Χωρικά προσομοιώματα σύμμικτων γεφυρών με χρήση ραβδωτών στοιχείων

Abstract

Plane grillages models are widely used for the design of bridges. In a grillage idealization, the entire superstructure of the bridge is suitably represented by different sets of bar elements. On the other hand, the finite element method is preferred for the three-dimensional representation of the structure. Although these models are generally accepted as sufficiently accurate, they are associated with some drawbacks. To overcome the difficulties of plane grillage and finite element analyses, a new way of modeling steel composite bridges is presented. The intention of this model is to better represent the three-dimensional behaviour of the composite bridges using a new method that is not neither complicated nor time consuming compared to the grillage analysis. The proposed model is based on the simulation of steel I-girders through the use of equivalent trusses. Τhe concrete slab is suitably represented by a set of bar elements. This new way of modeling composite bridges using a spatial system of beam-like structural elements allows deformations and internal forces to be predicted reliably while it can be used also for stability analysis. One of the main advantages of the model is the fact that it offers results that correspond to beam elements and therefore they are appropriate for a design according to Eurocodes. The proposed model is used for the design of composite bridges of multiple I girders. Straight, curved and skewed bridges are investigated. The main steps of the modeling are presented and the accuracy of the model is demonstrated.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η παρουσίαση ενός νέου τρόπου προσομοίωσης σύμμικτων γεφυρών, με τη χρήση τρισδιάστατων προσομοιωμάτων ραβδωτών στοιχείων. Το προτεινόμενο προσομοίωμα αφορά σύμμικτες γέφυρες με σιδηροδοκούς μορφής Ι και πλάκα καταστρώματος από σκυρόδεμα. Η παρουσίαση της μεθόδου ξεκινά με την προσομοίωση μεταλλικών και σύμμικτων δοκών διατομής Ι μέσω δικτυώματος ραβδωτών στοιχείων. Σε επόμενο στάδιο παρουσιάζεται η προσομοίωση της πλάκας σκυροδέματος επίσης μέσω εσχάρας ραβδωτών στοιχείων. Τελικά, οι φορείς σύμμικτων γεφυρών προσομοιώνονται συνδυάζοντας τα αρχικά προσομοιώματα των δοκών και της πλάκας.. Στη συνέχεια η προτεινόμενη προσομοίωση χρησιμοποιείται για την ανάλυση καμπύλων γεφυρών και γεφυρών με λοξά καταστρώματα. Μέσω της σύγκρισης της προτεινόμενης μεθόδου με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων και τη μέθοδο της εσχάρας δοκών, προκύπτουν σημαντικά συμπεράσματα τόσο για την αξιοπιστία της προτεινόμενης μεθόδου, όσο και για τη συμπεριφορά των φορέων τέτοιου τύπου. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στα αποτελέσματα που προκύπτουν από αναλύσεις λυγισμού του μεταλλικού σκελετού στη φάση σκυροδέτησης, από όπου προκύπτουν τα κρίσιμα φορτία και οι μορφές λυγισμού. Τα παραδείγματα που εκπονήθηκαν δείχνουν ότι η προτεινόμενη προσομοίωση δύναται να προβλέψει ικανοποιητικά την παραμορφωσιακή και εντατική κατάσταση τέτοιων φορέων τόσο στη φάση κατασκευής όσο και στη σύμμικτη φάση.