ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ & ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΡΑΓΓΩΝ

Transcript

1 Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 1

2 Φορτίσεις Σεισμική Δράση Ιδιο Βάρος Ωθήσεις Γαιών Υδροστατική Φόρτιση Κινητά Φορτία Θερμοκρασιακές Μεταβολές Καταναγκασμοί Κινηματική Αλληλεπίδραση Αδρανειακές Δυνάμεις Μεταβολή Ωθήσεων Γαιών Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 2

3 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗΣ Χρήση Αναλυτικών Εξισώσεων Μέθοδος Σεισμικού Συντελεστή Μέθοδος Παραμόρφωσης Περιβάλλοντος Εδαφικού Μέσου Δυναμική Ανάλυση Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 3

4 Χρήση Αναλυτικών Εξισώσεων ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΑΠΟ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗ Διαμήκης Παραμόρφωση V a max max ε L = ± Cse Cse Εγκάρσια Παραμόρφωση V ε r = C max se 2 t g 3E m + 16ELt θλίψη θλίψη Οι εξισώσεις για την εγκάρσια Οι εξισώσεις για την εγκάρσια παραμόρφωση ισχύουν για λόγο παραμόρφωση ισχύουν για λόγο ευκαμψίας >20, άνοιγμα μικρότερο ευκαμψίας >20, άνοιγμα μικρότερο από 1/8 του μήκους κύματος, από 1/8 του μήκους κύματος, επιτρέπεται η τοπική θραύση σε επιτρέπεται η τοπική θραύση σε ελκυσμό υπό την προϋπόθεση ότι η ελκυσμό υπό την προϋπόθεση ότι η παραμόρφωση θλίψης στην υπόλοιπη παραμόρφωση θλίψης στην υπόλοιπη διατομή είναι μικρότερη του 0.3% διατομή είναι μικρότερη του 0.3% V ε r = 2 C max se t ελκυσμός ελκυσμός Vmax: Ταχύτητα διατμητικών κυμάτων, Cse: ταχύτητα εδαφικής κίνησης Vmax: Ταχύτητα διατμητικών κυμάτων, Cse: ταχύτητα εδαφικής κίνησης Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 4

5 Μέθοδος Σεισμικού Συντελεστή ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ Κατά την Μέθοδο Mononobe-Okabe ΣτροφήτουΠεδίουΒαρύτηταςκατάγωνίαθ a h θ = arctg 1± a v Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 5

6 Μέθοδος Σεισμικού Συντελεστή ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ Κατά την Μέθοδο Mononobe-Okabe Συγκρίσεις Αποτελεσμάτων Οριακής Ισορροπίας και Αριθμητικής Ανάλυσης Μέγιστες Τιμές Καμπτικών Ροπών Τοίχου Αντιστήριξης (kn.m) 1-av EAK av Mononobe-Okabe FLAC Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 6

7 Μέθοδος Παραμόρφωσης Περιβάλλοντος Εδαφικού Μέσου ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΜΕ ΨΕΥΔΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Πρώτη Προσέγγιση Προσδιορισμός της γωνιακής παραμόρφωσης στη θέση της σήραγγας Επίλυση για καταναγκασμό μετακίνησης και προσομοίωση της απόκρισης του περιβάλλοντος εδάφους με ελατηριακές σταθερές γ γ = vh Cs Μονοδιάστατη Ανάλυση Διδιάστατη Ανάλυση Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 7

8 Μέθοδος Παραμόρφωσης Περιβάλλοντος Εδαφικού Μέσου ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΜΕ ΨΕΥΔΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Πρώτη Προσέγγιση Προσδιορισμός της γωνιακής παραμόρφωσης στη θέση της σήραγγας Επίλυση για καταναγκασμό μετακίνησης και προσομοίωση της απόκρισης του περιβάλλοντος εδάφους με ελατηριακές σταθερές Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 8

9 Μέθοδος Παραμόρφωσης Περιβάλλοντος Εδαφικού Μέσου ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΜΕ ΨΕΥΔΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Δεύτερη Προσέγγιση 1. Προσδιορισμός του κινηματικού πεδίου στη θέση της σήραγγας με ΜονοδιάστατηήΔιδιάστατηΑνάλυση 2. Επίλυση σε δύο διαστάσεις με επιβολή κατάλληλου κινηματικού πεδίου Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 9

10 Δυναμική Ανάλυση ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ - ΣΗΡΑΓΓΑΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Η Ανάλυση πραγματοποιείται ως συνέχεια της εντατικής και κινηματικής κατάστασης της σήραγγας Λαμβάνονται υπόψη θέματα μετελαστικής συμπεριφοράς Δίνεται η δυνατότητα μεταβολής των παραμέτρων αντοχής και παραμορφωσιμότητας συναρτήσει του εντατικού και κινηματικού καθεστώτος Εισαγωγή Χρονοϊστορίας Σεισμικής Διέγερσης Καταγραφή των εντατικών και κινηματικών μεγεθών κατά διάφορες φάσεις Προσδιορισμός Ευπαθών Περιοχών Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 10

11 Δυναμική Ανάλυση ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ - ΣΗΡΑΓΓΑΣ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Μεγάλο Υπολογιστικό Κόστος Χρήση Εξειδικευμένων Προγραμμάτων Απαραίτητες Γνώσεις μη Γραμμικής Ανάλυσης και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 11

12 Δυναμική Ανάλυση ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 12

13 Δυναμική Ανάλυση ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΚΡΙΣΙΜΟ ΒΗΜΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ Μέγεθος Στοιχείων Δυσκαμψία Αριθμός Κόμβων Πλαστικοποίηση Μέγεθος Χρονοϊστορίας Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 13

14 Παραδείγματα Σήραγγα Κιβωτοειδούς Μορφής σε Μικρό Υπερκείμενο ΕπίλυσημετηΜέθοδοΣεισμικούΣυντελεστή Επίλυση με Δυναμική Ανάλυση για το σεισμό Αιγίου Στατικές Συνθήκες Mononobe Okabe FLAC Μέγιστη Ροπή (kn.m) Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 14

15 Παραδείγματα Πεταλοειδούς Μορφής Οδική Σήραγγα Cut n Cover Επίλυση με Ημιτονοειδούς Μορφής Παλμό ΕπίλυσημετηΜέθοδοΣεισμικούΣυντελεστή Επίλυση με Δυναμική Ανάλυση για το σεισμό Αιγίου Μέγιστη Ροπή (kn.m) Στατικές Συνθήκες Mononobe Okabe FLAC Ημιτ. FLAC Αίγιο ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: ΙΔΙΑ ΤΑΞΗ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΡΟΠΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΡΟΠΩΝ Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 15

16 Παραδείγματα Πεταλοειδούς Μορφής Οδική Σήραγγα με Μικρό Υπερκείμενο σε Καλής Ποιότητας Βράχο Επίλυση με ημιτονοειδούς μορφής Παλμό ΕπίλυσημετηΜέθοδοΣεισμικούΣυντελεστή Επίλυση με Δυναμική Ανάλυση για το σεισμό Αιγίου Μέγιστη Ροπή (kn.m) Στατικές Συνθήκες Mononobe Okabe FLAC Ημιτ. FLAC Αίγιο ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: ΑΥΞΗΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΡΟΠΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΗΣ ΧΑΛΑΡΩΣΗΣ Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 16

17 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗΣ Χρήση Αναλυτικών Εξισώσεων Μέθοδος Σεισμικού Συντελεστή Μέθοδος Παραμόρφωσης Περιβάλλοντος Εδαφικού Μέσου Δυναμική Ανάλυση Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 17

18 Διακριτοποίηση Προβλήματος Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 18

19 Προσδιορισμός Βαθμού Αποτόνωσης Βραχομάζας Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 19

20 Προσομοίωση σήραγγας με ελατηριακές σταθερές και γεωστατικές ωθήσεις Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 20

21 ΓΕΩΛΟΓΙΑ Γεωμορφολογία, Δομή, Ποιότητα Διάγραμμα Σχεδιασμού Σηράγγων ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Παράμετροι Αντοχής, Παραμορφωσιμότητας Εντατικό Πεδίο, Δράση Υπογείων Υδάτων ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΚΣΚΑΦΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Διακριτοποίηση Καταστατικοί Νόμοι Δράσεις - Προσομοίωση ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΦΑΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΝΟΡΓΑΝΩΣΗ - ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΒΑΘΜΟΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 21

22 Φάσεις Κατασκευής και Προσομοίωσης Διπλής Σήραγγας Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 22

23 Διακριτοποίηση Προβλήματος Ορθογωνικής Σήραγγας JOB TITLE : Box Tunnel Under Seismic Action (*10^1) FLAC (Version 4.00) LEGEND 30-Apr-01 12:59 step E+00 <x< 5.067E E+00 <y< 4.467E Grid plot 0 1E GeoStatiki Consulting Engineers 11, Nikis avenue, Thessaloniki (*10^1) Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 23

24 Διακριτοποίηση Προβλήματος Ορθογωνικής Σήραγγας JOB TITLE : Box Tunnel Under Seismic Action, Aigio (*10^1) FLAC (Version 4.00) LEGEND 30-Apr-01 19:44 step E+00 <x< 5.067E E+00 <y< 4.467E Grid plot 0 1E 1 Beam plot GeoStatiki Consulting Engineers 11, Nikis avenue, Thessaloniki (*10^1) Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 24

25 ΕΝΤΑΤΙΚΟ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΥΣΑΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Παραδοχές: Κυκλική σήραγγα, ελαστικό-ισότροπο μέσο Προσομοίωση με εφαρμογή ισοδύναμης εσωτερικής πίεσης (p) (ανυποστήρικτη σήραγγα) λ : συντελεστής αποτόνωσης u = ( po p) = λ po p = ( 1- λ) p o 2G 2G Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 25

26 ΕΝΤΑΤΙΚΟ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΥΣΑΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Κατανομή Τάσεων Μετακινήσεις σε ανυποστήρικτη σήραγγα Παραδοχές Κυκλική Σήραγγα Καθεστώς Επίπεδης Παραμόρφωσης Ομογενές, Ισότροπο Αβαρές Μέσο Γραμμική Ελαστικότητα Προσομοίωση της Εκσκαφής με Εσωτερική Πίεση Η Επιφάνεια Θραύσης περιβάλλει τον μέγιστο κύκλο του Mohr σ σ r θ = p = p o o 2 1 λ r λ r p λ = 1 - p o U U 1+ r = ν Ε p o r 1 + ν r= = Ε po = 2 2G Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 26

27 ΕΝΤΑΤΙΚΟ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΥΣΑΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Κατανομή Τάσεων Μετακινήσεις σε υποστηριζόμενη σήραγγα Κριτήριο Θραύσης Mohr-Coulomb σ 1 = σ 3Ν φ + 2c N φ = σ 3Ν φ + c σ 3 σ3 σ1 + σ 1 = sinφ c cosφ Η Επιφάνεια Θραύσης περιβάλλει τον μέγιστο κύκλο του Mohr Ν φ = k p = tan sin φ = 1 sin φ Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 27 φ 2 Να προσδιορισθεί η ελάχιστη απαιτούμενη τιμή εσωτερικής πίεσης p a για την αποφυγή θραύσης σ + σ p o =, pa = p p a a = p o = (p ( 1- sinφ) o 2 c ) σ 3 c cosφ 2 c 1 = (po ) φ + 2 N ( 1 sinφ)

28 Αναπλ. Καθ. Αιμίλιος Κωμοδρόμος 28 ΕΝΤΑΤΙΚΟ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΥΣΑΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Κατανομή Τάσεων Μετακινήσεις σε υποστηριζόμενη σήραγγα ( ) 1 N 1 c c φ o φ p φ 1 N p 1 N 2 r + + = = = φ φ φ φ θ φ σ σ N c N c r r N N r N Κατανομή Τάσεων στην Πλαστική Ζώνη Κατανομή Τάσεων στην Ελαστική Ζώνη ( ) ( ) r r p f p r r p f p p o o p o o r + = = σ θ σ oπου f(p o ) η τιμήτου κριτηρίου θραύσης στην εξεταζόμενη θέση