Προσομοίωση και Ανάλυση Καλωδιωτών Γεφυρών και Μεμονωμένου Καλωδίου 

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Βασιλόπουλος Κωνσταντίνος                                                        
Επιβλέπων Καθηγητής: Γαντές Χ., Επ. Καθηγητής             
Ημερομηνία : Μάρτιος 2005  

Η συνεχώς αυξανόμενη χρήση καλωδίων και γενικότερα εφελκυόμενων στοιχείων στις κατασκευές πολιτικού μηχανικού (όπως καλωδιωτές γέφυρες, ιστοί και στέγαστρα) κάνουν απαραίτητη την σωστή προσομοίωση και ανάλυση αυτών των στοιχείων, καθώς παίζουν σημαντικό ρόλο στη στατική συμπεριφορά των φορέων στους οποίους συμμετέχουν. Σκοπός αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η ανάλυση της δομής, των τύπων και της μη γραμμικής στατικής συμπεριφοράς των καλωδίων, καθώς και όλων των παραμέτρων που απαιτούνται για την ανάλυση και της διαδικασιας προέντασης και λειτουργιας των καλωδίων σε μια καλωδιωτή γέφυρα. Για το σκοπό αυτό, έγιναν κάποιες αναλύσεις σε μεμονωμένα καλώδια με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και σε μια ήδη κατασκευασμένη καλωδιωτή πεζογέφυρα. Για την ανάλυση της γέφυρας χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα SOFiSTiK (v.21), ενώ για την ανάλυση του μεμονωμένου καλωδίου χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ADINA (V8.02).   

Το πρώτο κεφάλαιο της εργασίας ασχολείται με το σχεδιασμό καλωδιωτών γεφυρών. Περιγράφονται τα είδη των καλωδιωτών γεφυρών με ιδιαίτερη έμφαση στις καλωδιωτές γέφυρες με ευθύγραμμα επικλινή καλώδια (cable-stayed bridges) και στη σύγχρονη τάση σχεδιασμού τους. Αναλύονται ξεχωριστά τα βασικά στοιχεία της γέφυρας (πυλώνας, κατάστρωμα, καλώδια) και δίνονται γενικά κριτήρια σχεδιασμού και διαμόρφωσης του κάθε στοιχείου. Τέλος, δίνεται έμφαση στη στατική και δυναμική συμπεριφορά τέτοιων κατασκευών και στις δυνατότητες προσομοίωσης τους, καθώς και στους λόγους που έχουν οδηγήσει παγκοσμίως στην ευρεία χρήση και ανάπτυξη τέτοιων γεφυρών, ακόμα και σε μεσαίου μεγέθους ανοίγματα.    

Το δεύτερο κεφάλαιο ασχολείται με την τεχνολογία των καλωδίων. Αναφέρονται η δομή και τα υλικά που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία καλωδίων, καθώς και η δυνατότητα χρήσης καινούργιων υλικών και τεχνογνωσίας. Επίσης, δίνονται αναλυτικά οι διάμετροι, τα μέτρα ελαστικότητας, τα βάρη και οι αντοχές όλων των τύπων καλωδίων που χρησιμοποιούνται από μικρές κατασκευές έως μεγάλες καλωδιωτές γέφυρες. Ακόμα γίνεται αναφορά στους τρόπους αγκύρωσης των καλωδίων και παρουσιάζονται μέτρα προστασίας κυρίως έναντι διάβρωσης τους.   

Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή σε ότι αφορά την ανάλυση των καλωδίων. Έτσι δίνονται αρχικά τύποι για γραμμική ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη την κρέμαση της παραμορφωμένης μορφής των καλωδίων λόγω του ίδιου βάρους τους (catenary effects) και παρουσιάζεται ο τρόπος προδιαστασιολόγησης των καλωδίων έναντι μόνιμων και κινητών φορτίων, καθώς και έναντι κόπωσης. Επίσης, δίνονται οι συστάσεις του EC3 για την ανάλυση των καλωδίων.   

Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση ενός μεμονωμένου καλωδίου με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για να κατανοηθεί καλύτερα η μη γραμμική συμπεριφορά του πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη διαδικασία προέντασης. Έτσι γίνονται γραμμικές, μη γραμμικές και ισοδύναμες γραμμικές αναλύσεις σε μια αρκετά ρεαλιστική προσομοίωση της διαδικασίας προέντασης, αρχικά σε ευθύγραμμο καλώδιο, και στη συνέχεια σε ένα καλώδιο με αρχική κρέμαση (αρχικά μεγαλύτερο μήκος καλωδίου).   

Στο πέμπτο κεφάλαιο χρησιμοποιείται το προσομοίωμα του τέταρτου κεφαλαίου για την πραγματοποίηση κάποιων παραμετρικών αναλύσεων, αρχικά με μεταβολή της διαμέτρου του καλωδίου και στη συνέχεια με μεταβολή της τιμής προέντασης, έτσι ώστε να διαπιστωθεί η επίδραση της μεταβολής αυτών των δύο στοιχείων στη δυσκαμψία των καλωδίων.   

Το έκτο κεφάλαιο αφορά τη διαδικασία προέντασης των καλωδίων σε μια καλωδιωτή γέφυρα. Έτσι γίνονται γραμμικές και γεωμετρικά μη γραμμικές αναλύσεις για την εύρεση της τιμής και της σειράς προέντασης των καλωδίων, ενώ χρησιμοποιείται και το προσομοίωνα του κεφαλαίου 4 για την εύρεση των παραμορφώσεων των καλωδίων και έλεγχο των αποτελεσμάτων. Έτσι εξακριβώνεται το πρόγραμμα προέντασης που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη γέφυρα.