Μελέτη μεταλλικής πεζογέφυρας

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη του φορέα μιας μεταλλικής πεζογέφυρας. Το σημείο προορισμού της θα είναι η συμβολή των οδών Ρήγα Φεραίου & Λ. Βουλιαγμένης στο ύψος της Γλυφάδας, όπου καθημερινά αναγκάζονται να διασχίσουν εκατοντάδες παιδιά για να έχουν πρόσβαση στα σχολεία τους. Η επιλογή του σχεδιασμού της γέφυρας έγινε μέσω μελέτης τριών διαφορετικών στατικών μοντέλων και τελικώς, επιλογή της βέλτιστης λύσης εξ αυτών. Η μελέτη έγινε με χρήση του προγράμματος Scia Engineer 2011 -Student edition-, ενώ μερικά σχέδια και μορφοποιήσεις φωτογραφιών έγιναν με χρήση των προγραμμάτων 3ds Max, AutoCAD και Photoshop. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις μεταλλικές γέφυρες. Καταρχήν παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά του χάλυβα και η χρησιμότητά του στα δομικά έργα. Έπειτα, γίνεται αναφορά στα διάφορα είδη γεφυρών και τα μέλη που τις αποτελούν μέσω φωτογραφιών και χαρακτηριστικών. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα φορτία, οι φορτιστικές καταστάσεις και οι συνδυασμοί αυτών, με βάση τους οποίους γίνεται ο έλεγχος επάρκειας των διατομών μιας γέφυρας. Γίνεται ο διαχωρισμός στα μόνιμα, μεταβλητά, τυχηματικά και σεισμικά φορτία, που καταπονούν τις κατασκευές και παρουσιάζονται εκτενώς οι λεπτομέρειες, οι προδιαγραφές, οι συντελεστές και οι κανονισμοί για κάθε δράση, επί της κατασκευής. Το τρίτο κεφάλαιο περιλαμβάνει τα 3 μοντέλα σε στάδιο προμελέτης. Αρχικά, διατυπώνονται οι ιδέες και οι λόγοι που οδήγησαν σε αυτό το σχεδιασμό. Περιγράφονται οι πιθανές λύσεις και τα μηχανικά χαρακτηριστικά, τα οποία προέκυψαν από σχέσεις γραμμικού τύπου για την δικτυωτή κάτω διαβάσεως, την τοξωτή και την καλωδιωτή περίπτωση αντίστοιχα. Γίνεται παρουσίαση, για τα βασικά μέλη της γέφυρας, των εντατικών μεγεθών, των βελών και των δυναμικών χαρακτηριστικών και τελικά γίνεται μια προσπάθεια σύγκρισης των αποτελεσμάτων με βάση τεχνικοοικονομικά κριτήρια. Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την οριστική μελέτη του καλωδιωτού μοντέλου, όπως αυτό προέκυψε από τη σύγκριση με τις υπόλοιπες πιθανές λύσεις. Παρουσιάζονται οι οριστικές διατομές των μελών του και λεπτομέρειες σχετικά με τα προεντεταμένα καλώδια. Η γέφυρα υπόκεινται και σε μη-γραμμική ανάλυση για να ληφθούν υπόψη φαινόμενα 2ας τάξεως, όπως επίσης και σε πρόσθετο έλεγχο δυσμενέστερης μορφής δυναμικής διέγερσης. Υπάρχουν σχήματα, στα οποία απεικονίζονται αναλυτικά τα βέλη προς κάθε διεύθυνση για όλα τα μέλη και αναφέρονται τα στάδια ανέγερσης της κατασκευής. Τέλος, παρουσιάζονται συγκεφαλαιωτικά τα συμπεράσματα της εργασίας, τα εντατικά μεγέθη όλων των μελών και οι μετακινήσεις των κόμβων για τους δυσμενέστερους συνδυασμούς αστοχίας.

The object of this dissertation is the simulation and analysis of the main carrier of a steel pedestrian bridge. The bridge will be placed in the crossway of Riga Feraiou Street & Vouliagmenis Avenue inside the municipality of Glyfada, a rather hectic road due to rural traffic that numerous children have to cross daily in order to attend school classes. The decision upon the bridge’s design part was made through the partial analysis of 3 different models and the selection of the most optimal choice. The analysis was accomplished via the use of the software program Scia Engineer 2011 -Student edition- while some designs and photo transformations were made through the usage of 3ds Max, AutoCad and Photoshop. In the first chapter there is an introduction in the steel bridges. Firstly, we present the characteristics and the utility of the steel in structures. Afterwards, there is extended reference to the various types of bridges and their members, enhanced with photographs as well as with their particular characteristics. The second chapter consists of a presentation of loads, load cases and combinations thereof, based on which a check of stability of the sections of the bridge is performed. There is distinction among permanent, variable, accidental and seismic loads, which strain the constructions and are therefore presented with extensive details, specifications, rates and regulations for each load type on the structure. The third chapter includes the three structural models in their design stage. At first, the ideas and reasons for the selection of each design are formulated. Description of the possible solutions and mechanical characteristics follows, derived from linear relationships for the truss bridge of lower crossing, the arched and the cable-stayed bridge respectively. A presentation of the key members of the bridge, the internal forces, the deflections and the dynamic characteristics is performed and eventually a comparison of the results based on technical and economic criteria leads the way to the finalization of this thesis. The fourth chapter includes the final design of the cable stayed bridge model, resulted from the comparison with the other two possible solutions. We introduce the final sections of the members and the details of prestressed cables. The bridge is subject to non-linear analysis in order to consider phenomena of 2nd order, as well as an additional audit in malign form of dynamic excitation. There are also, shapes that depict in detail the deflections in each direction for all members and the building stages of construction are listed. Finally, the overall conclusions are being illustrated along with the internal forces of all members and the shifting of all nodes.