Εφαρμογή σε υπερστατικό φορέα Ο/Σ Ανδρέας Κάππος Ανδρέας Κάππος Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. City University London Αναστάσιος Σέξτος Αναστάσιος Σέξτος Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. University of Bristol Ολυμπία Τασκάρη Ολυμπία Τασκάρη Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Ελίνα Μυλωνά Ελίνα Μυλωνά Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. ΘΑΛΗΣ-ΕΜΠ Πρωτοτυπος Σχεδιασμος Βαθρων Γεφυρων σε Ρευστοποιησιμο Εδαφος με Επιφανειακη Θεμελιωση και Φυσικη Σεισμικη Μονωση

 Εκτεταμένη βελτίωση (σε μήκος και βάθος) του ρευστοποιήσιμου εδάφους & πασσαλοθεμελίωση  Σεισμική μόνωση ανωδομής Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Φιλοσοφία συμβατικού σχεδιασμού

Εφαρμογή επιφανειακής θεμελίωσης.  Σχεδιάζεται ένα σύστημα «φυσικής» μόνωσης έτσι ώστε η σεισμική κίνηση να περιορίζεται στο επίπεδο του εδάφους, πριν φθάσει στην κατασκευή.  Η φέρουσα ικανότητα του επιφανειακού θεμελίου διασφαλίζεται μέσω μίας μη- ρευστοποιήσιμης επιφανειακής «κρούστας» βελτιωμένου εδάφους. Bouckovalas GD, Karamitros D, Chaloulos Y, Vavourakis V and Chatziharalambous E (2014) Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Καινοτόμος σχεδιασμός (let it partially liquefy)

Bouckovalas GD, Karamitros D, Chaloulos Y, Vavourakis V and Chatziharalambous E (2014)  Πρόσθετες μετακινήσεις και στροφές, ολικές και διαφορικές, λειτουργούν ως καταναγκασμοί κατά τη διάρκεια ή μετά τη ρευστοποίηση.  Πρόσθετες τάσεις και παραμορφώσεις εισάγονται στην ανωδομή.  Αναγκαίος ο προσδιοριμός των επιτρεπόμενων μετακινήσεων του εδάφους.  Ο υπερστατικός φορέας συνήθως σχεδιάζεται για ένα ανεκτό επίπεδο βλαβών για το σεισμό σχεδιασμού (q>1)  Ενιαία αποδεκτά όρια μετακινήσεων της θεμελίωσης δεν προδιαγράφονται από κανένα σύγχρονο κανονιστικό κείμενο. Επιπτώσεις επί υπερστατικού φορέα Ο/Σ Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Άνω διάβαση Τ7 Εγνατίας Οδού

Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Άνω διάβαση Τ7 Εγνατίας Οδού

Deck section Μεσόβαθρα: D=2.0 m h1=7.95m h2=9.35m Άνω διάβαση Τ7 Εγνατίας Οδού Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

Μεσόβαθρα: D=2.0m 176 Φ25 (2.75%) Ομάδα πασσάλων (3x3): D=1.0m L=15.00m s=2.0m 31Ø25 spiral Ø14/10 Φάσμα οριζόντιας και κατακόρυφης σεισμικής συνιστώσας κατά EC8. Κεφαλόδεσμος: 7.0×7.0×1.5m Συμβατικός σχεδιασμός ομάδας πασσάλων Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Ενιαίος συντελεστής συμπεριφοράς q h =1.5 για λόγους συμβατότητας με τους άλλους φορείς

EC8, Eq. A.10b (EN1998-3:2005) Φορτίσεις: u z = m θ y = ± rad θ x = ±4.97*10^-3 rad Δ= u z = m θ x = ± rad θ y = ±4.97*10^-3 rad Δ= Συνδυασμοί: ξ × γ G × G + γ P × P + γ Q × Q Δ = ρ ± θ y (ρ) ± 0.3 θ x (ρ) Δ = ρ ± θ x (ρ) ± 0.3 θ y (ρ) Καινοτόμος σχεδιασμός: εύρεση ανεκτών καταναγκασμών Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

Επιτρεπόμενη καθίζησηση: 0.15/1.15 = 0.13m Κατάρρευση Μεσαία βλάβη Μικρή βλάβη Ελαστική περιοχή Καινοτόμος σχεδιασμός: ανεκτές μετακινήσεις Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Σε έναν υπερστατικό φορέα, οι ανεκτοί καταναγκασμοί είναι συνάρτηση του επιπέδου επιτελεστικότητας (μ θ )

1. Προσδιορισμός φασμάτων ρευστοποιήσιμου και μη εδάφους 2. Επιλογή διαστάσεων πεδίλου 3. Υπολογισμός συντελεστών εμπέδησης (Mylonakis et al. 2006) 4.Φασματική ανάλυση γέφυρας 5. Έλεγχος εκκεντρότητας πεδίλου L/6 < e < L/3 G+0.2Q±E Προδιαστασιολόγηση επιφανειακής θεμελίωσης Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

-> Σεισμικές κινήσεις επιφάνειας Επιλογή κινήσεων σε βράχο. Διενέργεια 1D, μη γραμμικής ανάλυσης απόκρισης εδάφους και ρευστοποίησης. Φάσματα απόκρισης στην επιφάνεια Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

5% ελαστικό φάσμα απόκρισης στην επιφάνεια του ρευστοποιημένου εδάφους Φάσματα απόκρισης σεισμικής διέγερσης σε βράχο vs φάσμα σχεδιασμού EC8 για έδαφος A και PGA=0.32g Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Φάσματα απόκρισης στην επιφάνεια

EC8 ελαστικό φάσμα, έδαφος D, T=225 years Απουσία ρευστοποίησης S=0,96 TB=TB=0,2 TC=TC=0,8 TD=TD=2 ag=ag=0,22 Ag=Ag=2,1582 η=1 q=1,5 EC8 ελαστικό φάσμα, έδαφος C, T=1000 years Ρευστοποίηση S=0,5 TB=TB=0,2 TC=TC=0,6 TD=TD=2 ag=ag=0,32 Ag=Ag=3,1392 η=1 q=1,5 Φάσματα απόκρισης στην επιφάνεια Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

Mylonakis, G., Nikolaou, S., & Gazetas, G. (2006). Footings under seismic loading: Analysis and design issues with emphasis on bridge foundations. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 26(9), 824–853. ΠέδιλοΔυσκαμψία Αρχικές διαστάσεις: 6.0 x 7.0 m Kx = kN/m Κy = kN/m Kz = kN/m Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους-ανωδομής Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

Όρια εκκεντρότητας: L/6 <e ≤ L/3 Φασματική ανάλυση με τα φάσματα επιφάνειας (+DWS) G+0.2Q±E B = 9.0m L = 10.50m M y /N = e x < B/4.41 M x /N = e y < L/4.23 Προδιαστασιολόγηση θεμελίωσης: εκκεντρότητα Ορθογωνικό πέδιλο εξαιτίας 1 ης (στροφικής) ιδιομορφής Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

Ανάλυση ρευστοποιήσιμου εδαφικού προφίλ (Bouckovalas et al., 2014). H = (1/5÷1/15)λ Όπου: λ=V s,o T exc : μήκος κύματος των κυμάτων που διαδίδονται μέσα από τη ρευστοποιήσιμη εδαφική στρώση V s,o : αρχική (προ ρευστοποίησης) μέση ταχύτητα διατμητικών κυμάτων Χαρακτηριστικά εδάφους & διέγερσης Σχετική πυκνότητα φυσικού εδάφους, D r,o (%)60 Λόγος πίεσης πόρων εντός της βελτιωμένης ζώνης, r u,design 0,3 Ειδικό βάρος, γ' (kN/m 3 )9,81 Μέγιστη επιτάχυνση, α max (g)0,17 Δεσπόζουσα περίοδος, T (sec)0,25 Αριθμός κύκλων, N12 Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Προδιαστασιολόγηση θεμελίωσης: επιφ. κρούστα

H imp. = 4.0m L imp. = 12.60m Soil geometry & Footing Total Thickness of the liquefiable layer, Z tot (m)20 Thickness of the improved zone, H imp (m)4 Thickness of the liquefiable layer, Z liq (m)14,5 Width of the improved zone, L imp (m)12,6 Footing width, B(m)9 Footing Length, L(m)>B(m) [use 0 for strip footing]10,5 Embedmennt depth, D(m)1,5 Total static load from footing, q o (kPa)139 Finite Improvement Degraded factor of safety, F.S. deg 1,24 Seismic settlements, ρ dyn (m)0,057 Differential settlements, δ(m)0,039 Rotation, θ(degrees)0,187 <0.13m Προδιαστασιολόγηση θεμελίωσης: ζώνη βελτίωσης Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Επιτρεπόμενη καθίζηση

Mylonakis and Karatzia (WP5) ΙδιομορφήΠερίοδος (sec) 1 (στροφική) (στροφική) (μεταφορική)0.56  Συχνοτικά εξαρτώμενοι συντελεστές εμπέδησης: φασματική διέγερση (απουσία δεσπόζουσας συχνότητας) χρήση ιδιοσυχνότητας κατασκευή Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους-ανωδομής (update) Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση

Πλάτοςb =500mm Μήκοςl = 600mm Πάχος εσωτερικών ελαστικών στρώσεων 11mm Αριθμός εσωτερικών ελαστικών στρώσεων 10 Ενεργό πάχος ελαστικών110mm  Εφέδρανα: Πέδιλο: 9.0 x 10.5 m Μεσόβαθρο: D=2.0m 187 Φ25 (2.92%) 3x3 Ομάδα πασσάλων: D=1.0m, L=15.00m, s=2.0m Κεφαλόδεσμος: 7.0×7.0×1.5m Μεσόβαθρο: D=2.0m 176 Φ25 (2.75%)  Σεισμικοί συνδυασμοί: G + 0.2Q ± Ex ± 0.30Ey ± 0.30Ez G + 0.2Q ± 0.30Ex ± Ey ± 0.30Ez G + 0.2Q ± 0.30Ex ± 0.30Ey ± Ez Διαστασιολόγηση ανωδομής με την καινοτόμο μέθοδο

δx = ± 12.17cm δy = ± 12.17cm Δ= δxδx δyδy δxδx δyδy Καταναγκασμός: Δράση διαφορικών οριζόντιων μετακινήσεων που οφείλονται στη ρευστοποίηση. IDExcitation Peak horizontal displacement, δ(cm) Outcrop bedrock Ground Surface w/ improved top layer w/o improved top layer AbsoluteRelativeAbsoluteRelative 1 ITALY_BAG ITALY_VLT KOBE_TDO LOMAP_AND LOMAP_GIL average Φ25 (2.92%) Διαστασιολόγηση ανωδομής με την καινοτόμο μέθοδο Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Ομόρροποι καταναγκασμοί οδηγούν σε εύλογες εντάσεις και ποσοστά οπλισμού ρ<ρ max

δ x1 δ y1 δ x2 δ y2  Συνδυασμοί φόρτισης: G + 0.2Q ± Ex ± 0.30Ey ± 0.30Ez (±δx ± 0.30δy) G + 0.2Q ± 0.30Ex ± Ey ± 0.30Ez (±0.30δx ± δy) G + 0.2Q ± 0.30Ex ± 0.30Ey ± Ez (±0.30δx ± 0.30δy) G + 0.2Q (± Ex ± 0.30Ey ± 0.30Ez) + (δx ± 0.30δy) G + 0.2Q (± 0.30Ex ± Ey ± 0.30Ez) + (0.30δx ± δy) G + 0.2Q (± 0.30Ex ± 0.30Ey ± Ez) + (0.30δx ± 0.30δy) M = kNm M = kNm Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Αντίρροποι καταναγκασμοί οδηγούν σε σημαντικές εντάσεις (Μ>My) Διαστασιολόγηση ανωδομής με την καινοτόμο μέθοδο Ειδικά για γέφυρες με πολλαπλά ανοίγματα απαιτείται αναλυτική διερεύνηση

Συμβατικός σχεδιασμός Ομάδα πασσάλων: 135m Ø100 Κεφαλόδεσμος 7 x 7 x 1.5 m Οπλισμός: kg Χαλικοπάσσαλοι m Φυσική σεισμική μόνωση Πέδιλο: 9 x 10.5 x 1.5 m Οπλισμός: kg Χαλικοπάσ- σαλοι m Φυσική σεισμική μόνωση Κόστος € Θεμελίωση Οπλισμός Χαλικοπάσσαλοι Σύνολο Συμβατικός σχεδιασμός Κόστος € Θεμελίωση Οπλισμός Χαλικοπάσσαλοι Σύνολο Στατικό σύστημα Μεθοδολογία Συμβατικός σχεδιασμός Φυσική σεισμική μόνωση Σύγκριση Οικονομοτεχνική σύγκριση

ACKNOWLEDGMENTS This research has been co-financed by the European Union (European Social Fund – ESF) and Greek national funds through the Operational Program “Education and Lifelong Learning” of the National Strategic Reference Framework (NSRF) – Research Funding Program: THALES: Reinforcement of the interdisciplinary and/or inter-institutional research and innovation.