Ανάλυση και Σχεδιασμός Υπόγειων Αγωγών υπό Στατικές και Δυναμικές Φορτίσεις    

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Γερογιάννη Δήμητρα                 
Επιβλέπων Καθηγητής: Γαντές Χ., Λέκτορας  
Ημερομηνία : Οκτώβριος 1999

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς υπόγειων αγωγών υπό στατικές και δυναμικές φορτίσεις. Η γνώση της συμπεριφοράς τέτοιων συστημάτων είναι ιδιαίτερα σημαντική διότι χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μεταφορά και διανομή φυσικού αερίου και πετρελαίου, για δίκτυα ύδρευσης και αποχέτευσης, και γενικά έχουν πολλές εφαρμογές σε έργα πολιτικού μηχανικού. Tα προβλήματα ανάλυσης και σχεδιασμού υπόγειων σωλήνων παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον από στατική και γεωτεχνική άποψη λόγω των διαφόρων αβεβαιοτήτων, οι οποίες αναφέρονται στα φορτία, στο είδος του εδάφους, στη θέση του αγωγού σε σχέση με ρήγματα ή αστοχίες του εδάφους, στη μη γραμμική συμπεριφορά λόγω των λεπτότοιχων διατομών και στην ανάγκη εφαρμογής της μεμβρανικής και καμπτικής θεωρίας για την ορθή προσομοίωσή τους.  

Στο πρώτο μέρος της εργασίας αντιμετωπίζονται προβλήματα ανάλυσης λυγισμού για υπόγειους αγωγούς απείρου μήκους υπό καθαρή θλίψη, καθαρή κάμψη και συνδυασμό ροπής και αξονικής δύναμης. Επιπλέον, εξετάζεται η επιρροή του πεπερασμένου μήκους και της παρουσίας εσωτερικής πίεσης για υπόγειους αγωγούς υπό καθαρή κάμψη. Εγινε προσπάθεια εξαγωγής προσεγγιστικών αναλυτικών σχέσεων για τα φορτία καθολικού λυγισμού μέσω οριακού σημείου και τοπικού λυγισμού μέσω σημείου διακλάδωδης υπόγειων αγωγών για τις παραπάνω περιπτώσεις φόρτισης. Στα προσομοιώματα αυτά τα θλιβόμενα τμήματα του περιβάλλοντος εδάφους αντιπροσωπεύονται από γραμμικά ελατήρια μετακίνησης. Οι μη γραμμικές σχέσεις ροπών καμπυλοτήτων προέκυψαν από ενεργειακές μεθόδους, λαμβάνοντας υπόψη έναν επιπλέον όρο που αντιπροσωπεύει την ενέργεια παραμόρφωσης των εδαφικών ελατηρίων. Οι σχέσεις που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για παραμετρικές μελέτες και χάραξη διαγραμμάτων για την επιρροή του τύπου εδάφους, της εσωτερικής πίεσης και του πεπερασμένου μήκους.

Στο δεύτερο μέρος εξετάζεται η μηχανική συμπεριφορά υπόγειων αγωγών υπό φορτία εκρήξεων που πραγματοποιούνται στην επιφάνεια του εδάφους, διατυπώνοντας προσεγγιστικές αναλυτικές σχέσεις για τον υπολογισμό της ασφαλούς απόστασης ανάμεσα στον αγωγό και την έκρηξη για την περίπτωση έκρηξης δεδομένης έντασης και αντίστροφα. Γίνεται η παραδοχή ότι ο αγωγός ακολουθεί την παραμόρφωση του εδάφους. Επίσης η σφαιρική μορφή του μετώπου του κύματος λόγω έκρηξης και οι τάσεις λόγω εσωτερικής πίεσης λαμβάνονται υπόψη. Προτείνονται διαγράμματα σχεδιασμού και πίνακες για διάφορα υλικά αγωγών και εντάσεις εσωτερικής πίεσης. Τέλος, παρουσιάζεται μια βελτιωμένη μεθοδολογία που λαμβάνει υπόψη τη δυναμική μεταβολή του φαινομένου θεωρώντας αρμονικό κύμα. Αυτή η προσέγγιση έχει το πλεονέκτημα ότι η επαλληλία των επιμέρους συνιστωσών των τάσεων για τον υπολογισμό της ισοδύναμης τάσης von Mises, που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο αντοχής, πραγματοποιείται σε κάθε θέση και κάθε χρονική στιγμή, επομένως τα αποτελέσματα είναι ορθότερα και οικονομικότερα. Η μέθοδος αυτή εφαρμόστηκε μέσω του λογισμικού συμβολικών αλγεβρικών μετασχηματισμών Mathematica.