Ανάλυση και σχεδιασμός συστημάτων θεμελιώσεων−ανωδομής έναντι μεγάλων εδαφικών μετακινήσεων
Authors: Ζαφειράκος Αθανάσιος 
Published: September 2021

Αντικείμενο της Διατριβής αποτελεί η διερεύνηση της απόκρισης φρεάτων θεμελιώσεων βαθμών εγκιβωτισμού D/B ≥ 1 (όπου D το βάθος εγκιβωτισμού, και B το πλάτος του θεμελίου), υποβαλλομένων σε στατικώς και σεισμικώς ισχυρές φορτίσεις. Η διερεύνηση πραγματοποιείται με χρήση σοφιστευμένων αριθμητικών μεθόδων (Πεπερασμένων Στοιχείων), ενώ ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στην μή-γραμμική ανελαστική συμπεριφορά στο επίπεδο της θεμελίωσης. Τα αποτελέσματα της έρευνας συνοψίζονται ως εξής: 1.Αναπτύχθηκε γενικευμένο κριτήριο αστοχίας, και αποτυπώθηκαν όλοι οι συνδυασμοί αξονικής (Ν)-τέμνουσας (Q)- ροπής (M), που οδηγούν στην αστοχία του θεμελίου, σε μία καμπύλη φέρουσας αντοχής (περιβάλλουσα αστοχίας), η οποία ισχύει ανεξαρτήτως εδαφικών συνθηκών (είτε συνεκτικό είτε μή-συνεκτικό έδαφος) και είδους διεπιφάνειας (θεώρηση πλήρους επαφής ή μή-γραμμική). Επιπροσθέτως, χαρτογραφήθηκαν επί της καμπύλης όλοι οι δυνατοί κινηματικοί μηχανισμοί που διέπουν την αστοχία των φρεάτων, ενώ επετεύχθη η μαθηματική διατύπωση της σύζευξης των μετακινησιακών βαθμών ελευθερίας στην κεφαλή του φρέατος.2.Αναπτύχθηκε καινοτόμος μεθοδολογία σεισμικού σχεδιασμού φρεάτων θεμελιώσεως γεφυρών, όπου λαμβάνεται υπόψιν η μή-γραμμική συμπεριφορά της θεμελίωσης (έδαφος και διεπιφάνειες) και της ανωδομής. Για τον σκοπό αυτό εξετάστηκαν συστήματα πυλώνα-καταστρώματος θεμελιωμένων επί φρεάτων, υποβαλλομένων σε οριζόντια φόρτιση (Q) στο επίπεδο του καταστρώματος. Η έμφαση δόθηκε στην απόκριση της θεμελίωσης με διερεύνηση της επιρροής των συνθηκών ζεύξης πυλώνα-καταστρώματος. Παρατηρήθηκε ότι λόγω των κινηματικών περιορισμών που επιβάλλει ο φορέας της γέφυρας στην κίνηση του φρέατος, η φόρτιση (σε όρους M-Q) επί της θεμελιώσεως ακολουθεί μια μή-γραμμική όδευση, η οποία χαρακτηρίζεται από την ανάπτυξη συγκεκριμένης “υπεραντοχής” σε φέρουσα ικανότητα (περίπου διπλάσιας από αυτήν σε καθαρή τέμνουσα δύναμη). Επιπλέον, δείχνεται ότι η εν-λόγω όδευση χαρακτηρίζεται από ιδιότητες αναλλοίωτες ως προς τη γεωμετρία και την δυσκαμψία του συστήματος εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής, οι οποίες επιτρέπουν την μαθηματική περιγραφή της. Βάσει των αποτελεσμάτων της έρευνας, προτείνονται κατευθυντήριες οδηγίες για τον σεισμικό σχεδιασμό των φρεάτων.3.Επιβεβαιώθηκε μέσω εμπεριστατωμένης πιθανοτικής διερεύνησης της σεισμικής μή-γραμμικής ανελαστικής απόκρισης εδάφους─φρέατος─ανωδομής, η αξία της “μόνωσης μέσω λικνισμού” του φρέατος. Πιο συγκεκριμένα, η έρευνα επικεντρώθηκε στην σύγκριση, σε όρους σταθμών επιτελεστικότητας, της απόκρισης "βαρέως" και "ελαφρώς" φορτιζομένων (κατακορύφως) φρεάτων, σεισμικώς υπέρ- και υπό-διαστασιολογημένων, βάσει του σεισμικού συντελεστή ασφαλείας. Δύο εμπεριστατωμένες μέθοδοι εφαρμόστηκαν γι’ αυτόν τον σκοπό: (α) η μέθοδος της Στοχευμένης Φασματικής Απόκρισης (spectral matching), και (β) η Ανάλυση Δυναμικής Αντίστασης (Incremental Dynamic Analysis). Τα αποτελέσματα των δυναμικών αναλύσεων έδειξαν ότι η ανάπτυξη γεωμετρικών μή-γραμμικοτήτων στο επίπεδο της θεμελίωσης (αποκόλληση, ολίσθηση, ανασήκωμα βάσης), η οποία κυριαρχεί στην απόκριση των ελαφρώς φορτιζομένων σεισμικώς υπό-διαστασιολογημένων φρεάτων, παρέχουν ένα άνω όριο στις μεταβιβαζόμενες σεισμικές δράσεις στην ανωδομή ενώ οι αναπτυσσόμενες μετακινήσεις βρίσκονται εντός “ανεκτών” ορίων, και, ως εκ τούτου, το υπόδειγμα αυτό δύναται να υιοθετηθεί ως μία οικονομικώς συμφέρουσα τεχνική λύση η οποία ταυτόχρονα δρα εν είδει σεισμικής μόνωσης.