Η συγκεκριμένη εργασία ασχολείται με το θέμα του σχεδιασμού των σύγχρονων  σιδηροδρομικών γεφυρών και των ιδιαίτερων απαιτήσεων που προκύπτουν λόγω της χρήσης συνεχών συγκολλημένων σιδηροτροχιών (CWR) μεγάλου μήκους. Η χρήση αυτού του τύπου σιδηροτροχιών προτιμάται επειδή προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα και ειδικότερα στις περιπτώσεις γραμμών υψηλών ταχυτήτων. Τα βασικότερα από αυτά είναι το χαμηλό κόστος συντήρησης της σιδηρογραμμής, η μείωση της καταπόνησης της επιδομής και των οχημάτων, η μείωση του κινδύνου εκτροχιασμού του συρμού, η μείωση του θορύβου, λόγω της ομαλότερης επιφάνειας κύλισης που διαμορφώνεται, και τελικά η καλή ποιότητα ταξιδιού και η άνεση που προσφέρουν κατά τη λειτουργία του συρμού. Παράλληλα, όμως, λόγω της χρήσης των συνεχών συγκολλημένων σιδηροτροχιών (CWR) προκύπτει η ανάγκη για μελέτη της αλληλεπίδρασης του φορέα του καταστρώματος και της σιδηρογραμμής, η οποία αναπτύσσεται από τη μεταξύ τους σύνδεση και από τη συνέχεια των σιδηροτροχιών στις περιοχές των αρμών συστολοδιαστολής της γέφυρας. Ως αποτέλεσμα αυτής της σύνδεσης, ο φορέα της γέφυρας και η σιδηρογραμμή ανθίστανται από κοινού στις επιβαλλόμενες δράσεις και τελικά η εντατική κατάσταση που προκύπτει από την ανάλυση του συνολικού συστήματος είναι διαφορετική από αυτή που θα προέκυπτε με ανεξάρτητη ανάλυση των δύο στοιχείων.

Η μελέτη του φαινομένου της αλληλεπίδρασης πραγματοποιείται τόσο με χρήση μεθόδων που δίνονται στη βιβλιογραφία και σε σχετικούς κανονισμούς, όσο και με ακριβέστερες αριθμητικές μεθόδους, με τη χρήση προσομοιωμάτων πεπερασμένων στοιχείων. Οι προτεινόμενες μέθοδοι της βιβλιογραφίας βασίζονται κυρίως σε διαγράμματα και σε απλές αλγεβρικές προσεγγίσεις της συμπεριφοράς της σιδηρογραμμής και της γέφυρας, ενώ καλύπτουν ικανοποιητικά τις απλούστερες διατάξεις στατικών συστημάτων και τα αποτελέσματα που δίνουν είναι συνήθως υπέρ της ασφαλείας. Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προεκτίμηση της κατάστασης σε πιο σύνθετες περιπτώσεις στατικών συστημάτων και για τον ποιοτικό έλεγχο των αποτελεσμάτων που εξάγονται από τις ακριβέστερες αναλύσεις με πεπερασμένα στοιχεία. Για την μελέτη πιο περίπλοκων περιπτώσεων απαιτείται η χρήση εξειδικευμένου λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων, έτσι ώστε να ληφθούν υπόψη όλοι οι παράγοντες που επηρεάζουν την αλληλεπίδραση γέφυρας και σιδηρογραμμής και να εξαχθούν ορθά αποτελέσματα.

Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται γενικά στοιχεία για το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης γέφυρας και σιδηρογραμμής, προσδιορίζονται οι βασικές παράμετροι που το επηρεάζουν, καθώς και οι δράσεις που λαμβάνονται υπόψη στις αναλύσεις. Οι παράμετροι αφορούν τη διαμόρφωση και τις ιδιότητες του φορέα, καθώς και τη διαμόρφωση και τις ιδιότητες της σιδηρογραμμής. Όσον αφορά τον φορέα, ο τύπος του στατικού συστήματος και η εγκατάσταση ή όχι συσκευών συστολοδιαστολής των σιδηροτροχιών σε κάποια θέση, τα μήκη διαστολής των καταστρωμάτων, η καμπτική συμπεριφορά του καταστρώματος, καθώς και η συνολική οριζόντια δυσκαμψία της γέφυρας, αποτελούν τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν την αλληλεπίδραση. Όσον αφορά τη σιδηρογραμμή, καθοριστική είναι η αντίσταση που αυτή παρουσιάζει στις διαμήκεις μετακινήσεις της. Η αντίσταση αυτή έχει εκτιμηθεί πειραματικά και δίνεται στους σχετικούς κανονισμούς, ενώ εξαρτάται από τον τύπο της επιδομής (επιδομή με έρμα ή σταθερή επιδομή), καθώς και από το αν είναι φορτισμένη ή όχι η σιδηρογραμμή με το φορτίο του συρμού. Οι δράσεις που λαμβάνονται υπόψη και που συμβάλλουν στην αλληλεπίδραση είναι οι θερμοκρασιακές μεταβολές της γέφυρας και των σιδηροτροχιών και τα φορτία κυκλοφορίας. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι διάφοροι έλεγχοι που προτείνονται από τους σχετικούς κανονισμούς με στόχο την αντιμετώπιση του φαινομένου. Οι έλεγχοι αφορούν τόσο τον περιορισμό της έντασης των σιδηροτροχιών στην κατάσταση λειτουργίας της γέφυρας, αλλά και τον περιορισμό των μετακινήσεων του καταστρώματος και της σιδηρογραμμής, με στόχο την αποφυγή της αστοχίας των σιδηροτροχιών από υπέρβαση των ορίων εφελκυσμού και θλίψης του υλικού τους, αλλά και την αποφυγή γενικότερης αστοχίας της σιδηρογραμμής. Στη συνέχεια, επιχειρείται η απλή ερμηνεία των μηχανισμών ανάπτυξης έντασης στις σιδηροτροχιές στις θέσεις των αρμών συστολοδιαστολής της γέφυρας και δίνονται βασικοί κανόνες για την προσέγγιση της μορφής αυτής της έντασης κατά μήκος των σιδηροτροχιών. Η ανάπτυξη έντασης στις σιδηροτροχιές είναι αποτέλεσμα της αυξομείωσης του πλάτους του αρμού συστολοδιαστολής της γέφυρας λόγω των δράσεων που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Στο τέλος, παρουσιάζεται μια αλγεβρική μέθοδος, που βασίζεται σε απλούς κανόνες της μηχανικής και η οποία μπορεί να δώσει ποσοτικά αποτελέσματα της εντατικής κατάστασης των σιδηροτροχιών που αναπτύσσεται από τις θερμοκρασιακές μεταβολές της γέφυρας, καθώς και από τα φορτία κυκλοφορίας.

Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται δύο παραδείγματα γεφυρών από τις οποίες διέρχονται συνεχείς συγκολλημένες σιδηροτροχιές (CWR). Η πρώτη περίπτωση αφορά μια αμφιέρειστη γέφυρα, ενώ η δεύτερη έναν συνεχή φορέα τεσσάρων ανοιγμάτων με σταθερή οριζόντια στήριξη στο μέσον του. Για κάθε περίπτωση εφαρμόζεται αρχικά η μέθοδος των διαγραμμάτων του UIC 774-3R. Τα διαγράμματα αυτά αφορούν την περίπτωση αμφιέρειστης γέφυρας με μήκος από 10m έως 110m και διαμόρφωση της σιδηρογραμμής χωρίς συσκευές διαστολής των σιδηροτροχιών στα άκρα του καταστρώματος ή με συσκευή διαστολής τους στο κινητό άκρο. Δίνονται τιμές της έντασης που αναπτύσσεται στις σιδηροτροχιές για κάθε εξεταζόμενη δράση, καθώς και για κάθε άκρο του φορέα. Τα διαγράμματα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την περίπτωση συνεχών φορέων ακολουθώντας κατάλληλη διαδικασία επίλυσης. Στη συνέχεια εφαρμόζεται η απλοποιημένη αλγεβρική μέθοδος που προτείνεται στον Ευρωκώδικα, η οποία κάνει την παραδοχή για πλήρως πλαστική συμπεριφορά της σύνδεσης μεταξύ της σιδηρογραμμής και της άνω επιφάνειας του καταστρώματος της γέφυρας. Η εκτίμηση της αναπτυσσόμενης έντασης στις σιδηροτροχιές πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Αρχικά υπολογίζεται η ένταση λόγω των θερμοκρασιακών μεταβολών του φορέα της γέφυρας, ενώ στη συνέχεια υπολογίζεται η πρόσθετη ένταση λόγω εφαρμογής των φορτίων του συρμού, με βάση την εκτιμώμενη μεταβολή που αυτά θα προκαλέσουν στο πλάτος του αρμού. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν συνδυάζονται κατάλληλα έτσι ώστε να προκύψει η συνολική ένταση στις σιδηροτροχιές. Έπειτα πραγματοποιείται ανάλυση με πιο σύνθετο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων με χρήση του λογισμικού Sofistik. Ο φορέα της γέφυρας καθώς και οι σιδηροτροχιές προσομοιώνονται με ραβδωτά πεπερασμένα στοιχεία δοκού. Η σύνδεση της σιδηρογραμμής και της άνω επιφάνειας του καταστρώματος προσομοιώνεται με στοιχεία ελατηρίου μη γραμμικής συμπεριφοράς. Οι αναλύσεις που πραγματοποιούνται είναι μη γραμμικές και λαμβάνουν υπόψη τη χρονική σειρά των φορτίσεων, δηλαδή αρχικά εφαρμόζονται στον φορέα οι θερμοκρασιακές δράσεις και στη συνέχεια τα φορτία κυκλοφορίας .Στο τέλος γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των προσεγγιστικών μεθόδων με αυτά που προκύπτουν από την ανάλυση με το Sofistik, έτσι ώστε να αξιολογηθεί η ακρίβεια τους.

 Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η περίπτωση μιας υφιστάμενης γέφυρας από προεντεταμένο σκυρόδεμα. Η γέφυρα είναι ένας συνεχής φορέας, επτά ανοιγμάτων, με συνολικό μήκος 299m και σταθερή διαμήκη στήριξη στο ένα άκρο. Η γέφυρα κατασκευάστηκε με τη μέθοδο της σταδιακής προώθησης. Η διατομή του καταστρώματος είναι κιβωτιοειδής συνολικού ύψους 3.75m και με πλάτος της άνω πλάκας ίσο με 13.40m. Το πάχος της άνω και κάτω πλάκας, καθώς και αυτό των κορμών, μεταβάλλεται στις περιοχές των ακροβάθρων και των μεσοβάθρων. Τα μεσόβαθρα έχουν κιβωτιοειδή διατομή διαστάσεων 4.00x6.00m στην κεφαλή τους και πάχος κορμών 0.50m. Το κατάστρωμα είναι ερματισμένο και φέρει δύο σιδηρογραμμές. Οι σιδηροτροχιές είναι συνεχείς συγκολλημένες σε όλο το μήκος του καταστρώματος, ενώ τοποθετούνται διατάξεις διαστολής τους στις θέσεις των δύο ακροβάθρων. Η σύνδεση της ανωδομής με τα βάθρα γίνεται με εφέδρανα. Η προσομοίωση του φορέα γίνεται με ραβδωτά πεπερασμένα στοιχεία δοκού με χρήση του λογισμικού Sofistik. Στο προσομοίωμα εισάγεται η προένταση που εφαρμόσθηκε στον φορέα, η οποία πραγματοποιείται με ευθύγραμμούς και παραβολικούς τένοντες. Επιπλέον, προσομοιώνονται τα στάδια κατασκευής του φορέα, με σκοπό να ληφθεί υπόψη η προϋπάρχουσα εντατική και παραμορφωσιακή κατάσταση του την στιγμή της τοποθέτησης των σιδηροτροχιών. Στο προσομοίωμα εφαρμόζονται οι δράσεις που απαιτούνται για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης του φορέα του καταστρώματος και της σιδηρογραμμής και πραγματοποιούνται μη γραμμικές αναλύσεις για τους επιθυμητούς συνδυασμούς δράσεων. Εξάγονται αποτελέσματα για το χρόνο εγκατάστασης των σιδηροτροχιών (t=0), καθώς και για την περίπτωση που λαμβάνεται υπόψη η μαχροχρόνια επιρροή του ερπυσμού και της συστολής ξήρανσης του σκυροδέματος στην εντατική κατάσταση των σιδηροτροχιών (t=∞). Τα αποτελέσματα τάσεων και μετακινήσεων ελέγχονται με τις οριακές τιμές που δίνουν οι σχετικοί κανονισμοί. Στο τέλος, τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τις αναλύσεις με το Sofistik, ελέγχονται με εφαρμογή προσεγγιστικών μεθόδων, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που αναφέρθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, με στόχο να αξιολογηθούν.