιμές, οι τιμές της ακαμψίας του καταστρώματος κυμαίνονται από 0,94 έως 1.16 τις ονομαστικές τιμές, και οι τιμές της δυσκαμψίας του βάθρου είναι κοντά στο 0,82 φορές τις ονομαστικές τιμές. Αυτό σημαίνει πως τα έδρανα στο ονομαστικό μοντέλο έχουν θεωρηθεί πολύ εύκαμπτα ενώ στην πραγματικότητα είναι περίπου 3.5 φορές πιο δύσκαμπτα. Αντίστοιχα, η δυσκαμψία του καταστρώματος είναι κοντά στην δυσκαμψία που έχει θεωρηθεί στο αρχικό μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων ενώ η δυσκαμψία των βάθρων είναι περίπου 18% μικρότερη από την ονομαστική της τιμή. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι οι δυσκαμψίες του καταστρώματος και των βάθρων στις διαφορετικές διευθύνσεις κάμψεις διαφέρουν σε σχέση με τις ονομαστικές τους τιμές. Οι πολύ υψηλότερες τιμές της δυσκαμψίας των εφεδράνων της γέφυρας του αναθεωρημένου μοντέλου, σε σχέση με το ονομαστικό μοντέλο σχεδιασμού της κατασκευής, οφείλεται στο μικρό εύρος των ταλαντώσεων, ενώ οι σχεδιαστικές τιμές της δυσκαμψίας των εφεδράνων της γέφυρας υπολογίζονται με βάση τα πολύ υψηλότερα επίπεδα ταλάντωσης που δημιουργούνται κατά τις σεισμικές διεγέρσεις. Ολοκληρώθηκε η πιστοποίησης της μεθοδολογίας διάγνωσης βλαβών με χρήση προσομοιωμένων σεναρίων βλάβης από τις δύο ενοργανομένες γέφυρες της Εγνατίας Οδού. Από τις αναλύσεις πιστοποίησης προέκυψαν χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τους περιορισμούς της μεθοδολογίας και της εξάρτησης της αξιόπιστης διάγνωσης βλαβών από την πληροφορία που περιέχεται στις δυναμικές μετρήσεις και τα σφάλματα μοντελοποίησης. Με βάση τις αναλύσεις πιστοποίησης προέκυψε ότι η αξιοπιστία της μεθόδου προσδιορισμού της βλάβης εξαρτάται από το ύψος των σφαλμάτων μοντελοποίησης και των σφαλμάτων στις μετρήσεις, σε σχέση με το μέγεθος της βλάβης. Συγκεκριμένα, οι βλάβες μικρού μεγέθους είναι δυσκολότερο να προσδιοριστούν λόγω της ύπαρξης των παραπάνω σφαλμάτων. Στα αποτελέσματα πιστοποίησης τα οποία παρουσιάσθηκαν, δείχθηκε ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία διάγνωσης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 96

97 βλαβών αναγνωρίζει επιτυχώς την τοποθεσία και το μέγεθος της βλάβης για τα διάφορα σενάρια βλάβης και τις διαφορετικές περιπτώσεις σφαλμάτων μοντελοποίησης και σφαλμάτων μετρήσεων που εξετάστηκαν, με δεδομένο ότι η επιλεγμένη ομάδα κατηγοριών μοντέλων περιέχει την βλάβη, δηλαδή η παραμετροποίηση τουλάχιστον μιας από τις κατηγορίες μοντέλων είναι τέτοια ώστε οι παράμετροι να ελέγχουν τις τοπικές περιοχές της κατασκευής οι οποίες υφίσταται δομικές αλλαγές λόγω βλάβης. Επομένως ολοκληρώθηκαν αποτελεσματικά όλες οι δραστηριότητες της ενότητας εργασίας. Στην ανάπτυξη των διαφόρων φάσεων της παρούσας ενότητας εργασίας συνεργάζονται οι φορείς: Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, ΙΤΣΑΚ και Εγνατία Οδός Α.Ε. Τα αποτελέσματα της ενότητας εργασίας περιγράφονται σε δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και σε πρακτικά συνεδρίων (βλ. Κατάλογο Δημοσιεύσεων). ΕΕ7: Καμπύλες σεισμικής τρωτότητας ελληνικών γεφυρών Εργασία 7.1: Ταξινόμηση ελληνικών γεφυρών σε αντιπροσωπευτικούς τύπους Στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο καθορισμός ενός συστήματος ταξινόμησης των ελληνικών γεφυρών με έμφαση στις γέφυρες καταμήκος της Εγνατίας Οδού, με τελικό σκοπό την συστηματική αποτίμηση της τρωτότητάς των εν λόγω γεφυρών είτε με αναλυτικές (βλ. εργ. 7.2 και 7.3), είτε με εμπειρικές μεθόδους με χρήση ερωτηματολογίου (βλ. εργ. 7.4). Αφετηρία για τον καθορισμό του ελληνικού συστήματος ταξινόμησης γεφυρών αποτέλεσαν οι ήδη υπάρχουσες προτάσεις του ATC-13 (1985), του NBI (FHWA, 1995), του National Institute of Building Sciences στο εγχειρίδιο RMS (1996), καθώς και των τεσσάρων εκδόσεων της μεθοδολογίας HAZUS (HAZUS97, HAZUS99, HAZUS99- SR2, και HAZUS-MH 2004). Μετά από την κριτική επισκόπηση των υφισταμένων συστημάτων, η Ερ. Ομάδα του ΑΠΘ, σε στενή συνεργασία με εκείνες της ΔΟΜΗΣ και της ΕΟΑΕ, κατέληξε στο σύστημα ταξινόμησης που στηρίζεται στις παρακάτω κατηγορίες δομικών κριτηρίων: Τύπος των βάθρων (πίν ) Τύπος του καταστρώματος (πίν ) και Τύπος σύνδεσης βάθρων καταστρώματος (πίν ) Πίνακας 7.1.1: Δομικά κριτήρια ταξινόμησης ανάλογα με τον τύπο των βάθρων Κωδικός Περιγραφή 1 Μονόστυλα κυλινδρικά 2 Μονόστυλα κοίλα ορθογωνικά 3 Πολύστυλα 4 Τοιχωματικά (τοιχοειδή) Πίνακας 7.1.2: Δομικά κριτήρια ταξινόμησης ανάλογα με τον τύπο του καταστρώματος Κωδικός Περιγραφή 1 Πλάκα με ή χωρίς διάκενα 2 Μονοκυψελική κιβωτιοειδής διατομή 3 Σύστημα προκατασκευασμένων δοκών με πλάκα σκυροδετούμενη επιτόπου (συνεχής πάνω από τα μεσόβαθρα) Πίνακας 7.1.3: Δομικά κριτήρια ταξινόμησης ανάλογα με τον τύπο σύνδεσης βάθρωνκαταστρώματος Κωδικός Περιγραφή 1 Μονολιθική 2 Μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) 3 Συνδυασμός μονολιθικών συνδέσεων και συνδέσεων με εφέδρανα ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 97

98 Αναφορικά με τον Πίν σημειώνονται (κυρίως για λόγους πληρότητας) τα ακόλουθα: Στην περίπτωση της Εγνατίας Οδού η διατομή είναι πάντα μονοκυψελική (λόγω και της πρακτικής των ανεξάρτητων κλάδων), αλλά χρησιμοποιείται (κυρίως στο εξωτερικό) και η πολυκυψελική διατομή. Μία άλλη διατομή καταστρώματος είναι (μέχρι στιγμής χρησιμοποιείται μόνο στο εξωτερικό) είναι με προκατασλευασμένους σπονδύλους συρραπτόμενους με προένταση και συγκόλληση, που παρουσιάζει εξαιρετικά μεγάλο οικονομοτεχνικό ενδιαφέρον για αστικές υπερυψωμένες αρτηρίες. Σημαντικό ενδιαφέρον (και προοπτική εφαρμογής για την Ελλάδα) έχει και ο σύμμεικτος φορέας καταστρώματος, που δεν έχει χρησιμοποιηθεί στην Εγνατία Οδό καθευαυτή, αλλά χρησιμοποιήθηκε π.χ. στην γέφυρα της Ποτίδαιας που έγινε από την ΕΟΑΕ, ενώ προβλέπεται να χρησιμοποιηθεί και στην οδογέφυρα που θα κατασκευασθεί (επίσης από την ΕΟΑΕ) για τη γεφύρωση του σωληνοδιαδρόμου της ΕΚΟ στον κόμβο του Καλοχωρίου με την Εσωτερική Περιφερειακή της Θεσσαλονίκης. Με βάση τους παραπάνω πίνακες, κάθε κατηγορία που προκύπτει χαρακτηρίζεται από έναν τριψήφιο κωδικό, κάθε στοιχείο του οποίου υποδηλώνει και το αντίστοιχο δομικό κριτήριο. Έτσι προέκυψαν συνολικά 36 κατηγορίες γεφυρών, από τις οποίες επιλέχθηκαν τελικά οι 11 ως οι πλέον αντιπροσωπευτικές των γεφυρών της Εγνατίας Οδού (πίν ). Για να τεκμηριωθεί η τελική επιλογή, έγινε (από την ΕΟ της ΕΟΑΕ) εκτίμηση του αριθμού των γεφυρών καθεμιάς από τις 36 αρχικές κατηγορίες. Πίνακας Προκύπτουσες κατηγορίες γεφυρών Κωδικός 311 (Α.Τ.Α.Δ.) 121 (Α.Τ.Α.Δ.) 221 (Α.Τ.Γ.) 321 (Α.Τ.Α.Δ.) 421 (Α.Τ.Γ.) 122 (Α.Τ.Γ.) 422 (Α.Τ.Γ.) 232 (Α.Τ.Γ.) 332 (Α.Τ.Γ.) 432 (Α.Τ.Γ.) 223 (Α.Τ.Γ.) Περιγραφή Γέφυρα με κατάστρωμα διατομής πλάκας με ή χωρίς διάκενα εδραζόμενο μονολιθικά επί πολύστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μονολιθικά επί κυκλικών μονόστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μονολιθικά επί κοίλων ορθογωνικών μονόστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μονολιθικά επί πολύστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μονολιθικά επί τοιχωματικών βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί κυκλικών μονόστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί τοιχωματικών βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα από σύστημα (πλακο)δοκών με πρόπλακα εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί κοίλων ορθογωνικών μονόστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα από σύστημα (πλακο)δοκών με πρόπλακα εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί πολύστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα από σύστημα (πλακο)δοκών με πρόπλακα εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί τοιχωματικών βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο με συνδυασμό εφεδράνων και μονολιθικών συνδέσεων επί κοίλων ορθογωνικών μονόστυλων βάθρων αριθμός γεφυρών Εγνατίας ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 98

99 Σχήμα 7.1.1: Τύπος 221: Γέφυρα Γ11-δεξ. κλάδος (τμ. 5.1) Σχήμα 7.1.2: Τύπος 421: Γέφυρα Γ9 (τμ. 5.1) Σχήμα 7.1.3: Τύπος 422: Γέφυρα Λίσσου (ανατ. τομέας) Σχήμα 7.1.4: Τύπος 232: 2η χαραδρογέφυρα της Καβάλας (τμ. 13.7) Επιπλέον για κάθε κατηγορία από τις 11 που τελικώς προκύπτουν έχουν επιλεγεί οι αντίστοιχες γέφυρες της Εγνατίας οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν σε άλλες ενότητες εργασίες του προγράμματος: Τύπος 311: (Α/Δ) Πεδινής, Τμ (3.633Α) Τύπος 121: Η άνω διάβαση Τ7 (τμ ) Τύπος 221: Η γέφυρα Γ11-δεξ. κλάδος (τμ. 5.1) (Σχ. 7.1) Τύπος 321: Η άνω διάβαση Σιάτιστας Τύπος 421: Η γέφυρα Γ9 (τμ. 5.1) (Σχ.7.2) Τύπος 122: Η γέφυρα της Ειρήνης (ανατ. τομέας) Τύπος 422: Η γέφυρα του Λίσσου (ανατ. Τομέας) (Σχ.7.3) Τύπος 232: Η 2η χαραδρογέφυρα της Καβάλας (τμ. 13.7) (σχ.7.4) Τύπος 332: Η γέφυρα Γ3 (τμ ) Τύπος 432: Η γέφυρα του Κόσσυνθου (ανατ. Τομέας) Τύπος 223: Η γέφυρα της Κρυσταλλοπηγής Πλην όμως της βασικής ταξινόμησης των γεφυρών καταμήκος της Εγνατίας Οδού βασική παράμετρο ταξινόμησης αποτελεί, εκτός των άλλων, και ο μηχανισμός με τον οποίο επιτυγχάνεται η απορρόφηση της σεισμικής ενέργειας από τη γέφυρα. Η παράμετρος αυτή συντελεί στην άμεση διαφοροποίηση της μεθοδολογίας για την αποτίμηση της τρωτότητας ιδιαίτερα στην περίπτωση των αναλυτικών μεθοδολογιών (βλ. ΕΕ7.3). Με βάση την εν λόγω παράμετρο γίνεται διάκριση των γεφυρών σε δύο (2) κατηγορίες (βλ.#7.1): Γέφυρες με ανελαστικά βάθρα και Γέφυρες με εφέδρανα και ελαστικά βάθρα (με ή χωρίςσεισμικούς συνδέσμους) Η πρώτη κατηγορία γεφυρών είναι αυτή στην οποία η απορρόφηση της εισαγόμενης σεισμικής ενέργειας γίνεται με ανάπτυξη ανελαστικής συμπεριφοράς (σχηματισμός πλαστικών αρθρώσεων) στα βάθρα (Κατηγορίες 311, 121, 221, 321, 421, 223 του Πίν ). Στην δεύτερη κατηγορία γεφυρών η απορρόφηση της εισαγόμενης σεισμικής ενέργειας γίνεται με ανάπτυξη ανελαστικής συμπεριφοράς στα εφέδρανα ενώ την ίδια στιγμή τα βάθρα συνήθως παραμένουν στην ελαστική περιοχή (σεισμική μόνωση). Οι σεισμικοί σύνδεσμοι που ενδέχεται να έχουν τοποθετηθεί (οιονεί σεισμική μόνωση) αποσκοπούν κυρίως στον περιορισμό της εγκάρσιας ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ-15 99

100 μετακίνησης του καταστρώματος χωρίς να συμβάλλουν ουσιαστικά στον μηχανισμό απορρόφησης της σεισμικής ενέργειας. Η εν λόγω κατηγορία γεφυρών μπορεί να διακριθεί στις ακόλουθες δύο υποκατηγορίες (βλ. #7.1): Γέφυρες με απαραμόρφωτο κατάστρωμα και Γέφυρες με παραμορφώσιμο κατάστρωμα Στην πρώτη από τις δύο υποκατηγορίες ο φορέας ανωδομής μπορεί να μετακινείται επί των εφεδράνων ως απολύτως στερεό σώμα. Η συμπεριφορά αυτή απαντάται συνήθως στην διαμήκη διεύθυνση γεφυρών με εφέδρανα. Αντίθετα κατά την εγκάρσια διεύθυνση η συμπεριφορά του απολύτως στερεού σώματος επιτυγχάνεται μόνο στις περιπτώσεις της σεισμικής μόνωσης, όπου δηλαδή η μετακίνηση του καταστρώματος και στα ακρόβαθρα είναι ελεύθερη κατά την εγκάρσια διεύθυνση. Επιπλέον, πρέπει και ο ίδιος ο φορέας ανωδομής να είναι επαρκώς δύσκαμπτος σε σχέση με τα εφέδρανα προϋπόθεση που ισχύει σε γέφυρες με μικρό μήκος σε σχέση με το πλάτος τους. Η δεύτερη υποκατηγορία, όπου ο φορέας ανωδομής παραμορφώνεται κατά την εγκάρσια διεύθυνση, συναντάται σε γέφυρες με οιονεί σεισμική μόνωση. Στις γέφυρες αυτές η μετακίνηση στα ακρόβαθρα είναι δεσμευμένη με αποτέλεσμα ο φορέας ανωδομής να παραμορφώνεται κατά την εγκάρσια διεύθυνση ως αμφιέρειστη δοκός επί εφεδράνων. Για τον περιορισμό της εγκάρσιας μετακίνησης του καταστρώματος ενδέχεται να έχουν τοποθετηθεί σεισμικοί σύνδεσμοι στα άκρα των μεσοβάθρων. Εργασία 7.2: Εκτίμηση αξιοπιστίας με στοχαστικά μοντέλα σεισμικών κινήσεων και στοχαστικά δομικά μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων Συνοπτικά αναφέρεται ότι κατά τη διάρκεια των προηγούμενων ετών ολοκληρώθηκε η πιλοτική εφαρμογή μεθοδολογιών παραγωγής καμπυλών τρωτότητας τόσο με χρήση δυναμικής ανελαστικής ανάλυσης όσο και με χρήση στατικής υπερωθητικής ανάλυσης, σε χαρακτηριστικούς τύπους γεφυρών. Επίσης κατά τα προηγούμενα έτη ολοκληρώθηκε η μοντελοποίηση και πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις τρωτότητας στη χαραδρογέφυρα της Καβάλας βασισμένες στη στατική υπερωθητική ανάλυση. Κατά τη διάρκεια του τελευταίου έτους ολοκληρώθηκε η μοντελοποίηση της γέφυρας της Ειρήνης (ανατ. τομέας), με το πρόγραμμα SAP 2000(9). Στο Σχήμα παρουσιάζεται το τρισδιάστατο μοντέλο της γέφυρας (ανωδομή εδραζόμενη επί ελαστομεταλλικλων εφεδράνων στο μεσόβαθρα και ακρόβαθρα). Σχήμα 7.2.1: Τρισδιάστατο μοντέλο Γέφυρας Ειρήνης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

101 Στην παρούσα φάση ολοκληρώνονται οι μελέτες αναλύσεων τρωτότητας για τη γέφυρα αυτή (Ειρήνη), οι οποίες βρίσκονται σε τελικό στάδιο επεξεργασίας. Ενδεικτικά παρουσιάζεται στο σχ η καμπύλη στατικής υπερωθητικής ανάλυσης για τη διαμήκη διεύθυνση της γέφυρας, ενώ στο σχ παρουσιάζονται οι υπολογισθείσες καμπύλες τρωτότητας που αντιστοιχούν σε αυτό το διάγραμμα. Base - Force Force (KN) Displacement (m) Σχήμα: 7.2.3: Καμπύλη Pushover για τη διαμήκη διεύθυνση ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΣΤΑΘΜΕΣ Probability 1 Σ Σ Σ PGA x g (m/sec2) Σχήμα 7.2.4: Καμπύλες τρωτότητας για διάφορα επίπεδα σταθμών βλάβης στη διαμήκη διεύθυνση ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

102 Εργασία 7.3: Αναλυτικός προσδιορισμός καμπυλών τρωτότητας βαθμονόμηση με στατιστικά στοιχεία βλαβών Η παρούσα ενότητα που αφορά τον αναλυτικό προσδιορισμό καμπυλών τρωτότητας εστιάζεται κυρίως στις γέφυρες καταμήκος της Εγνατίας Οδού που έχουν επιλεγεί για καθεμιά από τις 11 κατηγορίες που προέκυψαν στην Εργασία 7.1. Η αρχικώς αναπτυχθείσα μεθοδολογία τροποποιήθηκε σε ό,τι αφορά τις γέφυρες με ανελαστικά βάθρα εισάγοντας για τις δύο ενδιάμεσες στάθμες βλάβης (ΣΒ2-Μέσες βλάβες και ΣΒ3-Εκτενείς βλάβες) έναν διττό τρόπο καθορισμού των μέσων τιμών κατωφλίου της μετακίνησης δ (Πίν ), αφενός με βάση το μήκος του μετελαστικού κλάδου (εφαρμόζεται σε γέφυρες με μικρό δείκτη πλαστιμότητας) και αφετέρου με βάση το δείκτη πλαστιμότητας (τιμές 1.5 και 3.0 αντίστοιχα). Το όριο κάθε στάθμης βλάβης προκύπτει ως η ελάχιστη των δύο ανωτέρω τιμών. Επιπλέον, ένα μείζον θέμα το οποίο προέκυψε κυρίως κατά την ανάλυση της σεισμικής απόκρισης στη διαμήκη διεύθυνση είναι το κλείσιμο του αρμού που αφήνεται μεταξύ του καταστρώματος και του θωρακίου του ακροβάθρου, δεδομένου ότι στον υπολογισμό του εύρους του συνεκτιμάται μόνο το 40% της σεισμικής μετακίνησης (Εγκύκλιος Ε39/99). Ως εκ τούτου είναι απολύτως βέβαιο ότι για σεισμική δράση είτε λίγο χαμηλότερη, είτε (σπανιότερα) λίγο υψηλότερη από τη δράση σχεδιασμού (του ΕΑΚ) ο αρμός θα κλείσει, με αποτέλεσμα αφενός την πρόσκρουση του καταστρώματος επί του θωρακίου και την εμφάνιση των όποιων αντίστοιχων βλαβών και αφετέρου την σημαντική ανακατανομή των διαμήκων σεισμικών δράσεων μεταξύ μεσοβάθρων και ακροβάθρου. Έτσι, στην περίπτωση που δεν γίνεται ακριβέστερη προσομοίωση του συστήματος ακροβάθρουεπιχώματος ώστε να ληφθεί υπόψη το κλείσιμο του αρμού μεταξύ θωρακίου και καταστρώματος οι στάθμες βλάβες κατά τη διαμήκη διεύθυνση των γεφυρών τροποποιήθηκαν με τον ορισμό νέων παραμέτρων, ώστε να ληφθεί υπόψη με προσεγγιστικό τρόπο η επιρροή των προαναφερθέντων φαινομένων (Πίν και 7.3.2). Συγκεκριμένα, στην στάθμη βλάβης ΣΒ1-Μικρές βλάβες ως νέα παράμετρος ορίσθηκε η μετακίνηση κατά το κλείσιμο του αρμού δ αρμ., ώστε να συνεκτιμηθεί η οριακή ενεργοποίηση του ακροβάθρου μέσω της οποίας προκαλούνται κάποιες μικρορηγματώσεις στο θωράκιο πρόσκρουσης και στην αντίστοιχη περιοχή του καταστρώματος. Στην δεύτερη στάθμη βλάβης (ΣΒ2-Μέσες βλάβες) η επιπλέον παράμετρος είναι η μετακίνηση δ αρμ αυξημένη κατά 10%, δηλαδή 1.1 δ αρμ, ώστε να ληφθούν υπόψη η διαρροή είτε του θωρακίου πρόσκρουσης είτε του επιχώματος πίσω από το ακρόβαθρο και οι συνακόλουθες μέσου βαθμού βλάβες στην περιοχή του καταστρώματος πλησίον του ακροβάθρου (π.χ. τοπικές αποφλοιώσεις). Στην τρίτη στάθμη βλάβης (ΣΒ3-Εκτενείς βλάβες) η επιπλέον παράμετρος είναι η μετακίνηση δ αρμ αυξημένη κατά 20%, δηλαδή 1.2 δ αρμ, ώστε να συνυπολογιστούν η κατάσταση μετά τη διαρροή είτε του ακροβάθρου είτε του επιχώματος και ο εκτεταμένος βαθμός βλάβης στην περιοχή του καταστρώματος πλησίον του ακροβάθρου (π.χ. εκτεταμένες αποφλοιώσεις, αποκάλυψη οπλισμών-τενόντων). Η τελευταία στάθμη βλάβης (ΣΒ4-Αστοχία) έχει ως επιπλέον παραμέτρους την τιμή κατωφλίου της στάθμης ΣΒ3, αυξημένη κατά 10%, δηλαδή 1.1 δ ΣΒ3 όταν η προηγούμενη τιμή υπολείπεται της a δ u και την μετακίνηση a δu (a<1), με τις οποίες λαμβάνεται υπόψη η αστοχία του συστήματος ακροβάθρουεπιχώματος που συνεπάγεται έναν αντίστοιχο μη επισκευάσιμο βαθμό βλάβης στην περιοχή του καταστρώματος πλησίον του ακροβάθρου (που, πάντως, για τις σύγχρονες ελληνικές γέφυρες δεν περιλαμβάνει απώλεια έδρασης του καταστρώματος λόγω των πολύ μεγάλων μηκών έδρασης). Πίνακας Καθορισμός σταθμών βλάβης για γέφυρες με ανελαστικά βάθρα α/α Στάθμη βλάβης Απαιτούμενες επισκευές Τιμές κατωφλίου δ Διαμήκης Διεύθυνση Εγκάρσια διεύθυνση ΣΒ0 Μηδενικές βλάβες Καμία min{0.7 δ y, δ αρμ } 0.7 δ y ΣΒ1 Μικρές βλάβες Μικρές επιδιορθώσεις > min{0.7 δ y, δ αρμ } > 0.7 δ y ΣΒ2 Μέσες βλάβες Επισκευή στοιχείων ΣΒ3 ΣΒ4 Εκτενείς βλάβες Αστοχία Επανακατασκευή στοιχείων Επανακατασκευή γέφυρας > min{1.5 δ y, δ y +(1/3) (δ u -δ y ), 1.1 δ αρμ } > min{3.0 δ y, δ y +(2/3) (δ u -δ y ), 1.2 δ αρμ } δu, όταν δu < 1. 1 δ > max a δu, 1. 1 δσβ3 { } ΣΒ3 > min{1.5 δ y, δ y +(1/3) (δ u -δ y )} > min{3.0 δ y, δ y +(2/3) (δ u -δ y )} > δ u ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

103 α/α Πίνακας Καθορισμός σταθμών βλάβης για γέφυρες εφέδρανα και ελαστικά βάθρα Στάθμη βλάβης Τιμές κατωφλίου δ Διαμήκης διεύθυνση Εγκάρσια διεύθυνση ΣΒ0 Μηδενικές βλάβες min{δ(γ tot = γ y = 0.2), δ αρμ } δ(γ tot = γ y = 0.2) ΣΒ1 Μικρές βλάβες > min{δ(γ tot = γ y = 0.2), δ αρμ } > δ(γ tot = γ y = 0.2) ΣΒ2 Μέσες βλάβες > min{δ(γ tot = 1.5), 1.1 δ αρμ } > δ(γ tot = 1.5) ΣΒ3 Εκτενείς βλάβες > min{δ(γ tot = 2.0), 1.2 δ αρμ } > δ(γ tot = 2.0) ( ) ( ) { } δ γtot = 5. 0, όταν δ γtot = 5. 0 ΣΒ4 Αστοχία > max a δ( γtot = 5. 0), 1. 1 δσβ3 < 1. 1 δ ΣΒ3 > δ(γ tot = 5.0) Με βάση τα προαναφρθέντα λεπτομερή κριτήρια, υπολογίστηκαν καμπύλες τρωτότητας και για τις έντεκα γέφυρες καταμήκος της Εγνατίας Οδού που είχαν επιλεχθεί, οι οποίες είναι οι ακόλουθες: Κατηγορία 111: Άνω διάβαση Πεδινής, Τμήμα Κατηγορία 311: Άνω διάβαση Τ2 κόμβου Σιάτιστας Κατηγορία 121: Άνω διάβαση Τ7, Τμήμα Κατηγορία 221: Γέφυρα Γ11, Δεξιός κλάδος, Τμήμα 5.1 Κατηγορία 421: Γέφυρα Γ9, Τμήμα 5.1 Κατηγορία 122: Γέφυρα Ειρήνης Κατηγορία 422: Γέφυρα ποταμού Λίσσου Κατηγορία 232: 2η χαραδρογέφυρα Καβάλας, Τμήμα 13.7 Κατηγορία 332: Γέφυρα Γ2, Τμήμα Κατηγορία 432: Γέφυρα ποταμού Κόσσυνθου Κατηγορία 223: Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής Η παρουσίαση των γεφυρών γίνεται πρωτίστως με βάση τον τύπο σύνδεσης βάθρωνκαταστρώματος (τρίτος κωδικός αριθμός), στη συνέχεια με βάση τον τύπο του φορέα ανωδομής (δεύτερος κωδικός αριθμός) και τέλος με βάση τον τύπο των βάθρων (πρώτος κωδικός αριθμός). Οι καμπύλες τρωτότητας για τη διαμήκη και την εγκάρσια διεύθυνση των εν λόγω γεφυρών στην περίπτωση που χρησιμοποιείται ως φάσμα σχεδιασμού το ελαστικό φάσμα του ΕΑΚ (2003) φαίνονται στα Σχ έως και Στα σχήματα αυτά για τη διαμήκη διεύθυνση έχουν σχεδιαστεί δύο δέσμες καμπυλών τρωτότητας. Η μία (με συνεχή γραμμή) αναφέρεται στην περίπτωση που ληφθεί υπόψη η επιρροή του κλεισίματος του αρμού μεταξύ θωρακίου και καταστρώματος, δηλαδή της ενεργοποίησης του συστήματος ακροβάθρου-επιχώματος, ενώ η δεύτερη στην περίπτωση που αγνοηθεί. Η εν λόγω παράθεση σε όσες γέφυρες χρησιμοποιούνται τα προσεγγιστικά όρια που καθορίζονται με βάση τους Πίν και γίνεται με σκοπό την θέσπιση αντίστοιχα ενός κάτω και ενός άνω ορίου εντός των οποίων βρίσκεται η πραγματική κατάσταση. Αυτό βεβαίως ισχύει στις περιπτώσεις που οι μέσες τιμές κατωφλίου της μετακίνησης δ mi που καθορίζονται με βάση μόνο τις βλάβες στα μεσόβαθρα προκύπτουν μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες τιμές που καθορίζονται εάν ληφθούν υπόψη και οι όποιες βλάβες στο σύστημα ακρόβαθρο-επίχωμα (π.χ. άνω διάβαση Πεδινής, γέφυρα Γ11, Δεξιός κλάδος, γέφυρα Γ2, Τμήμα 1.1.6). Αντίθετα, στην περίπτωση που οι τιμές δ mi προκύπτουν μικρότερες, τότε καθοριστικές είναι σαφώς οι αντίστοιχες βλάβες στα μεσόβαθρα συνεπώς οι καμπύλες των δύο περιπτώσεων ταυτίζονται (π.χ. γέφυρα Γ9, Τμήμα 5.1, γέφυρα ποταμού Λίσσου). Σε όσες γέφυρες έγινε λεπτομερής προσομοίωση του εν λόγω φαινομένου (άνω διάβαση Πεδινής και άνω διάβαση Τ7) η παράθεση έχει περισσότερο συγκριτικό χαρακτήρα τονίζοντας ότι στις περιπτώσεις που ο αρμός υπολογίζεται συνεκτιμώντας μόνο το 40% της σεισμικής μετακίνησης αναμένεται η αστοχία του συστήματος ακροβάθρου-επιχώματος να προηγείται της αστοχίας των μεσοβάθρων. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

104 F(DP>DP i S) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) Μκρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) PGA [g] Μικ ρές βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.1: Καμπύλες τρωτότητας άνω διάβασης Πεδινής (κατηγορία 111) F(DP>DP i S) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.2: Καμπύλες τρωτότητας άνω διάβασης Τ2 κόμβου Σιάτιστας (κατηγορία 311) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.3: Καμπύλες τρωτότητας άνω διάβασης Τ7 (κατηγορία 121) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

105 F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.4: Καμπύλες τρωτότητας γέφυρας Γ11, Δεξιός κλάδος (κατηγορία 221) F(DP>DP i S) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.5: Καμπύλες τρωτότητας γέφυρας Γ9, Τμήμα 5.1 (κατηγορία 421) 1.0 F(DP>DP i S) PGA [g] F(DP>DP i S) Μκ ρές Βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.6: Καμπύλες τρωτότητας γέφυρας Ειρήνης (κατηγορία 122) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

106 F(DP>DP i S) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Εκτενείς βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.7: Καμπύλες τρωτότητας γέφυρας ποταμού Λίσσου (κατηγορία 422) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.8: Καμπύλες τρωτότητας 2η χαραδρογέφυρα Καβάλας, Τμήμα 13.7 (κατηγορία 232) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα 7.3.9: Καμπύλες τρωτότητας γέφυρας Γ2, Τμήμα (κατηγορία 332) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

107 F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) F(DP>DP i S) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα : Καμπύλες τρωτότητας γέφυρας ποταμού Κόσσυνθου (κατηγορία 432) F(DP>DP i S) F(DP>DP i S) Μκ ρές Βλάβες (με κλείσιμο αρμού) Μκ ρές Βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) PGA [g] Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες (με κλείσιμο αρμού) (με κλείσιμο αρμού) Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες (χωρίς κλείσιμο αρμού) (χωρίς κλείσιμο αρμού) Αστοχία (με κλείσιμο αρμού) Αστοχία (χωρίς κλείσιμο αρμού) PGA [g] Μκ ρές Βλάβες Μέσες βλάβες Εκτενείς βλάβες Αστοχία α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα : Καμπύλες τρωτότητας γέφυρας Κρυσταλλοπηγής (κατηγορία 223) Συγκρίνοντας τις καμπύλες τρωτότητας μεταξύ διαφόρων κατηγοριών διαπιστώθηκε ότι εκτός από τις αναμενόμενες ομοιότητες στα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης και κατ επέκταση στις καμπύλες τρωτότητας προέκυψαν και αρκετές διαφορές, ακόμη και μεταξύ φαινομενικώς παρεμφερών τύπων γεφυρών, διαφορές που προέκυπταν τόσο από τη διαφορά σε γεωμετρικά χαρακτηριστικά (ανοίγματα, ύψη βάθρων, κλπ.) όσο και στις συνθήκες στήριξης, που στις γέφυρες παρουσιάζουν μια μεγάλη ποικιλία (σε αντίθεση με τα κτίρια). Από τη σύγκριση των καμπυλών τρωτότητας μεταξύ των δύο διευθύνσεων των γεφυρών (διαμήκους και εγκάρσιας) προέκυψε ότι ενγένει κρίσιμη διεύθυνση είναι η διαμήκης, υπό την προϋπόθεση ότι ο καθορισμός της γίνεται με βάση τις δύο τελευταίες στάθμες βλάβης (ΣΒ3-Εκτενείς βλάβες και ΣΒ4-Αστοχία). Αυτό βεβαίως ισχύει με την επιφύλαξη της διεξαγωγής της ανάλυσης στην εγκάρσια διεύθυνση για μια μόνο κατανομή φόρτισης (όχι απαραίτητα δυσμενή για όλα τα μεγέθη) και οφείλεται αφενός στο ότι, κατά κανόνα, η αντοχή της γέφυρας είναι μικρότερη στη διεύθυνση αυτή (λόγω, κυρίως, του προσανατολισμού των βάθρων, τα οποία έχουν την ισχυρή διεύθυνσή τους εγκάρσια προς τον άξονα της γέφυρας), αλλά και στους μικρούς αρμούς μεταξύ καταστρώματος και ακροβάθρων που έχουν προβλεφθεί (μήκος αρμών ίσο με το 40% της σεισμικής μετακίνησης) που οδηγούν σε αστοχία κατά την εν λόγω διεύθυνση λόγω αστοχίας του συστήματος ακροβάθρουεπιχώματος, η οποία συνήθως επέρχεται πριν την αστοχία των βάθρων ή των εφεδράνων. Oι καμπύλες τρωτότητας για όλες τις γέφυρες υπολογίστηκαν εκτός από την περίπτωση του ελαστικού φάσματος του ΕΑΚ (2003) και για το μέσο φάσμα των ελληνικών σεισμών. Ενδεικτικά στο Σχ α δίνονται σε παράθεση οι ανωτέρω δύο περιπτώσεις για την γέφυρα Γ11, δεξιός κλάδος. Από τη σύγκρισή τους διαπιστώνεται σημαντική μετάθεση των καμπυλών τρωτότητας προς τα δεξιά κατά την μετάβαση από το ελαστικό φάσμα του ΕΑΚ (2003) στο μέσο φάσμα των 71 ελληνικών καταγραφών (ισοδύναμα σημαντική μείωση της πιθανότητας υπέρβασης μίας δεδομένης στάθμης βλάβης για δεδομένη σεισμική ένταση). Αυτό οφείλεται στη σημαντική διαφορά που έχει το μέσο ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

108 φάσμα των ελληνικών σεισμών με το αντίστοιχο φάσμα του ΕΑΚ (2003) για τιμές περιόδων πάνω από 0.40sec (Σχ β), περιοχή στην οποία βρίσκονται όλες οι θεμελιώδεις ιδιοπερίοδοι των γεφυρών που εξετάστηκαν. Επιπλέον, σε ορισμένες περιπτώσεις γεφυρών, όπως π.χ. η γέφυρα Γ11, δεξιός κλάδος (Σχ α) διαπιστώνεται ότι οι μέσες τιμές κατωφλίου της PGA είναι πέραν της πραγματικότητας (τιμές 2g και μεγαλύτερες για τη στάθμη βλάβης ΣΒ4-Αστοχία), οι οποίες υποδηλώνουν τα σημαντικά περιθώρια ασφαλείας των εν λόγω γεφυρών έναντι αστοχίας. Εκτός των άλλων οι προκύπτουσες καμπύλες τρωτότητας επαληθεύονται και βαθμονομούνται βάσει πραγματικών δεδομένων καταγραφών βλαβών από το διεθνή χώρο (Η.Π.Α. και Ιαπωνία), εφόσον για τον ελληνικό χώρο δεν υφίστανται αντίστοιχες καταγραφές. Με τον τρόπο αυτόν λαμβάνονται υπόψη με έμμεσο τρόπο διάφορες παράμετροι που υπεισέρχονται στην πραγματική απόκριση μίας γέφυρας σε σεισμό, οι οποίες είναι πολύ δύσκολο, αν όχι ανέφικτο, να συνεκτιμηθούν στο πλαίσιο μίας αναλυτικής μεθοδολογίας. Συγκεκριμένα, για κάθε στάθμη βλάβης σχεδιάζονται οι αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας σε παράθεση με τις εμπειρικές καμπύλες τρωτότητας για τους σεισμούς του Northridge (Basöz et al., 1999) και του Kobe (Yamazaki et al., 1999). Θεωρώντας ότι για κάθε στάθμη βλάβης οι αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας που προέκυψαν για το φάσμα απαίτησης του ΕΑΚ (2003) αποτελούν το κάτω όριο, ενώ οι αντίστοιχες για το μέσο φάσμα των ελληνικών σεισμών αποτελούν το άνω όριο, αναμένεται ότι οι αντίστοιχες εμπειρικές καμπύλες βρίσκονται εντός των ανωτέρω ορίων, γεγονός που διαπιστώθηκε για όλες τις στάθμες βλάβης κυρίως κατά τη διαμήκη διεύθυνση των εξεταζόμενων γεφυρών στην περίπτωση που ληφθούν υπόψη οι βλάβες στο σύστημα ακροβάθρου-επιχώματος, έστω και με τα προσεγγιστικά όρια που καθορίστηκαν (βλ. Πίν και 7.3.2). Αντίθετα, κατά την εγκάρσια διεύθυνση διαπιστώθηκε ότι σε αρκετές γέφυρες οι εμπειρικές καμπύλες βρίσκονται είτε δεξιότερα του άνω ορίου (ισοδύναμα μικρότερη πιθανότητα υπέρβασης για δεδομένη στάθμη σεισμικής έντασης) είτε αριστερότερα του κάτω ορίου (ισοδύναμα μεγαλύτερη πιθανότητα υπέρβασης για δεδομένη στάθμη σεισμικής έντασης). Η πρώτη περίπτωση, που σαφώς είναι προς την πλευρά της ασφαλείας, οφείλεται αφενός στην υποεκτίμηση διαφόρων χαρακτηριστικών των γεφυρών (αντοχή, πλαστιμότητα, διαρροή και αστοχία εφεδράνων) είτε λόγω απευθείας υπολογισμού είτε λόγω εκτέλεσης της στατικής ανελαστικής ανάλυσης κατά την εν λόγω διεύθυνση μόνο για την πρώτη ιδιομορφή (όχι κατ ανάγκη δυσμενή για όλα τα μεγέθη) και αφετέρου στην ευεργετική επίδραση διαφόρων παραγόντων (όπως π.χ. η αλληλεπίδραση εδάφους-θεμελίωσηςανωδομής) οι οποίοι δεν ελήφθησαν υπόψη στην αναλυτική προσέγγιση. Αντίθετα, η δεύτερη περίπτωση, που σίγουρα δεν είναι προς την πλευρά της ασφάλειας, οφείλεται κυρίως στην υπερεκτίμηση των διαφόρων χαρακτηριστικών των γεφυρών για τους ίδιους λόγους που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Στο Σχ φαίνεται ενδεικτικά η βαθμονόμηση των αναλυτικών καμπυλών τρωτότητας της στάθμης βλάβης ΣΒ4-Αστοχία για την άνω διάβαση της Πεδινής. F(DP>DP i S) PGA [g] Μκρές Βλάβες ΕΑΚ (2003) Μκρές Βλάβες (ΜΦΕΣ) Μέσες βλάβες ΕΑΚ (2003) Μέσες βλάβες (ΜΦΕΣ) Εκτενείς βλάβες ΕΑΚ (2003) Εκτενείς βλάβες (ΜΦΕΣ) Αστοχία ΕΑΚ (2003) Αστοχία (ΜΦΕΣ) Sa (g) T [sec] ΕΑΚ2003 Έδαφος Α ΕΑΚ2003 Έδαφος Β ΕΑΚ2003 Έδαφος Γ ΜΦΕΣ α. Καμπύλες τρωτότητας κατά την β. Σύγκριση ελαστικού φάσματος ΕΑΚ (2003) εγκάρσια διεύθυνση της γέφυρας Γ11 και μέσου φάσματος ελληνικών σεισμών Σχήμα : Επιρροή του χρησιμοποιούμενου φάσματος απαίτησης ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

109 1.0 F(DP>DP i S) PGA [g] Αστοχία [με κλείσιμο αρμού-eak (2003)] Αστοχία [με κλείσιμο αρμού-μφεσ] Αστοχία [Northridge Earthquake] Αστοχία [χωρίς κλείσιμο αρμού-eak (2003)] Αστοχία [χωρίς κλείσιμο αρμού-μφεσ] Αστοχία [Kobe Earthquake] F(DP>DP i S) PGA [g] Αστο χία [ΕΑΚ (2003)] Αστοχία [ΜΦΕΣ] Αστοχία [Northridge Earthquake] Αστο χία [Kobe Earthquake] α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Σχήμα : Βαθμονόμηση αναλυτικών καμπυλών τρωτότητας της στάθμης βλάβης ΣΒ4-Αστοχία για τη άνω διάβαση Πεδινής Τέλος, στο πλαίσιο της παρούσας ενότητας εργασίας έγινε ενσωμάτωση των καμπυλών τρωτότητας που υπολογίστηκαν για όλες τις γέφυρες στο λογισμικό της Εγνατίας Οδού (βλ. Παραδ. 7.3, Κεφ. 5). Οι καμπύλες τρωτότητας που παρέχει στον χρήστη το εν λόγω λογισμικό συσχετίζουν τον μέσο βαθμό βλάβης της γέφυρας (σε ποσοστό %). Η μορφή τους φαίνεται στο Σχ α, ενώ στο Σχ β φαίνεται ενδεικτικά η αντίστοιχη καμπύλη τρωτότητας που προέκυψε για τη διαμήκη διεύθυνση της γέφυρας Γ9, Τμήμα 5.1 για το ελαστικό φάσμα του ΕΑΚ (2003) λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή του κλεισίματος του αρμού % % % % Damage LS4 LS3 LS2 Μέσος Βαθμός Βλάβης [%] 70% 60% 50% 40% 30% 20% LS1 10% ln(pga) 0% PGA [g] α. Μορφή καμπυλών τρωτότητας β. Καμπύλη τρωτότητας για τη διαμήκη διεύθυνση του λογισμικού της Εγνατίας Οδού της γέφυρας Γ9, Τμήμα 5.1 [Ελαστικό φάσμα ΕΑΚ (2003), με κλείσιμο αρμού] Σχήμα : Ενσωμάτωση καμπυλών τρωτότητας στο λογισμικό της Εγνατίας Οδού ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

110 Εργασία 7.4: Ταχεία αποτίμηση τρωτότητας γεφυρών με χρήση ερωτηματολογίου Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας έγινε τροποποίηση βελτίωση του ερωτηματολογίου της ΟΜ του ΟΑΣΠ (Α. Καραμάνος, Σ. Σταθόπουλος, κ.ά.) που είχε επιλεγεί ως αφετηρία της παρούσας εργασίας. Το προτεινόμενο έντυπο φαίνεται στο Σχ και κατά τη διαμόρφωσή του ελήφθη ειδική μέριμνα ώστε να είναι δυνατή η συμπλήρωσή του από έναν μέσο μηχανικό σε ένα εύλογο χρονικό διάστημα και αφετέρου να είναι σχετικά λεπτομερές ώστε να προκύπτει μία σαφής εικόνα για την τρωτότητα της γέφυρας. Οι τροποποιήσεις που πραγματοποιήθηκαν είναι οι ακόλουθες: 1) Αναδιάρθρωση των διαφόρων παραμέτρων του ερωτηματολογίου του ΟΑΣΠ και την ταξινόμησή τους σε κατηγορίες, ώστε να διαχωριστούν με σαφή τρόπο οι παράμετροι δομικής τρωτότητας, σπουδαιότητας, και σεισμικής επικινδυνότητας, 2) αφαίρεση της παραμέτρου «τήρηση των κατασκευαστικών διατάξεων», δεδομένου ότι είναι πρακτικά αδύνατο να διαπιστωθεί σε επίπεδο ταχέoς οπτικού ελέγχου (ενώ δεν έχει και νόημα για τις σύγχρονες γέφυρες της Εγνατίας), 3) αφαίρεση της παραμέτρου «συνθήκη στήριξης στη βάση των μεσοβάθρων», τη στιγμή που σε όλες τις (σύγχρονες ελληνικές) γέφυρες τα μεσόβαθρα συνδέονται μονολιθικά με τη θεμελίωσή τους, 4) αφαίρεση της παραμέτρου «πραγματικές διαστάσεις έδρασης» των εφεδράνων, εφόσον δεν συνεισφέρει ουσιωδώς στον υπολογισμό της βαθμολογίας της γέφυρας, 5) διαχωρισμός της παραμέτρου «συνθήκες εγκάρσιας στήριξης» στην περίπτωση σύνδεσης μέσω εφεδράνων σε ακρόβαθρα και μεσόβαθρα, ώστε να καταστεί δυνατή μία σαφής αποτύπωση της ελεύθερης ή δεσμευμένης εγκάρσιας μετακίνησης του καταστρώματος στις εν λόγω περιπτώσεις, 6) προσθήκη της παραμέτρου «διατάξεις πρόσθετης απόσβεσης», ώστε να καταστεί δυνατή η εφαρμογή του ερωτηματολογίου και σε όποιες σύγχρονες γέφυρες έχει προβλεφθεί η τοποθέτηση τέτοιου είδους διατάξεων (π.χ. μεταλλικοί υστερητικοί αποσβεστήρες, υδραυλικοί ιξώδεις αποσβεστήρες, διαμήκεις αποσβεστήρες από ελαστομερές κ.ά.), 7) προσθήκη της παραμέτρου «Έτος μελέτης», ώστε να είναι δυνατός ο προσδιορισμός των κανονισμών βάσει των οποίων μελετήθηκε η εν λόγω γέφυρα και 8) προσθήκη των παραμέτρων «κατάσταση σκυροδέματος» και «κατάσταση επικάλυψης οπλισμών» με στόχο την πληρέστερη αποτύπωση της γενικής κατάστασης της γέφυρας. Ο υπολογισμός της βαθμολογίας κάθε γέφυρας, εξακολουθεί να γίνεται με την διαδικασία που περιγράφεται στο εγχειρίδιο του ΟΑΣΠ, παρ όλο το μειονέκτημά της σε ό,τι αφορά την επιρροή της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης στον υπολογισμό του δείκτη δομικής τρωτότητας με αποτέλεσμα να μην διαχωρίζεται η τρωτότητα από τη σεισμική επικινδυνότητα με σαφή τρόπο. Το νέο ερωτηματολόγιο συνοδεύεται από ξεχωριστό έντυπο με σαφείς οδηγίες συμπλήρωσης (περιλαμβάνονται και στο Παραδ. 7.4). Σημειώνεται ότι η αρίθμηση των παραμέτρων και η ταξινόμησή τους σε κατηγορίες (γενικά, δομική τρωτότητα, σπουδαιότητα, και σεισμική επικινδυνότητα) είναι ίδια με αυτήν του εντύπου οδηγιών και ακολουθεί την αρίθμηση των παραμέτρων του ερωτηματολογίου. Για την εφαρμογή του ερωτηματολογίου επιλέχθηκαν δύο γέφυρες από κάθε κατηγορία με βάση το σύστημα ταξινόμησης ελληνικών γεφυρών (βλ. Παραδ. 7.1), η μία εκ των οποίων είναι αυτή για την οποία εξήχθησαν καμπύλες τρωτότητας με βάση την προτεινόμενη αναλυτική μεθοδολογία στο πλαίσιο της ενότητας εργασίας 7.3 (βλ. Παραδ. 7.3). Σημειώνεται ότι για την κατηγορία 422 η εφαρμογή του ερωτηματολογίου περιορίσθηκε μόνο στη γέφυρα του ποταμού Λίσσου, δεδομένου ότι όλες οι υπόλοιπες γέφυρες της εν λόγω κατηγορίας καταμήκος της Εγνατίας Οδού είναι ακόμη σε στάδιο κατασκευής (σε ένα σύνολο 150 γεφυρών). Γέφυρες της κατηγορίας 422 των οποίων η κατασκευή έχει περατωθεί βρέθηκαν, με τη βοήθεια της εταιρείας ΔΟΜΗ Ο.Ε., εκτός όμως της Εγνατίας Οδού. Έτσι, προέκυψαν συνολικά 21 γέφυρες οι οποίες είναι οι ακόλουθες: Κατηγορία 111: Άνω διάβαση Πεδινής, Τμήμα Άνω διάβαση στην Χ.Θ Κατηγορία 311: Άνω διάβαση Τ2 κόμβου Σιάτιστας Άνω διάβαση στην Χ.Θ Κατηγορία 121: Άνω διάβαση Τ7, Τμήμα ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

111 Άνω διάβαση Τ6, Τμήμα Κατηγορία 221: Γέφυρα Γ11, Δεξιός κλάδος, Τμήμα 5.1 Γέφυρα Γ10, Δεξιός κλάδος, Τμήμα 5.1 Κατηγορία 421: Γέφυρα Γ9, Τμήμα 5.1 Γέφυρα Γ1, Τμήμα 5.2 Κατηγορία 122: Γέφυρα Ειρήνης Γέφυρα Τρελοχειμάρου Κατηγορία 422: Γέφυρα ποταμού Λίσσου Κατηγορία 232: 2η χαραδρογέφυρα Καβάλας, Τμήμα 13.7 Γέφυρα Τ6, Τμήμα 11.3 Κατηγορία 332: Γέφυρα Γ2, Τμήμα Γέφυρα Τ7, Τμήμα 9.2 Κατηγορία 432: Γέφυρα ποταμού Κόσσυνθου Γέφυρα Κομψάτου Κατηγορία 223: Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής Γέφυρα Γ10, Αριστερός κλάδος, Τμήμα 5.1 Και εδώ η παρουσίαση των γεφυρών γίνεται πρωτίστως με βάση τον τύπο σύνδεσης βάθρωνκαταστρώματος (τρίτος κωδικός αριθμός), στη συνέχεια με βάση τον τύπο του φορέα ανωδομής (δεύτερος κωδικός αριθμός) και τέλος με βάση τον τύπο των βάθρων (πρώτος κωδικός αριθμός). Ενδεικτικά στο Σχ δίνεται το ερωτηματολόγιο που συμπληρώθηκε για την γέφυρα Γ10, Αριστερός κλάδος, Τμήμα 5.1. Από τις βαθμολογίες που προέκυψαν (Πίν ) διαπιστώθηκε καταρχήν ότι όλες οι γέφυρες συγκεντρώνουν χαμηλές βαθμολογίες (Δ<5 και 0 Τ 100) συνεπώς δεν απαιτείται λεπτομερέστερος έλεγχος της τρωτότητάς τους, γεγονός αναμενόμενο αφού πρόκειται για γέφυρες που έχουν κατασκευαστεί πρόσφατα (άρα έχουν σχεδιαστεί με σύγχρονους κανονισμούς). Κατά δεύτερον και αναφορικά με τη διακύμανση των βαθμολογιών διαπιστώθηκε ότι η αύξηση της τιμής του δείκτη σεισμικής διακινδύνευσης οφείλεται κατά κύριο λόγο στην αύξηση των δεικτών δομικής κατάστασης Δ και σεισμικής διακινδύνευσης Ε. Ο δείκτης σεισμικής επικινδυνότητας εξαρτάται άμεσα από την μέγιστη εδαφική επιτάχυνση και από τον τύπο του εδάφους θεμελίωσης. Οι ίδιες παράμετροι υπεισέρχονται, εσφαλμένα, και στον υπολογισμό του δείκτη δομικής κατάστασης. Συγκεκριμένα, η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση λαμβάνεται υπόψη κατά την αρχική κατάταξη της γέφυρας σε μία σεισμική κατηγορία, αντίστοιχα (1), (2), (3) ή (4). Στην περίπτωση των δύο πρώτων κατηγοριών ο δείκτης τρωτότητας των μεσοβάθρων ΔΤΜ και ο δείκτης τρωτότητας των ακροβάθρων ΔΤΑ λαμβάνουν μηδενικές τιμές, ενώ στην περίπτωση των δύο τελευταίων υπολογίζονται με βάση τη διαδικασία που περιγράφεται στο εγχειρίδιο του ΟΑΣΠ. Η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών υπεισέρχεται κατά τον υπολογισμό του δείκτη τρωτότητας λόγω ρευστοποίησης του εδάφους θεμελίωσης, ΔΤΡ. Ακολούθως έγινε συσχετισμός βαθμολογιών και καμπυλών τρωτότητας, ο οποίος συνίσταται σε μία πρώτη, ποιοτικού χαρακτήρα, σύγκριση για να διερευνηθεί κατά πόσο η διαδικασία υπολογισμού των βαθμολογιών με βάση το εγχειρίδιο του ΟΑΣΠ δίνει μία σαφή εικόνα της τρωτότητας των γεφυρών. Υπενθυμίζεται ότι η βαθμολογία μίας γέφυρας (δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης Τ) σχετίζεται με την καμπύλη τρωτότητας που αντιστοιχεί στη στάθμη βλάβης ΣΒ4-Αστοχία. Για το σκοπό αυτόν χρησιμοποιούνται οι καμπύλες τρωτότητας, συγκεκριμένα οι μέσες τιμές κατωφλίου PGA mi για την στάθμη βλάβης ΣΒ4-Αστοχία καθώς και οι πιθανότητες υπέρβασης για το σεισμό σχεδιασμού P f (A), που προέκυψαν στο πλαίσιο της ενότητας 7.3 (βλ. Παραδ. 7.3) και οι δείκτες σεισμικής διακινδύνευσης ανά κατηγορία κατάταξης των γεφυρών (βλ. Πίν. 4.3) για τη σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ των κατηγοριών ταξινόμησης. Από τη διερεύνηση της επιρροής της διεύθυνσης αναφοράς (βλ. Παραδ. 7.3) προέκυψε ότι, με την επιφύλαξη της διεξαγωγής της ανάλυσης στην εγκάρσια διεύθυνση για μια μόνο κατανομή φόρτισης, για όλες τις κατηγορίες γεφυρών κρίσιμη είναι ενγένει η διαμήκης διεύθυνση, εφόσον ως κριτήριο ληφθούν οι ανώτερες στάθμες βλάβης (ΣΒ3- Εκτενείς βλάβες και ΣΒ4-Αστοχία) και ως διέγερση το φάσμα του ΕΑΚ. Επιπλέον, η επιρροή του συστήματος ακροβάθρου-επιχώματος θεωρείται ως παράμετρος τόσο στην διαδικασία υπολογισμού της βαθμολογίας όσο και στην εξαγωγή των καμπυλών τρωτότητας κατά τη διαμήκη διεύθυνση, όχι όμως με την ίδια λογική. Συγκεκριμένα, στον υπολογισμό των καμπυλών τρωτότητας η επιρροή του συστήματος ακροβάθρου-επιχώματος λαμβάνεται υπόψη καθορίζοντας τις τιμές κατωφλίου της μετακίνησης δ για την στάθμη βλάβης ΣΒ4-Αστοχία είτε με βάση την μετακίνηση κατά το κλείσιμο του ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

112 αρμού (1.32 δ αρμ ) είτε με βάση ένα ποσοστό, συνήθως 60%, της μετακίνησης αστοχίας (a δ u ). Αντίθετα, στον υπολογισμό του δείκτη σεισμικής διακινδύνευσης λαμβάνεται υπόψη με βάση την καθίζηση του επιχώματος. Παρ όλ αυτά, για την εν λόγω σύγκριση χρησιμοποιούνται οι καμπύλες τρωτότητας για τη διαμήκη διεύθυνση των γεφυρών. Πίνακας Αποτελέσματα υπολογισμού δεικτών σεισμικής διακινδύνευσης (ταξινόμηση κατά αύξουσα σειρά βαθμολογίας) Κατηγορία γέφυρας Ονομασία γέφυρας ΣΚ Δ Σ Ε Τ 122 Γέφυρα Ειρήνης (1) όπου: 122 Γέφυρα Τρελοχειμάρου (2) Άνω διάβαση Τ6, Τμήμα (2) Γέφυρα ποταμού Κόσσυνθου (2) Άνω διάβαση στην Χ.Θ (2) Άνω διάβαση Τ2 κόμβου Σιάτιστας (2) Άνω διάβαση στην Χ.Θ (2) Άνω διάβαση Τ7, Τμήμα (2) Γέφυρα Γ11, Δεξιός κλάδος, Τμήμα 5.1 (3) Γέφυρα Γ10, Δεξιός κλάδος, Τμήμα 5.1 (3) Γέφυρα Γ10, Αριστερός κλάδος, Τμήμα 5.1 (3) Γέφυρα Γ9, Τμήμα 5.1 (3) Γέφυρα ποταμού Λίσσου (2) Γέφυρα Κομψάτου (2) Γέφυρα Τ6, Τμήμα 11.3 (3) Γέφυρα Γ1, Τμήμα 5.2 (3) Άνω διάβαση Πεδινής, Τμήμα (2) Γέφυρα Γ2, Τμήμα (3) η χαραδρογέφυρα Καβάλας, Τμήμα 13.7 (3) Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής (3) Γέφυρα Τ7, Τμήμα 9.2 (3) ΣΚ = Σεισμική κατηγορία γέφυρας Δ = Δείκτης δομικής τρωτότητας, Σ = Δείκτης σπουδαιότητας, Ε = Δείκτης σεισμικής επικινδυνότητας, Τ = Δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης Σε ό,τι αφορά την επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών η σύγκριση γίνεται σε δύο επίπεδα. Αρχικά συγκρίνονται οι βαθμολογίες των γεφυρών που εξετάστηκαν στην ενότητα 7.3 (βλ. Πίν , στήλη Τ ij ) με τις αντίστοιχες μέσες τιμές κατωφλίου για το ελαστικό φάσμα του ΕΑΚ, PGA mi.eak και τις πιθανότητες υπέρβασης για το σεισμό σχεδιασμού, P f. EAK (A), ώστε να ληφθεί υπόψη η ενδεχόμενη διαφοροποίηση των τοπικών εδαφικών συνθηκών. Στη συνέχεια λαμβάνεται ο μέσος δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης κάθε κατηγορίας (βλ. Πίν , στήλη Τ i ) και συγκρίνεται με τις μέσες τιμές κατωφλίου που προέκυψαν για το μέσο φάσμα ελληνικών σεισμών (ΜΦΕΣ), PGA mi.μφεσ και τις αντίστοιχες πιθανότητες υπέρβασης για το σεισμό σχεδιασμού, P f.μφεσ (Α), ώστε η σύγκριση να είναι ανεξάρτητη από τον τύπο του εδάφους θεμελίωσης. Οι μέσες τιμές κατωφλίου χρησιμοποιούνται κυρίως για να διαπιστωθεί εάν προκύπτει κάποια συσχέτιση μεταξύ των τιμών αυτών και κάποιων χαρακτηριστικών των γεφυρών (π.χ. δυσκαμψία, ιδιοπερίοδος). Αντίθετα, για τη συσχέτιση των καμπυλών τρωτότητας με τις προκύπτουσες βαθμολογίες η χρήση της πιθανότητας υπέρβασης για τον εκάστοτε σεισμό σχεδιασμού είναι πιο κατάλληλη, επειδή ο δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης υπολογίζεται με βάση το σεισμό σχεδιασμού. Βεβαίως στην περίπτωση που ο σεισμός σχεδιασμού είναι ίδιος μπορούν εναλλακτικά να χρησιμοποιηθούν οι μέσες τιμές κατωφλίου. Κατ εξαίρεση στην περίπτωση του μέσου φάσματος των ελληνικών σεισμών χρησιμοποιούνται μόνο οι αντίστοιχες μέσες τιμές κατωφλίου δεδομένου ότι οι πιθανότητες υπέρβασης για το σεισμό σχεδιασμού είναι μηδενικές. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

113 όπου: Πίνακας Μέσοι δείκτες σεισμικής διακινδύνευσης ανά κατηγορία κατάταξης Κατηγορία Ονομασία γέφυρας T γέφυρας ij T i Άνω διάβαση Πεδινής, Τμήμα Άνω διάβαση στην Χ.Θ Άνω διάβαση Τ2 κόμβου Σιάτιστας 3.64 Άνω διάβαση στην Χ.Θ Άνω διάβαση Τ7, Τμήμα Άνω διάβαση Τ6, Τμήμα Γέφυρα Γ11, Δεξιός κλάδος, Τμήμα Γέφυρα Γ10, Δεξιός κλάδος, Τμήμα Γέφυρα Γ9, Τμήμα Γέφυρα Γ1, Τμήμα Γέφυρα Ειρήνης 2.02 Γέφυρα Τρελοχειμάρου Γέφυρα ποταμού Λίσσου η χαραδρογέφυρα Καβάλας, Τμήμα Γέφυρα Τ6, Τμήμα Γέφυρα Γ2, Τμήμα Γέφυρα Τ7, Τμήμα Γέφυρα ποταμού Κόσσυνθου 3.07 Γέφυρα Κομψάτου 5.36 Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής 9.76 Γέφυρα Γ10, Αριστερός κλάδος, Τμήμα T ij = Δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης της γέφυρας j που ανήκει στην κατηγορία i T i = Μέσος δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης της i-οστής κατηγορίας Το συμπέρασμα που προέκυψε από το συσχετισμό των βαθμολογιών με τις αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας είναι η έντονη διαφοροποίηση του δείκτη σεισμικής διακινδύνευσης, ως επί το πλείστον, με τα αποτελέσματα των καμπυλών τρωτότητας όταν συνεκτιμηθεί το έδαφος θεμελίωσης. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στην ανυπαρξία συσχέτισης μεταξύ θεμελιώδους ιδιοπεριόδου κατά τη διαμήκη και κατά την εγκάρσια διεύθυνση με το φάσμα του ΕΑΚ για τις εκάστοτε εδαφικές συνθήκες, και στον υπολογισμό του δείκτη δομικής κατάστασης και κατ επέκταση του δείκτη σεισμικής διακινδύνευσης χωρίς να συνεκτιμάται η επιρροή του κλεισίματος των προβλεπόμενων αρμών μεταξύ καταστρώματος και ακροβάθρων. Δευτερευόντως, η διαφοροποίηση των βαθμολογιών με τα αποτελέσματα των καμπυλών τρωτότητας οφείλεται στο ό,τι δεν λαμβάνονται υπόψη ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του στατικού συστήματος ορισμένων γεφυρών, όπως π.χ. η λειτουργία βάθρων και εφεδράνων ως ενιαίο σύστημα σε γέφυρες με εφέδρανα και βάθρα μορφής υποστυλώματος. Πίνακας Στοιχεία γεφυρών κατηγοριών 422 και 432 Κατηγορία γέφυρας L tot [m] T διαμ [sec] δ αρμ [mm] Α [g] g g Πίνακας Σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ κατηγοριών 422 και 432 Κατηγορία P Έδαφος Τ γέφυρας ij PGA f (A) P mi.εακ Τ [%] i PGA f (A) mi.μφεσ [%] 422 Γ Β ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

114 ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

115 Σχήμα 7.4.1: Έντυπο απογραφής γέφυρας Γ10, Αριστερός κλάδος, Τμήμα 5.1 ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

116 Ε8: Ανάπτυξη συστήματος διαχείρισης της σεισμικής διακινδύνευσης στις γέφυρες Εργασία 8.1: Ενημέρωση λογισμικού ΕΟΑΕ με σενάρια εδαφικής κίνησης στις θέσεις ενοργάνωσης της ΕΕ5 - Aνάπτυξη πιλοτικού σεναρίου διακινδύνευσης 1) Εγκατάσταση των συστημάτων καταγραφής της ισχυρής εδαφικής κίνησης Εγκαταστάθηκαν δυο ζεύγη συστημάτων καταγραφής της ισχυρής εδαφικής κίνησης στις θέσεις των γεφυρών Γ2, τμήμα 13.7 της Καβάλας και Γ9, τμήμα 5.1 του Πολύμυλου. Η εγκατάσταση των σταθμών έγινε μέσα σε ειδικούς οικίσκους, οι οποίοι κατασκευάστηκαν από τους συνεργαζόμενους με την Ε.Ο.Α.Ε. εργολάβους, προκειμένου να διασφαλιστεί η προστασία και ομαλή λειτουργία των οργάνων. Σε κάθε γέφυρα, πραγματοποιήθηκε εγκατάσταση σε δυο θέσεις: δίπλα σε ένα από τα ακρόβαθρα και δίπλα στα μεσόβαθρα. Οι σταθμοί στη γέφυρα Γ2 της Καβάλας βρίσκονται σε λειτουργία από τον Οκτώβριο του 2004, ενώ οι αντίστοιχες εγκαταστάσεις στη γέφυρα Γ9 του Πολύμυλου ολοκληρώθηκαν τον Σεπτέμβριο του ) Επισκέψεις στις ενοργανωμένες γέφυρες για συλλογή δεδομένων έλεγχο λειτουργίας σταθμών Κατά το δεύτερο έτος εργασιών του ερευνητικού προγράμματος πραγματοποιήθηκαν συνολικά 11 επισκέψεις στις θέσεις των ενοργανωμένων γεφυρών. Από τις επισκέψεις αυτές, οκτώ έγιναν στη γέφυρα Γ2 της Καβάλας και τρεις στη γέφυρα Γ9 του Πολύμυλου. Σκοπός των πρώτων επισκέψεων ήταν η εγκατάσταση των συστημάτων καταγραφής της ισχυρής εδαφικής κίνησης, ενώ των ακόλουθων η συλλογή δεδομένων, ο έλεγχος της καλής λειτουργίας των σταθμών και η συντήρησή τους. Κατά τις τελευταίες δυο επισκέψεις πραγματοποιήθηκε, επιπρόσθετα, αναβάθμιση των σταθμών, μέσω της εγκατάστασης GSM modems. 3) Εγκατάσταση GSM modems στους σταθμούς Τα modems σταθερής τηλεφωνίας των συστημάτων καταγραφής αντικαταστάθηκαν με GSM modems, τα οποία παρέχουν τη δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας με τους σταθμούς. Με τον τρόπο αυτόν επιτυγχάνεται ο συνεχής έλεγχος και η διαχείριση των δεδομένων των σταθμών από απόσταση. 4) Ανάλυση καταγραφών εδαφικής επιτάχυνσης Αναλύθηκε το σύνολο των καταγραφών της ισχυρής εδαφικής κίνησης στους σταθμούς «ελεύθερου πεδίου». Από το σύνολο των καταγραφών (1782 μέχρι τον Σεπτέμβριο του 2005), μόνο μια αντιστοιχεί σε σεισμικό γεγονός. Πρόκειται για τον σεισμό της 12 ης Σεπτεμβρίου 2005 (Μ w =4.5), το επίκεντρο του οποίου υπολογίστηκε στην περιοχή της Μυγδονίας λεκάνης, στον ίδιο σεισμογόνο χώρο που έδωσε το σεισμό του 1978 στη Θεσσαλονίκη. Στο πλαίσιο της έρευνας έγιναν και τα ακόλουθα: Τακτική παρακολούθηση καλής λειτουργίας των τεσσάρων επιταχυνσιογράφων στις δύο γέφυρες τόσο τηλεμετρικά όσο και επί τόπου όταν αυτό απαιτείτο. Συλλογή και προκαταρκτική επεξεργασία των καταγραφών πέντε σεισμών οι οποίοι προς το παρόν είναι: 1. 13/10/2005, 06:42GMT (Καβάλα-Γ2 πυλώνας) 2. 08/01/2006, 11:36GMT (Πολύμυλος-Γ9 ακρόβαθρο) 3. 26/04/2006, 13:04GMT (Καβάλα-Γ2 πυλώνας) 4. 18/05/2006, 02:25GMT (Πολύμυλος-Γ9 ακρόβαθρο) 5. 07/08/2006,11:23GMT (Καβάλα-Γ2 πυλώνας) ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

117 Σχήμα 8.1.2: Καταγραφή σεισμού (18/05/2006) στον σταθμό G2A, στο βάθρο της γέφυρας Γ2 της Καβάλας. Σχήμα 8.1.2: Σύγκριση φασμάτων πλάτους Fourier του «χαρακτηριστικού» θορύβου (κόκκινο χρώμα) με αντίστοιχα φάσματα τμημάτων θορύβου που προηγούνται ή έπονται των χαρακτηριστικών μορφών (μαύρο χρώμα) στη βάση του κεντρικού πυλώνα γέφυρα Γ2 της Καβάλας. Προκαταρκτική επεξεργασία των καταγραφών εδαφικού μικροθορύβου στις δύο θέσεις επιταχυνσιογράφων στη γέφυρα Γ2 της Καβάλας. Ανάπτυξη σεισμικών σεναρίων για τη γέφυρα Γ2 της Καβάλας και τη Γ9 του Πολυμύλου, με βάση τα σεισμοτεκτονικά δεδομένα της ευρύτερης περιοχής και εκτίμηση αναμενόμενων χρονοϊστοριών επιτάχυνσης και αντίστοιχων φασμάτων απόκρισης. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

118 Σύγκριση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων σεισμικής επικινδυνότητας των σεισμικών σεναρίων στις δύο εξεταζόμενες γέφυρες με ανάλογα αποτελέσματα που προέκυψαν από πιθανολογική ανάλυση και είναι ενσωματωμένα στο σχετικό λογισμικό της ΕΟΑΕ-EQE. Σχήμα 8.1.3: Προσομοίωση της ισχυρής σεισμικής κίνησης στη γέφυρα Γ9 του Πολυμύλου από το ρήγμα των Σερβίων για διάφορα σενάρια διάρρηξης. Σχήμα 8.1.4: Σενάριο με μέση περίοδο επανάληψης Τm=1100 έτη. Σχήμα 8.1.5: Εκτίμηση σεισμικού κινδύνου για τηγέφυρα του Πολυμύλου με βάση: (αριστερά) τη στοχαστική προσομοίωση της ισχυρής δόνησης από ρήγμα πεπερασμένων διαστάσεων και (δεξιά) το πιθανολογικό σενάριο με μέση περίοδο επανάληψης Τm=1100. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

119 Eργασία 8.2: Ανάπτυξη διαδικασιών περιοδικής επιθεώρησης και οπτικής παρακολούθησης γεφυρών Εγνατίας Οδού Αναπτύχθηκε ένα αναλυτικό Εγχειρίδιο Κύριας Συντήρησης και Επιθεώρησης των Γεφυρών και Τεχνικών της Εγνατίας Οδού στο οποίο τεκμηριώνεται η μεθοδολογία επιθεώρησης των γεφυρών και τεχνικών της ΕΟ. Η ανάπτυξη του εγχειριδίου ακολούθησε τα εξής στάδια: 1. Ανασκόπηση των μεθοδολογιών και διαδικασιών οπτικής επιθεώρησης και των αντίστοιχων εγχειριδίων που έχουν αναπτύξει οργανισμοί διαχείρισης της συντήρησης γεφυρών, διεθνώς. Βασικά κριτήρια στην αξιολόγηση των καταλληλότερων συστημάτων ήταν η καταλληλότητά τους ως προς το υλικό, τις φορτίσεις, τις αρχές σχεδιασμού που διέπουν τις γέφυρες, την σεισμικότητα στην περιοχή εφαρμογής τους αλλά και ως προς το μοντέλο αξιολόγησης και βαθμολόγησης των ευρημάτων της επιθεώρησης, ως προς τα χαρακτηριστικά και τις ανάγκες για επιθεώρηση των γεφυρών της ΕΟ, αλλά και η συμβατότητα τους με τα χαρακτηριστικά και τις βασικές θεωρήσεις του υπό ανάπτυξη Λογισμικού Διαχείρισης Γεφυρών και της Βάσης Δεδομένων Γεφυρών (βλέπε σχετικά στις Εργασίες 8.3 & 8.5). 2. Επιλογή του πιο ολοκληρωμένου εγχειριδίου, από την αξιολόγηση της διεθνούς εμπειρίας με τα παραπάνω κριτήρια, που ήταν το εγχειρίδιο της FHWA, Bridge Inspector s Reference Manual (2002) και το οποίο συνδυαζόταν με το σύστημα καταγραφής, κωδικοποίησης και βαθμολόγησης των γεφυρών της FHWA Recording and Coding Guide for the Structure Inventory and Appraisal of the Nation s Bridges. Το τελευταίο έχει 9βάθμια κλίμακα βαθμολογίας, παρόμοια με του προτύπου (INDIANA BMS) στον ανοικτό κώδικα του οποίου δομήθηκε το ΛΔΓ της ΕΟΑΕ (βλέπε Εργασία 8.5). 3. Αρχική Μετάφραση και πρώτη προσαρμογή του εγχειριδίου στην ελληνική πραγματικότητα και σε αυτή της ΕΟΑΕ. 4. Πιλοτική εφαρμογή του εγχειριδίου και της μεθοδολογίας του για την επιθεώρηση μεγάλου τμήματος κατασκευασμένων γεφυρών της ΕΟΑΕ. Για τον σκοπό αυτό σχεδιάσθηκε και εφαρμόσθηκε διαδικασία η οποία αφορούσε: α) την ενημέρωση της Βάσης Δεδομένων βάσει των σχεδίων μελέτης των γεφυρών της ΕΟΑΕ και με τη συμπληρωματική βοήθεια σκαναρισμένων σχεδίων, β) την σύνταξη ειδικών συνοπτικών ερωτηματολογίων για επιτόπια καταχώρηση των μετρήσεων και παρατηρήσεων, γ) την επίσκεψη και επιθεώρηση των γεφυρών (σε πρώτη φάση 100 κατασκευασμένων γεφυρών και τεχνικών της ΕΟΑΕ και 20 περίπου γεφυρών του ΠΑΘΕ) δ) την επεξεργασία και αξιολόγηση των ευρημάτων (φθορών, κακοτεχνιών, αποκλίσεων από την μελέτη) ε) την ενημέρωση των αποτελεσμάτων της επιθεώρησης στην ΒΔ γεφυρών στ) την εξαγωγή στατιστικών φθοράς, ζ) την εγαξωγή συμπερασμάτων για την μελλοντική οργάνωση της επιθεώρησης. 5. Ουσιαστική και εκτεταμένη ανασύνταξη του αρχικού εγχειριδίου ως προς τις κατηγορίες, τις θέσεις και τη παθολογία των γεφυρών, ώστε να γίνει μία πρώτη σημαντική προσαρμογή του στις ιδιαιτερότητες και τις ανάγκες της ΕΟΑΕ και κατ επέκταση της ελληνικής πραγματικότητας (εφέδρανα, αρμοί, τύπος και τρωτές θέσεις δομικών στοιχείων κ.τ.λ.). Επιφανειακές φθορές σκυροδέματος λόγω ανεπαρκούς στεγάνωσης (αρμών,φρεατίων κτλ.) Κακή συμπύκνωση/διάβρωση μη εγκιβωτισμένου μεταβατικού επιχώματος Φθορές ελαστομερούς/ μεταβατικού κονιάματος/ αγκύρωσης αρμών Κακοτεχνίες σκυροδέτησης (μη τήρηση επικαλύψεων/γυμνοί οπλισμοί) Επιφανειακές φθορές από προσκρούσεις % Φθορές /Ενδείξεις κακής τοποθέτησης/λειτουργίας εφεδράνων Ρωγμές σκυροδέματος Καθίζησεις-στροφές τοίχων αντιστήριξης ακροβάθρων Κάτω Διάβαση Γέφυρα Εικόνα Αποτελέσματα οπτικής επιθεώρησης 100 γεφυρών της ΕΟ ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

120 Το αποτέλεσμα ήταν ένα αναλυτικό εγχειρίδιο που στην σημερινή αναλυτική του μορφή (160 περίπου σελίδες) έχουν συμπεριληφθεί: η συνοπτική αλλά ουσιαστική περιγραφή των δομικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών των βασικών δομικών στοιχείων (θεμελίωση, υποδομή (βάθρα, ακρόβαθρα), διεπιφάνεια έδρασης ανωδομής - εφέδρανα, ανωδομή, κατάστρωμα επιφάνεια κύλισης και αρμοί) τα οποία συνθέτουν τον φορέα και επιτελούν τη λειτουργία και την μηχανική συμπεριφορά των γεφυρών της ΕΟ. η ταξινόμηση των δομικών στοιχείων και των θέσεων και κατηγοριών επιθεώρησης σε δομικούς τύπους, αντιπροσωπευτικούς για τις γέφυρες της ΕΟ και της Ελλάδας γενικότερα. η τυποποίηση των διαδικασιών που απαιτούνται για την οπτική επιθεώρηση των γεφυρών της Εγνατίας Οδού ανά τύπο τεχνικού. Δεκάδες φωτογραφίες τυπικής φθοράς γεφυρών της ΕΟΑΕ Αναπτύχθηκε διαδικασία και μέθοδος αξιολόγησης των ευρημάτων της οπτικής επιθεώρησης βάσει της σημασίας τους, του είδους τους και της έκτασής τους στο φορέα της γέφυρας, με την οποία δίνεται βαθμολογία κατάστασης τόσο στα επιμέρους δομικά στοιχεία (θεμέλιο, κολόνα βάθρου, δοκός φορέα, εφέδρανο, κατάστρωμα) όσο και στα δομικά τμήματα της γέφυρας (υποδομή, ανωδομή) και εν τέλει στην γέφυρα σαν σύνολο. Τα κριτήρια αξιολόγησης και βαθμολογία κατάστασης ορίζονται για κάθε δομικό στοιχείο και δομικό τμήμα της γέφυρας στο εγχειρίδιο της οπτικής επιθεώρησης. Η κλίμακα της βαθμολογίας είναι 4βάθμια για τα επιμέρους δομικά στοιχεία. Από τις βαθμολογίες των επιμέρους δομικών στοιχείων, προκύπτει η 9βάθμια βαθμολογία των δομικών τμημάτων και της γέφυρας, βάσει σχέσεων μετάβασης που λαμβάνουν υπόψη τόσο την σημασία της φθοράς για την γενική ασφάλεια και ακεραιότητα του δομικού τμήματος όσο και την οικονομική απαξίωση που αυτή η φθορά συνεπάγεται για το τελευταίο. Η 9βάθμια βαθμολογία τηρήθηκε διότι είναι αυτή που υιοθετείται από το υπό ανάπτυξη ΛΔΓεφυρών της ΕΟΑΕ και είναι σύμφωνη με τα αμερικάνικα κυρίως πρότυπα που πρυτάνευσαν στην τεκμηρίωση όλων των επιμέρους εργαλείων, μεθοδολογιών και διαδικασιών επιθεώρησης και διαχέιρισης της συντήρησης των γεφυρών στο πλαίσιο της ΕΕ 8. Οι βαθμολογίες της γέφυρας δίνονται σύμφωνα για τις εξής κατηγορίες: Δομική Επάρκεια Λειτουργική επάρκεια Κίνδυνος υποσκαφής Φέρουσα ικανότητα σε φορτία κυκλοφορίας Κίνδυνος καθιζήσεων Κίνδυνος πλημμύρας Η εννεαβάθμια βαθμολογία ορίζεται ως ακολούθως: 9- Άριστη κατάσταση, για νέες γέφυρες που πληρούν παραπάνω από τα απαιτούμενα σύμφωνα με τη μελέτη, κανονισμούς και τις απαιτήσεις και προδιαγραφές λειτουργίας. 8- Πολύ καλή κατάσταση, για γέφυρες που πληρούν όλα τα απαιτούμενα σύμφωνα με την μελέτη, τους κανονισμούς και τις απαιτήσεις και προδιαγραφές λειτουργίας (π.χ. κυκλοφοριακοί φόρτοι). 7-4 Καλή κατάσταση έωςελεγχόμενα προβληματική κατάσταση 3-2 Επικίνδυνη αλλά επιδιορθώσιμη κατάσταση 1- Κλείσιμο της γέφυρας στην κυκλοφορία και αντικατάσταση. Οι κατηγορίες 3, 4, 5, 6, 7 κλιμακώνουν ποσοτικά και ποιοτικά την έκταση και τη σημασία των φθορών που αναφέρθηκαν παραπάνω και που αντιστοιχούν σε κατάλληλες ενέργειες κύριας συντήρησης, δηλαδή επισκευές, που μπορεί να φτάσουν μέχρι την αντικατάσταη ολόκληρου δομικού τμήματος. Η εφαρμογή των παραπάνω για την αξιολόγηση των ευρημάτων επιθεώρησης ενός ευρέος δείγματος κατασκευασμένων γεφυρών της ΕΟ, όλων των δομικών τύπων, έδωσε τη βαθμολογία της κατάστασής τους που φαίνονται στην εικόνα 2. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

121 Εικόνα 8.2.2: Βαθμολογία Κατάστασης των επιθεωρημένων γεφυρών της ΕΟ Εργασία 8.3: Δημιουργία ηλεκτρονικής βάσης δεδομένων για την συλλογή τεχνικών και λοιπών στοιχείων των γεφυρών Στο πλαίσιο της εργασίας 8.3 σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε, σε συνεχή συνεργασία της ομάδας των συμβούλων του ΕΜΠ, με τους έμπειρους σε θέματα σχεδιασμού και μελέτης γεφυρών μηχανικούς της ΕΟΑΕ (στελέχη της στην ερευνητική ομάδα της ΕΕ8), μία πρωτότυπη Βάση Δεδομένων (ΒΔ) και ένα σύστημα διαχείρισης της τα οποία θα καλούνται ΒΔ Bridge και σύστημα Bridge αντίστοιχα. Στην συνέχεια περιγράφονται οι στόχοι που τέθηκαν στο τεχνικό παράρτημα, οι αποφάσεις που πάρθηκαν για την υλοποίησή τους και οι ενέργειες που έγιναν για την υλοποίηση του bridge Περιγραφή στόχων έργου Σύμφωνα με το τεχνικό παράρτημα του έργου, στόχος της ενότητας 8 είναι η εκλογίκευση του χρόνου, του κόστους και του βαθμού συντήρησης και διαχείρισης λειτουργίας των γεφυρών της ΕΟΑΕ, ώστε να διασφαλίζεται η μέγιστη θωράκισή τους σε δυσμενείς συνθήκες καταπόνησης, με πρωτεύοντα τον σεισμό. Η επίτευξη του στόχου αυτού επιτυγχάνεται και με την ανάπτυξη της ηλεκτρονικής βάσης δεδομένων, ενός εργαλείου ηλεκτρονικής καταγραφής, συνεχούς ενημέρωσης και διαχείρισης της πληροφορίας που αφορά τα χαρακτηριστικά μελέτης κατασκευής, επιθεώρησης, αξιολογησης και επισκευής των γεφυρών της ΕΟΑΕ. Η βάση δεδομένων που αναπτύχθηκε καλύπτει συνεπώς τις εξής ανάγκες: Α) Καταγράφει με τον βέλτιστο τρόπο ένα ευρύ σύνολο δεδομένων. Οι γέφυρες είναι ένα πολύπλοκο τεχνικό έργο με πλήθος χαρακτηριστικών τα οποία θα μπορούσαν να καταγραφούν, ενδεικτικά αναφέρουμε ορισμένα ομαδοποιημένα ανά κατηγορίες: Δομικά ( είδος υλικού ανωδομής, μέθοδος κατασκευής κ.λ.π.) Γεωμετρικά (μήκος γέφυρας, ολικό πλάτος, πλάτος πεζοδρομίων κ.λ.π.) Κινητό φορτίο (κινητό φορτίο λειτουργίας κ.λ.π.) Σεισμικά (Εδαφικές επιταχύνσεις κ.λ.π.) Αποτελέσματα επιθεωρήσεων/κατάσταση (Κατάσταση υποδομής, Λειτουργικότητα γέφυρας, κ.λ.π.) Στοιχεία οδών (μέση ημερησία κυκλοφορία) κ.λ.π. Το πλήθος των υποψήφιων χαρακτηριστικών υπερβαίνει κατά πολύ τα εκατό. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

122 Β) Τα χαρακτηριστικά να είναι με μεγάλη ακρίβεια ορισμένα. Π.χ. το τι θεωρείται γέφυρα και τι όχι, τα οριακά σημεία από τα οποία μετρώνται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά (μήκος γέφυρας, ύψος μέγιστου βάθρου κ.λ.π.) θα πρέπει να είναι σαφώς ορισμένα. Γ) Η ΒΔ θα πρέπει να μπορεί να δώσει στοιχεία και να καλύπτει τις υπάρχουσες αλλά και κατά το δυνατόν μελλοντικές ανάγκες της ΕΟΑΕ σε δεδομένα. Θα πρέπει να μπορεί να εξάγει τις αναφορές που χρειάζονται τα διάφορα τμήματα της ΕΟΑΕ για την παρακολούθηση των γεφυρών, να μπορεί να επικοινωνήσει με άλλα συστήματα της ΕΟΑΕ και κυρίως να παρέχει τις πληροφορίες που απαιτεί το Σύστημα Διαχείρισης Γεφυρών (ΣΔΓ) το οποίο αναπτύχθηκε παράλληλα στο πλαίσιο της ενότητας 8.5. Δ) Να είναι εύχρηστη και τα δεδομένα συντηρήσιμα. Ένα από τα πρώτα προβλήματα που τέθηκαν κατά τον σχεδιασμό υπήρξε το βάθος της καταγραφής. Η καταγραφή θα μπορούσε να γίνει σε επίπεδο γέφυρας ή σε επίπεδο στοιχείων αυτής (π.χ. καταγραφή των χαρακτηριστικών κάθε βάθρου ξεχωριστά) Αποφασίστηκε η καταγραφή να φτάσει στο επίπεδο της γέφυρας μιας και η καταγραφή σε επίπεδο στοιχείων αφενός δεν θα προσέθετε χρήσιμη πληροφορία, αφετέρου θα δυσχέραινε την εισαγωγή και συντήρηση των δεδομένων. Ε) Τα χαρακτηριστικά θα πρέπει να είναι κατά το δυνατό συμβατά με διεθνή συστήματα καταγραφής γεφυρών για μεγαλύτερη δυνατότητα σύγκρισης δεδομένων και εκμετάλλευσης καθιερωμένων μεθόδων, όπως για παράδειγμα ο υπολογισμός της λειτουργικότητας της γέφυρας Ενέργειες Για την εκπλήρωση των ανωτέρω στόχων αποφασίστηκε η δημιουργία της πρωτότυπης ΒΔ bridge η οποία έγινε στις ακόλουθες φάσεις: ανάλυση απαιτήσεων σχεδιασμός υλοποίηση εγκατάσταση εκμάθηση και παραμετροποίηση Λόγω πολυπλοκότητας η δημιουργία του τελικού συστήματος δεν ολοκληρώθηκε σε ένα κύκλο. Μετά το τέλος του πρώτου έτους και την ολοκλήρωση των παραπάνω φάσεων η πρωτότυπη ΒΔ που δημιουργήθηκε τέθηκε σε δοκιμαστική λειτουργία. Κατά τα δύο επόμενα έτη σε συνεργασία με τα στελέχη της ΕΟΑΕ, που συμμετείχαν στην ερευνητική ομάδα, διαμορφώθηκαν οι απαιτήσεις οι οποίες οδήγησαν στον τελικό σχεδιασμού της ΒΔ. Η εκτεταμένη χρήση του συστήματος κατά το δεύτερο και το τρίτο έτος από την ομάδα των στελεχών της ΕΟΑΕ (βλέπε πιλοτική εφαρμογή και ενημέρωση της ΒΔ στηςν εργασία 8.2) καθώς και η ανάπτυξη του ΣΔΓ προκάλεσαν και νέες αναθεωρήσεις. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μικρότεροι κύκλοι με τις ίδιες φάσεις (πρόσθετες απαιτήσεις/ επανασχεδιασμός κ.λ.π) να εφαρμοστούν τα δύο επόμενα έτη. Παραδείγματα ενεργειών τα οποία έγιναν τον δεύτερο και τρίτο χρόνο αποτελούν η διασύνδεση με το GIS, η εισαγωγή της έννοιας του αντιπροσωπευτικού τύπου (ΑΤ) μίας γέφυρας, η υποστήριξη του εναλλακτικού τρόπου διευθυνσιοδότησης της ΕΟ (Γραμμικό Σύστημα Αναφοράς), η προσθήκη νέων αναφορών, η δυνατότητα πρότασης εκτίμησης και ο υπολογισμός της εκτίμησης επάρκειας, η δημιουργία του αρχείου εξόδου προς το ΣΔΓ, η καταγραφή των επισκευών (που προτείνονται ή έχουν υλοποιηθεί) και φυσικά οι προσθήκες νέων πεδίων και οι τροποποιήσεις στα πεδία τιμών τους. Κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων ετών η ΕΟΑΕ εισήγαγε πραγματικά στοιχεία γεφυρών από την πιλοτική εφαρμογή διαδικασιών επιθεώρησης των τεχνικών και γεφυρών της. Η ίδια η εφαρμογή αυτή γέννησε πολλές εκ των αλλαγών και τροποποιήσεων που τελικώς ενσωματώθηκαν στο λογισμικό (ΒΔ) Ανάλυση απαιτήσεων Κατά την ανάλυση των απαιτήσεων, καταγράφηκαν οι απαιτήσεις των εμπειρογνωμόνων της ΕΟΑΕ και αντιμετωπιστήκαν τα περισσότερα από τα προβλήματα που εντοπίσθηκαν στην παράγραφο 1. Με την βοήθεια των ειδικών της ΕΟΑΕ επιλέχθηκαν και περιγράφηκαν τα χαρακτηριστικά των γεφυρών τα οποία τελικά συμπεριλήφθησαν στην ΒΔ, και καθορίστηκαν τα πεδία τιμών τους. Στο δύσκολο αυτό έργο χρησιμοποιήθηκε ως οδηγός το πρότυπο ΗΠΑ για την απογραφή των γεφυρών Recording and Coding Guide for the Structure Inventory and Appraisal of the Nations ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

123 Bridges, το οποίο φυσικά τροποποιήθηκε όπου δεν κάλυπτε τις ανάγκες της Εγνατίας. Επίσης λήφθηκαν υπόψιν οι απαιτήσεις του ΣΔΓ Σχεδιασμός Η ΒΔ σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ως σχεσιακή γιατί αφενός καλύπτει τις απαιτήσεις του συστήματος και αφετέρου τα Σχεσιακά Συστήματα Διαχείρισης Βάσης Δεδομένων είναι τα πλέον διαδεδομένα. Στο σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζεται το μοντέλο οντοτήτων συσχετίσεων της ΒΔ. Θα πρέπει επίσης να επισημάνουμε την επιλογή καταγραφής των δεδομένων των οδών ως ξεχωριστών οντοτήτων. Αυτό κάνει το σύστημα πιο ανοιχτό και του δίνει την δυνατότητα άντλησης στοιχείων των οδών (όπως κυκλοφοριακά) και από άλλες ΒΔ. Φορέας Διασταυρούμενη οντότητα μή απογραφόμενη Φορέας ID Οι επιθεωρήσεις Τύπος όνομα όνομα Τύπος 0,n Τύπος γέφυρας 0,n Ιδιοκτήτης Συνιδιοκτήτης 1,1 αποτελούν ένα Τύπος γέφυρας ID Κωδικός Γέφυρας όνομα Κωδικός γέφυρας Ποσοστό συνιδιοκτησίας 0,n τύπος γέφυρας 1,1 σημαντικό κομμάτι της Γενικό πρόγραμμα επιθεωρήσεων 1,1 Γέφυρα Συχνότητα Γέφυρα ID ΤΑΥΤΟΤΗΤΑ 0,n ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΒΔ. Το σύστημα εκτός ΗΛΙΚΙΑ Διασταύρωση με μη απογραφόμενη οντότητα 0,n Κυρίως γέφυρα ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ Θέση στη γέφυρα ΚΑΤΑΤΑΞΗ Είδος επιθεώρησης Παράλληλη γέφυρα ΚΙΝΗΤΟ ΦΟΡΤΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΕΙΣΜΙΚΑ βρίσκεται από την δυνατότητα Κατηγορία ΔΙΑΦΟΡΑ Μέθοδος Τοποθεσία 0,n Τοποθεσία Νομός 0,n 0,n 1,1 Φωτογραφία γέφυρας Δήμος Επισκευή γέφυρας Ειδικό πρόγραμμα επιθεωρήσεων Δημοτικό διαμέρισμα καταγραφής των Οικισμός Συχνότητα Φωτογραφί α Φωτογραφί α ID Σημαντική Επισκευή Όνομα αρχεί ου Είδος επιθεώρησης αποτελεσμάτων των όνομα φωτογραφίας Επισκευή ID Είδος επισκευής επιθεώρηση Έτος Σχόλια επιθεωρήσεων, Αποτελέσματα επιθεώρησης Επιθεώρηση ID Διασταύρωση με απογραφόμενη οδό Ημερομηνία Κρίσιμη επιθεώρηση ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΕΣ Θέση στη γέφυρα παρέχει επίσης την 0,n Ημερομηνία ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ Μέγιστο επιτρεπτό ύψος ΕΚΤΙΜΗΣΗ Μέγιστο επιτρεπτό πλάτος Διόδια Κατευθύνσεις Κυρίως οδός δυνατότητα κατάρτισης Οδικά στοιχεία 1,1 προγράμματος Οδός διαθέτει σημεία της οδού Σημείο Οδός ID ανήκει Σημείο ID ΤΑΥΤΟΤΗΤΑ Χιλιομετρική θέση ΚΑΤΑΤΑΞΗ όνομα επιθεωρήσεων για κάθε Τμήματα ΓΣΑ οδού διαθέτει Γεωγραφικό μήκος Γεωγραφικό πλάτος Σημεία σε ΓΣΑ τμήμα Αυτοκινητόδρομος τμήματα οδού Τμήμα οδού ΓΣΑ ανήκει τύπο γέφυρας ή για Τμήμα ΓΣΑ id Τμήμα οδού α/α όνομα χλμ θέση αρχής Μήκος Φορά χιλιομέτρησης α/α Όνομα Μήκος Κατεύθυνση Άνοδος/Κάθοδος ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΚΑ μήκος παράκαμψης Κατεύθυνση οδού λωρίδα κατεύθυνσης κάθε γέφυρα ξεχωριστά. Το σύστημα παρέχει επίσης και προτάσεις εκτιμήσεων βάσει των χαρακτηριστικών της γέφυρας και των καταστάσεων των στοιχείων της Υλοποίηση Λωρίδα α/α Λωρίδας Σχ Μοντέλο Οντοτήτων Συσχετίσεων Η πλατφόρμα υλοποίησης η οποία επιλέχθηκε ήταν το ΣΔΒΔ Oracle και τα εργαλεία του για ανάπτυξη εφαρμογών. Ο λόγος που επιλέχθηκε η Oracle ήταν η ανάγκη το σύστημα να είναι πολυχρηστικό, να χειρίζεται μεγάλο όγκο δεδομένων, να είναι σταθερό και φυσικά να μπορεί εύκολα να εισαχθεί στο πληροφορικό περιβάλλον της ΕΟΑΕ η οποία χρησιμοποιεί Oracle, έτσι ώστε να είναι απλούστερη και η επικοινωνία του με τα άλλα συστήματα της ΕΟΑΕ και η συντήρηση/επέκταση από το ΙΤ τμήμα της ΕΟΑΕ Εγκατάσταση εκμάθηση και παραμετροποίηση Το ΙΤ τμήμα της ΕΟΑΕ φρόντισε για την εγκατάσταση του συστήματος σε όλα τα εμπλεκόμενα τμήματα της ΕΟΑΕ για πιλοτική χρήση, καθώς και για κάθε μετέπειτα αναθεωρημένη έκδοση μέχρι και την τελική. Εγχειρίδια χρήσης του συστήματος έχουν διανεμηθεί και έχουν γίνει παρουσιάσεις του συστήματος Διασύνδεση με υπάρχοντα συστήματα της ΕΟΑΕ Το σύστημα Bridge παρέχει στον χρήστη την δυνατότητα να εισάγει, να διαχειριστεί και να ανακαλέσει τα δεδομένα των γεφυρών με ευκολία και ασφάλεια μέσω των κλασσικών τρόπων επικοινωνίας με μία σχεσιακή βάση δεδομένων. Επειδή όμως οι γέφυρες αποτελούν και οντότητες με γεωγραφική διάσταση, η απεικόνισή τους μέσω ενός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (ΓΣΠ) θα παρείχε στον χρήστη έναν χρήσιμο εναλλακτικό τρόπο ανάκτησης των δεδομένων. Για το λόγο αυτό το σύστημά μας συνδέεται με το ΓΣΠ (GIS) της Εγνατίας. Ο χρήστης μέσω του arcmap προσπελαύνει ένα ειδικό αρχείο arcview με γεωγραφικά στοιχεία προερχόμενα από το GIS της Εγνατίας που περιέχουν γεωγραφικές πληροφορίες για τις γέφυρες της Εγνατίας, την Εγνατία οδό, κάθετους άξονες, πόλεις, νομούς, ποτάμια, λίμνες κ.λ.π. Το αρχείο αυτό είναι συνδεδεμένο με την βάση του bridge από όπου αντλεί τα στοιχεία των γεφυρών που διαθέτει η ΒΔ του bridge και τα ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

124 παρουσιάζει ως πεδία της οντότητας των γεφυρών του ΓΣΠ. Στο σχήμα που ακολουθεί βλέπουμε ένα τμήμα των στοιχείων μίας γέφυρας που έχουν προέλθει από την ΒΔ του bridge Συνοπτική παρουσίαση του συστήματος Το Bridge αποτελεί ένα σύστημα καταγραφής και επεξεργασίας στοιχείων γεφυρών, οδών που διέρχονται από γέφυρες, επισκευών και επιθεωρήσεων γεφυρών. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε μία βάση δεδομένων (Oracle) και ο χρήστης μπορεί να τα εισάγει, να τα εξάγει ή και να τα επεξεργαστεί μέσω ενός γραφικού συστήματος (Υλοποιημένου σε Oracle Developer). Από την βάση εξάγονται τα στοιχεία των γεφυρών τα οποία είναι Σχ Απεικόνιση μέσω GIS απαραίτητα για το σύστημα BMS (Capital planning). Η βάση δεδομένων έχει και επιπλέον στοιχεία με σκοπό την πληρέστερη εικόνα των γεφυρών της Εγνατίας. Μέσω των φορμών του συστήματος ο χρήστης μπορεί να επεξεργαστεί: α) τα στοιχεία των φορέων οι οποίοι ενδέχεται να είναι ιδιοκτήτες γεφυρών. β) τα στοιχεία των οδών που φέρουν ή περνούν κάτω από γέφυρες της ΒΔ. Τα οποία χωρίζονται σε τρεις υποκατηγορίες: 1. γενικά στοιχεία όπως ο τύπος της οδού (Εθνική, επαρχιακή κ.λ.π.) η σημαντικότητά της. 2. Στοιχεία των τμημάτων στα οποία ενδεχομένως χωρίζεται. Υποστηρίζονται δύο διαφορετικοί τρόποι χωρισμού της οδού σε τμήματα, οι οποίοι επιτρέπουν και δύο διαφορετικούς τρόπους διευθυνσιοδότησης της οδού κατά τμήματα. 3. Στοιχεία θέσεων. Για κάθε θέση μίας οδού όπου υπάρχει γέφυρα καταγράφονται ορισμένα χαρακτηριστικά της όπως η διεύθυνσή της (σύμφωνα με την βασική διευθυνσιοδότηση ή την διευθυνσιοδότηση κατά τμήματα), το πλήθος των λωρίδων της και η Μέση Ημερήσια Κυκλοφορία ΜΗΚ. γ) τα στοιχεία των γεφυρών. Τα χαρακτηριστικά των γεφυρών που καταγράφονται από το σύστημα υπερβαίνουν τα εκατόν πενήντα. Για τον λόγο αυτό τα πεδία χωρίζονται σε ομάδες και υποομάδες και η κάθε ομάδα εμφανίζεται στην φόρμα των γεφυρών σε ξεχωριστή σελίδα (tab). ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

125 Παραδείγματα τέτοιων ομάδων είναι τα δομικά, τα γεωμετρικά και τα σεισμικά. Ορισμένα χαρακτηριστικά παίρνουν πολλαπλές τιμές (λίστες) όπως π.χ. οι διασταυρώσεις που περιλαμβάνουν όλες τις οντότητες (οδούς, σιδηρόδρομους, ποτάμια κ.λ.π.) που περνάνε πάνω ή κάτω από την γέφυρα και οι εικόνες. Ορισμένα χαρακτηριστικά με πολλαπλές τιμές έχουν πολλά ειδικά χαρακτηριστικά οπότε απαιτείται η εμφάνισή τους σε νέα φόρμα. Χαρακτηριστικά αυτού του είδους είναι οι επιθεωρήσεις και οι επισκευές. Για κάθε επισκευή που εμφανίζεται στην λίστα ο χρήστης μπορεί να δει σε ξεχωριστή φόρμα τις λεπτομέρειες (τις ποσότητες των στοιχείων που τροποποιήθηκαν και τα επιμέρους κόστη). Στην σελίδα των επιθεωρήσεων ο χρήστης μπορεί να δει το πρόγραμμα των επιθεωρήσεων της γέφυρας. Τα αποτελέσματα των επιθεωρήσεων εμφανίζονται σε ξεχωριστή φόρμα. δ) Επιθεωρήσεις. Ο χρήστης μπορεί να ορίσει γενικό πρόγραμμα επιθεωρήσεων για κάθε τύπο γέφυρας, δηλαδή το είδος και την συχνότητα των επιθεωρήσεων που πρέπει να γίνονται σε κάθε γέφυρα. Για κάθε γέφυρα ο χρήστης μπορεί να ορίσει διαφορετικό πρόγραμμα ή να διατηρήσει το γενικό. Για κάθε επιθεώρηση που γίνεται καταγράφονται τα αποτελέσματά της τα οποία περιλαμβάνουν α) τα στοιχεία ταυτότητας της επιθεώρησης (πότε έγινε, από ποιόν, τι είδους ήταν κ.λ.π) β) τις βαθμολογίες των στοιχείων, γ) την προτεινόμενη ενέργεια, δ) τις εκτιμήσεις και ε) τις επόμενες κρίσιμες επιθεωρήσεις που πρέπει να γίνουν. Για τις εκτιμήσεις (φέρουσα ικανότητα, αξιολόγηση κατασκευής κ.λ.π.) ο χρήστης μπορεί να ζητήσει την πρόταση του συστήματος το οποίο αξιολογεί βάσει των πινάκων αξιολόγησης που έχει ορίσει ο χρήστης. ε) Άλλες ενέργειες 1. Εξαγωγή αρχείου BMS. Ο χρήστης μπορεί να εξάγει όλες τις γέφυρες του συστήματος ή ένα υποσύνολο αυτών, ορίζοντας κριτήρια όπως π.χ. γέφυρες ενός τμήματος, σε ένα αρχείο κειμένου το οποίο μπορεί στην συνέχεια να εισαχθεί στο ΣΔΓ για επεξεργασία. 2. Δημιουργία αναφορών/στατιστικών. Υπάρχουν επτά είδη αναφορών τις οποίες μπορεί να δημιουργεί για όλες τις γέφυρες ή για ένα υποσύνολο αυτών. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

126 Εργασία 8.4: Διασύνδεση Ηλεκτρονικής Βάσης Δεδομένων στο λογισμικό σεισμικής διακινδύνευσης της ΕΟΑΕ. Η διασύνδεση της ηλεκτρονικής Βάσης Δεδομένων στο λογισμικό σεισμικής διακινδύνευσης γεφυρών επιτυγχάνεται μέσω των πεδίων της Βάσης που έχουν προστεθεί και με τα οποία γίνεται ενημέρωση για την σεισμική τρωτότητα και την αναμενόμενη σεισμική δράση των γεφυρών που καταχωρούνται στην Βάση Δεδομένων. Η τρωτότητα καταχωρείται ως πιθανότητα υπέρβασης τριών διαφορετικών οριακών καταστάσεων φθοράς (μικρή φθορά, μέτρια φθορά, σημαντική δομική φθορά), ενημερώνοντας τρία ξεχωριστά πεδία της Ηλεκτρονικής Βάσης Δεδομένων. Οι καταστάσεις αυτές ταυτίζονται με τις καταστάσεις για τις οποίες οι πιθανότητες υπέρβασης εξάγονται για κάθε αντιπροσωπευτικό δομικό τύπο γεφυρών από το λογισμικό σεισμικής διακινδύνευσης γεφυρών, το οποίο ενημερώθηκε στο πλάισιο του ερευνητικού προγράμματος με τις συναρτήσεις τρωτότητας που αναπτύχθηκαν από το εργαστήριο οπλισμένου σκυροδέματος σε συνεργασία με την ΕΟΑΕ στην ΕΕ7 και από τα νέα σενάρια ισχυρής εδαφικής κίνησης που προσδιορίσθηκαν από το ΙΤΣΑΚ σε συνεργασία με την ΕΟΑΕ στην ΕΕ8 (Εργασία 8.1) Η μέγιστη αναμενόμενη σεισμική δράση στη θέση της γέφυρας, ενημερώνεται μέσω του ομώνυμου πεδίου της Ηλεκτρονικής Βάσης Δεδομένων και αφορά σε όρους μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης, είτε στον σεισμό σχεδιασμού με τον οποίο έχει σχεδιαστεί η γέφυρα (πολλαπλασιαμένο με τους επιμέρους συντελεστές επαύξησης, για σημαντικότητα γέφυρας (1,3) και τυχόν γειτνίαση με σεισμικό ρήγμα (1,25)) είτε με τον πιθανοτικό σεισμό που προβλέπει το λογισμικό σεισμικής διακινδύνευσης γεφυρών για την ίδια περίοδο επαναφοράς, στην περίπτωση που αυτός είναι δυσμενέστερος. Τέλος τα πεδία της Ηλεκτρονικής Βάσης Δεδομένων που ενημερώνονται για την σεισμικότητα και την τρωτότητα των γεφυρών, όπως αυτά εξάγονται από το λογισμικό σεισμικής διακινδύνευσης γεφυρών, περιλαμβάνονται στο αρχείο εξαγωγής προς το Λογισμικό Διαχείρισης Γεφυρών. Με αυτό τον τρόπο η πληροφορία της σεισμικότητας και κυρίως της σεισμικής τρωτότητας αξιολογείται κατάλληλα στα Δέντρα Αποφάσεων που είναι το πρώτο στάδιο της ανάλυσης έργου του Λογισμικού Διαχείρισης Γεφυρών, καθώς και για την ταξινόμηση των γεφυρών με τον κατάλληλο συνυπολογισμό του στον υπολογισμό της χρηστικότητας κάθε ξεχωριστής γέφυρας και του συνόλου των γεφυρών. Έτσι η έμμεση διασύνδεση των συστημάτων που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της ΕΕ 8 για τη διαχείρισης της επιθεώρησης και της συντήρησης των γεφυρών της ΕΟ, επετεύχθη μέσω παράλληλων δράσεων, από την μία μεριά εμβάθυνσης του υφιστάμενου λογισμικού σεισμικής διακινδύνευσης με συναρτήσεις σεισμικής τρωτότητας για όλους τους τύπους γεφυρών της ΕΟ και από την άλλη με κατάλληλη ενσωμάτωση και ενημέρωση των πεδίων της Ηλεκτρονικής Βάσης Δεδομένων, τις τιμές των οποίων εξάγει η Βάση στο Λογισμικό Διαχείρισης Γεφυρών. Έτσι υλοποιείται η καινοτομία θεώρησης της σεισμικής τρωτότητας βασικής παραμέτρου που καθορίζει την ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

127 χρηστικότητα, δηλαδή την επαρκεια της γέφυρας προκειμένουν να πραθούν αποφάσεις και να ορισθουν προτεραιότητες συντήρησης των γεφυρών της ΕΟ. Εργασία 8.5: Ανάπτυξη συστήματος διαχείρισης επιδιορθώσεων του δικτύου γεφυρών μετά από σεισμό Γενική Περιγραφή Δραστηριοτήτων Στο πλαίσιο της Ενότητας 8.5 αναπτύχθηκε το σύστημα διαχείρισης γεφυρών (ΣΔΓ) της ΕΟΑΕ. Η ανάπτυξή του κινήθηκε σε τρία επίπεδα: Στην ανάπτυξη των αναγκαίων αλγορίθμων, προτύπων και τεχνικών για την ανάπτυξη του συστήματος Στην προγραμματιστική ανάπτυξη του ΣΔΓ και στην υλοποίηση του κώδικα του ΣΔΓ Στην αξιολόγηση και στον έλεγχο του ΣΔΓ. Το αποτέλεσμα ήταν το ΣΔΓ της ΕΟΑΕ, το οποίο αποτελείται από λογισμικό και πλήρη τεκμηρίωση, περιγράφεται δε αναλυτικά στη συνέχεια Γενική Περιγραφή του Λογισμικού Το ΣΔΓ της ΕΟΑΕ έχει ως στόχο τον προγραμματισμό ενεργειών επισκευής σε γέφυρες, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή βελτίωση της δομικής και λειτουργικής κατάστασης στο σύνολο του δικτύου των γεφυρών και να κατανέμονται με τον καλύτερο δυνατό τρόπο οι διαθέσιμοι πόροι για επισκευές. Η φιλοσοφία του είναι «παραγωγική» (προσέγγιση bottom up): αναλύεται ανεξάρτητα κάθε γέφυρα ως προς τα χαρακτηριστικά της και την κατάστασή της, παρέχονται προτάσεις επισκευών σε επίπεδο γέφυρας (επίπεδο έργου) και στη συνέχεια συγκεντρώνονται όλες οι αναλύσεις όλων των γεφυρών και γίνεται προγραμματισμός των εργασιών και κατανομή πόρων σε επίπεδο δικτύου γεφυρών. Έτσι, μέσω του ΣΔΓ προκύπτει τόσο αναλυτικό πρόγραμμα εργασιών επισκευών σε γέφυρες, όσο και κατανομή πόρων στο σύνολο του δικτύου, ώστε να επιτυγχάνεται συνολικά η καλύτερη δυνατή δομική και λειτουργική κατάσταση αυτού. Η φιλοσοφία αυτή είναι κατάλληλη για το μέγεθος του δικτύου γεφυρών της ΕΟΑΕ, το οποίο σύμφωνα με τα διεθνή δεδομένα μπορεί να θεωρηθεί σχετικά μικρό (1650 γέφυρες). Το ΣΔΓ της ΕΟΑΕ πρωτοτυπεί στο ότι περιλαμβάνει δυνατότητες τόσο κανονικής διαχείρισης, όσο και μετασεισμικής διαχείρισης ενός δικτύου γεφυρών. Η γενική δομή του φαίνεται στο παρακάτω Σχήμα 8.5.1: Γ.Σ.Π. Βάση Δεδομένων Διαχείριση Κύριας Συντήρησης Γεφυρών Μετασεισμική Διαχείριση Σχήμα 8.5.1: Γενική δομή ΣΔΓ ΕΟΑΕ Το σύστημα βασίζεται σε μια εκτεταμένη βάση δεδομένων, η οποία αναπτύχθηκε από την ΕΟΑΕ, έχοντας μεταξύ άλλων- ως στόχο την υποστήριξη του ΣΔΓ. Η βάση δεδομένων διασυνδέεται με το Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών της ΕΟΑΕ (GIS). Μέσω του ενιαίου γραφικού περιβάλλοντος εργασίας του συστήματος δίνεται η δυνατότητα εργασίας σε δύο επίπεδα: ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

128 Στο επίπεδο της διαχείρισης της κύριας συντήρησης των γεφυρών της ΕΟΑΕ. Στο επίπεδο της μετασεισμικής διαχείρισης των γεφυρών της ΕΟΑΕ. Η διαχείριση της κύριας συντήρησης των γεφυρών της ΕΟΑΕ είναι αυτή της τυπικής λειτουργίας ενός ΣΔΓ, το οποίο ακολουθεί «παραγωγική» προσέγγιση και φαίνεται στο παρακάτω Σχήμα 8.5.2: Πρόβλεψη Φθοράς Γεφυρών Προτάσεις Ενεργειών σε γέφυρες Ανάλυση Κόστους Κύκλου Ζωής γεφυρών Προγραμματισμός ενεργειών - Κατανομή πόρων Έτσι, στο πλαίσιο των λειτουργιών - διαδικασιών του ΣΔΓ, εκτελούνται οι εξής διεργασίες: Πραγματοποιούνται προβλέψεις για τη μελλοντική κατάσταση της κάθε γέφυρας ενός δικτύου. Παρέχονται προτάσεις επισκευών στις γέφυρες όπου απαιτείται, σε συγκεκριμένο χρονικό ορίζοντα. Αναλύεται το κόστος το κόστος του κύκλου ζωής των γεφυρών του δικτύου για τις οποίες απαιτείται επισκευή. Προγραμματίζονται οι αναγκαίες ενέργειες ώστε να μεγιστοποιείται η συνολική ωφέλεια στο δίκτυο των γεφυρών και να κατανέμονται οι διαθέσιμοι πόροι για επισκευές με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Σχήμα 8.5.2: Δομή Διαχείρισης ΣΔΓ ΕΟΑΕ Ως προς τη μετασεισμική διαχείριση των γεφυρών, αυτή εστιάζεται σε δύο ενέργειες: Στον προγραμματισμό μετασεισμικών επιθεωρήσεων των γεφυρών Στη βέλτιστη κατανομή πόρων για την επισκευή γεφυρών μετά από σεισμό. Το ΣΔΓ της ΕΟΑΕ έχει τη δυνατότητα εξαγωγής των εξής συμπερασμάτων προτάσεων: Ως προς τη Διαχείριση της Κύριας Συντήρησης: o Εκτιμήσεις για τη μελλοντική φθορά των γεφυρών (σε επίπεδο υποδομής, ανωδομής, επιφάνειας κύλισης και εφεδράνων). o Προτάσεις για επισκευές σε συγκεκριμένο χρονικό ορίζοντα o Αναλύσεις του κόστους κύκλου ζωής των γεφυρών (α) για προτεινόμενες ενέργειες επισκευών) και (β) αν δεν πραγματοποιηθούν οι προτεινόμενες ενέργειες. o Ταξινόμηση - Βαθμολόγηση των γεφυρών (α) για προτεινόμενες ενέργειες επισκευών) και (β) αν δεν πραγματοποιηθούν οι προτεινόμενες ενέργειες. o Προγραμματισμός ενεργειών με ή χωρίς περιορισμούς διαθέσιμων πόρων. Ως προς τη Μετασεισμική Διαχείριση των γεφυρών o Πρόγραμμα επιθεωρήσεων γεφυρών. o Κατανομή πόρων για τη μετασεισμική αποκατάσταση των γεφυρών. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

129 Συνολικά, η Διαχείριση της Κύριας Συντήρησης αποτελείται από τέσσερις μονάδες διαδικασιών (modules), οι οποίες φαίνονται στο Σχήμα 8.5.3: Έτσι: Στην πρώτη μονάδα προτείνονται ενέργειες Καθορισμός Ενεργειών Επισκευής Ανάλυση Κόστους Κύκλου Ζωής Ταξινόμηση με βάση τα οφέλη από τις ενέργειες επισκευής Βέλτιστο πρόγραμμα επισκευών Σχήμα 8.5.3: Διαδικασία Διαχείρισης Συντήρησης. επισκευής των γεφυρών, καθώς και εκτιμάται το κόστος αυτών, με τα υπάρχοντα δομικά, λειτουργικά χαρακτηριστικά και την αξιολόγηση της κάθε γέφυρας, καθώς και προβλέψεις αυτών για κάποιο χρονικό ορίζοντα. Προκύπτουν οι αναγκαίες επισκευές για κάθε γέφυρα (αν υπάρχουν) και το αντίστοιχο κόστος τους. Στη δεύτερη μονάδα γίνεται ανάλυση του κόστους της γέφυρας σε βάθος κύκλου ζωής, το οποίο αντιστοιχεί στην υπηρεσία (κόστος επισκευών και τρέχουσας συντήρησης) και στο χρήστη της κάθε γέφυρας. Προκύπτει η οικονομική επίδραση από τις προτεινόμενες επισκευές στις γέφυρες. Στην τρίτη μονάδα οι ενέργειες των γεφυρών ταξινομούνται με βάση τη βελτίωση στη δομική κατάσταση, στην οικονομικότητα, στην ασφάλεια και στις επιπτώσεις στο κοινωνικό σύνολο. Προκύπτει βαθμολογία βελτίωσης (η οποία αποκαλείται διαφορά της χρηστικότητας με ή χωρίς ενέργεια) κάθε γέφυρας, εκτίμηση της βελτίωσης του κάθε χαρακτηριστικού αυτής και πρόγραμμα επισκευών χωρίς περιορισμό κόστους Στην τέταρτη μονάδα βελτιστοποιείται το πρόγραμμα επισκευών, ώστε να επιλεγούν οι ενέργειες για τις οποίες προκύπτει η συνολικά μεγαλύτερη ωφέλεια στο δίκτυο γεφυρών της ΕΟΑΕ, υπό τους περιορισμούς των διαθέσιμων πόρων για επισκευές. Η κάθε μονάδα ακολουθεί σειριακά την προηγούμενη, δηλαδή, για να πραγματοποιηθούν οι διαδικασίες της δεύτερης μονάδας, πρέπει να έχουν ολοκληρωθεί οι διαδικασίες της πρώτης κ.ο.κ. Παρόλα αυτά, είναι δυνατή η χρήση μερικών μόνο από τις μονάδες (την πρώτη, την πρώτη και τη δεύτερη, τις τρεις πρώτες ή και τις τέσσερις), ανάλογα με τα αποτελέσματα που επιδιώκεται να παραχθούν από την ανάλυση ή είναι αναγκαία Κατηγορίες Προτύπων και Αλγορίθμων Συσχέτιση με λειτουργίες ΣΔΓ Τα διάφορα πρότυπα και αλγόριθμοι των ΣΔΓ εντάσσονται στις εξής κατηγορίες: Πρότυπα πρόβλεψης φθοράς γεφυρών. Τεχνικές στρατηγικές προσδιορισμού αναγκαίων εργασιών σε γέφυρες. Πρότυπα εκτίμησης κόστους γεφυρών για τη διαχειριστική αρχή και τους χρήστες. Πρότυπα καθορισμού κύκλου ζωής γεφυρών. Πρότυπα προσδιορισμού χρηστικότητας γεφυρών. Μεθοδολογίες προγραμματισμού εργασιών σε γέφυρες. Πρότυπα βέλτιστης κατανομής πόρων για την πραγματοποίηση των εργασιών Άλλα πρότυπα. Τα πρότυπα και οι αλγόριθμοι που ανήκουν στις παραπάνω κατηγορίες εντάσσονται σε μία ή περισσότερες διαδικασίες που πραγματοποιεί ένα ΣΔΓ. Στον Πίνακα 3.1 που ακολουθεί παρουσιάζεται τυπική αντιστοίχηση των λειτουργιών διαδικασιών ενός ΣΔΓ και των παραπάνω κατηγοριών: ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

130 Πίνακας 8.5.1: Αντιστοιχία Λειτουργιών ΣΔΓ και κατηγοριών αλγορίθμων - προτύπων Λειτουργία Κατηγορία Προτύπου - Αλγορίθμου Πρόβλεψη της φθοράς και της μελλοντικής κατάστασης των Πρότυπα πρόβλεψης φθοράς γεφυρών. γεφυρών. Τεχνικές στρατηγικές προσδιορισμού Καθορισμός μελλοντικών ενεργειών αναγκαίων εργασιών σε γέφυρες. επισκευής, συντήρησης ή Πρότυπα εκτίμησης κόστους γεφυρών για τη αντικατάστασης γεφυρών. διαχειριστική αρχή και τους χρήστες. Ανάλυση κόστους γέφυρας. Καθορισμός της χρηστικότητας κάθε γέφυρας για διαφορετικά σενάρια επισκευών (καμία επισκευή, προγραμματισμένη επισκευή, προτεινόμενη επισκευή κλπ). Προγραμματισμός των μελλοντικών ενεργειών σε βάθος χρόνου με ή χωρίς περιορισμούς διαθέσιμου προϋπολογισμού συντήρησης και κατανομή πόρων. Πρότυπα καθορισμού κύκλου ζωής γεφυρών. Πρότυπα εκτίμησης κόστους γεφυρών για τη διαχειριστική αρχή και τους χρήστες. Πρότυπα προσδιορισμού χρηστικότητας γεφυρών. Μεθοδολογίες προγραμματισμού εργασιών σε γέφυρες. Πρότυπα βέλτιστης κατανομής πόρων για την πραγματοποίηση των εργασιών Στον Πίνακα 3.1 παρουσιάζονται τα πρότυπα που αποτελούν τη βάση για την πραγματοποίηση της κάθε λειτουργίας ενός ΣΔΓ. Πρέπει να σημειωθεί όμως ότι, όπως προαναφέρθηκε, η συνολική λειτουργία του ΣΔΓ της ΕΟΑΕ είναι κυλιόμενη, δηλαδή η κάθε διεργασία απαιτεί αποτελέσματα μιας προηγούμενης λειτουργίας ως δεδομένα εισόδου. Τα αποτελέσματα αυτά προκύπτουν από την εφαρμογή των προτύπων και αλγορίθμων προηγούμενων λειτουργιών. Λόγου χάρη, για τον καθορισμό μελλοντικών ενεργειών επισκευής, συντήρησης ή αποκατάστασης γέφυρας, είναι αναγκαία η γνώση της μελλοντικής κατάστασης της γέφυρας, η οποία παρέχεται από προηγούμενη λειτουργία, αυτή της πρόβλεψης της φθοράς και της μελλοντικής κατάστασης μιας γέφυρας, η οποία εμπεριέχει την ανάλογη κατηγορία προτύπου. Ανάλογα, για τον καθορισμό της χρηστικότητας κάθε γέφυρας εφαρμόζονται κατάλληλα πρότυπα προσδιορισμού αυτής. Τα πρότυπα αυτά απαιτούν στοιχεία φθοράς της γέφυρας και στοιχεία της ανάλυσης κόστους για τη γέφυρα, τα οποία προέρχονται από την εφαρμογή προτύπων άλλων λειτουργιών. Το γεγονός αυτό οδηγεί στην ανάγκη συμβατότητας ανάμεσα στα πρότυπα, αφού τα αποτελέσματα κάποιων από αυτά θα χρησιμοποιηθούν ως δεδομένα εισόδου σε επόμενα. Στο Σχήμα 3.4 φαίνεται ενδεικτικό διάγραμμα ροής ενός ΣΔΓ, όπου φαίνεται η κυλιόμενη λειτουργία του και η συμμετοχή των διαφορετικών προτύπων στις διεργασίες του: Στο Σχήμα 3.4 φαίνεται η ροή αποτελεσμάτων από προηγούμενα πρότυπα σε επόμενες λειτουργίες ως δεδομένα εισόδου για χρήση από επόμενα πρότυπα. Σε γενικές γραμμές, η κατηγοριοποίηση των προτύπων και αλγορίθμων είναι ανάλογη των διεργασιών ενός ΣΔΓ, με εξαίρεση τα «λοιπά πρότυπα», τα οποία δεν μπορούν να ενταχθούν σε κάποια από τις παραπάνω κατηγορίες και τα οποία περιγράφονται στη συνέχεια του κειμένου. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

131 Τεχνικές Προσδιορισμού ενεργειών σε γέφυρες Πρότυπα Εκτίμησης Κόστους Πρόβλεψη Φθοράς και Εκτίμηση Μελλοντικής Κατάστασης Γεφυρών Καθορισμός μελλοντικών ενεργειών επισκευής, συντήρησης ή αντικατάστασης γεφυρών Πρότυπα Πρόβλεψης Φθοράς Πρότυπα Εκτίμησης Κόστους Ανάλυση Κόστους γέφυρας Πρότυπα Καθορισμού Κύκλου Ζωής Πρότυπα Προσδιορισμού Χρηστικότητας Γεφυρών Καθορισμός Χρηστικότητας Γέφυρας Προγραμματισμός ενεργειών και βέλτιστη κατανομή πόρων Μεθοδολογίες προγραμματισμού εργασιών σε γέφυρες. Πρότυπα βέλτιστης κατανομής πόρων για την πραγματοποίηση των εργασιών Σχήμα 8.5.4: Ενδεικτικό διάγραμμα ροής ΣΔΓ Πρότυπα Φθοράς Τα πρότυπα φθοράς χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη εκτίμηση της μελλοντικής φθοράς μιας γέφυρας ή ενός στοιχείου αυτής (κατάστρωμα, ανωδομή, υποδομή κλπ). Τα περισσότερα πρότυπα φθοράς είναι στοχαστικά πιθανοτικά και στηρίζονται σε παλαιότερες παρατηρήσεις ως προς την κατάσταση γεφυρών του ίδιου τύπου, σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά αυτών. Χρησιμοποιώντας στατιστικές τεχνικές, λαμβάνονται προηγούμενα στοιχεία φθοράς (από παρατηρήσεις και επιθεωρήσεις) και συνδυάζονται με χαρακτηριστικά των γεφυρών, όπως ο τύπος της κατασκευής, η ηλικία της κλπ. Από τον συνδυασμό αυτό προκύπτουν συναρτήσεις φθοράς (ή καμπύλες φθοράς), οι οποίες εφαρμόζονται για την πρόβλεψη της φθοράς ή αντίστοιχα της μελλοντικής κατάστασης κάποιου στοιχείου της γέφυρας. Η ευρεία χρήση των πιθανοτικών προτύπων στηρίζεται στο γεγονός ότι αποτελούν αξιόπιστη μακροσκοπική προσέγγιση της απεικόνισης της φθοράς των γεφυρών (εφόσον φυσικά υπάρχει ικανοποιητική διαθεσιμότητα στοιχείων) χωρίς να είναι αναγκαία η μικροσκοπική εξέταση των μηχανισμών φθοράς κάθε γέφυρας. Στο πλαίσιο του έργου διερευνήθηκαν και παρουσιάστηκαν οι πλέον διαδεδομένες προσεγγίσεις, αξιολογήθηκαν και προέκυψε ότι η συνήθης τεχνική των διαδικασιών Markov είναι η πλέον κατάλληλη από την άποψη της διαθεσιμότητας στοιχείων και της συχνότητας εφαρμογής για να επιλεγεί για το ΣΔΓ της ΕΟΑΕ. Έγινε αναλυτική περιγραφή της μεθοδολογίας και του τρόπου υπολογισμού των στοιχείων του προτύπου (πίνακες φθοράς). Για την περίπτωση της ΕΟΑΕ, έλλειψει ιστορικών στοιχείων παρουσιάστηκε μεθοδολογία, η οποία με βάση στοιχεία άλλης περιοχής, μπορεί να δώσει μια προσέγγιση πινάκων φθοράς, αρκετά ικανοποιητική για τις Ελληνικές συνθήκες Μεθοδολογία επιλογής ενεργειών επισκευής Στην όλη διαδικασία της διαχείρισης γεφυρών περιλαμβάνεται ο προσδιορισμός των αναγκαίων ενεργειών επισκευής, συντήρησης και αντικατάστασης σύμφωνα με την εμπειρία των μηχανικών της διαχειριστικής αρχής του δικτύου των γεφυρών. Σε αρκετές περιπτώσεις όμως αυτή η εμπειρία έχει καταγραφεί και ενσωματωθεί σε ΣΔΓ με τη χρήση τεχνικών υποβοήθησης λήψης αποφάσεων (decision analysis). Χαρακτηριστικότερη τεχνική είναι αυτή των δένδρων αποφάσεων. Σύμφωνα με την τεχνική αυτή, το σκεπτικό των αποφάσεων των μηχανικών ως προς τις επισκευές στις γέφυρες αναλύεται σε μια σειρά επιμέρους αποφάσεων, οι οποίες λαμβάνονται εφόσον ισχύουν κάποιες συνθήκες. Οι επιμέρους αποφάσεις και συνθήκες αποτυπώνονται σε ένα δένδρο αποφάσεων, το οποίο χρησιμοποιείται από το ΣΔΓ. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

132 Στο παρόν έργο καθορίστηκαν οι δυνατές ενέργειες επισκευής των γεφυρών της ΕΟΑΕ και οι συνδυασμοί αυτών σε μεσοσκοπικό επίπεδο λεπτομέρειας (ανωδομή, υποδομή, εφέδρανα, επιφάνεια κύλισης) και αναπτύχθηκαν τα δένδρα αποφάσεων, τα οποία διαφοροποιούνται ανάλογα με τον αντιπροσωπευτικό τύπο της κάθε γέφυρας Ανάλυση Κόστους Κύκλου Ζωής Τα πρότυπα κύκλου ζωής των γεφυρών χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση της αναμενόμενης φθοράς και των εργασιών μιας γέφυρας κατά τη διάρκεια του χρόνου ζωής της. Προφανώς, η κάθε γέφυρα διαθέτει διαφορετικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά, οπότε ο χρόνος ζωής της επίσης διαφοροποιείται. Πρακτικά όμως, είναι αδύνατη η ανάπτυξη συγκεκριμένου κύκλου ζωής για ένα στοιχείο κάθε γέφυρας και για το λόγο αυτό οι κατασκευές ομαδοποιούνται με βάση κάποιο κοινό χαρακτηριστικό τους (συνήθως το υλικό κατασκευής του καταστρώματος ή της ανωδομής, ή τον τύπο της ανωδομής) και αναπτύσσονται χρησιμοποιούνται τυπικοί κύκλοι ζωής για ομοειδείς γέφυρες. Οι τυπικοί κύκλοι βασίζονται σε ιστορικά στοιχεία και είναι αλληλένδετοι με τα πρότυπα εκτίμησης φθοράς μιας κατασκευής. Με τη χρήση των κύκλων ζωής μπορεί να πραγματοποιηθεί εκτίμηση του κόστους συντήρησης και επισκευών σε μια γέφυρα σε βάθος χρόνου αλλά και του κόστους του χρήστη των γεφυρών το οποίο σχετίζεται με την κατάσταση αυτών. Επιπλέον, γνωρίζοντας την τρέχουσα κατάσταση μιας γέφυρας καθώς και την ηλικία της, παρέχεται μια επιπλέον εκτίμηση για τη μελλοντική φθορά της και για την επόμενη απαιτούμενη εργασία επισκευής αντικατάστασής της. Έτσι, αναπτύχθηκαν εναλλακτικοί τυπικοί κύκλοι ζωής για τις γέφυρες της ΕΟΑΕ, βασισμένοι στην εμπειρία και στη διεθνή βιβλιογραφία. Διαμορφώθηκαν οι αλγόριθμοι ενσωμάτωσης των τυπικών κύκλων ζωής στη διάρκεια ζωής των γεφυρών, σε διαφορετικές περιπτώσεις. Δημιουργήθηκε η διαδικασία μετατροπής των αποτελεσμάτων της ανάλυσης κόστους του κύκλου ζωής των γεφυρών σε κριτήρια τα οποία στη συνέχεια αξιοποιούνται για τον καθορισμό προτεραιοτήτων των γεφυρών της Εγνατίας Οδού Εκτίμηση Κόστους Υπηρεσίας και Χρήστη Τα πρότυπα εκτίμησης κόστους αφορούν σε: Εκτιμήσεις κόστους επισκευής, βελτίωσης ή αντικατάστασης των στοιχείων των γεφυρών. Εκτιμήσεις για το κόστος που αντιστοιχεί στους μετακινούμενους και στο κοινωνικό σύνολο από τη χρήση μιας γέφυρας. Το κόστος επισκευής, βελτίωσης ή αντικατάστασης των στοιχείων των γεφυρών αφορά την διαχειριστική αρχή του δικτύου των γεφυρών. Συνήθως προτυποποιείται με τη χρήση ιστορικών στοιχείων και κατάλληλων παραδοχών, ως συνάρτηση των διαστάσεων και γενικών χαρακτηριστικών (ηλικία, τύπος, υλικό) μιας γέφυρας. Με τα πρότυπα αυτά παρέχεται μια γενική εκτίμηση για το κόστος της επισκευής. Η εκτίμηση του κόστους για το χρήστη από τον τρόπο λειτουργίας της γέφυρας αφορά στο κόστος λόγω ατυχημάτων στη γέφυρα, στο κόστος λόγω παρακάμψεων εφόσον η γέφυρα δεν μπορεί να επιτελέσει το σκοπό της ή εφόσον έχει κλείσει λόγω επισκευών αλλά και στο κόστος λόγω δυσλειτουργίας της γέφυρας (ΤRB, 2003). Γέφυρες με προβληματική επιφάνεια κύλισης, μικρό πλάτος ή προβληματική χάραξη παρουσιάζουν αυξημένη πιθανότητα ατυχημάτων. Δυσκολίες στη διέλευση πάλι οδηγούν σε αυξημένο κόστος στους χρήστες λόγω αναγκαστικών ή δυνητικών παρακάμψεων. Γέφυρες που λόγω των χαρακτηριστικών τους δημιουργούν κυκλοφοριακά προβλήματα ή μειωμένες ταχύτητες και έτσι αυξάνουν τους χρόνους διαδρομής των χρηστών, αυξάνουν και το κόστος για τους τελευταίους. Επιπρόσθετα, μικρό μεν αλλά υπολογίσιμο είναι και το κόστος της φθοράς των οχημάτων λόγω της πιθανής φθοράς της επιφάνειας κύλισης της γέφυρας. Αναπτύχθηκαν οι μορφές και όπου υπήρχαν διαθέσιμα στοιχεία οι τελικές συναρτήσεις για το κόστος των γεφυρών στο χρήστη και στην υπηρεσία Καθορισμός Χρηστικότητας Η χρηστικότητα μιας γέφυρας αξιοποιείται για τον καθορισμό προτεραιοτήτων εργασιών σε γέφυρες. Αποτελεί ποσοτική αξιολόγηση χαρακτηριστικών μιας γέφυρας όπως η κατάσταση της, το κόστος της και η λειτουργικότητά της. Έτσι είναι δυνατή η σύγκριση της συνολικής δομικής και λειτουργικής κατάστασης γέφυρας αν ή αν δεν πραγματοποιηθεί σε αυτή ενέργεια επισκευής. Η σύγκριση αυτή αποτελεί αναγκαίο στοιχείο για τον προγραμματισμό των ενεργειών των γεφυρών ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

133 αφού υποδηλώνει τη βελτίωση στγη γέφυρα, η οποία οφείλεται στην ενέργεια. Τα πρότυπα προσδιορισμού της χρηστικότητας γεφυρών προκύπτουν αφού καθοριστούν οι παράγοντες που κατά περίπτωση συμμετέχουν στη χρηστικότητα μιας γέφυρας. Στη συνέχεια, καθορίζεται η κλίμακα βαθμολόγησης της χρηστικότητας όπως και οι εξισώσεις καθορισμού της ως συνάρτησης της κατάστασης, των χαρακτηριστικών, του κόστους και άλλων παραγόντων. Οι παράγοντες που καταγράφονται στη συνήθη πρακτική αλλά και περιλαμβάνονται στα χαρακτηριστικά της ΕΟΑΕ μπορούν να περιληφθούν στις παρακάτω ομάδες: Δομική Κατάσταση της Γέφυρας Οικονομικότητα Λειτουργικότητα Ασφάλεια Επιπτώσεις στο Φυσικό και Κοινωνικό Περιβάλλον Σεισμική δράση Η κατάσταση της γέφυρας περιλαμβάνει τη δομική κατάσταση των στοιχείων της γέφυρας (στο βαθμό λεπτομέρειας που εκείνη εξετάζεται) και την απομένουσα ζωή της γέφυρας. Η οικονομικότητα περιλαμβάνει το κόστος επισκευών και τυπικής συντήρησης για την διαχειριστική αρχή αλλά και το κόστος για το χρήστη. Στην λειτουργικότητα περιλαμβάνονται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του καταστρώματος, οι ελεύθερες αποστάσεις για διέλευση οχημάτων πάνω στη γέφυρα και κάτω από αυτή, καθώς και τα κινητά φορτία που επιτρέπεται να διέλθουν με ασφάλεια από τη γέφυρα. Οι επιπτώσεις στο φυσικό και κοινωνικό περιβάλλον αφορούν στην επίδραση των γεφυρών στο περιβάλλον αλλά και στο κόστος του χρήστη λόγω παράκαμψης αν διακοπεί η κυκλοφορία στη γέφυρα. Ολοκληρώνοντας, η σεισμική δράση σχετίζεται με τη ζώνη επικινδυνότητας στην οποία βρίσκεται η γέφυρα και με τη σεισμική τρωτότητα της γέφυρας. Στο έργο αναπτύχθηκαν οι συναρτήσεις χρηστικότητας των διαφόρων παραγόντων καθώς και η διαδικασία υπολογισμού της μεταβολής τους μετά από πραγματοποίηση επισκευών σε γέφυρες Βέλτιστος Προγραμματισμός Ενεργειών και Κατανομή Πόρων Οι μεθοδολογίες προγραμματισμού εργασιών και βέλτιστης κατανομής πόρων αποσκοπούν στην παραγωγή του βέλτιστου προγράμματος επισκευών ή/και στη βέλτιστη κατανομή πόρων στις γέφυρες. Στόχος των μεθοδολογιών είναι η κατανομή των πόρων με τέτοιο τρόπο ώστε να μην υπάρχουν υπερβάσεις στο διαθέσιμο προϋπολογισμό και να βελτιώνεται η συνολική κατάσταση του δικτύου των γεφυρών. Με τη χρήση των μεθοδολογιών παράγεται πρόγραμμα μελλοντικών εργασιών στο δίκτυο των γεφυρών ενώ γίνεται και κατανομή πόρων στις γέφυρες. Οι μεθοδολογίες προγραμματισμού και τα πρότυπα κατανομής πόρων βασίζονται στον προσδιορισμό της χρηστικότητας κάθε γέφυρας ώστε να είναι δυνατός ο καθορισμός προτεραιοτήτων ανάμεσα σε έργα σε διαφορετικές γέφυρες και στο κόστος κάθε εργασίας, εφόσον υπάρχουν περιορισμοί στη διαθεσιμότητα πόρων. Οι μέθοδοι ποικίλουν, από απλή ταξινόμηση των γεφυρών σε σχέση με τη χρηστικότητά τους, μέχρι και εξεζητημένες μεθόδους επιχειρησιακής έρευνας, (ακέραιος, δυναμικός προγραμματισμός, γενετικοί αλγόριθμοι κ.α.) όπως θα αναφερθεί και στη συνέχεια. Η μεθοδολογία που επιλέγεται είναι συνήθως συνάρτηση του μεγέθους του δικτύου των γεφυρών, της ακολουθούμενης πολιτικής στην κατανομή πόρων και των αναγκών βελτιστοποίησης Αναπτύχθηκαν οι μαθηματικές διατυπώσεις για το βέλτιστο προγραμματισμό ενεργειών και τη βέλτιστη κατανομή πόρων για την μεγιστοποίηση της βελτίωσης της χρηστικότητας του δικτύου των γεφυρών. Παρουσιάστηκε η βασική διατύπωση και επεκτάσεις αυτής με στόχο την μεγαλύτερη δυνατή ευελιξία στη διατύπωση πολιτικών που αφορούν στη βέλτιστη κατανομή πόρων. Οι διατυπώσεις έχουν ενταχθεί στο ΣΔΓ της ΕΟΑΕ Μετασεισμική Διαχείριση Ως διαχείριση μετά από σεισμό καλείται η υποστήριξη των υπηρεσιών της ΕΟΑΕ σε δράσεις που καλούνται να λάβουν. Οι αποφάσεις αυτές λαμβάνονται υπόψη σε επίπεδο δικτύου, ενώ σε επίπεδο έργου απαιτείται σε κάθε περίπτωση ιδιαίτερη διερεύνηση (λόγου χάρη η μελέτη για τις επιδιορθώσεις μιας γέφυρας ή οι ειδικές επιλογές παράκαμψης μιας γέφυρας). Η διαχείριση των επιδιορθώσεων κινείται σε γενικές γραμμές σε δύο επίπεδα: Στον προγραμματισμό των επιθεωρήσεων των γεφυρών οι οποίες βρίσκονται στην περιοχή της σεισμικής δράσης. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

134 Στον καθορισμό της βέλτιστης κατανομής πόρων ώστε να είναι δυνατή η επιδιόρθωση των γεφυρών του δικτύου Το πρώτο βήμα για την έναρξη επιδιορθώσεων είναι η αποτίμηση των ζημιών που προκάλεσε το σεισμικό γεγονός στις γέφυρες. Για την αποτίμηση των ζημιών στις γέφυρες είναι αναγκαία η επιθεώρηση των γεφυρών του δικτύου στο συντομότερο δυνατό διάστημα. Το επόμενο βήμα είναι η κατανομή πόρων στις γέφυρες ανάλογα με κάποιους παράγοντες όπως η διαθεσιμότητα πόρων, η σημαντικότητα κάθε γέφυρας στη λειτουργία του δικτύου και η κατάσταση της γέφυρας του δικτύου. Έτσι, στο πλαίσιο του έργου αναπτύχθηκε αλγόριθμος με τον οποίο είναι δυνατός ο προγραμματισμός των επιθεωρήσεων σε σύντομο χρονικό διάστημα. Περιγράφηκε η γενική μορφή προβλήματος και διατυπώθηκε ειδική μορφή αλγόριθμου για την περίπτωση της Εγνατίας Οδού. Επίσης δόθηκε μεθοδολογία για την βέλτιστη κατανομή πόρων για επιδιορθώσεις μετά από σεισμό. Η μεθοδολογία στηρίζεται (α) στα αποτελέσματα των επιθεωρήσεων και (β) στον καθορισμό της σημαντικότητας μιας γέφυρας. Διαμορφώνονται κατάλληλες διατυπώσεις με τις οποίες είναι δυνατή η σταδιακή κατανομή πόρων ανάλογα με τη διαθεσιμότητα πόρων, τις επιδιώξεις, τις προτεραιότητες και τις υποχρεώσεις της διαχειριστικής αρχής του δικτύου των γεφυρών Υλοποίηση ΣΔΓ Το Σύστημα Διαχείρισης Γεφυρών το οποίο θα καλούμε Egnatia Bridge Management System (EBMS) έχει ως σκοπό την υποστήριξη αποφάσεων συντήρησης του δικτύου γεφυρών της ΕΟΑΕ. Το σύστημα χωρίζεται σε 4 κύρια υποσυστήματα τα οποία εκτελούνται διαδοχικά. Το 1ο ονομάζεται υποσύστημα πρότασης ενεργειών και έχει ως στόχο να προτείνει ένα περιορισμένο σύνολο εναλλακτικών ενεργειών που πρέπει να γίνουν σε κάθε γέφυρα, δεδομένων των χαρακτηριστικών και της κατάστασής της. Το 2o ονομάζεται υποσύστημα υπολογισμού κόστους κύκλου ζωής και έχει ως στόχο να υπολογίσει για κάθε προτεινόμενη ενέργεια καθώς και για την περίπτωση όπου δεν γίνει καμία ενέργεια την επίδραση της στο κόστος του κύκλου ζωής της γέφυρας. Το 3ο ονομάζεται υποσύστημα ταξινόμησης και έχει ως στόχο τον υπολογισμό της επιπλέον χρηστικότητας που ενδεχομένως θα επιφέρει στην κάθε γέφυρα η κάθε προτεινόμενη ενέργεια σε σύγκριση με την μη εφαρμογή ενέργειας, και την παρουσίαση στον χρήστη των ενεργειών ταξινομημένων βάσει της επιπλέον χρηστικότητας που προσφέρουν. Το 4ο ονομάζεται υποσύστημα βελτιστοποίησης και έχει ως στόχο την επιλογή εκείνων των ενεργειών που θα φέρουν το δίκτυο των γεφυρών στην καλύτερη κατάσταση χωρίς να υπερβούν ένα δεδομένο προϋπολογισμό. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

135 EBMS Διαχείριση συνόλων γεφυρών Διαχείριση παραμέτρων Διαχείριση σεναρίων αρχείο BMS Εισαγωγή συνόλου Επεξεργασία συνόλου Δημιουργία σεναρίου Εκτέλεση σεναρίου 1 ο υποσύστημα 2 ο υποσύστημα 3 ο υποσύστημα 4 ο υποσύστημα Σύνολα γεφυρών Παράμετροι Αποτελέσματα Βάση δεδομένων EBMS Σχήμα 8.5.5: Γενικό σχήμα του συστήματος Το σύστημα μπορεί να αποθηκεύει διάφορα σύνολα γεφυρών τα οποία έχουν προέλθει από το σύστημα bridge. To σύστημα bridge μπορεί να εξάγει ένα σύνολο γεφυρών (π.χ. όλες τις γέφυρες, γέφυρες κάποιου τύπου κ.λ.π) σε ειδικά μορφοποιημένο αρχείο κειμένου. Τα αρχεία αυτά μπορούν να διαβαστούν από το BMS και με αυτόν τον τρόπο εισάγεται ένα σύνολο γεφυρών στο σύστημα. Το σύνολο γεφυρών αποκτά κωδικό και όνομα έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα διάφορα σενάρια που δημιουργεί ο χρήστης. Ο χρήστης μπορεί να δημιουργεί σενάρια. Κάθε σενάριο αφορά έναν σύνολο γεφυρών (το ίδιο σύνολο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορα σενάρια), έχει δικές του τιμές στις παραμέτρους και αποτελέσματα Τα βήματα εκτέλεσης του ΣΔΓ έχουν ως εξής: 1. Δημιουργία συνόλου γεφυρών. Ο χρήστης δημιουργεί ένα σύνολο γεφυρών από ένα αρχείο τύπου BMS που μπορεί να έχει εξαχθεί από την Βάση Δεδομένων. Ο χρήστης μπορεί στην συνέχεια να δει και να τροποποιήσει τα στοιχεία αυτά, στην φόρμα που φαίνεται στην συνέχεια 2. Δημιουργία σεναρίου Κάθε σενάριο εφαρμόζεται σε ένα σύνολο γεφυρών και έχει δικές του τιμές στις παραμέτρους οι οποίες αρχικά μπορεί να αντιγραφούν από κάποιο άλλο σενάριο επιλογής του χρήστη και στην συνέχεια να τις τροποποιήσει. Σχήμα 8.5.6: Παράθυρο Στοιχείων Γεφυρών 3. Τροποποίηση παραμέτρων: α) Δέντρο αποφάσεων. Ορίζονται οι ενέργειες που πρέπει να γίνουν σε μία γέφυρα ανάλογα με τα χαρακτηριστικά και την κατάστασή της. Το interface του συστήματος δίνει την δυνατότητα του ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

136 καθορισμού του δέντρου αυτού με γραφικό τρόπο. Ένα παράδειγμα τέτοιου δέντρου φαίνεται στην επόμενη εικόνα. β) Ερήμην (default) τιμές χαρακτηριστικών. Εδώ ο χρήστης μπορεί να ορίσει για όποιο χαρακτηριστικό της γέφυρας θέλει κάποια default τιμή, δηλαδή μία τιμή που θα έχει το χαρακτηριστικό αυτό της γέφυρας αν δεν είναι συμπληρωμένο. γ) Επιθυμητές τιμές (Ελάχιστη πλευρική απόσταση και Ελεύθερο ύψος κάτω από την γέφυρα) δ) Πιθανότητες μετάβασης. Ορίζονται οι πιθανότητες μετάβασης της Σχήμα 8.5.7: Παράθυρο Δένδρου Αποφάσεων γέφυρας από μία κατάσταση σε μία άλλη βάσει των χαρακτηριστικών της. ε) Κύκλος ζωής. Ορίζονται οι παράμετροι που αφορούν τον κύκλο ζωής των γεφυρών, όπως χρόνος ζωής, κάθε πότε και ποιες σημαντικές επισκευές πρέπει να γίνουν, καθώς και παράμετροι υπολογισμού κόστους συντήρησης. Οι παράμετροι αυτοί είναι κυρίως ανά ΑΤ. στ) Γενικές μεταβλητές. Δίνει την δυνατότητα τροποποίησης παραμέτρων όπως το πλήθος ετών ανάλυσης, ιδανικό πλάτος λωρίδας κ.λ.π. ζ) Παράμετροι κόστους ενεργειών. Σχήμα 8.5.8: Παράθυρων Πινάκων Φθοράς Παράμετροι που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του κόστους της κάθε ενέργειας. η) Χρηστικότητα Η συνολική χρηστικότητα αποτελεί άθροισμα με βάρη επιμέρους χρηστικοτήτων όπως χρηστικότητας κατάστασης, οικονομικότητας, κ.λ.π Ο χρήστης μπορεί να ορίσει τα βάρη αυτά. θ) Δέλτα. Οι ενέργειες επιφέρουν αλλαγές σε διάφορα χαρακτηριστικά των γεφυρών (κυρίως στις βαθμολογίες των καταστάσεων). Εδώ για κάθε ενέργεια ορίζονται οι αλλαγές αυτές. ι) ΜΗΚ Παράμετροι για τον υπολογισμό του μελλοντικού ΜΗΚ και την κατανομή της κυκλοφορίας στο 24ωρο. ια) Δεδομένα τύπων οχημάτων Ορίζονται παράμετροι απαραίτητες για τον υπολογισμό του κόστους χρήστη, όπως βάρος του κάθε τύπου οχήματος, κόστος λειτουργίας του κ.λ.π. ιβ) Δεδομένα κλάσεων οδών Ορίζονται παράμετροι απαραίτητες για τον υπολογισμό του κόστους χρήστη, όπως κατανομή των τύπων οχημάτων ανά τύπο οδού και μέση ταχύτητα οχημάτων. 4. Προκαθορισμένες ενέργειες Ο χρήστης μπορεί να προκαθορίσει ποια ενέργεια θα γίνει σε κάποια γέφυρα καθώς και άλλα στοιχεία της ενέργεια όπως το κόστος. 5. Εκτέλεση σεναρίου Ο χρήστης μπορεί να εκτελέσει είτε όλες τις ενέργειες διαδοχικά είτε μία μία. 6. Δοκιμή Ο χρήστης μπορεί να τρέξει δοκιμαστικά τα τρία πρώτα τμήματα. Επιλέγοντας Πρόταση ενέργειας εμφανίζεται η φόρμα επιλογής ενεργειών στην οποία ο χρήστης μπορεί να τρέξει δοκιμαστικά το τμήμα πρότασης ενεργειών για μία γέφυρα και να ελέγξει το δέντρο αποφάσεων. ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ

137 Αν επιθυμεί ο χρήστης μπορεί στην συνέχεια να επιλέξει δέντρο και να δει την πορεία που ακολουθήθηκε για την επιλογή της ενέργειας Σχήμα 8.5.9: Παράθυρο Δοκιμής Επιλέγοντας Κύκλος ζωής εμφανίζεται η φόρμα δοκιμής κύκλου ζωής στην οποία ο χρήστης μπορεί να τρέξει δοκιμαστικά το 2ο τμήμα για μία γέφυρα και να ελέγξει τα αποτελέσματα. Σχήμα : Παράδειγμα δέντρου αποφάσεων (η διαδρομή με κόκκινο χρώμα) Επιλέγοντας Ταξινόμηση εμφανίζεται η φόρμα δοκιμής του υπολογισμού της χρηστικότητας μίας γέφυρας με ή χωρίς την προτεινόμενη ενέργεια. Το υποσύστημα της βελτιστοποίησης δεν παρέχει κάποια δοκιμή μιας και δεν έχει νόημα η εκτέλεσή του για μία μόνο γέφυρα. Σχήμα : Παράδειγμα Κύκλου Ζωής αναφορές. 7. Αποτελέσματα/Αναφορές Μετά την εκτέλεση του σεναρίου ή και κάποιων υποσυστημάτων μόνο, ο χρήστης μπορεί να δει τα αποτελέσματα και τις Αξιολόγηση Λογισμικού Σχήμα : Παράθυρο Αναφορών περαιτέρω βελτιώσεις αυτού. Με βάση τη μικρή διαθεσιμότητα δεδομένων σημαντικής φθοράς από γέφυρες της ΕΟΑΕ, πραγματοποιήθηκαν έλεγχοι λογισμικού, διορθώθηκαν τα όποια λάθη και αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα, τα οποία δείχνουν (για τα διαθέσιμα δεδομένα) αξιόπιστα. Στο αμέσως επόμενο διάστημα και εφ όσον υπάρξουν περισσότερα και πληρέστερα δεδομένα, η ΕΟΑΕ θα μπορέσει να αξιολογήσει καλύτερα το ΣΔΓ και να προβεί σε ΣΠ- ΔΠ ΚΩΔ. ΥΠΟΕΡΓΟΥ : ΔΠ