Δυναμική αλληλεπίδραση υπόγειων σηράγγων μετρό σε μικρό βάθος και πολυόροφων κτιρίων στην επιφάνεια. Εκτίμηση της αλληλεπίδρασης στην σεισμική απόκριση και το σεισμικό σχεδιασμό τόσο της σήραγγας όσο και των κτιρίων: αριθμητική ανάλυση με τον κώδικα ABAQUS
Creators: name: Τζαρμάδος, Δημήτριος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους-σήραγγας-υπέργειων κατασκευών
Δείκτης σχετικής δυσκαμψίας εδάφους-σήραγγας
Λόγος racking
Dynamic interaction between soil-underground tunnel-overhead structures
Flexibility ratio
Racking ratio

description: Η αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής είναι ιδιαίτερα σημαντικό φαινόμενο, με την πρόοδο της έρευνας να αναιρεί την παραδοσιακή πρακτική που θέλει τις κατασκευές να σχεδιάζονται θεωρώντας συνθήκες πλήρους πάκτωσης αυτών στο έδαφος θεμελίωσης. Είναι πλέον σαφές ότι τα φαινόμενα αλληλεπίδρασης χρίζουν ιδιαίτερης προσοχής από τον μηχανικό όταν το έδαφος θεμελίωσης είναι έντονα ενδόσιμο ή ακόμα και όταν η κατασκευή είναι ιδιαίτερα δύσκαμπτη σε σχέση με το έδαφος. Στα σύγχρονα αστικά περιβάλλοντα, η ανάπτυξη των υπόγειων συγκοινωνιών, και κατά βάση των σηράγγων μετρό, εγείρει την ανάγκη συνυπολογισμού της υπόγειας κατασκευής στη μελέτη του συστήματος εδάφους-υπέργειας κατασκευής. Η έρευνα του γενικευμένου πλέον συστήματος εδάφους-υπόγειας κατασκευής-υπέργειας κατασκευής αποτέλεσε το αντικείμενο της παρούσης διπλωματικής διατριβής. Συγκεκριμένα, διερευνήθηκε το κατά πόσο η ύπαρξη ορθογωνικής σήραγγας επηρεάζει το σεισμικό φορτίο των υπέργειων κατασκευών και το αντίστροφο. Επίσης, μελετήθηκαν οι επιπτώσεις της αλληλεπίδρασης υπέργειων κατασκευών μεταξύ τους στην απόκριση αυτών. Το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης εξετάστηκε με παραμετρική διερεύνηση της επιρροής των διαφόρων παραγόντων που υπεισέρχονται σε αυτό. Μεταβλήθηκαν κλιμακωτά μεγέθη όπως οι διαστάσεις της σήραγγας (πλάτος, ύψος) σε προσομοίωμα δύο διαστάσεων (2D) σε συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης, το πάχος των τοιχωμάτων της κοίλης ορθογωνικής διατομής σήραγγας και η δυστμησία του εδάφους. Μελετήθηκαν όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί ύπαρξης σήραγγας και δύο υπέργειων κατασκευών για δύο σενάρια διέγερσης στο βραχώδες υπόβαθρο: α) εξιδανικευμένος παλμός Ricker με μέγιστο πλάτος επιτάχυνσης 0.2 g, β) καταγραφή σταθμού Takatori για τον σεισμό του Kobe (1995), κανονικοποιημένη ώστε το μέγιστο πλάτος επιτάχυνσης να είναι επίσης 0.2 g. Στα προσομοιώματα με δύο υπέργειες κατασκευές εξετάστηκαν δύο εναλλακτικές παραδοχές σε ό,τι αφορά τις θεμελιώσεις: α) κοιτοστρώσεις σε πλήρη επαφή, β) κοιτοστρώσεις με ενδιάμεσο κενό. Στις αναλύσεις θεωρήθηκε πλήρως ελαστική συμπεριφορά του συστήματος. Χρησιμοποιήθηκε άμεση μέθοδος επίλυσης με χρήση επιφανειακών πεπερασμένων στοιχείων επίπεδης παραμόρφωσης για τις θεμελιώσεις και το έδαφος και γραμμικών πεπερασμένων στοιχείων δοκού για τις κατασκευές. Οι αναλύσεις κατέδειξαν ότι η απόκριση των σηράγγων επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την ύπαρξη υπέργειων κατασκευών. Αντίθετα, η απόκριση υπέργειων κατασκευών προέκυψε σχεδόν ασυσχέτιστη με την ύπαρξη ή μη σήραγγας σε μικρό βάθος. Ενδέχεται η συνεκτίμηση παραγόντων, όπως η μη γραμμική συμπεριφορά του εδάφους και η σχετική ολίσθηση των κατασκευών ως προς το έδαφος, να αναβαθμίσει το ρόλο της σήραγγας στο σεισμικό φορτίο των υπέργειων κατασκευών. Παρατηρήθηκε επίσης ότι η ύπαρξη υπέργειων κατασκευών μειώνει το πλάτος επιτάχυνσης στην επιφάνεια σε σχέση με το «ελεύθερο πεδίο». Σημαντική επίδραση στην απόκριση των σηράγγων, ιδιαίτερα των δύσκαμπτων σε σχέση με το περιβάλλον έδαφος, αποδείχθηκε ότι έχει η μεταβολή του κυματικού πεδίου λόγω ανακλάσεων των σεισμικών κυμάτων στις κατασκευές. Τέλος, ο διαχωρισμός των κοιτοστρώσεων μετέβαλλε ελάχιστα την απόκριση των κατασκευών σε σχέση με τις κοιτοστρώσεις σε πλήρη επαφή.
description: The effect of underground structures on seismic response that takes soil-structure interaction into account needs to be examined. This need stems from the development of extensive subterranean transportation networks in the modern urban environment. The present study broaches the topic in the context of a generalized soil-structure-underground structure interacting system. The presence of a tunnel of rectangular cross-section and its effect on input motion of overhead structures is examined; the effects of SSI of neighboring structures on their mutual response is also put under scrutiny. In this context, a parametric study is undertaken; a plain-strain 2D FEM model is employed and key parameters such as tunnel dimensions and soil stiffness are subjected to appropriate variation. Seismic excitations at bedrock level considered are the Kobe, Takatori record and a Ricker pulse, both scaled to 0.2g PGA. Elastic behavior of soil, underground structures and overhead structures is considered throughout. Seismic response at tunnels is found to be heavily influenced by the presence of structures overhead; on the contrary, above ground structures see little or no influence on their response by the presence of tunnel under their foundation. It is suspected that this influence will not be negligible, should the non-linearities of response be taken into account. Earlier research correlating soil-tunnel relative stiffness with tunnel racking is found to be less accurate when the response of overhead structures is accounted for. The presence of multiple structures is found to reduce the amplitude of their respective input motions compared to free field conditions; neighboring structures having common or separate foundations is found to have negligible effect to their response.