ΚΑΛΩ ΙΩΤΗ ΓΕΦΥΡΑ ΣΕΑ ΠΑΛΛΗΝΗΣ Σ. Σταθόπουλος Π. Κοτσανόπουλος ρ. Πολ. Μηχανικός MSc Πολ. Μηχανικός Ε. Σταθόπουλος Κ. Σταθόπουλος ιπλ. Πολ. Μηχανικός ρ. Πολ. Μηχανικός ΠΕΡΙΛΗΨΗ Με σκοπό την σύνδεση των δύο εκατέρωθεν της Αττικής Οδού Σταθµών Εξυπηρέτησης Αυτοκινήτων (ΣΕΑ) στην περιοχή της Παλλήνης, ζητήθηκε η κατασκευή µιας οδογέφυρας, κλάσεως 60/30, µε ιδιαίτερο αρχιτεκτονικό χαρακτήρα. Η αδυναµία κατασκευής µεσοβάθρων λόγω της λειτουργίας της Αττικής Οδού, όπως επίσης η απαγόρευση εγκατάστασης ικριωµάτων, οδήγησε στο σχεδιασµό µιας καλωδιωτής γέφυρας ενός πυλώνα µε σύµµικτο κατάστρωµα, τοποθετούµενο µε τη µέθοδο της προώθησης. ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Πρόκειται για µία οδική γέφυρα, που εξυπηρετεί τη διέλευση πάνω από την Αττική Οδό και τον προαστιακό σιδηρόδροµο στη θέση των ΣΕΑ Παλλήνης. Η γέφυρα είναι ενός ανοίγµατος. Η µεταξύ των δύο ακροβάθρων καθαρή απόσταση είναι L = 58.30 m (Σχήµα 1). Μηκοτοµικά η ερυθρά ακολουθεί καµπύλη γραµµή. Ο φορέας καταστρώµατος µορφώνεται ως σύµµικτη κατασκευή αποτελούµενη από: την πλάκα καταστρώµατος από σκυρόδεµα Β35 ενεργού πάχους 0.20 m, τοπικά αυξανόµενου σε 0.40 m δύο χαλύβδινες κύριες δοκούς St 52.3 σε µεταβλητή µεταξύ τους απόσταση 13.40 16.50 m είκοσι δύο χαλύβδινες διαδοκίδες St 52.3 (Σχήµα 2). Η πλάκα καταστρώµατος σκυροδετείται επί τραπεζοειδούς λαµαρίνας πάχους 1.25 mm. Η διατοµή της είναι αµφικλινής, ωφέλιµου πλάτους 7.50 m µε πεζοδρόµια πλάτους 2.15 m. Οι εγκάρσιες επικλίσεις, ίσες προς 2.50%, υλοποιούνται µε κατάλληλη µόρφωση των διαδοκίδων (Σχήµα 3). Οι κύριες δοκοί του φορέα καταστρώµατος αναρτώνται από δίδυµο πυλώνα, σχήµατος "Λ", εδραζόµενο στο ακρόβαθρο Α1. Το σύστηµα ανάρτησης αποτελείται από τρία ζεύγη αναρτήρων: Νο 1 19TSR15, F GUTS = 5035 kn Νο 2 42TSR15, F GUTS = 11,130 kn Νο 3 42TSR15, F GUTS = 11,130 kn Οι κύριες δοκοί πακτώνονται στο ακρόβαθρο Α1 συρραπτόµενες µε τένοντες προεντάσεως και εδράζονται επί ελαστοµεταλλικών εφεδράνων 300 400 88 (148) στο ακρόβαθρο Α2.
Ο πυλώνας συντίθεται από τους προεντεταµένους ελκυστήρες και τις χαλύβδινες αντηρίδες S355. Στους ελκυστήρες εφαρµόζεται κεντρική προένταση µε 12 τένοντες διατοµής 19 0.6 κατηγορίας 1570/1770 (Σχήµα 4). Η κεφαλή του πυλώνα, όπου φιλοξενούνται οι κεφαλές αγκύρωσης των αναρτήρων, συνιστά στοιχείο δεσπόζουσας σηµασίας για το έργο. Η γεωµετρία της είναι περίπλοκη και καθορίζεται τόσον από το µέγεθος και τη δίαιτα της αναπτυσσόµενης έντασης όσον και από τη γεωµετρική χάραξη των αναρτήρων και των αντηρίδων του πυλώνα (Σχήµα 5). Η κεφαλή προβλέπεται από σκυρόδεµα Β55 (Στην εφαρµογή υλοποιήθηκε µε λεπτοσκυρόδεµα Β65). Το ακρόβαθρο Α1, στο οποίο θεµελιώνεται ο πυλώνας της γέφυρας, είναι σύνθετη κατασκευή. Εσωτερικά µορφώνεται θάλαµος, ο οποίος πληρώνεται κατά το ήµισυ µε σκυρόδεµα Β5 (αντίβαρο). Θεµελιώνεται επί πασσάλων 2 7 120, L = 30.00 m. Πρόσθετοι πάσσαλοι 7 120, L = 16.00 m, ενεργοποιούµενοι µόνο υπό τις σεισµικές δράσεις σχεδιασµού, παραλαµβάνουν τις σεισµικές ανωστικές δυνάµεις (εξόλκευσης). Το ακρόβαθρο Α2 είναι κλασικό, θεµελιούµενο επί πασσάλων 2 4 120, L = 28.00 m. Αρµός συστολοδιαστολής ικανότητας 120 mm διατάσσεται µόνο στο ακρόβαθρο Α2. ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ / ΑΡΧΕΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ Για τον σχεδιασµό χρησιµοποιήθηκαν οι γερµανικοί κανονισµοί, συµπληρωµένοι από τις κατά καιρούς προσθήκες τους και συγκεκριµένα: Σχεδιασµός χαλυβδοκατασκευών DIN 18800-1/1981 Οδηγίες για τη διαστασιολόγηση και εκτέλεση συµµίκτων δοκών (Μάρτιος 1981) Συµπληρωµατικές διατάξεις των παραπάνω οδηγιών (1984, 1991, 1994, 1997, 1999) Έλεγχος χαλυβδοφύλλων σε λυγισµό DIN 4114, DASt 012 Φορτίσεις γεφυρών DIN 1075 Αντισεισµικός σχεδιασµός Ε39/99 Αντισκωριακή προστασία ISO EN 12944/98, ZTV-KOR-Stahlbauten Χρησιµοποιήθηκαν γενικά χάλυβες S355 (St 52-3), κατηγορίας J 2 G 3, J R, J o (EN 10025 "Hot rolled products of non alloy structural steels"), διατµητικοί ήλοι τύπου Nelson, προεντεταµένοι κοχλίες 10.9, σκυρόδεµα Β35 για την πλάκα καταστρώµατος, Β45 για τους προεντεταµένους ελκυστήρες, Β55 για την κεφαλή και Β25/Β45 για τα βάθρα. Πέραν των συνήθων κανονιστικών δράσεων, η γέφυρα ελέγχθηκε, σύµφωνα προς τις οδηγίες του PTI 2000, και για απώλεια ενός αναρτήρα. Στην περίπτωση αυτή, πέραν των µονίµων φορτίων καταστρώµατος, συνυπολογίσθηκε και ένα οµοιόµορφο κατανεµηµένο φορτίο κυκλοφορίας. Η απώλεια του αναρτήρα θεωρήθηκε ως δυναµική δράση µε ένα συντελεστή ταλάντωσης 1.5. Για την περίπτωση αυτή έγινε αποδεκτός ένας µειωµένος συντελεστής ασφαλείας ίσος προς 1.05. Για τον έλεγχο κόπωσης ελήφθη υπόψη το τυπικό όχηµα 3 του Ευρωκώδικα, ο δε έλεγχος έγινε σύµφωνα προς τον EC 3.
Φαινόµενα 2ας τάξεως ελήφθησαν υπόψη στο σχεδιασµό, σύµφωνα προς τους γερµανικούς κανονισµούς, µε γενικό συντελεστή ασφαλείας γ = 1.70 στην οριακή κατάσταση αστοχίας. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Καθ' όλη τη διάρκεια κατασκευής του έργου εξασφαλίστηκε η συνεχής λειτουργία της Αττικής Οδού. Η σειρά εργασιών, που υποδείχθηκε από τη µελέτη, ήταν απόλυτα δεσµευτική και συνοπτικά είχε ως εξής: Φάση 1η: Κατασκευή ακροβάθρων Α1 και Α2. Φάση 2η: Εγκατάσταση βοηθητικών πύργων για την προώθηση του µεταλλικού τµήµατος του φορέα καταστρώµατος και παράλληλα την κατασκευή του πυλώνα (Σχήµα 6). Φάση 3η: Προώθηση καταστρώµατος σε τέσσερα διακριτά στάδια. Συρραφή καταστρώµατος και ακροβάθρου Α1. Φάση 4η: Σκυροδέτηση πλάκας καταστρώµατος. Προένταση τενόντων πυλώνα. Φάση 5η: Εγκατάσταση και τάνυση αναρτήρων. Αποµάκρυνση βοηθητικών πύργων. Τελική ρύθµιση αναρτήρων. Φάση 6η: Εργασίες τελειωµάτων. Ολοκλήρωση της κατασκευής. ΕΣΠΟΖΟΝΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ Ενδεικτικά παρουσιάζονται στους Πίνακες 1 έως 4 τα εντατικά µεγέθη στη βάση του πυλώνα, στη βάση της αντηρίδας, στη θέση πάκτωσης του καταστρώµατος προς το ακρόβαθρο Α0, καθώς και στο κέντρο της κάτοψης του κεφαλοδέσµου, που προέρχονται από τις κυριότερες δράσεις επί της κατασκευής. Οι φορτίσεις, που αναφέρονται στο όχηµα το οποίο κινείται στο κατάστρωµα της γέφυρας, είναι αυτές που µεγιστοποιούν τις δυνάµεις στους αναρτήρες. Πίνακας 1. Εντατικά µεγέθη στη βάση του πυλώνα Φόρτιση Ν (kn) Q (kn) M (knm) Ίδιο βάρος καταστρώµατος 17,380-20 2440 Προένταση πυλώνα -31,560-280 -1860 Όχηµα (θέση 1) 3460 30 580 Όχηµα (θέση 2) 4360 20 680 Όχηµα (θέση 3) 4300 610 Οµοιόµορφη µεταβολή θερµοκρασίας στο κατάστρωµα +20 C 600 80 Οµοιόµορφη µεταβολή θερµοκρασίας στον πυλώνα -10 C -60 140 300 Πίνακας 2. Εντατικά µεγέθη στη βάση της αντηρίδας Φόρτιση Ν (kn) Q (kn) M (knm) Ίδιο βάρος πυλώνα -415-10 Προένταση πυλώνα -280-20 -440 Όχηµα (θέση 1) -2120 100 Όχηµα (θέση 2) -2630-10 100 Όχηµα (θέση 3) -2560-10 80 Οµοιόµορφη µεταβολή θερµοκρασίας στο κατάστρωµα +20 C -350 10 Οµοιόµορφη µεταβολή θερµοκρασίας στον πυλώνα -10 C 40-10 -10
Πίνακας 3. Εντατικά µεγέθη στη θέση πάκτωσης του καταστρώµατος στο ακρόβαθρο Φόρτιση Ν (kn) Q (kn) M (knm) Ίδιο βάρος καταστρώµατος -7850 500 1820 Όχηµα (θέση 1) -2210 860-8650 Όχηµα (θέση 2) -2700 610-7280 Όχηµα (θέση 3) -2630 530-6080 Οµοιόµορφη µεταβολή θερµοκρασίας στο κατάστρωµα +20 C 500 80-2200 Πίνακας 4. Εντατικά µεγέθη στο κέντρο της κάτοψης του κεφαλοδέσµου Συνδυασµός Pz (kn) κατακόρυφο φορτίο Px (kn) οριζόντιο φορτίο M (knm) ροπή περί τον εγκάρσιο άξονα της γέφυρας Στατικός 66,200 10,800 385,000 Σεισµικός 65,700 32,400 475,000 Πίνακας 5. Φορτία αναρτήρων (λειτουργικά) Αναρτήρας S1 max P = 1590 kn Αναρτήρας S2 max P = 3410 kn Αναρτήρας S3 max P = 4150 kn ΠΡΟΕΝΤΑΣΗ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗ ΑΝΑΡΤΗΡΩΝ Η προένταση των έξι αναρτήρων (τρεις από κάθε πλευρά του καταστρώµατος) έγινε σε τρεις φάσεις µετά τη σκυροδέτηση της πλάκας καταστρώµατος. Οι πρώτες δύο φάσεις έγιναν µε τη µέθοδο βηµατικής τάνυσης (strand by strand) µε χρήση µικρού εύχρηστου γρύλλου. Μετά την προσθήκη της επιδοµής πραγµατοποιήθηκε η τρίτη και τελική προένταση (ρύθµιση) µε χρήση µεγάλου γρύλλου. Για την εφαρµογή της βηµατικής τάνυσης (strand by strand) είναι απαραίτητος ο υπολογισµός της επιµήκυνσης και της δύναµης τάνυσης όλων των συρµατοσχοίνων του αναρτήρα. Οι σχετικοί υπολογισµοί έγιναν µε χρήση των παρακάτω τύπων: Επιµήκυνση συρµατόσχοινου - οδηγού : s = (F/K) (K + ΣΚ i ) / ΣΚ i ύναµη συρµατόσχοινου - οδηγού : F 1 = k 1 s / (1 + k 1 / K) ύναµη συρµατόσχοινων στο βήµα τάνυσης i : F i = k i S / (1 + i k i / K) Επιµήκυνση συρµατόσχοινων στο βήµα τάνυσης i : s i = s i-1 - x i-1 όπου F = δύναµη (στόχος) στον αναρτήρα µετά την ολοκλήρωση της βηµατικής διαδικασίας, Κ = σταθερά ελατηρίου που προσοµοιώνει την παραµόρφωση συστήµατος πυλώνα - καταστρώµατος, k 1 = E A 1 / L = σταθερά ελατηρίου του συρµατοσχοίνου - οδηγού (i = 1), k i = E A i / L = σταθερά ελατηρίου του συρµατοσχοίνου i, Σk i = E ΣA i / L = σταθερά ελατηρίου του αναρτήρα, x i = (i F i - (i - 1) F i-1 ) / K = επιµήκυνση που οφείλεται στην παραµόρφωση του συστήµατος πυλώνας - κατάστρωµα στο βήµα τάνυσης i. Πρέπει να σηµειωθεί πως η τάνυση µε τη µέθοδο strand by strand επιτρέπεται να υλοποιηθεί σε περισσότερες από µία φάσεις, υπό την προϋπόθεση ότι δεν θα αλληλοκαλύπτονται τα ίχνη των σφηνών, δηλαδή για µήκος σφηνών 40 mm η ελάχιστη απαιτούµενη επιµήκυνση της επόµενης φάσης θα είναι s > 40 mm.
Με βάση τις παραπάνω παραδοχές το πρόγραµµα τάνυσης διαµορφώθηκε ως εξής: Φάση 1η (µέθοδος strand by strand) S3 - (αριστερός), S3 - (δεξιός), S2 - (αριστερός), S2 - (δεξιός), S1 - (αριστερός), S1 - (δεξιός) Φάση 2η (µέθοδος strand by strand) S3 - (αριστερός), S3 - (δεξιός), S2 - (αριστερός), S2 - (δεξιός) Φάση 3η (µετά την προσθήκη της επιδοµής µε τάνυση του πλήρους αναρτήρα) S1- (αριστερός), S1 - (δεξιός), S2 - (αριστερός), S2 - (δεξιός), S3 - (αριστερός), S3 - (δεξιός) Στον Πίνακα 6 φαίνονται τα φορτία των αναρτήρων στις δύο πρώτες φάσεις τάνυσης, η διόρθωση στην 3η φάση και η απόκλιση από την προδιαγεγραµµένη δύναµη µελέτης. Πίνακας 6. Φορτία αναρτήρων κατά τη διαδικασία προέντασης Αναρτήρας 1η φάση 2η φάση 3η φάση S1 ( εξιός) S1 (Αριστερός) S2 ( εξιός) S2 (Αριστερός) S3 ( εξιός) S3 (Αριστερός) Τελική θεωρητική δύναµη 1335 kn - F = 176 kn 1590 kn 1600 kn 2600 kn F = 176 kn 3410 kn 2750 kn 3750 kn F = 304 kn 4150 kn Τελική µετρηθείσα δύναµη 1601 kn 1621 kn 3450 kn 3550 kn 4210 kn 4172 kn ιαφορά (%) +0.69 +1.95 +1.17 +4.11 +1.45 +0.53 ΕΜΠΕΙΡΙΕΣ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Προφανώς οι εµπειρίες και τα συµπεράσµατα, που αντλήθηκαν από τη γέφυρα αυτή δεν είναι δυνατόν να γενικευθούν. Η δεσπόζουσα εµπειρία είναι ότι και αυτή η προηγµένης τεχνολογίας τεχνική των καλωδιωτών γεφυρών είναι µέσα στις σηµερινές δυνατότητες του ελληνικού κατασκευαστικού δυναµικού, όπως άλλωστε κατέδειξαν η πρωτοποριακή για την εποχή της γέφυρα του Ευρίπου και η πεζογέφυρα της AMSTEL επί της Λεωφόρου Κηφισσού. Προφανώς, ορισµένα µέλη της κατασκευής, όπως οι αναρτήρες και οι αντηρίδες, δεν µπορούν (και δεν είναι οικονοµικά σκόπιµο) να κατασκευασθούν στην Ελλάδα και πρέπει να εισαχθούν από το εξωτερικό. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Η µελέτη του έργου εκπονήθηκε από την ΟΜΗ Ο.Ε. (Π. Κοτσανόπουλος, Ε. Σταθόπουλος, Κ. Σταθόπουλος) µε εδαφοτεχνικό σύµβουλο την Α Φ ΕΠΕ. Ο έλεγχος της µελέτης έγινε από το γραφείο GIBB LTD / SGI INGENERIE. Η κατασκευή εκτελέσθηκε από Κ/Ξ ΑΚΤΩΡ / J&P υπό τη διεύθυνση των κ.κ. Α. Γεωργόπουλου, Α. Πανταζή). Η γενική επίβλεψη του έργου ασκήθηκε από την ΑΤΤΙΚΗ Ο Ο (J. Frazer), ενώ η τεχνική από την ΟΜΗ Ο.Ε. Η διοίκηση και διαχείριση ασκήθηκε από την REDS Α.Ε. (Π. Παναγιωτίδης, Α. Χατζηκώστας). Ειδική αναφορά πρέπει να γίνει στον εργοταξιάρχη κ. Η. Αρβανίτη, ο οποίος παρά την ηλικία του υπερβάλλοντας εαυτόν έφερε σε πέρας µε απόλυτη επιτυχία το πολύ δύσκολο έργο.
Σχήµα 1. Κατά µήκος τοµή Σχήµα 2. ιαδοκίδωση καταστρώµατος Σχήµα 3. ιατοµή καταστρώµατος
Σχήµα 4. Ανάπτυγµα και διατοµές πυλώνα
Σχήµα 5. Λεπτοµέρεια κεφαλής Σχήµα 6. ιάταξη προσωρινών βάθρων
Φωτογραφία 7. Φορέας στην έναρξη της προώθησης Φωτογραφία 8. Φορέας στο τέλος της προώθησης
Φωτογραφία 9. Ξυλότυπος και οπλισµός κεφαλής Φωτογραφία 10. Οπλισµός και σκυροδέτηση καταστρώµατος
Φωτογραφία 11. Κινητές κεφαλές αναρτήρων Φωτογραφία 12. Λεπτοµέρεια κεφαλής
Φωτογραφία 13. Εγκατάσταση αναρτήρων Φωτογραφία 14. Ολοκληρωµένη γέφυρα