ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΓΕΦΥΡΩΝ ΜΕ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΥ Δ. ΑΛΕΞΑΚΗ Πολιτικού Μηχανικού ΠΑΤΡΑ, ΜΑΙΟΣ 007
σε όσους αγκαλιάζουν τα όνειρά μου
3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στα πλαίσια απόκτησης μεταπτυχιακού διπλώματος ειδίκευσης Αντισεισμικού Σχεδιασμού Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Πολυτεχνικής Σχολής Πανεπιστημίου Πατρών. Η έρευνα εντάσσεται στο υποέργου «Αντισεισμική Προστασία Γεφυρών (ΑΣΠροΓε)», που πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Κατασκευών. Ευχαριστώ θερμά τους συντελεστές που βοήθησαν στην εκπόνηση της παρούσας διατριβής. Ευχαριστώ θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μου και διευθυντή του Εργαστηρίου Κατασκευών Μιχαήλ Ν. Φαρδή. Οι δικές του κατευθύνσεις ήσαν οι απαραίτητοι άξονες ανάπτυξης της εργασίας. Η άρτια ακαδημαϊκή του κατάρτιση και η θαυμαστή επιστημονική του σκέψη, θα είναι πάντα φωτεινά παραδείγματα στην ζωή μου. Θα τον ευγνωμονώ πάντα. Είναι μεγάλη χαρά και προσωπική τιμή η συνεργασία μου με τον επίκουρο καθηγητή Ευστάθιο Ν. Μπούσια, υπεύθυνο της πειραματικής έρευνας του Εργαστηρίου Κατασκευών, η οποία μου προσέφερε σημαντικότατες γνώσεις και εμπειρίες. Ευχαριστώ τον Δρ. Τηλέμαχο Παναγιωτάκο, για τις συμβουλές του σε θέματα προγραμματισμού σε καίρια σημεία της αναλυτικής έρευνας. Η συνεισφορά του ήταν πολύ σημαντική. Ευχαριστώ τον υποψήφιο διδάκτορα Ξενοφώντα Παλιό και τον μεταπτυχιακό φοιτητή Ηλία Στρεπέλια, οι οποίοι εργάστηκαν με άκρατο ζήλο στο τομέα της πειραματικής έρευνας, για την άψογη συνεργασία μας.
4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Α ΣΚΕΛΟΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ 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 0-35% γιά PGA στο βράχο 0.4g. Οι υπόλοιπες παράμετροι διαδραματίζουν ασήμαντο ρόλο.
5 Β ΣΚΕΛΟΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Πραγματοποιήθηκε πειραματική και αναλυτική έρευνα σεισμικής μόνωσης γέφυρας με ελαστομεταλλικά εφέδρανα με ή χωρίς πυρήνα μολύβδου (περιλαμβανομένων ψευδοδυναμικών δοκιμών σε μεγάλη κλίμακα), με ή χωρίς πρόσθετη απόσβεση. Επιδιώκεται να προσδιοριστεί η σχέση μεταξύ της αύξησης της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου του συστήματος και της προσθήκης αυξημένης απόσβεσης στο σύστημα σε γέφυρες με σεισμική μόνωση και τελικώς να γίνουν συστάσεις για σχεδιασμό και προδιαγραφές. Στο δεύτερο σκέλος της παρούσας διατριβής, παρουσιάζεται η αναλυτική έρευνα, η οποία βασίζεται στα αποτελέσματα τις αντίστοιχης πειραματικής. Περιγράφονται και χρησιμοποιούνται γραμμικά και μη γραμμικά αναλυτικά προσομοιώματα. Διερευνώνται οι καταλληλότερες παράμετροι ανάλυσης των προσομοιωμάτων, ώστε τα αποτελέσματα της ανάλυσης να είναι συμβατά κατά το μέγιστο δυνατόν με τα πειραματικά. Οι παράμετροι ανάλυσης συγκρίνονται με αυτές που προτείνονται από τον κατασκευαστή/προμηθευτή. Διερευνάται η καταλληλότητα του εκάστοτε προσομοιώματος για τις διάφορες εφαρμογές και γίνονται συστάσεις για την ευαισθησία του, την αποτελεσματικότητά του και τον τρόπο χρήσης του. Πέρα από την εύρεση και τον σχολιασμό των κατάλληλων παραμέτρων και συστάσεων για την βέλτιστη ανάλυση, ως γενικότερο συμπέρασμα θα μπορούσε να αναφερθεί το ότι μία «ισοδύναμη» ελαστική (γραμμική) ανάλυση, με κατάλληλη επιλογή παραμέτρων, κρίνεται αρκετά αξιόπιστη για ελαστομεταλλικά εφέδρανα. Ακόμα και η έντονη υστερητική συμπεριφορά των ελαστομεταλλικών εφεδράνων με πυρήνα μολύβδου περιγράφεται αξιόπιστα, χωρίς ένα μη-γραμμικό αναλυτικό μοντέλο (Bouc-Wen) να προσφέρει ιδιαίτερα μεγαλύτερη αξιοπιστία. Στην περίπτωση όμως συστήματος μόνωσης με αποσβεστήρα, μία γραμμική ανάλυση αδυνατεί να περιγράψει με τον καλύτερο δυνατό τρόπο την απόκριση του συστήματος, όταν αυτή καθορίζεται κυρίως από τις ιδιότητες του αποσβεστήρα. Στην τελευταία περίπτωση, ένα πιο σύνθετο μη γραμμικό μοντέλο, προσφέρει μεγαλύτερη αξιοπιστία στον μελετητή.
6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ 3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ. 4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ 7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Α ΣΚΕΛΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 4. ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ... 4.. Σεισμική Μόνωση - Γενικά... 4.. Κατηγοριοποίηση συστημάτων μόνωσης... 7..3 Σεισμική μόνωση γεφυρών... 9. ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ....3 ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ ΜΕ ΕΦΕΔΡΑΝΑ ΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ... ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ... 6. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 6. ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ... 7.3 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ... 33.4 ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΙΟΓΡΑΦΗΜΑΤΑ... 35 3 ΕΠΙΛΥΣΗ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΚΙΝΗΣΗΣ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ... 50 3. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ BOUC-WEN... 50 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΙΑΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ - ΣΧΟΛΙΑ... 53 4 ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ... 59 4. ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ... 59 4.. Παράμετρος: Κυκλική ιδιοσυχνότητα μονωτήρα, ω i = (g/r)... 6 4.. Παράμετρος: Κυκλική ιδιοσυχνότητα βάθρου: ω p = (K p /m p )... 65 4..3 Παράμετρος: Λόγος μαζών φορέα καταστρώματος προς βάθρου, m d /m p 69 4..4 Παράμετρος: Λόγος υψών φορέα καταστρώματος προς βάθρου, h d /h p... 7 4..5 Παράμετρος: p = h d /l b συναρτήσει p = (3/)λ /(l b h p )... 76 4..6 Παράμετρος: p = (3/)λ /(l b h p ) συναρτήσει της p = h d /l b... 78 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 8 6 Β ΣΚΕΛΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 8 7 ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ... 83 7. ΨΕΥΔΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΟΚΙΜΩΝ... 83 7. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΕΠΙΛΥΣΗΣ... 85 7.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ... 85 7.4 ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΙΟΓΡΑΦΗΜΑ... 87 7.5 ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ... 89
7 8 ΑΝΑΛΥΣΗ... 89 8. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ... 89 8.. Eλαστομεταλλικά εφέδρανα... 90 8.. Ελαστομεταλλικά εφέδρανα σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα... 9 8... Ανάλυση με μη γραμμικό αποσβεστήρα... 9 8... Ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού συστήματος... 9 8..3 Eλαστομεταλλικών εφεδράνων με πυρήνα μολύβδου... 93 8..3. Ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού συστήματος... 93 8..3. Ανάλυση με μη-γραμμικό προσομοίωμα (κατά Bouc-Wen)... 93 8. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΝΑΛΥΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΜΕ ΔΟΚΙΜΕΣ... 94 9 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ... 96 9. ΕΛΑΣΤΟΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΕΦΕΔΡΑΝΑ Φ350... 96 9. ΕΛΑΣΤΟΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΕΦΕΔΡΑΝΑ ΣΕ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟ ΜΕ ΜΑΓΝΗΤΟ- ΕΠΑΓΩΓΙΚΟ ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑ... 0 9.. Ανάλυση με μη γραμμικό αποσβεστήρα... 0 9.. Ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού συστήματος... 45 9.3 ΕΛΑΣΤΟΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΕΦΕΔΡΑΝΩΝ ΜΕ ΠΥΡΗΝΑ ΜΟΛΥΒΔΟΥ... 57 9.3. Ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού συστήματος... 57 9.3. Ανάλυση με μη-γραμμικό προσομοίωμα (κατά Bouc-Wen)... 69 0 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...84 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ...85 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...86 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα. Τυπική συμπεριφορά κατασκευής, με και χωρίς σεισμική μόνωση [DIS Company]... 5 Σχήμα. Φάσμα ψευδο-επιταχύνσεων. Μετάβαση σε μικρότερες επιταχύνσεις μέσω αύξησης ιδιοπεριόδου, [AASHTO, 999]... 5 Σχήμα.3 Φάσμα ψευδο-μετακινήσεων. Μετάβαση σε μεγαλύτερες μετακινήσεις μέσω αύξησης ιδιοπεριόδου, [AASHTO, 999]... 5 Σχήμα.4 Φάσμα ψευδο-επιταχύνσεων. Μετάβαση σε μικρότερες επιταχύνσεις μέσω αύξησης απόσβεσης, [AASHTO, 999]... 6 Σχήμα.5 Φάσμα ψευδο-μετακινήσεων. Μετάβαση σε μικρότερες μετακινήσεις μέσω αύξησης απόσβεσης, [AASHTO, 999]... 6 Σχήμα.6 Τυπικό φάσμα ψευδο-επιταχύνσεων γέφυρας. Διπλός μηχανισμός μείωσης σεισμικής απόκρισης, [AASHTO, 999]... 6 Σχήμα.7 Ιξώδης ρευστή διάταξη, [HITEC, 996]... 8 Σχήμα.8 Ιξωδοελαστική συμπαγής ή ρευστή διάταξη, [HITEC, 996]... 8 Σχήμα.9 Διάταξη τριβής, [HITEC, 996]... 8 Σχήμα.0 Διάταξη διαρροής, [HITEC, 996]... 8 Σχήμα. Διάταξη τριβής ελατηρίου με δύναμη επαναφοράς, [HITEC, 996]... 9 Σχήμα. Διάταξη αποσβεστήρα ρευστού με δύναμη επαναφοράς, [HITEC, 996]... 9
Σχήμα.3 Αττική Οδός: Κόμος Κηφισίας... 0 Σχήμα.4 Αττική Οδός: Κόμβος Αεροδρομίου... 0 Σχήμα.5 Ευρεία Παράκαμψη Πατρών... 0 Σχήμα.6 Φωτογραφία γέφυρας Ρίου - Αντιρίου... 0 Σχήμα.7 Βασικά μέρη εφεδράνων σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης, [Almazan, 00]... Σχήμα.8 Γεωμετρία και συμπεριφορά εφεδράνου σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης... 3 Σχήμα.9 Σχηματικός βρόχος υστέρησης δύναμης-μετακίνησης εφεδράνου σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης... 3 Σχήμα. Γεωμετρία και συμβολισμοί για την παραμετρική ανάλυση γέφυρας μονωμένης με εφέδρανα σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης... 7 Σχήμα. Γεωμετρία και συμβολισμοί φορέα καταστρώματος για την παραμετρική ανάλυση γέφυρας μονωμένης με εφέδρανα σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης... 9 Σχήμα.3 Μεταβολή οριζόντιας δύναμης ζεύγους εφεδράνων σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης ως συνάρτηση της αξονικής τους δύναμης [Calvi et al, 005]... 3 Σχήμα.4 Βρόχοι δύναμης-μετακίνησης ζεύγους εφεδράνων σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης με μεταβολή της αξονικής τους δύναμης [Calvi et al, 005]... 3 Σχήμα.5 Επιταχυνσιογράφημα Imperial Valley 979 Bonds Corner Συνιστώσα 40... 36 Σχήμα.6 Επιταχυνσιογράφημα Imperial Valley 979 Bonds Corner Συνιστώσα 30... 37 Σχήμα.7 Επιταχυνσιογράφημα Loma Prieta 989 Capitola building Συνιστώσα 000... 38 Σχήμα.8 Επιταχυνσιογράφημα Loma Prieta 989 Capitola building Συνιστώσα 090... 39 Σχήμα.9 Επιταχυνσιογράφημα Καλαμάτα 986 Συνιστώσα Χ... 40 Σχήμα.0 Επιταχυνσιογράφημα Καλαμάτα 986 Συνιστώσα Υ... 4 Σχήμα. Επιταχυνσιογράφημα Montenegro 979 Herceg Novi Συνιστώσα Χ... 4 Σχήμα. Επιταχυνσιογράφημα Montenegro 979 Herceg Novi Συνιστώσα Υ... 43 Σχήμα.3 Επιταχυνσιογράφημα Friuli 976 Tolmezzo Συνιστώσα Χ... 44 Σχήμα.4 Επιταχυνσιογράφημα Friuli 976 Tolmezzo Συνιστώσα Y... 45 Σχήμα.5 Επιταχυνσιογράφημα Montenegro 979 Ulcinj () Συνιστώσα Χ... 46 Σχήμα.6 Επιταχυνσιογράφημα Montenegro 979 Ulcinj () Συνιστώσα Υ... 47 Σχήμα.7 Επιταχυνσιογράφημα Imperial Valley 940 El Centro Array #9 Συνιστώσα 80... 48 Σχήμα.8 Επιταχυνσιογράφημα Imperial Valley 940 El Centro Array #9 Συνιστώσα 70... 49 Σχήμα 3. Σχηματικός βρόχος υστέρησης και παράμετροι προσομοιώματος Bouc-Wen... 50 Σχήμα 3. Αποτελέσματα ανάλυσης για το σεισμό Loma Prieta 090, PGA=0.6g (συνεχίζεται)... 55 Σχήμα 3.3 Αποτελέσματα ανάλυσης για το σεισμό Loma Prieta 090, PGA=0.6g (συνεχίζεται)... 56 Σχήμα 3.4 Αποτελέσματα ανάλυσης για το σεισμό Loma Prieta 090, PGA=0.6g... 57 Σχήμα 4. Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 6 Σχήμα 4. Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 6 Σχήμα 4.3 Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 63 Σχήμα 4.4 Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 63 Σχήμα 4.5 Μέγιστη ανηγμένη οριζόντια δύναμη εφεδράνων σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 64 Σχήμα 4.6 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 64 8
Σχήμα 4.7 Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 66 Σχήμα 4.8 Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 66 Σχήμα 4.9 Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 67 Σχήμα 4.0 Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 67 Σχήμα 4. Ανηγμένη οριζόντια δύναμη εφεδράνων σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 68 Σχήμα 4. Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 68 Σχήμα 4.3 Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 69 Σχήμα 4.4 Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 70 Σχήμα 4.5 Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 70 Σχήμα 4.6 Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 7 Σχήμα 4.7 Ανηγμένη οριζόντια δύναμη εφεδράνων σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 7 Σχήμα 4.8 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 7 Σχήμα 4.9 Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 73 Σχήμα 4.0 Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση βάθρου (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 73 Σχήμα 4. Μέγιστη ανηγμένη επιτάχυνση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 74 Σχήμα 4. Μέγιστη ανηγμένη μετατόπιση φορέα καταστρώματος (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 74 Σχήμα 4.3 Μέγιστη ανηγμένη οριζόντια δύναμη εφεδράνων σφαιρικής επιφάνειας ολίσθησης (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 75 Σχήμα 4.4 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 75 Σχήμα 4.5 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 77 Σχήμα 4.6 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 77 Σχήμα 4.7 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 78 Σχήμα 4.8 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 79 Σχήμα 4.9 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 79 Σχήμα 4.30 Δείκτης ανασήκωσης μονωτήρα (μέση τιμή για 4 επιταχυνσιογραφήματα)... 80 Σχήμα 7. Σχηματική αναπαράσταση της ψευδοδυναμικής δοκιμής, [Μπούσιας, 005]... 83 Σχήμα 7. Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης... 86 Σχήμα 7.3 Σχηματική απεικόνιση του συστήματος προσομοίωσης της γέφυρας με βαθμούς ελευθερίας... 86 Σχήμα 7.4 Επιταχυνσιογράφημα Montenegro 979 Herceg Novi Συνιστώσα Χ, που χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική και αναλυτική έρευνα... 88 Σχήμα 8. Βρόχος δύναμης μετακίνησης προσομοιώματος Bouc-Wen... 93 Σχήμα 9. Επιτάχυνση (πανω σειρά), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και τους μονωτήρες (δεξιά) γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά 9
εφέδρανα (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 0 Σχήμα 9. Επιρροή της δυσκαμψίας βάθρου γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα για 0Κ ή 0.Κ (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 04 Σχήμα 9.3 Επιρροή της μάζας φορέα γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα για 0.5Μ ή Μ (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 07 Σχήμα 9.4 Συντελεστής ιξώδους απόσβεσης του «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα, συναρτήσει της PGA της διέγερσης (μπλε χρώμα σειρά εφεδράνων Φ350 #,#,#3 και κόκκινο σειρά Φ350 #4,#5,#6)... 08 Σχήμα 9.5 Μέτρο διάτμησης του «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα, συναρτήσει της PGA της διέγερσης (μπλε χρώμα σειρά εφεδράνων Φ350 #,#,#3 και κόκκινο σειρά Φ350 #4,#5,#6)... 08 Σχήμα 9.6 Βρόχοι υστέρησης - πειράματα DECS από την εταιρία Alga (έγχρωμες γραμμές). Ανάλυση (μαύρη γραμμή) για παραμέτρους που προτείνει ο κατασκευαστής... 0 Σχήμα 9.7 Βρόχοι υστέρησης - πειράματα DECS από την εταιρία Alga (έγχρωμες γραμμές). Ανάλυση (μαύρη γραμμή) για βέλτιστες παραμέτρους ως προς την μορφή του βρόχου... 0 Σχήμα 9.8 Επιρροή της έντασης διέγερσης στην επιτάχυνση (πάνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) στο βάθρο (αριστερά) και στο φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 8 Σχήμα 9.9 Επιρροή της έντασης διέγερσης στην απόκριση δύναμης- μετακίνησης αποσβεστήρα με εφέδρανα (α) #8, (β) #6 (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... Σχήμα 9.0 Επιρροή της δυσκαμψίας του βάθρου στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα) 3 Σχήμα 9. Επιρροή της δυσκαμψίας του βάθρου στην απόκριση δύναμης- μετακίνησης αποσβεστήρα με εφέδρανα για PGA 5% του g και 0Κ (αριστερά) και 0.Κ (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα) 4 Σχήμα 9. Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 6 Σχήμα 9.3 Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση:βρόχοι δύναμης-μετακίνησης για 0.5Μ (αριστερά) και Μ (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μήγραμμικό αποσβεστήρα)... 7 Σχήμα 9.4 Επιρροή της έντασης διέγερσης (α) PGA 5% του g, (β) PGA 0% του g, (γ) PGA 5% του g,(δ) PGA 7.5% του g,(ε ) PGA 5% του g, (στ) PGA 05% του g, (ζ) PGA 5% του g, (η) PGA 30% του g,(θ) PGA 45% του g, (ι) PGA 60% του g, επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 3 Σχήμα 9.5 Επιρροή της δυσκαμψίας βάθρου στην απόκριση: βρόχοι δύναμης-μετακίνησης για 0Κ (αριστερά) και 0.Κ (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 33 Σχήμα 9.6 Επιρροή της έντασης διέγερσης στην απόκριση: βρόχοι δύναμης-μετακίνησης (α) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα) 36 0
Σχήμα 9.7 Επιρροή δυσκαμψίας βάθρου στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 38 Σχήμα 9.8 Επιρροή της δυσκαμψίας του βάθρου στην απόκριση δύναμης- μετακίνησης αποσβεστήρα με εφέδρανα για 5%PGA και 0Κ (αριστερά) και 0.Κ (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 39 Σχήμα 9.9 Επιρροή μάζας φορέα στην: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 4 Σχήμα 9.0 Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση: βρόχοι δύναμης-μετακίνησης για 0.5Μ (αριστερά) και Μ (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση με μή-γραμμικό αποσβεστήρα)... 4 Σχήμα 9. Συντελεστής ιξώδους απόσβεσης εφεδράνων γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα και πρόσθετη μη γραμμική απόσβεση, συναρτήσει της PGA της διέγερσης (μπλε γραμμή εφέδρανα Φ50, κόκκινη εφέδρανα Φ350)... 4 Σχήμα 9. Φαινόμενο μέτρο διάτμησης ελαστομεταλλικού εφεδράνων γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα και πρόσθετη μη γραμμική απόσβεση, συναρτήσει της PGA της διέγερσης (μπλε γραμμή εφέδρανα Φ50, κόκκινη εφέδρανα Φ350)... 43 Σχήμα 9.3 Συντελεστής C μη γραμμικού αποσβεστήρα γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα, συναρτήσει της PGA της διέγερσης (μπλε γραμμή για εκθέτη α=0.5 και κόκκινη γραμμή για α=0.8)... 43 Σχήμα 9.4 Επιρροή της έντασης διέγερσης στην επιτάχυνση (πάνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) στο βάθρο (αριστερά) και στο φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 5 Σχήμα 9.5 Επιρροή της δυσκαμψίας του βάθρου στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 53 Σχήμα 9.6 Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 55 Σχήμα 9.7 Συντελεστής ιξώδης απόσβεσης «ισοδύναμου» γραμμικού συστήματος γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα και πρόσθετη απόσβεση, συναρτήσει της PGA της διέγερσης (μπλε γραμμή εφέδρανα Φ50, κόκκινη εφέδρανα Φ350)... 56 Σχήμα 9.8 Γραμμικό προσομοίωμα LRB - Επιρροή της έντασης διέγερσης στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 60 Σχήμα 9.9 Γραμμικό προσομοίωμα LRB Επιρροή της έντασης διέγερσης στην απόκριση: βρόχοι δύναμης-μετακίνησης (α) ζεύγος #9, (β) ζεύγος #0 (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 6 Σχήμα 9.30 Γραμμικό προσομοίωμα LRB Επιρροή της δυσκαμψίας βάθρου στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 64 Σχήμα 9.3 Γραμμικό προσομοίωμα LRB Επιρροή της δυσκαμψίας βάθρου στην απόκριση: βρόχοι δύναμης-μετακίνησης εφεδράνου για 0Κ (άνω), 0.Κ (κάτω) και PGA 5% του g (αριστερά) PGA 5% του g (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 65
Σχήμα 9.3 Γραμμικό προσομοίωμα LRB Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 67 Σχήμα 9.33 Γραμμικό προσομοίωμα LRB Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση:βρόχοι δύναμης-μετακίνησης για 0.5Μ (άνω) και Μ (κάτω) και PGA 5% του g (αριστερά), PGA 5% του g.(δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: ανάλυση «ισοδύναμου» ελαστικού σύστηματος)... 68 Σχήμα 9.34 Συντελεστής ιξώδης απόσβεσης «ισοδύναμου» ελαστικού συστήματος γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου, συναρτήσει της PGA της διέγερσης... 69 Σχήμα 9.35 Μη-γραμμικό προσομοίωμα LRB Επιρροή της έντασης διέγερσης στην απόκριση: επιτάχυνση (άνω), ταχύτητα (μέση) και μετακίνηση (κάτω) για το βάθρο (αριστερά) και το φορέα (δεξιά) (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: μηγραμμική ανάλυση)... 73 Σχήμα 9.36 Μη-γραμμικό προσομοίωμα LRB - Επιρροή της έντασης διέγερσης στην απόκριση: βρόχοι δύναμης-μετακίνησης (α) ζεύγος #9, (β) ζεύγος #0 (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: μη-γραμμική ανάλυση)... 75 Σχήμα 9.37 Μη-γραμμικό προσομοίωμα LRB - Επιρροή της δυσκαμψίας βάθρου στην απόκριση: (α),(β) ζεύγος #9 για PGA 5% του g, (γ),(δ) ζεύγος #0 για PGA 5% του g (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: μη-γραμμική ανάλυση)... 77 Σχήμα 9.38 Μη-γραμμικό προσομοίωμα LRB Επιρροή της δυσκαμψίας βάθρου στην απόκριση: (α),(β) ζεύγος #9 για PGA 5% του g, (γ),(δ) ζεύγος #0 για PGA 5% του g (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: μη-γραμμική ανάλυση)... 78 Σχήμα 9.39 Μη-γραμμικό προσομοίωμα LRB - Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση: ζεύγος #9 για PGA 5% του g, (α) 0.5Μ, (β) Μ, ζεύγος #9 για PGA 5% του g, (γ) 0.5Μ, (δ) Μ (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: μη-γραμμική ανάλυση)... 80 Σχήμα 9.40 Μη-γραμμικό προσομοίωμα LRB - Επιρροή της μάζας φορέα στην απόκριση: ζεύγος #9 για PGA 5% του g, (α) 0.5Μ, (β) Μ, ζεύγος #9 για PGA 5% του g, (γ) 0.5Μ, (δ) Μ (μαύρη γραμμή: πείραμα, κόκκινη γραμμή: μη-γραμμική ανάλυση)... 8 Σχήμα 9.4 Φαινόμενο μέτρο διάτμησης μη γραμμικής ανάλυσης γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου, συναρτήσει της PGA της διέγερσης... 8 Σχήμα 9.4 Δύναμη διαρροής Q του μη-γραμμικού σύστηματος γέφυρας μονωμένης με ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου, συναρτήσει της PGA της διέγερσης... 8 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας. Συστήματα σεισμικής μόνωσης κατηγορίες, ιδιότητες, [Skinner et al., 993] 7 Πίνακας 8. Παράμετροι ανάλυσης και ακρίβεια επιλογής τους για μέγιστη συμβατότητα αναλυτικών αποτελεσμάτων με τα πειραματικά... 95 Πίνακας 9. Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 (#, #, και #3) και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης... 97 Πίνακας 9. Στοιχεία του κατασκευαστή για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 (#, #, και #3) και σύγκριση του θεωρητικού μέτρου διάτμησης με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... 97 Πίνακας 9.3 Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 (#4, #5, και #6) και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης... 97
Πίνακας 9.4 Στοιχεία του κατασκευαστή για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 (#4, #5, και #6) και σύγκριση του θεωρητικού μέτρου διάτμησης με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... 98 Πίνακας 9.5 Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ50 σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης, σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή... Πίνακας 9.6 Στοιχεία του κατασκευαστή για μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και σύγκριση της προτεινόμενης παραμέτρου C με αυτή που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... Πίνακας 9.7 Στοιχεία του κατασκευαστή για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ50 και σύγκριση του θεωρητικού μέτρου διάτμησης με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... Πίνακας 9.8 Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης, σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή... Πίνακας 9.9 Στοιχεία του κατασκευαστή για μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και σύγκριση της προτεινόμενης παραμέτρου C με αυτή που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... Πίνακας 9.0 Στοιχεία του κατασκευαστή για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 και σύγκριση του θεωρητικού μέτρου διάτμησης με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... 3 Πίνακας 9. Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ50 σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης, με την δεύτερη επιλογή παραμέτρων για βέλτιστη μορφή βρόχου υστέρησης... 3 Πίνακας 9. Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης, με την δεύτερη επιλογή παραμέτρων για βέλτιστη μορφή βρόχου υστέρησης... 3 Πίνακας 9.3 Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ50 σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης ισοδύναμου ελαστικού συστήματος... 45 Πίνακας 9.4 Στοιχεία του κατασκευαστή για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ50 και σύγκριση του θεωρητικού μέτρου διάτμησης με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... 45 Πίνακας 9.5 Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 σε συνδυασμό με μαγνητο-επαγωγικό αποσβεστήρα και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης ισοδύναμου ελαστικού συστήματος... 46 Πίνακας 9.6 Στοιχεία του κατασκευαστή για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα Φ350 και σύγκριση του θεωρητικού μέτρου διάτμησης με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... 46 Πίνακας 9.7 Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου και οι βέλτιστοι παράμετροι ανάλυσης «ισοδύναμου» ελαστικού συστήματος... 57 Πίνακας 9.8 Στοιχεία του κατασκευαστή για ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου... 57 Πίνακας 9.9 Πειράματα που διεξήχθησαν για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου και οι βέλτιστοι παράμετροι μη γραμμικής ανάλυσης... 70 Πίνακας 9.0 Στοιχεία του κατασκευαστή για τα ελαστομεταλλικά εφέδρανα με πυρήνα μολύβδου και σύγκριση του θεωρητικού μέτρου διάτμησης με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση... 70 3
4 Α ΣΚΕΛΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ. ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ.. Σεισμική Μόνωση - Γενικά Μεγάλο μέρος του πληθυσμού της γης κατοικεί σε περιοχές υψηλής σεισμικής επικινδυνότητας. Τα κράτη αυτά, ύστερα από έναν ισχυρό σεισμό, καλούνται να πληρώσουν εκτός από το υλικό κόστος και το πιθανό ανυπολόγιστο κόστος της απώλειας ανθρώπινης ζωής. Μετά τα μέσα του περασμένου αιώνα, γίνονται πρώτες προσπάθειες ανάπτυξης συστημάτων μόνωσης της βάσης κατασκευών από τις διεγέρσεις του εδάφους, με σκοπό την μετρίαση των δυσμενών αποτελεσμάτων της σεισμικής έντασης. Η αποτελεσματικότητα τους ήταν εντυπωσιακή και γι αυτό, από τα πρώτα χρόνια, ξεκίνησαν οι πρώτες εφαρμογές παρόλο που η επιστημονική έρευνα ήταν περιορισμένη και πολλά από τα πρώτα σεισμικά μονωμένα κτίρια συμπεριφέρθηκαν ικανοποιητικά σε πρόσφατους σεισμούς. Στις ΗΠΑ, Ιαπωνία, Νέα Ζηλανδία αλλά και στην Ευρώπη, τα συστήματα αυτά τυγχάνουν, με το πέρασμα του χρόνου, ευρύτατης εφαρμογής σε γέφυρες, κατασκευές με ευπαθή περιεχόμενο, σημαντικά κτίρια αλλά και σε επισκευές και αναστηλώσεις. Σήμερα υπάρχει παγκόσμιο ερευνητικό ενδιαφέρον, μιας και η τεχνική μετράει μονάχα μερικές δεκαετίες ζωής και παραμένει μεγάλο το περιθώριο εμβάθυνσης, τόσο σε θεωρητικό επίπεδο όσο και στη διαδικασία εφαρμογής της. Μια τυπική εφαρμογή του συστήματος σεισμικής μόνωσης φαίνεται στο Σχήμα. [DIS Company]. Βρίσκεται στην βάση των κατασκευών, με εξαίρεση την πλειονότητα των γεφυρών, όπου τοποθετείται ανάμεσα στην κορυφή των βάθρων και την ανωδομή. Αποτελείται από τους μονωτήρες βάσεως οι οποίοι είτε παρέχουν τον επιθυμητό βαθμό απόσβεσης ενέργειας, είτε συνδυάζονται με πρόσθετες συσκευές απόσβεσης. Με τον παραπάνω συνδυασμό, στόχος είναι να δοθούν στην κατασκευή νέα κινηματικά χαρακτηρίστηκα, όπως είναι η μεγάλη αύξηση της ιδιοπεριόδου ταλάντωσης και επομένως η μετάβαση (shift) στο φάσμα απόκρισης ψευδοεπιταχύνσεων σε πολύ μικρότερες επιταχύνσεις και άρα μείωση των σεισμικών δυνάμεων σχεδιασμού (Σχήμα.), [AASHTO, 999]. Οι επικίνδυνες περιοχές, όπου υπάρχει περίπτωση να συντονιστούν συνήθεις κατασκευές στο σεισμό, είναι για περιόδους που βρίσκονται ή πλησιάζουν το διάστημα των 0.-0.6 sec. Με τη
5 σεισμική μόνωση είναι δυνατό να επιτευχθούν μεγάλες τιμές ιδιοπεριόδου της κατασκευής, συνήθως εφικτό στο διάστημα των -5 sec. Σχήμα. Τυπική συμπεριφορά κατασκευής, με και χωρίς σεισμική μόνωση [DIS Company] Σχήμα. Φάσμα ψευδο-επιταχύνσεων. Μετάβαση σε μικρότερες επιταχύνσεις μέσω αύξησης ιδιοπεριόδου, [AASHTO, 999] Σχήμα.3 Φάσμα ψευδο-μετακινήσεων. Μετάβαση σε μεγαλύτερες μετακινήσεις μέσω αύξησης ιδιοπεριόδου, [AASHTO, 999] Η αύξηση της ιδιοπεριόδου ταλάντωσης είναι αποτέλεσμα των μονωτήρων βάσεως, επειδή έχουν πολύ μικρή δυσκαμψία σε σχέση με αυτή μιας τυπικής κατασκευής. Ανάλογα με το είδος του μονωτήρα βάσεως, παρέχεται ή όχι δύναμη επαναφοράς κατά την ταλάντωση (λειτουργία ελατηρίου), καθώς και απόσβεση. Επίσης, ο μονωτήρας μπορεί να έχει γραμμική ή και μη γραμμική συμπεριφορά. Όμως, η μεγάλη αύξηση της ιδιοπεριόδου έχει ως αποτέλεσμα την ανεπιθύμητη, σε πολλές περιπτώσεις υπερβολική, αύξηση των μετατοπίσεων ταλάντωσης (Σχήμα.3). Αυτός είναι ο λόγος που οι μονωτήρες βάσεως συνδυάζονται με συσκευές πρόσθετης απόσβεσης ενέργειας. Μέσω της κατανάλωσης της σεισμικής ενέργειας, δηλαδή μέσω της επιλογής του βαθμού απόσβεσης, είναι εφικτό να περιοριστούν οι
6 μετακινήσεις αυτές (Σχήμα.4). Επίσης με την αύξηση της απόσβεσης του συστήματος, μειώνονται οι τιμές των επιταχύνσεων στο φάσμα απόκρισης (Σχήμα.5). Σχήμα.4 Φάσμα ψευδο-επιταχύνσεων. Μετάβαση σε μικρότερες επιταχύνσεις μέσω αύξησης απόσβεσης, [AASHTO, 999] Σχήμα.5 Φάσμα ψευδο-μετακινήσεων. Μετάβαση σε μικρότερες μετακινήσεις μέσω αύξησης απόσβεσης, [AASHTO, 999] Στο Σχήμα.6 απεικονίζεται ένα τυπικό φάσμα απόκρισης επιταχύνσεων μιας γέφυρας. Αρχικά η γέφυρα έχει ιδιοπερίοδο αυτή που αντιστοιχεί στο σημείο Α. Η αύξηση της ιδιοπεριόδου από την εφαρμογή συστήματος σεισμικής μόνωσης έφερε την απόκριση στο σημείο Α. Τελικά μέσω της αύξησης της απόσβεσης καταλήγουμε στο σημείο Α 3 (δηλ. διπλός μηχανισμός μείωσης σεισμικής απόκρισης). Το σημείο Α 3 είναι αυτό που θα χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό της γέφυρας ή αντίστοιχα μιας κατασκευής. Η μείωση των επιταχύνσεων του φάσματος είναι εντυπωσιακή. Σχήμα.6 Τυπικό φάσμα ψευδο-επιταχύνσεων γέφυρας. Διπλός μηχανισμός μείωσης σεισμικής απόκρισης, [AASHTO, 999]
7 Χαρακτηριστικά των συνηθέστερων μονωτήρων βάσεως και συστημάτων απόσβεσης παρουσιάζονται στο Πίνακα. [Skinner et al., 993]. Τελικά μέσω της επιλογής του συνδυασμού των παραπάνω, καταλήγει κανείς σε ένα γραμμικό ή μη γραμμικό σύστημα σεισμικής μόνωσης με ποικίλες ιδιότητες. Πίνακας. Συστήματα σεισμικής μόνωσης κατηγορίες, ιδιότητες, [Skinner et al., 993] Ιδιότητα Γραμμική συμπεριφορά Μη γραμμική συμπεριφορά Δύναμη επαναφοράς (παρέχει σταθερά ελατηρίου και ευκαμψία) Απόσβεση * έχουν και τις δύο αναγραφόμενες ιδιότητες Ελαστομεταλλικά εφέδρανα * Υψηλής απόσβεσης ελαστομερές εφέδρανο * Εύκαμπτα πάσσαλοι ή Ελαστομερές εφέδρανο με πυρήνα μολύβδου * υποστυλώματα Ελατήρια Εφέδρανα τριβής τύπου εκκρεμούς (FPS) * Συστήματα με ρουλεμάν Ελαστομεταλλικά εφέδρανα Ιξώδοελαστικοί αποσβεστήρες Υψηλής απόσβεσης ελαστομερές εφέδρανο Ελαστομερές εφέδρανο με πυρήνα μολύβδου LED (Lead-Extrusion Damper) Διατάξεις μεταλλικών αποσβεστήρων Εφέδρανα οριζόντιας ολίσθησης-τριβής Εφέδρανα τριβής τύπου εκκρεμούς (FPS).. Κατηγοριοποίηση συστημάτων μόνωσης Μία γενική κατηγοριοποίηση συστημάτων σεισμικής μόνωσης είναι η παρακάτω [HITEC, 996]. Ιξώδη ή Ιξωδοελαστικά Συστήματα: Για τα συστήματα αυτά, η δύναμη απόσβεσης εξαρτάται από τη ταχύτητα φόρτισης. Τυπικά διαγράμματα συμπεριφοράς απεικονίζονται στα Σχήματα.7,.8. Παραδείγματα τέτοιων συστημάτων είναι ιξώδεις αποσβεστήρες (με διέλευση του ρευστού μέσα από μικρές οπές ή γύρω από κυλινδρικό πιστόνι), διατάξεις που λειτουργούν μέσω παραμόρφωσης ιξωδοελαστικού υγρού, ή διατάξεις που αποτελούνται από ιξωδοελαστικά συμπαγή υλικά.
8 Σχήμα.7 Ιξώδης ρευστή διάταξη, [HITEC, 996] Σχήμα.8 Ιξωδοελαστική συμπαγής ή ρευστή διάταξη, [HITEC, 996] Υστερητικά Συστήματα: Η συμπεριφορά των υστερητικών συστημάτων είναι ανεξάρτητη από την ταχύτητα της φόρτισης και εξαρτάται κυρίως από τη μετατόπιση. Το διάγραμμα συμπεριφοράς τους είναι είτε διγραμμικό είτε τριγραμμικό, ελαστοπλαστικό ή τέλεια πλαστικό. Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων συστημάτων είναι οι διατάξεις τριβής, όπου αποσβένουν ενέργεια μέσω της τριβής που αναπτύσσεται σε δύο διεπιφάνειας (που συνήθως αποτελούνται από λεπτή στρώση teflon) ή διαρροής, όπου η ενέργεια αποσβένεται μέσω της διαρροής από την πλαστική παραμόρφωση όλκιμου υλικού, όπως ο χάλυβας και ο μόλυβδος (Σχήματα.9,.0). Σχήμα.9 Διάταξη τριβής, [HITEC, 996] Σχήμα.0 Διάταξη διαρροής, [HITEC, 996] Άλλα Συστήματα: Είναι τα συστήματα που δεν μπορούν να ενταχθούν ούτε στα ιξώδη ιξωδοελαστικά, ούτε στα υστερητικά συστήματα. Παραδείγματα τέτοιων συστημάτων είναι συστήματα
9 τριβής ελατηρίου με δύναμη επαναφοράς ή αποσβεστήρες ρευστού με δύναμη επαναφοράς (Σχήματα.,.). Σχήμα. Διάταξη τριβής ελατηρίου με δύναμη επαναφοράς, [HITEC, 996] Σχήμα. Διάταξη αποσβεστήρα ρευστού με δύναμη επαναφοράς, [HITEC, 996]..3 Σεισμική μόνωση γεφυρών Η πιο σημαντική εφαρμογή των συστημάτων σεισμικής μόνωσης ανά τον κόσμο αλλά και στην Ελλάδα, είναι αυτή στην κορυφή των βάθρων των γεφυρών, συγκεντρώνοντας σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της μονολιθικής σύνδεσης (Φαρδής, 004): ) Η δυνατότητα προστασίας του βάθρου από σεισμικές βλάβες, μέσω ικανοτικού σχεδιασμού με βάση τη (υπερ)αντοχή των εφεδράνων ) Η απλότητα της κατασκευής 3) Η αποφυγή υψηλής σεισμικής έντασης στην ανωδομή, ιδίως στην σύνδεσή της με το βάθρο 4) Για μονά βάθρα, η παρόμοια αντοχή και δυσκαμψία και γενικότερα η παρόμοια αξιοποίηση του βάθρου στις δύο κύριες διευθύνσεις Την τελευταία δεκαετία στην χώρα μας, τα συστήματα σεισμικής μόνωσης εφαρμόζονται σε όλα τα μεγάλα έργα οδοποιίας και γεφυροποιίας. Εφαρμογές υπάρχουν στα μεγαλύτερα οδικά ή σιδηροδρομικά έργα όπως στην Εγνατία οδό, στη γέφυρα Ρίου-Αντιρίου, στον οδικό άξονα ΠΑΘΕ (Πατρών Αθήνας Θεσσαλονίκης Ευζώνων), στην Αττική οδό και στην Ευρεία Παράκαμψη Πατρών (Σχήματα.3-6).
0 Σχήμα.3 Αττική Οδός: Κόμος Κηφισίας Σχήμα.4 Αττική Οδός: Κόμβος Αεροδρομίου Σχήμα.5 Ευρεία Παράκαμψη Πατρών Σχήμα.6 Φωτογραφία γέφυρας Ρίου - Αντιρίου