Προσομοίωση Πεζογέφυρας και Υπολογισμός Δυναμικών Χαρακτηριστικών και Απόκρισης:
Creators: name: Αραμπατζής, Αργύριος Σοφοκλή
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Κρεμαστή πεζογέφυρα
Δυναμική των πεζογεφυρών
Κατακόρυφα μοντέλα φόρτισης πεζών
Σεισμική ανάλυση
Suspension bridge
Footbridge dynamics
Vertical load models of pedestrians
Seismic analysis

description: Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση και ο υπολογισμός των δυναμικών χαρακτηριστικών και της απόκρισης λόγω της κίνησης των πεζών, καθώς και λόγω σεισμού, της πεζογέφυρας της Αγίας Παρασκευής, στο δήμο Τεμπών της Λάρισας. Η πεζογέφυρα κατασκευάστηκε το 1960 και είναι κρεμαστού τύπου με τρία ανοίγματα. Το συνολικό μήκος της γέφυρας είναι 96 m, το μεγαλύτερο άνοιγμά της έχει μήκος 54 m, το πλάτος της γέφυρας είναι ίσο με 1,5 m, ενώ το ύψος των πυλώνων είναι 10,2 m. Το έτος 2003 έγιναν συστηματικές εργασίες συντήρησης και ενίσχυσης. Τα τεύχη της προμελέτης των εργασιών συντήρησης, τα τεύχη της οριστικής μελέτης και μελέτης εφαρμογής των εργασιών συντήρησης, καθώς και τα αντίστοιχα κατασκευαστικά σχέδια, ήταν διαθέσιμα κατά την εκπόνηση της εργασίας.
description: Συνολικά, μορφώθηκαν δύο μοντέλα της γέφυρας, ένα απλοποιημένο και ένα χωρικό, στο πρόγραμμα SAP v. 11.0.4. Για την προσομοίωση του απλοποιημένου μοντέλου, έγινε χρήση αποκλειστικά στοιχείων δοκού, ενώ για την προσομοίωση του χωρικού μοντέλου, έγινε συνδυασμός χρήσης στοιχείων δοκού και επιφανειακών στοιχείων. Επί πλέον για το χωρικό μοντέλο, εξετάστηκαν δύο διαφορετικά προσομοιώματα, αναφορικά με την προσομοίωση των μεταλλικών τμημάτων της γέφυρας ως στοιχείων δοκού ή ράβδου, καθώς και δύο διαφορετικά προσομοιώματα αναφορικά με τη σύνδεση του καταστρώματος και του μεσόβαθρου ως πλήρους άρθρωσης ή μερικής πάκτωσης. Έγινε ιδιομορφική ανάλυση, και υπολογίστηκαν τα δυναμικά χαρακτηριστικά της πεζογέφυρας, με χρήση όλων των ανωτέρω μοντέλων. Επίσης, έγινε σύγκριση της επιρροής των ανωτέρω παραδοχών της προσομοίωσης στα δυναμικά χαρακτηριστικά της πεζογέφυρας. Στη συνέχεια, διενεργήθηκαν περεταίρω αναλύσεις, για τον υπολογισμό της απόκρισης της πεζογέφυρας. Για τις αναλύσεις αυτές χρησιμοποιήθηκε το χωρικό μοντέλο. Σε πρώτο στάδιο, έγινε προσομοίωση της κίνησης των πεζών. Αρχικά, εφαρμόσθηκαν στη γέφυρα τέσσερα κατακόρυφα μοντέλα φόρτισης πεζών που προτείνονται από τη διεθνή βιβλιογραφία (γαλλική οδηγία Setra, γαλλική οδηγία FIB, βρετανικό εθνικό παράρτημα EC-1, γερμανική μεθοδολογία HIVOSS), καθώς και δύο πρωτότυπα κατακόρυφα μοντέλα φόρτισης (ΔΦΠ-1, ΔΦΠ-2), τα οποία προσομοιώνουν τη σταδιακή διέλευση των πεζών στο μεσαίο κατάστρωμα. Για όλα τα μοντέλα, έγινε υπολογισμός της απόκρισης της γέφυρας, και στη συνέχεια έλεγχος με τις οριακές επιτρεπτές τιμές, διάφορων διεθνών κανονισμών, που σχετίζονται με το αίσθημα ασφάλειας των πεζών. Από τα αποτελέσματα διαπιστώθηκε, ότι υπάρχουν μεγάλες διαφορές στις τιμές των μεγεθών απόκρισης, ανάλογα με το μοντέλο φόρτισης το οποίο εφαρμόζεται στη γέφυρα. Ως αποτέλεσμα, παρατηρείται ότι για κάποιους από τους κανονισμούς και για κάποια μοντέλα φόρτισης, η γέφυρα καλύπτει το αίσθημα ασφάλειας των πεζών, ενώ για κάποια άλλα όχι. Σε δεύτερο στάδιο, έγινε εισαγωγή πραγματικών επιταχυνσιογραφημάτων στη γέφυρα, και μελετήθηκε η συμπεριφορά της έναντι σεισμού. Η επιλογή των σεισμικών διεγέρσεων έγινε με βάση το μέγεθος του σεισμού, την επικεντρική απόσταση και το είδος του εδάφους στο σταθμό καταγραφής. Επίσης η επιλογή έγινε με τρόπο τέτοιο, ώστε τα φάσματα απόκρισης των σεισμών να μην έχουν μεγάλες διαφορές σε σχέση με το ελαστικό φάσμα σχεδιασμού, που προτείνει ο EC-8. Τελικά έγινε επιλογή τεσσάρων ελληνικών σεισμών (Αιγίου, Λευκάδας, Καλαμάτας και Κοζάνης) και τεσσάρων από την περιοχή της Καλιφόρνιας (Loma Prieta, Imperial Valley, Northridge και Superstition Hills). Συγκεκριμένα, οι πραγματικές καταγραφές μετατράπηκαν σε ασυσχέτιστες και ακολούθως κανονικοποιήθηκαν ως προς την τιμή της φασματικής επιτάχυνσης, για την ιδιοπερίοδο της κατακόρυφης ασύζευκτης ιδιοπεριόδου του μεσαίου καταστρώματος. Στο πρόγραμμα έγινε εισαγωγή των κανονικοποιημένων ασυσχέτιστων καταγραφών κατά τους τρεις άξονες της πεζογέφυρας (διαμήκης, εγκάρσιος και κατακόρυφος) και υπολογίστηκε η απόκρισή της. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι, κρίσιμη για την πεζογέφυρα είναι η φόρτιση που οφείλεται στην κίνηση των πεζών.
description: The objective of the present thesis is to create the analytical model of the Agia Paraskevi’s footbridge, located at the town of Tempe, in Larissa region, and the computation of the footbridge dynamic properties as well as the response due to human-induced loading and earthquakes. The footbridge was built in 1960, and was systematically repaired during the year 2003. It’s a three-span suspension bridge, with a main span length of 54 m, total deck length of 96 m, effective deck width of 1,5 m, and pylons height of 10,2 m. The application study of the reinforcement works was available. Two SAP models of the structure were created; a plane model and a space model. For the plane model, all the elements of the footbridge were modeled by using frame elements. On the other hand, for the space model, both frame and shell elements were used. Furthermore, two alternative models were created, regarding the space model, in order to examine the modeling of the main cable and the suspenders as truss elements and the modeling of the connection of the central deck to the piers, as a pin connection or a semi-continuous one. Modal analysis was carried out, for all the aforementioned models. Moreover, a comparison has been made, in order to see the effect of modeling assumptions mentioned above, on the footbridge dynamic properties. Then, further analyses were performed using the space model. Firstly, various models of pedestrian-induced dynamic loading on footbridges were examined. In particular, six models were applied in total. Four are suggested by national standards and published literature (Setra, FIB, U.K. EC-1 National Annex, HIVOSS) and two are prototype (DFP-1, DFP-2). For all of them, bridge response was computed and compared to comfort criteria and limit values, for pedestrians, suggested by various national standards. It was noticed that there are great differences among the results obtained using various loading models. As a result, the footbridge satisfies the limit values specified by some standards and does not satisfy the limit values specified by some others. Secondly, linear time history analyses were carried out, in order to investigate the seismic response of the footbridge. Real earthquakes were chosen, with criteria regarding their magnitude, their epicentral distance and the site classification. Finally, caution was given, so that the response spectra of the earthquakes did not have remarkable differences comparing with the elastic response spectra of EC-8. Eight earthquakes were chosen; four Greek (Aegion, Lefkada, Kalamata and Kozani) and four Californians (Loma Prieta, Imperial Valley, Northridge and Superstition Hills). The actual recorded accelerograms were transformed to the uncorrelated ones, and then scaled so, as to match the design spectrum according to a criterion based on the uncoupled vertical period of the bridge’s main span. Results from the linear time history analyses, indicate that the footbridge is subject to greater risk for pedestrian loading rather than seismic excitations.