Αντισεισμικός σχεδιασμός και αποτίμηση σεισμικής συμπεριφοράς γέφυρας άνω διάβασης
Creators: name: Γκουτζίκα, Ελευθερία Δημοσθένη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Κρίσιμες διατομές μεσοβάθρου
Ανελαστική στατική ανάλυση
Καμπύλη αντοχής
Απόκριση εφεδράνων
Στρεπτική καταπόνηση
Critical cross-sections of the pier
Inelastic static analysis
Pushover curve
Bearing type
Rocking effects

description: The present study, which is written in the context of the postgraduate program “Antiseismic Design of Structures”, focuses on the seismic response of a straight over-cross bridge with two equal spans. The structure is supported on a two-column pier of cylindrical cross-section that is monolithically connected to the deck, while it rests on its two abutments through elastomeric bearing supports. The bridge was designed according to the provisions of the Greek Code EAK2000 and E39/99. SAP2000, v.10.0.7 is used for the dynamic modal response spectrum analysis of the structure. Owing to the fact that shear failure is a brittle failure pattern that typically results the collapse of a structure, the columns of the pier were evaluated according to the philosophy of capacity design. For adequate shear resistance, confinement requirements and prevention of buckling of the longitudinal bars are implemented. In order to examine the reliability of the static model with linear elements which is used for the analysis, a more accurate model is analyzed using shell elements for the deck. On the seismic response of the bridge, this study investigates the interaction phenomenon between supporting ground and the pier plus deck system, as well as its ramifications on the design of the piers. Additionally, the structure is analyzed according to the static model developed from Egnatia Odos, in order to compare the total requirement of reinforcement. Furthermore, the bridge is assessed using pushover analysis, while the inelastic behavior of the critical cross-sections of the pier was evaluated using the program RCCOLA-90. The Greek Code (EAK2000) design spectrum was used as the target spectrum for pushover analysis. The seismic performance of the bridge was evaluated in the longitudinal, as well as in the transverse direction. Additional to the seismic assessment of the initial model, parametric analyses were carried out in order to investigate the effect of the modeling approach for the bearings including the case of pot bearings. Comparative evaluation of the calculated response of the bridge, regarding the rocking effects, illustrates the dominant response of the transverse horizontal displacement. Assessment due to rocking oscillation results that failure of the elastomeric bearings is critical in contrast to the corresponding results derived from horizontal force distribution where the critical section failure of the pier precedes the bearing failure. It was found that the bearing type used for the analyses is a significant parameter affecting the resistance of the structure. Pushover curves derived from different parametric models present a satisfactory performance of the bridge, even for motions twice as strong as the design earthquake.
description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία, που εκπονείται στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος “Αντισεισμικός σχεδιασμός τεχνικών έργων”, μελετάται η σεισμική απόκριση μιας γέφυρας άνω διάβασης της Εγνατίας Οδού. Η γέφυρα στηρίζεται σε ένα κεντρικό δίστυλο μεσόβαθρο που συνδέεται μονολιθικά με το κατάστρωμα ενώ η σύνδεση καταστρώματος ακροβάθρων πραγματοποιείται μέσω ελαστομεταλλικών εφεδράνων. Η γεωμετρία του φορέα είναι εντελώς συμμετρική λόγω της κατασκευής του μεσοβάθρου στο μέσον του ανοίγματος της γέφυρας. Η μελέτη και ο αντισεισμικός σχεδιασμός της γέφυρας γίνεται σύμφωνα με τις διατάξεις του ΕΑΚ2000, του ΕΚΩΣ2000 και της Ε39/99. Για την ανάλυση του φορέα εφαρμόστηκε η δυναμική φασματική μέθοδος, με χρήση του προγράμματος SAP2000, v.10.0.7. Διερευνάται η απόκριση της γέφυρας λαμβάνοντας διαφορετικές συνθήκες στήριξης με το έδαφος θεμελίωσης. Εξετάζεται η περίπτωση πλήρους πάκτωσης που αντιπροσωπεύει την έδραση του φορέα σε βράχο καθώς και η περίπτωση αλληλεπίδρασης εδάφους-θεμελίωσης-κατασκευής. Για να ελεγθεί η αξιοπιστία του χρησιμοποιούμενου ραβδωτού προσομοιώματος, μορφώνεται ένα λεπτομερές προσομοίωμα με επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία τα αποτελέσματα του οποίου συγκρίνονται με τα αντίστοιχα του ραβδωτού φορέα. Παράλληλα, προσδιορίζεται η απόκριση του φορέα με βάση το στατικό προσομοίωμα της μελέτης (μοντέλο εσχάρας) ώστε να καταστεί δυνατή η σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα αντίστοιχα του ραβδωτού προσομοιώματος. Ακολουθεί η αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς της γέφυρας με χρήση στατικής ανελαστικής ανάλυσης στο πρόγραμμα SAP2000, v.10.0.7. Αρχικά, προσδιορίζονται τα χαρακτηριστικά της ανελαστικής συμπεριφοράς των κρίσιμων διατομών του μεσοβάθρου με τη βοήθεια του προγράμματος RCCOLA-90. Κατά την αποτίμηση ελέγχεται η σεισμική συμπεριφορά της γέφυρας στο ραβδωτό προσομοίωμα για διαφορετικές συνθήκες στήριξης. Με εφαρμογή στατικής ανελαστικής μεθόδου ανάλυσης, στις δυο κύριες διευθύνσεις του φορέα, εντοπίζονται οι πιθανοί μηχανισμοί αστοχίας, ενώ παράλληλα, προσδιορίζεται η αντοχή του φορέα και ο διαθέσιμος δείκτης συμπεριφοράς. Πραγματοποιούνται, επίσης, παραμετρικές αναλύσεις με μεταβλητή την προσομοίωση των εφεδράνων. Με την εισαγωγή του κριτηρίου αστοχίας στα ελαστομεταλλικά εφέδρανα καθώς και με τη θεώρηση κυλίσεων στη σύνδεση φορέα-ακροβάθρου, προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα όσον αφορά την απόκριση της κατασκευής. Επιπρόσθετα, με την εισαγωγή εκκεντρότητας στο φορέα λαμβάνοντας μειωμένο μέτρο διάτμησης εφεδράνου ή μέσω έκκεντρης φόρτισης, ελέγχεται η επιρροή της στροφής στη συνολική απόκριση με τον υπολογισμό των σεισμικών μετακινήσεων κατά την εγκάρσια έννοια. Η γενική εικόνα που προκύπτει από την αποτίμηση είναι ότι η γέφυρα παρουσιάζει πολύ καλή συμπεριφορά για το σεισμό σχεδιασμού, ακόμη και για σεισμό διπλάσιας έντασης. Ο φορέας διαθέτει επαρκή πλαστιμότητα μετακινήσεων και στις δυο κύριες διευθύνσεις, γεγονός που οφείλεται στις μεγάλες τιμές διαθέσιμης πλαστιμότητας καμπυλοτήτων των κρίσιμων διατομών του μεσοβάθρου. Από τη διερεύνηση της επιρροής της στροφής στην απόκριση του φορέα κατά την εγκάρσια έννοια, προκύπτει ότι δεν αναπτύσσεται σημαντική στροφή γύρω από τον κατακόρυφο άξονα. Δηλαδή, παρά τη θεμελιώδη στροφική ιδιομορφή του φορέα, η μεταφορική εγκάρσια κίνηση λόγω παράλληλης μεταφοράς είναι πολύ μεγαλύτερη της μετακίνησης λόγω στροφής.