Μετρήσεις πεδίου και αριθμητική προσομοίωση βάθρου γέφυρας επί πασσαλοθεμελίωσης
Creators: name: Θωμαΐδης, Ιωάννης Πρόδρομος Νικολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Ομάδα πασσάλων
Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης κατασκευής
Μετρήσεις μικροθορύβου
Pile foundation
Soil structure interaction
Ambient vibration measurements

description: Η εν λόγω διπλωματική εργασία πραγματεύεται την αριθμητική προσομοίωση βάθρου γέφυρας επί πασσαλοθεμελίωσης με χρήση μετρήσεων πεδίου. Η μελέτη εφαρμόστηκε συγκεκριμένα σε δύο μεσόβαθρα της γέφυρας οδικής σύνδεσης του 6ου προβλήτα λιμένα Θεσσαλονίκης με τον αυτοκινητόδρομο Θεσσαλονίκης-Κατερίνης. Πρόκειται για γέφυρα οπλισμένου σκυροδέματος με προένταση στο κατάστρωμα, η οποία κατασκευάστηκε το 1999 με τους τότε ισχύοντες κανονισμούς. Η εργασία πραγματεύτηκε τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των μεσοβάθρων κατά την εγκάρσια διεύθυνση της γέφυρας. Παγκοσμίως, έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές μελέτες πάνω σε αυτό το πεδίο αλλά μέχρι στιγμής δεν έχει γίνει κάποια αναφορά εφαρμογής σε μεσόβαθρα με θεμελίωση ομάδας πασσάλων και διερεύνηση της ισοδυναμίας μεταξύ διδιάστατων και τριδιάστατων προσομοιωμάτων. Πρόσφατα επιτεύγματα στον τομέα της αναγνώρισης των κατασκευαστικών συστημάτων περιλαμβάνουν τη δημιουργία μαθηματικών μοντέλων βασισμένων σε καταγραφές μετρήσεων θορύβου, διαμορφώνοντας μια νέα μέθοδο ιδιομορφικής ανάλυσης υπό συνθήκες λειτουργίας της. Βασικό χαρακτηριστικό της μεθόδου είναι ότι βασίζεται στη μέτρηση της απόκρισης της κατασκευής λόγω φυσικών διεγέρσεων, όπως για παράδειγμα ο άνεμος, οι μικροδονήσεις λόγω ανθρώπινης δραστηριότητας και άλλου τύπου διεγέρσεις που είναι αδύνατο να ταυτοποιηθούν. Γι’ αυτό εφαρμόζεται σε κατασκευές που είναι δύσκολο ή αδύνατο να διεγερθούν τεχνητά. Στα πλαίσια του πειράματος μετρήσεων μικροθορύβου που διεξήχθη τον Ιούνιο του 2015, εγκαταστάθηκε ένα προσωρινό δίκτυο σεισμογράφων στα υπό μελέτη μεσόβαθρα με στόχο την αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών τους και έπειτα τη βαθμονόμηση των αριθμητικών προσομοιωμάτων. Η διάταξη των οργάνων ήταν η ίδια και στα δύο μεσόβαθρα που μελετήθηκαν. Οι καταγραφές υποβλήθηκαν σε μια αρχική επεξεργασία και στη συνέχεια εφαρμόστηκε η μέθοδος ιδιομορφικής ανάλυσης του φορέα υπό συνθήκες λειτουργίας με το λογισμικό MACEC3.2 του κώδικα MATLAB, ώστε να εκτιμηθούν τα πραγματικά δυναμικά του χαρακτηριστικά. Παράλληλα, το σύστημα εδάφους-πασσαλοθεμελίωσης-μεσοβάθρου προσομοιώθηκε με πεπερασμένα στοιχεία στους κώδικες OpenSees και ABAQUS. Δημιουργήθηκαν διδιάστατα και τριδιάστατα προσομοιώματα και πραγματοποιήθηκαν παραμετρικές δυναμικές αναλύσεις χρονοϊστορίας, με στόχο τη σύγκριση της ισοδυναμίας μεταξύ τους. Η ομάδα πασσάλων προσομοιώθηκε στα διδιάστατα προσομοιώματα μέσω ισοδύναμων διαφραγματικών τοίχων. Επίσης, πραγματοποιήθηκαν ιδιομορφικές αναλύσεις. Συνολικά δημιουργήθηκαν πέντε διαφορετικά προσομοιώματα, ανάλογα με τον αριθμό των διαστάσεων προσομοίωση, το λογισμικό και τις διαστάσεις του εδαφικού προσομοιώματος. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ιδιομορφική ανάλυση των πειραματικών προσομοιωμάτων των μεσόβαθρων επιχειρήθηκε η κατάλληλη τροποποίηση των αντίστοιχων αριθμητικών προσομοιωμάτων. Ως παράμετρος ευαισθησίας των αριθμητικών προσομοιωμάτων θεωρήθηκε η ταχύτητα διατμητικών κυμάτων VS των στρώσεων του υπεδάφους. Επίσης, στα διδιάστατα προσομοιώματα ελέγχθηκαν και οι διαφορετικές θεωρήσεις διαφραγματικών τοίχων ως προς την επιρροή τους στα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος. Μέσω αυτής της διαδικασίας επετεύχθει ικανοποιητική σύγκλιση της πρώτης ιδιομορφής για τα προσομοιώματα του συστήματος, ιδιαίτερα για το διδιάστατο προσομοίωμα στο ABAQUS. Βασικό συμπέρασμα της παρούσας εργασίας είναι η υπεροχή της αριθμητικής προσομοίωσης υφιστάμενων κατασκευών με βάση μετρήσεις πεδίου. Επίσης, έγινε εμφανής η σημαντική επίδραση των παραμέτρων προσομοίωσης και των διαφορετικών λογισμικών στην απόκριση των αριθμητικών προσομοιωμάτων. Τέλος, τονίζεται η δύσκολη εξαγωγή ολοκληρωμένων αποτελεσμάτων του φαινομένου της ισοδυναμίας μεταξύ διδιάστατων και τριδιάστατων προσομοιωμάτων στα πλαίσια μιας διπλωματικής εργασίας. Παρόλα αυτά, είναι ενθαρρυντικό ότι ακόμα και διδιάστατα προσομοιώματα μπορούν να αποδώσουν σε σχετικά ικανοποιητικό βαθμό, συγκρίσιμα αποτελέσματα με τα πειραματικά δεδομένα.
description: This dissertation deals with the numerical modelling of a bridge pier with a group of piles as foundation using field monitoring data. Specifically, it dealt with the study of two piers of the bridge connecting the 6th jetty of the port of Thessaloniki with the Thessaloniki-Katerini highway. It is a reinforced concrete bridge with prestressed deck, constructed in 1999. The performance of the piers was investigated at the transverse bridge direction. There are several studies on this field, but so far there have been no reference of implementation at bridge piers with a group of piles, alongside an investigation of the equivalence between two-dimensional and three-dimensional analytical models. Recent developments in system identification refer to a set of procedures constructing mathematical models of the dynamic structural systems based on ambient vibration measurements. A key feature of this method is that it is performed by measuring the response of the structure due to natural excitation, such as wind, human activity and other types of excitations that are impossible to be identified. Therefore, it is applied to structures that are difficult or impossible to be artificially excited. As part of the data measuring experiment, conducted in June 2015, a temporary array for ambient noise measurements was installed on the piers under study. The arrangement of the instruments was the same on both piers under study. After processing the data, operational modal analysis was applied in order to assess the actual dynamic characteristics of the structure. Oma was performed using the MACEC3.2 software of Matlab. Alongside the field measurements, the soil-pile foundation-bridge pier system was modelled, using finite elements with both OpenSees and ABAQUS software. Both two-dimensional and three-dimensional models where simulated and parametric time-history dynamic analyses were performed. The group of piles was simulated at the two-dimensional models using equivalent diaphragm walls. Moreover, modal analyses were performed. In total, five models were created, depending on the number of model dimensions, the software and the dimensions of the soil. Using as base the results obtained from the Operational Modal Analysis, the modification of the finite element models was attempted. The sensitivity parameter of the numerical models was considered to be the shear wave velocity, VS, of the layers of the soil. Furthermore, the influence to the dynamic characteristics of the structure was evaluated, for the different approaches used while modelling the pile foundation of the two-dimensional models with diaphragm walls. Through this process, satisfactory convergence was achieved for the first modes between the systems models, especially with the two-dimensional model simulated with ABAQUS. The main conclusion of this study is the advantages of numerical modeling of structures using field monitoring data. Moreover, the significant effect of the simulation parameters and different software to the response of numerical models was evident. Finally, the difficulty in concluding results of the equivalence between planar and space models is highlighted, especially during the finite time of a master thesis. Nevertheless, it is encouraging that even two-dimensional models can yield at a satisfactory rate results comparable to the experimental ones.