Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Katedra Wytrzymałości Materiałów
Wydział Architektury, Katedra Technicznych Podstaw Projektowania Architektonicznego

Data otwarcia przewodu DOKTORSKIEGO: 18.06.2015
DATA ROZPRAWY DOKTORSKIEJ: 03.06 2019

Tytuł rozprawy:
ROZWIĄZANIA KONSTRUKCJI PODPÓR POŚREDNICH WIADUKTÓW OBWODNICY STAMBUŁU NORTHERN MARMARA HIGHWAY W KONTEKŚCIE ODDZIAŁYWAŃ SEJSMICZNYCH

Promotor rozprawy doktorskiej: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wilde
Promotor pomocniczy rozprawy doktorskiej: dr inż. Mikołaj Miśkiewicz
Autor: Dr inż. Karol Grębowski

Słowa kluczowe: wiadukt, uprawnienia budowlane, mosty, podpory pośrednie, model plastyczno-degradacyjny betonu (CDP i CDPM2), oddziaływania sejsmiczne, trzęsienie ziemi Kocaeli, norma turecka DLH 2008, przeguby plastyczne, zbrojenie budowlane, założenia koncepcji ciągliwości

Streszczenie rozprawy: Przedmiotem rozprawy są rozwiązania konstrukcji podpór pośrednich wiaduktów obwodnicy Stambułu (Northern Marmara Highway) w kontekście oddziaływań sejsmicznych. Koncepcja strukturalnego kształtowania podpór pośrednich wiaduktu ma celu zaprojektowanie podpór, które zgodnie z turecką normą TURKISH DLH 2008 muszą spełnić wymogi projektowe dla trzech obliczeniowych poziomów intensywności trzęsienia ziemi (D1, D2, D3).

Zgodnie z wymogami obiekt poddany działaniu obciążeń sejsmicznych z poziomu D1, który odpowiada zdarzeniu o okresie powrotu 72 lat (prawdopodobieństwo pojawienia się wynosi 50% w ciągu 50 lat), nie ulegnie żadnym uszkodzeniom. Przy oddziaływaniu poziomu D2 o okresie powrotu 457 lat (prawdopodobieństwo pojawienia się wynosi 10% w ciągu 50 lat), wiadukt zostanie uszkodzony, ale zniszczenia nastąpią w kontrolowanych miejscach i będą mogły być naprawione w okresie paru miesięcy przy niewielkich ograniczeniach ruchu kołowego. Natomiast dla poziomu D3 o okresie powrotu 2475 lat (prawdopodobieństwo pojawienia się wynosi 2% w ciągu 50 lat), kontrolowane zniszczenie podpór pośrednich ma nastąpić w górnej części podpór poprzez utworzenie się przegubów plastycznych - pomost nie powinien spaść z oczepu. W celu spełnienia powyższych założeń zaproponowana została koncepcja konstrukcji podpór pośrednich o zmiennej geometrii i sztywności, która zakłada, że każda podpora składa się z dwóch części - sztywnej (dolnej) oraz wiotkiej (górnej).

Analizowany ogólny model podpór o zmiennej geometrii i sztywności został wdrożony do obliczeń w postaci numerycznej reprezentacji liniowych równań różniczkowych zwyczajnych w programie Matlab rozwiązywanych metodę różnic centralnych. Następnie wykonano walidację modelu dyskretnego w oparciu o model numeryczny zbudowany w programie Sofistik, który efektywnie obrazował pracę dynamiczną konstrukcji podpór.Prawidłowa walidacja umożliwiła wykorzystanie modelu podpory do symulacji numerycznych w programie MATLAB, w którym przeprowadzono badania parametryczne wiaduktu V17 od wymuszenia trzęsieniem ziemi Kocaeli z poziomu D1. W dalszej analizie został użyty model plastyczno-degradacyjny betonu CDP (ABAQUS) oraz CDPM2 (LS-DYNA) ze zbrojeniem. Celem tego zastosowania było zaprojektowanie miejsc powstania przegubów plastycznych. Dodatkowym utrudnieniem podczas tych obliczeń był materiał jakim jest beton, który tylko w niewielkim obszarze swojej pracy pod wpływem działającego obciążenia zachowuje się liniowo, a w znacznej części jego praca jest nieliniowa. W związku z tym została przeprowadzona walidacja modelu plastyczno-degradacyjnego betonu w oparciu o badania doświadczalne, a następnie jego implementacja w programie Abaqus. Następnie dokonano weryfikacji zwalidowanego modelu plastyczno-degradacyjnego betonu w programie LS-DYNA jako przyczynek do dalszych zaawansowanych obliczeń parametrycznych. Określono dokładne parametry geometryczne przegubów plastycznych uwzględniając degradację betonu, ich zdolność do przemieszczania oraz zdolność do ciągliwości wykorzystując założenia koncepcji ciągliwości Ductility Demand-Capacity w aspekcie wymogów sejsmicznych trzech poziomów intensywności D1, D2 i D3. Na zakończenie przeprowadzono zaawansowane badania parametryczne obrazujące predykcję zniszczeń całego (dokładnego) modelu wiaduktu V17 z uwzględnieniem wszystkich podpór pośrednich wykonanych w oparciu o model plastyczno-degradacyjny betonu ze zbrojeniem, a także z uwzględnieniem konstrukcji sprężonej pomostu opartego na łożyskach elastomerowych, który został poddany analizie wykorzystującej zjawiska szybkozmienne w postaci wymuszenia trzęsieniem ziemi Kocaeli z poziomu D1, D2, D3. Predykcję zniszczeń podpór pośrednich wiaduktu przeprowadzono dla trzech wariantów kształtowania zbrojenia w strefie przejściowej.

Wariant I - kształtowanie zbrojenia według założenia koncepcji ciągliwości Ductility Demand-Capacity (CALTRANS).

Wariant II - kształtowanie zbrojenia według projektu docelowego (konstrukcyjno-wykonawczego) wiaduktu V17.

Wariant III - kształtowanie zbrojenia według zaleceń autora pracy.

Uzyskane wyniki pozwolą zapobiec awariom oraz zniszczeniom konstrukcji podpór wiaduktów, a tym samym zapewnić bezpieczeństwo dla wszystkich użytkowników korzystających z przeznaczenia obiektów. Na podstawie uzyskanych rezultatów dowiedziono, że zaproponowana koncepcja kształtowania podpór pośrednich o zmiennej geometrii i sztywności z uwzględnieniem modelu plastyczno-degradacyjnego betonu w połączeniu ze zbrojeniem, a także w oparciu o koncepcję powstania przegubów plastycznych poszerza i wzbogaca problematykę analizy konstrukcji mostowych narażonych na oddziaływania trzęsieniem ziemi.

Zdjęcia z budowy wiaduktu V17 - Northern Marmara Highway, 2015 r.