ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΑΚΡΑΙΩΝ

Transcript

1 ΕΙΣΗΓΗΣΗ ΣΥΝΕ ΡΙΑΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΑΚΡΑΙΩΝ ΚΟΜΒΩΝ Ω.Σ. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ Χρ. Καραγιάννης Πολιτικός Μηχ. ΕΜΠ, ρ. Μηχ., Καθηγητής Πολυτεχνικής Σχ. ΠΘ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Όλοι οι σύγχρονοι κανονισµοί κατά τον σχεδιασµό αντισεισµικών πλαισίων από ωπλισµένο σκυρόδεµα, προβλέπουν ανελαστική απόκριση σε περίπτωση πραγµατοποίησης του σεισµού σχεδιασµού. Κατ αυτόν τον τρόπο, επιτρέπουν την ανάπτυξη έντασης που σε τµήµατα ή και στο σύνολο της κατασκευής υπερβαίνει τις τιµές των δυνάµεων σχεδιασµού. Έτσι, στα άκρα των δοκών και των υποστυλωµάτων που έχουν εισέλθει στην ανελαστική περιοχή, αναπτύσσονται οι µέγιστες δυνατές τιµές τεµνουσών δυνάµεων και ροπών. Αυτές εισάγονται στους κόµβους και θα πρέπει να µεταφερθούν στα υπόλοιπα στοιχεία που συντρέχουν σε αυτούς. Η απόκριση των κόµβων στις δράσεις αυτές, που έχουν έντονα ανακυκλιζόµενο χαρακτήρα, θα πρέπει να είναι κατά το δυνατόν χωρίς βλάβες, ελαστική. Στις περιπτώσεις που αυτό δεν είναι δυνατό και οι κόµβοι υφίστανται πλαστικές παραµορφώσεις, θα πρέπει να µπορούν να διατηρούν τη µέγιστη αντοχή τους κατά τους ανελαστικούς κύκλους παραµόρφωσης και να έχουν την ικανότητα να απορροφούν µεγάλη υστερητική ενέργεια. Με βάση παλαιότερες αντιλήψεις, οι προηγούµενοι κανονισµοί δεν έδιναν ιδιαίτερες οδηγίες για το σχεδιασµό των κόµβων αλλά θεωρούσαν αρκετό να εξασφαλιστούν τα στοιχεία που συνέτρεχαν σε αυτούς. Τα τελευταία 2 χρόνια, µε βάση τις παρατηρήσεις από τα αποτελέσµατα των διαφόρων σεισµών, έχει αναγνωρισθεί η πολύ µεγάλη επιρροή της συµπεριφοράς των κόµβων στη συνολική σεισµική απόκριση των κατασκευών. Για το λόγο αυτό έχουν γίνει σηµαντικές προσπάθειες για τη κατανόηση της συµπεριφοράς τους καθώς και για τον βέλτιστο τρόπο σχεδιασµού τους. Παρά όµως, τη συστηµατική έρευνα που ήδη έχει γίνει στον τοµέα αυτόν στις Ηνωµένες Πολιτείες, Ευρώπη, Νέα Ζηλανδία και Ιαπωνία, δεν έχει κατανοηθεί και επιλυθεί πλήρως το πρόβληµα της σεισµικής συµπεριφοράς των κόµβων, που υπό ανακυκλιζόµενη ένταση χαρακτηρίζονται από απότοµη µείωση της αντοχής, της δυσκαµψίας και της ικανότητας για απορρόφηση ενέργειας. Απόδειξη του ότι δεν έχουν διευκρινισθεί πλήρως οι παράγοντες που 1

2 επηρεάζουν τη σεισµική απόκριση των κόµβων, αποτελεί το ότι δεν υπάρχει κοινή αντίληψη και κοινώς παραδεκτό µοντέλο λειτουργίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα τη διαφορετική αντιµετώπιση που τυγχάνουν οι κόµβοι στο τρόπο σχεδιασµού τους από τους διάφορους σύγχρονους έγκυρους κανονισµούς (Eurocode 8, ACI Committee 3, ACI-ASCE Committee 318, NZS 311). Τη βάση των περισσοτέρων κανονισµών (EC8, NZS, Model Code 8) αποτελεί ένας ηµιεµπειρικός υπολογισµός ο οποίος στηρίζεται στo µοντέλο των Park & Paulay (197). Σύµφωνα µε τη θεώρηση αυτή οι τέµνουσες του κόµβου παραλαµβάνονται κατά ένα µέρος από έναν διαγώνιο θλιπτήρα σκυροδέµατος και κατά το υπόλοιπο από ένα δικτύωµα. Το δικτύωµα θεωρείται ότι σχηµατίζεται από τις οριζόντιες και κατακόρυφες ράβδους του οπλισµού του κόµβου και τις εµπλεκόµενες θλιβόµενες ράβδους που σχηµατίζονται από το ρηγµατωµένο σκυρόδεµα. Με βάση τελείως διαφορετική αντίληψη, ο έγκυρος Αµερικανικός κανονισµός (ACI) και οι συστάσεις ACI- ASCE 32 αντιµετωπίζουν το πρόβληµα του σχεδιασµού µε τη χρήση µάλλον εµπειρικών σχέσεων οι οποίες δεν βασίζονται σε θεωρητικό µοντέλο. Οι διαφορές που παρουσιάζουν οι πλέον έγκυροι σύγχρονοι κανονισµοί δεν είναι επουσιώδεις αλλά αφορούν σε βασικούς παράγοντες για το σχεδιασµό των κόµβων. Στις διαφορές αυτές περιλαµβάνονται : - το µέγεθος των διατµητικών τάσεων, - το ποσοστό των συνδετήρων στη περιοχή του κόµβου, - το µήκος αγκύρωσης των διαµήκων οπλισµών δοκών και υποστυλωµάτων µέσα στο κόµβο, - ο ικανοτικός σχεδιασµός και - ο οπλισµός για τη παραλαβή της κατακόρυφης τέµνουσας. Είναι γενικά παραδεκτό, ότι το πρόβληµα του σχεδιασµού των κόµβων δεν έχει τύχει µιας γενικά παραδεκτής αντιµετώπισης και ότι αποτελεί ακόµη αντικείµενο διαφωνίας µεταξύ των διαφόρων ερευνητών (Park 1993, 199). Στο εργαστήριο του Ωπλισµένου Σκυροδέµατος του ΠΘ γίνεται τα τελευταία χρόνια, από τον γραφoντα, µια συνεχής προσπάθεια µε σκοπό τη πειραµατική διερεύνηση των παραµέτρων που επηρεάζουν τη συµπεριφορά ακραίων κόµβων από ωπλισµένο σκυρόδεµα και που αποτελούν διεθνώς αντικείµενο έρευνας και επιστηµονικής διαφωνίας. Μέρος των αποτελεσµάτων περιλαµβάνονται στη παρούσα εισήγηση, στην οποία για τη πληρότητα του θέµατος, γίνονται και αναφορές σε πειραµατικά αποτελέσµατα άλλων ερευνητών. Παρουσιάζονται και σχολιάζονται πειραµατικά αποτελέσµατα σχετικά µε την επιρροή των εξής παραµέτρων στην συµπεριφορά των κόµβων : - Το ποσοστό των κλειστών οριζοντίων συνδετήρων στο σώµα του κόµβου. - Η αποτελεσµατικότητα της χρήσης πλευρικών κατακορύφων οπλισµών ως διατµητικών οπλισµών κόµβου (για τη παραλαβή της κατακόρυφης τέµνουσας). - Η αποτελεσµατικότητα της χρήσης οπλισµών σε µορφή Χ εντός του κόµβου, είτε ως αυτοδύνα- µου οπλισµού του κόµβου είτε σε συνδυασµό µε οριζόντιους συνδετήρες. - Η αποτελεσµατικότητα της χρήσης συνεχούς σπειροειδούς οπλισµού στο υποστύλωµα και την περιοχή του κόµβου. - Η επιρροή της επάρκειας της αγκύρωσης των διαµήκων οπλισµών της δοκού στην απόκριση και κυρίως την µορφή αστοχίας των κόµβων. - Η επιρροή της πλάκας και της εγκάρσιας δοκού στην απόκριση του κόµβου. - Η επιρροή της καταπόνησης του κόµβου κατά τη πρώιµη ηλικία του σκυροδέµατος στη τελική ικανότητα του κόµβου. Η πειραµατική διάταξη και η γενική µορφή και γεωµετρία των κόµβων που εξετάζονται φαίνονται στο σχ. 1. Τα ειδικώτερα χαρακτηριστικά των δοκιµίων, συµπεριλαµβανοµένων των οπλισµών και των κυριωτέρων πειραµατικών αποτελεσµάτων, φαίνονται κατά περίπτωση, στους πίνακες 1 και 2. 2

3 ΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΚΟΜΒΟΥ ΚΑΙ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΙ ΣΥΝ ΕΤΗΡΕΣ Από τα σηµαντικά θέµατα σχετικά µε την ασφάλεια των κατασκευών είναι η πιθανή ψαθυρή αστοχία των κόµβων υπό ανακυκλιζόµενη διατµητική ένταση. Το επίπεδο της αποδεκτής διατµητικής τάσης κατά τον σχεδιασµό, ώστε ο κόµβος να εξασφαλίζεται έναντι ψαθυρής διατµητικής αστοχίας του σώµατος του κόµβου, είναι βασικό θέµα έρευνας αλλά και διαφωνίας µεταξύ ερευνητών και κανονισµών. πλαίσιο φόρτισης N υδραυλική πρέσα c ηλεκτρονικό δυναµόµετρο LVDT υδραυλική πρέσα ηλεκτρονικό δυναµόµετρο 1.9 P LVDT LVDT Σχήµα 1. Πειραµατική διάταξη δοκιµής εξωτερικών κόµβων υπό ανακυκλιζόµενη φόρτιση Οι διατµητικές δυνάµεις που εισάγονται στο σώµα του κόµβου σύµφωνα µε το επικρατέστερο µοντέλο (Park & Paulay 197, Paulay & Priestley 1992) µεταφέρονται (i) κατά ένα µέρος µε µια διαγώνια θλιπτική αντηρίδα σκυροδέµατος που φαίνεται να σχηµατίζεται µεταξύ των απέναντι γωνιών (διαγωνίως) του κόµβου και (ii) κατά ένα µέρος από ένα µηχανισµό δικτυώµατος που σχηµατίζεται από τους οριζόντιους οπλισµούς (συνδετήρες), τους κατακόρυφους οπλισµούς και τους µεταξύ τους θλιπτήρες που προέρχονται από τη ρηγµατωµένη θλιβόµενη ζώνη του σκυροδέµατος. Είναι φανερό ότι και οι δύο µηχανισµοί µεταφοράς της τέµνουσας µέσα από το σώµα του κόµβου εξαρτώνται από την αντοχή του σκυροδέµατος. Έστω V jh και V jv η οριζόντια και η κατακόρυφη τέµνουσα του κόµβου, αντίστοιχα. Τότε οι αναπτυσσόµενες τάσεις τ και σ στο σώµα του κόµβου είναι : τ = Vjh ( hcbc) και σ = Vjv ( hcbc). Ο υπολογισµός των τεµνουσών V jh και V jv έχει ιδιαίτερη σηµασία τόσο για την εκτίµηση της διατµητικής τάσης τ όσο και για τον υπολογισµό των απαιτουµένων οριζοντίων (συνδετήρων) και κατακόρυφων οπλισµών. Παρ όλα αυτά, δεν υπάρχει απόλυτη συµφωνία στο τρόπο υπολογισµού των V jh και V jv, αλλά χρησιµοποιούνται διάφορες σχέσεις (Paulay & Priestley 1992, EC8 1994, EC8 23, NZS 311:1982, ACI 318-9) και από τις σχέσεις αυτές προκύπτουν αντίστοιχα διαφορετικές τιµές τόσο για τη διατµητική τάση τ, όσο και τους απαιτουµένους οπλισµούς. Ο EC8 (23) προτείνει για εξωτερικούς κόµβους τη σχέση Vjhd = γ RdAs1 f yd Vc όπου V c η τέµνουσα του υποστυλώµατος από τους συνδυασµούς µε σεισµό, και πρέπει να ισχύει για το V.8 ηf 1 ν η b h όπου η=.6(1-f ck /2), ν d η ανηγµένη αξονική του κόµβο jhd ( cd d ) j c 3

4 υποστυλώµατος πάνω από τον κόµβο και b j =min(b c, b w +h c /2) για (b c b w ). Ο υπολογισµός του οπλισµού του κόµβου γίνεται µε βάση τη σκέψη ότι χρειάζονται οριζόντιοι και κατακόρυφοι οπλισµοί περίσφιξης (συνδετήρες) για να περιορισθεί η µέγιστη διαγώνια εφελκυστική τάση του σκυροδέµατος maxσ ct έτσι ώστε maxσ ct < f ctd. Αν δεν υπάρχει ακριβέστερο µοντέλο υπολογισµού γίνεται δεκτό ότι η απαίτηση αυτή µπορεί να εξασφαλισθεί µόνο µε οριζόντιους συνδετήρες οι 2 A shf ywd ( Vjhd b jh jc ) οποίοι ικανοποιούν τη σχέση f ctd και έχουν διάµετρο τουλάχιστον Φ6. b jh jw f ctd + ν df cd Εναλλακτικά κατά τον EC8, αρκεί να τοποθετούνται οριζόντιοι συνδετήρες οι οποίοι να εξασφαλίζουν την ακεραιότητα του κόµβου µετά την διαγώνια ρηγµάτωση και αυτό επιτυγχάνεται A f γ A f 1. 8ν εφ όσον ικανοποιείται η σχέση ( ) sh ywd Rd s2 yd d. Ειδικό µοντέλο για της µέγιστης αντοχής κόµβων έχει προταθεί από τους Tsonos & Papanikolaou (23). Με αυτό είναι δυνατή η πρόβλεψη του τρόπου αστοχίας του κόµβου µε βάση το λόγο γ cal /γ ult όπου γ = τ f c. Εφ όσον ο λόγος αυτός είναι. τότε στο σύνολο των περιπτώσεων που εξετάσθηκαν η αστοχία ήταν καµπτική µε δηµιουργία άρθρωσης στη δοκό. Παρουσιάζονται αποτελέσµατα από πειραµατική παραµετρική διερεύνηση ακραίων κόµβων µε διαφορετικούς οπλισµούς. Το ιστορικό φόρτισης περιλαµβάνει πλήρεις κύκλους φόρτισης µε συνεχώς αυξανόµενες παραµορφώσεις (αύξηση κατά 2.mm/κύκλο). Στο σχ. 2α παρουσιάζονται τα µέγιστα φορτία των κύκλων φόρτισης δοκιµίου χωρίς συνδετήρες στο σώµα του κόµβου (δοκίµιο J, ρ h =), δοκιµίου µε 1 συνδετήρα (J1, ρ = 6. h ) και µε 2 συνδετήρες (J2, ρ = 13.1 h ) για α=μ Rc /M Rb =1. (σχ. 2α). Κατά ACI ο αντίστοιχος δείκτης είναι M ΣM ΣM = 2.. r = Rc Rb Load (kn) J J2 Displacement (mm) Load (kn) J1b J1Vb JV J ρ = J1V J1 ρ =.6% J2 ρ = 1.31% J2V ρ =.6% J2Vb ρ = 1.31% J2b Loading cycle α. Κόµβοι µε α = M Rc /M Rb = 1 β. Κόµβοι µε α = Loading cycle Σχήµα 2. Μέγιστες τιµές φορτίου κύκλων φόρτισης. Επιρροή του ποσοστού των οριζόντιων συνδετήρων ε- ντός του κόµβου στα µέγιστα φορτία των κύκλων. Επίσης εξετάζεται η επιρροή των κατακορύφων πλευρι κών οπλισµών στην ικανότητα παραλαβής φορτίου. Φαίνεται ότι οι οπλισµοί αυτοί δεν συνεισφέρουν σηµαντικά στην ικανότητα του κόµβου. Στο σχ. 2β παρουσιάζονται αποτελέσµατα ενός δοκιµίου µε 1 συνδετήρα (J1b) και ενός δοκιµίου µε 2 συνδετήρες (J2b) στη περιοχή του κόµβου αλλά µε α=μ Rc /M Rb =.67 (ισχυρή δοκός), και M r =1.34 (ACI). Τα χαρακτηριστικά όλων των δοκιµίων αλλά και στοιχεία της απόκρισής τους δίνονται στον Πιν. 1 (Karayannis et al 199, 1998). Το δοκίµιο J χωρίς διατµητικό οπλισµό 4

5 Κόµβος J, ρ h = Κόµβος J1s, ρ = 3 h Κόµβος J2s, ρ = 6 h Κόµβος J3s, = 9 Displacement (mm) Load (kn) Κύκλοι 1 Displacement (mm) Κύκλοι J1 J2 J J J1s J2s J3s - -1 J3 J J1 J2 J1 J J2 J1 Load (kn) J3 J J1 J2 Displacement (mm) ρ h J J Σχήµα 3. Εξετάζεται η επιρροή των συνδετήρων σε κόµβους µε, 1, 2 και 3 συνδετήρες στο σώµα του κόµβου. Οι κόµβοι υποβάλλονται σε ανακυκλιζόµενη αυξανόµενη φόρτιση µε δύο πλήρεις κύκλους ανά βήµα φόρτισης.

6 (ρ h =), µε διατµητική τάση τ 4.MPa (κατά EC8 23), παρουσίασε πλήρη αστοχία του σώµατος του κόµβου σε 6 πλήρεις κύκλους αυξανόµενης φόρτισης, το δοκίµιο J1 µε ρ = 6. h εµφάνισε βλάβες στον κόµβο αλλά και στη δοκό και τελικά έφθασε σε κατάσταση αστοχίας µετά από 17 κύκλους φόρτισης, τέλος το δοκίµιο J2 µε ρ = 13.1 h θεωρείται ότι είχε την επιθυµητή συµπεριφορά δεδοµένου ότι σχηµατίσθηκε πλαστική άρθρωση στη δοκό ενώ οι βλάβες στο κόµβο περιορίσθηκαν σε ελάχιστες ρωγµές και η αστοχία συνέβη µετά από 2 πλήρεις κύκλους φόρτισης. Ως αστοχία και τέλος των πειραµάτων θεωρήθηκε σε όλες τις περιπτώσεις ο κύκλος φόρτισης µε πτώση φορτίου στο 3% περίπου του µεγίστου. Τα δοκίµια J1b και J2b (µε ρ = 6. h και ρ = 13.1 h, αντίστοιχα) και α=.67 (ισχυρή δοκός) παρουσίασαν πλήρη αστοχία του σώµατος του κόµβου σε 8 πλήρεις κύκλους αυξανόµενης φόρτισης το πρώτο και σε 16 το δεύτερο (σχ. 2β και Πιν. 1). Η διατµητική τάση του κόµβου στα δοκίµια J1b και J2b είναι περίπου τ 6.MPa (κατά EC8 23). Ακόµη, η επιρροή των οριζοντίων συνδετήρων µελετάται µε επιβολή διαφορετικού ιστορικού ανακυκλιζόµενης φόρτισης στα δοκίµια J, J1s, J2s και J3s του Πίν. 2 (Καραγιάννης κ.ά. 23). Αυτό το ιστορικό φόρτισης περιλαµβάνει ανακυκλιζόµενη καταπόνηση µε αυξανόµενο εύρος µετατόπισης (στο άκρο της δοκού του δοκιµίου) και δύο πλήρεις κύκλους ανά βήµα φόρτισης (σχ. 3). Οι µετατοπίσεις στα 6 βήµατα της φόρτισης ήταν ± 6, ± 1, ± 2, ± 4, ± 6 και ± 8mm. Η διατµητική τάση στα δοκίµια ήταν τ 1.6MPa. Στο δοκίµιο J οι βλάβες υπό µορφήν έντονης ρηγµάτωσης παρουσιάσθηκαν από νωρίς στη περιοχή του κόµβου, όπου και παρέµειναν µέχρι τέλους. Στο 2ο βήµα της φόρτισης (µετακίνηση ± 1) εµφανίσθηκε µεγάλη διαγώνια ρωγµή στο σώµα του κόµβου και το φορτίο άρχισε κατόπιν να µειώνεται (σχ. 3). Στο 2ο κύκλο του 4ου βήµατος ( ± 4) η ικανότητα του κόµβου να αναλαµβάνει φορτία µειώθηκε στο 3% του µεγίστου και η δοκιµή σταµάτησε. Στο δοκίµιο J1s, µε ρ h =3, οι βλάβες επίσης εντοπίζονται στο σώµα του κόµβου, όµως η ικανότητα παραλαβής φορτίων διατηρήθηκε µέχρι το βήµα ± 6, οπότε παρατηρήθηκε αποκόλληση τµήµατος του σκυροδέµατος της πίσω πλευράς, η οποία δέχθηκε εσωτερικές τάσεις (ωθήσεις) από την αγκύρωση των διαµήκων οπλισµών της δοκού. Ρηγµατώσεις παρατηρήθηκαν και στη δοκό. Στο δοκίµιο J2s, µε 2 συνδετήρες στο κόµβο (ρ h =6 ), οι βλάβες παρουσιάζονται στη περιοχή του κόµβου και στη δοκό στη περιοχή της ένωσης µε τον κόµβο. Σταδιακά όµως σηµαντικές βλάβες αναπτύχθηκαν και στη περιοχή της ένωσης του κάτω υποστυλώµατος µε τον κόµβο. Ο κόµβος διατήρησε το φορτίο µέχρι το βήµα ± 6 (2ο κύκλο) οπότε παρατηρήθηκε αποκόλληση του σκυροδέµατος της πίσω πλευράς του κόµβου και σταδιακή αστοχία της αγκύρωσης των διαµήκων οπλισµών της δοκού. Τέλος, στο δοκίµιο J3s, µε 3 συνδετήρες στη περιοχή του κόµβου (ρ h =9 ), οι βλάβες παρουσιάσθηκαν και επικεντρώθηκαν στη δοκό, ενώ το σώµα το κόµβου έµεινε ανέπαφο. Το δοκίµιο διατήρησε την ικανότητα παραλαβής φορτίου ακόµη και σε µεγάλες µετατοπίσεις ( ± 8) (σχ. 3). ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΙ ΟΠΛΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΟΜΒΟΥ Στο σχεδιασµό των κόµβων, σηµαντική διαφορά µεταξύ των σύγχρονων αντισεισµικών κανονισµών, υπάρχει στη βαρύτητα που δίδεται σχετικά µε τη τοποθέτηση κατακορύφων ράβδων ως οπλισµού κόµβου αλλά και στο τρόπο υπολογισµού του. Ειδικώτερα : - Ο Ευρωκώδικας 8 (ΕC8 1993, 23) ορίζει ότι ο κατακόρυφος οπλισµός (A sv ) που διέρχεται 2 h jc µέσα από τον κόµβο θα πρέπει να ικανοποιεί τη σχέση Asv Ash όπου A sh είναι ο 3 h jw οριζόντιος οπλισµός και h jc, h jw το πλάτος και το ύψος του πυρήνα του κόµβου. 6

7 - Ο κανονισµός της Νέας Ζηλανδίας (ΝΖS 311:82) και ο Model Code της CEB (MC-SD8) απαιτούν κατακόρυφους οπλισµούς µε συνολική διατοµή V sv /f y, όπου V sv η συνεισφορά του µοντέλου του δικτυώµατος στη παραλαβή της κατακόρυφης τέµνουσας του κόµβου και f y το όριο διαρροής του χάλυβα. - Σε αντίθεση µε τα προηγούµενα, σύµφωνα µε τον Αµερικανικό Κανονισµό (ACI ) και τις συστάσεις ACI-ASCE 32, δεν απαιτείται υπολογισµός για τον κατακόρυφο οπλισµό του κόµβου. Με σκοπό τη διερεύνηση της συνεισφοράς του κατακόρυφου οπλισµού στην ικανότητα των (ακραίων) κόµβων κατασκευάσθηκαν τα δοκίµια JV, J1V και J2V τα οποία έχουν τα ίδια ακριβώς χαρακτηριστικά µε τα δοκίµια J, J1 και J2, αντιστοίχως, µε µόνη διαφορά ότι σε αυτά έχουν τοποθετηθεί επί πλέον δύο κατακόρυφες ράβδοι (2Φ1) στο κόµβο (Πιν. 1). Οι πρόσθετες ράβδοι έχουν τοποθετηθεί πλευρικά µεταξύ των οπλισµών που υπάρχουν στις γωνίες. Επίσης, κατασκευάσθηκαν άλλα δύο δοκίµια κόµβου τα J1Vb, J2Vb όµοια µε τα J1b, J2b, αντίστοιχα, µε µόνη διαφορά ότι σε αυτά έχουν τοποθετηθεί επί πλέον δύο κατακόρυφες ράβδοι (2Φ1) στο κόµβο (Πιν. 1). Στη πρώτη οµάδα κόµβων εξετάζεται η επιρροή των κατακορύφων οπλισµών σε κόµβους µε τ 4.MPa και α=1. για ρ h =, 6. και 13.1 και στη δεύτερη σε κόµβους µε τ 6.MPa και α=.67 για ρ h =6. και Το ιστορικό φόρτισης περιλαµβάνει πλήρεις κύκλους φόρτισης µε συνεχώς αυξανόµενες παραµορφώσεις (αύξηση κατά 2.mm/κύκλο). Στο σχ. 1α παρουσιάζονται τα µέγιστα φορτία των κύκλων φόρτισης της πρώτης οµάδας κόµβων και στ σχ. 1β της δεύτερης. Σε όλες τις περιπτώσεις γίνεται αµέσως φανερό ότι η ύπαρξη των προσθέτων κατακορύφων πλευρικών οπλισµών (2Φ1) δεν βελτίωσαν καθόλου την ικανότητα των κόµβων για παραλαβή φορτίου αλλά ούτε και τον αριθµό των κύκλων φόρτισης µέχρι τη κατάσταση αστοχίας (Karayannis et al 1998). Τα πειραµατικά αυτά αποτελέσµατα και τα συµπεράσµατα που εξάγονται από αυτά είναι σε απόλυτη συµφωνία µε τα συµπεράσµατα από παράλληλες εργασίες άλλων ερευνητών (Tsonos 2). Ο µηχανισµός του δικτυώµατος στο µοντέλο των Park & Paulay (197) σχηµατίζεται από τους οπλισµούς και από πολλούς θλιπτήρες σκυροδέµατος. Κάθε θλιπτήρας σκυροδέµατος είναι σε θέση να µεταφέρει θλίψη προερχοµένη από τις κοµβικές τέµνουσες µε την προϋπόθεση ότι στις στηρίξεις του ασκείται δύναµη αντίδρασης προερχοµένη από τη περίσφιξη του πυρήνα. Αυτό φαίνεται ότι γίνεται ικανοποιητικά µε τους οριζόντιους συνδετήρες ενώ δεν αναπτύσσονται οι απαραίτητες αντιδράσεις στις στηρίξεις των θλιπτήρων στη περίπτωση των κατακορύφων ράβδων διατµητικού οπλισµού. Με βάση αυτή τη σκέψη ο Tsonos (2) τοποθέτησε σε δοκίµια εξωτερικών κόµβων ως κατακόρυφο διατµητικό οπλισµό αντί για ευθύγραµµες ράβδους κατακόρυφους συνδετήρες. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα προέκυψε ότι οι κατακόρυφοι συνδετήρες παρέλαβαν περίπου το 8% της κατακόρυφης τέµνουσας του κόµβου και έτσι αποτελούν µια πολύ πιο αποτελεσµατική αντιµετώπιση της κατακόρυφης τέµνουσας από τη χρήση ενδιαµέσων πλευρικών κατακορύφων ράβδων. ΟΠΛΙΣΜΟΙ ΜΟΡΦΗΣ Χ ΣΤΟ ΣΩΜΑ ΤΟΥ ΚΟΜΒΟΥ Η ανακυκλιζόµενη διατµητική καταπόνηση που υφίστανται οι κόµβοι κατά τη διάρκεια µιας σεισµικής καταπόνησης έχουν ως αποτέλεσµα τη δηµιουργία λοξών διαγωνίων ρωγµών και κατά τις δύο διευθύνσεις. Οι ρωγµές αυτές όταν δεν υπάρχουν συνδετήρες µέσα στον κόµβο σχηµατίζονται από τους πρώτους κύκλους της καταπόνησης, είναι ιδιαίτερα εµφανείς και συνήθως σχηµατίζουν το σχήµα Χ επί της επιφάνειας του σώµατος του κόµβου (σχ. 4 κόµβος J). Η πιο απλή αντιµετώπιση µιας τέτοιας καταπόνησης είναι η τοποθέτηση οπλισµού µορφής Χ έτσι ώστε 7

8 οι οπλισµοί να συναντούν καθέτως τις ρωγµές που πρόκειται να εµφανισθούν και να µην επιτρέψουν τη δηµιουργία τους ή την διεύρυνσή τους. Με βάση τις παραπάνω σκέψεις κατασκευάσθηκαν δοκίµια ακραίου κόµβου στα οποία τοποθετήθηκαν ως οπλισµός κόµβου Χιαστί ράβδοι (Karayannis et al 1998). Τα δοκίµια χωρίζονται σε δύο οµάδες, στη πρώτη οµάδα όλα τα δοκίµια έχουν α=μ Rc /M Rb =1. ενώ στη δεύτερη α=.67 (ισχυρή δοκός). Η πρώτη οµάδα περιλαµβάνει το δοκίµιο JX που έχει ως οπλισµό Load (kn) J2 JX JX2 J2 JX1 Displacement (mm) Ανακυκλιζόµενη φόρτιση µε αυξανόµενη παραµόρφωση (κατά 2.mm/κύκλο) 4 J1 α = M Rc /M Rb 2 J α. Κόµβοι µε α = 1 Loading cycle κύκλοι φόρτισης JX1b JXb Load (kn) 1 8 J1b JX2b JXb J2b JX1b β. Κόµβοι µε α =.67 Loading cycle κύκλοι φόρτισης Σχήµα 4. Μέγιστες τιµές φορτίου κύκλων φόρτισης. Παρουσιάζονται πειραµατικά αποτελέσµατα για τη χρήση οπλισµών που τοποθετούνται σε µορφή Χ εντός του κόµβου στην ικανότητα αυτών των στοιχείων. Το ιστορικό φόρτισης περιλαµβάνει πλήρεις κύκλους φόρτισης µε συνεχώς αυξανόµενη παραµόρφωση. Αποδεικνύεται ότι η χρήση αυτών των οπλισµών (2Χ 1) είτε ως αυτοδύνα- µος οπλισµός κόµβου (κόµβοι JX και JXb), είτε σε συνδυασµό µε συνδετήρες (κόµβοι JX1, JX2, JX1b και JX2b) είναι πολύ αποτελεσµατική για την συνολική ικανότητα του κόµβου. 8

9 κόµβου µόνον Χιαστί οπλισµό (2ΧΦ1), το δοκίµιο JX1 που έχει Χιαστί οπλισµό και 1 συνδετήρα (ρ h =6. ) στο σώµα του κόµβου και το δοκίµιο JX2 που έχει Χιαστί οπλισµό και 2 συνδετήρες (ρ h =13.1 ) στο σώµα του κόµβου. Η δεύτερη οµάδα έχει τα δοκίµια JXb, JX1b, JX2b που έχουν όλα Χιαστί οπλισµό (2ΧΦ1) και επί πλέον ο πρώτος δεν έχει συνδετήρες, ο δεύτερος έχει 1 και ο τρίτος 2 συνδετήρες στο κόµβο. Όλα τα δοκίµια υποβλήθηκαν σε πλήρεις κύκλους φόρτισης µε συνεχώς αυξανόµενες παραµορφώσεις (αύξηση κατά 2.mm/κύκλο), όπως και τα αντίστοιχα δοκίµια χωρίς Χιαστί οπλισµούς. Το δοκίµιο JX παρουσίασε µικρές ρωγµές στο κόµβο αλλά τελικά η βλάβη δηµιουργήθηκε στη δοκό όπου και σχηµατίσθηκε πλαστική άρθρωση. Το δοκίµιο έφθασε σε κατάσταση αστοχίας µετά από 2 πλήρεις κύκλους φόρτισης. Τα δοκίµια JX1 και JX2 δεν παρουσίασαν καµµία βλάβη στο σώµα του κόµβου αλλά σχηµάτισαν πλαστική άρθρωση κατ ευθείαν στην δοκό και έφθασαν σε αστοχία µετά από 32 πλήρεις κύκλους φόρτισης (Πίν. 1). Από τη δεύτερη οµάδα δοκιµίων, µε την ισχυρή δοκό (α=.67), το JXb παρουσίασε βλάβες και στο σώµα του κόµβου και στη δοκό ενώ έφθασε σε αστοχία µετά από 18 κύκλους φόρτισης, οµοίως και το JX1b αλλά έφθασε σε αστοχία µετά 24 κύκλους φόρτισης ενώ το JX2b υπέστη βλάβες στη δοκό όπου και σχηµατίσθηκε πλαστική άρθρωση (αστοχία σε 32 κύκλους φόρτισης). Η συµπεριφορά όλων των δοκιµίων µε Χιαστί οπλισµό στο σώµα του κόµβου θα πρέπει να θεωρηθεί ως εξαιρετική αφού ο οπλισµός προστάτευσε σε µεγάλο βαθµό το σώµα του κόµβου, ενώ η βλάβη εντοπίσθηκε τελικά στη δοκό, υπό µορφή πλαστικής άρθρωσης. Στα σχ. 4α και β παρουσιάζονται οι µέγιστες τιµές των κύκλων φόρτισης των δοκιµίων της πρώτης (α=1.) και της δεύτερης οµάδας (α=.67) δοκιµίων, αντίστοιχα. Στα ίδια σχήµατα 3α και β γίνεται και σύγκριση µε τη συµπεριφορά των αντιστοίχων δοκιµίων χωρίς τους Χιαστί οπλισµούς. Από τη σύγκριση φαίνεται ότι κόµβος µε µόνο Χιαστί οπλισµό (χωρίς συνδετήρες) είχε παρόµοια συµπεριφορά µε τον αντίστοιχο κόµβο µε 2 συνδετήρες (ρ h =13.1 ) στο κόµβο για α=1. (σχ. 4α) και για α=.67 (σχ. 4β). ΣΠΕΙΡΟΕΙ ΗΣ ΟΠΛΙΣΜΟΣ ΣΤΟ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑ ΚΑΙ ΣΤΟΝ ΚΟΜΒΟ Είναι γνωστό ότι η χρήση συνεχούς σπειροειδούς οπλισµού σε στοιχεία ωπλισµένου σκυροδέµατος µε κυκλική διατοµή βελτιώνει σηµαντικά την αντοχή και την πλαστιµότητα του σκυροδέµατος και κατ επέκταση τη συνολική σεισµική ικανότητα και συµπεριφορά του δοµικού στοιχείου (Park & Paulay 197). Η επέκταση της χρήσης του συνεχούς σπειροειδούς οπλισµού και σε δοµικά στοιχεία µε ορθογωνική διατοµή αποτελεί κατ αρχήν, µια πολλά υποσχόµενη ιδέα (Καραγιάννης κ.ά. 23β). εδοµένου ότι η ικανότητα και η συµπεριφορά των κόµβων επηρεάζεται από πολλά φαινόµενα, όπως µηχανισµοί µεταφοράς τέµνουσας, διάτµηση σκυροδέµατος, θλίψη σκυροδέµατος, πλαστιµότητα, συνάφεια οπλισµών και σκυροδέµατος και κόπωση (Paulay & Priestley 1992, Karayannis et al 1998, Karayannis & Sirkelis 22, 23), είναι φανερό ότι οποιαδήποτε βελτίωση της συµπεριφοράς των υλικών έναντι των παραπάνω εντατικών καταστάσεων ή φαινοµένων θα συντελούσε και στη βελτίωση της συνολικής συµπεριφοράς του κόµβου. Με βάση, λοιπόν, τη σκέψη ότι η εφαρµογή του συνεχούς σπειροειδούς οπλισµού συνεισφέρει στη βελτίωση όλων των παραπάνω, σε διαφορετικό βέβαια βαθµό, αναµένεται τελικά, ότι η χρήση του στην περιοχή των κόµβων θα βελτιώσει τη συνολική συµπεριφορά των στοιχείων αυτών. Προς το σκοπό αυτό εξετάσθηκαν πειραµατικά 7 δοκίµια κόµβου (J, J1s, J1sp, J2s, J2sp, J3s, J3sp) τα χαρακτηριστικά των οποίων δίδονται στον Πίν. 2 (Καραγιάννης κ.ά. 23β, Καραγιάννης & Σιρκελής 23). Η διαφορά των δοκιµίων βρίσκεται στη µορφή και το ποσοστό εγκάρσιου οπλισµού των υποστυλωµάτων και της περιοχής της ένωσης δοκού υποστυλώµατος. Έχουν 9

10 J1s J1sp οκίµιο J1s Ένας συνδετήρας στο κόµβο οκίµιο J1sp Μία σπείρα συνεχούς οπλισµού Σχήµα. Συνεχής σπειροειδής οπλισµός ως οπλισµός κόµβου. Το δοκίµιο J1s έχει έναν συνδετήρα ενώ το J1sp έχει στο κόµβο µία σπείρα. Η ποσότητα του διατµητικού οπλισµού στο σώµα του κόµβου είναι ίση στα δύο δοκίµια ( ρ = 3 h ). Στο τέλος της δοκιµής µε ίδιο ιστορικό ανακυκλιζόµενης φόρτισης το J1s παρουσιάζει σηµαντική αποδιοργάνωση του πίσω µέρους του κόµβου, πιθανώς λόγω της ώθησης των αγκυρώσεων, και διατµητικού τύπου αστοχία του κόµβου. Αντιθέτως, στο J1sp οι βλάβες επικεντρώθηκαν στην ένωση της δοκού µε τον κόµβο, όπου τελικά δηµιουργήθηκε άρθρωση. Η αστοχία είναι καµπτικού χαρακτήρα και δεν θίγει τον κόµβο (επιθυµητός τύπος). τοποθετηθεί εγκάρσιοι οπλισµοί σε όλο το υποστύλωµα και τη περιοχή του κόµβου ίσοι µε 8/ στο δοκίµιο J1s, 8/1 στο δοκίµιο J2s και 8/7. στο δοκίµιο J3s µε την µορφή µεµονωµένων ορθογωνικών συνδετήρων (πρώτη οµάδα). Κατ αντιστοιχίαν στα δοκίµια της δεύτερης οµάδας ως εγκάρσιος οπλισµός του υποστυλώµατος και της περιοχής του κόµβου τοποθετήθηκε συνεχής σπειροειδής οπλισµός. Σε αυτά η απόσταση των σπειρών ήταν ανά cm στο δοκίµιο J1sp, 1 cm στο δοκίµιο J2sp και 7. cm στο δοκίµιο J3sp. Επίσης κατασκευάστηκε και ένα δοκίµιο ελέγχου, J, στο οποίο τοποθετήθηκε εγκάρσιος οπλισµός 8/ από κοινούς συνδετήρες στο υποστύλωµα εκτός από την περιοχή του κόµβου η οποία δεν έχει καθόλου εγκάρσιο οπλισµό. Όλα τα δοκίµια υποβλήθηκαν στην ίδια εναλλασσόµενη καταπόνηση µε αυξανόµενο εύρος παραµόρφωσης και δύο κύκλους φόρτισης ανά βήµα φόρτισης. Η παραµόρφωση (βύθιση του άκρου της δοκού σχήµα 1) ήταν ανά βήµα φόρτισης ±6, ±1, ±2, ±4, ±6 και ±8 mm. Από τις περιπτώσεις που εξετάσθηκαν παρατηρήθηκε ότι στους κόµβους που είχαν 1 ή 2 εγκάρσιους οπλισµούς στο σώµα του κόµβου η µορφή και η γενική απόκριση των δοκιµίων µε σπειροειδή οπλισµό ήταν διαφορετική από εκείνη των δοκιµίων µε µεµονωµένους συνδετήρες (σχ. και 6). Στα δοκίµια µε σπειροειδή οπλισµό (δοκίµια J1sp και J2sp) οι βλάβες εµφανίστηκαν και επικεντρώθηκαν µόνο στην περιοχή ένωσης της δοκού µε τον κόµβο ενώ το κυρίως σώµα του κόµβου παρέµεινε σχεδόν ανέπαφο. Αντίθετα στους κόµβους που χρησιµοποιήθηκαν κοινοί συνδετήρες (J1s, J2s) η βλάβη επεκτάθηκε στο σώµα του κόµβου όπου παρατηρήθηκε αστοχία της αγκύρωσης των οπλισµών της δοκού µε σταδιακή αποκόλληση µεγάλου µέρους του οπισθίου τµήµατος του κόµβου και ταυτόχρονη διαγώνια διατµητική ρηγµάτωση και αστοχία ψαθυρού χαρακτήρα (φωτ. των σχηµάτων και 6). Ακόµη, κατασκευάσθηκε ένα δοκίµιο µε σπειροειδή οπλισµό, το οποίο στη περιοχή του κόµβου είχε 2 σπείρες τοποθετηµένες, όµως, κατ αντίθετη φορά η µία προς την άλλη (δοκίµιο J1Dsp στο σχ. 7). Η συµπεριφορά αυτού του δοκιµίου ήταν καλλίτερη από εκείνη του δοκιµίου µε 2 σπείρες στη περιοχή του κόµβου (J2sp) καθώς και του δοκιµίου µε 2 συνδετήρες στο κόµβο (J2s), όπως φαίνεται στο σχ. 7. 1

11 J2s J2sp Κόµβος J, ρ = Κόµβος J2s, ρ = 6 h Κόµβος J1sp, = 6 Load (kn) Displacement (mm) J2sp J2 J J J J2 J2sp Aπορροφούµενη ενέργεια (knmm) ος 2ος κύκλος κύκλος 1ο βήµα φόρτισης ο βήµα φόρτισης ο βήµα φόρτισης 6 7 4ο βήµα φόρτισης 8 J2s J2sp o βήµα φόρτισης Τιµές δείκτη βλάβης ος 2ος κύκλος κύκλος 1ο βήµα φόρτισης α. Μέγιστα φορτία 1ου κύκλου φόρτισης β. Απορροφούµενη ενέργεια γ. είκτης βλάβης κατά Park & Ang (198) Σχήµα 6. Εξετάζεται η αποτελεσµατικότητα της χρήσης του συνεχούς σπειροειδούς οπλισµού ως οπλισµού κόµβου. Το δοκίµιο J2s έχει 2 συνδετήρες στον ενώ το J2sp έχει 2 σπείρες συνεχούς οπλισµού (ίση ποσότητα οπλισµού µε το J2s). Ο J2s παρουσίασε ρωγµές στο πίσω του κόµβου, διατµητικές ρωγµές στο σώµα του κόµβου και βλάβες στο κάτω υποστύλωµα. Στη περίπτωση του J2sp η βλάβη περιορίσθηκε κυρίως στη δοκό και είχε καµπτικό χαρακτήρα ο βήµα φόρτισης ο βήµα φόρτισης ρ h 6 7 4ο βήµα φόρτισης 8 J2s J2sp o βήµα φόρτισης 11

12 J2s οκίµιο J2s ύο συνδετήρες στο κόµβο J2sp J1Dsp οκίµιο J2sp ύο σπείρες στο κόµβο οκίµιο J1Dsp ύο αντίθετες σπείρες στο κόµβο Σχήµα 7. Συνεχής σπειροειδής οπλισµός ως οπλισµός κόµβου. Το δοκίµιο J2s έχει δύο συνδετήρες ως οπλισµό κόµβου, το J2sp έχει δύο σπείρες συνεχούς οπλισµού ως διατµητικό οπλισµό κόµβου ενώ το J1Dsp έχει δύο σπείρες συνεχούς οπλισµούς τοποθετηµένες µέσα στο κόµβο κατ αντίθετη φορά η µια προς την άλλη. Τα τρία δοκίµια έχουν ίση ποσότητα διατµητικού οπλισµού µέσα στο κόµβο ( ρ = 6 h ). Τα δοκίµια υπέστησαν το ίδιο ιστορικό αυξανόµενης ανακυκλιζόµενης φόρτισης µε δύο πλήρεις κύκλους ανά βήµα φόρτισης. Ο J2s παρουσίασε σηµαντικές βλάβες στο πίσω µέρος του κόµβου, οι βλάβες επεκτάθηκαν µέσα στο κόµβο αλλά και στο κάτω υποστύλωµα. Ο κόµβος J2sp παρουσίασε λίγες βλάβες στο πίσω µέρος του κόµβου αλλά η τελική µορφή αστοχίας είχε πλάστιµο καµπτικό χαρακτήρα και δηµιουργήθηκε άρθρωση στη δοκό. Το δοκίµιο J1Dsp είχε άριστη απόκριση δεδοµένου ότι ο κόµβος στο τέλος της φόρτισης δεν παρουσίασε βλάβες ενώ δηµιουργήθηκε άρθρωση στη δοκό. Στη περίπτωση όπου η ποσότητα του διατµητικού οπλισµό αυξήθηκε αρκετά (3 συνδετήρες και 3 σπείρες στα δοκίµια J3s και J3sp, αντίστοιχα) οι δύο κόµβοι J3s και J3sp παρουσίασαν παρόµοια εικόνα βλαβών. Σε αυτές τις περιπτώσεις οι βλάβες εντοπίσθηκαν στην ένωση του κόµβου µε τη δοκό (εκτός του κυρίως σώµατος του κόµβου). Παρ όλα αυτά ο κόµβος J3sp είχε και σε αυτή τη περίπτωση καλλίτερα χαρακτηριστικά υστερητικής απόκρισης από τον J3s (Καραγιάννης & Σιρκελής 23). 12

13 ΑΓΚΥΡΩΣΗ ΙΑΜΗΚΩΝ ΟΠΛΙΣΜΩΝ ΟΚΟΥ Είναι γνωστό ότι η αγκύρωση των διαµήκων ράβδων της δοκού έχει σηµαντική επιρροή στη συνολική συµπεριφορά των κόµβων. Στο σχ. 8 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα 2 κόµβων, από τους οποίους ο πρώτος (σχ. 8α) έχει επαρκή αγκύρωση (κατά ΕΚΩΣ 2) και ο δεύτερος έχει ανεπαρκή ευθύγραµµη αγκύρωση για τους οπλισµούς της δοκού (σχ. 8β). Οι δύο δοκοί υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόµενη φόρτιση, µε 2 βήµατα φόρτισης και 2 πλήρεις κύκλους ανά βήµα. Από τους υστερητικούς κύκλους απόκρισης των δύο δοκιµίων (σχ. 8) γίνεται αµέσως φανερή η δυσµενής επιρροή της ολίσθησης των αγκυρώσεων στο δεύτερο κόµβο (Karayannis & Chalioris 2). Η αγκύρωση των οπλισµών της δοκού είναι δυνατόν να επηρεάζει τη συµπεριφορά του κόµβου όχι µόνο στη περίπτωση που έχει ανεπαρκές µήκος και παρατηρείται ολίσθηση, αλλά και σε περιπτώσεις µε επαρκές µήκος. Στο σχ. 9 εξετάζονται 2 δοκίµια ακραίου κόµβου χωρίς συνδετήρες, στα οποία τα µήκη αγκύρωσης των οπλισµών είναι επαρκή. Στο πρώτο δοκίµιο (σχ. 9α) το µήκος αγκύρωσης και το τύµπανο κάµψης των οπλισµών κατασκευάσθηκαν απολύτως σύµφωνα µε τις οδηγίες του ΕΚΩΣ-2. Στο δεύτερο δοκίµιο (σχ. 9β) οι οπλισµοί είχαν πολύ µεγάλο µήκος αγκύρωσης (σχεδόν διπλάσιο του οριζόµενου από τον ΕΚΩΣ-2). Στη πρώτη περίπτωση οι ράβδοι ώθησαν προς τα έξω το πίσω µέρος του σκυροδέµατος του κόµβου και δηµιούργησαν έντονη αποφλοίωση και θρυµµατισµό του σκυροδέµατος της πίσω περιοχής του δοκιµίου. Στη δεύτερη περίπτωση οι οπλισµοί δηµιούργησαν µεγάλες θλιπτικές πιέσεις στην άντυγα στο σηµείο κάµψης τους µε αποτέλεσµα την σύνθλιψη του σκυροδέµατος του σώµατος του κόµβου. Στις δύο αυτές περιπτώσεις η συνολική απόκριση του κόµβου ήταν ικανοποιητική, σηµειώνεται όµως ότι η τελική µορφή αστοχίας του δεύτερου κόµβου ήταν καλλίτερη. Στο σχήµα 1 φαίνεται ο πλέον συνηθισµένος τρόπος αγκύρωσης σύµφωνα µε τις παλαιότερες αντιλήψεις και πρακτικές. Στο σύνολο σχεδόν των παλαιοτέρων κατασκευών (προ του 198) στην Ελλάδα οι οπλισµοί των δοκών τοποθετούντο κατ αυτόν τον τρόπο µέσα στο κόµβο. Σε παλαιότερες κατασκευές εφαρµόζετο και η αγκύρωση του σχήµατος 11 (περισσότερο σε άλλες χώρες όπως Ιταλία, Ηνωµένες Πολιτείες κ.ά.). Στο σχήµα 12 φαίνεται ο συνιστώµενος τρόπος αγκύρωσης µε µήκος που να ικανοποιεί αναλόγως των συνθηκών τις απαιτήσεις των κανονισµών (όπως και στο Σχ. 9α). Στο σχήµα 13 παρουσιάζεται η βέλτιστη περίπτωση µε πολύ µεγάλο µήκος αγκύρωσης. ΕΠΙΡΡΟΗ ΕΓΚΑΡΣΙΑΣ ΟΚΟΥ ΚΑΙ ΠΛΑΚΑΣ Στις συνήθεις κατασκευές οι κόµβοι έχουν εγκάρσιες δοκούς καθώς και πλάκα. Εξετάζεται η συµπεριφορά δοκιµίου ακραίου κόµβου µε τµήµα εγκάρσιας δοκού καθώς και πλάκας, υπό ανακυκλιζόµενη καταπόνηση (Karayannis et al 22a) και συγκρίνεται µε τη συµπεριφορά απλού δοκιµίου ακραίου κόµβου (χωρίς πλάκα και εγκάρσια δοκό). Τα εξεταζόµενα δοκίµια δεν έχουν εγκαρσίους οπλισµούς (συνδετήρες) στη περιοχή του κόµβου (σχ. 14). Από τα αποτελέσµατα, που παρουσιάζονται στο σχ. 14, φαίνεται ότι η εγκάρσια δοκός δηµιουργεί συνθήκες ψευδο-περίσφιξης στο σώµα του κόµβου µε αποτέλεσµα µετά τη καταπόνηση, το σώµα του κόµβου που έχει εγκάρσια δοκό, να µην έχει υποστεί βλάβες, σε αντίθεση µε το δοκίµιο του απλού κόµβου που υπέστη σηµαντική διατµητική βλάβη και ρηγµατώσεις σχήµατος Χ. Η βελτιωµένη συµπεριφορά του κόµβου που έχει την εγκάρσια δοκό φαίνεται και στη βελτιωµένη υστερητική απόκριση που παρουσιάζει σε σχέση µε το δοκίµιο του απλού κόµβου. Παρ όλα αυτά, δεν θα πρέπει για τους κόµβους µε εγκάρσια δοκό, που είναι και το σύνολο σχεδόν των κόµβων στην πράξη, να εξαχθεί το συµπέρασµα ότι θα έχουν µόνο την ευνοϊκή επίδραση µιας ψευδο-περίσφιξης λόγω της 13

14 Κόµβος ΑΒ P (kn) 2 2 Displacement (mm) 3-3 κύκλοι φόρτισης 3ος 4ος 1ος 2ος P (kn) Κόµβος ΑS δ (mm) ιαστάσεις δοκιµίων υποστ. /2, 4Φ1 δοκός /2, 4Φ2 κόµβος 1Φ6 (συνδ.) Μέγιστα φορτία (ανά κύκλο) kn οκίµιο : ΑΒ AS 1ος κύκλος: 22., ,.4 2oς κύκλος: 2.38, , ος κύκλος: 23.89, , ος κύκλος: 17.1,. 6.7, Υστερητική ενέργεια (ανά κύκλο) knmm οκίµιο : ΑΒ AS 1ος κύκλος: oς κύκλος: ος κύκλος: ος κύκλος: δ (mm) α. Αγκύρωση µε καµπύλωση και επαρκές µήκος (λ αγκύρωσης = λ b,net κατά ΕΚΩΣ 2) β. Ευθύγραµµη αγκύρωση µε ανεπαρκές µήκος (λ αγκύρωσης << λ b,net κατά ΕΚΩΣ 2) Σχήµα 8. Επιρροή της αγκυρώσεως των διαµήκων οπλισµών της δοκού στην υστερητική απόκριση ακραίων κόµβων. Στη α περίπτωση οι αγκυρώσεις είναι επαρκείς ενώ στη β οι αγκυρώσεις είναι ευθύγραµ- µες µε µήκος ίσο µε το πλάτος του κόµβου (συνήθης πρακτική προηγουµένων δεκαετιών). Το δοκίµιο µε την ανεπαρκή αγκύρωση (δοκίµιο AS) λόγω της ολίσθησης της αγκύρωσης είχε χαµηλές τιµές σε σχέση µε το δοκίµιο ΑΒ. Οι λόγοι των αντιστοίχων µεγίστων (θετικών) τιµών των δύο δοκιµίων στους 4 κύκλους φόρτισης ήταν.71,.,.43,.36. Είναι σηµαντική η δυσµενής επιρροή της ανεπαρκούς αγκύρωσης στην ικανότητα του κόµβου (Karayannis & Chalioris 2). 14

15 Load (kn) Displacement (mm) -1-2 α. Αγκύρωση σύµφωνα µε ΕΚΩΣ 2 (δοκίµιο J) (Καραγιάννης κ.ά. 23) Load (kn) Displacement (mm) -1-2 β. Αγκύρωση µεγάλου µήκους χωρίς τύµπανο (δοκίµιο Α1) (Karayannis & Sirkelis 22) Σχήµα 9. Επιρροή της µορφής αγκυρώσεως του διαµήκους οπλισµού των δοκών. Τα δύο δοκίµια έχουν ε- παρκές µήκος αγκύρωσης. Στο δοκίµιο J παρατηρείται έντονη βλάβη του πίσω µέρους του δοκι- µίου που ίσως οφείλεται σε εσωτερικές ωθήσεις της αγκύρωσης και στην έλλειψη συνδετήρων. Στο δοκίµιο A1 η αγκύρωση έφθανε µέσα στο υποστύλωµα. εν παρατηρήθηκε αστοχία στο πίσω µέρος του κόµβου παρ όλη την έλλειψη συνδετήρων. Η συµπεριφορά του Α1 θεωρείται καλλίτερη.

16 Σχ. 1. Πολύ συνηθισµένος παλαιότερος τρόπος αγκύρωσης µε άγκιστρα. Πολύ νωρίς κατά την α- στοχία ένα τµήµα του πίσω µέρους του κόµβου υπό µορφή σφήνας πιέζεται προς τα έξω. Σχ. 11. Παλαιότερος τρόπος αγκύρωσης µε κάµψη των οπλισµών προς τα έξω από τον κόµβο. εν σχηµατίζονται οι µηχανισµοί µεταφοράς τέµνουσας - χαµηλή ικανότητα κόµβου. Σχ. 12. Αγκύρωση σύµφωνα µε τους κανονισµούς και αντίστοιχη αστοχία. Εκτινάσσεται η πίσω επικάλυψη (σχ. 9α) Σχ. 13. Αγκύρωση µε µεγάλο µήκος αγκύρωσης. Πολύ καλή συµπεριφορά (σχ. 9β). εγκάρσιας δοκού και των οπλισµών της. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη, και αποτελεί θέµα έρευνας, η επί πλέον διατµητική ένταση που θα εισαχθεί στο κόµβο από την καταπόνηση της εγκάρσιας δοκού η οποία σε πραγµατικό επίπεδο θα καταπονεί τον κόµβο όπως η δοκός του πειράµατος. Αυτό, όµως, αναµένεται να έχει πολύ δυσµενή επιρροή στον κόµβο ο οποίος µε αυτό τον τρόπο θα υφίσταται πλήρη καταπόνηση σε δύο κατευθύνσεις. Επί πλέον σηµειώνεται ότι δεν είναι ακόµη γνωστό εάν η περίσφιξη που επιτυγχάνεται από τη κάθε δοκό στο σώµα του κόµβου για την ένταση που εισάγει σε αυτό η καταπόνηση της δοκού της άλλης κατεύθυνσης, είναι ικανή να εξισορροπήσει τη δυσµενή επιρροή της καταπόνησης του κόµβου κατά δύο άξονες. Η επιρροή της πλάκας στη συνολική απόκριση του κόµβου περιλαµβάνει (α) την επιρροή των οπλισµών που έχει η πλάκα και οι οποίοι συµµετέχουν στην απόκριση του δοκιµίου κατά τη καταπόνηση της δοκού προς τα κάτω και (β) την συµµετοχή της πλάκας στη παραλαβή της θλίψης από τη δοκό σε καταπόνηση της δοκού προς τα πάνω (λειτουργία πλακοδοκού). Η επιρροή των οπλισµών εξαρτάται από το µέγεθός τους και από το πραγµατικό συνεργαζόµενο πλάτος. Μετά όµως τη διαρροή και θραύση των περισσοτέρων οπλισµών της πλάκας κατά το πρώτο ή δεύτερο κύκλο φόρτισης, η επιρροή των οπλισµών της πλάκας δεν είναι σηµαντική. 16

17 Load (kn) Displacement (mm) Γεωµετρία και οπλισµοί απλού κόµβου (J) (Καραγιάννης κ.ά. 23β) Displacement (mm) Μορφή τελικής αστοχίας απλού κόµβου (J) δ (mm) Υστερητικοί βρόχοι απόκρισης απλού κόµβου Load (kn) Γεωµετρία και οπλισµοί κόµβου µε πλάκα και εγκάρσια δοκό (Karayannis et al 23a) Displacement (mm) -2-3 Μορφή τελικής αστοχίας (πλάγια & πίσω όψη) -4 Υστερητικοί βρόχοι απόκρισης κόµβου µε πλάκα και εγκάρσια δοκό Σχήµα 14. Η επιρροή της εγκάρσιας δοκού στον κόµβο, όπως φαίνεται στην περίπτωση που εξετάσθηκε, ήταν ιδιαίτερα ευνοϊκή. Η βλάβη στο J ήταν έντονη και µέσα στο κόµβο, σε αντίθεση µε τη δεύτερη περίπτωση όπου η εγκάρσια δοκός δηµιούργησε συνθήκες ψευδο-περίσφιξης. Στη πραγµατικότητα, όµως, η εγκάρσια δοκός δηµιουργεί και συνθήκες εγκάρσιας (διαξονικής) καταπόνησης στον κόµβο (η περίπτωση δεν έχει διερευνηθεί). 17

18 ΕΠΙΡΡΟΗ ΑΝΑΚΥΚΛΙΖΟΜΕΝΗΣ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΠΡΩΙΜΟ ΗΛΙΚΙΑ ΣΤΗ ΤΕΛΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ Ανεγειρόµενα κτήρια τα οποία κατά τη διάρκεια των εργασιών σκυροδέτησης του δοµικού συστήµατος υφίστανται σεισµικές διεγέρσεις είναι δυνατόν να υποστούν σηµαντικές βλάβες λόγω της αναπτυσσόµενης καταπόνησης σε στοιχεία που έχουν σκυροδετηθεί προσφάτως. Στις περιπτώσεις αυτές η έκταση των βλαβών δεν είναι εύκολα προβλέψιµη δεδοµένου ότι στοιχεία από ωπλισµένο σκυρόδεµα µε ηλικία µικρότερη των 28 ηµερών (πρώιµη ηλικία) καλούνται να αναλάβουν τις σεισµικές δράσεις, µε άγνωστα αποτελέσµατα τόσο για την άµεση ασφάλεια του δοµήµατος όσο και για τη µετέπειτα σεισµική του ικανότητα. Έτσι, οι Μηχανικοί συχνά µετά από κάποιο σεισµό αντιµετωπίζουν το δίληµµα είτε να συνεχίσουν τις εργασίες ανέγερσης κτηρίων υπό κατασκευή, µε κάποια πιθανή επισκευή ή ενίσχυση, είτε να κατεδαφίσουν το τµήµα που έχει ήδη κτισθεί. Αν και το πρόβληµα αυτό είναι σχετικά συχνό και µε σηµαντικό οικονοµικό ενδιαφέρον, δεν υπάρχουν διεθνώς ειδικά κριτήρια ή οδηγίες (Economou et al 1998, Karayannis & Chalioris 2). ιερευνάται πειραµατικά η επιρροή κυκλικών φορτίσεων κατά τη πρώιµη ηλικία και ιδιαίτερα κατά τις πρώτες 7 ηµέρες µετά τη σκυροδέτηση, στη τελική σεισµική ικανότητα εξωτερικών κόµβων. Προς το σκοπό αυτό, κατασκευάσθηκαν, κάθε ένας από τους οποίους υποβλήθηκε σε κάποια φάση κατά τη διάρκεια πρώιµης ηλικίας του σκυροδέµατος, σε ανακυκλιζόµενη καταπόνηση. Τα δοκίµια υπεβλήθησαν εκ νέου σε ανακυκλιζόµενη καταπόνηση σε ηλικία 28 ηµερών µε σκοπό να εκτιµηθεί η εναποµείνασα ικανότητα του κόµβου και να ερευνηθεί η επιρροή της αρχικής επιπόνησης στη τελική ικανότητα των 28 ηµερών. Η τελική ικανότητα συγκρίνεται µε την ικανότητα αντίστοιχου κόµβου (δοκιµίου ελέγχου) που καταπονήθηκε για πρώτη φορά στις 28 ηµέρες (Karayannis & Chalioris 2, Καραγιάννης 21. Στο σχ. φαίνονται οι υστερητικοί κύκλοι απόκρισης µιας σειράς δοκιµίων : ΑΒ4-12h, AB4-24h, AB4-2d, AB4-7d και ΑΒ. Από αυτά το πρώτο (ΑΒ4-12h) και το δεύτερο (ΑΒ4-24h) υπεβλήθησαν σε 4 πλήρεις κύκλους φόρτισης 12 ώρες και 24 ώρες µετά τη σκυροδέτηση, αντίστοιχα. Το τρίτο (ΑΒ4-2d) και το τέταρτο (ΑΒ4-7d) υπεβλήθησαν επίσης σε 4 πλήρεις κύκλους φόρτισης 2 µέρες και 7 µέρες µετά τη σκυροδέτηση, αντίστοιχα. Τα τέσσερα δοκίµια υπεβλήθησαν εκ νέου σε 4 πλήρεις κύκλους φόρτισης στις 28 µετά τη σκυροδέτηση. Το πέµπτο δοκίµιο (ΑΒ) υπεβλήθη σε 4 κύκλους φόρτισης µια φορά στις 28 µέρες µετά τη σκυροδέτηση ώστε να χρησιµεύσει ως δοκίµιο ελέγχου. Στο σχ. α φαίνονται οι υστερητικοί κύκλοι απόκρισης των δοκιµίων κατά τη πρώτη τους φόρτιση σε πρώιµη ηλικία του σκυροδέµατος (περιλαµβάνεται και το ΑΒ για λόγους σύγκρισης). Στο σχ. β παρουσιάζονται οι υστερητικοί κύκλοι απόκρισης των δοκιµίων κατά τη δεύτερη φόρτιση στις 28 µέρες και του δοκιµίου ΑΒ για λόγους σύγκρισης. Είναι φανερό ότι η πρώτη φόρτιση κατά τη πρώιµη ηλικία επηρέασε σηµαντικά τη τελική ικανότητα των κόµβων. Η ηλικία του δοκιµίου κατά τη φόρτιση σε πρώιµη ηλικία απεδείχθη ότι αποτελεί πολύ σηµαντικό παράγοντα για την τελική ικανότητα των κόµβων. Σηµειώνεται ότι τη σηµαντικώτερη πτώση της τελικής ικανότητας των 28 ηµερών, σε όρους µεγίστων φορτίων, δυσκαµψίας και υστερητικής ενέργειας, παρουσίασαν τα δοκίµια που φορτίσθηκαν στην ηλικία των 2 ηµερών. Αντιθέτως, τη µικρότερη µείωση της ικανότητας εµφάνισαν τα δοκίµια που υπέστησαν πρώιµη φόρτιση στις 12 ή 24 ώρες µετά τη σκυροδέτηση. Αυτή η συµπεριφορά αποδίδεται στο γεγονός ότι στις περιπτώσεις φόρτισης σε ηλικία µικρότερη από 24 ώρες µετά τη σκυροδέτηση, η κύρια φάση σχηµατισµού του υλικού συνεχίζεται και µετά τη φόρτιση µε αποτέλεσµα τη µερική αποκατάσταση της µικροδοµής του και της αντίστοιχης εσωτερικής βλάβης του στοιχείου. Αντίστοιχα αποτελέσµατα και συµπεράσµατα εξάγονται από τις δοκιµές των τριών ακόµη σειρών 18

19 δοκιµίων (συνολικά 2 δοκίµια) που δοκιµάσθηκαν στις εργασίες Karayannis & Chalioris 2 και Kαραγιάννης 21. δ (mm) 3-3 Early-age loading Loading at the age of 28 days a b c A B C D 2 P (kn) 2 12 hours AB4-12 1st 2nd 3rd 4th hours AB Ιστορικό φόρτισης 2 days AB4-2d days AB4-7d days AB-28d δ (mm) f c = 12.8 MPa 16.2 MPa 23. MPa 3.4 MPa 37. MPa * µε έντονη γραµµή ο 1ος κύκλος φόρτισης -2 α. Υστερητική απόκριση κόµβων στη δοκιµή κατά την πρώιµη ηλικία ωρίµανσης του σκυροδέµατος (12 ώ- ρες, 24, ώρες, 2 ηµέρες και 7 ηµέρες) - 4 κύκλοι φόρτισης. Περιλαµβάνεται και το δοκίµιο που δοκιµάσθηκε κατ ευθείαν στις 28 ηµέρες (ΑΒ-28d) για σύγκριση AB4-12h P (kn) 2 2 AB4-24h 2 2 AB4-2d 2 2 AB4-7d 2 2 AB-28d δ (mm) * µε έντονη γραµµή ο 1ος κύκλος φόρτισης β. εύτερη φόρτιση κόµβων στις 28 ηµέρες. Τα δοκίµια έχουν ήδη υποστεί ανακυκλιζόµενη φόρτιση σε στάδιο της πρώιµης ηλικίας ωρίµανσης του σκυροδέµατος. Το δοκίµιο ΑΒ-28d δοκιµάσθηκε κατ ευθείαν στις 28 ηµέρες. Σχήµα. Επιρροή ανακυκλιζόµενης φόρτισης κατά τη πρώιµη ηλικία του σκυροδέµατος στη τελική ικανότητα του κόµβου στις 28 ηµέρες. Παρατηρείται ότι ο κόµβος που υποβλήθηκε σε φόρτιση στις 2 µέρες (ΑΒ4-2d) µετά τη σκυροδέτηση παρουσίασε τη µεγαλύτερη µείωση ικανότητας κατά τη 19

20 φόρτιση στις 28 µέρες. 2

21 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Παρά τη συστηµατική έρευνα που έχει γίνει τα τελευταία 2 χρόνια στο τοµέα της σεισµικής συµπεριφοράς των κόµβων, το πρόβληµα δεν έχει κατανοηθεί πλήρως. Πολύ δε περισσότερο δεν υπάρχει κοινή αντίληψη και γενικώς αποδεκτό µοντέλο λειτουργίας για του κόµβους υπό σεισµική καταπόνηση. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα τη διαφορετική αντιµετώπιση και τρόπο σχεδιασµού που προτείνουν οι διάφοροι σύγχρονοι κανονισµοί (ACI, ACI-ASCE, EC8, Model Code, NZS). Παρουσιάζονται αποτελέσµατα από πειραµατική διερεύνηση σηµαντικών παραµέτρων που επηρεάζουν τη συµπεριφορά των ακραίων κόµβων ωπλισµένου σκυροδέµατος και αποτελούν διεθνώς αντικείµενο έρευνας και επιστηµονικής διαφωνίας. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα προέρχονται από τη δοκιµή 6 και πλέον ακραίων κόµβων που δοκιµάσθηκαν υπό ανακυκλιζόµενη καταπόνηση στο εργ. Ωπλισµένου Σκυροδέµατος του ΠΘ. Από τα αποτελέσµατα προέκυψαν τα παρακάτω σχετικά συµπεράσµατα: - Οριζόντιοι συνδετήρες Όπως είναι γνωστό, η τοποθέτηση συνδετήρων ως οριζοντίων διατµητικών οπλισµών κόµβου, είναι απαραίτητη και απεδείχθη από πολλές σειρές δοκιµών ότι µπορεί να µεταβάλλει τη ψαθυρή, διατµητική αστοχία του κόµβου σε πλάστιµη, καµπτική µε την έννοια ότι µετατοπίζει τη βλάβη στη δοκό, όπου σχηµατίζεται πλαστική άρθρωση. εν υπάρχει διαδικασία ή µοντέλο υπολογισµού (σχεδιασµού) του οπλισµού κοινά αποδεκτό διεθνώς. Ο EC8 στηρίζεται κυρίως στο µοντέλο και τη διαδικασία που προτείνεται από τους Park & Paulay (όπως και ο NZS). Οι σχέσεις που τελικά εφαρµόζονται έχουν και κάποια ηµι-εµπειρικό χαρακτήρα. Στην εργασία αυτή εξετάσθηκε η επιρροή των οριζοντίων συνδετήρων µε 3 σειρές πειραµάτων εξωτερικών κόµβων µε διαφορετικές παραµέτρους. Από τα πειράµατα φαίνεται ότι για κόµβους µε α=m Rc /M Rb =1. (και τ 4.MPa) χρειάστηκαν 2 συνδετήρες ή ποσοστό ρ h =13 για να µετατεθεί η βλάβη στη δοκό, ενώ για κόµβους µε α=.67 και τ 6.MPa (δοκίµια µε ισχυρή δοκό), δεν επήρκεσαν οι 2 συνδετήρες (ρ h =13 ) δεδοµένου ότι ακόµη και σε αυτή τη περίπτωση η βλάβη ήταν διατµητικού χαρακτήρα µέσα στο σώµα του κόµβου. Σε άλλη σειρά κόµβων, µε διαφορετικές διαστάσεις µε α=.67 και τ 1.6MPa, δηλαδή δοκίµια µε ισχυρή δοκό αλλά µε χαµηλή διατµητική τάση κόµβου, τα δοκίµια µε 1 και 2 συνδετήρες (ή ποσοστό 3 και 6, αντίστοιχα) παρουσίασαν πολλές βλάβες εντός του κόµβου και χρειάσθηκε η κατασκευή δοκιµίου µε 3 συνδετήρες (ποσοστό 9 ) στο σώµα του κόµβου, ώστε η βλάβη να µετατεθεί στη δοκό και να έχει καµπτικό χαρακτήρα. Σε κάθε περίπτωση που εξετάσθηκε απεδείχθη ότι σηµαντική επιρροή έχει η παράµετρος α= M Rc /M Rb. Ακόµη σε καµµία περίπτωση ο οπλισµός που απαιτήθηκε ώστε η βλάβη να µετατεθεί στη δοκό δεν ήταν λιγότερος από 9. - Κατακόρυφοι πλευρικοί ράβδοι ως διατµητικοί οπλισµοί κόµβου Η χρήση πλευρικών κατακορύφων ράβδων ως οπλισµών κόµβου αποτελεί σηµείο διαφωνίας µεταξύ των κανονισµών διεθνώς. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα δύο σειρών δοκιµίων ακραίων κόµβων υπό ανακυκλιζόµενη φόρτιση, προέκυψε ότι η πρόσθεση κατακορύφων πλευρικών ράβδων δεν βελτίωσε καθόλου την ικανότητα των κόµβων. Αυτό αποδίδεται στο ότι οι κατακόρυφοι ράβδοι δεν ενεργοποιούν ικανοποιητικά τον µηχανισµό δικτυώµατος για τη µεταφορά της τέµνουσας µέσα στο κόµβο. Τα συµπεράσµατα είναι σε συµφωνία µε αποτελέσµατα του Tsonos (2) όπου προτείνεται η χρήση κατακορύφων συνδετήρων αντί για πλευρικές ράβδους και αποδεικνύεται πειραµατικά ότι οι κατακόρυφοι συνδετήρες ενεργοποιούν πολύ καλλίτερα το µηχανισµό του δικτυώµατος. - Οπλισµοί µορφής Χ στο σώµα του κόµβου Η τοποθέτηση ράβδων κατά τρόπον ώστε να σχηµατίζουν Χ µέσα στο κόµβο, έχει ως στόχο την αντιµετώπιση των Χιαστί διατµητικών ρωγµών που εµφανίζονται στο σώµα του κόµβου κατά τη σεισµική καταπόνηση. Σε δύο σειρές δοκιµίων ακραίου κόµβου τοποθετήθηκαν Χιαστί ράβδοι ως κύριος οπλισµός κόµβου ή και σε συνδυασµό µε συνδετήρες. Από τα αποτελέσµατα δοκιµής των 21

22 κόµβων υπό ανακυκλιζόµενη φόρτιση, προέκυψε ότι η συµπεριφορά όλων των δοκιµίων µε Χιαστί οπλισµό θα πρέπει να θεωρηθεί ως εξαιρετική, αφού ο οπλισµός προστάτευσε σε µεγάλο βαθµό το σώµα του κόµβου, ενώ η βλάβη εντοπίσθηκε τελικά στη δοκό, υπό µορφή πλαστικής άρθρωσης. -Σπειροειδής οπλισµός στον κόµβο Με βάση τη σκέψη ότι ο συνεχής σπειροειδής οπλισµός συνεισφέρει σε κάποιο βαθµό στη βελτίωση πολλών φαινοµένων που επηρεάζουν τη συµπεριφορά του κόµβου, όπως αντοχή σκυροδέµατος σε θλίψη και σε διάτµηση, πλαστιµότητα, συνάφεια, κόπωση κλπ., αναµένεται ότι η χρήση του µπορεί να βελτιώσει και τη συνολική συµπεριφορά του κόµβου. Εξετάσθηκε πειραµατικά σειρά δοκιµίων, στα µισά από τα οποία τοποθετήθηκε συνεχής σπειροειδής οπλισµός, και στα υπόλοιπα συνδετήρες ίσοι σε ποσότητα µε τα αντίστοιχα δοκίµια µε τον σπειροειδή οπλισµό. Στα δοκίµια µε 1 ή 2 κοινούς συνδετήρες στο κόµβο η βλάβη παρουσιάσθηκε στο σώµα του κόµβου όπου παρατηρήθηκε αστοχία της αγκύρωσης των οπλισµών της δοκού µε σταδιακή αποκόλληση µεγάλου µέρους του οπισθίου τµήµατος του κόµβου και ταυτόχρονη διαγώνια διατµητική ρηγµάτωση και, τελικά, αστοχία ψαθυρού χαρακτήρα. Αντίθετα στους αντίστοιχους κόµβους που χρησιµοποιήθηκαν 1 ή 2 σπείρες συνεχούς οπλισµού στο κόµβο, οι βλάβες εµφανίστηκαν και επικεντρώθηκαν µόνο στην περιοχή ένωσης της δοκού µε τον κόµβο ενώ το κυρίως σώµα του κόµβου παρέµεινε σχεδόν ανέπαφο. - Αγκύρωση διαµήκων οπλισµών δοκού Από τη πειραµατική διερεύνηση δοκιµίων µε ανεπαρκή ευθύγραµµη αγκύρωση, διεφάνη από την αρχή της δοκιµής η δυσµενής επιρροή της ολίσθησης των αγκυρώσεων στη συνολική υστερητική απόκριση των δοκιµίων. Ειδικώτερα, οι µέγιστες τιµές φορτίου στους κύκλους φόρτισης ήταν πολύ χαµηλές σε σύγκριση µε τις τιµές των δοκιµίων µε επαρκή αγκύρωση. Πέρα από αυτά όµως, η αγκύρωση είναι δυνατόν να επηρεάζει τη συµπεριφορά του κόµβου και στις περιπτώσεις µε επαρκές µήκος. Σε δοκίµια µε επαρκή αγκύρωση κατά τους κανονισµούς, αλλά χωρίς συνδετήρες, οι ράβδοι ώθησαν τελικά προς τα έξω το πίσω τµήµα του σκυροδέµατος του κόµβου και δηµιούργησαν έντονη αποδιοργάνωση της πίσω περιοχής του κόµβου. Αντίθετα, σε αντίστοιχα δοκίµια µε µεγάλο µήκος αγκύρωσης δεν παρατηρήθηκε βλάβη στο πίσω µέρος του κόµβου αλλά δηµιουργήθηκαν βαθµιαία µεγάλες θλιπτικές τάσεις και ρωγµές εντός του κόµβου. Στη περίπτωση αυτή η συνολική συµπεριφορά ήταν πολύ καλλίτερη. - Επιρροή εγκάρσιας δοκού Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα φαίνεται ότι η εγκάρσια δοκός δηµιουργεί συνθήκες ψευδοπερίσφιξης στο σώµα του κόµβου µε αποτέλεσµα κατά τη καταπόνηση στο εργαστήριο, το σώµα του κόµβου που έχει εγκάρσια δοκό, να µην υφίσταται βλάβες, σε αντίθεση µε αντίστοιχα δοκίµια απλών κόµβων που υφίστανται σηµαντική διατµητική βλάβη και ρηγµατώσεις σχήµατος Χ. Η βελτιωµένη συµπεριφορά του κόµβου που έχει την εγκάρσια δοκό φαίνεται και στη βελτιωµένη υστερητική απόκριση που παρουσιάζεται σε σχέση µε αντίστοιχο δοκίµιο χωρίς εγκάρσια δοκό. Παρ όλα αυτά, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη, και η επί πλέον διατµητική ένταση που θα εισαχθεί στο κόµβο από την καταπόνηση της εγκάρσιας δοκού η οποία σε πραγµατικό επίπεδο θα καταπονεί τον κόµβο όπως η δοκός του πειράµατος. Αυτό, όµως, αναµένεται να έχει πολύ δυσµενή επιρροή στον κόµβο ο οποίος µε αυτό τον τρόπο θα υφίσταται πλήρη καταπόνηση σε δύο κατευθύνσεις. - Επιρροή της πλάκας Από πειραµατικά αποτελέσµατα φαίνεται ότι η επιρροή της πλάκας στη συνολική απόκριση του κόµβου περιλαµβάνει (α) την επιρροή των οπλισµών που έχει η πλάκα και οι οποίοι συµµετέχουν στην απόκριση του δοκιµίου κατά τη καταπόνηση της δοκού προς τα κάτω και (β) την συµµετοχή της πλάκας στη παραλαβή της θλίψης από τη δοκό σε καταπόνηση της δοκού προς τα πάνω (λειτουργία πλακοδοκού). Η επιρροή των οπλισµών εξαρτάται από το µέγεθός τους και από το πραγµατικό συνεργαζόµενο πλάτος. Μετά όµως τη διαρροή και θραύση των περισσοτέρων 22

23 οπλισµών της πλάκας κατά το πρώτο ή δεύτερο κύκλο φόρτισης, η επιρροή των οπλισµών της πλάκας δεν φαίνεται να είναι σηµαντική. - Επιρροή ανακυκλιζόµενης καταπόνησης κατά τη πρώιµη ηλικία του σκυροδέµατος Οι Μηχανικοί συχνά αντιµετωπίζουν το πρόβληµα της συνέχισης των εργασιών ανέγερσης κτηρίων στα οποία κατά τη διάρκεια σεισµού γινόντουσαν εργασίες σκυροδέτησης. Αν και το πρόβληµα είναι συχνό και µε σηµαντικό οικονοµικό ενδιαφέρον, δεν υπάρχουν διεθνώς κριτήρια ή οδηγίες. ιερευνήθηκε πειραµατικά (σε 2 δοκίµια κόµβου) η επιρροή κυκλικών φορτίσεων κατά τη πρώιµη ηλικία και ιδιαίτερα κατά τις πρώτες 7 ηµέρες µετά τη σκυροδέτηση, στη τελική σεισµική ικανότητα εξωτερικών κόµβων. Κατασκευάσθηκαν σειρές κόµβων, κάθε ένας από τους οποίους υποβλήθηκε κατά τη διάρκεια της πρώιµης ηλικίας του σκυροδέµατος, σε ανακυκλιζόµενη καταπόνηση. Τα δοκίµια υπεβλήθησαν εκ νέου σε ανακυκλιζόµενη καταπόνηση σε ηλικία 28 ηµερών. Η τελική ικανότητα συγκρίνεται µε την ικανότητα αντίστοιχου κόµβου (δοκιµίου ελέγχου) που καταπονήθηκε για πρώτη φορά στις 28 ηµέρες. Η ηλικία του δοκιµίου κατά τη φόρτιση σε πρώιµη ηλικία απεδείχθη ότι αποτελεί πολύ σηµαντικό παράγοντα για την τελική ικανότητα των κόµβων. Σηµειώνεται ότι τη σηµαντικώτερη πτώση της τελικής ικανότητας των 28 ηµερών, σε όρους µεγίστων φορτίων, δυσκαµψίας και υστερητικής ενέργειας, παρουσίασαν τα δοκίµια που φορτίσθηκαν στην ηλικία των 2 ηµερών. Αντιθέτως, τη µικρότερη µείωση της ικανότητας εµφάνισαν τα δοκίµια που υπέστησαν πρώιµη φόρτιση σε 12 ή 24 ώρες µετά τη σκυροδέτηση. Αυτή η συµπεριφορά αποδίδεται στο γεγονός ότι στις περιπτώσεις φόρτισης σε ηλικία µικρότερη από 24 ώρες µετά τη σκυροδέτηση, η κύρια φάση σχηµατισµού του υλικού συνεχίζεται και µετά τη φόρτιση, µε αποτέλεσµα τη µερική αποκατάσταση της µικροδοµής του υλικού και της αντίστοιχης εσωτερικής βλάβης του στοιχείου. ΑΝΑΦΟΡΕΣ ACI Committee 3. Details and Detailing of Concrete Reinforcement (ACI 3-99). ACI Manual of Concrete Practice 2. Part 3. ACI Committee 318. Building code requirements for structural concrete (ACI 318-9) and commentary (318R-9). ACI. ACI-ASCE Committee 32. Recommendations for Design of Beam-Column Joints in Monolithic Reinforced Concrete Structures (ACI 32R-91). ACI Manual of Concrete Practice 2. Part 3. EAK 2. Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός. Αθήνα Eurocode No Design of Concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings. CEN. PrEN Eurocode No Design of structures for earthquake resistance. Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings. Draft No 6. Doc CEN/TC 2/SC8N33. NZS 311:1982 and 311:199.The Design of Concrete Structures. Standards New Zealand, Wellington. Calvi G.M., Magenes G., Pampanin S. 22. Relevance of Beam-Column joint damage and collapse in RC frame assessment. Journal of Earthquake Engineering. Vol.6, Special Issue 1: 7-1 Economou C., Prinou C., Chalioris C., Karayannis C Capacity decrease of RC joints due to seismic actions in the curing period. 11th European Conf. On Earthquake Engineering. Proc. in CD, file ECOCDO. 23