Αντισεισμικός σχεδιασμός βυθισμένων σηράγγων - Εφαρμογή στην υποθαλάσσια αρτηρία Θεσσαλονίκης
Creators: name: Τσινίδης, Γρηγόριος Κωνσταντίνου
name: Χαλάτης, Αυγερινός Νικολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Υποθαλάσσια αρτηρία Θεσσαλονίκης
Αντισεισμικός σχεδιασμός βυθισμένων σηράγγων
Thessaloniki underwater artery
Design of immersed tunnels

description: Σκοπός: Σκοπό της παρούσης διπλωματικής εργασίας αποτελεί ο αντισεισμικός σχεδιασμός και η στατική ανάλυση, κατά την εγκάρσια έννοια, βυθισμένης σήραγγας, καθώς και η διερεύνηση της συμπεριφοράς των ενδιάμεσων αρμών αυτής. Η εργασία εκπονείται για την περίπτωση της υποθαλάσσιας αρτηρίας της Θεσσαλονίκης. Μεθοδολογία: Στα πρώτα κεφάλαια της εργασίας μελετήθηκε η δυναμική απόκριση της στρωματογραφίας στην περιοχή του έργου και έγινε βαθμονόμηση των αποτελεσμάτων, που προέκυψαν από τη συνδυασμένη χρήση λογισμικού (ADINA, CYBERQUAKE). Σε επόμενο στάδιο εφαρμόσθηκαν διάφορες μέθοδοι ανάλυσης της εγκάρσιας έννοιας της σήραγγας, προς σύγκριση των μεταξύ των αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα, εφαρμόσθηκαν η πλήρης δυναμική ανάλυση μιας διατομής στο βαθύτερο τμήμα της σήραγγας, η μέθοδος στατικής επιβολής μετακινήσεων, λόγω σεισμικής φόρτισης, η ισοδύναμη στατική μέθοδος και μια έγκυρη προσεγγιστική αναλυτική μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού σηράγγων (Wang-Hashash). Για τη δυναμική ανάλυση της διατομής χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ADINA και έγινε, μεταξύ άλλων, η σύγκριση των αποτελεσμάτων των σεισμικών ωθήσεων με αυτές που προτείνουν οι διατάξεις του Ε.Α.Κ. 2003. Για τη μέθοδο στατικής επιβολής μετακινήσεων, λόγω σεισμικής φόρτισης χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ADINA, με το οποίο έγινε μια παραμετρική μελέτη της επιρροής της θέσης επιβολής της φόρτισης και των παραδοχών για τον προσδιορισμό αυτής. Για την ισοδύναμη στατική ανάλυση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό SAP2000. Για να είναι δυνατή η εφαρμογή της εν λόγω μεθόδου, γίνονται ορισμένες παραδοχές, εφόσον η μέθοδος δεν έχει αναπτυχθεί για τέτοιου είδους έργα. Για τη στατική ανάλυση της σήραγγας χρησιμοποιείται το λογισμικό SAP2000 και με τα προκύπτοντα αποτελέσματα, σε συνδυασμό με τα αντίστοιχα της δυναμικής ανάλυσης, γίνεται η διαστασιολόγηση της τυπικής διατομής της σήραγγας. Γίνεται μια παραμετρική διερεύνηση για τη συμπεριφορά των ενδιάμεσων αρμών της σήραγγας υπό σεισμική φόρτιση. Εξετάζεται η επιρροή της χρονικής καθυστέρησης, των ιδιοτήτων του εδάφους και της προσομοίωσης των αρμών. Τέλος, γίνεται μια εκτίμηση του κινδύνου ρευστοποίησης για την περιοχή του έργου. Αποτελέσματα: 1. Η βαθμονόμηση του προσομοιώματος της εδαφικής απόθεσης κατέδειξε πολύ καλή σύγκλιση αποτελεσμάτων τόσο σε επίπεδο απόλυτων τιμών όσο και σε συχνοτικό περιεχόμενο. 2. Πρέπει να ληφθούν υπ’ όψιν, τόσο οι ενεργητικές, όσο και οι παθητικές ωθήσεις κατά Mononobe-Okabe (ΕΑΚ), λόγω της σύνθετης ταλάντωσης της σήραγγας εκ του σεισμού, αφού σε κάθε περίπτωση φαίνεται να λειτουργούν ως περιβάλλουσα των αποτελεσμάτων της πλήρους δυναμικής αναλύσεως. 3. Τα αποτελέσματα της αναλυτικής, κλειστού τύπου, σχέσης παρουσιάζουν μικρές αποκλίσεις από εκείνα της πλήρους δυναμικής ανάλυσης. 4. Τα αποτελέσματα της μεθόδου στατικής επιβολής μετακινήσεων, λόγω σεισμικής φόρτισης εμφανίζουν από μικρές έως μεγάλες αποκλίσεις, αναλόγως των παραδοχών που γίνονται, σε σχέση με τα αντίστοιχα της πλήρους δυναμικής ανάλυσης. Περίληψη διπλωματικής εργασίας 2 5. Τα αποτελέσματα της ισοδύναμης στατικής μεθόδου, συγκριτικά με αυτά των υπολοίπων μεθόδων, καταδεικνύουν την ακαταλληλότητα της σε περιπτώσεις βυθισμένων σηράγγων. 6. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόκριση των ενδιάμεσων αρμών υπό σεισμικά φορτία. 7. Ο κίνδυνος ρευστοποίησης στην περιοχή του έργου είναι υπαρκτός και χρίζει μέριμνας από τους κατασκευαστές για την αποτροπή του φαινομένου.
description: Purpose: The purpose of this thesis is to study the behavior of immersed tunnels, under static and seismic loading, focusing primarily on a typical cross-section, as well as to study the behavior of the gaskets between tunnel segments. The proposed underwater artery of Thessaloniki is the subject of research. MethodologyQ In the initial parts of the thesis, validation of ADINA software was attempted by comparing the free-field ground response of a soil profile, similar to the one in the proximity of the tunnel, computed with ADINA, along with the corresponding results of Cyberquake software. In the following parts of the thesis several methods of estimating the strain of a typical cross-section, due to seismic loads, were applied, in order to compare the results of each method. The methods being used are the complete dynamic time history analysis, the appliance of a static soil-deformation profile on the side walls of the tunnel, the equivalent static analysis and a valid, closed form, method developed by Wang and Hashash. ADINA was used to run the complete dynamic time history analysis and the results were compared to the provisions of the Greek Seismic Code (EAK 2003), concerning mainly retaining walls. ADINA was used in the second method, on a parametric study of the influence of certain matters, such as the distance of the applied soil-deformation profile from the tunnel and the simplifications that were necessary, in order to apply the method. SAP2000 was used to run the equivalent static analysis. However, the method was not developed for such constructions, so, again, many simplifications were needed. The static loads of the structure were calculated using the SAP2000 software, and the results from this analysis, along with those deriving from the complete time history analysis were used for the final design of the typical R/C cross-section. An initial study of the behavior of the gaskets between tunnel segments under seismic loading was also conducted, taking into account matters such as time lag, soil properties and the sufficient modeling of the gaskets. Finally, the possibility of liquefaction on the top soil levels is investigated, as it is crucial to the response of the tunnel during an earthquake. Results: 1. The validation of the soil profile’s simulation demonstrated a very satisfactory correlation between the ADINA and Cyberquake software response results. 2. Both active and passive earth pressure on the tunnel, calculated with the Mononobe- Okabe method (EAK2003), must be taken into consideration, as the results of the applied methods, vary between those that are dictated by the Mononobe-Okabe formulas, due to the complexity of the strain due to the racking deformation applied to the tunnel. 3. The closed-form solutions give results relatively close to the ones from the complete dynamic time history analysis. 4. The results from applying a static soil-deformation profile on the side walls of the tunnel may vary significantly, due to uncertainties of the method, compared to those from the complete dynamic time history analysis. 5. The equivalent static method is clearly not suited to such constructions. 6. The behavior of the gaskets between tunnel segments, due to seismic loads, relies on many variables, and is, therefore a very complicated matter. 7. The possibility of liquefaction of the top soil levels in the proximity of the tunnel is significant, and measures must be taken, in order to avoid it.