Αναλυτική και πειραματική διερεύνηση επί της αντισεισμικής μηχανικής απόδοσης ενός προτεινομένου νέου τύπου ακροβάθρου με ιδιότητες ανάσχεσης των σεισμικών μετακινήσεων του φορέα της γέφυρας
Creators: name: Τέγου, Σεβαστή Δ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Γέφυρα
Ακρόβαθρο
Λειτουργικότητα
Σεισμός
Bridge
Abutment
Serviceability
Earthquake

description: Αντικείμενο της Διατριβής αποτελεί η αναλυτική και πειραματική διερεύνηση επί της αντισεισμικής μηχανικής απόδοσης ενός καινοτόμου μηχανισμού ανασχέσεως των σεισμικών μετακινήσεων του φορέα των γεφυρών. Ο μηχανισμός αυτός συνίσταται από τοιχώματα, τα οποία λειτουργούν ως σεισμικοί ανασχετήρες εγκατεστημένοι στα ακρόβαθρα και προσανατολισμένοι εγκαρσίως ως προς τον άξονα της γέφυρας. Τα τοιχώματα αυτά βρίσκονται εντός κιβωτίου, το οποίο υποκαθιστά τους καθιερωμένους τοίχους αντεπιστροφής, μέσω του οποίου επιτυγχάνεται η αντιστήριξη και ο διαχωρισμός του μεταβατικού επιχώματος από το υπόλοιπο σύστημα. Δύο από τις κύριες παραμέτρους που καθορίζουν την απόκριση του μηχανισμού είναι το διαθέσιμο ύψος των ακροβάθρων αφενός και, το πάχος των τοιχωμάτων αφετέρου. Στα πλαίσια της Διατριβής διερευνάται το πεδίο εφαρμογής του μηχανισμού, εις τρόπον ώστε να είναι δυνατή η αξιοποίησή του σε όλα τα ακρόβαθρα ασχέτως διαθέσιμου ύψους καθώς επίσης και σε όλες τις γέφυρες μικρού και μεγάλου μήκους. Η αντισεισμική συνεισφορά των τοιχωμάτων- ανασχετήρων επιδιώκεται αφενός μεν μέσω της δυσκαμψίας τους και αφετέρου, μέσω της απορρόφησης σεισμικής ενέργειας, μέσω της υστερητικής απόκρισης των στοιχείων αυτών. Το γεγονός αυτό συνεπάγεται την αξιοποίηση του προτεινόμενου αντισεισμικού ακροβάθρου σε πλάστιμα, βάσει των απαιτήσεων των Κανονισμών, συστήματα. Ως εκ τούτου, στα πλαίσια της Διατριβής προτείνεται μεθοδολογία μετάλλαξης των “πλωτών” επί εφεδράνων γεφυρών σε πλάστιμα συστήματα. Μετά την πλάστιμη προσαρμογή του συστήματος είναι δυνατή η ένταξη στα ακρόβαθρα των υπόψη γεφυρών του προτεινόμενου ανασχετικού μηχανισμού. Σημειωτέον ότι, στα πλωτά επί εφεδράνων συστήματα εντάσσονται γέφυρες, οι οποίες έχουν κατασκευαστεί με τις μεθόδους της προκατασκευής και της προώθησης. Στους στόχους της διεξαχθείσας έρευνας εντάσσεται η βελτιστοποίηση της μορφολογίας και των διαστάσεων του ακροβάθρου, με σκοπό αφενός μεν τον συμβιβασμό των οιονεί, αντικρουόμενων, αντισεισμικών και λειτουργικών απαιτήσεων της γέφυρας και αφετέρου, τη μεγιστοποίηση της αντισεισμικής του απόδοσης. Η διεξαχθείσα έρευνα καλύπτει τους τέσσερις συνηθέστερους, βάσει της μεθόδου κατασκευής, τύπους γεφυρών, δηλαδή των: (α) χυτών επί τόπου, (β) προκατασκευασμένων, (γ) γεφυρών κατασκευασμένων με τη μέθοδο της προώθησης και (δ) γεφυρών κατασκευασμένων με τη μέθοδο του προωθούμενου ικριώματος. Η αναλυτική και πειραματική διερεύνηση καλύπτει ένα ευρύ φάσμα παραμέτρων που επηρεάζουν τη σεισμική απόκριση των γεφυρών. Οι κύριες παράμετροι που ετέθησαν υπό διερεύνηση ήταν: (α) Το είδος των γεφυρών ανάλογα με την εφαρμοσθείσα μέθοδο κατασκευής του φορέα, (β) το μήκος του συνεχούς καταστρώματος, (γ) η μορφολογία, η όπλιση, η διάταξη και το είδος των αξιοποιηθέντων σεισμικών ανασχετήρων στα ακρόβαθρα των γεφυρών, (δ) η συνολική δυσκαμψία του συστήματος, (ε) η κατηγορία του εδάφους θεμελίωσης και (στ) η σεισμικότητα της περιοχής. Τα αποτελέσματα υπήρξαν ιδιαιτέρως ενθαρρυντικά στους τομείς της ασφάλειας, της ανθεκτικότητας, της λειτουργικότητας, της αισθητικής και προπάντων της οικονομικότητας. Συγκεκριμένα, η αξιοποίηση του προτεινόμενου αντισεισμικού ακροβάθρου τόσο σε μονολιθικά όσο και σε πλωτά επί εφεδράνων συστήματα γεφυρών έδειξε ότι οδηγεί σε σημαντική μείωση των διαμήκων και εγκαρσίων μετακινήσεων του φορέα. Οι προαναφερθείσες μειώσεις των σεισμικών μετακινήσεων οδηγούν σε αντίστοιχη μείωση των εντατικών μεγεθών των μεσοβάθρων, γεγονός που οδηγεί σε λεπτότερες και σε αισθητικώς πιο αποδεκτές διατομές των μεσοβάθρων. Τέλος, τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η αποσβεστική απόδοση του προτεινόμενου μηχανισμού είναι σημαντική.
description: The aim of this study is the analytical and experimental investigation on the seismic efficiency of an innovative restraining system. This system consists of transversely directed R/C walls, which behave as seismic stoppers. The aforementioned walls constitute part of the abutment and they are transversely directed to the longitudinal direction of the bridge. The walls are constructed in a concrete box-shaped substructure, which replaces the conventional wing-walls and retains the backfill material. Therefore, the earth pressures affect only the stability of the concrete box-shaped substructure and the abutment’s foundation, and not the earthquake resistance of the restraining walls. The available height of the abutment and the thickness of the walls are the main parameters affecting the serviceability level and seismic resistance of the aforementioned system. These parameters are strongly correlated, as they both influence the shear ratio of concrete walls and consequently, the seismic efficiency of the restraining system. This study investigates the applicability of the proposed restraining system in all bridge types, independently of their length and the abutment’s available height. The restraining walls contribute not only by their own stiffness but also by dissipating energy through hysteretic behavior. As a result, the proposed abutment should mainly be exploited in ductile bridge systems. In this respect, this study proposes a methodology for the modification of floating deck bridges to ductile systems. It is noted that, floating deck bridges are the ones constructed using the method of segmental erection with precast prestressed Ι-beams and the incremental launching method. The design and optimization of the proposed abutment is also one of the main goals of the study. The design of the system aiming at the maximization of its seismic efficiency, is based on two criteria referring, on one hand, on the accommodation of the in-service induced longitudinal movements of the deck and, on the other hand, on the earthquake loading of the walls. The carried investigation covers the four main construction methods of concrete bridges typology related to the final resisting system of the bridge, namely: (a) cast in-situ bridge construction, (b) segmental erection with precast prestressed Ι-beams, (c) incremental launching method and (d) form traveler method. The main parameters investigated are: (a) bridge type, (b) length of the continuous bridge deck, (c) dimensions, type, longitudinal reinforcement ratio and arrangement of the restraining walls, (d) total stiffness of the system, (e) foundation soil type and (f) the seismicity of the region. The results of the investigation showed that the proposed restraining system improves the safety, durability, serviceability, aesthetics and cost-effectiveness of bridges. Specifically, the exploitation of the proposed abutment in monolithic and floating deck bridge systems showed that, the longitudinal and transverse movements of the deck are effectively reduced. The aforementioned reductions in the seismic movements lead to reduced seismic actions of the piers. It is noted that, the reduction in the seismic actions leads to cost- effective and smaller cross-sections of the piers, which also serve aesthetics. Finally, the experimental investigation verified that the capacity of the system to dissipate energy is significant.