Ανάλυση σεισμικής τρωτότητας γεφυρών από σκυρόδεμα:
Creators: name: Μοσχονάς, Ιωάννης Φ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Ταξινόμηση γεφυρών
Αποτίμηση τρωτότητας
Ανελαστική ανάλυση
Γωνία πρόσπτωσης του σεισμού
Bridge classification
Fragility assessment
Nonlinear analysis
Angle of incidence of the seismic action

description: Κύριο αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι ο αναλυτικός προσδιορισμός πιθανοτικών καμπυλών τρωτότητας για σύγχρονες οδογέφυρες από σκυρόδεμα. Αρχικώς, προτείνεται ένα σύστημα για την ταξινόμηση των ελληνικών γεφυρών με βάση τα κύρια δομικά χαρακτηριστικά τους και τον μηχανισμό απορρόφησης της σεισμικής ενέργειας. Ακολούθως, αναπτύσσεται μια αναλυτική μεθοδολογία για την αποτίμηση της τρωτότητας των γεφυρών, έχοντας ως βάση τη στατική ανελαστική ανάλυση, συμβατή με το προτεινόμενο σύστημα ταξινόμησης καθότι διαφοροποιείται με βάση το μηχανισμό απορρόφησης της σεισμικής ενέργειας στον καθορισμό των ‘τυπικών’ καμπυλών αντίστασης επί των οποίων ποσοτικοποιούνται οι βλάβες στη γέφυρα και στο σύστημα ακρόβαθρο-επίχωμα-θεμελίωση (ΑΕΘ), οι τελευταίες με βάση τη συνολική διαφοροποίηση καμπύλης αντίστασης της διαμήκους διεύθυνσης, με χρήση της μετακίνησης του καταστρώματος. Από την εφαρμογή της μεθοδολογίας σε τέσσερις γέφυρες διαπιστώνεται ότι κρίσιμη διεύθυνση προκύπτει η διαμήκης, όπου η ανάπτυξη των βλαβών στο σύστημα ΑΕΘ λαμβάνει χώρα πριν την ανάπτυξη των βλαβών στη γέφυρα με τη μείωση του εύρους του διαμήκους αρμού. Μέχρι εδώ, θεωρείται μόνο η μια οριζόντια σεισμική συνιστώσα ασκούμενη κατά τις κύριες διευθύνσεις της γέφυρας. Γι’ αυτό στη συνέχεια, διερευνάται η επιρροή της γωνίας πρόσπτωσης του σεισμού, θεωρώντας τη μια ή και τις δύο οριζόντιες συνιστώσες του, με εκτέλεση δυναμικών ανελαστικών αναλύσεων, από τις οποίες διαπιστώνεται η εξάρτηση του μηχανισμού σχηματισμού πλαστικών αρθρώσεων από τη διεύθυνση πρόσπτωσης του σεισμού και από τη θεώρηση της μιας ή και των δύο οριζόντιων συνιστωσών του και καθορίζονται οι αντιπροσωπευτικές δυναμικές καμπύλες αντίστασης για την περιγραφή της συμπεριφοράς σε όρους V-δ. Ακολούθως, αναπτύσσεται μια μεθοδολογία για τη στατική ανελαστική ανάλυση γεφυρών υπό τυχούσα γωνία πρόσπτωσης του σεισμού, επαρκής με βάση τα αποτελέσματα των δυναμικών αναλύσεων, και χρησιμοποιείται για την επέκταση της προτεινόμενης αναλυτικής μεθοδολογίας εξαγωγής καμπυλών τρωτότητας, από την εφαρμογή της οποίας προκύπτει ότι μπορεί η τρωτότητα να διαφοροποιείται σημαντικά με τη συνεκτίμηση της δευτερεύουσας σεισμικής συνιστώσας, ωστόσο παραμένει πρακτικώς αμετάβλητη από τη διεύθυνση πρόσπτωσης του σεισμού. Τέλος, η αναλυτική μεθοδολογία εφαρμόζεται για την αναγωγή των εξηχθεισών πιθανοτικών καμπυλών τρωτότητας στα μέσα φάσματα απόκρισης των σεισμών του Kobe (Ιαπωνία) και του Northridge (ΗΠΑ), ώστε να βαθμονομηθεί με βάση τις εμπειρικές καμπύλες τρωτότητας από τα αντίστοιχα δεδομένα σεισμικών βλαβών σε γέφυρες. Από τα αποτελέσματα διαπιστώνεται ότι οι προκύπτουσες διαφορές οφείλονται κυρίως στον συντηρητικό ή μη καθορισμό των σταθμών βλάβης και στους παράγοντες που αγνοήθηκαν κατά την αναλυτική προσέγγιση, οι οποίοι ταυτόχρονα είναι καθοριστικοί για την αποτίμηση της τρωτότητας της εγκάρσιας διεύθυνσης, σε αντίθεση με τη διαμήκη διεύθυνση όπου κυρίαρχο ρόλο παίζουν οι παράγοντες που συνεκτιμήθηκαν.
description: The mail goal of the present thesis is the analytical derivation of fragility curves for modern reinforced concrete motorway bridges. At first, a classification scheme for greek bridges is developed based on their main structural characteristics and the seismic energy dissipation mechanism. Then, an analytical procedure for the derivation of fragility curves is developed based on static nonlinear (pushover) analysis. Damage states are defined using deck displacement at characteristic points of ‘typical’ bridge pushover curves, which are defined on the basis of the seismic energy dissipation mechanism consistently with the proposed classification scheme. Possible damage developed at the abutment-backfill system is also taken into account, and the corresponding damage states are defined on the basis of the affected bridge response in the longitudinal direction using also the deck displacement. Application of the proposed methodology to four bridges shows that the critical direction is the longitudinal one, where bridge damage develops subsequent to damage at the abutment-backfill system for smaller longitudinal gap lengths. Up to this point, the single-component seismic action acts only along the principal directions of the bridge. Subsequently, the effect of the angle of incidence of the seismic action is investigated in the frame of dynamic inelastic analysis considering one or both horizontal earthquake components. The results show that the plastic hinge formation mechanism is strongly dependent on the earthquake direction and the consideration of the seismic action as single- or two-component. Furthermore, representative dynamic pushover curves are defined in order to describe the bridge response in terms of V-δ diagrams. Afterwards, a methodology for the static nonlinear (pushover) analysis of bridges for arbitrary angle of incidence of the seismic action is developed, which is verified against dynamic analyses results, and is then used to extend the proposed analytical methodology for the derivation of fragility curves. The application of the extended methodology shows that although bridge fragility is strongly affected when the secondary horizontal earthquake component is taken into account, it is practically independent from the angle of incidence of the seismic action. Finally, the proposed analytical methodology is applied to derive site-specific fragility curves, which are compared with empirical fragility curves based on damage data from the USA and Japan. The resulting differences are mainly attributed to the definition of damage states (conservative or not) and parameters ignored in the analytical procedure, which nevertheless play a crucial role in the estimation of bridge fragility in the transverse direction. Inversely, bridge fragility in the longitudinal direction is mainly affected by parameters that are taken into account.