Σεισμική τρωτότητα γεφυρών βελτιωμένης αξιοπιστίας συνεκτιμώντας την αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής και υβριδικά πειραματικά δεδομένα
Authors: Τασκάρη Ολυμπία 
Published: August 2021

Η αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς των κατασκευών και ιδιαίτερα των γεφυρών, οι οποίες κατατάσσονται στα έργα υποδομής μεγάλης σπουδαιότητας, αποτελεί αντικείμενο μελέτης πολλών ερευνητικών ομάδων της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας. Στο πλαίσιο αυτό, έχουν αναπτυχθεί διάφορες μεθοδολογίες εκτίμησης της υπό συνθήκη πιθανότητας υπέρβασης συγκεκριμένων σταθμών βλαβών για διακριτά επίπεδα έντασης. Παρά την αλματώδη αύξηση της ισχύος των υπολογιστικών συστημάτων και την ανάπτυξη σύνθετων αλγορίθμων ανάλυσης των κατασκευών, τη διατύπωση εξειδικευμένων καταστατικών νόμων υλικών και την αριθμητική συνεκτίμηση πολύπλοκων φορτιστικών καταστάσεων, εξακολουθεί να υφίσταται ένας σημαντικός αριθμός πηγών αβεβαιότητας ο οποίος σε μεγάλο βαθμό διαμορφώνει και την τελική αξιοπιστία της αποτίμησης της σεισμικής συμπεριφοράς των δομικών συστημάτων. Ειδικά για την περίπτωση των γεφυρών, οι αβεβαιότητες αυτές αφορούν στα χαρακτηριστικά της σεισμικής φόρτισης, στις μηχανικές ιδιότητες των υλικών και της ποσοτικοποίησης αυτών, στις συνοριακές συνθήκες στη διεπιφάνεια εδάφους-ανωδομής (τόσο σε επίπεδο μεσοβάθρων όσο και ακροβάθρου-επιχώματος), στους μηχανισμούς παραλαβής, μεταφοράς ή απόσβεσης των σεισμικών δυνάμεων καθώς και στις μεθόδους αριθμητικής ανάλυσης του συνολικού συστήματος. Κεντρικό άξονα της διεξαχθείσας έρευνας αποτέλεσε η διατύπωση μίας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας βελτιωμένης αξιοπιστίας για την αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας των γεφυρών στην οποία συνεκτιμώνται με πιθανοτικό τρόπο φαινόμενα τα οποία μέχρι σήμερα έχουν αντιμετωπιστεί μόνο επιμεριστικά, όπως η αλληλεπίδραση ακροβάθρου-επιχώματος, η συμβολή της σεισμικής μόνωσης στην απορρόφηση της σεισμικής ενέργειας καθώς και η διεύθυνση διάδοσης των σεισμικών κυμάτων. Συγκεκριμένα, στη μεθοδολογία αυτή συνεκτιμάται η συμμετοχή της θεμελίωσης στην αντίστασητου συστήματος ακροβάθρου-επιχώματος κατά τις δύο οριζόντιες διευθύνσεις καθώς επίσης και η αβεβαιότητα που χαρακτηρίζει τις ιδιότητες των εδαφικών υλικών της επίχωσης και της θεμελίωσης. Παράλληλα, ελέγχεται μέσω κατάλληλων υβριδικών πειραμάτων, η αβεβαιότητα που σχετίζεται με τις ιδιότητες των εφεδράνων, ενώ ταυτόχρονα συνεκτιμώνται οι πολλαπλές μορφές βλάβης (που συνυπάρχουν και αλληλεπιδρούν σε μία κατασκευή κατά τη διάρκεια μίας ισχυρής σεισμικής διέγερσης) υπό διαφορετικές πιθανές γωνίες πρόσπτωσης της σεισμικής διέγερσης. Από την ξεχωριστή μελέτη συστημάτων ακροβάθρων-επιχωμάτων προέκυψαν οι μέσες καμπύλες αντίστασης καθώς επίσης και η αντίστοιχη τυπική απόκλιση κατά τη διαμήκη και την εγκάρσια διεύθυνση του φορέα. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν υβριδικές δοκιμές (συνδυασμός αριθμητικών αναλύσεων και πειραματικών δοκιμών σε διακριτά υποσυστήματα) για την περίπτωση μίας πραγματικής γέφυρας τριών ανοιγμάτων. Σκοπός των υβριδικών πειραμάτων ήταν να περιοριστεί κατά το δυνατό η επιστημικού τύπου αβεβαιότητα που συναρτάται με την προσομοίωση των ιδιοτήτων των εφεδράνων, γεγονός το οποίο επιτεύχθηκε λαμβάνοντας υπόψη με κατά το δυνατόν ρεαλιστικό τρόπο, την αλληλεπίδρασή τους με το συνολικό σύστημα και τις αντίστοιχες στάθμες σεισμικής απαίτησης. Στη συνέχεια, οι πειραματικώς προσδιορισθείσες μηχανικές ιδιότητες καθώς και τα πιθανοτικά χαρακτηριστικά της ενδοσιμότητας του συστήματος ακροβάθρου-επιχώματος αξιοποιήθηκαν για τη μείωση της αβεβαιότητας του συστήματος κατά την περαιτέρω μελέτη της επιρροής των χαρακτηριστικών και της γωνίας πρόσπτωσης της σεισμικής διέγερσης στην σεισμική τρωτότητα των γεφυρών. Από τη διεξοδική έρευνα που πραγματοποιήθηκε, προκύπτει ότι είναι εφικτή η μείωση της αβεβαιότητας στην αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας του συστήματος εδάφους-θεμελίωσης-φορέα γέφυρας δια (α) της περισσότερο αξιόπιστης συνεκτίμησης της ενδοσιμότητας του ακροβάθρου-επιχώματος λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή της γεωμετρίας του, της διεύθυνσης φόρτισης καθώς και τις ιδιότητες του υλικού επίχωσης, (β) της απόδειξης ότι είναι πλέον δυνατή η εκτέλεση υβριδικών πειραμάτων ώστε να προσδιορίζονται με μεγαλύτερη ακρίβεια (και συνεπώς να προσομοιώνονται αντίστοιχα) μηχανικές ιδιότητες που εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ένταση και τον ρυθμό της φόρτισης και (γ) της ανάδειξης των περιπτώσεων κατά τις οποίες υποεκτιμάται η επιρροή της γωνίας πρόσπτωσης των σεισμικών κυμάτων κατά προεκβολή της αλληλεξάρτησης διαφορετικών μορφών βλάβης σε επίπεδο συστήματος.