Fri, 2012-06-22 15:37 | 
Υποψήφιος Διδάκτορας:
Σταυροθεοδώρου Ελένη
Τμήμα:
Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών
Σχολή:
Πολυτεχνική Σχολή
Επιβλέπων:
Αν. Καθ. Ντακούλας Παναγιώτης (dakoulas@uth.gr)
Τριμελής Επιτροπή:
(1) Ντακούλας Παναγιώτης (2) Γιαννακόπουλος Αντώνιος (3) Παπαδημητρίου Αχιλλέας ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ ΤΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ
Κατά την διάρκεια των τελευταίων 20 ετών κατασκευάσθηκαν πολλά φράγματα λιθορριπής με ανάντη πλάκα σκυροδέματος (CFRDs) στην Κίνα, Βραζιλία, ΗΠΑ, Αυστραλία, Νότιο-Ανατολική Ασία, και αλλού. Το μεγαλύτερο CFRD στην Ελλάδα είναι το φράγμα Μεσοχώρας (Θεσσαλία) ύψους 150 m (Dakoulas 2007). Άνω των 150 CFRDs έχουν ολοκληρωθεί ή είναι υπό κατασκευή στην Κίνα, εκ των οποίων 14 είναι υψηλότερα των 150 m (Ma & Cao 2007). Το φράγμα Shuibuya, ύψους 233 m (Κίνα), είναι σήμερα το υψηλότερο CFRD στον κόσμο, αλλά όχι για πολύ. Η μεγάλη ανάγκη για παροχή ύδατος και ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως, καθιστά συχνά αναγκαία τη διερεύνηση της κατασκευής φραγμάτων μεγάλου ύψους (Η>150 m).
Τα CFRDs αποτελούνται από ένα επίχωμα διαχωρισμένο σε ζώνες, το οποίο παραμένει στεγανό μέσω ενός διαφράγματος στην επιφάνεια του ανάντη πρανούς. Το διάφραγμα αποτελείται από ένα μεγάλο αριθμό πλακών οπλισμένου σκυροδέματος, που εδράζονται επάνω σε μία δύσκαμπτη ζώνη χαλίκων. Μία τυπική διατομή ενός CFRD, αποτελείται από την ανάντη ζώνη λιθορριπής 3Β, την ζώνη χαλίκων 2Β και την κατάντη ζώνη λιθορριπής 3C.
Αναμφίβολα, τα CFRDs προσφέρουν μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα (Sherard & Cooke 1987, Wieland & Brenner 2007, Ma & Cao 2007): (α) Η μεγάλη γωνία διατμητικής αντοχής των καλά συμπυκνωμένων χαλίκων και λιθορριπής, και η έλλειψη ύδατος στο εσωτερικό του φράγματος επιτρέπουν την χρήση μεγάλων κλίσεων στα πρανή. (β) Η πίεση του ύδατος στην ανάντη πλάκα αυξάνει σημαντικά τη δυσκαμψία και αντοχή της λιθορριπής. (γ) Η συμπύκνωση της λιθορριπής είναι δυνατόν να γίνει υπό βροχή και είναι πιο αποτελεσματική. (δ) Λόγω μεγαλύτερων κλίσεων των πρανών και μειωμένου όγκου λιθορριπής, τα CFRDs είναι συνήθως πιο οικονομικά από άλλα φράγματα. (ε) Είναι λιγότερο απαιτητικά σε υλικά από μακρινές περιοχές. (ζ) Επιτρέπουν ταχύτερη κατασκευή, ασφαλέστερη λειτουργία και ευκολότερη συντήρηση.
Κατά τα τελευταία 30 χρόνια έχει συσσωρευτεί σημαντική εμπειρία της συμπεριφοράς των CFRDs (Cooke 1984, Sherard & Cooke 1987, Gazetas & Dakoulas 1992, Marques Filho & Pinto 2000, Marulanda & Pinto 2000, Fell et al. 2005, Hunter & Fell 2003, Johannesson 2007, Ma & Cao 2007). Η εμπειρία αυτή κατέδειξε ότι η συμπεριφορά των CFRDs εξαρτάται κυρίως από τους εξής παράγοντες: την δυσκαμψία της λιθορριπής, την γεωμετρία της κοιλάδας, τον βαθμό ομαλότητας ή ανωμαλίας της επιφάνειας των αντερεισμάτων, την δυσκαμψία του υλικού θεμελιώσεως, την ποιότητα των αρμών υδατοστεγανότητας μεταξύ των πλακών και μεταξύ πλακών και πλίνθου, κλπ. Η δυσκαμψία της λιθορριπής και η στενότητα της κοιλάδας έχουν ιδιαίτερη σημασία στην συμπεριφορά του φράγματος.
Μεγάλη καθίζηση της λιθορριπής είναι δυνατόν να προκαλέσει ρηγμάτωση της πλάκας, επιτρέποντας την διέλευση ύδατος, το οποίο αυξάνει περισσότερο τις καθιζήσεις. Υπάρχουν τρεις χαρακτηριστικοί τύποι αστοχιών της πλάκας:
(α) Εφελκυστική ρηγμάτωση στο άνω μέρος της πλάκας. Παραδείγματα: Φράγμα Aguamilpa (Μεξικό, Marques Filho & Pinto 2005), Tianshengqiao-1 (Κίνα, Marques Filho & Pinto 2005, Ma & Cao 2007).
(β) Εφελκυστική ρηγμάτωση σε μία ζώνη περιμετρικά (παράλληλα με την πλίνθο). Παραδείγματα: Φράγματα Xingó, Itá και Itapebi (Βραζιλία, Marques Filho & Pinto 2005).
(γ) Θλιπτική αστοχία στην περιοχή των αρμών μεταξύ των πλακών λόγω του συνδυασμού της χαμηλής δυσκαμψίας της λιθορριπής, του μεγάλου ύψους του φράγματος και της στενότητας της κοιλάδας. Παράδειγμα: Φράγμα Campos Novos (Βραζιλία, Ma & Cao 2007).
Στην περίπτωση που τα φράγματα έχουν κατασκευαστεί σε στενές κοιλάδες, η προσομοίωση της σταδιακής κατασκευής των φραγμάτων και της πλήρωσης της λεκάνης του ταμιευτήρα, η ρεαλιστική προσομοίωση της 3Δ γεωμετρίας τής πλάκας, η μη γραμμική συμπεριφορά και οι διεπιφάνειες τριβής μεταξύ πλακών και χαλίκων, καθώς και των κατακόρυφων αρμών μεταξύ των γειτονικών πλακών, είναι απαραίτητα.
Στόχος της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η αριθμητική διερεύνηση της επίδρασης της κλίμακας μεγέθους φραγμάτων λιθορριπής με ανάντη πλάκα σκυροδέματος (CFRD), λαμβάνοντας υπόψη τη μη γραμμική συμπεριφορά των υλικών κατασκευής. Συγκεκριμένα προτείνονται τα εξής: (α) Η δημιουργία ενός εύρωστου ελαστο-πλαστικού καταστατικού προσομοιώματος λιθορριπής/χαλίκων, το οποίο θα εκφράζει τη μη-γραμμική εξάρτηση της δυσκαμψίας από την περιβάλλουσα τάση και θα προβλέπει την κράτυνση και χαλάρωση του υλικού. (β) Η ενσωμάτωσή του στον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS και η επιβεβαίωσή του. (γ) Η διερεύνηση της επίδρασης της κλίμακας μεγέθους εξετάζοντας 3 φράγματα ύψους 100, 200 και 300 m σε κοιλάδες τραπεζοειδούς διατομής με λόγο μήκους προς ύψος L/H = 2. (δ) Η διερεύνηση της επίδρασης της πλάκας οπλισμένου σκυροδέματος και (ε) Η λεπτομερή ανάλυση της συμπεριφοράς ενός υπάρχοντος φράγματος CFRD (πιθανά φράγματα είναι της Μεσοχώρας και το φράγμα Karahnjukar). (ζ) Η δημιουργία προτεινόμενων οδηγιών σχεδιασμού φραγμάτων CFRDs μεγάλου ύψους.
Παραδοτέα έργου δημοσίως προσβάσιμα:
