Hμερίδα: ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΕΦΥΡΩΝ ΤΠΜ ΑΠΘ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΕΜΠΕΙΡΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΓΕΦΥΡΩΝ Α. Ι. Κάππος, Καθηγητής I.Φ. Μοσχονάς, Υ.Δ. Τμήμα Πολιτ. Μηχανικών ΑΠΘ Θεσσαλονίκη,, 13-2-09 Εισαγωγή Κατά τη διάρκεια του ερευνητικού προγράμματος ΑΣΠροΓε που εκπονήθηκε με συντονιστή το Εργ. Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιίας του ΑΠΘ προέκυψε η ανάγκη εξαγωγής καμπυλών τρωτότητας για τους συνήθεις τύπους γεφυρών στην Ελλάδα (11 καθορίστηκαν ως οι πιο αντιπροσωπευτικοί). Οι καμπύλες τρωτότητας που προέκυψαν χρησιμοποιούνται (και) για τη διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης καταμήκος της Εγνατίας Οδού. Για την ανάλυση των γεφυρών χρησιμοποιήθηκαν, εκτός των άλλων, προχωρημένες ανελαστικές μέθοδοι όπως: Η ιδιομορφική στατική ανελαστική ανάλυση και Η μη γραμμική δυναμική ανελαστική ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη την χωρική μεταβλητότητα της σεισμικής κίνησης, καθώς και την αλληλεπίδραση εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής. Επίσης, καταστρώθηκε βελτιωμένο ερωτηματολόγιο εμπειρικής σεισμικής αποτίμησης και εφαρμόστηκε για την εκτίμηση της τρωτότητας σειράς τυπικών γεφυρών της Εγνατίας Οδού 1
Ταξινόμηση ελληνικών γεφυρών σε αντιπροσωπευτικούς τύπους Έγινε κατάταξη των ελληνικών γεφυρών σε κατηγορίες, με έμφαση στις γέφυρες καταμήκος της Εγνατίας Οδού που περιλαμβάνουν και τους αντιπροσωπευτικότερους (για νέες γέφυρες) τύπους Λήφθηκαν υπόψη: ATC-13 (1985), NIBS (1996), Basöz & Kiremidjian (1996), HAZUS (1999), ΙQOA (FR) Βασικό κριτήριο: ό,τι έχει σχέση με τη μορφολογία ανωδομής και υποδομής Έγινε και αμφίδρομη αξιοποίηση των αποτελεσμάτων και συσχέτιση με την εμπειρική εκτίμηση της τρωτότητας γεφυρών μέσω αναλυτικών ερωτηματολογίων Σύστημα ταξινόμησης ελληνικών γεφυρών ΔΟΜΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΓΕΦΥΡΩΝ ΕΓΝΑΤΙΑΣ ΟΔΟΥ 1. ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟΝ ΤΥΠΟ ΤΩΝ 2. ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟΝ ΤΥΠΟ ΤΟΥ ΒΑΘΡΩΝ ΚΑΤΑΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΚΩΔΙΚΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΩΔΙΚΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ 1 Μονόστυλα κυλινδρικά 2 Μονόστυλα κοίλα ορθογωνικά 1 Πλάκα με ή χωρίς διάκενα 3 4 Πολύστυλα Τοιχωματικά (τοιχοειδή) 3. ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟΝ ΤΥΠΟ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΒΑΘΡΩΝ ΚΑΤΑΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΚΩΔΙΚΟΣ 1 2 3 Μονολιθική ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) Συνδυασμός μονολιθικών συνδέσεων και συνδέσεων με εφέδρανα 2 3 Μονοκυψελική κιβωτιοειδής διατομή Σύστημα προκατασκευασμένων δοκών με πλάκα σκυροδετούμενη επιτόπου (συνεχή πάνω από τα μεσόβαθρα) 2
Σύστημα ταξινόμησης ελληνικών γεφυρών Κωδικός Αριθμός 111 (Μη αντιπροσωπευτικός τύπος Άνω Διαβάσεων) 211 (Μη αντιπροσωπευτικός τύπος γεφυρών) 311 (αντιπροσωπευτικός τύπος Άνω Διαβάσεων - γεφυρών) 8 10 γέφυρες 411 (Μη αντιπροσωπευτικός τύπος γεφυρών) 121 (αντιπροσωπευτικός τύπος Άνω Διαβάσεων) 6 8 γέφυρες 221 (αντιπροσωπευτικός τύπος γεφυρών) 16 20 γέφυρες Περιγραφή Γέφυρα με κατάστρωμα με διατομή πλάκας με ή χωρίς διάκενα εδραζόμενο μονολιθικά επί κυκλικών μονόστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα διατομής πλάκας με ή χωρίς διάκενα εδραζόμενο μονολιθικά επί κοίλων ορθογωνικών μονόστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα διατομής πλάκας με ή χωρίς διάκενα εδραζόμενο μονολιθικά επί πολύστυλων βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα διατομής πλάκας με ή χωρίς διάκενα εδραζόμενο μονολιθικά επί τοιχωματικών 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 321 (αντιπροσωπευτικός τύπος Άνω Διαβάσεων) 5 10 γέφυρες 421 (αντιπροσωπευτικός τύπος γεφυρών) 6 8 γέφυρες 112 (Μη αντιπροσωπευτικός τύπος γεφυρών) 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 διατομής πλάκας με ή χωρίς διάκενα εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί κυκλικών μονόστυλων βάθρων Αξιολόγηση (από ΕΟΑΕ-ΑΠΘ) των 36 συνδυασμών που προκύπτουν Σύστημα ταξινόμησης ελληνικών γεφυρών ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΣΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΓΕΦΥΡΩΝ (ΑΝΤΙΠΡΟΣΩΠΕΥΤΙΚΕΣ ΤΩΝ ΓΕΦΥΡΩΝ ΤΗΣ ΕΓΝΑΤΙΑΣ) ΚΩΔΙΚΟΣ 111 (Α.Τ.Α.Δ.) 311 (Α.Τ.Α.Δ.) 121 (Α.Τ.Γ.) 221 (Α.Τ.Γ.) 421 (Α.Τ.Γ.) 122 (Α.Τ.Γ.) ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Γέφυρα με κατάστρωμα διατομής πλάκας με ή χωρίς διάκενα εδραζόμενο μονολιθικά επί κυκλικών μονόστυλων βάθρων 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 τοιχωματικών βάθρων Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί κυκλικών μονόστυλων βάθρων 3
Σύστημα ταξινόμησης ελληνικών γεφυρών ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΣΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΓΕΦΥΡΩΝ (συνέχ.) ΚΩΔΙΚΟΣ 422 (Α.Τ.Γ.) 232 (Α.Τ.Γ.) 332 (Α.Τ.Γ.) 432 (Α.Τ.Γ.) 223 (Α.Τ.Γ.) ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ 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 Επιλογή γεφυρών για κάθε κατηγορία ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 221 Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μονολιθικά επί κοίλων ορθογωνικών μονόστυλων βάθρων > Επιλέχθηκε η γέφυρα: Γ11(Δεξιός κλάδος)/τμήμα 5.1 4
Επιλογή γεφυρών για κάθε κατηγορία ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 421 Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μονολιθικά επί τοιχωματικών βάθρων > Επιλέχθηκε η γέφυρα: Γ9/Τμήμα 5.1 (Πολύμυλος), ΗγέφυραΓ9 ενοργανώθηκε στο πλαίσιο της ΕΕ 5 Επιλογή γεφυρών για κάθε κατηγορία ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 422 Γέφυρα με κατάστρωμα μονοκυψελικής κιβωτιοειδούς διατομής εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί τοιχωματικών βάθρων > Επιλέχθηκε η Γέφυρα Λίσσου (Ροδόπη) 5
Επιλογή γεφυρών για κάθε κατηγορία ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 232 Γέφυρα με κατάστρωμα από σύστημα (πλακο)δοκών με πρόπλακα εδραζόμενο μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) επί κοίλων ορθογωνικών μονόστυλων βάθρων > Επιλέχθηκε η 2η χαραδρογέφυρα Καβάλας/τμήμα 13.7, που ενοργανώθηκε στα πλαίσια της ΕΕ 5 και αναλύθηκε με στόχο την αναθεώρηση του μοντέλου της. Αναλυτικός προσδιορισμός καμπυλών τρωτότητας- Βαθμονόμηση με στατιστικά στοιχεία βλαβών Αναπτύχθηκαν αποτελεσματικότερες μεθοδολογίες αναλυτικής εξαγωγής των καμπυλών τρωτότητας Η εφαρμογή εστιάστηκε κυρίως στις κατηγορίες γεφυρών καταμήκος της Εγνατίας Οδού, μοντέλα των οποίων υποβλήθηκαν σε τυπικούς σεισμούς του Ελληνικού χώρου Αποτελέσματα επιτόπου μετρήσεων χρησιμοποιήθηκαν για επαλήθευση των παραδοχών προσομοίωσης και συνυπολογισμό του βαθμού επιρροής διαφόρων κατασκευαστικών διαφοροποιήσεων και ατελειών Έγινε επαλήθευση/βαθμονόμηση βάσει καταγραφών βλαβών από το διεθνή χώρο (ΗΠΑ και Ιαπωνία) 6
Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας Μεθοδολογίες για την εξαγωγή καμπυλών τρωτότητας Εμπειρικές [Basöz et al. (1999) Shinozuka et al. (2000b)] Αναλυτικές [Hwang et al. (2000) Shinozuka et al. (2000a,b) Mander& Basöz, (1999) Gardoni et al., (2003)] Οι αναλυτικές μεθοδολογίες διαφοροποιούνται με βάση: τη μέθοδο ανάλυσης (δυναμική ανελαστική, στατική ανελαστική) την παράμετρο της σεισμικής κίνησης που χρησιμοποιείται για την σχεδίαση των καμπυλών τρωτότητας (PGA, S a, S d ) την επιλογή της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας (δηλ. την εκτίμηση της διασποράς) Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας Η προτεινόμενη μεθοδολογία βασίζεται αφενός στη στατική ανελαστική ανάλυση της γέφυρας σε συνδυασμό με τη μέθοδο του φάσματος απαίτησης και της καμπύλης ισοδύναμου μονοβάθμιου συστήματος και αφετέρου σε έναν τρόπο καθορισμού των σταθμών βλάβης συμβατό με την λογική των καμπυλών αντίστασης των γεφυρών. Βασικό σημείο: η διαφοροποίηση της μεθοδολογίας ανάλογα με τον τύπο της γέφυρας με βάση τον μηχανισμό απορρόφησης της σεισμικής ενέργειας (a) Γέφυρες με ανελαστικά βάθρα (μορφής υποστυλώματος) η ανελαστική συμπεριφορά οφείλεται στον σχηματισμό πλαστικών αρθρώσεωνστηνβάση(και ενδεχομένως στην κεφαλή) των βάθρων (b) Γέφυρες με εφέδρανα (με ή χωρίς σεισμικούς συνδέσμους) και ελαστικά βάθρα (μορφής τοιχώματος) ηανελαστικήσυμπεριφοράοφείλεταιστηνμηγραμμικήσυμπεριφορά των εφεδράνων ενώ τα βάθρα παραμένουν στην ελαστική περιοχή 7
Εξαγωγή καμπυλών αντίστασης Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας (α) Γέφυρες με ανελαστικά βάθρα (μορφής υποστυλώματος) Οι καμπύλες αντίστασης προκύπτουν με εκτέλεση κλασσικής στατικής ανελαστικής ανάλυσης ή ιδιομορφικής ανελαστικής ανάλυσης. Η καμπύλη αντίστασης διγραμμικοποιείται, ορίζοντας με τον τρόπο αυτόν ένα συμβατικό όριο διαρροής και ένα όριο αστοχίας Τέλος η καμπύλη αντίστασης μετατρέπεται σε καμπύλη ΙΜΣ, δηλ. σε όρους S a -S d, κατ αντιστοιχία με το φάσμα απαίτησης (β) Γέφυρες με εφέδρανα (με ή χωρίς σεισμικούς συνδέσμους) και ελαστικά βάθρα (μορφής τοιχώματος) οι καμπύλες αντίστασης προκύπτουν με εκτέλεση κλασσικής στατικής ανελαστικής ανάλυσης. οι προκύπτουσες καμπύλες αντίστασης και αντίστοιχα οι καμπύλες ΙΜΣ έχουν ήδη διγραμμική μορφή (διαφορετική από την περίπτωση α), εξαιτίας της διγραμμικής συμπεριφοράς των εφεδράνων. Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας Καθορισμός των σταθμών βλάβης Υιοθετούνται οι παρακάτω πέντε στάθμες βλάβης: Μηδενικές (ΣΒ0) Μικρές (ΣΒ1) Μέσες (ΣΒ2) Εκτενείς (ΣΒ3) Αστοχία-Κατάρρευση (ΣΒ4) Ο καθορισμός των σταθμών βλάβης γίνεται με χρήση παραμέτρων βλάβης (δ/δ y, γ g ) αντί δεικτών βλάβης (D=0 1). 8
Καθορισμός των σταθμών βλάβης Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας (α) Γέφυρες με ανελαστικά βάθρα (μορφής υποστυλώματος) Οι στάθμες βλάβης ορίζονται με βάση τη διαγραμμικοποιημένη καμπύλη αντίστασης της γέφυρας Πίνακας 1: Καθορισμός σταθμών βλάβης για γέφυρες με ανελαστικά βάθρα α/α Στάθμη Βλάβης Απαιτούμενες επισκευές Τιμές κατωφλίου δ / δ y ΣΒ0 Μηδενικές βλάβες Καμία < 0.7 ΣΒ1 Μικρές βλάβες Μικρές επιδιορθώσεις > 0.7 ΣΒ2 Μέσες βλάβες Επισκευή στοιχείων > 1.5 ΣΒ3 Εκτενείς βλάβες Επανακατασκευή τμημάτων > 3.0 ΣΒ4 Κατάρρευση Επανακατασκευή γέφυρας > μ u όπου: δ y : η μετακίνηση διαρροής δ u : η μετακίνηση αστοχίας μ u =δ u /δ y : ηπλαστιμότητακατάτηναστοχία(κρίσιμη για την ΣΒ4) Καθορισμός των σταθμών βλάβης Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας (β) Γέφυρες με εφέδρανα (με ή χωρίς σεισμικούς συνδέσμους) και ελαστικά βάθρα (μορφής τοιχώματος) Πίνακας 2: Καθορισμός σταθμών βλάβης για το μεμονωμένο εφέδρανο i α/α Στάθμη Βλάβης Όρια σταθμών βλάβης γ bi Τιμές κατωφλίου γ bi ΣΒ0 Μηδενικές βλάβες 0 γ < γ y = 0.2 <γ y = 0.2 ΣΒ1 Μικρές βλάβες γ y = 0.2 γ < 1.5 γ y = 0.2 ΣΒ2 Μέσες βλάβες 1.5 γ < 2.0 1.5 ΣΒ3 Εκτενείς βλάβες 2.0 γ < 5.0 2.0 ΣΒ4 Κατάρρευση γ > 5.0 5.0 γ συνολική διατμητική παραμόρφωση bi i= γ tot = 1 N όπου: N : ο αριθμός των εφεδράνων της γέφυρας γ bi : η διατμητική παραμόρφωση του μεμονωμένου εφεδράνου N 9
Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας Εκτίμηση των παραμέτρων των καμπυλών τρωτότητας Οι καμπύλες τρωτότητας υπολογίζονται με βάση την λογαριθμοκανονική συνάρτηση κατανομής: P f 1 S ( DP DP S ) = Φ ln i όπου: F( ): η πιθανότητα η τιμή της παραμέτρου βλάβης (DP) να ισούται ή να υπερβαίνει την τιμή (DP i ) για την i-οστή στάθμη βλάβης S: η παράμετρος σεισμού (PGA or S d ) Φ: ητυπικήαθροιστικήσυνάρτησηπιθανότητας S mi : ημέσητιμήκατωφλίουτηςπαραμέτρουσεισμούs που απαιτείται για να προκληθεί η i-οστή στάθμη βλάβης β tot : η συνολική λογαριθμοκανονική τυπική απόκλιση β tot S mi Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας Εκτίμηση των παραμέτρων των καμπυλών τρωτότητας Hεκτίμηση της παραμέτρου S mi βασίζεται στην μέθοδο του φάσματος απαίτησης σε συνδυασμό με την καμπύλη αντίστασης του ΙΜΣ α. T < 0.5-0.6 sec β. T > 0.5-0.6 sec 10
Μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας Εκτίμηση των παραμέτρων των καμπυλών τρωτότητας Με βάση τα σημεία τομής φασμάτων απαίτησης με καμπύλες ΙΜΣ σχεδιάζεται το διάγραμμα εξέλιξης της σεισμικής βλάβης (πρωτογενής καμπύλη τρωτότητας). Για δεδομένη τιμή της παραμέτρου βλάβης (DP) με βάση τους ορισμούς των σταθμών βλάβης και το διάγραμμα εξέλιξης της σεισμικής βλάβης υπολογίζεται ημέσητιμήκατωφλίουτηςπαραμέτρουσεισμούs mi, για κάθε στάθμη βλάβης. Για την συνολική λογαριθμοκανονική τυπική απόκλιση χρησιμοποιείται η τιμή β tot =0.6 (με βάση τη βιλιογραφία...) Εφαρμογή σε γέφυρες της Εγνατίας Γέφυρα της Κρυσταλλοπηγής τμήμα κάθετου άξονα της Εγνατίας Οδού κοιλαδογέφυρα δώδεκα ανοιγμάτων συνολικού μήκους 638m ακτίνα καμπυλότητας 488m κατάστρωμα: πλάτος 13m, διατομή προεντεταμένου μονοκυψελικού κιβωτίου στήριξη σε 11 βάθρα (P1-P11) βάθρα ύψους μεταξύ 11 και 27m σταακραίαβάθραp1, P2, P3, P9, P10, P11 η στήριξη του καταστρώματος υλοποιείται μέσω εφεδράνων τα εσωτερικά βάθρα είναι μονολιθικά συνδεδεμένα με το κατάστρωμα. τα βάθρα θεμελιώνονται σε ομάδες πασσάλων των οποίων το μήκος και η διάταξη διαφοροποιείται μεταξύ των βάθρων 11
Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής A1 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 A2 Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής Με βάση την προτεινόμενη μεθοδολογία: Εξάγονται οι καμπύλες ΙΜΣ (S a -S d ) με βάση την 1 η ιδιομορφή κατά τη διαμήκη και κατά την εγκάρσια διεύθυνση. 0.7 0.6 0.5 Εγκάρσια διεύθυνση Διαμήκης διεύθυνση Sa (g) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 Sd (m) Ως φάσμα απαίτησης χρησιμοποιείται το ελαστικό φάσμα του Ελληνικού Αντισεισμικού Κανονισμού (Έκδοση 2003) για κατηγορία εδάφους B. 12
Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής Οι τιμές κατωφλίου PGA mi για τις ΣΒ DS1, DS2, DS3, DS4 είναι: διαμήκης διεύθυνση: 0.08g, 0.17g, 0.35g, 1.54g εγκάρσια διεύθυνση: 0.16g, 0.34g, 0.67g, 1.23g 1.0 1.0 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 F(DP>DP i S) 0.6 0.5 0.4 F(DP>DP i S) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 PGA [g] PGA [g] Μικρές βλάβες [ΣΒ1] Μέσες βλάβες [ΣΒ2] Μικρές βλάβες [ΣΒ1] Μέσες βλάβες [ΣΒ2] Εκτενείς βλάβες [ΣΒ3] Κατάρρευση [ΣΒ4] Εκτενείς βλάβες [ΣΒ3] Κατάρρευση [ΣΒ4] α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Καμπύλες τρωτότητας της γέφυρας της Κρυσταλλοπηγής Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής Σημειώνεται ότι: Η απόσταση μεταξύ της καμπύλης για τη στάθμη βλάβης ΣΒ4 και των υπολοίπων τριών, είναι πολύ μεγαλύτερη κατά τη διαμήκη διεύθυνση. αντικατοπτρίζεται η σημαντική διαφοροποίηση της διαθέσιμης πλαστιμότητας μ u μεταξύ των δύο διευθύνσεων. Και στις δύο διευθύνσεις η τιμή κατωφλίου PGA mi για τη στάθμη βλάβης ΣΒ4 είναι περίπου η ίδια η πιθανότητα αστοχίας της γέφυρας και στις δύο διευθύνσεις είναι ίδια με βάση τις καμπύλες ΙΜΣ των δύο διευθύνσεων αυτό ερμηνεύεται ως εξής: διαμήκης διεύθυνση: η γέφυρα έχει μεγαλύτερη διαθέσιμη πλαστιμότητα εγκάρσια διεύθυνση: η γέφυρα έχει μεγαλύτερη διαθέσιμη αντοχή Ο λόγος της διαθέσιμης αντοχής μεταξύ των δύο διευθύνσεων επηρεάζει τις τιμές κατωφλίου και τις αντίστοιχες καμπύλες τρωτότητας των σταθμών ΣΒ1, ΣΒ2, ΣΒ3 Κατά τη διαμήκη διεύθυνση η πιθανότητα να εμφανιστούν μικρές, μέσες, και εκτενείς βλάβες είναι μεγαλύτερη απ ότι στην εγκάρσια διεύθυνση, για δεδομένη PGA 13
Εφαρμογή σε γέφυρες της Εγνατίας Γέφυρα ποταμού Λίσσου τμήμα της Εγνατίας Οδού ποταμογέφυρα έντεκα ανοιγμάτων συνολικού μήκους 430m κατάστρωμα: πλάτος 14m, διατομή προεντεταμένου μονοκυψελικού κιβωτίου στήριξη σε 10 τοιχωματικά βάθρα (P1-P10), μέσω συνήθων ελαστομεταλλικών εφεδράνων βάθρα ύψους μεταξύ 4.50 και 10.60m η μετακίνηση του καταστρώματος στα ακρόβαθρα είναι ελεύθερη κατά τη διαμήκη διεύθυνση, και δεσμευμένη κατά την εγκάρσια στην κεφαλή των βάθρων έχουν τοποθετηθεί σεισμικοί σύνδεσμοι ύψους 1.20m για τον περιορισμό της εγκάρσιας μετακίνησης του καταστρώματος στην περίπτωση ισχυρών σεισμών (Α>Α d ) τα βάθρα θεμελιώνονται σε ομάδες πασσάλων των οποίων το μήκος και η διάταξη διαφοροποιείται μεταξύ των βάθρων είναι η πρώτη γέφυρα στην Ελλάδα που κατασκευάστηκε με τη μέθοδο της προώθησης Γέφυρα του ποταμού Λίσσου A1 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 A2 14
Γέφυρα Λίσσου Με βάση την προτεινόμενη μεθοδολογία: Εξάγονται οι καμπύλες ΙΜΣ (S a -S d ) με βάση την 1η ιδιομορφή κατά τη διαμήκη και κατά την εγκάρσια διεύθυνση. 25000 25000 20000 20000 V (kn) 15000 10000 V (kn) 15000 10000 5000 5000 0 0 50 100 150 200 250 δ (mm) 0 0 50 100 150 200 250 δ (mm) Με σεισμικούς συνδέσμους α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Χωρίς σεισμικούς συνδέσμους Ως φάσμα απαίτησης χρησιμοποιείται το ελαστικό φάσμα του Ελληνικού Αντισεισμικού Κανονισμού (Έκδοση 2003) για κατηγορία εδάφους Γ. Γέφυρα Λίσσου Εφαρμογή σε γέφυρες Οι τιμές κατωφλίου PGA mi για τις ΣΒ DS1, DS2, DS3, DS4 είναι: διαμήκης διεύθυνση: 0.04g, 0.28g, 0.37g, 0.93g εγκάρσια διεύθυνση: 0.06g, 0.44g, 0.58g, 1.45g 1.0 1.0 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 F(DP>DP i S) 0.6 0.5 0.4 F(DP>DP i S) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 PGA [g] Μικρές Βλάβες [ΣΒ1] Μέσες Βλάβες [ΣΒ2] Εκτενείς Βλάβες [ΣΒ3] Κατάρρευση [ΣΒ4] 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 PGA [g] Μικρές Βλάβες [ΣΒ1] Μέσες Βλάβες [ΣΒ2] Εκτενείς Βλάβες [ΣΒ3] α. Διαμήκης διεύθυνση β. Εγκάρσια διεύθυνση Καμπύλες τρωτότητας της γέφυρας του ποταμού Λίσσου Κατάρρευση [ΣΒ4] 15
Σημειώνεται ότι: Γέφυρα Λίσσου Οι καμπύλες τρωτότητας για τις μέσες και εκτενείς βλάβες (ΣΒ2 και ΣΒ3) έχουν μικρή απόσταση αντικατοπτρίζει την αντίστοιχη μικρή απόσταση μεταξύ των μέσων τιμών κατωφλίου της παραμέτρου βλάβης γ g Η πιθανότητα η γέφυρα να βρεθεί ή να υπερβεί μία στάθμη βλάβης είναι μεγαλύτερη στην διαμήκη διεύθυνση αυτό μπορεί να προβλεφθεί από τις αντίστοιχες μέσες τιμές κατωφλίου PGA mi των δύο διευθύνσεων Επιπλέον μπορεί να ερμηνευθεί λαμβάνοντας υπόψη τον ορισμό της συνολικής διατμητικής παραμόρφωσης: διαμήκης διεύθυνση: το κατάστρωμα μετακινείται ως απολύτως στερεό σώμα όλα τα εφέδρανα έχουν την ίδια μετακίνηση η συνολική διατμητική παραμόρφωση, γ g, είναι περίπου ίση με αυτήν του μεμονωμένου εφεδράνου γ bi εγκάρσια διεύθυνση: η παραμόρφωση του καταστρώματος είναι ημιτονοειδούς μορφής κατά την θεμελιώδη ιδιομορφή του η μετακίνηση των εφεδράνων διαφοροποιείται από το μέσον της γέφυρας προς τα ακρόβαθρα το γ g είναι μικρότερο από την μέγιστη μετακίνηση των εφεδράνων Πίνακας γεφυρών που αναλύθηκαν (ΑΣΠροΓε) 16
όλες οι καμπύλες τρωτότητας δίνονται στη δημοσίευση: Seismic fragility curves for greek bridges- methodology and case studies (ΒullErqEng,, 2009) Πιλοτική βαθμονόμηση με βάση στατιστικά στοιχεία βλαβών (Kobe, Northridge) 1.0 F(DP>DP i S) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 Καμπύλες τρωτότητας για γέφυρα Πεδινής 0.2 0.1 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Failure PGA [g] Failure [with gap closure-sgc (2003)] [without gap closure-sgc (2003)] Failure Failure [with gap closure-asge] [without gap closure-asge] Failure Failure [Northridge Earthquake] [Kobe Earthquake] διαμήκης διεύθυνση F(DP>DP i S) 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 PGA [g] Failure [SGC (2003)] Failure [ASGE] Failure [Northridge Earthquake] Failure [Kobe Earthquake] εγκάρσια διεύθυνση 17
Συμπεράσματα Η προταθείσα αναλυτική μεθοδολογία υπολογισμού καμπυλών τρωτότητας γεφυρών: Βασίζεται στη μέθοδο του φάσματος απαίτησης σε συνδυασμό με την καμπύλη ΙΜΣ Οι ορισθείσες στάθμες βλάβης είναι συμβατές με τη λογική των καμπυλών αντίστασης των γεφυρών Διαφοροποίηση της διαδικασίας με βάση τον μηχανισμό απορρόφησης της σεισμικής ενέργειας από τη γέφυρα (δύο κατηγορίες): Γέφυρες με ανελαστικά βάθρα (π.χ. γέφυρα Κρυσταλλοπηγής) Γέφυρες με εφέδρανα και ελαστικά βάθρα (π.χ. γέφυρα Λίσσου) Ταχεία αποτίμηση τρωτότητας γεφυρών με χρήση ερωτηματολογίου Κάθε χαρακτηριστικό της γέφυρας αξιολογείται με μια συγκεκριμένη βαθμολογία που αντιπροσωπεύει την επάρκειά του σε σχέση με τις αντισεισμικές απαιτήσεις Ιδιαίτερη σημασία για Ελλάδα, όπου τα στατιστικά βλαβών σε γέφυρες είναι ουσιαστικά ανύπαρκτα Αφετηρία: Πρόταση Καραμάνου, Σταθόπουλου κ.ά. (ΟΑΣΠ) Στόχοι: βελτίωση και τεκμηρίωση μέσω συσχετισμού με τα αποτελέσματα των άλλων εργασιών S = log (p f S d ) εφαρμογή βελτιωμένου ερωτηματολογίου στην εκτίμηση τρωτότητας σειράς τυπικών γεφυρών της Εγνατίας Οδού 18
Τροποποίηση καμπυλών τρωτότητας βάσει αποτελεσμάτων βαθμολόγησης All Concrete Bridges 1994, Northridge & 1995, Kobe Earthquakes Damage State Exceeding Probability Collapse: μ=0.720 σ=0.245 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Score = 0 Score = 60 0.4 μ 0.3 0.2 μ+σ 0.1 μ-σ 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 PGA [g's] δεν είναι παράγοντες τρωτότητας! (αρχικό έντυπο ΟΑΣΠ) 19
προτεινόμενο έντυπο 20
21
Παραδείγματα σεισμικής βαθμολογίας γεφυρών Παραδείγματα σεισμικής βαθμολογίας γεφυρών 22
Παραδείγματα σεισμικής βαθμολογίας γεφυρών Βαθμολόγηση γεφυρών κατά τη μεθοδολογία ΟΑΣΠ Κατάταξη γεφυρών σε σεισμικές κατηγορίες (1 4): Ζώνη Σεισμικής Επικινδυνότητας Σπουδαιότητα Γέφυρας Σημαντική Συνήθης Ι (Α=0.12g) II (A=0.16g) III (A=0.24g) IV (A=0.36g) (2) (3) (3) (4) (1) (2) (3) (3) 23
Βαθμολόγηση γεφυρών κατά τη μεθοδολογία ΟΑΣΠ Ο συνολικός δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης (Τ) υπολογίζεται από τη σχέση: Τ=(0.4 Δ + 0.6 Σ) Ε όπου: Δ: ο δείκτης δομικής τρωτότητας, Δ=0.35 Δ1+0.25 Δ2+0.25 Χ+0.15 Γ Δ1: ο δείκτης τρωτότητας εφεδράνων, συνδέσεων και εδράσεων Δ2: ο δείκτης τρωτότητας μεσοβάθρων, ακροβάθρων και ρευστοποίησης εδάφους Χ: ο δείκτης χρονολογίας μελέτης Γ: ο δείκτης γενικής κατάστασης της γέφυρας Σ: ο δείκτης σπουδαιότητας Ε: ο δείκτης σεισμικής επικινδυνότητας Σημείωση: Όλοι οι επιμέρους δείκτες λαμβάνουν τιμές από 0 έως 10 ενώ ο συνολικός δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης λαμβάνει τιμές από 0 έως 100. Βαθμολογίες γεφυρών κατά τη μεθοδολογία ΟΑΣΠ Κωδικός Ομάδας 111 311 121 221 421 122 Α/ΔΧ.Θ. 6+120 Α/ΔΣιάτιστας Α/ΔΧ.Θ. 078.22 Γέφυρα Γ11 Δ.Κ., Τμήμα 5.1 Γέφυρα Γ10 Δ.Κ., Τμήμα Πολύμυλος- Λευκόπετρα Γέφυρα Γ9, Τμήμα 5.1 Γέφυρα Γ1, Τμήμα 5.2 Γέφυρα Ειρήνης Όνομα Γέφυρας Α/ΔΠεδινής, Τμήμα 1.2.1 Α/ΔΤ7, Τμήμα 14.1.2 Α/ΔΤ6, Τμήμα 14.1.1 Γέφυρα Τρελοχειμάρου, Τμήμα 15.1.2 Βαθμολογία Γέφυρας 5.98 3.64 3.64 3.64 3.72 2.72 3.74 3.74 4.28 5.92 2.02 2.59 24
Βαθμολογίες γεφυρών κατά τη μεθοδολογία ΟΑΣΠ Κωδικός Ομάδας 422 232 332 432 223 Γέφυρα Λίσσου Γέφυρα Κόσσυνθου Γέφυρα Κομψάτου Όνομα Γέφυρας 2 η Χαραδρογέφρα Καβάλας, Τμήμα 13.7 Γέφυρα Τ6, Τμήμα 11.3 Γέφυρα Γ3, Τμήμα 1.1.6 Γέφυρα Τ7, Τμήμα 9.2 Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής Γέφυρα Γ10, Α.Κ., Τμήμα Πολύμυλος - Λευκόπετρα Βαθμολογία Γέφυρας 4.68 7.70 5.65 7.15 17.94 3.07 5.36 9.76 3.74 Ευχαριστώ για την υπομονή σας! http://users.auth.gr/~ajkap/ ajkap@civil.auth.gr 25