Συγκριτική ανάλυση σιδηροδρομικής γέφυρας από σκυρόδεμα με εναλλακτικά συστήματα απόσβεσης
Creators: name: Κολότσιος, Γεώργιος Απόστολου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Υστερητική Απόσβεση
Μόνωση Γεφυρών
Απόσβεση Γεφυρών
Hysteretic Damping
Bridge Isolation
Damping for bridges

description: Ένα από θεμελιώδη στοιχεία για την επιτυχή απόκριση των γεφυρών σε έντονες σεισμικές καταπονήσεις είναι η ικανότητά τους να απορροφούν την εισερχόμενη ενέργεια του σεισμού με διάφορους τρόπους. Ο πιο οικονομικός τρόπος είναι η κατασκευή πλάστιμων γεφυρών, όπου σε αυτή την περίπτωση τα δομικά μέλη της γέφυρας κατά την ανακύκλιση απορροφούν την ενέργεια μέσω δημιουργίας βλαβών σε συγκεκριμένες θέσεις, οι οποίες έχουν επιλεχθεί ως οι πιο κατάλληλες σε κάθε περίπτωση σχεδιασμού. Ένας άλλος τρόπος, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να αφήσει ανέπαφα τα δομικά μέλη της γέφυρας από τη σεισμική διέγερση είναι η σεισμική μόνωση, η οποία έχει συνήθως τη μορφή ελαστομεταλλικών εφεδράνων, τα οποία μπαίνουν ενδιαμέσως του καταστρώματος και της υποδομής με στόχο τη μείωση των σεισμικών δράσεων που θα δεχθεί η γέφυρα, αφού με την εισαγωγή των εφεδράνων, η γέφυρα γίνεται πιο εύκαμπτη και συνεπώς αυξάνεται η ιδιοπερίοδός της. Επίσης, στην ίδια κατηγορία ανήκουν και οι αποσβεστήρες, οι οποίοι συνήθως τοποθετούνται στα ακρόβαθρα, ενώ στόχος τους είναι η απόσβεση της εισερχόμενης σεισμικής ενέργειας. Οι αποσβεστήρες μπορεί να είναι είτε υδραυλικοί, είτε ειδικοί χαλύβδινοι σύνδεσμοι, οι οποίοι αλλάζουν βέβαια τα δυναμικά χαρακτηριστικά της γέφυρας, αλλά προσφέρουν υψηλή απόσβεση, ενώ η προμήθεια και η εφαρμογή τους είναι αρκετά πιο οικονομική σε σχέση με αυτή των υδραυλικών αποσβεστήρων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το αντικείμενο της συμπεριφοράς των χαλύβδινων συνδέσμων τύπου διατομής IPE ως αποσβεστήρες υψηλής απόσβεσης της εισερχόμενης σεισμικής ενέργειας προερχόμενης από συγκεκριμένες σεισμικές διεγέρσεις (επιταχυνσιογραφήματα) σε σιφηροδρομική γέφυρα. Οι χαλύβδινοι σύνδεσμοι στην παρούσα εργασία τοποθετούνται στα ακρόβαθρα, αντικαθιστώντας τους υδραυλικούς αποσβεστήρες. Η γεωμετρία των χαλύβδινων είναι τέτοια ώστε να αντιστοιχεί σε αντοχή ίδια με τη μέγιστη δύναμη που δύναται να προσφέρει ένας υδραυλικός αποσβεστήρας. Η επιλογή της γεωμετρίας των συνδέσμων έγινε έπειτα από μετεπεξεργασία πειραματικών αποτελεσμάτων που αφορούν σε χαλύβδινους συνδέσμους μικρότερων διαστάσεων, προερχομένων από συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή (Καραλής 2011). Τα πειραματικά αποτελέσματα προσεγγίστηκαν μέσω τριασδιάστατων αριθμητικών αναλύσεων με τον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων Abaqus, αλλά και με άλλες υπολογιστικές (SAP2000) και αναλυτικές λύσεις (EC3). Στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση της συμπεριφοράς και της αποδοτικότητας των χαλύβδινων συνδέσμων σε σχέση με τους υδραυλικούς αποσβεστήρες σε επίπεδο ποιότητας βρόχων, απορρόφησης εισερχόμενης σεισμικής ενέργειας και κατανομής της αποσβεννόμενης ενέργειας σε συνδέσμους, αποσβεστήρες, εφέδρανα και modal damping. Οι μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις έγιναν με το λογισμικό SAP2000.
description: One of the fundamental elements for the successful response of bridges to intense seismic stresses is their ability to absorb the incoming energy of the earthquake in various ways. The most economical way is to manufacture ductile bridges, where in this case the structural members of the bridge during the recycling absorb energy by creating usually plastic hinges in specific locations, which have been selected as the most suitable in each case design. Another way, which is capable leaving almost intact the structural members of the bridge from the seismic excitation are the seismic isolation solutions, which usually take the form of elastomeric bearings that are placed in between the deck and the infrastructure in order to reduce the seismic forces that the bridge will receive, since, after the installation of the bearings, the bridge becomes more flexible, and therefore the eigenperiod increases. Furthermore, in the same category belong the hydraulic dampers, which are usually placed at the abutments in order to absorb the incoming seismic energy without changing the dynamic characteristics of the bridge. Moreover, instead of using hydraulic dampers, special steel connectors can be successfully installed in the abutments in order to absorb the seismic energy, which however are certainly changing the dynamic characteristics of the bridge, but provide high damping, while their supply and implementation αρε quite cheaper compared to that of the hydraulic dampers. This thesis discusses the object of the behavior of the IPE steel connectors used as dampers in order to reduce the incoming seismic energy of specific seismic excitations (accelerograms). These seismic excitations are applied in an existing railway bridge. These IPE steel connectors are theoretically installed in the abutments, replacing the corresponding hydraulic dampers. The geometry of the steel connectors is such that it that it can provide resistance equal to the maximum power of a hydraulic damper. The choice of the steel connection geometry made by post-processing the experimental results of steel connectors smaller with smaller geometry, coming from the following Phd thesis (Karalis, 2011). The experimental results were approached by 3D numerical analyses using the finite element code Abaqus, but also with other computing (SAP2000) and analytical solutions (EC3). The objective of the study is to investigate the behavior and efficiency of steel connections in comparison with the hydraulic dampers behavior in terms of loop quality, incoming energy absorption ability and distribution of the seismic energy in bridge components: dampers, steel connections, bearings and modal damping. For the bridge modelling as well as for the nonlinear dynamic analyses the SAP2000 software was used.