Συγκριτική μελέτη πλάκας καταστρώματος σύμμικτων γεφυρών με χρήση εναλλακτικών προσομοιωμάτων

Abstract

Σύμμικτες είναι οι κατασκευές , στις οποίες χρησιμοποιούνται δυο τουλάχιστον διαφορετικά υλικά όπως οπλισμένο σκυρόδεμα και χάλυβας, συνδεόμενα μεταξύ τους με την βοήθεια ειδικών συνδέσμων ,σε τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται η συνεργασία τους κατά την φόρτισή τους με όλα τα προβλεπόμενα από τον κανονισμό φορτία. Η ανάλυση της πλάκας καταστρώματος με χρήση χωρικού προσομοιώματος απεικονίζει με ακρίβεια την εντατική κατάσταση αλλά συγχρόνως απαιτεί μεγάλη προσπάθεια , χρόνο, εμπειρία και εξειδίκευση σε σχέση με τα γραμμικά προσομοιώματα που είναι απλούστερα. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η δυνατότητα χρησιμοποίησης απλών αναλυτικών μεθόδων (γραμμικά μοντέλα) για τον υπολογισμό της καμπτικής έντασης, της πλάκας καταστρώματος, επειδή θεωρούνται εργαλεία πιο προσιτά στην μεγάλη μάζα των μηχανικών της πράξης. Για την ανάλυση επιλέγεται αμφιέρειστος φορέας ενός ανοίγματος, συνολικού μήκους L= 40m από δομικό χάλυβα και οπλισμένο σκυρόδεμα και εξετάζονται τέσσερις διατομές ανωδομής για κάθε μια από τις οποίες μορφώνεται ένα χωρικό προσομοίωμα του φορέα και ένα απλό γραμμικό προσομοίωμα της εγκάρσιας διατομής του φορέα. Για τις αναλύσεις χρησιμοποιείται το πρόγραμμα SOFISTIK. Όπως προκύπτει από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, πράγματι οι μηχανικοί της πράξης μπορούν σε γενικές γραμμές, να χρησιμοποιούν με ασφάλεια γραμμικά μοντέλα με χρήση μειωτικών συντελεστών. Συγκεκριμένα, για τις ροπές ανοιγμάτων σε καταστρώματα ενός ανοίγματος ο μειωτικός συντελεστής είναι της τάξης του 3.00 σε καταστρώματα κιβωτοειδούς διατομής της τάξης του 3.50 και σε καταστρώματα συνεχών μικρών ανοιγμάτων της τάξης του 1.00 Για τις ροπές ακραίων στηρίξεων σε πρόβολο ο συντελεστής κυμαίνεται από 1.40~2.90 αναλογικά με το μήκος προβόλου. Το γραμμικό μοντέλο δεν ανταποκρίνεται μόνο στις εσωτερικές στηρίξεις συνεχών ανοιγμάτων καθώς δεν μπορεί να ληφθεί υπ’ όψιν η κάμψη κατά την διαμήκη έννοια του φορέα.

Composite are the structures which consist of at least two different materials such as reinforced concrete and structural steel, connected together using special joints in a way that guaranties that they will work together under code specified loads. The analysis of the deck slab using a spatial 3D model, represents with great accuracy it’s stress state but requires also a significant effort, time, experience and expertise, when compared with simpler line-element models. The scope of this diploma thesis is to investigate the possibility of using simple analytical procedures (line-element models) to calculate the flexural stress of a composite deck slab, given these models are easier to apply by most practicing engineers. For the analysis, we choose a simply supported, one-span steel-concrete composite deck slab, spanning over L = 40m. Four sections of the superstructure are examined and for each one, a 3D model and a simple line-element model is developed to represent the section in the transverse direction. SOFISTIK software is used for all the analytical work. The results of this study confirm that as a general rule practicing engineers can use simple line-element models for composite deck-slabs with reasonable accuracy and safety as long as reduction factors are also used. Specifically, for flexural mid-span moments in a single-span deck, the reduction factor is of the order of 3.0, in a box-type section deck it is calculated as 3.5 and in decks of continuous small spans it is almost 1.0. For moments at the end supports in the case of a cantilever, the reduction factor ranges between 1.4 – 2.9, depending on the length of the cantilever. The simple line-element model inappropriate only for internal supports of multiple continuous spans, as it can’t take into account bending in the longitudinal direction of the deck.