Αναλυτική και πειραματική έρευνα επί μιας πρότασης για ένα νέο τύπο προκατασκευής σε γέφυρες σκυροδέματος

Abstract

The subject of this thesis is the analytical and experimental research on a proposal for a new type of prefabrication at concrete bridges. At the beginning, the goal of attaining a monolithic system at the positions of piers was set. The result that emerged was better than the proposals so far and eliminated almost completely the bearings from the system and solved in a better way the problem of reinforcement at the support positions by avoiding the ‘‘emerging’’ pretensioning tendons, and using conventional reinforcement in these positions. However, following the completion of this research step, some findings were made that led to the second step of the research, as there were margins for further improvements in terms of construction, economy and, above all, the aesthetics of the final result. More specifically, a new type of management of the problem of deck shaping using precast beams is proposed. The result is closer to the desired monolithic connection and the proposed solution could be described as hybrid as the use of the cast in situ deck section is extended and is not limited to the construction of the deck slab, but further extends to the beams of the central regions of spans. Significant advantages are also achieved concerning the aesthetics and the economy and the resulting monolithic connection is clearly improved because now concerns all loads and has eliminated most disadvantages which are related to the attainment of monolithic connection in the positions above the piers. It is noted that the proposed utilization of prefabrication can substantially increase the length of the spans, which with the existing practice reaches up to 40m and therefore the number of the piers can be reduced. It is also noted that the bending reinforcement at the spans of the fully continuous superstructure is conventional, and this is feasible because of the redistribution of the bending moments due to the variation in the cross sections height, which results in a drastic reduction of the moments at the spans at the expense of the moments at the supports.The development of the research in its second part revealed the possibility of a very significant advantage of the possibility of restraining the seismic displacements by utilizing the foundations (pile caps) of the abutments as seismic stoppers, which drastically reduced the earthquake resistance cost of the resulting system. In addition to analytical research, an experimental research was conducted in order to check the co-operation between the prefabricated part of the superstructure and the cast in situ.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η αναλυτική και πειραματική έρευνα επί μιας πρότασης για ένα νέο τύπο προκατασκευής σε γέφυρες σκυροδέματος. Στην αρχή τέθηκε ο στόχος της μονολιθικοποίησης του συστήματος στην περιοχή των μεσοβάθρων. Εκείνο το οποίο προέκυψε ήταν καλύτερο από τις μέχρι τώρα προσπάθειες και απάλλαξε το σύστημα σχεδόν ολοσχερώς από τα εφέδρανα και έλυσε καλύτερα το πρόβλημα της όπλισης των στηρίξεων με την αποφυγή των καταδυομένων τενόντων προέντασης, αξιοποιώντας στις θέσεις αυτές συμβατικούς οπλισμούς. Ωστόσο, μετά την ολοκλήρωση αυτού του βήματος της έρευνας, έγιναν ορισμένες διαπιστώσεις, οι οποίες οδήγησαν στο δεύτερο βήμα της έρευνας, καθώς προέκυψαν περιθώρια περαιτέρω βελτιώσεων αναφορικά με την κατασκευασιμότητα, την οικονομία και προπάντων με την αισθητική του προκύπτοντος αποτελέσματος. Πιο συγκεκριμένα, προτείνεται μία σαφώς νέου τύπου διαχείριση του προβλήματος της μορφοποίησης του φορέα με χρησιμοποίηση προκατασκευασμένων δοκών. Το αποτέλεσμα πλησιάζει περισσότερο το επιθυμητό μονολιθικό αποτέλεσμα και θα μπορούσε να χαρακτηριστεί η προτεινόμενη λύση ως υβριδική, καθώς η συμμετοχή του χυτού επί τόπου τμήματος του φορέα διευρύνεται και δεν περιορίζεται στην ολοκλήρωση της πλάκας του καταστρώματος, αλλά επεκτείνεται συμπληρωματικά και στις δοκούς των κεντρικών περιοχών των φατνωμάτων. Επίσης επιτυγχάνονται σημαντικά πλεονεκτήματα αναφορικά με την αισθητική και την οικονομία και η επιτυγχανόμενη μονολιθικότητα προκύπτει σαφώς βελτιωμένη καθώς αφορά πλέον το σύνολο των φορτίων και είναι απαλλαγμένη από αρκετά μειονεκτήματα που συνοδεύουν την αποκατάσταση μονολιθικότητας στις θέσεις πάνω από τα μεσόβαθρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι με την προτεινόμενη αξιοποίηση της προκατασκευής είναι δυνατόν να μεγαλώσει σημαντικά το άνοιγμα των φατνωμάτων, το οποίο με την υπάρχουσα πρακτική φτάνει μέχρι τα 40m, και να περιοριστεί έτσι ο αριθμός των μεσοβάθρων. Σημειώνεται επίσης ότι τα ανοίγματα του πλήρως συνεχούς φορέα οπλίζονται καμπτικώς με συμβατικούς οπλισμούς, χάρη στην ανακατανομή των ροπών κάμψεως που οφείλεται στην μεταβλητότητα του ύψους των διατομών, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την δραστική μείωση των ροπών ανοιγμάτων εις βάρος των ροπών των στηρίξεων. Κατά την εξέλιξη της έρευνας στο δεύτερο σκέλος της προέκυψε και η δυνατότητα ενός πολύ σημαντικού πλεονεκτήματος δυνατότητας ανάσχεσης των σεισμικών μετακινήσεων μέσω της αξιοποίησης των θεμελίων των ακροβάθρων ως σεισμικών ανασχετήρων, γεγονός που υποβίβασε δραστικά το αντισεισμικό κόστος του προκύπτοντος αποτελέσματος. Εκτός από την αναλυτική έρευνα, διεξήχθη και πειραματική έρευνα για να ελεγχθεί η συνεργασία μεταξύ του προκατασκευασμένου τμήματος του φορέα και του χυτού επί τόπου.