Σεισμική απόκριση γεφυρών: Ο ρόλος των σωμάτων ανάσχεσης και μη γραμμική αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής.

Abstract

Ο αριθμός και η ποικιλιά των γεφυρών σε έναν μητροπολιτικό αυτοκινητόδρομο καθιστούν αδύνατο τον υπολογιστικό φόρτο που απαιτείται για την ακριβή εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας των γεφυρών. Επιπλέον, η ανάγκη να ληφθεί υπόψη η συμβολή όλων των κομματιών μιας γέφυρας, όπως και η αλληλεπίδραση μεταξύ τους, οδηγεί σε πολύπλοκα μοντέλα. Ως εκ τούτου η ανάγκη ταξινόμησης και κατά συνέπεια η δημιουργία ενός απλού μοντέλου που θα έχει παρόμοια σεισμική συμπεριφορά, οδήγησε σε μια απλοποιημένη μέθοδο η οποία εκτιμά την σεισμική τρωτότηα των γεφυρών λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής(Agalianos-Sakelariadis et al). Για να προσομοιώσεις ακριβέστερα μια γέφυρα , είναι απαραίτητο να λάβεις υπόψη σου τη συμβολή κάθε συστατικού της γέφυρας και να μελετήσεις τη συμπεριφορά του. Η απλοποιημένη μέθοδος περιλαμβάνει τη συμβολή των εφεδράνων, της στροφικής δυσκαμψίας του καταστρώματος κτλ. Ένας από τους κύριους στόχους της παρούσας διπλωματικής είναι να επεκτείνει αυτή την απλοποιημένη μεθοδολογία προσομοιώνοντας τα σώματα ανάσχεσης και την μη-γραμμική αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής. Γι' αυτό το λόγο, αρχικά διαλέξαμε να προσομοιώσουμε μια απλή συμμετρική γέφυρα της Αττικής οδού με θεώρηση πάκτωσης στη βάση στην οποία επιβάλλαμε διάφορες σεισμικές διεγέρσεις, για να ορίσουμε τους δείκτες βλάβης. Το επόμενο βήμα ήταν να δημιουργήσουμε ένα τριδιάστατο προσομοίωμα με το έδαφος στον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων του ABAQUS. Συγκρίνοντας τα δύο αυτά μοντέλα η συνεισφορά της αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής επιβεβαιώθηκε. Το επόμενο βήμα ήταν να μελετηθεί η συμπεριφορά των τοίχων αντιστήριξης, η οποία σχετίζεται άμεσα με την προσομοίωση των σωμάτων ανάσχεσης. Στη συνέχεια, επιλέξαμε και μία πιο πολύπλοκη μορφή γέφυρας από το δίκτυο της Αττικής οδού για να επαληθεύσουμε την ακρίβεια της προσομοίωσης. Ακολουθήθηκαν τα ίδια βήματα όπως προηγουμένως. Η τελευταία παράμετρος που έπρεπε να ληφθεί υπόψη ήταν η μη-γραμμική αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής. Γι' αυτό το λόγο και οι δύο γέφυρες υποβλήθηκαν σε σεισμικές διεγέρσεις με υποδιαστασιολογημένα θεμέλια για να μελετήσουμε την λικνιστική απόκριση του συστήματος σε σχέση με τον συμβατικό σχεδιασμό.

The number and the variety of bridges of a metropolitan motorway make the computational effort to estimate precisely the seismic vulnerability of each one of them, unprofitable. In addition to this, the necessity to take into account the contribution of each component of a bridge as well as the interaction between them to the seismic response of the whole bridge, leads to very complicated models. Hence, the need for classification of bridges and subsequently the creation of a simplified model which has the similar seismic performance with the original bridge led to a simplified method that estimate the seismic vulnerability of bridges considering soil-structure interaction (Agalianos-Sakelariadis,2013).In order to simulate more accurately a whole bridge in a simplified model, it is necessary to take into account the effect of each one of the components of the bridge and examine its behavior. The simplified model (Agalianos-Sakelariadis,2013) includes the contribution of the bearings and the rotational stiffness of the deck.One of the key objectives of the present thesis is to expand this simplified method by simulating the contribution of the abutment stopper and nonlinear soil-structure interaction. The main scope of this thesis is to examine the seismic performance of typical motorway bridges when a seismic event occurs including the impact of stoppers and non-linear SSI and add their impact on the simplified model (Agalianos-Sakelariadis,2013). Firstly, the role of the abutment stopper as a bridge component is examined and how it effects the seismic performance of a motorway bridge by limiting the bridge seismic movements. It is necessary to realize its behavior during a seismic event, so that it is easier to simulate it. In addition, the role of non-linear SSI is studied and see how it improves the seismic performance of the bridge.For this reason, a simple symmetric bridge with fixed base of the Greek metropolitan motorway ''Attiki Odos'' was modeled and non-linear time history analyses were performed, in order to obtain the damage indices.The next step was to develop a complete 3D model of a bridge which was examined in ABAQUS finite element code. Comparing this model with the fixed base bridge the impact of SSI is quantified. The following challenge is to examine the behavior of the retaining walls which are connected with the simulation of the abutment stoppers. In order to fully understand the procedure of the simulation, all the attempts made till the optimum simulation of the stoppers are shown. Moreover, another more complicated bridge of the Greek metropolitan motorway ''Attiki Odos'' was modeled to validate the precision of the simulation. Based on the previous pattern, a simple fixed base model and a 3D model were developed. The last parameter to be taken into account was non-linear Soil-Structure interaction. For this purpose, both bridges were tested with under-dimensioned foundations (rocking isolation) to investigate the performance of the rocking-isolated system and compare it with the conventional bridge.