Ανάλυση και βελτιστοποίηση σύμμικτης καλωδιωτής πεζογέφυρας

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση και η βελτιστοποίηση μιας σύμμικτης καλωδιωτής πεζογέφυρας. Η υπό εξέταση πεζογέφυρα βρίσκεται στη λεωφόρο Κηφισίας, στην επέκταση της οδού Στεφάνου Δέλτα, στη θέση του Κολλεγίου Αθηνών. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται, αρχικά, παρουσίαση των χαρακτηριστικών του φορέα της πεζογέφυρας, καθώς και περιγραφή των φάσεων ανέγερσής της, συνοδευόμενη από αντιπροσωπευτικό φωτογραφικό υλικό. Εν συνεχεία, παρουσιάζονται οι παραδοχές και οι φορτίσεις με τις οποίες έγινε η παρούσα ανάλυση. Στο δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας, πραγματοποιείται η στατική ανάλυση του υπό εξέταση φορέα. Αρχικά, παρουσιάζεται ο τρόπος προσομοίωσής του με τη βοήθεια του λογισμικού της SOFiSTiK GMBH, Γερμανίας. Εν συνεχεία, πραγματοποιείται ανάλυση και έλεγχος του συστήματος των καλωδίων του φορέα, της κύριας δοκού, των διαδοκίδων, καθώς και του χαλυβδόφυλλου και της σύμμικτης πλάκας του καταστρώματος. Από τις αναλύσεις αυτές εξάγονται παρατηρήσεις και συμπεράσματα για τον τρόπο λειτουργίας και το βαθμό απόδοσης του κάθε επιμέρους στοιχείου του φορέα. Με βάση τα συμπεράσματα του δευτέρου κεφαλαίου, στο τρίτο κεφάλαιο επιχειρείται βελτιστοποίηση του κάθε επιμέρους στοιχείου που εξετάστηκε. Γίνεται διερεύνηση της επιρροής του αριθμού των καλωδίων, διερεύνηση του αριθμού των διαδοκίδων και βελτιστοποίηση του πάχους των ελασμάτων από τα οποία αυτές συντίθενται. Στο τέλος του κεφαλαίου επιχειρείται βελτιστοποίηση του πάχους των ελασμάτων της κύριας δοκού λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις φάσεις κατασκευής της όσο και τις φάσεις λειτουργίας της. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζονται τρία εναλλακτικά στατικά συστήματα για τους πυλώνες και το σύστημα αγκύρωσης των καλωδίων. Συγκεκριμένα, εξετάζεται η τοποθέτηση ενός ή δύο μεταλλικών πυλώνων στη θέση των αρχικών σύμμικτων πυλώνων, ενώ εξετάζονται και κάποιες διαφορετικές παραλλαγές για τα καλώδια. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιείται ο έλεγχος της δυναμικής απόκρισης της πεζογέφυρας υπό φορτία διέλευσης πεζών. Αρχικά, παρουσιάζεται το φαινόμενο, όπως αντιμετωπίζεται μέχρι στιγμής από τη βιβλιογραφία και τους σχετικούς κανονισμούς. Στη συνέχεια, επιχειρείται η εξέταση του φαινομένου στην πεζογέφυρα και τέλος, εξάγονται συμπεράσματα για τη δυναμική της απόκριση.

The goal of this diploma thesis is the analysis and optimization of a cable – stayed, composite pedestrian bridge. This bridge crosses over Kifisias avenue, on the junction with Stefanou Delta Street. Construction of this “bridge of children – bridge of dreams” aimed to offer a safe way of crossing the avenue, for the residents of the area and especially for the numerous children that attend the neighboring schools. The first chapter presents the structural elements of the bridge and describes the construction phases, along with photographic material. Afterwards, the assumptions used for the analysis are explained and the loading cases examined are enumerated. The second chapter consists of the static analysis of the aforementioned structural system. To begin with, the modeling procedure, using software by Sofistik GMBH, is analyzed. Furthermore, analyses and checks are presented, performed for the prestressed cables, the main girder, the cross – girders, the steel sheet and the composite deck. Finally, observations and conclusions drawn on the performance and the efficiency of each element are pointed out. Based on the previous deductions, an optimization procedure for each structural element considered is implemented in the third chapter. Being examined are the number of cables, the number of cross – girders as well as of the thickness of the sheets of which they consist. Towards the end of the chapter, an optimization of the thickness of the main girder‟s sheets is attempted, taking into account the alterations of the structural system during all the phases of the construction. Three alternate structural systems for the pylons and the anchorage of the cables are examined in the fourth chapter. In more detail, the effectiveness of one or two metal pylons instead of each of the initial composite ones is scrutinized, along with some alternatives for the cables. Within the fifth and final chapter of this thesis, the dynamic impact from pedestrian – induced loading is considered. Initially, the phenomenon is presented, as viewed through bibliographic research and regulations. Continuing, the impact of pedestrian – induced vibrations is examined on the bridge, yielding conclusions on its dynamic response.