Προσομοίωση της Σεισμικής Συμπεριφοράς ρ Γεφυρών με Συνεκτίμηση της Ενεργοποίησης των Επιχωμάτων Αναστάσιος Κοτσόγλου Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υπ. Διδάκτωρ Δ.Π.Θ Σταυρούλα Πανταζοπούλου Καθηγήτρια Δ.Π.Θ ΑσΠροΓε: Αντισεισμική Προστασία Γεφυρών Θεσσαλονίκη, Φεβρουάριος 2009 Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Εργαστήριο Οπλισμένου Σκυροδέματος
Αλληλεπίδραση Εδάφους-Γεφυρών Αλληλεπίδραση Θεμελίωσης- Ανωδομής Αλληλεπίδραση Επιχώματος-Ανωδομής PSO Detailed Model Μπορεί να οδηγήσει υπό συνθήκες σε δραματική μεταβολή των δυναμικών χαρακτηριστικών και της δυναμικής συμπεριφοράς του συνολικού φορέα. Κυρίαρχος ο ρόλος των επιχωμάτων στην διαμόρφωση της σεισμικής συμπεριφοράς τυπικών άνω διαβάσεων (Highway Overcrossings) των Η.Π.Α. Τυπικές άνω διαβάσεις-η.π.α 2/32 Μονολιθικά συνδεδεμένες γέφυρες με εύκαμπτα ακρόβαθρα, θεμελιωμένα επί των επιχωμάτων πρόσβασης με χρήση μικροπασσάλων. Flexible Abutment Assembly Πλεονεκτήματα: - Σημαντικός περιορισμός των απαιτούμενων εκσκαφών και αντιστηρίξεων, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις μεγάλου ύψους απαιτούμενης επίχωσης (>9-10μ). - Μείωση των φορτίων λόγω ωθήσεων επί των ακροβάθρων. - Μείωση των απαιτήσεων κατά την διαστασιολόγηση των πασσάλων της θεμελίωσης. >> Σημαντικό οικονομικό όφελος κατά την κατασκευή
Αλληλεπίδραση Εδάφους-Γεφυρών 3/32 Μειονεκτήματα: - Απαίτηση για την γεωμετρική διαμόρφωση μεγαλύτερων ανοιγμάτων ανωδομής. - Απαίτηση διαμόρφωσης λεπτομερών υπολογιστικών προσομοιωμάτων καθώς τα επιχώματα πρόσβασης καθίστανται κρίσιμα υποσυστήματα του συνόλου. - Απαίτηση για αξιόπιστες εκτιμήσεις των εδαφικών ιδιοτήτων των επιχωμάτων. - Απαίτηση για επαρκή προσομοίωση των μηχανισμών ανάληψης της σεισμικής τέμνουσας λόγω της αλληλεπίδρασης ης του φορέα (κινηματικής και αδρανειακής) με τις παρακείμενες μάζες των επιχωμάτων πρόσβασης, κατά την μελέτη έναντι σεισμικών δράσεων. - Απαίτηση για αντιμετώπιση των αυξημένων σεισμικών μετακινήσεων στα υποστυλώματα των βάθρων, ως απόρροια της ενεργοποίησης της μάζας των επιχωμάτων. >> Αναγκαιότητα αναθεώρησης των μεθοδολογιών Προσομοίωσης, Σχεδιασμού και Αποτίμησης Ενοργανωμένες γέφυρες στα πλαίσια του CSMIP (Πολιτεία της Καλιφόρνια, ΗΠΑ) Πρόγραμμα ενοργάνωσης California Strong Motion Instrumentation Program (CSMIP) - PSO - Painter Street Overcrossing -MRO- Meloland Road Overcrossing MRO PSO
Mode Shape Amp plitude1 0 1979 Imperial Valley Earthq. motion South Abutment Central Pier Αλληλεπίδραση Εδάφους-Γεφυρών Ambient vibr. North Abutment Από μετρήσεις πεδίου επί των ενοργανωμένων PSO και MRO, αποδεικνύεται η προοδευτικά αυξανόμενη ενεργοποίηση των επιχωμάτων πρόσβασης ανάλογα της επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης, παρασύροντας στην κίνησή τους τα εύκαμπτα ακρόβαθρα. Κατά την επιβολή μέσης ή ισχυρής έντασης σεισμικών διεγέρσεων, λόγω της ενεργοποίησης των ενδοτικών επιχωμάτων πρόσβασης υπό αυξανόμενες γωνιακές παραμορφώσεις, η προεντεταμένη δύσκαμπτη ανωδομή ταλαντώνεται ως άκαμπτο σώμα. 4/32 Λόγω της μεγάλης δυσκαμψίας της ανωδομής αλλά και των μονολιθικά συνδεδεμένων ακροβάθρων, το μεγαλύτερο τμήμα των αδρανειακών δυνάμεων ακολουθεί εναλλακτική διαδρομή προς τα επιχώματα.
Γεωμετρική Διαμόρφωση Άνω Διαβάσεων στην Ελλάδα Αλληλεπίδραση Εδάφους-Γεφυρών 5/32 Προτιμάται η κατασκευή ισχυρών θεμελιώσεων (επιφανειακών ή βαθιών με χρήση φρεατοπασσάλων) επί του φυσικού εδάφους. Απαίτηση για σημαντικές εκσκαφές, εκτεταμένες αντιστηρίξεις, αλλά και κατασκευή ισχυρών πασσαλοθεμελιώσεων ως απόρροια των σημαντικών ωθήσεων γαιών επί των ακροβάθρων. Αντίστοιχα φαινόμενα αλληλεπίδρασης σε μικρότερη κλίμακα, δύναται να παρατηρηθούν και σε γέφυρες με δύσκαμπτα ακρόβαθρα, θεμελιωμένες επί επιφανειακών ή και ισχυρών πασσαλοθεμελιώσεων εντός του φυσικού εδάφους (τυπική διαμόρφωση οδογεφυρών στην Ελλάδα). Η συμμετοχή των επιχωμάτων εντοπίζεται κυρίως στην ενεργοποίηση η της μάζας τους και την ενίσχυση των σεισμικών μεγεθών. Επιφανειακή Θεμελίωση Βαθειά θεμελίωση με φρεατοπασσάλους Η ένταση των φαινομένων αδρανειακής και κινηματικής αλληλεπίδρασης γεφυρών οπλισμένου σκυροδέματος με τις παρακείμενες μάζες των επιχωμάτων αποτελεί συνάρτηση στην περίπτωση αυτή, του μήκους των πτερυγότοιχων, ενώ αυξάνει με την αύξηση του ύψους επίχωσης.
ACI-34 Αλληλεπίδραση γέφυρας-επιχωμάτων Αλληλεπίδραση Εδάφους-Γεφυρών Λόγω της ενεργοποίησης των επιχωμάτων και της 1δημιουργίας εναλλακτικών μηχανισμών ανάληψης της Bent Column ACI-341 Συνεπώς κρίνεται αναγκαία η αναθεώρηση τόσο των μεθόδων σχεδιασμού, όσο και των αντίστοιχων στρατηγικών όπλισης των επιμέρους δομικών στοιχείων. σεισμικής τέμνουσας, τα υποστυλώματα του εύκαμπτου μεσόβαθρου καθίστανται υπό συνθήκες ουραγοί της κίνησης ενώ οι απαιτήσεις σε όρους πλαστιμότητας, μετακίνησης ή στροφής μπορεί να αυξηθούν δραματικά. Λόγω των αυξημένων σεισμικών απαιτήσεων τίθεται σε αμφισβήτηση η αρχικά προσδιορισθείσα (εφαρμογή συμβατικών μεθόδων) ικανότητα των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου για την πραγματοποίηση των επιβαλλόμενων μετακινήσεων. Σοβαρές βλάβες β ή και καταρρεύσεις δύναται να παρατηρηθούν ιδίως σε περιπτώσεις ανεπαρκούς διαστασιολόγησης των υποστυλωμάτων (ACI ACI-341). PSO Central Bent 6/32
Μεθοδολογία Προσομοίωσης Προτεινόμενη Μεθοδολογία Διακριτοποίηση του συνολικού συστήματος σε κρίσιμα υποσυστήματα. Διακριτή μελέτη κάθε υποσυστήματος, δια της εφαρμογής της βέλτιστης προσομοίωσης ανά περίπτωση (διαμόρφωση υπολογιστικών ή και αναλυτικών προσομοιωμάτων). Υπολογισμός του συνολικού σύνθετου συστήματος δια της συσχετίσεως των επιμέρους υποσυστημάτων με την χρήση κατάλληλων συνοριακών συνθηκών. Η μεθοδολογία είναι εφαρμόσιμη σε κάθε πιθανή γεωμετρική διαμόρφωση της γέφυρας. Σύνθετο Σύστημα Γέφυρας-Εδάφους Φορέας ανωδομής Μεσόβαθρο και θεμελίωση Ακρόβαθρα και θεμελίωση Επιχώματα πρόσβασης Τύπος Προσομοίωσης/Μελέτης Επιχώματα Αναλυτικά Φορέας και βάθρα Υπολογιστικά Σύνθετο σύστημα Υπολογιστικά Συσχέτιση/Αλληλεπίδραση Κινηματικές αλληλεπιδράσεις προσθήκη κατάλληλων ελατηρίων Αδρανειακές αλληλεπιδράσεις προσθήκη στοιχείων μάζας Απόσβεση προσθήκη στοιχείων αποσβεστήρων 7/32
Προτεινόμενο Αναλυτικό Προσομοίωμα Επιχώματος Επίχωμα Πρόσβασης Ισοδύναμη Ορθογωνική Διατομή 8/32 B c Y Z X >> Στοιχειώδες τμήμα εδάφους (Υ-Υ) Υ) Στοιχειώδες τμήμα εδάφους (Χ-Χ) Χ) >> Διαφορική εξίσωση κίνησης Διαφορική εξίσωση κίνησης d du d du d du d du u G ( z ) E ( z ) 0 s u G ( z ) ( ) 0 dz dz dy dy G z dz dz dy dy >> Συνοριακές Συνθήκες και Καταστατικοί Νόμοι Υλικού
Αδρανειακή και Κινηματική Αλληλεπίδραση με την Γέφυρα Εγκά άρσια ήκης Διαμ Αλληλεπίδραση με την Γέφυρα Αδρανειακή Αλληλεπίδραση: Προσθήκη συγκεντρωμένης μάζας στο άκρο του επιχώματος για τον συνυπολογισμό της συμμετέχουσας μάζας ανωδομής που αποδίδεται στον κοινό βαθμό ελευθερίας ανωδομής-επιχώματος. Κινηματική Αλληλεπίδραση: Προσθήκη ελατηρίου στο άκρο του επιχώματος για τον συνυπολογισμό των αντιστάσεων του φορέα της γέφυρας που αποδίδονται στον κοινό βαθμό ελευθερίας επιχώματος-ανωδομής. ανωδομής. Εισαγωγή αλληλεπίδρασης στο αναλυτικό προσομοίωμα με την μορφή Συνοριακών Συνθηκών 9/32 >> Ισορροπία Δυνάμεων: Εφαρμογή ισορροπίας δυνάμεων στην συγκεντρωμένη μάζα. F abut F inert F -U abut emb F inert -U emb
Εδαφικά Καταστατικά Χαρακτηριστικά Ενδοτικότητα εδαφικού υλικού υπό αυξανόμενες γωνιακές παραμορφώσεις Το μέτρο διάτμησης G του εδαφικού υλικού των επιχωμάτων πρόσβασης, απομειώνεται ως συνάρτηση των επιβαλλόμενων εδαφικών διατμητικών παραμορφώσεων. Το ποσοστό της ιδιομορφικής απόσβεσης ξ αποτελεί επίσης συνάρτηση των εδαφικών διατμητικών παραμορφώσεων. Η συσχέτιση του ανηγμένου συγκλίνοντος εδαφικού μέτρου διάτμησης και του αντίστοιχου ποσοστού απόσβεσης με το επίπεδο διατμητικών παραμορφώσεων μπορεί να πραγματοποιείται δια της χρήσης κατάλληλων διαγραμμάτων της διεθνούς βιβλιογραφίας. 10/32 Εδαφικά Καταστατικά Χαρακτηριστικά G/G max Curves Ισοδύναμη Ελαστική ανάλυση Απλοποιητικά,, προτείνεται η διενέργεια ισοδύναμης δυναμικής ανάλυσης, δηλαδή η θεώρηση σταθερού μέτρου διάτμησης για κάθε επίπεδο επιβαλλόμενης έντασης.
Υπολογισμός Κινηματικών Αντιστάσεων Δομικών Υποσυστημάτων Υπερωθητική Ανάλυση επί των κρίσιμων δομικών υποσυστημάτων της γέφυρας: Οι κινηματικές αντιστάσεις του φορέα της γέφυρας υπολογίζονται με την διεξαγωγή υπερωθητικών αναλύσεων στα επιμέρους υποσυστήματα (Ακρόβαθρο, Μεσόβαθρο). Απλοποιημένα προσομοιώματα δοκών-ελατηρίων ή και πιο περίπλοκα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων μπορούν να διαμορφώνονται για τον σκοπό αυτό. 11/32 Προσδιορισμός Καμπύλης Αντίστασης του Ακρόβαθρου Προσδιορισμός Καμπύλης Αντίστασης Μεσόβαθρου
Κρίσιμο μήκος συμμετοχής επιχώματος στην συνολική απόκριση Προσδιορισμός ορ σ κρίσιμου μήκους συμμετέχοντος ος επιχώματος στην απόκριση του συνολικού φορέα: Καθώς μέρος των παρακείμενων επιχωμάτων πρόσβασης αλληλεπιδρά με την ανωδομή, ο προσδιορισμός ρ του κρίσιμου μήκους συμμετοχής τους στην συνολική απόκριση αναδεικνύεται σε σημαντικότατο παράγοντα για την ρεαλιστική εκτίμηση των μεγεθών που απαιτούνται κατά τον σχεδιασμό ή την αποτίμηση. 12/32 Ως κρίσιμο μήκος συμμετέχοντος επιχώματος ορίζεται το μήκος πέρα του οποίου η κίνηση του επιχώματος δεν επηρεάζεται από την επιβαλλόμενη λόγω της ανωδομής συνοριακή συνθήκη στο άκρο. y Συνοριακές συνθήκες στο μαθηματικό προσομοίωμα Στην θέση του κρίσιμου μήκους, μηδενισμός της μεταβολής των σχετικών μετακινήσεων κατά μήκος του άξονα y. Στην θέση του κρίσιμου μήκους οι μετακινήσεις επιχώματος ανεξάρτητες του y (συμπεριφορά διατμητικής δοκού). Boundary Conditions y y L c L c u ( z, y) y 0 u( z, y) u( z)
Υπολογισμός Δυναμικής Απόκρισης Γέφυρας 13/32 Δυναμική Συμπεριφορά Συνολικού, Σύνθετου Συστήματος Με γνωστά τα δυναμικά χαρακτηριστικά του επιχώματος πρόσβασης, η δυναμική απόκριση του συνολικού φορέα υπολογίζεται με την εφαρμογή απλοποιημένων αναλυτικών (επιχώματα) και υπολογιστικών (φορέας) προσομοιωμάτων. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του επιχώματος αποδίδονται στους κοινούς βαθμούς ελευθερίας με την μορφή Συγκεντρωμένων μαζών, Ελατηρίων και Αποσβεστήρων. Επαναληπτικές υπολογιστικές διαδικασίες απαιτούνται με την εφαρμογή των δύο προσομοιωμάτων (επιχώματος και φορέα) μέχρι την σύγκλιση των παρεχόμενων αποτελεσμάτων στις θέσεις των κοινών βαθμών ελευθερίας. Απλοποιημένο προσομοίωμα γέφυρας Spring Προσομοίωμα επιχώματος Spring BentSpring Dashpot Mass Spring Deck Mass Dashpot Embankment Mass Deck
Αποτελέσματα Δυναμικής Απόκρισης της PSO Απόκριση της PSO με χρήση του προτεινόμενης μεθοδολογίας κατά την επιβολή των δύο συνιστωσών της σεισμικής διέγερσης Petrolia 1992 Main event, Rio Dell, California. Παρατηρείται σύγκλιση μεταξύ της υπολογισθείσας απόκρισης και των αντίστοιχων πραγματικών καταγραφών. Παρατηρείται σημαντική αύξηση των απαιτήσεων μετακίνησης λόγω της ενεργοποίησης και συμμετοχής των επιχωμάτων. PSO Μεσόβαθρο, Χρονοιστορία μεσόβαθρου (Σχετικές μετακινήσεις) 14/32 Εγκάρσι m ια mm (mm) 60 45 30 15 PSO DYNAMIC ANALYSIS: Bent time history (TRANS) -15 0 0-30 5 10 15 20-45 -60 sec Relative Displacements (Soil-structure Interaction) Διαμήκη ης (mm) mm m 40 20 PSO DYNAMIC ANALYSIS: Bent time history (LONG) 0 0-20 5 10 15 20-40 sec Relative Displacements (Soil-structure Interaction) Εγκάρσια Διεύθ θυνση (Σχετ Disp placements τικές Μετακινή (m mm) σεις mm) 70 55 40 25 10-5 -20-35 -50-65 Σύγκριση καταγεγραμμένων και προβλεπόμενων αποκρίσεων 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Calculated time (sec) Recorded θυνση σεις mm) Εγκάρσια Διεύθ τικές Μετακινή Ε (Σχετ Συμβατικός Σχεδιασμός
Ορισμός Στόχων Επιτελεστικότητας 15/32 Κριτήρια Επιτελεστικότητας ATC-32 ACI-341 AASHTO (LRFD 2001) CALTRANS (SDC 1999) EUROCODE 8 Επίπεδα Λειτουργίας Δυνατότητα κυκλοφορίας μετά το πέρας του σεισμικού συμβάντος Απαιτούμενο χρονικό διάστημα για την αποκατάσταση της κυκλοφορίας Επίπεδα Ασφαλείας Έκταση παρατηρούμενων βλαβών λόγω της σεισμικής διέγερσης Απαιτούμενο χρονικό διάστημα για αποκατάσταση των βλαβών Ορισμός Μετακίνησης ης Στόχου Δημιουργία εναλλακτικού μηχανισμού ανάληψης της σεισμικής τέμνουσας λόγω της ενεργοποίησης των επιχωμάτων πρόσβασης. Αυξημένες απαιτήσεις παραμορφωσιμότητας για τα υποστυλώματα του μεσόβαθρου. Υπολογισμός των σεισμικών απαιτήσεων για τα υποστυλώματα του μεσόβαθρου με βάση τα νέα δεδομένα σε όρους πλαστιμότητας μετακινήσεων ή στροφών. Σχεδιασμός και Διαστασιολόγηση έναντι των αναπροσαρμοσμένων σεισμικών απαιτήσεων
Σχεδιασμός και Αποτίμηση-Υπολογισμός Υπερωθητικής Καμπύλης Μεθοδολογία Σχεδιασμού και Αποτίμησης Μονολιθικών Γεφυρών με Συνεκτίμηση της Αλληλεπίδρασης Εδάφους Γεφυρών 16/32 Επιλογή ικανού αριθμού αντιπροσωπευτικών επιταχυνσιογραφημάτων για σχεδιασμό. Δημιουργία αντίστοιχων ομάδων επιταχυνσιογραφημάτων διαδοχικά αυξανόμενης έντασης. Διαδοχική εφαρμογή του αναλυτικού προσομοιώματος (Kotsoglou and Pantazopoulou 2007) και υπολογισμός του κρίσιμου μήκους συμμετοχής επιχώματος και των αντίστοιχων δυναμικών του χαρακτηριστικών. Υπολογισμός της δυναμικής απόκρισης του συνολικού φορέα με βάση την προτεινόμενη μεθοδολογία (Kotsoglou and Pantazopoulou 2007). Υπολογισμός της μέγιστης προκύπτουσας μετακίνησης του φορέα και των αντίστοιχων δυνάμεων που παραλαμβάνουν τα επιμέρους δομικά στοιχεία (βάθρα, πασσαλοθεμελίωση, επιχώματα κλπ) και εξαγωγή ζεύγους τιμών «Δύναμη- Μετακίνηση» για κάθε επίπεδο επιβαλλόμενης έντασης. Δημιουργία υπερωθητικής καμπύλης η οποία διέρχεται από τα ζεύγη τιμών που έχουν προσδιοριστεί (Kotsoglou and Pantazopoulou 2009).
Σχεδιασμός και Αποτίμηση-Υπολογισμός Υπερωθητικής Καμπύλης Μεθοδολογία Υπολογισμού Υπερωθητικής Καμπύλης Incremental Dynamic Analysis 17/32 Μοντέλο Ανάλυσης (Kotsoglou and Pantazopoulou 2007) Inp put (Acceler ration) Outp ut (Displace ements) >> Τα χαρακτηριστικά του αναλυτικού προσομοιώματος δεν παραμένουν σταθερά, αλλά μεταβάλλονται ανάλογα της επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος καθώς και το κρίσιμο μήκος συμμετέχοντος επιχώματος L c υπολογίζονται διαδοχικά για κάθε επίπεδο σεισμικής έντασης. ve shover Curv Pus
Υπερωθητικές Καμπύλες των MRO και PSO (I.D.A) Λεπτομερής υπολογισμός των υπερωθητικών καμπυλών των σύνθετων συστημάτων των MRO και PSO δια της διενέργειας Incremental Dynamic Analysis (IDA) σύμφωνα με την προτεινόμενη μεθοδολογία. Κατά την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθόδου υπεισέρχονται και συνυπολογίζονται γζ οι αλληλεπιδράσεις με τις παρακείμενες μάζες των επιχωμάτων αλλά και η προοδευτική ενδοτικότητα του εδαφικού υλικού υπό αυξανόμενες διατμητικές παραμορφώσεις. Ως αντιπροσωπευτική υπερωθητική καμπύλη λαμβάνεται η προκύπτουσα μέση καμπύλη, από την συσχέτιση των αντίστοιχων καμπυλών που υπολογίστηκαν κατά την επιβολή πλήθους διαφορετικών επιταχυνσιογραφημάτων. 18/32 MRO-Υπερωθητική Καμπύλη Σύνθετου Συστήματος PSO-Υπερωθητική Καμπύλη Σύνθετου Συστήματος
Μετατροπή σε Καμπύλη Ισοδύναμου Μονοβάθμιου Συστήματος (Ι.Μ.Σ) Η προσδιορισθείσα υπερωθητική καμπύλη του πολυβάθμιου σύνθετου συστήματος 19/32 ανάγεται σε καμπύλη αντίστοιχου Ισοδύναμου Μονοβάθμιου (Ι.Μ.Σ) σύμφωνα με τις προτεινόμενες αναλυτικές σχέσεις (Kotsoglou and Pantazopoulou 2009). Οι τιμές μς επιτάχυνσης και μετακίνησης ης κορυφής της καμπύλης του πολυβάθμιου συστήματος διαιρούνται με την παράμετρο α. Σύνθετο Σύστημα >> >> Ι.Μ.Σ Απόκριση Σύνθετου Συστήματος Μετατροπή σε Ι.Μ.Σ >>
Επιτελεστικότητα Σχεδιασμός και Αποτίμηση Σύνθετου Συστήματος Με εφαρμογή του προτεινόμενου μοντέλου προσδιορίζεται η υπερωθητική καμπύλη του συνολικού φορέα, με συνυπολογισμό της ανάλογα της επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης, σταδιακής ενεργοποίησης των επιχωμάτων πρόσβασης και των φαινομένων αλληλεπίδρασης. 20/32 Η ικανότητα παραμόρφωσης των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου παρέχεται από γνωστά μοντέλα της διεθνούς βιβλιογραφίας Ικανότητα Υποστυλωμάτων βιβλιογραφίας. Lehman et al. 1998 Η Σεισμική αποτίμηση της γέφυρας πραγματοποιείται με τον συσχετισμό του φάσματος A.D.R.S και της αντίστοιχης καμπύλης αντοχής του συνολικού φορέα (Pushover Curve). Panagiotakos and Fardis 2001 Priestley et al. 1996 Central Bent Pushover Curve PSO Pushover Curve Seismic Assessment Force Force A cceleration (g) Displacements Displacements Displacements
Επιτελεστικότητα - Σεισμική Αποτίμηση των MRO και PSO Εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας επί των ενοργανωμένων γεφυρών MRO και PSO κατά την επιβολή πλήθους επιταχυν- σιογραφημάτων διαφορετικής έντασης. 21/32 Υπολογισμός των σεισμικών απαιτήσεων του συνολικού, σύνθετου συστήματος Γέφυρας-Επιχώματος σε όρους πλαστιμότητας μετακίνησης κορυφής μεσοβάθρου για τις MRO και PSO.
Επιτελεστικότητα - Σεισμική Αποτίμηση της PSO 22/32 Με εφαρμογή του προτεινόμενου μοντέλου υπολογίστηκαν οι σεισμικές απαιτήσεις των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου της PSO σε όρους μετακίνησης κορυφής βάσει της νέας θεώρησης. Πραγματοποιήθηκε συσχέτιση των αποτελεσμάτων με την σεισμική ένταση και τα κριτήρια επιτελεστικότητας διεθνών κανονισμών ή επιστημονικών αναφορών. Απόκριση της PSO ανάλογα της επιβαλλόμενης έντασης και συσχετισμός με κριτήρια επιτελεστικότητας (ACI-341) Partial Replacement Upper limit Average Line Repairable Damage No Significant Damage Lower limit Από τα εξαγόμενα αποτελέσματα κατά την εφαρμογή της μεθόδου παρατηρούνται αυξημένες απαιτήσεις μετακίνησης κορυφής έναντι ισχυρών σεισμικών συμβάντων λόγω των φαινομένων αλληλεπίδρασης γέφυρας-επιχωμάτων (Takatori-Kobe 1995).
Επιτελεστικότητα - Σεισμική Αποτίμηση της PSO Από τα αναλυτικά εξαγόμενα προκύπτει η λόγω της ενεργοποίησης των επιχωμάτων ανεπάρκεια των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου κατά τον συσχετισμό των προσδιορισμένων σεισμικών απαιτήσεων βάσει του προτεινόμενου μοντέλου με τα αντίστοιχα κριτήρια του CALTRANS SDC 1999. Υπερωθητική Καμπύλη μεσόβαθρου της PSO και οριακή Συνεπώς ο σχεδιασμός και η μετακίνηση από CALTRANS SDC 1999 διαστασιολόγηση των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου με βάση την κλασική θεώρηση (μεγάλες διατομές μικρής παραμορφωσιμότητας) κρίνεται ανεπαρκής λόγω της ενεργοποίησης και της συμμετοχής των επιχωμάτων στην συνολική απόκριση του συστήματος. 23/32 Στρατηγικές Σχεδιασμού >> Μικρές διατομές μεγάλης παραμορφωσιμότητας προτείνονται κατά τον σχεδιασμό, ώστε τα υποστυλώματα του μεσόβαθρου να φέρουν με επιτυχία τα φορτία βαρύτητας της ανωδομής και παράλληλα να πραγματοποιούν με επιτυχία τις αυξημένες απαιτούμενες μετακινήσεις. Ο σχεδιασμός των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου, μπορεί να πραγματοποιείται με ασφάλεια βάσει της μετακίνησης ης στόχου που προσδιορίζεται ρ από την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας.
Οδηγός Σχεδιασμού και Αποτίμησης Διαμόρφωση οδηγού σχεδιασμού και αποτίμησης του σύνθετου συστήματος γέφυρας και επιχωμάτων. Προσδιορισμός ανηγμένων υπερωθητικών καμπυλών βάσει παραμετρικών μελετών επί των διατυπωμένων αναλυτικών προσομοιωμάτων μ και μεθοδολογιών. Εφαρμογή φασματικών μεθόδων Σχεδιασμού και Αποτίμησης (CSM,YPS, N2) 24/32 Οδηγός Σχεδιασμού και Αποτίμησης Προσδιορισμός Ικανότητας Σύνθετου Συστήματος Προσδιορισμός Σεισμικών Απαιτήσεων Υπερωθητική Καμπύλη Σύνθετου Συστήματος Φάσματα Σχεδιασμού ή Απόκρισης Παραμετρική Μελέτη των Αναλυτικών Λύσεων Μετατροπή φασμάτων σε ADRS ή YPS Γεωμετρικά Χαρακτηριστικά Καταστατικά Χαρακτηριστικά Υπερωθητική Καμπύλη Ισοδύναμου Μονοβάθμιου Συστήματος Συσχετισμός/Σύγκριση Απαιτήσεων και Ικανότητας
Οδηγός Σχεδιασμού και Αποτίμησης Παραμετρική μελέτη των αναλυτικών λύσεων για πλήθος διαφορετικών γεωμετρικών διαμορφώσεων και καταστατικών χαρακτηριστικών. Στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων και ομαδοποίηση αυτών. Στόχος η εξαγωγή γή ανηγμένων υπερωθητικών καμπυλών γεφυρών γφρ Οπλισμένου Σκυροδέματος για εύρος πιθανών γεωμετρικών διαμορφώσεων και καταστατικών χαρακτηριστικών. 25/32 Προσομοίωμα Επιχώματος
Ανηγμένες Υπερωθητικές Καμπύλες Εξαγωγή ανηγμένων υπερωθητικών καμπυλών βάσει της διενεργηθείσας παραμετρικής ανάλυσης επί του διατυπωμένου αναλυτικού προσομοιώματος. 26/32 Υπερωθητικ κή Καμπύλη Αναγωγή Δύναμης και Μετακίνησης Επεξήγησ ση όρων
Ανηγμένες Υπερωθητικές Καμπύλες Ανηγμένες υπερωθητικές καμπύλες σύνθετου συστήματος γέφυρας-επιχώματος 27/32 Ανηγμένες Υπερωθητικές Καμπύλες Σύνθετου Συστήματος, Κ=75000KN/m, B c =20m
Ανηγμένες Υπερωθητικές Καμπύλες Ανηγμένες υπερωθητικές καμπύλες σύνθετου συστήματος γέφυρας-επιχώματος 28/32 Ανηγμένες Υπερωθητικές Καμπύλες Σύνθετου Συστήματος, Κ=75000KN/m, B c =25m
Συμπεράσματα Η αλληλεπίδραση η γφ γέφυρας-επιχωμάτων μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση η των απαιτήσεων σεισμικής μετακίνησης του συνολικού, σύνθετου συστήματος, αποτελούμενου από την ανωδομή, τα βάθρα, την θεμελίωση αλλά και τις παρακείμενες μάζες των επιχωμάτων πρόσβασης. Τα φαινόμενα είναι κρίσιμης σημασίας σε περιπτώσεις μονολιθικών γεφυρών θεμελιωμένων επί των επιχωμάτων πρόσβασης, ενώ μικρότερης έκτασης αλληλεπιδράσεις αναμένονται στην σεισμική συμπεριφορά ρ γεφυρών γφρ θεμελιωμένων μ επί δύσκαμπτων ακροβάθρων. Η Η επιλογή θεμελίωσης του φορέα επί των επιχωμάτων της οδοποιίας αποτέλεσε για χρόνια στρατηγική κατασκευής στην Βόρεια Αμερική καθώς οδηγεί σε σημαντική μείωση του κόστους κατασκευής (μείωση εκσκαφών, αντιστηρίξεων αλλά και εύρους θεμελίωσης). Η Η παραπάνω γεωμετρική διαμόρφωση χαρακτηρίζεται από πολλά πλεονεκτήματα με την προϋπόθεση την ανάπτυξη ικανών μεθοδολογιών προσομοίωσης, σχεδιασμού αλλά και αποτίμησης, καθώς δημιουργούνται εναλλακτικοί μηχανισμοί ανάληψης της σεισμικής τέμνουσας. Λόγω της αδρανειακής και κινηματικής αλληλεπίδρασης αλλά και της ενδοτικότητας των επιχωμάτων πρόσβασης, οι πραγματικές απαιτήσεις μετακίνησης των υποστυλωμάτων του μεσόβαθρου αυξάνονται σημαντικά σε σχέση με τις προβλέψεις κατά τον σχεδιασμό με συνήθεις συμβατικές μεθόδους. 29/32
Συμπεράσματα 30/32 Με την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας σχεδιασμού προσδιορίζονται οι απαιτήσεις του συστήματος σε όρους πλαστιμότητας μετακινήσεων ή στροφής με συνεκτίμηση της σταδιακής ενεργοποίησης του εναλλακτικού μηχανισμού ανάληψης της σεισμικής σ τέμνουσας καθώς και της συμμετοχής των επιχωμάτων πρόσβασης στην συνολική απόκριση. Το προτεινόμενο προσομοίωμα μ μπορεί να εφαρμόζεται σε κάθε γεωμετρική διαμόρφωση γέφυρας καθώς ο βαθμός αλληλεπίδρασης με τα επιχώματα αλλά και οι επιδράσεις αυτής στην σεισμική συμπεριφορά του συνόλου αποτελούν εξαγόμενα της μεθόδου. Σύμφωνα με τα αναλυτικά εξαγόμενα, στις περιπτώσεις που η αλληλεπίδραση γέφυρας και επιχωμάτων είναι σημαντική, προτείνεται ο σχεδιασμός μικρότερων διατομών με ικανή περίσφιξη για τα υποστυλώματα του μεσόβαθρου ώστε να παρέχεται επαρκής παραμορφωσιμότητα ρφ μ για την πραγματοποίηση η των αυξημένων απαιτήσεων μετακίνησης ης κορυφής στην περιοχή του μεσόβαθρου. Με βάση τα παραπάνω, ορίστηκαν κριτήρια επιτελεστικότητας φορέων γεφυρών με συνεκτίμηση της αλληλεπίδρασης εδάφους-ανωδομής, σε όρους μετακίνησης στόχου ανάλογα του επιπέδου της επιβαλλόμενης σεισμικής έντασης. Πραγματοποιήθηκε ρ ή η η τεκμηρίωση η της διαδικασίας σχεδιασμού με εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας επί της ενοργανωμένης PSO.
Σχετικές Δημοσιεύσεις 1. «Assessment and Modeling of Embankment Participation in the Seismic Response of Integral Abutment Bridges» Kotsoglou A. and Pantazopoulou S., 2009, Bulletin of Earthquake Engineering (Springer), (In Press) 2. «Bridge Bridge-Embankment Interaction Under Transverse Ground Excitation» Kotsoglou A. and Pantazopoulou S., 2007, Earthquake Engineering and Structural Dynamics (Wiley- Interscience), (Volume 36, Issue 12, Pages 1719 1740) 3. «Soil-Structure Structure Interaction: Capacity Curve Evaluation and Seismic Assessment of Highway Overcrossings», Kotsoglou, A. and Pantazopoulou, S., 4th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Thessaloniki, Greece, 25-2828 June 2007 4. «Seismic Performance and Limit State Assessment of Highway Overcrossings», Kotsoglou, A. and Pantazopoulou, S., COMPDYN 2007- Computational Methods In Structural Dynamics and Earthquake Engineering, Rethymno, Greece, 13-16 16 June 2007 5. «Σεισμική Συμπεριφορά Γεφυρών Οπλισμένου Σκυροδέματος με Συνεκτίμηση της Αλληλεπίδρασής τους με το Έδαφος και της Ενδοτικότητας των Επιχωμάτων Πρόσβασης», Κοτσόγλου, A. και Πανταζοπούλου, Σ., 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος ΤΕΕ,, 25-2727 Οκτωβρίου 2006, Αλεξανδρούπολη 6. «Modeling of Embankment Flexibility and Soil-Structure Structure Interaction in Integral Bridges», Kotsoglou, A. and Pantazopoulou, S., 1st European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Geneva, Switzerland 3-8 September 2006 7. «Dynamic Response of Short Integral Concrete Bridges Considering Soil-Structure Structure Interaction and Embankment Flexibility», Kotsoglou, A. and Pantazopoulou, S., 2nd International FIB Congress, Naples, Italy, 5-8 June 2006 31/32
Ευχαριστίες 32/32 Η παρούσα εργασία χρηματοδοτείται από την Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος «Αντισεισμική Προστασία Γεφυρών ΑΣ.Προ.Γε»