Μη γραμμική στατική και δυναμική ανάλυση καλωδιωτών γεφυρών

Τζωρτζόπουλος - Μαρίνης, Γεώργιος; Tzortzopoulos - Marinis, Georgios

dc.contributor.author	Τζωρτζόπουλος - Μαρίνης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Tzortzopoulos - Marinis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2017-02-15T11:27:10Z
dc.date.available	2017-02-15T11:27:10Z
dc.date.issued	2017-02-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44367
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13330
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Γέφυρες	el
dc.subject	Καλωδιωτές γέφυρες	el
dc.subject	Μη γραμμική ανάλυση	el
dc.subject	Στατική και δυναμική ανάλυση	el
dc.subject	Καλώδια	el
dc.title	Μη γραμμική στατική και δυναμική ανάλυση καλωδιωτών γεφυρών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Καλωδιωτές γέφυρες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-11-14
heal.abstract	Οι γέφυρες μπορούν να ταξινομηθούν με διάφορους τρόπους. Μερικοί από αυτούς αποτελούν το υλικό κατασκευής τους, τα μήκη των ανοιγμάτων τους, η μορφή της δομής τους και τα είδη των ανοιγμάτων τους. Ο πιο σημαντικός, από αυτούς που αναφέρθηκαν, είναι η κατάταξη με βάση τη μορφή της δομής των γεφυρών, δηλ. το κύριο στατικό σύστημα τους. Οι δικτυωτές γέφυρες, οι τοξωτές, οι καλωδιωτές και οι κρεμαστές είναι μερικές από τις πιο γνωστές κατηγορίες σύμφωνα με αυτήν την ιεράρχηση. Η παρούσα εργασία ασχολείται με τις καλωδιωτές γέφυρες και επιδιώκει την μόρφωση του φορέα τους, την στατική και δυναμική τους ανάλυση. Το βασικό στοιχείο των γεφυρών αυτών, όπως προκύπτει και το όνομα τους, είναι το καλώδιο. Το καλώδιο είναι ένα δομικό στοιχείο η συμπεριφορά του οποίου χαρακτηρίζεται ως μη – γραμμική. Η μη – γραμμικότητα του καλωδίου αναφέρεται, τόσο στο υλικό κατασκευής του όσο και στη γεωμετρία του. Το υλικό κατασκευής του, ο χάλυβας, είναι ένα μη – γραμμικό υλικό, καθώς το διάγραμμα τάσεων – παραμορφώσεων του αποτελείται από μια καμπύλη με συνεχώς μεταβαλλόμενη κλίση. Παρόμοια, η γεωμετρία είναι και αυτή μη – γραμμική, αφού η ισορροπία λαμβάνεται στην παραμορφωμένη θέση του, εξαιτίας των μεγάλων παραμορφώσεων που εκδηλώνει όταν εντείνεται. Τα καλώδια που εξετάζονται φορτίζονται πέραν του ιδίου βάρους τους μόνο με αξονικά φορτία καθόσον έτσι εμφανίζονται στις καλωδιωτές γέφυρες. Τα αξονικά φορτιζόμενα καλώδια, λοιπόν, μπορούν να παρομοιαστούν με τις εφελκυόμενες ράβδους των δικτυωμάτων. Έτσι, γίνεται σύγκριση μεταξύ αυτών των δύο στοιχείων ως προς τη δυστένεια τους και τη δυνατότητα παραμόρφωσής τους. Ένας τρόπος να προσομοιωθεί ένα μη – γραμμικό καλώδιο με μία γραμμική ράβδο είναι με την εισαγωγή ενός ισοδύναμου μέτρου ελαστικότητας (εφαπτομενικό μέτρο ή μέτρο διάτμησης). Στη συνέχεια, καταγράφονται αναλυτικά οι σχέσεις που διέπουν το καλώδιο. Η καμπύλη μορφή του καλωδίου μπορεί να προσομοιωθεί με δύο τρόπους, είτε με τη μορφή μιας αλυσοειδούς καμπύλης, που είναι και πιο ρεαλιστική, είτε με τη προσεγγιστική μορφή μιας παραβολικής καμπύλης δευτέρας τάξεως. Μετά τη σύγκριση αυτή πραγματοποιείται διερεύνηση των βασικών εξισώσεων του καλωδίου και προκύπτουν σημαντικά συμπεράσματα ως προς τους διάφορους τρόπους προέντασης του. Αυτή η ανάλυση πραγματοποιήθηκε για να χρησιμοποιηθούν τα πορίσματά της στην εισαγωγή των καλωδίων της γέφυρας που εξετάστηκε στην παρούσα εργασία. Η γέφυρα αυτή είναι η Quincy Bayview στο Illinois της Αμερικής. Με τη βοήθεια του προγράμματος ανάλυσης CSiBridge 2016 και μιας ερευνητικής εργασίας που βρέθηκε στο διαδίκτυο, η γέφυρα δημιουργήθηκε στο περιβάλλον εργασίας του προγράμματος. Έγινε προσπάθεια, όσο ήταν δυνατόν, να τηρηθούν τα σχέδια που βρέθηκαν στην ερευνητική εργασία. Λήφθηκαν υπόψη οι βασικές φορτίσεις της ΟΚΑ και της ΟΚΛ, χωρίς βέβαια να ερευνάται η επίδραση των θερμοκρασιακών μεταβολών και του ανέμου. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκαν τέσσερις βασικές αναλύσεις – διερευνήσεις. Αρχικά, αναζητήθηκε ο βέλτιστος τρόπος εισαγωγής των καλωδίων. Ουσιαστικά, δηλαδή, ερευνήθηκε η αρχική προένταση που πρέπει να έχουν τα καλώδια, έτσι ώστε να ικανοποιούνται κάποια κριτήρια. Οι διάφορες μέθοδοι που εξετάστηκαν και τα κριτήρια που πραγματοποιήθηκαν οι έλεγχοι απορρέουν από την ανάλυση του καλωδίου ως μεμονωμένο δομικό στοιχείο. Αφού βρέθηκε ο βέλτιστος τρόπος προέντασης των καλωδίων πραγματοποιήθηκε νέα διερεύνηση, με θέμα αυτή τη φορά την εύρεση του ποσοστού του οπλισμού των πυλώνων που εμφανίζει την καλύτερη συμπεριφορά στο σεισμό. Για αυτήν την ανάλυση πραγματοποιήθηκαν μη – γραμμικές στατικές αναλύσεις Pushover χρησιμοποιώντας όλους τους πιθανούς σεισμικούς συνδυασμούς που ορίζουν οι διατάξεις του EC8. O έλεγχος των διαφορετικών περιπτώσεων πραγματοποιήθηκε με την αξιολόγηση της κατάστασης των κρίσιμων σημείων (πλαστικών αρθρώσεων) της γέφυρας και την απαίτηση του ΚΑΝ.ΕΠΕ., που λέει ότι η στοχευόμενη μετακίνηση για οικονομικό σχεδιασμό πρέπει να ταυτίζεται σχεδόν με το σημείο επιτελεστικότητας: Προστασία Ζωής. Έπειτα, εισάγονται χιαστί σύνδεσμοι δυσκαμψίας στους πυλώνες και αναζητείται η επίδρασή τους στη συμπεριφορά της γέφυρας. Η παραμετρική διερεύνηση - σύγκριση που πραγματοποιήθηκε ήταν μεταξύ της γέφυρας με τον οπλισμό που επαληθεύτηκε στο προηγούμενο βήμα με την ίδια γέφυρα με μειωμένο ποσοστό οπλισμού, αλλά με την εισαγωγή των χιαστί συνδέσμων. Τέλος, στη γέφυρα που έχει υποστεί όλες αυτές τις αναλύσεις εισάγεται και ένα πραγματικό επιταχυνσιογράφημα για την υλοποίηση της δυναμικής ανάλυσης χρονοϊστορίας και της εύρεσης της συμπεριφοράς της σε έναν πραγματικό σεισμό. Το επιταχυνσιογράφημα που εισάγεται είναι αυτό του σεισμού Imperial Valley που πραγματοποιήθηκε το 1979 και καταγράφτηκε από το σταθμό El Centro Array #4. Η έντασή του ήταν 6,53 βαθμοί της κλίμακας Ρίχτερ. Για αυτήν την ανάλυση έγινε η διαστασιολόγηση των εφεδράνων της γέφυρας. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε σύγκριση της μονωμένης και της μη – μονωμένης γέφυρας σε κρίσιμα εντατικά μεγέθη της κατασκευής και σε κρίσιμες μετακινήσεις.	el
heal.abstract	There are a lot of ways to classify bridges. The most important is their structural form. Truss bridges, arch bridges, cable – stayed bridges and suspension bridges distinguish a wide spectrum of The present diploma thesis deals with cable – stayed bridges and their static and dynamic behaviour. The principal structural element of cable – stayed bridges is the cable and its behaviour. Cable is a non – linear structural element as its response is determined by a non-linear constitutive law and due to its flexibility equilibrium is established on the deformed configuration. Cable – stayed bridges consist of cables loaded only with axial load and their self – weight. An axially loaded cable can be compared with a tensile bar of a truss. This comparison concludes to an important result. A non – linear cable may be approximated by a linear bar -truss with the insertion of an equivalent modulus of elasticity (tangent modulus or secant modulus). Subsequently, another comparison is performed. There are two ways to simulate the geometry of a cable. The first way is by employing the actual catenary configuration and the second one with an approximate parabolic configuration i.e. a second order curve. These analyses have been made to found an optimal solution about the prestress of the cables, which is required for the simulation of the examined bridge. Quincy Bayview Bridge of Illinois in USA is the bridge that was analyzed by means of the FEM software CSiBridge 2016. As the correct prestress force of the cables has been found, the percentage of pylons’ reinforcement has been investigated by performing Pushover analyses. Pushover analyses find the plastic hinges condition and evaluate the seismic performance of the bridge. Then, the influence of stiffening braces added to the pylons of the bridge is investigated. Pushover analysis used again to contrast the seismic performance of the bridge with braces and lower percentage of reinforcement with the bridge without braces and the reinforcement, which was found in the previous step. Finally, a time history inelastic dynamic analysis is performed and the performance of the bridge in a real seismic event is evaluated. For this analysis, the design of the bearings of the bridge was carried out. A comparison with the isolated and non – isolated bridge has been made.	en
heal.advisorName	Κουμούσης, Βλάσιος	el
heal.committeeMemberName	Κουμούσης, Βλάσιος	el
heal.committeeMemberName	Λαγαρός, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Στατικής και Αντισεισμικών Ερευνών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	203 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true