Σχεδιασμός Χαλύβδινης Γέφυρας με Δύο Διαδοχικά Λοξά Τόξα και Σύμμικτο Κατάστρωμα

Μεταπτυχιακός Φοιτητής :  Μπαμπάτσικος Βασίλειος-Μίνως                                
Επιβλέπων Καθηγητής: Θανόπουλος Π., Επ. Καθηγητής
Ημερομηνία : Φεβρουάριος 2023
Η μελέτη πραγματεύεται τον πλήρη δομοστατικό σχεδιασμό ενός τοξωτού φορέα γέφυρας 2 συνεχών ανοιγμάτων των 100m, με δύο διαδοχικά τόξα χρησιμοποιώντας το λογισμικό στατικών και δυναμικών αναλύσεων γεφυροποιϊας, MIDAS Civil. Η ιδιαιτερότητα της συγκεκριμένης γεωμετρίας, σχετίζεται με την λοξότητα των τόξων που αναρτούν το σύμμικτο κατάστρωμα και τους περιορισμούς λειτουργικότητας που απορρέουν απο αυτή. Επισημαίνεται, οτι τα τοξωτά μέλη δεν συνδέονται με τις κύριες δοκούς ως τόξα ελυστήρα αλλά πακτώνονται εκτός του ορίου του οδοστρώματος απαιτώντας έτσι άκαμπτες στηρίξεις στο έδαφος.
Οι δράσεις που λήφθηκαν υπόψην στην παρούσα μελέτη είναι αυτές που προδιαγράφονται στον ΕΝ 1991-1 ενώ οι βάσεις σχεδιασμού αφορούν οριακές καταστάσεις αστοχίας, λειτουργικότητας, τυχηματικές και σεισμού. Διαστασιολογήθηκαν όλα τα επιμέρους μέλη του φορέα σε επίπεδο διατομών, μελών και αλληλεπίδρασης των ταυτόχρονων εντατικών μεγεθών, ακολουθώντας τις συστάσεις του EN 1993-1 για τα αμιγώς χαλύβδινα μέλη και του EN 1994-1 για τα σύμμικτα.
Μεταξύ των υπόλοιπων αναλύσεων, διερευνήθηκε ο στρεπτοκαμπτικός λυγισμός της διαδοκίδας στη φάση κατασκευής και πιο συγκεκριμένα διαπιστώθηκε σε τι βαθμό εξασφαλίζει το άνω πέλμα της δοκού ένα χαλυβδόφυλλο αυξημένου ύψους. Η υπό διερεύνηση δέσμευση προσομοιώθηκε με γραμμικά πλευρικά ελατήρια δυσκαμψίας που παρέχεται απο την ενεργό δυσκαμψία της παραμόρφωσης του χαλυβδόφυλλου, την παραμόρφωση της σύνδεσης καθώς και την παραμόρφωση του άνω πέλματος της διαδοκίδας.
Οι κύριες δοκοί, σχεδιάσθηκαν ως αμιγώς χαλύβδινες, ενώ κρίσιμος για την προκύπτουσα διατομή τους ήταν το τυχηματικό σενάριο θραύσης ενός απο τους αναρτήρες. Όπως περιγράφεται, οι δύο δοκοί δεν φορτίζονται το ίδιο αφού λόγω της λοξότητας των τόξων, τα καλώδια απουσιάζουν σε ένα μεγάλο κομμάτι της μιας δοκού αντικαθιστώντας έτσι την ανάρτηση, με έδραση σε ένα επιπλέον εφέδρανο.
Πραγματοποιήθηκε 1ης  και 2ης  τάξης ανάλυση για τα κύρια τόξα με βάση τις ατέλειες που προδιαγράφονται απο τον EN για εκτός επιπέδου μορφές μεμονωμένων μελών τόξων στον καθολικό φορέα του αναλυτικού μοντέλου. Η γραμμική ιδιομορφική ανάλυση λυγισμού για τα κατακόρυφα φορτία, επισήμανε οτι κρίσιμος για τα κύρια διαγώνια τόξα είναι ο εκτός επιπέδου λυγισμός, σε αντίθεση με τα δευτερεύοντα μέλη όπου λυγίζουν κυρίως στο επίπεδό τους.
Χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες του λογισμικού και αξιοποιώντας το μητρώο επιρροής της προέντασης για δεδομένους περιορισμούς κατακόρυφης μετακίνησης καταστρώματος, προέκυψε, ύστερα απο μεγάλο αριθμό επαναλήψεων, η απαιτούμενη προένταση ικανοποιώντας ταυτόχρονα τα όρια λειτουργικότητας και αστοχίας με βάση την διατομή του καλωδίου. Πραγματοποιήθηκε γραμμική ανάλυση με truss elements αλλά και γεωμετρική μη γραμμική ανάλυση με cable catenary elements και προέκυψε οτι η συμπεριφορά των καλωδίων των 2 αναλύσεων αποκλίνει ελάχιστα λαμβάνοντας υπόψην και την βύθιση του καλωδίου σε κάθε βήμα φορτίου με την επαναληπτική μέθοδο Newton-Raphson. Ε
ξετάσθηκαν δύο σενάρια, αντικατάστασης και θραύσης καλωδίου στον φορέα. Το πρώτο αφορά την απλή αντικατάσταση ενός αναρτήρα λόγω φθοράς ή ακραίων καιρικών συνθηκών υπό τα φορτία λειτουργίας της γέφυρας. Ωστόσο, το δεύτερο είναι ένα δυναμικό φαινόμενο και εξετάζεται με ισοδύναμο στατικό τρόπο στο αναλυτικό προσομοίωμα, για τα οιονεί μόνιμα φορτία, προσαυξάνοντας την φόρτιση με αντίστοιχο δυναμικό συντελεστή.
Τελικά, για την πιο ελκυστική παρουσίαση της γεωμετρίας και την κατανόηση των περιορισμών λειτουργικότητας που προκύπτουν απο την λοξότητα των τόξων, πραγματοποιήθηκε φωτορεαλιστική απεικόνιση του υπό μελέτη φορέα μέσα απο λογισμικά 3D σχεδίασης και απεικόνισης.
 

Δείτε τη ΜΕ στη βιβλιοθήκη του ΕΜΠ