Παραμετρική ανάλυση αντιστηρίξεων με προεντεταμένες αγκυρώσεις

Abstract

Σκοπός της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η παραμετρική διερεύνηση ορισμένων βασικών παραγόντων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά αντιστηρίξεων με προεντεταμένες αγκυρώσεις, κυρίως δε η σύγκριση αναλύσεων υπο διδιάστατες και τριδιάστατες συνθήκες. Αρχικά, δόθηκαν βασικοί ορισμοί, τα κατασκευαστικά τμήματα των αγκυρώσεων, οι τύποι αγκυρίων, καθώς και κατασκευαστικές λεπτομέρειες ενσωματώσεως των αγκυρώσεων σε συστήματα αντιστήριξης κατακορύφων πρανών εκσκαφής. Αρκετά εκτενής αναφορά έγινε για τους Κανονισμούς αγκυρώσεων με ιδιαίτερη έμφαση στις γενικές αρχές του Ευρωκώδικα EC-7, το ειδικότερο κεφάλαιο που αναφέρεται στις αγκυρώσεις και στο Εθνικό Προσάρτημα που αποτελεί ουσιαστικά το Εθνικό Κείμενο Εφαρμογής του EC-7. Παρουσιάστηκαν επίσης τόσο οι πρόσφατοι κανονισμοί δοκιμών αγκυρίων, όσο και οι γνωστοί και δοκιμασμένοι εθνικοί κανονισμοί, όπως οι Βρετανικοί BS και τα Γερμανικά DIN. Επιπροσθέτως, συνοψίστηκαν σε επόμενο κεφάλαιο οι γνωστές και διαδεδομένες μεθόδοι υπολογισμού της γενικής ευστάθειας αντιστηρίξεων με αγκυρώσεις. Η παραμετρική ανάλυση υπό διδιάστατες συνθήκες επικεντρώθηκε στην επιρροή βασικών παραγόντων, όπως το βάθος έμπηξης των πασσάλων αντιστήριξης, η αντοχή των αγκυρίων, το ελεύθερο μήκος τους, ο συντελεστής ουδέτερης ωθήσεως και η ευκαμψία του συστήματος επί του συντελεστή γενικής ευστάθειας και των μετατοπίσεων. Οι αναλύσεις έγιναν σε δύο παράλληλες σειρές για υποθετικούς τύπους εδαφών με στοιχεία S1 (αποσαθρωμένος ημίβραχος) και S2 (πολύ στιφρή άργιλος). Διαπιστώθηκε ότι το βάθος έμπηξης επηρεάζει κυρίως το συντελεστή ασφαλείας και την κατανομή των επιφανειακών καθιζήσεων. Αντιστοίχως, το ελεύθερο μήκος των αγκυρίων δεν επηρεάζει αισθητά το συντελεστή ασφαλείας ή τις μετατοπίσεις. Επίσης, ο συντελεστής ουδέτερης ωθήσεως επηρεάζει αρκετά τις οριζόντιες μετατοπίσεις, αλλά καθόλου το συντελεστή ασφαλείας. Προέκυψαν ακόμα, ποσοτικά συμπεράσματα για τη σημαντική επιρροή της κανονικοποιημένης αντοχής αγκυρίων επί του συντελεστή ασφαλείας κυρίως, αλλά και επί των μετατοπίσεων. Οι τριδιάστατες αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν για διάφορους λόγους πλάτους προς ύψος εκσκαφής. Από τ΄αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν ορισμένες τάσεις επιρροής των παραγόντων που προαναφέρθηκαν και διαπιστώθηκε ότι οι τριαξονικές συνθήκες επηρεάζουν έντονα τόσο το συντελεστή ασφαλείας, όσο και την κατανομή των μετατοπίσεων οριζοντίως και κατακορύφως. Ιδιαίτερα σημαντική επιρροή στα ανωτέρω μεγέθη εμφανίζεται για λόγους Β/Η≤2. Επιπροσθέτως, έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων των τριδιάστατων αναλύσεων με αντίστοιχες διδιάστατες, επισημάνθηκαν ορισμένες σοβαρές αποκλίσεις και επιχειρήθηκε η φυσική ερμηνεία των διαφορών. Τελικά, ως εφαρμογή επανεπιλύθηκε τμήμα κατασκευής αντιστήριξης του Νέου Μουσείου Ακροπόλεως υπό διδιάστατες και τριδιάστατες συνθήκες και εντοπίστηκαν οι διαφορές στις δύο αναλύσεις. Η επίλυση έγινε με εφαρμογή των διατάξεων του Ευρωκώδικα EC-7 για τις αγκυρώσεις.

Purpose of the present thesis is the parametric investigation of some basic factors, which influence the behaviour of retaining structures by prestressed anchors. Emphasis was put on the comparison between 2D and 3D analyses. Firstly, basic definitions and information were given for the types of the anchors, their components and the details of the incorporation of the anchorages within the retaining systems of vertical excavations. Extensive reference was given to the Standards or Codes for anchorages, with emphasis to the General Codes of the Eurocode EC-7 (chapter 8 for anchorages), as well as to the National Annex, which compose the National Text of Application of the EC-7. The recent rules of testing anchors and the widely known rules, like the British BS and the German DIN were presented also in this thesis. The 2D parametric analysis was focused on the influence of basic factors, such as the embedded depth of piles, the resistance of anchors, the free tendon length, the coefficient of earth pressure at rest, the flexibility of the system on the safety factor and the displacements. The analyses were performed on two groups for two hypothetical soil types named S1 (weathered weak rock) and S2 (very stiff clay). It was confirmed that the embedded depth mainly influence the safety factor, as well as the distribution of surface displacements. Moreover, the free tendon length only slightly affects the safety factor and the displacements, horizontal and vertical, while the coefficient of earth pressure at rest mainly affects the horizontal displacements. Furthermore, quantitative conclusions were derived from the analyses concerning the significant influence of the normalized resistance of anchors, mainly on the safety factor as well as on the displacements. The 3D analyses were carried out for various ratios B/H, where B is the width and H the height of the slope. Several trends were confirmed from the results about the influence of the above-mentioned factors. It was concluded that the triaxial conditions strongly affect the safety factor, as well as the distribution of horizontal and vertical displacements, mainly in the cases where the ratios B/H≤2. Additionally, the results from the 3D analyses were compared to the 2D ones and some serious deviations were pointed out. The physical explanation of these differences was given in some cases. Finally, as an application, a part of the retaining structure of the New Acropolis Museum was reanalysed under 2D and 3D conditions and the differences between the two analyses were reported and discussed. The new analysis was performed by applying of the Eurocode EC-7 for the prestressed anchorages.