Ο στόχος αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη της δυναμικής σεισμικής απόκρισης ελαφρώς εγκιβωτισμένου θεμελίου. Για το σκοπό αυτό εξετάζονται οι τελευταίες δοκιμές μεγάλης κλίμακας που έλαβαν χώρα στη μεγάλη σεισμική τράπεζα του Πανεπιστημίου της California, στο San Diego. Δύο βάθρα εδραζόμενα επί τετραγωνικών θεμελίων δοκιμάστηκαν σε μια σειρά έξι αλλεπάλληλων ισχυρών σεισμικών διεγέρσεων, προερχομένων όλων από σημαντικά ιστορικά σεισμικά γεγονότα. Αμφότερα τα βάθρα θεμελιώνονται επί πολύ πυκνής ξηρής άμμου και τοποθετούνται μέσα στο μεγαλύτερο άκαμπτο διατμητικό κουτί που υπάρχει αυτή τη στιγμή στις Η. Π. της Αμερικής. Το ένα εκ των δύο βάθρων είναι ευθυγραμμισμένο με τις διαστάσεις του κουτιού και τη διεύθυνση της επιβαλλόμενης κίνησης και το άλλο είναι στραμμένο κατά 30˚. Με τον τρόπο αυτό εξετάζεται η απόκριση του συστήματος ταυτόχρονα σε μονοαξονική και διαξονική διέγερση.

 

Η πειραματική διάταξη προσομοιώνεται με τη βοήθεια του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων, ABAQUS. Εφόσον ο λικνισμός είναι ένας εξαιρετικά τοπικός μηχανισμός, θεωρούμε πως δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο εξεταζόμενων βάθρων και το αριθμητικό προσομοίωμα αποτυπώνει το ήμισυ μόνο της πειραματικής διάταξης. Ωστόσο, επιβάλλοντας τις σεισμικές διεγέρσεις είτε ως κίνηση σε μία διεύθυνση είτε αναλύοντάς την κίνηση σε δύο συνιστώσες, εξετάζονται και οι δύο περιπτώσεις: του ευθέως και του στραμμένου θεμελίου. Το αριθμητικό προσομοίωμα αποτυπώνει την ακριβή γεωμετρία (κλίμακα 1: 1) της πειραματικής διάταξης και περιλαμβάνει τη μάζα που αντιπροσωπεύει το κατάστρωμα της γέφυρας, το βάθρο, το οποίο προσομοιώνεται με στοιχεία δοκού, το θεμέλιο και τον εδαφικό σχηματισμό, τα οποία προσομοιώνονται με εξαεδρικά στοιχεία συνεχούς μέσου. Για την προσομοίωση της εδαφικής συμπεριφοράς, χρησιμοποιούνται δύο καταστατικά μοντέλα: το κριτήριο αστοχίας Mohr-Coulomb και το ισοδύναμο von Mises.

 

Προκειμένου να προσδώσουμε μία αντιπροσωπευτική τιμή στο αρχικό μέτρο διάτμησης του εδάφους, διερευνώνται τα πειραματικά αποτελέσματα των τριών πρώτων σεισμικών διεγέρσεων σε όρους M-θ και w-θ καθώς και μέσω της μελέτης της εξέλιξης της στροφικής δυσκαμψίας του συστήματος ως συνάρτηση της αυξανόμενης στροφής. Είναι ενδιαφέρον ότι, η δυσκαμψία του συστήματος μειώνεται ραγδαία, παρά το γεγονός ότι το υποκείμενο έδαφος φαίνεται να παραμορφώνεται ελάχιστα μόνο, δεδομένου ότι οι μετρούμενες καθιζήσεις είναι μόλις μερικά χιλιοστά. Από την άλλη πλευρά, η συσσώρευση του εδαφικού υλικού κάτω από το θεμέλιο καθώς αυτό λικνίζεται, συμβάλλει σημαντικά στον περιορισμό των συσσωρευόμενων καθιζήσεων, όπως υπογραμμίζεται και από τους ερευνητές που πραγματοποίησαν τις δοκιμές. Η αριθμητική προσομοίωση εξακριβώνεται σε στατικούς όρους μέσω του ελέγχου της φέρουσας ικανότητας σε κατακόρυφο φορτίο και σε ροπή. Σε γενικές γραμμές η προσομοίωση κρίνεται αρκετά ακριβής, υποεκτιμώντας μόνο τη φέρουσα ικανότητα σε κατακόρυφο φορτίο.

 

Το αριθμητικό προσομοίωμα υποβάλλεται στην ίδια σειρά των έξι διαδοχικών διεγέρσεων λαμβάνοντας υπόψη το σενάριο μονοαξονικού και διαξονικού σεισμού. Τα αναλυτικά αποτελέσματα του ευθέως θεμελίου με το ισοδύναμο von Mises, όσον αφορά τη σχέση των αναπτυσσόμενων ροπών και στροφών του συστήματος (M-θ), καθώς και τις χρονοΐστορίες στροφής, παρέχουν εντυπωσιακά καλή προσαρμογή στα πειραματικά, ενώ τα αποτελέσματα με το κριτήριο Mohr-Coulomb δεν είναι εξίσου ικανοποιητικά, δεδομένου ότι το σύστημα φαίνεται να συμπεριφέρεται με πιο ελαστικό τρόπο, στερούμενο υστερητικής απόσβεσης. Από την άλλη πλευρά, οι συσσωρευμένες καθιζήσεις υπερεκτιμώνται από το ισοδύναμο von Mises σε σύγκριση με Mohr-Coulomb. Παρόμοια εικόνα προσφέρεται και για τα αποτελέσματα που αφορούν το στραμμένο θεμέλιο, δεδομένου ότι οι συσσωρευμένες καθιζήσεις είναι σημαντικά μεγαλύτερες από αντίστοιχες καταγεγραμμένες πειραματικά. Επιπλέον, η σύνθετη απόκριση του συστήματος οδηγεί σε μόνιμη παραμόρφωση του σκάμματος εγκιβωτισμού και σε μειωμένη δυσκαμψία του συστήματος.

 

 Η προσοχή μας εστιάζεται στη διαφορετική συμπεριφορά συσσωρευόμενης καθίζησης στην περίπτωση του στραμμένου θεμελίου. Όσον αφορά τα σεισμικά αποτελέσματα, τα οποία ενδεχομένως να επηρεάζονται από τους ισχυρούς μακροπεριόδους παλμούς που εμπεριέχονται στις επιβαλλόμενες διεγέρσεις, η γενική εικόνα είναι ότι η διαξονική απόκριση του συστήματος οδηγεί σε εντονότερη συσσώρευση καθίζησης. Έτσι, το φαινόμενο αυτό διερευνάται επίσης παραμετρικά, χρησιμοποιώντας ως εξεταζόμενη παράμετρο τη γωνία επιβολής του φορτίου. Με άλλα λόγια, διερευνούμε τον τρόπο με τον οποίο μεγάλη ή μικρή διαφορά στις δύο οριζόντιες συνιστώσες της επιβαλλόμενης κίνησης επηρεάζει την απόκριση καθίζησης του λικνιζόμενου συστήματος. Τα αποτελέσματα προκύπτουν από δυναμικές αναλύσεις για δύο περιπτώσεις ημιτονοειδών διεγέρσεων, που διαφέρουν ως προς το εύρος και τη δεσπόζουσα περίοδο. Οι δυναμικές αναλύσεις πραγματοποιούνται για τέσσερις περιπτώσεις της επιβαλλόμενης γωνίας κίνησης: 0˚, 15˚, 30˚ και 45˚. Αποδεικνύεται ότι, στην περίπτωση συμμετρικών κινήσεων η τάση είναι διαφορετική από αυτή που παρουσιάζεται στα σεισμικά αποτελέσματα, οδηγώντας σε μείωση των καθιζήσεων, καθώς η γωνία της επιβαλλόμενης κίνησης αυξάνεται. Η παραμορφωμένη επιφάνεια του εδάφους, οδηγεί σε μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής μεταξύ θεμελίου και υποκειμένου εδάφους, στην περίπτωση που η γωνία της επιβαλλόμενης φόρτωσης είναι μικρή, οδηγώντας έτσι σε βαθύτερους βολβούς τάσεων και κατ’ επέκταση σε μεγαλύτερες καθιζήσεις.

 

Συνολικά, συνάγεται το συμπέρασμα για μια ακόμη φορά από τα εξεταζόμενα πειράματα ότι τα λικνιζόμενα συστήματα συμπεριφέρονται αρκετά καλά σε ισχυρές σεισμικές διεγέρσεις. Ένα άλλο σημαντικό συμπέρασμα είναι ότι η διαξονική κίνηση τροποποιεί σημαντικά την απόκριση του συστήματος, ως εκ τούτου, προτείνεται να ελέγχεται η διαξονικά επιβαλλόμενη κίνηση ως σενάριο. Η παρατηρούμενη τάση στην απόκριση του συστήματος σχετικά με τη συσσώρευση των καθιζήσεων μάς οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η συμμετρία της κίνησης μπορεί να οδηγήσει σε διαφορετική συμπεριφορά σε σχέση με μία χρονοΐστορία που περιλαμβάνει ασύμμετρους παλμούς. Προκειμένου να γενικευθούν οι παρατηρούμενοι μηχανισμοί, μεγαλύτερος αριθμός συμμετρικών και μη συμμετρικών κινήσεων θα πρέπει να εξεταστεί. Επιπλέον, στοχεύοντας στην περαιτέρω βελτίωση της δυναμικής απόκρισης του λικνιζόμενου συστήματος, καλό είναι να δοκιμαστούν και εναλλακτικά σχήματα θεμελίων, δεδομένου ότι αυτός ο παράγοντας μπορεί επίσης να συμβάλει σημαντικά στην περαιτέρω βελτίωση των καθιζήσεων.