Βελτίωση της σεισμικής απόκρισης μεσόβαθρου συνεχούς γέφυρας με χρήση μιγμάτων τυπικών χονδρόκοκκων εδαφών με ανακυκλωμένα ελαστικά στη θεμελίωση
Creators: name: Σκορδάς, Δημήτριος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Σεισμική μόνωση
Μίγματα εδάφους-ελαστικών
Μεσόβαθρο γέφυρας
Seismic isolation
Soil/rubber mixtures
Pier Bridge

description: Κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της βελτίωσης της σεισμικής απόκρισης συστήματος μεσόβαθρου-εδάφους-θεμελίωσης με τοποθέτηση μιγμάτων ανακυκλωμένων ελαστικών και τυπικών χονδρόκοκκων εδαφών στη θεμελίωση. Είναι γεγονός, ότι τις τελευταίες δεκαετίες, η ολοένα αυξανόμενη χρήση οχημάτων έχει οδηγήσει στη συγκέντρωση μεγάλων ποσοτήτων φθαρμένων ελαστικών, τα οποία εναποτίθενται σε χωματερές, επιβαρύνοντας το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία. Στα πλαίσια εύρεσης βιώσιμης λύσης και αντιμετώπισης του περιβαλλοντικού προβλήματος, διερευνάται η προοπτική ωφέλιμης χρησιμοποίησης τους σε τεχνικά έργα. Κίνητρο για την παρούσα μελέτη αποτέλεσε η χρησιμοποίηση ανακυκλωμένων υλικών στο έδαφος θεμελίωσης, έτσι ώστε να επιτευχθεί αφενός μείωση του όγκου των συγκεντρωμένων ελαστικών και αφετέρου βελτίωση στη σεισμική απόκριση μεσόβαθρου συνεχούς γέφυρας με επιφανειακή θεμελίωσης. Η σεισμική απόκριση του συζευγμένου συστήματος μεσόβαθρου-εδάφους-θεμελίωσης μελετήθηκε μέσω μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων με τον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS3D v.16. Στο πρώτο βήμα, επιλέχθηκε η γεωμετρία του υπό εξέταση μεσόβαθρου με βάση την τυπολογία γεφυρών της Αττικής Οδού, ενώ έγινε έλεγχος επάρκειας της θεμελίωσης με βάση τις διατάξεις του Ευρωκώδικα 8. Στο δεύτερο βήμα, επιλύθηκαν τα προσομοιώματα με το λογισμικό ABAQUS, για την περίπτωση που δεν λαμβάνεται υπόψη η επιρροή της δυσκαμψίας του καταστρώματος στην ταλάντωση του μεσόβαθρου. Στο τρίτο βήμα, εκτιμήθηκε η δυσκαμψία του καταστρώματος, μέσω ελαστικών αναλύσεων στο πρόγραμμα SAP2000. και. Στη συνέχεια τοποθετήθηκαν ισοδύναμα ελατήρια στην κορυφή του μεσόβαθρου και επιλύθηκαν τα νέα προσομοιώματα με το λογισμικό ABAQUS. Ως σεισμικό φορτίο, για την πραγματοποίηση των μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων, χρησιμοποιήθηκαν χρονοϊστορίες επιτάχυνσης από πραγματικές καταγραφές, οι οποίες εισήχθησαν στη βάση του προσομοιώματος. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν το ποσοστό του ελαστικού κλάσματος κατά βάρος του βελτιωμένου επιχώματος (20% και 40%), το βάθος του βελτιωμένου εδάφους (2m και 5m), το ύψος του μεσόβαθρου (7m και 10m), η σεισμική κίνηση εισαγωγής (2 καταγραφές), η διεύθυνση της σεισμικής φόρτισης (μονοαξονική και διαξονική φόρτιση). Ως αρχικό έδαφος θεμελίωσης χρησιμοποιήθηκε αμμοχάλικο κατηγορίας Β κατά EC8, με ελαστοπλαστικό νόμο συμπεριφοράς Druger-Prager. Οι ιδιότητες των μιγμάτων που χρησιμοποιήθηκαν βασίζονται σε εργαστηριακές δοκιμές που εκτελούνται στο Εργαστήριο Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Α.Π.Θ. Τα αποτελέσματα περιλαμβάνουν εντατικά μεγέθη (Αξονικές δυνάμεις, Τέμνουσες δυνάμεις, Ροπές κάμψης) καθ’ ύψος του μεσόβαθρου, χρονοϊστορίες οριζόντιων μετακινήσεων κορυφής μεσόβαθρου, χρονοϊστορίες κατακόρυφων μετακινήσεων στη βάση του θεμελίου, χρονοϊστορίες επιταχύνσεων στην κορυφή και στον πόδα του μεσόβαθρου. Αξιολογήθηκαν βάσει των αντιστοίχων αποτελεσμάτων για το αρχικό έδαφος θεμελίωσης. Από τα αποτελέσματα παρατηρήθηκε μια γενική τάση ευνοϊκής επιρροής του ελαστικού μίγματος στην απόκριση του συστήματος, που είναι περισσότερο εμφανής για μεγαλύτερο ποσοστό ελαστικού κλάσματος. Επίσης, σημειώνεται μείωση του μεγέθους ροπών και τεμνουσών, και αύξηση των αξονικών δυνάμεων με την αύξηση του ποσοστού των ελαστικών. Επιπλέον, παρατηρήθηκε απομείωση των λικνιστικών φαινομένων, τα οποία ήταν πολύ εντονότερα πριν την τοποθέτηση του ελαστικού μίγματος, με αποτέλεσμα τη μείωση τόσο των μέγιστων όσο και των παραμενουσών οριζόντιων μετακινήσεων στην κορυφή του μεσόβαθρου.
description: The disposal of large volumes of scrap tyres, due to the increase in the number of vehicles worldwide, has become a considerable environmental issue. Tyres are usually disposed in landfills, stockpiles and abandoned in the nature, imposing major threats to societies and environment. The motivation of this research is to examine a sustainable solution for the management of waste tyres, based on previous studies that indicated the benefits of these materials in the seismic performance of structures. In particular, . the main objective of this dissertation is to investigate whether the implementation of rubber-soil mixtures in the foundation of a bridge pier benefits its seismic response by enhancing soil-structure interaction (SSI) effects. The pier under consideration is a structural member of a three-span Integral Bridge on surface foundation, while the soil foundation is comprised by mixture of gravel and tyre derived aggregates. To this end, a three dimensional numerical model of the pier -foundation-soil system is introduced in ABAQUS3D v.16. Non-linear dynamic analyses are performed in order to investigate the seismic response of the aforementioned system. At first, the geometry of the pier bridge was selected based on the typology of bridges of Attiki Odos. Also, stability checks of the surface foundation were performed according to Eurocode 8. In a second step, numerical analyses in ABAQUS software were performed for the case that the stiffness of the deck was not considered. In a third step, the stiffness of the deck was calculated through linear analysis of the bridge in SAP2000. Finally, the numerical analyses in ABAQUS were repeated considering the stiffness of the deck through elastic springs that were placed at the top of the pier. The seismic excitation is applied uniformly at the base of the numerical model using real acceleration recordings, scaled to peak ground acceleration of 0.3 g. The parametric analyses included: two different rubber-soil mixtures (20% and 40% rubber), two different depths of improvement, two different heights of the piers, the characteristics of the seismic input motion in terms of ground acceleration and the load direction. The dynamic properties of the rubberized soil mixtures were obtained by recent laboratory tests that were conducted in the Laboratory of Soil Mechanics, Foundations &amp; Geotechnical Earthquake Engineering in Aristotle University. The initial soil foundation consists of gravel (Type B according to EC8). The dimensions of the piers’ were selected 4,5×1m and of the surface foundations 6m×3,5m. The results of the dynamic analyses were obtained in terms of axial forces, shear forces and bending moments along the height of the piers, horizontal displacements at the top of the pier, vertical displacements at the bottom of the surface foundation and acceleration on the top and the bottom of the piers. The values of the aforementioned results were evaluated based on the corresponding response of the reference model founded in the initial gravel soil. In general, a beneficial influence trend on the seismic response of the pier-foundation-soil system response was observed. The positive influence, in some cases is greater for the 40% rubberized soil mixture. Particularly, a reduction on bending moments and shear forces is observed along with an increase on the axial forces with increasing proportion of rubberized mixture. Moreover, there was a mitigation of the Rocking phenomena, which were much more evident before the application of the tyre mixtures. The result of this impairment was the reduction in both the maximum and the residual horizontal displacements at the top of the pier.