Μια καινοτόμος πρόταση για την μείωση του κόστους των συμβατικών προκατασκευασμένων γεφυρών – Διερεύνηση εναλλακτικών λύσεων σχεδιασμού της γέφυρας του Νέστου
Creators: name: Μαυράκη, Παναγιώτα Αρχοντής
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: προκατασκευή
πλάκες συνέχειας
ακρόβαθρο
precast
continuous slabs
abutment

description: Η πρόταση αφορά στις γέφυρες με προκατασκευασμένες δοκούς και συνίσταται στη σύνδεση της συνεχούς πλάκας καταστρώματος του υπόψη είδους γεφυρών και με τα δύο ακρόβαθρα, καταργούμενων αμφοτέρων των ακραίων αρμών, με κύριο στόχο την αναβάθμιση της αντισεισμικότητας του συστήματος, κυρίως κατά την κρίσιμη διαμήκη διεύθυνσή του. Αντιμετωπίστηκαν τα αναφυόμενα δύσκολα λειτουργικά προβλήματα από τις εντάσεις των καταναγκασμών, οι οποίοι προκύπτουν ως αποτέλεσμα της προτεινόμενης σύνδεσης. Η πλάκα καταστρώματος διακρίνεται κατά τη διαμήκη της έννοια σε ζώνες αρρηγμάτωτες και ρηγματωμένες. Η γέφυρα της Εγνατίας Οδού επί του ποταμού Νέστου αποτέλεσε την γέφυρα αναφοράς και εξετάστηκαν τέσσερις περιπτώσεις ανασχεδιασμού της, οι οποίες περιγράφονται ως εξής: Συμβατικές λύσεις: Η 1η πέριπτωση ανασχεδιασμού περιλαμβάνει όπως και η αρχική μελέτη σύστημα σεισμικής μόνωσης μέσω ελαστομεταλλικών εφεδράνων και αποσβεστήρων αλλά διαφοροποιείται από την αρχική στην διατομή των μεσοβάθρων. Τα μεσόβαθρα στην πραγματική μελέτη σχεδιάστηκαν ως συμπαγούς διατομής πάχους 2,5μ. Στην παρούσα εργασία, αφού σταθμίστηκαν οι επιπτώσεις επί της ασφαλούς εξέλιξης της εξώθερμης χημικής αντίδρασης νερού-τσιμέντου (ενυδάτωση) κατά την οποία αναπτύσσονται μεγάλες θερμοκρασίες που όταν δεν μπορούν να απαχθούν από το εσωτερικό του μέλους προς την επιφάνειά του είναι δυνατόν να λειτουργήσουν καταστρεπτικά για την αντοχή ενός τόσο μεγάλου δομικού μέλους, έγινε η επιλογή δίδυμων τοιχωματικών “λεπίδων” πάχους 0,75μ η κάθε μία, με το μεταξύ τους διάστημα να έχει πλάτος 1.0 μ.. Όπως και στην αρχική μελέτη προβλέπεται και εσωτερικός αρμός και αρμός στα ακρόβαθρα. (μοντέλο ́3-αρμοί’) . Η 2η περίπτωση διαφοροποιείται από την 1η στην κατάργηση του εσωτερικού αρμού. Αφορά λοιπόν 12 συνεχή ανοίγματα που συνδέονται με πλάκες συνέχειας και αρμούς στα άκρα. (μοντέλο ‘2-αρμοί). Μη συμβατικές λύσεις: Η 3η περίπτωση αφορά μια μονολιθική σύνδεση της γέφυρας στα ακρόβαθρα χωρίς ενδιάμεσους και χωρίς εσωτερικό αρμό. Η πλάκα καταστρώματος είναι συνεχής από το ένα ακρόβαθρο ως το άλλο, και συνδέεται μονολιθικά με τα ακρόβαθρα. Με αυτόν τον ανασχεδιασμό λύνεται σε απόλυτο βαθμό το αντισμεισμικό πρόβλημα της γέφυρας, καθώς οι σεισμικές καταπονήσεις για τον διαμήκη σεισμό εκμηδενίζονται, ενώ για τον εγκάρσιο υπάρχει το πλεονέκτημα της τοιχοειδούς διατομής των μεσοβάθρων. Παρά την απαλλαγή από το αντισεισμικό πρόβλημα, δημιουργείται ένα οξύ πρόβλημα λειτουργικών καταναγκασμών καθώς η παρεμπόδιση των συστολοδιαστολών λόγω θερμοκρασιακών μεταβολών, ξήρανσης και ερπυσμού, προκαλεί ισχυρές αξονικές εφελκυστικές καταπονήσεις στη συνεχή πλάκα καταστρώματος. Σε αυτή την περίπτωση ανασχεδιασμού, οι επιρροές της αύξησης και της μείωσης της θερμοκρασίας είναι ασύμμετρες, επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας και η συνεπαγόμενη διαστολή εξουδετερώνονται από τις ισοδύναμες με πτώση της θερμοκρασίας συστολές λόγω ξήρανσης του σκυροδέματος και ερπυσμού της πλάκας καταστρώματος. (μοντέλο ‘0-αρμοί’). Η 4 περίπτωση ανασχεδιασμού διαφοροποιείται από την 3η στην τοποθέτηση εσωτερικού αρμού. Αφορά λοιπόν ακλόνητη σύνδεση ακροβάθρων με πρόβλεψη μόνο εσωτερικού κεντρικού αρμού. Με αυτή τη λύση το πάχος των εφεδράνων της σεισμικής μόνωσης είναι δυνατό να περιοριστεί δραστικά, καθώς αυτό επιλέγεται με βάση τα λειτουργικά κριτήρια και όχι τα σεισμικά. (μοντέλο ‘1-αρμός’)
description: The present proposal concerns elimination of of both end joints of prefabricated beam bridges by joining the continuous slab with both abutments, the main aim being to improve the earthquake resistance of the whole system, especially when acting on the (critical) longitudinal direction. The shortcomings and operational problems caused by the intensity of constraining forces, which arise as a result of the proposed connection, were subsequently dealt with and solved. The deck slab is differentiated along its longitudinal axis in cracked and uncracked zones. The Egnatia motorway bridge over the Nestos river was the reference bridge project where four different variants were examined during its re-design , which are described as follows: Conventional designs: The first case of redesign includes as per original design a seismic isolation system comprising elastomeric bearings and dampers, but differentiates from the initial design's piers cross section. Piers in the actual study were designed with solid cross section having 2.50 m thickness. In the present paper, after weighing up the impact on the regular development of exothermic chemical water-cement reaction (hydration) (during which the developed high temperature that could not escape from inner space to the surface of the thick pier could have a detrimental effect on the strength of such a massive structural member), another solution adopting twin parallel wall piers having constant 0.75m thickness each and spaced at 1.0 m apart was selected. As per original design, there are joints both at intermediate support and at abutments.(ref. as 'Model 3-joints'). The second variance differentiates from the first with regard to the elimination of the inner joint. It comprises 12 consecutive spans connected with continuity slabs and expansion joints at the ends. (ref. as 'Model-2-joints'). Unconventional solutions: The third variance comprises monolithic connection of the bridge superstructure to the abutments without any intermediate joint. The deck slab is continuous from one abutment to another, and rigidly connected to the abutments. With this re-design the earthquake resistance issue of the bridge is considered as absolutely manageable and solved, since internal forces due to longitudinal earthquake are in essence eliminated, while regarding the perpendicular to the bridge axis direction, piers have the advantage of the twin walls cross section. Though, in contrast to the remediation of the seismic problem, an acute functional problem is generated due to constrained expansion and contraction from temperature change, creep and shrinkage, eventually causing high axial tensile stresses in the continuous deck slab. In this case of re-design the influence of temperature increase and decrease is asymmetrical, because for temperature increase the subsequent expansion is canceled by the contraction due to creep and shrinkage of the concrete slab. (ref. as Model '0-joints'). The fourth redesign variance differentiates from the third regarding the use of an intermediate joint. It combines monolithic superstructure to abutments connection with the provision for expansion joint in the middle of the total bridge length. Using this solution the derived thickness of the seismic isolation bearings can be drastically reduced , as its selection is based purely on serviceability criteria rather than on seismic ones. (ref. as Model '1-joint')