ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΟΡΘΟΓΩΝΙΚΗΣ ΔΙΑΤΟΜΗΣ ΜΕΓΑΛΟΥ ΛΟΓΟΥ ΠΛΕΥΡΩΝ ΜΕ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΚΑΙ ΜΕ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΧΟΥΤΟΠΟΥΛΟΥ Γ. ΕΛΕΝΗΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ Χ. ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2015 ΠΑΤΡΑ

2 i ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια της λήψης του Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης στην κατεύθυνση του Αντισεισμικού Σχεδιασμού Κατασκευών από το τμήμα Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αντικείμενο της εργασίας είναι η περίσφιγξη υποστυλωμάτων με μεγάλο λόγο πλευρών με μανδύες Ινοπλισμένων Πολυμερών και Αγκύρια Ινών καθώς και με μανδύες Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας, με σημαντική πειραματική συνιστώσα. Επιβλέπων της εργασίας διετέλεσε ο Καθηγητής Τριανταφύλλου Χ. Αθανάσιος, μέλος Δ.Ε.Π. του τμήματος και διευθυντής του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών στο οποίο έλαβε χώρα το πειραματικό κομμάτι της εργασίας. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στον επιβλέποντα Καθηγητή μου τόσο για την ανάθεση ενός τόσο ενδιαφέροντος θέματος όσο και για την επιστημονική καθοδήγηση και τις διδακτικές συμβουλές κατά τη διάρκεια των πειραμάτων καθώς και κατά τη συγγραφή της παρούσας εργασίας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω, ακόμα, την Επίκουρη Καθηγήτρια, κ. Παπανικολάου Γ. Αικατερίνη για τη στήριξη, τις χρήσιμες συμβουλές σε προσωπικό και επαγγελματικό επίπεδο καθώς και το χρόνο που αφιέρωσε για την μελέτη και εξέταση της παρούσας διατριβής ως μέλος της τριμελούς επιτροπής εξέτασης. Ευχαριστώ επίσης, τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Μπούσια Ν. Ευστάθιο για τον χρόνο που αφιέρωσε για την μελέτη και εξέταση της παρούσης διατριβής, ως μέλος της τριμελούς επιτροπής εξέτασης. Για την άψογη και συνάμα ευχάριστη συνεργασία, τη συνεχή υποστήριξη και την πολύτιμη βοήθειά της σε κάθε επίπεδο θα ήθελα να ευχαριστήσω την Τζουρά Ευφροσύνη, υποψήφια διδάκτορα του τμήματος. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον τεχνικό του εργαστηρίου Κάρλο Κυριάκο για την πολύτιμη βοήθεια του κατά την προετοιμασία και την εκτέλεση των πειραματικών δοκιμών. Στην πραγματοποίηση των πειραμάτων καταλυτική ήταν η συμβολή της μεταπτυχιακής φοιτήτριας Φωτάκης Αιμιλίας, την οποία θα ήθελα να ευχαριστήσω για την αποδοτική και ευχάριστη συνεργασία που είχαμε καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διατριβής. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους προπτυχιακούς φοιτητές Καρύδη Μαριάνθη, Σκαράκη Ιωάννη, Νατάσα Τασιούλα και Κριμάτογλου Νεκτάριο, με

3 ii τους οποίους συνεργαστήκαμε με τον καλύτερο δυνατό τρόπο στα πλαίσια εκπόνησης της διπλωματικής τους εργασίας. Τις ευχαριστίες μου θα ήθελα να εκφράσω επίσης στους Παπαντωνίου Ιωάννη, Ασκούνη Παρασκευή και Δέμη Σωτήρη που ήταν πάντα πρόθυμοι να με βοηθήσουν στις δυσκολίες που αντιμετώπιζα παρέχοντας χρήσιμες συμβουλές και έμπρακτη βοήθεια. Πολλές ευχαριστίες οφείλονται και στα υπόλοιπα μέλη του εργαστηρίου Τσαντίλη Αριστομένη και Καφφετζάκη Μιχάλη καθώς και στους μεταπτυχιακούς φοιτητές Πλαμαντούρα Βασίλη και Κόλλια Κατερίνα για τη βοήθεια που μου προσέφεραν όταν χρειάστηκε και τη δημιουργία ενός κλίματος συνεργασίας και κατανόησης. Θα ήθελα να ευχαριστήσω, ακόμα, τη συνάδελφο Σκορδά Μαρία για την παραχώρηση αποτελεσμάτων από πειράματα που είχαν πραγματοποιηθεί πρωτύτερα στο εργαστήριο και είχαν το ίδιο αντικείμενο με αυτό που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω και τα μέλη του Εργαστηρίου Κατασκευών του τμήματος για τη συνεχή εξυπηρέτηση με την ευγενική παραχώρηση ειδικού εξοπλισμού όταν ήταν απαραίτητος.. Ελένη Χουτοπούλου Πάτρα, Φεβρουάριος 2015

4 iii ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής Διπλώματος Ειδίκευσης αποτελεί η πειραματική διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της περίσφιγξης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με μεγάλο λόγο πλευρών με μανδύες ινοπλισμένων πολυμερών και με μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα. Για το σκοπό αυτό διενεργήθηκε εκτενές πειραματικό πρόγραμμα στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε 18 υποστυλώματα υπό κλίμακα 3/5 ύψους 770 mm τα οποία χωρίστηκαν σε δύο ομάδες, ανάλογα με το λόγο των πλευρών τους (1 η ομάδα: με λόγο πλευρών 1:3, mm, 2 η ομάδα: με λόγο πλευρών 1:4, mm). Δύο από τα υποστυλώματα παρέμειναν χωρίς ενίσχυση και αποτέλεσαν τα δοκίμια αναφοράς για τα ενισχυμένα δοκίμια, τα οποία περισφίχθηκαν με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Τα συστήματα ενίσχυσης που χρησιμοποιήθηκαν περιελάμβαναν μανδύες ΙΟΠ ινών άνθρακα με μια, δύο ή τρεις στρώσεις, χωρίς ή με αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου καθώς και μανδύα με δύο στρώσεις περιμετρικά του δοκιμίου και μανδύα μορφής U και αγκύρια ινών. Επιπλέον, εξετάστηκαν και μανδύες με τέσσερεις στρώσεις ινοπλέγματος με ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα με και χωρίς αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου εμποτισμένων σε εποξειδική ρητίνη. Η παρούσα διατριβή αποτελείται από οχτώ κεφάλαια, κάθε ένα από τα οποία διαχωρίζεται σε κατάλληλες ενότητες, υποενότητες και παραγράφους. Στο πρώτο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα σύνθετα υλικά με περιγραφή των επιμέρους συστατικών τους, των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων τους καθώς και των παραγόντων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά τους, δίνοντας έμφαση στα σύνθετα υλικά σε οργανική μήτρα. Τέλος, γίνεται αναφορά στα διατιθέμενα συστήματα ενίσχυσης και στις τεχνικές εφαρμογής τους. Στο δεύτερο Κεφάλαιο πραγματοποιείται μια παρουσίαση των σύνθετων υλικών σε ανόργανη μήτρα. Αρχικά, παρουσιάζονται πληροφορίες για τα πλέγματα ινών, τους τύπους ανόργανης μήτρας και το μηχανισμό συνάφειας μεταξύ πλέγματος και μητρικού υλικού. Τέλος, γίνεται σύγκριση μεταξύ των ινοπλισμένων πολυμερών και των ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα προκειμένου να γίνουν κατανοητά οι αδυναμίες και η υπεροχή του κάθε συστήματος ενίσχυσης.

5 iv Στο τρίτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται βιβλιογραφική ανασκόπηση για την περίσφιγξη υποστυλωμάτων, όπου αρχικά περιγράφονται συμβατικές τεχνικές ενίσχυσης που περιλαμβάνουν νέους μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος, μεταλλικά ελάσματα, μεταλλικούς μανδύες κλπ και στη συνέχεια περιγράφονται τεχνικές ενίσχυσης με σύνθετα υλικά. Περιγράφεται ο καταστατικός νόμος που διέπει τη συμπεριφορά του περισφιγμένου με μανδύες σύνθετων υλικών σκυροδέματος και παρουσιάζονται συνοπτικά πειραματικές μελέτες από τη διεθνή βιβλιογραφία που αφορούν τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου ενίσχυσης µε ΙΟΠ σε υποστυλώματα με μικρό και μεγάλο λόγο πλευρών. Τέλος, το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με συνοπτική αναφορά πειραματικών μελετών σε δοκίμια περισφιγμένα με μανδύες σε ανόργανη μήτρα. Στο τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων καθώς και οι παράμετροι που διερευνήθηκαν. Συγκεκριμένα, περιγράφονται όλα τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα διάφορα συστήματα ενίσχυσης που εφαρμόστηκαν καθώς και οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν από την προετοιμασία των δοκιμίων μέχρι την ενίσχυσής τους. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται μια σύντομη περιγραφή της πειραματικής διάταξης και του επιμέρους μηχανικού εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση των δοκιμών μονοαξονικής θλίψης. Στο πέμπτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται διεξοδικά τα αποτελέσματα όλων των δοκιμίων που συμμετείχαν στο πειραματικό πρόγραμμα. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται οι τρόποι αστοχίας των δοκιμίων συνοδεία φωτογραφικού υλικού και παρατίθενται οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης τόσο για κάθε ένα ξεχωριστά όσο και συγκεντρωτικά για κάθε ομάδα. Στο έκτο Κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων όλων των πειραμάτων που διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών σε υποστυλώματα με λόγους πλευρών 1:3 και 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ προκειμένου να εξαχθούν γενικότερα συμπεράσματα πάνω στην επίδραση του υλικού της μήτρας, του αριθμού των στρώσεων και της ύπαρξης αγκυρίων στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης. Στο έβδομο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από ένα αναλυτικό προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη του μέγιστου θλιπτικού φορτίου και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων του αναλυτικού προσομοιώματος με τα

6 v πειραματικά δεδομένα και εξετάζεται κατά πόσο αυτό το προσομοίωμα μπορεί να χρησιμοποιείται για υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών, μετά από αλλαγή κάποιων παραμέτρων του. Στο όγδοο και τελευταίο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται συνοπτικά τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν αρχικά από την πειραματική διαδικασία και στη συνέχεια από τη χρήση του αναλυτικού προσομοιώματος. Τέλος, γίνονται και μερικές προτάσεις για περαιτέρω έρευνα πάνω σε υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών.

7 vi ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... i ΠΕΡΙΛΗΨΗ... iii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ... xi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ... xvi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ... xxii 1. ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΕ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΜΗΤΡΑ ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Ίνες Μήτρες σύνθετων υλικών Κόλλα Μηχανικά χαρακτηριστικά σύνθετου υλικού ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΣΤΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Επίδραση της θερμοκρασίας Επίδραση της υγρασίας Επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας Επίδραση του αλκαλικού και όξινου περιβάλλοντος Επίδραση της ψύξης - απόψυξης Επίδραση της γαλβανικής διάβρωσης Επίδραση του ερπυσμού Επίδραση της θραύσης και διάβρωσης υπό τάση Επίδραση της κόπωσης Επίδραση της κρούσης ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Συστήματα υγρής εφαρμογής Προκατασκευασμένα υλικά ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Βασική τεχνική Ειδικές τεχνικές ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΓΕΝΙΚΑ ΠΛΕΓΜΑΤΑ ΙΝΩΝ... 33

8 vii 2.3 ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ Γενικά Συνήθη κονιάματα ανόργανης μήτρας Κονιάματα με προσθήκη πολυμερών Σκυροδέματα με μη συμβατική κονία ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΝΘΕΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΙΑΜ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΜΕ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΟΥ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ Περίσφιγξη υποστυλωμάτων με μικρό λόγο πλευρών Περίσφιγξη υποστυλωμάτων με μεγάλο λόγο πλευρών Αγκύρια Ινών άνθρακα μορφής θυσάνου (CFRPanchors) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Γεωμετρία και οπλισμός δοκιμίων Ονοματολογία δοκιμίων ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ Γενικά Σκυρόδεμα Χάλυβας Ίνες Ύφασμα ινών άνθρακα Πλέγμα ινών άνθρακα Αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου (CFRP anchors) Συγκολλητικές ουσίες Εποξειδική ρητίνη

9 viii Κονίαμα ανόργανης μήτρας Κονίαμα επιπέδωσης ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ - ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Γενικά Κατασκευή δοκιμίων Εργασίες πριν την ενίσχυση Επιπέδωση υποστυλωμάτων Τρόχισμα επιφανειών υποστυλωμάτων Διάνοιξη οπών αγκυρίων ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ Ενίσχυση δοκιμίων με ινοπλισμένα πολυμερή Περίσφιγξη με ύφασμα ινών άνθρακα Τοποθέτηση αγκυρίων ινών άνθρακα (CFRP anchors) Ενίσχυση δοκιμίων με ινόπλεγμα σε ανόργανη μήτρα Περίσφιγξη με πλέγμα ινών άνθρακα Τοποθέτηση αγκυρίων ινών άνθρακα (CFRP anchors) Τοποθέτηση ντιζών Κουπόνια ΙΟΠ και ΙΑΜ Κουπόνια ινοπλισμένων πολυμερών από ίνες άνθρακα Κουπόνια πλεγμάτων ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Γενικά Περιγραφή της μηχανής Form + Test ALPHA Διάταξη των LVDT ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ Αποτελέσματα 1 ης Ομάδας Συμπεριφορά δοκιμίου ελέγχου C Συμπεριφορά δοκιμίου ΙΙ Συμπεριφορά δοκιμίου 1AhIII3a Συμπεριφορά δοκιμίου 1AhIII3b Συμπεριφορά δοκιμίου 1AhIII3c Συμπεριφορά δοκιμίου T_IV Συμπεριφορά δοκιμίου T_1AhIV

10 ix Συγκεντρωτικά αποτελέσματα 1 ης Ομάδας Αποτελέσματα 2 ης Ομάδας Συμπεριφορά δοκιμίου ελέγχου C Συμπεριφορά δοκιμίου Ι Συμπεριφορά δοκιμίου ΙΙ Συμπεριφορά δοκιμίου 2ΑhΙ Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhIII4a Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhIII4b Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhIII4c Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhII4Ua Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhII4Ub Συμπεριφορά δοκιμίου T_IV Συμπεριφορά δοκιμίου T_2AhIV Συγκεντρωτικά αποτελέσματα 2 ης Ομάδας ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΟΠ & ΙΑΜ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΟΠ Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1: Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΑΜ Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1: Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΟΠ & ΙΑΜ Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1: Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΟΜΑΔΩΝ 1 & 2 ΜΕ ΤΟ ΙΔΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗΣ ΣΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΑ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΙΟΠ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ LAM & TENG (2003b*) Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ΙΟΠ Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ΙΑΜ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ ΤΕΛΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

11 x 8.2 ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

12 xi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης-παραμόρφωσης για διάφορους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα Σχήμα 1.2 Επίδραση της θερμοκρασίας στο μέτρο ελαστικότητας των ινοπλισμένων πολυμερών Σχήμα 2.1 Κατανομή παραμορφώσεων σε μια ρωγμή (Ohno and Hannant 1991) Σχήμα 2.2 Πειραματική διάταξη δοκιμής εξόλκευσης: α) διαστάσεις δοκιμίου, β) δοκίμιο στη διάταξη εξόλκευσης Σχήμα 2.3 Καμπύλες απόκρισης κλώνων ινών σε δοκιμή εξόλκευσης (Kruger, 2004) Σχήμα 2.4 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΑΜ σε μονοαξονικό εφελκυσμό.. 41 Σχήμα 3.1 Σύγκριση των δράσεων περίσφιγξης του χάλυβα και των ΙΟΠ υλικών με ίνες 51 από άνθρακα (CFRP) και ίνες από ύαλο (GFRP) (fib, 2001) Σχήμα 3.2 Τριαξονική εντατική κατάσταση στους μανδύες ΙΟΠ (fib, 2001) Σχήμα 3.3 (α) Αξονική καταπόνηση υποστυλώματος με μανδύα συνθέτων υλικών. (β) Ανάπτυξη εγκάρσιων τάσεων λόγω διόγκωσης (Τριανταφύλλου, 2005) Σχήμα 3.4 Καμπύλες θλιπτικήςτάσης - παραμόρφωσης για περισφιγμένο σκυρόδεμα με μανδύα Σύνθετων Υλικών (Τριανταφύλλου, 2005) Σχήμα 3.5 Λεπτομέρειες των διαφορετικών τρόπων ενίσχυσης Σχήμα 3.6 Γεωμετρικά χαρακτηριστικά διατομών και λεπτομέρειες όπλισής τους Σχήμα 3. 7 Σκαρίφημα εφαρμογής ελασμάτων ινών άνθρακα μορφής C Σχήμα 3.8 Διάταξη εγκάρσιων GFRP ελασμάτων: (α) μονής διεύθυνσης και (b) τεσσάρων διευθύνσεων Σχήμα 3.9 Συγκριτικό διάγραμμα φορτίου-παραμόρφωσης Σχήμα 3.10 Διαστάσεις (σε mm) δοκιμίων και θέσεις τοποθέτησης των LVDTs Σχήμα 3.11 Σχέση δύναμης αποκόλλησης σύνθετων υλικών συναρτήσει του μήκους επικόλλησης Σχήμα 3.12 Σχηματική αποτύπωση των υποστυλωμάτων μορφής Γ: (a) δοκίμιο ελέγχου, (b) χωρίς αγκύρια, (c) με έξη αγκύρια με μερικό βάθος έμπηξης (απλά αγκύρια), (d) με τρία "υπέρ αγκύρια", (e) με έξη "υπέρ αγκύρια" Σχήμα 3.13 Σχηματική απεικόνιση των (a) απλών αγκυρίων, (b) υπέραγκυρίων Σχήμα 3.14 Γεωμετρία δοκιμίων και λεπτομέρειες όπλισης Σχήμα 3.15 Διάταξη αγκυρίων καθύψος του δοκιμίου Σχήμα 3.16 Γεωμετρικές λεπτομέρειες δοκιμίων: (α)-(γ) εφαρμογή λωρίδων σε σπειροειδή διάταξη χωρίς επικόλληση (Ομάδα C), (δ) πρισματικά δοκίμια Ομάδας D Σχήμα 3.17 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης υπό μονοαξονική θλίψη Σχήμα 4.1 Διατομές και λεπτομέρειες όπλισης υποστυλωμάτων λόγου πλευρών 1:3 ( mm) και 1:4 ( mm) _Toc

13 xii Σχήμα 4.2 Δοκίμια χωρίς ενίσχυση (δοκίμια ελέγχου) Σχήμα 4.3 Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ΙΟΠ Tyfo SCH-41 Composite: α) λόγου πλευρών 3:1 ( mm), β) λόγου πλευρών 4:1 ( mm) Σχήμα 4.4 Σκαρίφημα ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύα ΙΟΠ και αγκύρια ινών Σχήμα 4.5 Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ανόργανης μήτρας: α) λόγου πλευρών 3:1 ( mm), β) λόγου πλευρών 4:1 ( mm) Σχήμα 4.6 Σκαρίφημα ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύα ανόργανης μήτρας και αγκύρια ινών Σχήμα 4.7 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης νευροχάλυβα Φ12 ποιότητας Β500C Σχήμα 4.8 Γεωμετρία πλέγματος Σχήμα 4.9 α) Δοκιμή κάμψης τριών σημείων του κονιάματος της ανόργανης μήτρας, β) δοκιμή θλίψης των επιμέρους τμημάτων Σχήμα 4.10 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης dumbbell h Σχήμα 4.11 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης dumbbell h2 & h Σχήμα 4.12 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης dumbbell h4 & h Σχήμα 5.1 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ελέγχου C Σχήμα 5.2 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΙ Σχήμα 5.3 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3a Σχήμα 5.4 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3b Σχήμα 5.5 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3c Σχήμα 5.6 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_IV Σχήμα 5.7 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_1AhIV Σχήμα 5.8 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ Σχήμα 5.9 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Σχήμα 5.10 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Σχήμα 5.11 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με τρεις στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και μια σειρά αγκυρίων (1ΑhIII3) σε σχέση με το δοκίμιο με δύο στρώσεις (ΙΙ3) Σχήμα 5.12 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ Σχήμα 5.13 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με: α) μανδύες ΙΟΠ, β) μανδύες ΙΑΜ, γ) μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ Σχήμα 5.14 Ποσοστιαία μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας (+ για αύξηση, - για μείωση) των δοκιμίων με μανδύα ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο με δύο στρώσεις ΙΟΠ (ΙΙ3)

14 xiii Σχήμα 5.15 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας Σχήμα 5.16 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ελέγχου C Σχήμα 5.17 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου I Σχήμα 5.18 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΙ Σχήμα 5.19 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2ΑhΙ Σχήμα 5.20 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhIII4a Σχήμα 5.21 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhIII4b Σχήμα 5.22 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhIII4c Σχήμα 5.23 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhII4Ua Σχήμα 5.24 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhII4Ub Σχήμα 5.25 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_IV Σχήμα 5.26 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_2AhIV Σχήμα 5.27 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ Σχήμα 5.28 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Σχήμα 5.29 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Σχήμα 5.30 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων 2AhIII4 & 2AHII4U σε σχέση με το δοκίμιο 2AhI Σχήμα 5.31 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ Σχήμα 5.32 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ Σχήμα 5.33 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας Σχήμα 6.1 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.2 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.3 Ποσοστιαία μείωση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων 1ΑΙΙ3 και 2ΑΙΙ3 σε σχέση με το δοκίμιο ΙΙ Σχήμα 6.4 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ Σχήμα 6.5 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές)

15 xiv Σχήμα 6.6 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.7 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.8 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ Σχήμα 6.9 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.10 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.11 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.12 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.13 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας Σχήμα 6.14 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας Σχήμα 6.15 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.16 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.17 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 6.18 Ποσοστιαία αύξηση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές) Σχήμα 7.1 Μοντέλο τάσης παραμόρφωσης για περισφιγμένο σκυρόδεμα με ΙΟΠ (Lam & Teng 2003).231 Σχήμα 7.2 Ενεργός περισφιγμένη περιοχή ορθογωνικής διατομής Σχήμα 7.3 Περισφιγμένο υποστύλωμα με (α) οριζόντιες λωρίδες και (β) λωρίδες σε ελικοειδή σχήμα Σχήμα 7.4 Ισοδύναμη κυκλική διατομή Σχήμα 7.5 Περίσφιγξη στα υποστυλώματα με λόγο πλευρών 1:3, 1:4: α) χωρίς αγκύρια ή με αγκύρια διαμέτρου 1/4ˈˈ, β) με αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ, γ) περίσφιγξη στα υποστυλώματα με ενισχυτικό κονίαμα για μείωση του λόγου των πλευρών Σχήμα 7.6 Καθ ύψος επίδραση των αγκυρίων διαμέτρου 3/8ˈˈστην περίσφιγξη

16 xv Σχήμα 7.7 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1: Σχήμα 7.8 Σύγκριση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1: Σχήμα 7.9 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1: Σχήμα 7.10 Σύγκριση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1: Σχήμα 7.11 Ενεργώς περισφιγμένη περιοχή για υποστυλώματα με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 αγνοώντας την απομείωση λόγω ύπαρξης αγκυρίων καθ ύψος ανά απόσταση 150mm Σχήμα 7.12 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 θεωρώντας s α = Σχήμα 7.13 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ Σχήμα 7.14 Σύγκριση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ

17 xvi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1 Τομή ελάσματος σύνθετου υλικού σε μεγέθυνση Εικόνα 1.2 α) Προσανατολισμένο σύνθετο υλικό, (β) μη προσανατολισμένο σύνθετο υλικό Εικόνα 1.3 Τύποι υλικών ινών: α) Σύνθετο υλικό πλεκτών ινών, β) σύνθετο υλικό ασυνεχών ινών, γ) υβριδικό σύνθετο υλικό, δ) σύνθετο υλικό συνεχών ινών Εικόνα 1.4 α) Ύφασμα μιας διεύθυνσης ινών άνθρακα, β) πλέγμα δύο διευθύνσεων ινών άνθρακα, γ) έλασμα Εικόνα 1.5 Ίνες άνθρακα Εικόνα 1.6 Ίνες υάλου Εικόνα 1.7 Ίνες αραμιδίου Εικόνα 1.8 Παραδείγματα εφαρμογής της βασικής τεχνικής Εικόνα 2.1 Είδη πλέξης υπό γωνία 0 ο /90 ο Εικόνα 2.2 α) Πλέγμα δύο διευθύνσεων με προσανατολισμό ινών 0 /90, β) πλέγμα τεσσάρων διευθύνσεων με προσανατολισμό ινών 0 /45 /90 / Εικόνα 2.3 α) Πλέγμα τριών διαστάσεων, β) διάταξη παραγωγής κυκλικού ινοπλέγματος Εικόνα 2.4 α) Κλώνος ινών με μερικώς εμποτισμένες ίνες (συνάφεια των εξωτερικών ινών μεγαλύτερη από αυτή των εσωτερικών), β) εισχώρηση πολυμερών στον κλώνο και πλήρης εμποτισμός όλων των ινών του (συνάφεια των εξωτερικών ινών μικρότερη από αυτή των εσωτερικών) Εικόνα 3.1 Τοποθέτηση οπλισμού πριν την εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Φαίνεται η διάτρηση της πλάκας που έχει προηγηθεί προκειμένου να περάσει ο νέος διαμήκης οπλισμός του υποστυλώματος Εικόνα 3.2 α) Τοποθέτηση σιδηρού οπλισμού πριν την εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, β) εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε σήραγγα Εικόνα 3.3 Περίσφιγξη με μεταλλικά επικολλητά ελάσματα συνήθης πάχους 1-2 mm Εικόνα 3.4 Περίσφιγξη με σπειροειδή οπλισμό Εικόνα 3.5 Περίσφιγξη με μεταλλικό κλωβό Εικόνα 3.6 Περίσφιγξη με μεταλλικό μανδύα: α) ορθογωνική, β) ελλειπτική Εικόνα 3.7 Περίσφιγξη με μεταλλικό κλωβό Εικόνα 3.8 (α) Αξονική βράχυνση του δοκιμίου και ταυτόχρονη πλευρική διόγκωση, β) ο μανδύας ΙΟΠ περισφίγγει το σκυρόδεμα, γ) το σκυρόδεμα βρίσκεται σε συνθήκες τριαξονικής εντατικής κατάστασης λόγω του μανδύα ΙΟΠ

18 xvii Εικόνα 3.9 Ενεργώς περισφιγμένη περιοχή σε κυκλική, τετραγωνική και ορθογωνική διατομή αντίστοιχα λόγω μανδύα ΙΟΠ Εικόνα 3.10 Πειραματικό πρόγραμμα δοκιμών: α) 1 η φάση, β) 2 η φάση, γ) 3 η φάση Εικόνα 3.11 α) Αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου (CFRPanchors), β) τοποθέτηση αγκυρίων Εικόνα 3.12 Αστοχία των δοκιμίων: (a) χωρίς αγκύρια (αποκόλληση μανδύα στην εσωτερική γωνία), (b) θραύση του μανδύα σε εξωτερική γωνία, (c) θραύση του αγκυρίου στο κάτω μέρος, (d) θραύση του αγκυρίου στην εσωτερική γωνία και διάδοση της ρωγμής στον μανδύα Εικόνα 3.13 α) Έναρξη εφελκυστικής αστοχία του μανδύα, β) έναρξη αποκόλληση του μανδύα στο τέλος του πλέγματος Εικόνα 3.14 Μορφή αστοχίας: α) μανδύα ινοπλέγματος σε τσιμεντοειδή μήτρα, β) μανδύα ινοπλέγματος σε ποζολανική μήτρα Εικόνα 3.15 Αστοχία δοκιμίου περισφιγμένου με το μανδύα: α) FABpoly, β) FABcrete. 85 Εικόνα 3.16 Μορφή αστοχίας των περισφιγμένων δοκιμίων με FRC: α) αστοχία λόγω θραύση των ινών, β) αστοχία λόγω διαχωρισμού του πλέγματος και της μήτρας Εικόνα 3.17 α) πλέγμα ινών FBO, β) αστοχία δοκιμίου με κατεύθυνση ινών πλέγματος κατά 90 ο, γ) αστοχία δοκιμίου με κατεύθυνση ινών πλέγματος κατά 45 ο Εικόνα 4.1 Κυβικά δοκίμια σε χαλύβδινη μήτρα διαστάσεων mm Εικόνα 4.2 Μηχανή πειραματικού προσδιορισμού θλιπτικής αντοχής Εικόνα 4.3 Δοκιμή θλίψης κυβικού δοκιμίου πρότυπων διαστάσεων Εικόνα 4.4 Μηχανή εφελκυσμού M.T.S Εικόνα 4.5 Δοκιμή εφελκυσμού νευροχάλυβα Φ12 στην M.T.S Εικόνα 4.6 Ύφασμα συνεχών ινών άνθρακα (Tyfo SCH-41 reinforcing fabric) Εικόνα 4.7 Πλέγμα ινών άνθρακα που χρησιμοποιήθηκε για την ενίσχυση των δοκιμίων Εικόνα 4.8 Χρησιμοποιούμενα αγκύρια μορφής θυσάνου ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8ˈˈ (Tyfo SCH Carbon Composite Anchors) Εικόνα 4.9 Χρησιμοποιούμενη εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών (Tyfo S Epoxy) Εικόνα 4.10 Παρασκευή πρισματικών δοκιμίων Εικόνα 4.11 Στιγμιότυπα από τη δοκιμή για τον προσδιορισμός της εφελκυστικής αντοχής του κονιάματος: α),β) δοκιμή κάμψης τριών σημείων, γ) επιμέρους τμήματα Εικόνα 4.12 Στιγμιότυπα από τη δοκιμή για τον προσδιορισμός της θλιπτικής αντοχής του κονιάματος Εικόνα 4.13 Χρησιμοποιούμενο κονίαμα Mapegrout Thixotropic για επιπέδωση επιφανειών Εικόνα 4.14 α) φελιζόλ, β) τοποθέτηση των κομμένων φελιζόλ στις γωνίες των καλουπιών, γ) σωλήνες PVC, δ) κόψιμο σωλήνα με τον τροχό, ε) τοποθέτηση κομματιού του σωλήνα στη γωνία για να επιτευχθεί η επιθυμητή καμπυλότητα Εικόνα 4.15 α) Τοποθέτηση αποστατών περιμετρικά του οπλισμού, β) αποστάτης στρογγυλός 15 mm που χρησιμοποιήθηκε περιμετρικά, γ) αποστάτης 15 mmπου

19 xviii χρησιμοποιήθηκε στο κάτω μέρος του οπλισμού, δ) τοποθέτηση οπλισμών στους ξυλοτύπους Εικόνα 4.16 α) Έγχυση και δόνηση νωπού σκυροδέματος στα καλούπια, β) επιπέδωση νωπού σκυροδέματος στην άνω πλευρά των δοκιμίων Εικόνα 4.17 α) Κυβικά δοκίμια 15 15cm, β) τοποθέτηση λινατσών για συντήρηση του σκυροδέματος Εικόνα 4.18 Ξεκαλούπωμα και στοίβαξη των δοκιμίων Εικόνα 4.19 Στιγμιότυπα από τη διαδικασία της επιπέδωσης: α) τοποθέτηση κονιάματος Mapegrout Thixotropic σε κουβά, β) προσθήκη νερού, γ) ανάμιξη κονιάματος και νερού μέχρι την ομογενοποίηση του μίγματος, δ) διαβροχή με νερό της επιφάνειας όπου πρόκειται να επιπεδωθεί, ε) τοποθέτηση κονιάματος πάνω στην επιφάνεια του δοκιμίου, ζ) έλεγχος της επιπεδότητας, η) επιπέδωση υποστυλώματος Εικόνα 4.20 Τρόχισμα των επιφανειών των δοκιμίων για απομάκρυνση της επιφανειακής στρώσης του τσιμεντοπολτού και αποκάλυψη των αδρανών και καμπύλωση των γωνιών μέχρι ακτίνας καμπυλότητας 20 mm Εικόνα 4.21 Διάνοιξη οπών με χρήση κρουστικού δραπάνου Εικόνα 4.22 Οπές αγκυρίων σε μια σειρά για τα δοκίμια με λόγο πλευρό 3:1 ( mm) Εικόνα 4.23 Οπές αγκυρίων σε δύο σειρές για τα δοκίμια με λόγο πλευρό 4:1 ( mm) Εικόνα 4.24 α) Ανάμιξη των συστατικών Α και Β της ρητίνης με μηχανικό αναδευτήρα, β) επάλειψη του δοκιμίου με ρητίνη Εικόνα 4.25 Εμποτισμός υφάσματος με ρητίνη Εικόνα 4.26 α) Προσθήκη Cab-O-Sil TS-270 για αύξηση του ιξώδους της ρητίνης, β) τελικό μίγμα μετά την προσθήκη του Cab-O-Sil, γ) επάλειψη επιφάνειας εφαρμογής με την παχύρευστη ρητίνη, δ) κάλυψη κενών Εικόνα 4.27 Στιγμιότυπα κατά την εφαρμογή του υφάσματος CFRP: α) έναρξη τοποθέτησης του προεμποτισμένου υφάσματος περιμετρικά του δοκιμίου, β) εφαρμογή ρητίνης πάνω στην πρώτη στρώση υφάσματος για τοποθέτηση της δεύτερης, γ) εφαρμογή υφάσματος στο δοκίμιο, δ) τοποθέτηση της πρόσθετης λωρίδας υφάσματος Εικόνα 4.28 Στιγμιότυπα κατά την εφαρμογή του τοπικού μανδύα στις πλευρές του δοκιμίου: α) τοποθέτηση του μανδύα συνολικού μήκους 450 mm με τη φορά των ινών κάθετα στον κατακόρυφο άξονα του δοκιμίου, β) τοποθέτηση της πρόσθετης λωρίδας υφάσματος, γ) τελική μορφή τοπικού μανδύα δύο στρώσεων Εικόνα 4.29 α) Εμβάπτιση αγκυρίων στη ρητίνη, β) εισαγωγή αγκυρίου στην οπή, γ) διαχωρισμός των ινών του αγκυρίου και σχηματισμός του θυσάνου (δοκίμιο mm) Εικόνα 4.30 Στιγμιότυπα κατά την τοποθέτηση των αγκυρίων στο δοκίμιο mm: α), β) με τη βοήθεια συρμάτων τα αγκύρια περνούν από τις οπές, γ) ισομοιράζουμε το μήκος του αγκυρίου που προεξέχει στις δύο πλευρές, δ) άνοιγμα των ινών του αγκυρίου σε ακτινική διεύθυνση, ε) αγκύρια μορφής θυσάνου σε δύο σειρές, ζ) τοποθέτηση πρόσθετων λωρίδων στη θέση των αγκυρίων Εικόνα 4.31 Παραγωγή κονιάματος με χρήση μηχανικού αναδευτήρα

20 xix Εικόνα 4.32 α) Επίστρωση αρχική στρώσης τσιμεντοκονιάματος με χρήση σπάτουλας, β) επικόλληση της πρώτης στρώσης πλέγματος ξεκινώντας από το μέσο της μεγάλης πλευράς Εικόνα 4.33 α) Τοποθέτηση ενδιάμεσης στρώσης πλέγματος και άσκηση πίεσης για επικόλλησή του εντός του κονιάματος, β) τελική μορφή ενισχυμένου δοκιμίου, γ) συντήρηση δοκιμίου με χρήση βρεγμένης λινάτσας Εικόνα 4.34 α) Κάλυψη οπών με μεταλλικές βέργες, β) μεταφορά βεργών σε μια πλευρά προκειμένου να γίνει κατάλληλη τοποθέτηση του πλέγματος στην απέναντι πλευρά Εικόνα 4.35 Στιγμιότυπα κατά την εφαρμογή του πλέγματος σε ανόργανη μήτρα με αγκύρια: α) ενδιάμεση στρώση κονιάματος όπου διαφαίνονται οι μεταλλικές βέργες που κρατούν ανοικτές τις οπές των αγκυρίων, β) στρώσιμο του κονιάματος με χρήση σπάτουλας σε θέση κοντά σε οπές, γ) τελική στρώση κονιάματος Εικόνα 4.36 α) Μορφή δοκιμίου ( mm) μετά το τέλος της εφαρμογής του ΙΑΜ, β) μορφή του ίδιου δοκιμίου μετά την τοποθέτηση των αγκυρίων ινών άνθρακα Εικόνα 4.37 α) Μορφή δοκιμίου ( mm) μετά το τέλος της εφαρμογής του ΙΑΜ, β) μορφή του ίδιου δοκιμίου μετά την τοποθέτηση των αγκυρίων ινών άνθρακα Εικόνα 4.38 Στιγμιότυπα κατά την τοποθέτηση των ντιζών: α) χρήση κρουστικού δραπάνου για άνοιγμα της οπής, β) τελική μορφή ντιζών Εικόνα 4.39 Στιγμιότυπα από τη διαδικασία κατασκευής των κουπονιών: α) διπλή στρώση υφάσματος ενισχυμένη με ρητίνη, β) λωρίδες CFRP για την κατασκευή των κουπονιών, γ) εφαρμογή ρητίνης στα άκρα της μεγάλης λωρίδας, δ) εφαρμογή ρητίνης στα άκρα της μικρής λωρίδας, ε) ένωση μικρής μεγάλης λωρίδας από τη μια πλευρά, στ) ένωση μικρής μεγάλης λωρίδας και από τις δύο πλευρές Εικόνα 4.40 Κουπόνια από το σύνθετο υλικό Tyfo SCH-41 Composite Εικόνα 4.41 Δοκιμή εφελκυσμού κουπονιού από το σύνθετο υλικό Tyfo SCH-41 Composite: α) κατά την έναρξη της δοκιμής, β) στο τέλος της δοκιμής Εικόνα 4.42 Γεωμετρία δοκιμίου: α) όψη δοκιμίου, β) τομή κατά μήκος του δοκιμίου Εικόνα 4.43 Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίου Εικόνα 4.44 Χαλύβδινα καλούπια για την κατασκευή των δοκιμίων Εικόνα 4.45 Μεταλλική πλάκα τοποθετημένη στο κεντρικό τμήμα του καλουπιού Εικόνα 4.46 α) Πρώτη στρώση κονιάματος, β) τοποθέτηση του πλέγματος και των μεταλλικών αποστατών πάχους 2 mm στα άκρα Εικόνα 4.47 α) Δεύτερη στρώση κονιάματος, β) τοποθέτηση της δεύτερης στρώσης του πλέγματος Εικόνα 4.48 α) Τοποθέτηση της δεύτερης μεταλλικής πλάκας, β) τελικό δοκίμιο Εικόνα 4.49 Δοκίμιο μετά την αφαίρεση από το καλούπι Εικόνα 4.50 Πειραματική διάταξη δοκιμή εφελκυσμού δοκιμίου ΙΑΜ Εικόνα 4.51 Η μηχανή θλίψης Form+Test ALPHA Εικόνα 4.52 Διάταξη του LVDT πάνω στα δοκίμια Εικόνα 5.1 Θεωρούμενες αποστάσεις κατά την επεξεργασία των καταγραφών

21 xx Εικόνα 5.2 α) Δοκίμιο C3 ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β) εμφάνιση ρωγμών παράλληλα στη διεύθυνση του φορτίου στη μια πλευρά του δοκιμίου Εικόνα 5.3 Στιγμιότυπα από τη θραύση του δοκιμίου C3: α) Εμφάνιση κατακόρυφων ρωγμών στη μικρή πλευρά του δοκιμίου, β) εστίαση στην περιοχή των ρωγμών στη μικρή πλευρά, γ) κατανομή ρωγμών στη άλλη πλευρά του δοκιμίου, δ) λεπτομέρεια από την πάνω δεξιά γωνία όπου φαίνονται οι κατακόρυφες ρωγμές και η αποκόλληση του σκυροδέματος από τον οπλισμό λόγω λυγισμού του τελευταίου Εικόνα 5.4 α) Δοκίμιο ΙΙ3 ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β), γ), δ) αστοχία του μανδύα στην πάνω πλευρά (φωτογραφίες από διαφορετικές πλευρές του δοκιμίου) Εικόνα 5.5 α) Δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3a ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή όψη του δοκιμίου όπου διακρίνεται η διόγκωση του μανδύα στο μέσο της πλευράς, γ) αξονομετρική απεικόνιση δοκιμίου όπου φαίνεται η διόγκωση του μανδύα στην μπροστινή όψη, δ) λυγισμός διαμήκους οπλισμού όπου προκάλεσε τη διόγκωση του μανδύα, δ) κατάσταση οπλισμού και αγκυρίου μετά από αφαίρεση του μανδύα: ο οπλισμός έχει λυγίσει και το αγκύριο έχει σπάσει Εικόνα 5.6 α), β),γ) Απεικόνιση της πίσω όψης του δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3a όπου παρατηρείται κυρίως στο κέντρο της πλευράς διόγκωση και τοπική θραύση του μανδύα Εικόνα 5.7 α) Δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3b ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή όψη του δοκιμίου όπου διακρίνεται η θραύση του μανδύα στην κάτω αριστερή γωνία, γ), δ) θραύση μανδύα η οποία ξεκινάει από τη μικρή πλευρά, ε) εικόνα δοκιμίου μετά από αφαίρεση ενός τμήματος μανδύα διαφαίνονται οι οπλισμοί καθώς και τα αγκύρια που έχουν σπάσει, στ), ζ) πίσω όψη του δοκιμίου στο κάτω μέρος φαίνεται η αστοχία του μανδύα που φτάνει μέχρι το μέσο της μεγάλης πλευράς Εικόνα 5.8 α), β) Μπροστινή πλευρά δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3c: διαφαίνεται το σημείο όπου ξεκίνησε η αστοχία του μανδύα, γ), δ) πίσω πλευρά: παρατηρούνται διογκώσεις του μανδύα στο μέσο περίπου του ύψους του δοκιμίου, ε) αποκάλυψη θραυσμένου αγκυρίου μετά την αφαίρεση τμήματος του μανδύα Εικόνα 5.9 α) Δοκίμιο T_IV3 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή πλευρά δοκιμίου όπου φαίνονται οι κατακόρυφες ρωγμές και οι διογκώσεις του μανδύα, γ) απεικόνιση της μικρής πλευράς όπου φαίνονται οι κατακόρυφες ρωγμές καθώς και τμήματα του μανδύα που έχουν αποκολληθεί Εικόνα 5.10 Ρηγμάτωση και διόγκωση του μανδύα: α) μπροστινή όψη, β) πίσω όψη Εικόνα 5.11 α) Δοκίμιο T_1AhIV3 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή πλευρά δοκιμίου: διαφαίνονται οι κατακόρυφες και οριζόντιες ρηγματώσεις καθώς και τα τρία αγκύρια που έχουν ενεργοποιηθεί, γ) απεικόνιση της μικρής πλευράς όπου φαίνονται ρωγμές και περιοχές αποκόλλησης του μανδύα, δ) πίσω πλευρά: διακρίνονται τα αγκύρια που έχουν σπάσει, ε), στ) αποκόλληση μανδύα από το σκυρόδεμα λόγω διόγκωσης του εγκάρσιου οπλισμού στην περιοχή αυτή Εικόνα 5.12 Δοκίμιο ελέγχου C4 μετά τη δοκιμή θλίψης: α), β), γ) κατακόρυφες ρηγματώσεις κατά το πλάτος της μικρής πλευράς, δ), ε), στ) διόγκωση σκυροδέματος κατά την εγκάρσια διεύθυνση και δημιουργία οριζόντιας ρηγμάτωσης κατά πλάτος της μεγάλης πλευράς Εικόνα 5.13 Δοκίμιο Ι4: α) μπροστινή πλευρά: διόγκωση του μανδύα στο μέσο περίπου του ύψους, β) πίσω πλευρά: θραύση του μανδύα στο πάνω μέρος, στο μέσο περίπου της μεγάλης πλευράς, γ) αστοχία δοκιμίου

22 xxi Εικόνα 5.14 α) Δοκίμιο ΙΙ4 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή πλευρά: αστοχία μανδύα που ξεκίνησε από την κάτω γωνία και συνέχισε κατά μήκος της μεγάλης πλευράς, γ) πίσω πλευρά: τοπική διόγκωση μανδύα στο μέσο του ύψους του δοκιμίου Εικόνα 5.15 Δοκίμιο 2ΑhΙ4: α), β) μπροστινή πλευρά: διόγκωση του μανδύα στο μέσο περίπου του ύψους, γ) αστοχία του δοκιμίου που ξεκινάει από τη μικρή πλευρά, δ) πίσω πλευρά: τοπική διόγκωση στην κάτω δεξιά γωνία και θραύση του αγκυρίου στην περιοχή αυτή, ε) αστοχία του δοκιμίου Εικόνα 5.16 Στιγμιότυπα από την αστοχία του δοκιμίου 2ΑhIII4a: α) μπροστινή όψη: η αστοχία του μανδύα επεκτείνεται στη μεγάλη πλευρά μέχρι πριν την περιοχή των αγκυρίων, β), γ) πλευρική απεικόνιση δοκιμίου όπου διαφαίνεται η αστοχία του μανδύα στην πάνω καμπυλωμένη γωνία, δ) λεπτομέρεια από την αστοχία του μανδύα Εικόνα 5.17 Στιγμιότυπα από την αστοχία του δοκιμίου 2ΑhIII4b: α) διόγκωση του μανδύα στην περιοχή κοντά στη θραύση, β), γ), δ) πλευρική απεικόνιση δοκιμίου όπου φαίνεται η αστοχία του μανδύα στην κάτω πλευρά, ε) λεπτομέρεια από την αστοχία του μανδύα στη μικρή πλευρά Εικόνα 5.18 α) Δοκίμιο 2ΑhIII4c πριν τη δοκιμή θλίψης, β) διόγκωση του μανδύα στην περιοχή κοντά στη θραύση, γ) αφαίρεση μανδύα μετά τη δοκιμή θλίψης όπου δεν παρατηρείται θραύση αγκυρίου, δ), ε) πλευρική απεικόνιση δοκιμίου όπου φαίνεται η αστοχία του μανδύα στην κάτω πλευρά Εικόνα 5.19 α) Δοκίμιο 2AhIIUa πριν τη δοκιμή θλίψης, β), γ), δ) διόγκωση του μανδύα στη μέση του ύψους του δοκιμίου στο κέντρο της μεγάλης πλευράς όπου αστόχησε ο μανδύας, ε) αφαίρεση τμήματος μανδύα μετά τη δοκιμή θλίψης όπου παρατηρείται θραύση αγκυρίων, στ) λυγισμός διαμήκους οπλισμού που προκάλεσε τοπική διόγκωση του μανδύα Εικόνα 5.20 Πίσω πλευρά του δοκιμίου 2AhIIUa: α) τοπική θραύση του μανδύα στο πάνω μέρος του δοκιμίου, β) θραύση των δύο πρώτων αγκυρίων Εικόνα 5.21 Αστοχία δοκιμίου 2AhIIUb Εικόνα 5.22 Αστοχία δοκιμίου Τ_IV Εικόνα 5.23 α) Δοκίμιο T_2AhIV4 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) κατακόρυφες ρωγμές κατά πλάτος της μικρής πλευράς Εικόνα 5.24 Δοκίμιο T_2AhIV4 μετά τη δοκιμή θλίψης No table of contents entries found.

23 xxii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1.1 Τυπικές ιδιότητες ινών σύνθετων υλικών (fib, 2001) Πίνακας 1.2 Μηχανικές ιδιότητες ρητινών Πίνακας 1.3 Ενδεικτικές ιδιότητες εποξειδικών ρητινών και σύγκριση με σκυρόδεμα και χάλυβα (fib, 2001) Πίνακας 1.4 Ποιοτική αξιολόγηση ινοπλισμένων πολυμερών Πίνακας 3.1 Λεπτομέρειες των διαφορετικών μορφών ενίσχυσης των δοκιμίων Πίνακας 3.2 Περιγραφή των δοκιμίων του πειραματικού προγράμματος Πίνακας 4.1 Γεωμετρικά χαρακτηριστικά δοκιμίων Πίνακας 4.2 Οπλισμοί διατομών Πίνακας 4.3 Ονοματολογία δοκιμίων Πίνακας 4.4 Τιμές θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος Πίνακας 4.5 Μηχανικά χαρακτηριστικά ράβδου Φ Πίνακας 4.6 Μηχανικά χαρακτηριστικά υφάσματος (Tyfo SCH-41 fabric) και μηχανικά χαρακτηριστικά προκύπτοντος συνθετικού υλικού (Tyfo SCH-41 Composite) Πίνακας 4.7 Ιδιότητες πλέγματος ινών άνθρακα Πίνακας 4.8 Μηχανικά χαρακτηριστικά Tyfo SCH Carbon Composite Anchors Πίνακας 4.9 Ιδιότητες χρησιμοποιούμενης εποξειδικής ρητίνης Tyfo S Epoxy Πίνακας 4.10 Ιδιότητες χρησιμοποιούμενου κονιάματος Tyfo C-Matrix Πίνακας 4.11 Θλιπτική αντοχή κονιάματος σε ηλικία 28 ημερών Πίνακας 4.12 Εφελκυστική αντοχή κονιάματος σε ηλικία 28 ημερών Πίνακας 4.13 Ιδιότητες κονιάματος Mapegrout Thixotropic Πίνακας 4.14 Αποτελέσματα δοκιμών εφελκυσμού στα κουπόνια από το σύνθετο υλικό Tyfo SCH-41 Composite Πίνακας 4.15 Στατιστικά στοιχεία δοκιμών εφελκυσμού στα κουπόνια CFRP Πίνακας 4.16 Αποτελέσματα δοκιμών εφελκυσμού στα δοκίμια Dumbbell Πίνακας 4.17 Στατιστικά στοιχεία δοκιμών εφελκυσμού στα δοκίμια Dumbbell Πίνακας 5.1 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο C Πίνακας 5.2 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο ΙΙ Πίνακας 5.3 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3a Πίνακας 5.4 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3b Πίνακας 5.5 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3c Πίνακας 5.6 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_IV Πίνακας 5.7 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_1AhIV Πίνακας 5.8 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για τα δοκίμια της 1 ης ομάδας ( mm)

24 xxiii Πίνακας 5.9 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων της 1 ης ομάδας ( mm) σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 5.10 Μέσες τιμές αποτελεσμάτων των δοκιμίων της 1 ης ομάδας ( mm) Πίνακας 5.11 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο C Πίνακας 5.12 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο I Πίνακας 5.13 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο ΙΙ Πίνακας 5.14 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2ΑhΙ Πίνακας 5.15 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhIII4a Πίνακας 5.16 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhIII4b Πίνακας 5.17 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhIII4c Πίνακας 5.18 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhII4Ua Πίνακας 5.19 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhII4Ub Πίνακας 5.20 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_IV Πίνακας 5.21 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_2AhIV Πίνακας 5.22 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για τα δοκίμια της 2 ης ομάδας ( mm) Πίνακας 5.23 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων της 2 ης ομάδας ( mm) σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 5.24 Μέσες τιμές αποτελεσμάτων των δοκιμίων της 2 ης ομάδας ( mm) Πίνακας 6.1 Ονοματολογία δοκιμίων Πίνακας 6.2 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ Πίνακας 6.3 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 1 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 6.4 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ Πίνακας 6.5 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 2 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 6.6 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 περισφιγμένα με μανδύες ΙΑΜ Πίνακας 6.7 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 1 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙAM σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 6.8 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΑΜ

25 xxiv Πίνακας 6.9 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 2 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 6.10 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ Πίνακας 6.11 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 1 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 6.12 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ Πίνακας 6.13 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 2 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου Πίνακας 7.1 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια με λόγο πλευρών 1: Πίνακας 7.2 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για την παραμόρφωση αστοχίας για δοκίμια με λόγο πλευρών 1: Πίνακας 7.3 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια με λόγο πλευρών 1: Πίνακας 7.4 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για την παραμόρφωση αστοχίας για δοκίμια με λόγο πλευρών 1: Πίνακας 7.5 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 αγνοώντας τη μείωση της περίσφιγξης στο μέσο της απόστασης μεταξύ των αγκυρίων διαμέτρου 3/8ˈˈ Πίνακας 7.6 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ Πίνακας 7.7 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για την παραμόρφωση αστοχίας για δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ

26 1 1. ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΕ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΜΗΤΡΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Ο σύγχρονος αντισεισμικός σχεδιασμός στοχεύει στη δημιουργία ενός φορέα που να εξασφαλίζει τόσο μεγάλη αντοχή όσο και μεγάλη πλαστιμότητα κατά τη σεισμική δράση. Ωστόσο, στην Ελλάδα η ανάπτυξη αντισεισμικών κανονισμών πάνω στη φιλοσοφία αυτή άρχισε να γίνεται μετά από τα μέσα της δεκαετίας του 1980 με αποτέλεσμα κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος πριν από το 1985 να έχουν σχεδιαστεί λαμβάνοντας υπόψη κυρίως τα κατακόρυφα φορτία, υποεκτιμώντας σημαντικά την ένταση των σεισμικών δράσεων. Οι καταστροφικοί σεισμοί που έπληξαν τα τελευταία χρόνια τη χώρα μας, εκτός του ότι κατέδειξαν το πρόβλημα των ανεπαρκών αρχικών αντισεισμικών κανονισμών, έφεραν στην επιφάνεια άλλο ένα ζήτημα, αυτό της ενίσχυσης των υφιστάμενων κατασκευών. Πέρα όμως από τη φυσιολογική γήρανση των κατασκευών και τη συσσώρευση βλαβών από σεισμούς υπάρχουν και άλλοι λόγοι που καθιστούν επιβεβλημένες τις ενισχύσεις όπως η αλλαγή χρήσης, πιθανά λάθη κατά τη σύλληψη ή την εφαρμογή της μελέτης, η επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών. Παρουσιάζεται συνεπώς η ανάγκη ενίσχυσης (μέλους ή κατασκευής) ως μία διαδικασία επέμβασης σε μια κατασκευή, με ή χωρίς βλάβες, με σκοπό να αυξηθεί η φέρουσα ικανότητα ή πλαστιμότητα (του στοιχείου ή του φορέα) σε στάθμη υψηλότερη από αυτήν του αρχικού σχεδιασμού έτσι ώστε να πληρούνται οι απαιτήσεις των σύγχρονων κανονισμών. Για τις επεμβάσεις σε υφιστάμενες κατασκευές αναζητούνται νέα υλικά και τεχνικές οι οποίες να εξασφαλίζουν αποτελεσματικότητα, ταχύτητα και ευκολία στην εφαρμογή, καθώς και μείωση του κόστους των επεμβάσεων. Τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια έχει αναπτυχθεί μία νέα τεχνική ενίσχυσης, η οποία βασίζεται στην χρήση προηγμένων υλικών που αποτελούνται από το συνδυασμό ινών (άνθρακα, υάλου, αραμιδίου ή ακόμη και υβριδικά με διάφορους τύπους ινών) σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης. Τα υλικά αυτά είναι ευρύτερα γνωστά ως ινοπλισμένα πολυμερή (Fiber Reinforced Polymers FRP) ή απλώς σύνθετα υλικά. Η εφαρμογή τους ως οπλισμός ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος ή φέρουσας τοιχοποιίας συνίσταται στην μέσω εποξειδικών ρητινών επικόλλησή τους σε εξωτερικές επιφάνειες δομικών μελών, με προσανατολισμό ινών τέτοιο ώστε να παραλαμβάνουν εφελκυστικές δυνάμεις (Τριανταφύλλου, 2006).

27 2 Τα σύνθετα υλικά τυγχάνουν ευρείας εφαρμογής τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια στη χώρα μας, στο πεδίο των τεχνικών έργων και ειδικότερα στο πεδίο των ενισχύσεων, ιδιαίτερα μετά τον καταστροφικό σεισμό της Αθήνας το Σεπτέμβριο του 1999, ο οποίος δημιούργησε την ανάγκη άμεσων, γρήγορων, αποτελεσματικών και με τη λιγότερη δυνατή όχληση επεμβάσεων σε κατασκευές που είχαν υποστεί βλάβες. Τα κυριότερα πλεονεκτήματά τους είναι η ανθεκτικότητα σε διάβρωση και η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή τους (πολλαπλάσια του κοινού χάλυβα) που συνδυάζεται με το χαμηλό τους βάρος. Τα σύνθετα υλικά είναι σχετικά ελαφρά (έχουν βάρος περίπου στο 20-25% του χάλυβα) και παρουσιάζουν μικρό όγκο. Έτσι, δεν επιβάλλουν μεγάλες φορτιστικές επιβαρύνσεις στην κατασκευή και για το λόγο αυτό προτιμούνται από άλλα ενισχυτικά υλικά ή μεθόδους ενίσχυσης. Έτσι η εισαγωγή στον φορέα αυξάνει ελάχιστα τη μάζα του δομήματος και συνεπώς τα αδρανειακά φορτία όταν έχουμε δυναμική καταπόνηση. Επιπλέον τα κατακόρυφα νεκρά φορτία αυξάνονται λιγότερο και δε μειώνεται αισθητά ο ωφέλιμος χώρος του κτιρίου. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του κτιρίου (μάζα, ιδιοπερίοδος, ακαμψία κλπ.) δε μεταβάλλονται με την χρήση των ινοπλισμένων πολυμερών. Η διαθεσιμότητα των σύνθετων υλικών σε πολύ μεγάλα μήκη (χωρίς ανάγκη ματίσεων και άλλων συναφών ατελειών) καθώς και η μεγάλη «ευκαμψία» τους και συνεπώς και η εργασιμότητα τους αποτελούν σημαντικό πλεονέκτημα απέναντι στον χαλύβδινο οπλισμό (μεγάλη δυσκαμψία και δυσκολία διαμόρφωσης στις μεγάλες διαμέτρους και συνήθη μήκη ράβδων μικρότερα των 10 μέτρων). Επίσης, η βιομηχανική τυποποίηση τους επιτρέπει τη χρήση διαφόρων διατάξεων χωρίς περιορισμό σε γεωμετρικές διαστάσεις. Η εφαρμογή τους κρίνεται σκόπιμη και στην περίπτωση που πρέπει να αποφευχθεί η επιρροή μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται εξαιτίας του μεταλλικού οπλισμού (π.χ. σε νοσοκομεία, για την προστασία των τομογράφων). Παράλληλα είναι δυνατή η εφαρμογή τους σε δυσπρόσιτα τμήματα κατασκευών επιφέροντας σχετικά μικρή όχληση. Επιπλέον, τα σύνθετα υλικά που χρησιμοποιούνται στην ενίσχυση δομικών στοιχείων έχουν πολύ μικρό πάχος με αποτέλεσμα να μην υπάρχει αύξηση στην περίμετρο του ενισχυμένου στοιχείου και να μη δημιουργούνται αντιαισθητικές προσθήκες στη αρχιτεκτονική του κτιρίου, όπως συμβαίνει στην περίπτωση ενίσχυσης με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος. Επιπλέον, παρουσιάζουν σημαντική αντοχή στο χρόνο ενώ είναι ανθεκτικά απέναντι σε πολλούς από τους συνηθισμένους διαβρωτικούς παράγοντες

28 3 όπως το νερό, η υγρασία, η υπεριώδης ακτινοβολία, καθώς και το αλκαλικό ή όξινο περιβάλλον. Παράλληλα παρουσιάζουν σημαντική ανθεκτικότητα έναντι κόπωσης, ερπυσμό και κρουστικών καταπονήσεων. Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα που προσφέρουν είναι η αναστρεψιμότητα της επέμβασης καθώς, το σύνθετο υλικό, ως υλικό ενίσχυσης, μπορεί να απομακρυνθεί από το φορέα με σκοπό την εφαρμογή μιας άλλης ευχερέστερης σε κάποιο μελλοντικό χρόνο, κάτι που είναι αρκετά δύσκολο όσον αφορά τις άλλες μεθόδους. Αυτό, αποκτά ειδικό ενδιαφέρον στα θέματα που αφορούν την αποκατάσταση ή ενίσχυση οικοδομημάτων καλλιτεχνικής και ιστορικής αξίας, δεδομένου ότι η εφαρμογή ινοπλισμένων πολυμερών είναι μία μη καταστροφική μέθοδος ενίσχυσης. Ωστόσο η χρήση των συνθέτων υλικών στον τομέα των ενισχύσεων/επισκευών παρουσιάζει κάποια σημαντικά μειονεκτήματα. Το σημαντικότερο μειονέκτημά τους είναι η πτωχή συμπεριφορά τους σε υψηλές θερμοκρασίες και η έλλειψη πλαστιμότητας σε αντίθεση με το χάλυβα. Στην φάση οριακής κατάστασης αστοχίας εμφανίζεται ψαθυρή θραύση, ιδιότητα που δε συμβαδίζει με την τάση για πλαστικό σχεδιασμό των δομικών στοιχείων που επιβάλλει ο Κανονισμός. Ωστόσο, τα σύνθετα υλικά έχουν τη δυνατότητα να αναλάβουν υψηλές ελαστικές παραμορφώσεις με αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση της πλαστιμότητας των δομικών στοιχείων που έχουν ενισχυθεί με τη μέθοδο αυτή. Τέλος, σημαντικό μειονέκτημα θεωρείται το υψηλό τους κόστος, το οποίο όμως μετριάζεται λόγω της ταχύτητας και της ευκολίας της εφαρμογής τους. Μια εναλλακτική πρακτική μικρότερου κόστους από αυτή της χρήσης σύνθετων υλικών με μήτρα εποξειδικής ρητίνης (οργανική μήτρα) είναι αυτή της χρήσης σύνθετων υλικών σε ανόργανη μήτρα που έχει σαν βάση κάποιο τσιμεντοειδές κονίαμα. Η τεχνική της ενίσχυσης με μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα αποτελεί μια καινοτομία που εμφανίστηκε στο τέλος της δεκαετίας του 1990 ακολουθώντας την αυξανόμενη παραγωγή δομικών κονιαμάτων υψηλών επιδόσεων. Στην παρούσα διατριβή ουσιαστικά διερευνάται η περίσφιγξη υποστυλωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα με μανδύες συνθέτων υλικών σε οργανική μήτρα σε σχέση με μανδύες συνθέτων υλικών ανόργανης μήτρας. Η τεχνική των σύνθετων υλικών δε πρέπει σε καμία περίπτωση να αποτελεί πανάκεια. Σίγουρα δίνει ενδιαφέρουσες λύσεις σε πληθώρα περιπτώσεων, σε κάποιες άλλες όμως δε προσφέρεται ως η πλέον δόκιμη και γι αυτό θα πρέπει να θεωρείται ως μία ακόμα τεχνική ενίσχυσης, η οποία συμπληρώνει τις υφιστάμενες, χωρίς να τις υποκαθιστά αδιακρίτως.

29 4 1.2 ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Τα βασικά στοιχεία από τα οποία συνίσταται ένα σύστημα ενίσχυσης με σύνθετα υλικά, είναι (προφανώς) τα ίδια τα σύνθετα υλικά, τα οποία αποτελούνται από ίνες σε πολυμερική (οργανική) ή ανόργανη μήτρα, και η κόλλα εφαρμογής τους στην επιφάνεια του υπό ενίσχυση δομικού στοιχείου. Η μακροσκοπική μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων ενός τέτοιου συστήματος ενίσχυσης προϋποθέτει τη γνώση των ιδιοτήτων των επιμέρους στοιχείων που το απαρτίζουν. Έτσι, στην ενότητα αυτή αρχικά περιγράφονται συνοπτικά τα επιμέρους στοιχεία του, δηλαδή οι ίνες, η μήτρα και η κόλλα και στη συνέχεια γίνεται αναφορά στο ίδιο το σύνθετο υλικό και στη λειτουργία του. Εικόνα 1.1 Τομή ελάσματος σύνθετου υλικού σε μεγέθυνση Ίνες Οι ίνες στα σύνθετα υλικά, διαμέτρου 5-25 μm αποτελούν το φορέα ανάληψης δυνάμεων (κατά κανόνα εφελκυστικών) παράλληλα στη διεύθυνση τους. Ανάλογα με τον προσανατολισμό των ινών, διακρίνονται σε: προσανατολισμένα (directional), με ίνες συνεχείς και ίδιας διεύθυνσης, και σε μη προσανατολισμένα (random), με ίνες τυχαία τοποθετημένες στο συνδετικό υλικό. α) β) Εικόνα 1.2 α) Προσανατολισμένο σύνθετο υλικό, (β) μη προσανατολισμένο σύνθετο υλικό.

30 5 Ανάλογα με τον τρόπο τοποθέτησης και τον συνδυασμό των ινών τα σύνθετα υλικά διακρίνονται σε: Πλεκτών ινών (woven fiber), που αποτελούν συνεχές σώμα χωρίς επιμέρους στρώματα, οπότε δεν παρουσιάζουν πιθανότητες αποκόλλησης. Έχουν όμως μικρή αντοχή λόγω της μεγάλης συγκέντρωσης τάσεων και του μεγάλου ποσοστού ρητίνης (Εικόνα 1.3 (α)). Ασυνεχών ινών (chopped fiber), τα οποία έχουν κοντές ίνες διάσπαρτες μέσα στο συνδετικό υλικό, και μηχανική αντοχή κατώτερη απ αυτήν των συνεχών ινών (Εικόνα 1.3 (β)). Υβριδικά (hybrid), τα οποία αποτελούνται είτε από συνεχείς, ή από ασυνεχείς ίνες, ή από περισσότερους του ενός τύπους ινών. Χρησιμοποιούνται για να πετύχουν επιθυμητές ιδιότητες που το σύνθετο υλικό δεν διαθέτει (Εικόνα 1.3 (γ)). Συνεχών ινών (continuous fiber), που στρώματα συνεχών ινών ρητίνης τοποθετούνται στην κατάλληλη διεύθυνση και συνδέονται αποτελώντας ένα σώμα, παρουσιάζοντας έτσι, μεγάλη αντοχή. Στην περίπτωση αυτή είναι πιθανή η αποκόλληση μεταξύ των στρωμάτων συνεχών ινών - ρητίνης (Εικόνα 1.3 (δ)). α) β) γ) δ) Εικόνα 1.3 Τύποι υλικών ινών: α) Σύνθετο υλικό πλεκτών ινών, β) σύνθετο υλικό ασυνεχών ινών, γ) υβριδικό σύνθετο υλικό, δ) σύνθετο υλικό συνεχών ινών.

31 6 Τα σύνθετα υλικά από ινοπλισμένα πολυμερή που χρησιμοποιούνται για την επισκευή και ενίσχυση κατασκευών ανήκουν κυρίως στην κατηγορία των προσανατολισμένων σύνθετων υλικών συνεχών ινών (directional continuous fibrous composites) με μεγάλο λόγο μήκος προς διάμετρο. Λόγω του προσανατολισμού των ινών, το σύνθετο υλικό που προκύπτει συμπεριφέρεται ανισοτροπικά, σε αντιστοιχία με τη συμπεριφορά του οπλισμένου σκυροδέματος. Αυτή η ανισοτροπική συμπεριφορά δίνει στο μελετητή τη δυνατότητα να διευθετήσει κατά τέτοιο τρόπο τις στρώσεις του σύνθετου υλικού έτσι ώστε να ενισχύσει το μέλος στη διεύθυνση που αναπτύσσονται οι υψηλότερες τάσεις. Ο υψηλός λόγος μήκος προς διάμετρο επιτρέπει την αποτελεσματική μεταφορά φορτίων μέσω του άλλου βασικού συστατικού του συστήματος, της μήτρας, ώστε πλέον οι ίνες να λειτουργούν ως οπλισμός. Τυπικά ογκομετρικά ποσοστά των ινών ως προς τον συνολικό όγκο του σύνθετου υλικού κυμαίνονται από 40-70%. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των σύνθετων υλικών από ινοπλισμένα πολυμερή είναι η σχεδόν γραμμική καμπύλη έντασης παραμόρφωσης έως την αστοχία τους. Παρόλο που τα υλικά που συνθέτουν τις μήτρες επιδέχονται πλαστική παραμόρφωση, οι ίνες γενικά συμπεριφέρονται μόνο ελαστικά. Καθώς όμως η συμπεριφορά του σύνθετου υλικού καθορίζεται κυρίως από τη συμπεριφορά των ινών, οι οποίες αποτελούν και τον κύριο φορέα μεταφοράς του φορτίου, πολύ σπάνια τα ινοπλισμένα πολυμερή που χρησιμοποιούνται για την επισκευή και ενίσχυση κατασκευών παρουσιάζουν πλαστική παραμόρφωση ή έστω διαρροή. Αντίθετα η θραύση είναι η τυπική μορφή αστοχίας ενός σύνθετου υλικού που καταπονείται από οριακή τιμή τάσης, καθιστώντας το εγγενώς ως ψαθυρό υλικό. Οι κυριότεροι τύποι ινών που χρησιμοποιούνται στο πεδίο των ενισχύσεων είναι οι ίνες άνθρακα (ανθρακονήματα), οι ίνες υάλου (υαλονήματα) και οι ίνες αραμιδίου (κέβλαρ), οι οποίες περιγράφονται αναλυτικά παρακάτω, δίνοντας μεγαλύτερη έμφαση στις ίνες άνθρακα καθώς είναι ο μόνος τύπος ινών που χρησιμοποιήθηκε κατά την πειραματική διαδικασία που πραγματεύεται η παρούσα εργασία. Οι ίνες είναι δυνατό να διατίθενται σε μορφή νήματος, αλλά και φύλλων μίας διεύθυνσης, υφασμάτων μίας ή δύο διευθύνσεων και πλεγμάτων δύο διευθύνσεων. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις για να εφαρμοστεί η ενίσχυση γίνεται απευθείας εμποτισμός των ινών στην μήτρα και συγκόλλησή τους στην επιφάνεια του υπό ενίσχυση στοιχείου. Σε διαφορετική περίπτωση οι ίνες διατίθενται ήδη εμποτισμένες στην σκληρυμένη μήτρα και

32 7 το προκατασκευασμένο σύνθετο υλικό απομένει να συγκολληθεί στην επιφάνεια του προς ενίσχυση στοιχείου (πχ. προκατασκευασμένα ελάσματα). α) β) γ) Εικόνα 1.4 α) Ύφασμα μιας διεύθυνσης ινών άνθρακα, β) πλέγμα δύο διευθύνσεων ινών άνθρακα, γ) έλασμα. Ίνες άνθρακα Οι ίνες άνθρακα παρασκευάζονται είτε από θερμική επεξεργασία του πολυακριλονιτριλίου (PAN) µε διάμετρο της τάξεως περίπου 5-8 µm, είτε µέσω απόσταξης κάρβουνου µε διάμετρο περίπου 9-18 µm. Οι ίνες πολυακριλονιτριλίου έχουν γενικά μεγαλύτερες αντοχές και μέτρο ελαστικότητας σε σύγκριση µε τις ίνες που παράγονται απ την απόσταξη κάρβουνου και όσο αυξάνεται ο βαθμός της επεξεργασίας τους, τόσο αυξάνεται και η δυσκαμψία τους. Η δομή των ινών άνθρακα ποικίλει ανάλογα µε τη σύσταση και τη κατεύθυνση της κρυσταλλικής δομής. Διακρίνονται σύμφωνα με τις χαρακτηριστικές τους ιδιότητες σε ίνες: υψηλής αντοχής (high strength HS), μέσου μέτρου ελαστικότητας (intermediate modulus IM), υψηλού μέτρου ελαστικότητας (high modulus HM) και πολύ υψηλού μέτρου ελαστικότητας (ultra high modulus UHM). Οι ίνες άνθρακα έχουν την υψηλότερη ειδική δυσκαμψία (δυσκαμψία / πυκνότητα) σε σχέση με τις άλλες ίνες και πολύ υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και θλίψη. Οι ίνες άνθρακα που διατίθενται στο εμπόριο έχουν εφελκυστική αντοχή που κυμαίνεται από 2100 MPa έως 6800 ΜPa με συνήθη για τις εφαρμογές τιμή της τάξης των 3500 MPa και μέτρο ελαστικότητας από 215 GPa έως 700 GPa. Η επιμήκυνση θραύσης κυμαίνεται από 0.2 έως 2.5%, ανάλογα με το είδος του νήματος και τη μέθοδο κατασκευής. Οι ίνες αυτές είναι χημικά αδρανείς στους περισσότερους διαλύτες, είτε αυτή είναι όξινοι είτε βασικοί, και επιπλέον έχουν μεγάλη αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες. Τα φύλλα από ανθρακονήματα και εποξική ρητίνη είναι ανθεκτικά σε κόπωση, ερπυσμό και διάβρωση. Λόγω της δράσης του ως ευγενές μέταλλο, ο άνθρακας έχει υψηλή αγωγιμότητα και

33 8 μπορεί να προκαλέσει γαλβανική διάβρωση των μετάλλων που έρχονται σε επαφή μαζί του. Για το λόγο αυτό πρέπει να αποφεύγεται η απευθείας επαφή του χάλυβα ή του αλουμινίου με τις ίνες άνθρακα. Αξίζει να σημειωθεί ότι το κόστος των ανθρακονημάτων, παρότι παραμένει αρκετά υψηλό σε σχέση με τα άλλα είδη ινών, έχει μειωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια. Εικόνα 1.5 Ίνες άνθρακα. Ίνες υάλου Οι ίνες υάλου έχουν πυκνότητα kg/m³ και παράγονται από λιωμένο γυαλί. Τα βασικά πλεονεκτήματα των υαλονημάτων είναι το χαμηλό κόστος (σχεδόν πέντε φορές κάτω από την τιμή του άνθρακα) και η υψηλή αντοχή, ενώ στα κύρια μειονεκτήματα τους εντάσσονται το χαμηλό μέτρο ελαστικότητας (το οποίο εξισορροπείται από το συνδυασμό αρκετών στρώσεων) και η μικρή αντοχή τους έναντι φθοράς εκτριβής (λύση της συνέχειας της επιφάνειάς τους). Εγχαράξεις και εκδορές δημιουργούν περιοχές συγκέντρωσης τάσεων στην επιφάνεια της ίνας, µε αποτέλεσμα την ταχεία υποβάθμιση των μηχανικών τους ιδιοτήτων και της ικανότητας πρόσφυσης τους στην πολυμερική μήτρα. Οι ίνες υάλου διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες: Τύπου "Ε-Glass" (electrical): είναι ο κοινός και πλέον συνηθισμένος τύπος υάλου, με καλές ηλεκτρικές ιδιότητες, αντοχή και δυσκαμψία αλλά με βασικό μειονέκτημα τη μείωση της αντοχής του σε αλκαλικό περιβάλλον. Τύπου Ζ (ή "ΑR-Glass" alkali resistant): με μεγάλη αντοχή στο αλκαλικό περιβάλλον, χάρη στη προσθήκη ζιρκονίου. Τύπου "S-Glass" (stiffness): με κύρια χαρακτηριστικά την υψηλή αντοχή και το υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Υπό συνθήκες κόπωσης συμπεριφέρεται 20 φορές καλύτερα από τον συμβατικό χάλυβα υπό τις ίδιες συνθήκες. Γενικότερα, οι ίνες υάλου έχουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά αν και ζυγίζουν περισσότερο από τις ίνες άνθρακα και αραμιδίου. Λόγω της διαπερατότητας τους στην

34 9 ακτινοβολία των ραδιοσυχνοτήτων βρίσκουν πολλές εφαρμογές στις κεραίες και στα ραντάρ. Τα σύνθετα υλικά µε ίνες υάλου παρουσιάζουν εξαιρετική ηλεκτρική και θερμομονωτική συμπεριφορά καθώς και καλή συμπεριφορά σε δυναμικά φορτία. Οι ίνες υάλου, αν και είναι ανθεκτικές στους περισσότερους διαλύτες, αντιδρούν σε ορισμένες αλκαλικές ενώσεις και ισχυρά οξέα. Το γυαλί παρέχει εξαιρετική θερμική και ηλεκτρική μόνωση. Τα φύλλα υάλου έχουν μικρότερη αντοχή σε κόπωση από τα περισσότερα μέταλλα. Επίσης, παρουσιάζουν ερπυστικές παραμορφώσεις και ευπάθεια σε διάβρωση. Εικόνα 1.6 Ίνες υάλου. Ίνες αραμιδίου Οι ίνες αραμιδίου είναι οι ελαφρότερες με πυκνότητα 1450 kg/m³ και παράγονται είτε από αρωματικό πολυαραμίδιο (Κέβλαρ, Twaron) είτε από αρωματικό πολυαιθεραμίδιο (Technora). Προσφέρουν καλές μηχανικές ιδιότητες σε χαμηλή πυκνότητα µε το πλεονέκτημα της μεγάλης ανθεκτικότητας σε επικείμενες βλάβες. Έχουν υψηλή εφελκυστική αντοχή, ένα µέσο μέτρο ελαστικότητας και χαμηλή πυκνότητα σε σύγκριση µε το γυαλί και τον άνθρακα. Η εφελκυστική αντοχή των ινών αραμιδίου είναι υψηλότερη από αυτή των ινών υάλου και το μέτρο ελαστικότητας είναι 50% υψηλότερο από αυτό του υάλου. Η θλιπτική αντοχή τους δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή των ινών υάλου και του άνθρακα (βλ. Πίνακα 1.1). Οι ίνες αραμιδίου είναι μονωτικά υλικά όσον αφορά την θερμότητα και τον ηλεκτρισμό, παρουσιάζουν καλή αντίσταση σε χημικούς διαλύτες, καλή συμπεριφορά σε στατική και δυναμική κόπωση και είναι αρκετά ευαίσθητες σε συνθήκες υγρασίας. Η χρήση τους, σε σχέση με τα υαλονήματα και τα ανθρακονήματα είναι περιορισμένη. Κύρια εφαρμογή τους αποτελεί η παρασκευή αλεξίσφαιρων γιλέκων και η θωράκιση κατασκευών από κρουστικά φορτία (π.χ. κατασκευή μανδυών από ίνες αραμιδίου σε υποστυλώματα γεφυρών όπου υπάρχει κίνδυνος πρόσκρουσης οχημάτων).

35 10 Εικόνα 1.7 Ίνες αραμιδίου. Αξιολόγηση των ινών Στη συνέχεια παρατίθενται σε μορφή πινάκων και σχηματικά, οι κύριες μηχανικές ιδιότητες των τύπων ινών που προαναφέρθηκαν, καθώς και μια συγκριτική-ποιοτική αξιολόγηση των ινοπλισμένων πολυμερών που προκύπτουν από τη χρήση τους. Στο Σχήμα 1.1 παρουσιάζονται οι ιδιότητες των ινών υπό μονοτονική φόρτιση, χωρίς να έχει ληφθεί υπόψη η επίδραση μακροχρόνιας φόρτισης και τυχόν δυσμενών περιβαλλοντικών παραγόντων (Τριανταφύλλου 2006). Σχήμα 1.1 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης-παραμόρφωσης για διάφορους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα.

36 Ίνες αραμιδίου Ίνες υάλου Ίνες άνθρακα 11 Από το παραπάνω σχήμα παρατηρούμε ότι οι ίνες όπως προαναφέρθηκε συμπεριφέρονται γραμμικά ελαστικά μέχρι το σημείο θραύσης τους σε αντίθεση με το χάλυβα ή το χάλυβα προέντασης οι οποίοι παρουσιάζουν σχεδόν διγραμμική συμπεριφορά και αυξημένη πλαστιμότητα. Παρόλα αυτά ορισμένοι τύποι ινών όπως για παράδειγμα οι ίνες Υάλου τύπου S παρουσιάζουν εξαιρετικά υψηλή αντοχή και παραμόρφωση εφελκυστικής αστοχίας. Στον Πίνακα 1.1 παρατίθενται τα τυπικά χαρακτηριστικά των ινών σε σύγκριση με το χάλυβα και αξίζει να παρατηρηθεί το μικρό βάρος, η υψηλή αντοχή αλλά και η μικρή οριακή παραμόρφωση αστοχίας των πρώτων σε σχέση με το χάλυβα. Επίσης, για την περίπτωση ινών άνθρακα, πρέπει να επισημανθούν οι σχετικά μεγάλες τιμές του μέτρου ελαστικότητας καθώς και οι ιδιαίτερα μικρές τιμές της παραμόρφωσης αστοχίας τους. Είναι δε χαρακτηριστικό ότι στις περιπτώσεις υψηλού και πολύ υψηλού μέτρου ελαστικότητας οι παραμορφώσεις αστοχίας είναι δραματικά μικρές Υλικό Πίνακας 1.1 Τυπικές ιδιότητες ινών σύνθετων υλικών (fib, 2001). Πυκνότητα (kg/m ) Μέτρο ελαστικότ. (GPa) Εφελκυστική αντοχή (MPa) Οριακή παραμόρφωση εφελκυστικής αστοχίας (%) Υψηλής αντοχής Πολύ υψηλής αντοχής Υψηλού μέτρου ελαστ. Πολύ υψηλού μέτρου ελαστ Τύπου Ε Τύπου Ζ Τύπου S χαμηλού μέτρου ελαστ. (Κέβλαρ 29) Υψηλού μέτρου ελαστ. (Κέβλαρ 49, Twaron) χάλυβας

37 Μήτρες σύνθετων υλικών Η μήτρα στα σύνθετα υλικά αποτελεί τη συγκολλητική ουσία μεταξύ των ινών. Ο ρόλος της μήτρας στα σύνθετα υλικά είναι σημαντικός παρόλο που δε έχει καμία συμμετοχή στην ανάληψη των φορτίων καθώς οι μηχανικές ιδιότητες των ινών είναι συνήθως τάξης μεγέθους μεγαλύτερες από αυτές του υλικού της μήτρας. Αρχικά, συγκρατεί τις ίνες στην επιθυμητή θέση και διεύθυνση αποτελώντας το συνδετικό υλικό μεταξύ τους. Η μήτρα προστατεύει τις ίνες, εξασφαλίζει τη μεταφορά δυνάμεων σε αυτές μέσω της ανάπτυξης διατμητικών τάσεων στη διεπιφάνεια μεταξύ της ίνας και της μήτρας. Παράλληλα, καθορίζει αρκετές από τις μηχανικές ιδιότητες των συνθέτων υλικών, όπως είναι η αντοχή κάθετα στη διεύθυνση των ινών, η διατμητική και η θλιπτική αντοχή. Τέλος, η μήτρα προσφέρει προστασία στις ίνες από δυσμενείς περιβαλλοντικές επιδράσεις, ανθεκτικότητα και ηλεκτρική μόνωση. Η μήτρα στα σύνθετα υλικά μπορεί να είναι είτε πολυμερικής (οργανικής) είτε ανόργανης σύστασης. Για την παραγωγή των συνθέτων υλικών με οργανική μήτρα χρησιμοποιείται συνήθως εποξειδική ρητίνη και σπανιότερα πολυεστέρας ή βινυλεστέρας. Στον Πίνακα 1.3 παρουσιάζονται ορισμένες ιδιότητες των τριών τύπων ρητινών. Οι ρητίνες από τη φύση τους είναι τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους ασθενέστερες από τις ίνες στις οποίες εμποτίζονται. Είναι περισσότερο ευπαθείς στη θερμότητα και στην πυρκαγιά και γενικά εμφανίζουν μεγαλύτερη ευαισθησία στους χημικούς διαλύτες, τα οξέα, τις βάσεις και το νερό σε σχέση με τις ίνες. Όλα τα είδη των ρητινών παρουσιάζουν επίσης σημαντικές ερπυστικές παραμορφώσεις σε σχέση με τα παραδοσιακά δομικά υλικά. Παρόλα αυτά, τα σύνθετα υλικά ινοπλισμένων πολυμερών δεν θα μπορούσαν να υπάρξουν χωρίς τις ρητίνες, καθώς αυτές είναι που μεταφέρουν τα φορτία και κατανέμουν τις τάσεις στις ίνες κάθε στρώσης του πολυμερούς. Με τον τρόπο αυτό επιτρέπουν στο ινοπλισμένο πολυμερές να συμπεριφέρεται σχεδόν σαν ομογενές υλικό. Η μεγάλη διάρκεια ζωής που χαρακτηρίζει τις μήτρες πολυμερών σχετίζεται με την προοδευτική αλλαγή των φυσικών τους ιδιοτήτων, η οποία λαμβάνει χώρα με την πάροδο του χρόνου και τη φόρτιση. Η προένταση των σύνθετων υλικών μπορεί να έχει εξαιρετικά σημαντική επίδραση στη διάρκεια ζωής της μήτρας πολυμερούς. Η διάρρηξη λόγω ερπυσμού που αποτελεί τυπική μορφή αστοχίας των ινοπλισμένων πολυμερών οφείλεται στην ιξωδοπλαστική συμπεριφορά της μήτρας από πολυμερές και όχι στις ίνες.

38 13 Εποξειδικές ρητίνες Οι εποξειδικές ρητίνες παρουσιάζουν εξαιρετικά μηχανικά χαρακτηριστικά, μεγάλη αντοχή και συγκολλητική ικανότητα, υψηλή ανθεκτικότητα στις περιβαλλοντικές επιδράσεις, την κόπωση και τη χημική διάβρωση και χαμηλή συστολή ξήρανσης. Πρέπει βέβαια να σημειωθεί ότι οι ιδιότητες εξαρτώνται σημαντικά από τη ρητίνη βάσης και τις χημικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται για τη παραγωγή τους. Επιπλέον, προσβάλλονται επιφανειακά από την υπεριώδη ακτινοβολία, καθώς αλλοιώνει τη μοριακή τους δομή, με αποτέλεσμα τη μείωση της εφελκυστικής παραμόρφωσης αστοχίας τους αλλά και τη χρωματική τους αλλοίωση. Ιδιαίτερα κρίσιμο πρόβλημα όμως, εντοπίζεται και στις ιδιαίτερα υψηλές θερμοκρασίες, που επιφέρουν μη αναστρέψιμες συνέπειες, λόγω του εύφλεκτου των εποξειδικών ρητινών. Έτσι, θερμοκρασίες της τάξης των 200 έως 300 C προκαλούν ανάφλεξη και καύση τους, απελευθερώνοντας τοξικές ουσίες. Δυσμενή επιρροή στην εφαρμογή των εποξειδικών ρητινών παρουσιάζουν και οι χαμηλές θερμοκρασίες κάτω των 10 C, καθώς ως θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή, η τήξη τους καθίσταται δυσχερής. Ο συντελεστής ιξώδους των εποξικών ρητινών είναι γενικά μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο συντελεστή τόσο των πολυεστερικών όσο και των βινυλεστερικών ρητινών. Χρειάζονται επίσης περισσότερο χρόνο για να αναπτύξουν πλήρως τις μηχανικές τους ιδιότητες και έχουν υψηλότερο κόστος σε σχέση με τις δύο άλλες κατηγορίες ρητινών. Πολυεστερικές ρητίνες Οι ρητίνες αυτού του τύπου αποτελούν τον κύριο όγκο των πολυμερών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία παραγωγής σύνθετων υλικών. Εξαιτίας της μεγάλης ποικιλίας των συστατικών τους στοιχείων, οι ιδιότητες των ρητινών διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους. Οι πολυεστέρες είναι ευπαθείς στο νερό μεγάλης θερμοκρασίας και τις βάσεις και παρουσιάζουν μέτρια ανθεκτικότητα στους διαλύτες και τα οξέα. Είναι λιγότερο ανθεκτικοί στην κόπωση από τα άλλα δύο είδη ρητινών, αλλά το μεγαλύτερο μειονέκτημα για χρήση σε κατασκευές που δεν έχουν εκκενωθεί είναι η δυσάρεστη οσμή λόγω της χημικής τους σύστασης.

39 14 Βινυλεστερικές ρητίνες Οι βινυλεστερικές ρητίνες είναι περισσότερο εύκαμπτες, σκληρότερες, πιο ανθεκτικές σε κόπωση και λιγότερο χημικά ενεργές σε σχέση με τις πολυεστερικές. Είναι λιγότερο συγκολλήσιμες και παρουσιάζουν μικρότερη αντοχή σε κόπωση σε σχέση με τις εποξειδικές. Λόγω της χημικής τους σύστασης, έχουν, όπως και οι πολυεστερικές, δυσάρεστη οσμή. Είδος ρητίνης Πίνακας 1.2 Μηχανικές ιδιότητες ρητινών. Εφελκυστική αντοχή (ΜPa) Μέτρο Ελαστικότητας (GPa) Επιμήκυνση θραύσης (%) Πυκνότητα (gr/cm 3 ) Εποξειδική Πολυεστερική < Βινυλεστερική Κόλλα Η κόλλα, η οποία είναι κατά κανόνα εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών, εφαρμόζεται μεταξύ του υποστρώματος και του συνθέτου υλικού, εξασφαλίζοντας έτσι τη μεταξύ τους συνεργασία και μεταφορά τάσεων. Η χρήση εποξειδικών ρητινών στις κατασκευές προϋποθέτει την κατανόηση τριών βασικών εννοιών. Η πρώτη είναι ο χρόνος εργασιμότητας (pot life), η δεύτερη ο χρόνος εφαρμογής (open time) και η τρίτη είναι η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (glass transition temperature) (Τριανταφύλλου, 2006). Ο χρόνος εργασιμότητας είναι αυτός που έχει κανείς στη διάθεση του για να χρησιμοποιήσει την κόλλα με ευκολία πριν αρχίσει να μειώνεται το ιξώδες της και να σκληρύνεται στο δοχείο όπου έγινε η ανάμιξη. Εξαρτάται από τον τύπο κόλλας, από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος αλλά και από την ποσότητα κόλλας που προκύπτει με την ανάμιξη δύο συστατικών. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, ο χρόνος εργασιμότητας μειώνεται. Ενδεικτικοί χρόνοι για ποσότητα (τυπικής) κόλλας 5 kg είναι 90 min σε 15 o C και 30 min σε 35 o C. Ο χρόνος εφαρμογής αντιπροσωπεύει το χρονικό διάστημα μέσα στο οποίο η κόλλα είναι ενεργή, δηλαδή έχει ικανοποιητικές συγκολλητικές ιδιότητες. Μέσα σε αυτό

40 15 το διάστημα θα πρέπει να ολοκληρώνεται η επικόλληση του οπλισμού ενίσχυσης στην επιφάνεια του σκυροδέματος. Κύριο χαρακτηριστικό της συμπεριφοράς των εποξειδικών ρητινών και των πολυμερών γενικότερα, είναι η λεγόμενη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης Tg, πέραν της οποίας προκαλείται ρήξη των δευτερευόντων δεσμών, αυτών δηλαδή που συγκρατούν τις μακρομοριακές αλυσίδες μεταξύ τους, με αποτέλεσμα τη δραματική μείωση του μέτρου ελαστικότητας του υλικού. Αν για κάποιο λόγο (π.χ. πυρκαγιά) η κόλλα φτάσει σε θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, λόγω της δραματικής απομείωσης του μέτρου ελαστικότητάς της, δεν δύναται να μεταφέρει δυνάμεις και το σύνθετο υλικό καθίσταται ανενεργό. Η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης κυμαίνεται ενδεικτικά μεταξύ των 50 C και 80 C. Στο Σχήμα 1.2 φαίνεται η επίδραση της θερμοκρασίας στο μέτρο ελαστικότητας των ινοπλισμένων πολυμερών. Στον Πίνακα 1.4 γίνεται σύγκριση των τυπικών ιδιοτήτων των εποξειδικών ρητινών με αυτές του σκυροδέματος και του χάλυβα (Τριανταφύλλου, 2006). Σχήμα 1.2 Επίδραση της θερμοκρασίας στο μέτρο ελαστικότητας των ινοπλισμένων πολυμερών.

41 16 Πίνακας 1.3 Ενδεικτικές ιδιότητες εποξειδικών ρητινών και σύγκριση με σκυρόδεμα και χάλυβα (fib, 2001). Ιδιότητα (σε 20 ο C) Εποξειδική ρητίνη Σκυρόδεμα χάλυβας Πυκνότητα (kg/m 3 ) Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Μέτρο διάτμησης (GPa) Λόγος Poisson Εφελκυστική αντοχή (MPa) Διατμητική αντοχή (MPa) Θλιπτική αντοχή (MPa) Οριακή παραμόρφωση σε εφελκυσμό (%) Ενέργεια θραύσης κατά προσέγγιση (Jm -2 ) Συντελεστής θερμικής διαστολής (10-6 / ο C) Υδατοαπορροφητικότητα 7 ημ. 25 ο C (% κ.β) Θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης ( ο C) Οι συγκολλητικές ουσίες, λόγω της υγρής τους φύσης, ρέουν πάνω και ανάμεσα στις ανωμαλίες της επιφάνειας του δομικού στοιχείου και καθώς έρχονται σε επαφή με αυτήν αλληλεπιδρούν μέσω μοριακών δυνάμεων. Στην συνέχεια, η ουσία στερεοποιείται και με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η σύνδεση των δύο υλικών. Η στρώση της εποξειδικής ρητίνης για την επικόλληση ελασμάτων πρέπει να έχει πάχος της τάξης του 1.5mm. Στην περίπτωση του επιτόπου εμποτισμού των υφασμάτων, η κόλλα θα πρέπει να έχει τη κατάλληλη ρευστότητα και να χρησιμοποιείται στην κατάλληλη ποσότητα ώστε να εξασφαλίζεται πλήρης εμποτισμός των ινών.

42 Μηχανικά χαρακτηριστικά σύνθετου υλικού Τα σύνθετα υλικά που εφαρμόζονται στο πεδίο των ενισχύσεων προκύπτουν από το συνδυασμό συνεχών ινών (συνήθως άνθρακα ή υάλου και σπανιότερα αραμιδίου), σε μια ή περισσότερες διευθύνσεις και πολυμερικής μήτρας (γι αυτό και ονομάζονται ινοπλισμένα πολυμερή). Διακρίνονται δύο τύποι σύνθετων υλικών: Τύπου «δύσκαμπτου» ελάσματος (strip) πάχους 1-1.5mm και πλάτους μερικών χιλιοστών (50-100mm). Σε αυτά οι ίνες καταλαμβάνουν περίπου το 50-70% του συνολικού όγκου του υλικού. Τύπου «εύκαμπτου» υφάσματος (fabric) η φύλλων (sheets) πάχους mm στα οποία όταν παρασκευάζονται με επιτόπου εφαρμογή της ρητίνης, το ποσοστό τον ινών ανέρχεται σε 20-35%. Οι μηχανικές ιδιότητες κατά τη διεύθυνση των ινών στο σύνθετο υλικό που προκύπτει από τον εμποτισμό των ινών στην μήτρα (για υλικά μίας διεύθυνσης) μπορούν να εκτιμηθούν μέσω της σχέσης που είναι γνωστή και ως "κανόνας ανάμιξης" (rule of mixtures): Ef Efib Vfib Em Vm Efib Vfib (1.1) ff ffib Vfib fm Vm ffib Vfib (1.2) όπου: Ε f : μέτρο ελαστικότητας συνθέτου υλικού παράλληλα στις ίνες E fib : μέτρο ελαστικότητας ινών E m : μέτρο ελαστικότητας μήτρας V fib : ογκομετρικό ποσοστό ινών V m : ογκομετρικό ποσοστό μήτρας = 1 - V fib f f : εφελκυστική αντοχή συνθέτου υλικού παράλληλα στις ίνες f fib : εφελκυστική αντοχή ινών f m : εφελκυστική ανοχή μήτρας

43 18 Επειδή όμως τόσο το μέτρο ελαστικότητας όσο και η εφελκυστική αντοχή των ινών είναι πολύ μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες της μήτρας (Ε fib >> Ε m, f fib >>f m ) οι παραπάνω εξισώσεις ισχύουν κατά προσέγγιση ακόμα και αν στα αθροίσματα του δεξιού σκέλους αγνοηθούν οι δεύτεροι όροι. Δηλαδή, τόσο το μέτρο ελαστικότητας όσο και η εφελκυστική αντοχή των σύνθετων υλικών ουσιαστικά μπορούν να εκτιμηθούν από το γινόμενο της αντίστοιχης ιδιότητας για τις ίνες επί το ογκομετρικό ποσοστό αυτών. Το σύνθετο υλικό που προκύπτει από την προσανατολισμένη επικόλληση των ινών μέσα στο υλικό της μήτρας, έχει σαφώς πολύ καλύτερες μηχανικές ιδιότητες, εφελκυστική αντοχή και δυσκαμψία κατά τη διεύθυνση των ινών από ότι η μήτρα μόνη της. Η μεταφορά δυνάμεων μεταξύ της μήτρας και των ινών, γίνεται κυρίως με ανάπτυξη διατμητικής τάσης στη διεπιφάνειά τους. Η αστοχία του ιδίου του συνθέτου υλικού, το οποίο εφελκύεται κατά τη διεύθυνση των ινών του, μπορεί να συμβεί με δύο διαφορετικούς τρόπους. Πρώτος πιθανός τρόπος αστοχίας είναι η ολίσθηση των ινών μέσα στη μήτρα, και συμβαίνει όταν η συνάφεια ίνας-μήτρας δεν είναι αρκετά ισχυρή ώστε να εξαντληθεί η εφελκυστική αντοχή των ινών. Έτσι η αποκόλληση των ινών προηγείται της θραύσης τους. Προφανώς, ο δεύτερος πιθανός τρόπος αστοχίας, προκύπτει όταν οι ίνες είναι καλά αγκυρωμένες στη μήτρα και υπάρχει επαρκής διατμητική αντοχή της μεταξύ τους διεπιφάνειας, ώστε να αποτραπεί η αποκόλληση της ίνας προτού αυτή φτάσει στη θραύση της. Τα σύνθετα υλικά έχουν υψηλό μέτρο ελαστικότητας και μεγάλη αντοχή κατά τη διεύθυνση των ινών, όπως προαναφέρθηκε, αλλά είναι αδύναμα κατά την εγκάρσια διεύθυνση. Δεδομένου ότι τα υλικά αυτά είναι έντονα ανισότροπα, οι συνέπειες από τοποθέτηση κατά την λανθασμένη διεύθυνση δύναται να είναι σημαντικές. Στην περίπτωση των προκατασκευασμένων ελασμάτων, η παραγωγή του σύνθετου υλικού έχει γίνει σε βιομηχανική μονάδα και επομένως οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών είναι γνωστές εκ των προτέρων (π.χ. βάσει εργαστηριακών μετρήσεων). Στην περίπτωση, όμως, των υφασμάτων υπάρχει μια αβεβαιότητα ως προς την ποσότητα της ρητίνης που θα εμποτίσει τις ίνες και επομένως ως προς το τελικό ογκομετρικό ποσοστό των ινών μέσα στο σύνθετο υλικό.

44 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΣΤΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Εκτός από τις απαιτήσεις σε αντοχή και πλαστιμότητα, καθοριστική για την επιλογή σύνθετου υλικού στις κατασκευές είναι και η ανθεκτικότητά του. Στην ενότητα αυτή θα γίνει αναφορά σε περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά των σύνθετων υλικών. Οι παράγοντες που εξετάζονται είναι οι εξής: Θερμοκρασία Υγρασία Υπεριώδης ακτινοβολία Αλκαλικό και όξινο περιβάλλον Ψύξη - Απόψυξη Γαλβανική διάβρωση Ερπυσμός Θραύση υπό τάση, διάβρωση υπό τάση Κόπωση Κρούση Επίδραση της θερμοκρασίας Για το φυσιολογικό εύρος των θερμοκρασιών, στις οποίες χρησιμοποιούνται τα περισσότερα συστήματα ινοπλισμένων πολυμερών, δεν αναμένονται σημαντικές αλλαγές στη συμπεριφορά τους, με την προϋπόθεση ότι τόσο η επιλογή όσο και η εφαρμογή του συστήματος έχει γίνει με τον ενδεδειγμένο τρόπο. Η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (Τ g ),όπως αναφέρθηκε ανωτέρω, είναι το σημείο πέρα από το οποίο η συμπεριφορά του ινοπλισμένου πολυμερούς αλλοιώνεται παρουσιάζοντας σημαντική μείωση των μηχανικών χαρακτηριστικών του. Ως εκ τούτου, μειώνεται η φέρουσα ικανότητα του ινοπλισμένου πολυμερούς κατά 30 με 40% σε ακραίες περιπτώσεις. Οι θερμοκρασίες "αποσύνθεσης" των ινών είναι 1000 o C για το γυαλί, 650 o C για τον άνθρακα και 200 o C για το αραμίδιο. Αποτελέσματα πειραματικών δοκιμών έδειξαν ότι μανδύες συνθέτων υλικών με ίνες άνθρακα σε εποξειδική μήτρα υφίστανται απώλεια αντοχής για θερμοκρασίες πάνω από περίπου 260 o C. Έτσι λοιπόν στην περίπτωση πυρκαγιάς στην κατασκευή, το σύστημα ενίσχυσης θα πρέπει να θεωρείται ανενεργό, εκτός αν φέρει πυροπροστασία η οποία μπορεί να επιτευχθεί μέσω

45 20 της επικάλυψης των συνθέτων υλικών είτε με ειδικά επιχρίσματα, είτε με κοινά επιχρίσματα μεγάλου πάχους (40-50 mm), είτε με ειδικά προστατευτικά όπως τύπου γυψοσανίδας μεγάλου πάχους Επίδραση της υγρασίας Η συμπεριφορά των συνθέτων υλικών σε συνθήκες υγρασίας είναι αρκετά καλή. Σε περίπτωση όμως μακροχρόνιας δράσης του νερού, κάποιοι συνδυασμοί ινών-ρητίνης ενδέχεται να παρουσιάσουν προβλήματα. Οι άμεσες συνέπειες της απορρόφησης νερού από την μήτρα είναι συνήθως η μείωση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (Τ g ) και η απώλεια της δυσκαμψίας της ρητίνης. Τα υαλονήματα, λόγω της υψηλής πολικότητας των μορίων τους, απορροφούν υγρασία κατά τη διάρκεια της παρασκευής, αποθήκευσης, μεταφοράς και εφαρμογής τους στο δομικό στοιχείο. Οι ίνες αραμιδίου απορροφούν υγρασία έως και 13% του βάρους τους, που μπορεί να έχει επιβλαβή επίδραση στην εφελκυστική τους αντοχή, καθώς και στη διεπιφάνεια ρητίνης και ινών. Τα ανθρακονήματα είναι αδρανή στο νερό, ενώ τα υαλονήματα παρουσιάζουν μικρή μείωση αντοχής. Επομένως, η επίδραση της υγρασίας σε αυτού του είδους τα υλικά περιορίζεται στην επίδραση που έχει στη ρητίνη της μήτρας. Αξίζει να επισημανθεί ότι η πλήρης κάλυψη στοιχείων σκυροδέματος με μανδύες συνθέτων υλικών δημιουργεί απρόσβλητες σε νερό και αέρα εξωτερικές επιφάνειες με αποτέλεσμα την προστασία του μέλους από δυσμενείς περιβαλλοντικούς παράγοντες. Εάν όμως τα μέλη πρέπει να αναπνέουν (να είναι δηλαδή σχετικά εύκολα διαπερατά), τότε η τοποθέτηση μανδύα θα πρέπει να αποφεύγεται καθώς υπάρχει κίνδυνος εγκλωβισμού της υγρασίας Επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας Η υπεριώδης ακτινοβολία επηρεάζει την εξωτερική στρώση ρητίνης επιφέροντας ενδεχομένως μείωση της αντοχής των σύνθετων υλικών μέχρι και 40%. Μικρορηγματώσεις και χρωματικές αλλοιώσεις είναι τα χαρακτηριστικά που εμφανίζονται σε επιφάνειες εκτεθειμένες σε υπεριώδη ακτινοβολία. Στην περίπτωση των συνθέτων υλικών η υπεριώδης ακτινοβολία επηρεάζει κάπως την επιφανειακή στρώση ρητίνης, επιφέροντας χρωματική αλλοίωση και ενδεχομένως μικρή μείωση της αντοχής της. Οι

46 21 πολυεστερικές ρητίνες είναι πιο ευαίσθητες από τις εποξειδικές στην επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, αν και παρουσιάζουν περίπου ίδια πτώση αντοχής. Με εξαίρεση τις ίνες αραμιδίου, οι οποίες είναι ελαφρώς ευπαθείς, τα ανθρακονήματα και τα υαλονήματα δεν επηρεάζονται από την δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Για την προστασία προτείνεται η εφαρμογή επιχρισμάτων ή ειδικών βαφών Επίδραση του αλκαλικού και όξινου περιβάλλοντος Έκθεση ινοπλισμένων πολυμερών από αραμίδιο σε αλκαλικά διαλύματα οδηγεί σε 10%- 50% μείωση της αντοχής τους και 0-20% μειωμένο μέτρο ελαστικότητας. Μεγαλύτερες τιμές (έως 75%) διαπιστώθηκαν στις αντίστοιχες ίνες υάλου ενώ τα ινοπλισμένα πολυμερή άνθρακα θεωρούνται πρακτικά απρόσβλητα καθώς δεν παρατηρείται πτώση της αντοχής πάνω από 20%. Η μήτρα (ρητίνη) μπορεί να προστατεύσει τις ίνες απομονώνοντας αυτές από το αλκαλικό ή το όξινο περιβάλλον Επίδραση της ψύξης - απόψυξης Η ύπαρξη πιθανών ρωγμών στην διεπιφάνεια του σκυροδέματος και των τοποθετούμενων συνθέτων υλικών μπορεί να οδηγήσει σε τοπική αποκόλληση τους σε περίπτωση εγκλωβισμού νερού και μετατροπής του σε πάγο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Πειράματα, που έχουν γίνει σε μεμονωμένες στρώσεις ινοπλισμένου πολυμερούς, δεν έχουν δείξει απομείωση της αντοχής των ινών λόγω επαναλαμβανόμενης ψύξης απόψυξης. Επίσης ανακλυκλιζόμενες ψύξεις και αποψύξεις είχαν μικρή ή καθόλου επίδραση σε σύνθετα υλικά ινοπλισμένων πολυμερών, όταν για την παρασκευή τους είχαν χρησιμοποιηθεί υλικά υψηλής ποιότητας και αντοχής σε υγρασία. (Green et al. 1998, Tysl et al. 1998, Yagi et al. 1997, Toutanji and Balaguru, 1998) Επίδραση της γαλβανικής διάβρωσης Η επαφή των ινών άνθρακα με χάλυβα θα πρέπει να αποφεύγεται, διότι ο τελευταίος θα υποστεί γαλβανική διάβρωση. Τέτοιο πρόβλημα δεν υφίσταται όταν χρησιμοποιούνται υλικά με ίνες υάλου ή αραμιδίου.

47 Επίδραση του ερπυσμού Σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη μακροχρόνια συμπεριφορά των σύνθετων υλικών είναι ο ερπυσμός. Στα συστήματα ενίσχυσης με ίνες άνθρακα οι ερπυστικές παραμορφώσεις, δηλαδή οι παραμορφώσεις που αναπτύσσονται με το χρόνο υπό σταθερή τάση, είναι πρακτικά μηδενικές. Σε συστήματα ενίσχυσης με ίνες υάλου οι παραμορφώσεις αυτές είναι πολύ μικρές, ενώ για ίνες αραμιδίου είναι κάπως μεγαλύτερες και δεν μπορούν να αγνοηθούν. Πειραματικές δοκιμές σε ράβδους συνθέτων υλικών διαμέτρου 6 mm για διάφορα επίπεδα φόρτισης έδειξαν ότι υπάρχει γραμμική σχέση μεταξύ της ερπυστικής παραμόρφωσης και του λογαρίθμου του χρόνου για τα διάφορα επίπεδα φόρτισης. Ύστερα από 50 περίπου χρόνια η αντοχή των ινών ήταν το 30%, 47% και 91% της αρχικής αντοχής για τα σύνθετα υλικά με ίνες υάλου, αραμιδίου και άνθρακα αντίστοιχα (Yamaguchi et al., 1997) Επίδραση της θραύσης και διάβρωσης υπό τάση Έχει διαπιστωθεί ότι οι ίνες υάλου, υπό σταθερή τάση, αστοχούν ακόμη και όταν αυτή είναι εξαιρετικά χαμηλή περίπου στο 20% της εφελκυστικής αντοχής. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται θραύση υπό τάση (stress rupture). Για τον λόγο αυτό οι ίνες υάλου δεν χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις ενισχύσεων για αλλαγή χρήσης. Σε ενισχύσεις έναντι σεισμού δεν υπάρχει πρόβλημα γιατί τα σύνθετα υλικά ενεργοποιούνται μόνο κατά την διάρκεια της σεισμικής καταπόνησης, εκτός εάν οι ίνες εφαρμοστούν με προένταση. Το φαινόμενο της διάβρωσης υπό τάση (stress corrosion) συμβαίνει όταν η ατμόσφαιρα, που περιβάλλει το σύνθετο υλικό, περιέχει διαβρωτικά στοιχεία, αλλά όχι επαρκή ώστε να προκαλέσουν διάβρωση του υλικού, χωρίς την ταυτόχρονη δράση διατηρούμενης φόρτισης. Τα δύο φαινόμενα σχετίζονται με τον χρόνο έκθεσης, το επίπεδο της έντασης, τον περιβάλλοντα χώρο, τη μήτρα και τις ίνες του σύνθετου υλικού. Η αστοχία, που οφείλεται στα φαινόμενα αυτά, κρίνεται πρώιμη, καθώς το ινοπλισμένο πολυμερές αστοχεί για επίπεδο έντασης σαφώς μικρότερο από την αντοχή του. Η αστοχία είναι πρόωρη και οφείλεται στην θραύση του σύνθετου υλικού. Η ποιότητα της μήτρα που χρησιμοποιείται έχει πολύ σημαντική επίδραση στο χρόνο που θα εκδηλωθεί η αστοχία και στο επίπεδο της έντασης, που μπορεί να φέρει το υλικό. Συνήθως συστήματα με εποξειδικές ρητίνες είναι δύο έως τέσσερις τάξεις μεγέθους

48 23 πιο ανθεκτικά από αντίστοιχα συστήματα, που περιέχουν άλλη κατηγορία ρητίνης. Επίσης, οι βινυλεστερικές ρητίνες εμφανίζουν κατά κανόνα μεγαλύτερη τρωτότητα σε θραύση και διάβρωση, λόγω διατηρούμενης έντασης, από τις πολυεστερικές. Τα σύνθετα υλικά με ίνες άνθρακα δεν έχουν πρόβλημα διάβρωσης υπό τάση ακόμα και αν η τάση φτάσει στο 80% της εφελκυστικής αντοχής. Για τον λόγο αυτό, εάν η ενίσχυση έχει ως στόχο την ανάληψη πρόσθετων μόνιμων φορτίων, η χρήση ινών άνθρακα θα πρέπει να είναι η πρώτη επιλογή του κατασκευαστή. Οι ίνες υάλου, όπως προαναφέρθηκε, είναι εξαιρετικά ευπαθείς, ενώ οι ίνες αραμιδίου έχουν μία ενδιάμεση συμπεριφορά Επίδραση της κόπωσης Τα ινοπλισμένα πολυμερή γενικά συμπεριφέρονται καλύτερα από το σκυρόδεμα ή τον χάλυβα υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Ειδικότερα για τα ανθρακονήματα, η αντοχή τους σε κόπωση είναι ιδιαίτερα υψηλή και είναι μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα οπλισμού. Τα υαλονήματα είναι αρκετά ευπαθή σε κόπωση λόγω της αλληλεπιδράσεως των ινών μεταξύ τους και όχι λόγω του φαινομένου της διάβρωσης υπό τάση. Οι ίνες αραμιδίου επιδεικνύουν μία ενδιάμεση συμπεριφορά. Όσον αφορά τις ρητίνες, οι εποξειδικές ρητίνες έχουν μεγαλύτερη αντοχή σε κόπωση από τις πολυεστερικές ρητίνες και οι τελευταίες μεγαλύτερη από τις βινυλεστερικές. Πρέπει να τονιστεί ότι η αντοχή σε κόπωση ενός συστήματος ινοπλισμένου πολυμερούς, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το είδος της ρητίνης, στο οποίο εμποτίζονται οι ίνες. Τα ινοπλισμένα πολυμερή, εξαιτίας της οργανικής φύσης του υλικού της μήτρας, είναι ευαίσθητα στη συχνότητα εφαρμογής της ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Ως γενικός κανόνας, η συχνότητα αυτή, πρέπει να διατηρείται μικρότερη από 10Hz, ώστε να προλαμβάνεται η έκλυση θερμότητας στο πολυμερές, που μπορεί να οδηγήσει σε πρώιμη αστοχία της μήτρας και στη συνέχεια ολόκληρου του συστήματος του πολυμερούς. (Roylance and Roylance, 1981) Επίδραση της κρούσης Την καλύτερη συμπεριφορά σε κρούση παρουσιάζουν κατά σειρά τα σύνθετα υλικά με ίνες αραμιδίου (είναι χαρακτηριστικό ότι χρησιμοποιούνται για την παρασκευή

49 24 αλεξίσφαιρων γιλέκων, όπως προαναφέρθηκε), ακολουθούν αυτά με ίνες υάλου και τέλος, αυτά με ίνες άνθρακα. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζεται μια ποιοτική αξιολόγηση των χαρακτηριστικών των σύνθετων υλικών που προκύπτουν από τις αντίστοιχες ίνες. Πίνακας 1.4 Ποιοτική αξιολόγηση ινοπλισμένων πολυμερών. Χαρακτηριστικό ΙΟΠ-Άνθρακα ΙΟΠ-Αραμιδίου ΙΟΠ-Υάλου Ανθεκτικότητα σε διάρκεια πολύ καλή καλή οριακή Αντοχή σε κόπωση πολύ καλή καλή οριακή Ανθεκτικότητα σε αλκαλικό περιβάλλον πολύ καλή καλή ακατάλληλο υλικό Αντοχή σε κρούση μικρή πολύ καλή καλή Αντοχή σε φθορά λόγω τριβής μέτρια πολύ καλή καλή Γαλβανικό φαινόμενο ναι όχι όχι Αντοχή σε υπεριώδεις ακτινοβολίες καλή μικρή καλή Πυκνότητα (kg/m 3 x10 3 ) ~ 1.80 ~ 2.50 ~ 1.50 Κόστος (συγκριτικά μεταξύ τους) υψηλό μέτριο χαμηλό 1.4 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Τα συστήματα ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος με σύνθετα υλικά είναι δύο τύπων: α) "υγρής εφαρμογής" (ή "επί τόπου σκλήρυνσης της μήτρας") και β) "προκατασκευασμένα" (όπου η σκλήρυνση της μήτρας έχει προηγηθεί της εφαρμογής) Συστήματα υγρής εφαρμογής Τα συστήματα υγρής εφαρμογής είναι: Φύλλα ή υφάσματα αποτελούμενα από συνεχείς ίνες μιας διεύθυνσης, χωρίς μήτρα («ξηρή» κατάσταση). Για την εφαρμογή τους απαιτείται συνήθως η εφαρμογή

50 25 «ασταρώματος» στο σκυρόδεμα και ακολούθως ο εμποτισμός των ινών με ρητίνη βάσει μιας εκ των εξής μεθόδων: i. εφαρμογή της ρητίνης στο σκυρόδεμα, τοποθέτηση των ινών απευθείας στη ρητίνη. ii. προεμποτισμός των ινών ( επί τόπου στο έργο αλλά όχι επάνω στο υπό ενίσχυση στοιχείο) με ρητίνη και ακολούθως επικόλληση. Υφάσματα αποτελούμενα από συνεχείς ίνες σε τουλάχιστον δύο διευθύνσεις (π.χ. 0 και 90 ο ή +45 ο σε σχέση με τον άξονα του υπό ενίσχυση μέλους, χωρίς μήτρα. Η εφαρμογή τους γίνεται όπως περιγράφεται στις παραπάνω δύο περιπτώσεις. Φύλλα ή υφάσματα αποτελούμενα από συνεχείς ίνες μίας κυρίως διεύθυνσης, προεμποτισμένα με ρητίνη σε μη σκληρυμένη μορφή. Η εφαρμογή τους γίνεται με ή χωρίς επιπλέον ρητίνη. Φύλλα ή υφάσματα αποτελούμενα από συνεχείς ίνες σε τουλάχιστον δύο διευθύνσεις, προεμποτισμένα με ρητίνη σε μη σκληρυμένη μορφή. Η εφαρμογή τους γίνεται με ή χωρίς επιπλέον ρητίνη. Συνεχείς ίνες χωρίς μήτρα, συγκεντρωμένες σε μορφή νήματος, το οποίο εμποτίζεται με ρητίνη ενώ τυλίγεται στο στοιχείο σκυροδέματος. Προεμποτισμένες συνεχείς ίνες, συγκεντρωμένες σε μορφή νήματος, το οποίο ενώ τυλίγεται στο στοιχείο σκυροδέματος, ενδεχομένως να υφίσταται και πρόσθετο εμποτισμό. Αγκύρια μορφής θυσάνου ινών (composite anchors), τα οποία κατά κανόνα χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με κάποιον άλλο τύπο συνθέτου υλικού, κατά κανόνα υφάσματος, και σκοπεύουν στην καλύτερη συνεργασία αυτού με το υπό ενίσχυση μέλος. Τα αγκύρια, αφού εμποτιστούν με ρητίνη, εισάγονται εν μέρη σε οπές που έχουν ανοιχθεί στο υπό ενίσχυση μέλος, με σκοπό την αγκύρωσή τους, και εν συνεχεία το προεξέχων τμήμα τους απλώνεται ακτινικά στο σύνθετο υλικό που λειτουργεί ως οπλισμός ενίσχυσης Προκατασκευασμένα υλικά Τα προκατασκευασμένα συστήματα ενίσχυσης είναι: Προκατασκευασμένα ευθύγραμμα δύσκαμπτα ελάσματα (strips) τα οποία επικολλούνται μέσω ρητίνης. Τα ελάσματα διατίθενται συνήθως σε μορφή ρολών ( κουλούρες ) και παράγονται με την μέθοδο της εξέλασης (pultrusion) ή σπανιότερα, της

51 26 στρωμάτωσης (lamination). Στη μέθοδο της εξέλασης οι ίνες είναι κατά κανόνα συνεχείς και παράλληλες στην διεύθυνση των ελασμάτων, ενώ η στρωμάτωση επιτρέπει την χρήση ινών σε διαφορετικές διευθύνσεις (π.χ. παράλληλες και κάθετες στη διεύθυνση των ελασμάτων η και υπό γωνίες +45 ο ή -45 ο ). Τα ελάσματα χρησιμοποιούνται κυρίως για την αύξηση της καμπτικής αντοχής μελών σκυροδέματος. Προκατασκευασμένες ράβδοι (bars) κυκλικής ή συνήθως ορθογωνικής διατομής, οι οποίες τοποθετούνται σε επιφανειακές εγκοπές γεμισμένες με ρητίνη ή πολυμερικό κονίαμα. Προκατασκευασμένα κελύφη (shells), μανδύες (jackets), ή γωνιές (angles), τα οποία επικολλούνται μέσω ρητίνης. Σε γενικές γραμμές τα προκατασκευασμένα ελάσματα προτιμούνται έναντι των υφασμάτων όταν η εφαρμογή γίνεται σε επίπεδες επιφάνειες (π.χ. καμπτική ενίσχυση δοκών ή πλακών, χιαστί ή οριζόντια διάταξη για τοιχοποιίες σε εντός επιπέδου τέμνουσα) και απαιτούνται σημαντικά πάχη, ενώ σε άλλες περιπτώσεις (π.χ. μανδύες υποστυλωμάτων, διατμητική ενίσχυση δοκών) η εφαρμογή υφασμάτων μέσω της υγρής μεθόδου είναι προτιμητέα. 1.5 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Η αποτελεσματικότητα των σύνθετων υλικών εξαρτάται από την σωστή και επιμελημένη εκτέλεση των εργασιών. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί σε όλες τις φάσεις χρήσης των υλικών: την προσεκτική προετοιμασία της επιφάνειας επικόλλησης των δομικών στοιχείων, την σωστή επιλογή της ρητίνης, λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες υγρασίας και θερμοκρασίας, τον σχολαστικό καθαρισμό των ελασμάτων και τον επιμελημένο τρόπο χρήσης αυτών από τα ειδικά συνεργεία και την καλή, ευθύγραμμη επικόλληση των υλικών. Αν κάποιο στάδιο της διαδικασίας δε προσεχθεί, είναι δυνατόν να μειωθεί σημαντικά, ή ακόμα και να ακυρωθεί, η αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης ή της επισκευής. Για τον λόγο αυτό είναι πολύ σημαντικό οι εργασίες αυτές να εκτελούνται από εξειδικευμένα συνεργεία καθώς η εφαρμογή κατά την κατασκευή αποτελεί το πιο καθοριστικό σημείο για τη μηχανική συμπεριφορά της ενίσχυσης. Όλες οι φάσεις των εργασιών θα πρέπει να γίνονται υπό την επίβλεψη εξειδικευμένου μηχανικού.

52 Βασική τεχνική Η βασική τεχνική, η οποία είναι και η πλέον συνηθισμένη (και εφαρμόζεται κατ αποκλειστικότητα στη χώρα μας), περιλαμβάνει την δια χειρός επικόλληση είτε υφασμάτων (προεμποτισμένων με ρητίνη ή μη προεμποτισμένων), είτε προκατασκευασμένων στοιχείων (π.χ. ελάσματα) σε στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος, μέσω εποξειδικών ρητινών. Στην Εικόνα 1.8 φαίνονται ορισμένα παραδείγματα εφαρμογής ενίσχυσης με σύνθετα υλικά. Εικόνα 1.8 Παραδείγματα εφαρμογής της βασικής τεχνικής.

53 28 Συνοπτικά, η διαδικασία εφαρμογής σύνθετων υλικών περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: Καθαίρεση του επιχρίσματος. Αποκατάσταση των ενδεχόμενων βλαβών με χρήση κατάλληλης μεθόδου. Προετοιμασία της επιφάνειας του δομικού στοιχείου (εξομάλυνση της επιφάνειας, λάξευση γωνιών κτλ.). Επάλειψη της επιφάνειας του δομικού στοιχείου με εποξειδική ρητίνη ή άλλη κατάλληλη συγκολλητική ουσία. Τοποθέτηση της πρώτης στρώσης ινοπλισμένου πολυμερούς στη διεπιφάνεια του δομικού στοιχείου. Συνιστάται η πλήρης επαφή του δομικού στοιχείου με το σύνθετο υλικό. Τοποθέτηση ειδικών αγκυρίων όπου απαιτείται. Τοποθέτηση επιπλέον στρώσεων σύνθετου υλικού όταν απαιτείται. Μετά τη σκλήρυνση του συστήματος, εφαρμογή επιχρίσματος και βαφή της επιφάνειας του δομικού στοιχείου με βάση αρχιτεκτονικές και αισθητικές προτιμήσεις Ειδικές τεχνικές Παρακάτω αναφέρονται εν συντομία ειδικές τεχνικές που δεν έχουν τύχει ακόμα ευρείας εφαρμογής στη χώρα μας. Αυτοματοποιημένη περιτύλιξη: Περιλαμβάνει την χωρίς διακοπή περιτύλιξη προεμποτισμένων με ρητίνη νημάτων υπό μικρή γωνία γύρω από υποστυλώματα γεφυρών ή άλλα στοιχεία μέσω ειδικής συσκευής ρομπότ. Βασικό πλεονέκτημα της τεχνικής είναι η μεγάλη ταχύτητα εφαρμογής. Εφαρμογή με προένταση: Περιλαμβάνει την επικόλληση ελασμάτων ενώ αυτά βρίσκονται υπό τάνυση. Έτσι εκμεταλλευόμαστε τα βασικά πλεονεκτήματα της προέντασης (αύξηση δυσκαμψίας, καθυστέρηση ρηγμάτωσης, μείωση πλάτους ρωγμών, αύξηση καμπτικής και διατμητικής αντοχής), με τίμημα την αύξηση του κόστους αλλά και του βαθμού πολυπλοκότητας της μεθόδου εφαρμογής, λόγω της ανάγκης για τη χρήση ειδικών αγκυρώσεων. Η τεχνική της ρηγμάτωσης μπορεί να εφαρμοστεί και σε μανδύες υποστυλώματος είτε εφαρμόζοντας τα σύνθετα υλικά με τις ίνες υπό τάνυση, είτε εισάγοντας στο κενό μεταξύ του μανδύα και του σκυροδέματος ρητίνη υπό πίεση ή διογκούμενο κονίαμα.

54 29 Επιταχυμένη σκλήρυνση με θέρμανση: Η σκλήρυνση της εποξειδικής ρητίνης στη διεπιφάνεια ελασμάτων- σκυροδέματος μπορεί να επιταχυνθεί σημαντικά μέσω της χρήσης ειδικών συσκευών θέρμανσης. Έτσι αυξάνεται σημαντικά η ταχύτητα εφαρμογής της ενίσχυσης ακόμα και σε περιπτώσεις που η τελευταία θα ήταν αδύνατη. Πρόσθετο πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η αύξηση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης της ρητίνης. Προκατασκευασμένα στοιχεία: Είναι συνήθως μορφής ελάσματος, γωνιών, ή μανδύα-κελύφους που τοποθετείται περιμετρικά των υποστυλωμάτων με στόχο της αύξηση της περίσφιγξης ή της διατμητικής αντοχής. Εφαρμογή σε εγκοπές: Η τοποθέτηση και επικόλληση ράβδων ή ελασμάτων σε εγκοπές αποσκοπεί συνήθως στην αύξηση της καμπτικής αντοχής υφιστάμενων μελών σκυροδέματος. Βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η εξαιρετικά βελτιωμένη συνάφεια των σύνθετων υλικών με το σκυρόδεμα και εν γένει η καλύτερη προστασία τους. Πριν την έναρξη της διαδικασίας εφαρμογής των συνθέτων υλικών θα πρέπει να έχουμε υπ όψη μας τα εξής: Η εφαρμογή ελασμάτων σε σκυρόδεμα προϋποθέτει ελάχιστη εφελκυστική αντοχή του υποστρώματος της τάξης του 1.5 MPa. Η αντοχή αυτή μπορεί να εκτιμηθεί επί τόπου με δοκιμή τύπου pull-off. Η επιλογή της ρητίνης θα πρέπει να γίνει λαμβάνοντας υπόψη, εκτός από τις συνθήκες υγρασίας, και τις συνθήκες θερμοκρασίας, οι οποίες είναι καθοριστικές για τη σκλήρυνση της ρητίνης αλλά και για την μετέπειτα συμπεριφορά της. Η εφαρμογή των ρητινών σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος ενδέχεται να πρέπει να γίνεται σε συνδυασμό με επιβολή τοπικής θέρμανσης. Τα ελάσματα συνθέτων υλικών θα πρέπει να κόβονται με τροχό ή πριόνι στο επιθυμητό μήκος, να καθαρίζονται σχολαστικά (π.χ. με διάλυμα ακετόνης) ή να αφαιρείται από αυτά η προστατευτική μεμβράνη (όπου υπάρχει) λίγο πριν από την εφαρμογή τους, να υφίστανται προσεκτική μεταχείριση από το τεχνικό προσωπικό το οποίο θα πρέπει να φορά απαραιτήτως γάντια, και να τοποθετούνται χωρίς να υφίστανται στρέβλωση. Κατά την εφαρμογή των υφασμάτων, θα πρέπει να αποφεύγονται οι πτυχώσεις ώστε οι ίνες να είναι όσο το δυνατόν πιο ευθύγραμμες. Το ρολό με το οποίο θα εμποτίζεται το ύφασμα με ρητίνη, θα πρέπει να δουλεύει προς την διεύθυνση των ινών και προς μία μόνο κατεύθυνση (όχι εμπρός-πίσω), ώστε να αποφευχθεί η χαλαρότητα

55 30 του υφάσματος και η δημιουργία πτυχώσεων έως ότου η ρητίνη διαποτίσει το ύφασμα. Σε περίπτωση λάθους (π.χ. δημιουργία πτυχώσεων, λάθος κατεύθυνση ινών) και εφόσον δεν έχει παρέλθει ο ενεργός χρόνος εφαρμογής της ρητίνης, το ύφασμα θα πρέπει να αφαιρείται με τα χέρια και η εφαρμογή να επαναλαμβάνεται. Αν ο ενεργός χρόνος έχει παρέλθει, ύφασμα και ρητίνη θα πρέπει να απομακρυνθούν, να απορριφθούν και η εφαρμογή να γίνει εκ νέου. Στην περίπτωση ενίσχυσης υποστυλωμάτων ορθογωνικής διατομής, θα πρέπει να στρογγυλεύονται οι γωνίες της διατομής με ακτίνα καμπυλότητας της τάξης των 20 mm (ειδικά για υλικά με ίνες αραμιδίου η ακτίνα μπορεί να μειωθεί στα 10 mm). Για ενίσχυση έναντι κάμψης, θα πρέπει να αποφεύγονται οι ματίσεις ελασμάτων (ή υφασμάτων) με υπερκάλυψη. Όπου αυτές είναι τελείως απαραίτητες να γίνονται (παράλληλα στην διεύθυνση των ινών) με μήκος υπερκάλυψης τέτοιο ώστε να εξασφαλίζεται ότι η εφελκυστική αστοχία του οπλισμού θα προηγείται της αποκόλλησης στη μάτιση. Επίσης, να αποφεύγεται η τοποθέτηση πάνω από τρεις στρώσεις ελασμάτων ή πέντε στρώσεις υφασμάτων. Επίσης, στις θέσεις απόληξης των ελασμάτων ή υφασμάτων συνίσταται η επικόλληση υφασμάτων μορφής U ώστε να βελτιωθούν οι συνθήκες αγκύρωσης. Για ενίσχυση έναντι διάτμησης συνίσταται, στην περίπτωση ενίσχυσης πλακοδοκών, να γίνεται αγκύρωση των οπλισμών διάτμησης στην θλιβόμενη ζώνη. Αν η αγκύρωση δεν είναι εφικτή, συνίσταται η έμπηξη του υφάσματος σε εσοχή μέσω ράβδου και ακολούθως η επέκταση του στο κάτω μέρος της πλάκας, σε απόσταση περίπου ίση με 150 mm. Επιπλέον, όταν γίνεται καθολική περιτύλιξη υποστυλωμάτων με υφάσματα, η μάτιση κάθε τμήματος θα πρέπει να γίνεται σε διαφορετική πλευρά. Για ενίσχυση έναντι περίσφιγξης, θα πρέπει η υπερκάλυψη των δύο άκρων σε επάλληλες στρώσεις επί υποστυλωμάτων ορθογωνικής διατομής να έχει μήκος τέτοιο ώστε η θραύση του μανδύα να προηγείται της αποκόλλησης. Ενδεικτικό ελάχιστο μήκος υπερκάλυψης είναι τα 200 mm, για υφάσματα ινών άνθρακα ονομαστικού πάχους mm. Ο μέγιστος επιτρεπόμενος αριθμός στρώσεων για την κατασκευή μανδύα είναι της τάξης του 15 ή όπως συνιστάται από τον προμηθευτή του συστήματος ενίσχυσης. Ακόμη, στη περίπτωση εφαρμογής μανδύα στις κρίσιμες περιοχές υποστυλωμάτων πρέπει να αφήνεται κενό της τάξης των 15 mm, ώστε αφενός να μην παρεμποδίζεται η στροφή της ακραίας διατομής, αφετέρου να μην υφίσταται σύνθλιψη ο μανδύας λόγω της στροφής αυτής (Τριανταφύλλου, 2006).

56 31 2. ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Η χρήση ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ-FRP) στην ενίσχυση και σεισμική αναβάθμιση κατασκευών αποτελεί μια άμεση, ταχεία και αποτελεσματική επέμβαση αφού συνδυάζει μεγάλο αριθμό πλεονεκτημάτων συγκριτικά με τις ήδη υπάρχουσες παραδοσιακές τεχνικές. Προς την κατεύθυνση αυτή έχει βοηθήσει σημαντικά και η πλούσια διεθνής βιβλιογραφία, η οποία έχει φωτίσει πάρα πολλές πτυχές του πεδίου των επεμβάσεων με ινοπλισμένα πολυμερή. Παρόλα τα πλεονεκτήματά της, η τεχνική των ινοπλισμένων πολυμερών παρουσιάζει ορισμένες εγγενείς αδυναμίες, οι οποίες ουσιαστικά οφείλονται στη χρήση οργανικών συνδετικών υλικών (κατά κανόνα εποξειδικών ρητινών). Τα μειονεκτήματα της τεχνικής αυτής συνοπτικά είναι τα εξής: Η πτωχή συμπεριφορά (απώλεια αντοχής) των ρητινών σε θερμοκρασίες πάνω από την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (της τάξης των C). Καθίσταται επομένως αναπόφευκτη η λήψη μέτρων πυροπροστασίας τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλό κόστος. Η πτωχή συμπεριφορά των ρητινών στην υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτή επιφέρει αλλοίωση της ισχύος των δεσμών και ενδεχομένως μικρή μείωση της αντοχής της μήτρας (ρητίνης). Το υψηλό κόστος των ρητινών (το οποίο όμως διαρκώς μειώνεται). Η επιβλαβής δράση τους για το εργατικό προσωπικό όταν εισπνέονται και όταν έρχονται σε επαφή με το δέρμα, ακόμα και για τις τελευταίου τύπου ρητίνες. Η αδυναμία εφαρμογής σε υγρές επιφάνειες ή κάτω από χαμηλές θερμοκρασίες (+10 o C), εκτός εάν πρόκειται για ρητίνες ειδικού τύπου. Η πτωχή φυσικοχημική συμβατότητα του σύνθετου υλικού με το υπόστρωμα του σκυροδέματος. Η αδιαπερατότητα των ρητινών με αποτέλεσμα τον περιορισμό της ικανότητας "αναπνοής" των δομικών στοιχείων που καλύπτονται από μανδύες ΙΟΠ. Η ασυμβατότητα των ρητινών με υλικά ιστορικών κατασκευών. Η δυσκολία διεξαγωγής μη καταστροφικής αποτίμησης πιθανών βλαβών πίσω από μανδύες ινοπλισμένων πολυμερών μετά από σεισμούς. Δεν έχει ακόμη διαπιστωθεί η αντοχή των ρητινών στο χρόνο.

57 32 Η αντικατάσταση της ρητίνης, που αποτελεί το συνδετικό υλικό των συνεχών ινών και των ινών με το υπόστρωμα από σκυρόδεμα, δηλαδή την μήτρα, είναι δυνατό να αναιρέσει ορισμένα από τα προαναφερθέντα προβλήματα. Τα τελευταία χρόνια έχει δοκιμαστεί η αντικατάσταση της ρητίνης με πολύ λεπτόκκοκο υλικό ανόργανης σύστασης (κονίαμα με βάση το τσιμέντο), χωρίς τα αποτελέσματα να είναι ικανοποιητικά, διότι η κοκκομετρία των κονιαμάτων, ακόμα και των εξαιρετικά λεπτόκοκκων, δεν επιτρέπει τον πλήρη εμποτισμό των ινών. Άμεσο αποτέλεσμα αυτού είναι η εμφάνιση πτωχών χαρακτηριστικών συνάφειας μεταξύ των ινών και του μητρικού υλικού (κονίαμα). Μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική πρόταση, η οποία αναπτύσσεται και μελετάται συστηματικά τα τελευταία χρόνια στο Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι αυτή της αντικατάστασης των συμβατικών υφασμάτων συνεχών ινών (συνήθως) μιας διεύθυνσης με υφάσματα ινών σε μορφή πλέγματος (textile) με βροχίδες με σκοπό την δημιουργία καλύτερου δεσμού ινών-μήτρας. Τα πλέγματα αυτά κατασκευάζονται από δέσμες ινών ανά αποστάσεις σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η καλή συνεργασία ινών μητρικού υλικού (κονίαμα) όχι μόνο μέσω δεσμού (όπως στην περίπτωση της ρητίνης) αλλά κυρίως μέσω μηχανικής εμπλοκής του κονιάματος στα κενά μεταξύ των δεσμών. Ο όρος που έχει προταθεί από τους Τριανταφύλλου Χ. Αθ. και Παπανικολάου Γ. Κ. στη διεθνή βιβλιογραφία για τα νέα αυτά σύνθετα υλικά μανδυών ενίσχυσης είναι Textile-Reinforced Mortars (TRM), που στα Ελληνικά αποδίδονται ως Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (Ι.Α.Μ) (Τριανταφύλλου και Συνεργάτες, 2006). Σύμφωνα με τον Naaman (2010), τα σύνθετα υλικά από ΙΑΜ είναι ένας τύπος οπλισμένου σκυροδέματος που παρασκευάζεται από υδραυλικές κονίες-μήτρες με βάση το τσιμέντο, που οπλίζονται με πλέγματα συνεχών ινών τοποθετημένα σε στρώσεις με μικρή απόσταση μεταξύ τους. Τα πλέγματα ινών είναι δυνατό να είναι είτε δύο είτε τριών διαστάσεων, ενώ η ανόργανη μήτρα πρέπει να σχεδιάζεται έτσι ώστε να μην εμποδίζεται η τοποθέτηση των πλεγμάτων αλλά και να διαθέτει χαρακτηριστικά που θα επιτρέπουν την μεταφορά τάσεων από την ανόργανη μήτρα στα πλέγματα ινών. Η ανόργανη μήτρα είναι δυνατό να φέρει χύδην ίνες ή μικρο ίνες. Τα πλέγματα ινών παράγονται με τις μεθόδους παραγωγής που εφαρμόζονται στην κλωστοϋφαντουργία ενώ οι ίνες που χρησιμοποιούνται είναι κυρίως ίνες από γυαλί, άνθρακα, αραμίδιο και βασάλτη. Οι ίνες έχουν υψηλή εφελκυστική αντοχή ενώ το μέτρο ελαστικότητας τους κυμαίνεται από 70 έως 500 GPa. Επίσης διαθέτουν μεγάλη ελαστική

58 33 παραμόρφωση αστοχίας, ενώ δεν διαθέτουν μετελαστική συμπεριφορά με αποτέλεσμα η αστοχία τους να είναι ψαθυρή. Η ανάπτυξη των ΙΑΜ αποτελεί κατά κάποιο τρόπο εξέλιξη του ινοπλισμένου σκυροδέματος, όπου σε όλο τον όγκο του σκυροδέματος προστίθενται τυχαία ίνες μικρού μήκους. Η τυχαία διεύθυνση των ινών δεν επιτρέπει μεγάλη εκμετάλλευση των ιδιοτήτων τους ως προς την δυνατότητα ανάληψης δυνάμεων. Αντιθέτως η τοποθέτηση των ινοπλεγμάτων παράλληλα στην διεύθυνση των κυρίων τάσεων επιτρέπει καλύτερη εκμετάλλευση των μηχανικών ιδιοτήτων των ινών. Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται αρχικά μία παρουσίαση των υλικών που συνθέτουν τα ΙΑΜ, δηλαδή των ινοπλεγμάτων, της μήτρας και των παραμέτρων που επηρεάζουν την συνάφεια μεταξύ μήτρας και ινοπλέγματος και στη συνέχεια παρουσιάζονται εν συντομία οι διαφορές των δύο συστημάτων ενίσχυσης ΙΟΠ και ΙΑΜ. 2.2 ΠΛΕΓΜΑΤΑ ΙΝΩΝ Τα πλέγματα ινών αποτελούνται από κλώνους ινών που πλέκονται μεταξύ τους σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις, με διάφορες τεχνικές έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια δομή ικανή να αναλάβει εφελκυστικές τάσεις κατά την διεύθυνση των κλώνων. Οι κλώνοι ινών συντίθενται από υψηλό αριθμό συνεχών νηματίων που ενώνονται μεταξύ τους. Η λεπτότητα ενός κλώνου μετράται με τη μονάδα tex που δηλώνει το βάρος του κλώνου (gr) ανά μονάδα μήκους (1000m). Ουσιαστικά, η λεπτότητα του κλώνου εξαρτάται από τον αριθμό των ινών, την πυκνότητά τους και την διάμετρό τους. Χαρακτηριστικό ενός πλέγματος είναι η απόσταση μεταξύ των κλώνων ινών και η γωνία διάταξή τους καθώς ανάλογα με την εκάστοτε περίπτωση ενίσχυσης πρέπει να εξασφαλίζεται η δυνατότητα εισχώρησης επαρκούς ποσότητας μητρικού υλικού μεταξύ και εντός των κλώνων. Ακόμα μια σημαντική απαίτηση για τα πλέγματα ινών αποτελεί η γεωμετρική τους σταθερότητα, η ικανότητα τους δηλαδή να διατηρούν την ευθυγραμμία των κλώνων τους σταθερή σε κάθε διεύθυνση κατά τη διαδικασία του εμποτισμού τους με το μητρικό υλικό. Η γεωμετρική σταθερότητα των πλεγμάτων επιτυγχάνεται συνήθως με προεμποτισμό των ινών του πλέγματος. Συνήθως οι ίνες έχουν προσανατολισμό κάθετο 0 ο /90 ο ή χιαστί 45 ο /-45 ο ή συνδυασμό και των δύο. Ο τρόπος πλέξης επηρεάζει το τελικό

59 34 αποτέλεσμα στο σύνθετο υλικό διότι αλλάζει το μηχανισμό διάδοσης τάσεων μέσα σε αυτό. Στην παρακάτω εικόνα φαίνονται μερικά είδη πλέξης υπό γωνία 0 ο /90 ο. Εικόνα 2.1 Είδη πλέξης υπό γωνία 0 ο /90 ο. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα πλέγματα δημιουργούνται από τον συνδυασμό κλώνων σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις και είναι δυνατό να είναι επίπεδα (δύο διαστάσεων) ή τριών διαστάσεων. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι ινοπλεγμάτων που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ΙΑΜ συνοψίζονται στις παρακάτω εικόνες. Αποτελούνται κατά κύριο λόγο από πλέγματα δύο διευθύνσεων, όπου η διάταξη των δεσμών ινών μπορεί να είναι κάθετη (0 /90 ) ή χιαστί (45 /-45 ) για πλέγματα δύο διευθύνσεων ή συνδυασμός και των δύο (0 /45 /90 /-45 ) για πλέγματα τεσσάρων διευθύνσεων (Εικόνα 2.2). Τρισδιάστατα πλέγματα (Εικόνα 2.3α) εφαρμόζονται σε στοιχεία που απαιτούν εφελκυόμενο οπλισμό και στις δύο πλευρές τους, με δυνατότητα διαφορετικής διάταξης της ποσότητας οπλισμού ινών στα δύο επίπεδα. Τέλος στην Εικόνα 2.3β παρουσιάζεται η διάταξη παραγωγής κυκλικών ινοπλεγμάτων τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κυκλικών στοιχείων από ΙΑΜ (π.χ. αγωγοί υψηλών πιέσεων, δεξαμενές καυσίμου και χημικών). α) β) Εικόνα 2.2 α) Πλέγμα δύο διευθύνσεων με προσανατολισμό ινών 0 /90, β) πλέγμα τεσσάρων διευθύνσεων με προσανατολισμό ινών 0 /45 /90 /-45.

60 35 α) β) Εικόνα 2.3 α) Πλέγμα τριών διαστάσεων, β) διάταξη παραγωγής κυκλικού ινοπλέγματος. 2.3 ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ Γενικά Η ανόργανη μήτρα (inorganic matrix) σκυροδέματος που χρησιμοποιείται στα στοιχεία ΙΑΜ, αποτελεί τη συγκολλητή ύλη των ινών μεταξύ τους όταν οι κλώνοι του πλέγματος δεν είναι εμποτισμένοι με πολυμερή. Μέσω αυτής μεταβιβάζονται οι εφελκυστικές δυνάμεις στις ίνες ενώ παράλληλα τις προστατεύει από τις διάφορες περιβαλλοντικές προσβολές αλλά και καθορίζει και αρκετές μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου υλικού. Η βασικότερη απαίτηση που επιβάλλεται να πληροί η ανόργανη μήτρα είναι η κατά το δυνατόν καλύτερη διείσδυση του κονιάματος στο πλέγμα ινών προκειμένου να επιτευχθούν καλές συνθήκες συνάφειας μεταξύ πλέγματος και μήτρας. Για τον λόγο αυτό το σκυρόδεμα πρέπει να διαθέτει ικανοποιητική ρευστότητα με τον μέγιστο κόκκο αδρανών να μην υπερβαίνει, συνήθως, τα 2mm. Επιπλέον, η μήτρα πρέπει να είναι ανθεκτική έναντι των επιθετικών περιβαλλοντικών συνθηκών και η σύστασή της πρέπει να προσαρμόζεται βάση των ιδιοτήτων του πλέγματος που χρησιμοποιείται και να είναι χημικά συμβατή με την χημική δομή του. Αξίζει να αναφερθεί πως σε περίπτωση χρήσης ανόργανων συνδετικών υλικών σε συνδυασμό με πλέγμα από ίνες υάλου επιβάλλεται το τελευταίο να είναι τύπου AR (Alkali Resistant), ή να γίνεται προεμποτισμός των κλώνων του πλέγματος με κάποιο πολυμερές χαμηλού κόστους. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η πρώιμη αστοχία των ινών λόγω της υψηλής αλκαλικότητας των ανόργανων συνδετικών υλικών (Τριανταφύλλου κ.α., 2006).

61 36 Τα διάφορα είδη σκυροδέματος που χρησιμοποιούνται ως μήτρα, ανάλογα με την σύσταση της βασικής τους κονίας, μπορούν να διακριθούν σε τρεις κατηγορίες. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα μείγματα που για κονία χρησιμοποιείται το σύνηθες τσιμέντο Πόρτλαντ (Portland) και αποτελούν τα συνήθη κονιάματα ανόργανης μήτρας. Στη δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνονται τα μείγματα όπου στο τσιμέντο Πόρτλαντ προστίθεται και κλάσμα πολυμερών (κονιάματα με προσθήκη πολυμερών) ενώ στην τρίτη κατηγορία τα μείγματα έχουν σαν βασική κονία τσιμέντα με βάση τον φώσφορο και το αλουμίνιο (σκυροδέματα με μη συμβατική κονία) Συνήθη κονιάματα ανόργανης μήτρας Σε αυτή την κατηγορία η βασική κονία αποτελείται από τσιμέντο τύπου Πόρτλαντ με κάποιες πρόσθετες ειδικές απαιτήσεις. Πρώτη απαίτηση είναι η επίτευξη επαρκούς ρευστότητας στο μείγμα η οποία εξασφαλίζει τη δυνατότητα διείσδυσης του κονιάματος στο πλέγμα με σκοπό την αποτελεσματικότερη συνεργασία τους. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση αδρανών με μέγιστο κόκκο τα 0.6mm. Σημαντική απαίτηση για τα κονιάματα ανόργανης μήτρας αποτελεί επίσης η μείωση της ποσότητας υδρασβέστου [Ca(OH) 2 ] στον τσιμεντοπολτό, η οποία συντελεί στη μείωση του αλκαλικού περιβάλλοντος της μήτρας με αποτέλεσμα την μείωση του κινδύνου προσβολής των ινών υάλου. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω προσθήκης κατάλληλης ποσότητας λεπτόκοκκων υλικών με μεγάλη περιεκτικότητα σε οξείδια του πυριτίου (SiO 2 ), όπως η ιπτάμενη τέφρα, η πυριτική παιπάλη και λιγότερο ο καολινήτης. Τέλος το ποσοστό της πυριτικής παιπάλης δεν πρέπει να ξεπερνά το 10% της συνολικής ποσότητας λεπτόκοκκων υλικών προκειμένου να εξασφαλιστεί η απαιτούμενη εργασιμότητα του μείγματος Κονιάματα με προσθήκη πολυμερών Η προσθήκη κλασμάτων πολυμερών διαμέτρου μm στην ανόργανη μήτρα επιφέρει αύξηση της εφελυστικής αντοχής του κονιάματος και βελτίωση των συνθηκών συνάφειας μεταξύ μήτρας και πλέγματος. Τα μόρια του πολυμερούς λόγω της μικρής διαμέτρου τους μπορούν να εισχωρήσουν στα κενά των κλώνων που δημιουργούνται μεταξύ των μεμονωμένων ινών με αποτέλεσμα τον καλύτερο εμποτισμό των ινών. Οι ιδιότητες των κονιαμάτων αυτών καθορίζονται από ένα σύνολο παραμέτρων όπως:

62 37 ο τύπος του χρησιμοποιούμενου πολυμερούς ο λόγος πολυμερούς προς τσιμέντο (5-20%) ο λόγος νερού προς τσιμέντο ( ) το ποσοστό αέρα οι συνθήκες συντήρησης Σκυροδέματα με μη συμβατική κονία Σε αυτά τα σκυροδέματα το μεγαλύτερο ποσοστό της βασικής κονίας αποτελείται από τσιμέντα με βάση τον φώσφορο και το αλουμίνιο. Τα τσιμέντα αυτά βρίσκονται σε ερευνητικό στάδιο αφού δεν προσφέρουν μεγάλο χρόνο εργασιμότητας ενώ χρησιμοποιούνται κυρίως για την παρασκευή ανόργανης μήτρας που θα χρησιμοποιηθεί σε στοιχεία ινοπλισμένου σκυροδέματος. 2.4 ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ Η αντοχή και η ολκιμότητα ενός σύνθετου υλικού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συνάφεια της διεπιφάνειας ινών και μητρικού υλικού. Σε περίπτωση καλών συνθηκών συνάφειας, προκύπτει ένα ψαθυρό υλικό που χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή, ενώ σε περίπτωση που η διεπιφάνεια είναι ασθενής προκύπτει ένα όλκιμο υλικό. Ο μηχανισμός συνάφειας των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας είναι πολύ διαφορετικός από αυτόν του χάλυβα στο οπλισμένο σκυρόδεμα διότι το σχήμα της διατομής των κλώνων ινών σε ένα κονίαμα μπορεί να αλλάξει, σε αντίθεση με τη διατομή μιας ράβδου χάλυβα όπου οι ιδιότητές της είναι συγκεκριμένες και μπορούν να μετρηθούν με μεγάλη ακρίβεια. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι κλώνοι των ινοπλεγμάτων αποτελούνται από χιλιάδες ίνες, οι οποίες ανάλογα με τη θέση που βρίσκονται διακρίνονται σε περιφερειακές (sleeve filaments) και σε ίνες πυρήνα (core filaments). Οι περιφερειακές ίνες έρχονται σε άμεση επαφή με το περιβάλλον μητρικό υλικό με αποτέλεσμα την πολύ καλή συνεργασία με αυτό και συνεπώς την αποδοτικότερη μεταφορά φορτίων χωρίς να ολισθαίνουν (Εικόνα 2.4α). Αντίθετα, οι ίνες του πυρήνα παρουσιάζουν μειωμένη συνάφεια με το μητρικό υλικό δεδομένου ότι μικρή ποσότητα ανόργανης μήτρας εισχωρεί στον πυρήνα του κλώνου με αποτέλεσμα να ολισθαίνουν

63 38 σημαντικά, σχεδόν ελεύθερες με μοναδική αντίσταση την τριβή μεταξύ τους. Για να βελτιωθεί η συνάφεια μεταξύ των ινών του πυρήνα και της μήτρας, οι κλώνοι θα πρέπει να είναι προεμποτισμένοι με ένα πολυμερές υλικό (εποξειδική ρητίνη ή συνθετική ρητίνη βινυλίου). Η ρητίνη εισχωρεί στον πυρήνα του κλώνου και εξασφαλίζει την πλήρη σύνδεση των ινών με τη ρητίνη με αποτέλεσμα ο κλώνος να συμπεριφέρεται σαν ένα απόλυτα ομοιογενές υλικό και το επίπεδο της έντασης να είναι ίδιο για όλες τις ίνες (Εικόνα 2.4β). Προκειμένου να περιγράψει τον τρόπο αστοχίας των μερικώς εμποτισμένων κλώνων ο Bartos (1987) πρότεινε ένα σύνθετο μηχανισμό συνάφειας μεταξύ κλώνων ινών μητρικού υλικού ο οποίος περιλαμβάνει τηλεσκοπικού τύπου ολίσθηση μεταξύ των ινών του κλώνου κατά την αστοχία. Σύμφωνα με αυτό το μηχανισμό οι περιφερειακές ίνες που είναι επαρκώς εμποτισμένες με το μητρικό υλικό μπορεί να αστοχήσουν ενώ οι εσωτερικές ολισθαίνουν. Επισημαίνεται ότι όταν η ολίσθηση των εσωτερικών ινών είναι ελεγχόμενη, ο εν λόγω μηχανισμός συνάφειας είναι εξαιρετικά ευνοϊκός, καθώς συνδυάζει υψηλές τάσεις συνάφειας που εξασφαλίζονται από τις περιφερειακές ίνες και αυξημένη απορρόφηση ενέργειας που εξασφαλίζεται από την ολίσθηση των ινών του πυρήνα. Οι Ohno and Hannant σε εργασία τους παρουσίασαν σχηματικά την κατανομή των παραμορφώσεων σε μια ρωγμή (Σχήμα 2.1). Όπως παρατηρείται λοιπόν για την επίτευξη ίδιου επιπέδου παραμόρφωσης σε μια ρωγμή απαιτείται μεγαλύτερο μήκος μεταφοράς για τις ίνες του πυρήνα. Σχήμα 2.1 Κατανομή παραμορφώσεων σε μια ρωγμή (Ohno and Hannant 1991).

64 39 α) β) Εικόνα 2.4 α) Κλώνος ινών με μερικώς εμποτισμένες ίνες (συνάφεια των εξωτερικών ινών μεγαλύτερη από αυτή των εσωτερικών), β) εισχώρηση πολυμερών στον κλώνο και πλήρης εμποτισμός όλων των ινών του (συνάφεια των εξωτερικών ινών μικρότερη από αυτή των εσωτερικών). Η πειραματική διερεύνηση της ποιότητας του δεσμού κλώνου ινών κονιάματος γίνεται με την δοκιμή εξόλκευσης. Στο ακόλουθο σχήμα φαίνεται η πειραματική διάταξη της δοκιμής αυτής. α) β) Σχήμα 2.2 Πειραματική διάταξη δοκιμής εξόλκευσης: α) διαστάσεις δοκιμίου, β) δοκίμιο στη διάταξη εξόλκευσης. Για την καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού συνάφειας των ινών με τη μήτρα γίνεται αναφορά στο παρακάτω διάγραμμα (Σχήμα 2.3) το οποίο απεικονίζει την απόκριση των κλώνων σε δοκιμή εξόλκευσης. Οι καμπύλες περιγράφουν τις ακόλουθες ακραίες περιπτώσεις απόκρισης:

65 40 Περίπτωση α: Ο εσωτερικός δεσμός είναι ισχυρότερος του εξωτερικού. Αυτό συμβαίνει όταν οι ίνες είναι εμποτισμένες με ρητίνη και φέρουν το ίδιο φορτίο. Μόλις η τιμή της τάσης υπερβεί την εφελκυστική αντοχή των ινών, τότε επέρχεται η θραύση και η πτώση του φορτίου είναι κατακόρυφη. Περίπτωση β: Ο εσωτερικός δεσμός είναι ασθενέστερος από τον εξωτερικό. Η καμπύλη αυτή χαρακτηρίζει την συμπεριφορά κλώνων ινών των οποίων οι ίνες δεν είναι εμποτισμένες με πολυμερή και επομένως οι εσωτερικές ίνες μπορούν να ολισθαίνουν σε σχέση με τις εξωτερικές. Η κατανομή των τάσεων είναι ανομοιόμορφη και επομένως η θραύση των ινών είναι σταδιακή προσδίδοντας στον φθίνοντα κλάδο μια ψευδοπλάστιμη μορφή. Όπως φαίνεται και στο σχήμα, η ενέργεια για την πλήρη θραύση των ινών είναι και για τις δύο περιπτώσεις ίδια. Σχήμα 2.3Καμπύλες απόκρισης κλώνων ινών σε δοκιμή εξόλκευσης (Kruger, 2004). 2.5 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΝΘΕΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΙΑΜ Η φέρουσα ικανότητα στοιχείων από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα μπορεί να διερευνηθεί μέσω δοκιμών κάμψης ή εφελκυσμού. Οι δοκιμές κάμψης είναι ευκολότερες στο να εκτελεστούν αλλά οι δοκιμές εφελκυσμού δίνουν περισσότερες πληροφορίες για τις ιδιότητες του υλικού. Η τυπική συμπεριφορά ινοπλέγματος, σε ανόργανη μήτρα υπό μονοαξονικό εφελκυσμό, είναι παρόμοια με αυτή του οπλισμένου σκυροδέματος. Στο

66 41 Σχήμα 2.4 φαίνεται η καμπύλη τάσης παραμόρφωσης ενός δοκιμίου ΙΑΜ σε μονοαξονικό εφελκυσμό. [Hegger et al.2006], [Jesse et al.2008]. Σχήμα 2.4 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΑΜ σε μονοαξονικό εφελκυσμό. Η μη γραμμική καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων μπορεί να διαχωριστεί σε τρία βασικά στάδια: Στάδιο Ι Με την έναρξη της δοκιμής η παραμόρφωση αυξάνεται αναλογικά του φορτίου και η δυσκαμψία του στοιχείου είναι ίση με το Μέτρο Ελαστικότητας της ανόργανης μήτρας. Το στοιχείο σε αυτό το στάδιο παραμένει αρηγμάτωτο. Στάδιο ΙΙα Με την αύξηση του φορτίου και περνώντας από το στάδιο Ι στο στάδιο ΙΙα η τάση του στοιχείου γίνεται ίση με την εφελκυστική αντοχή της ανόργανης μήτρας και τότε αρχίζουν να εμφανίζονται οι πρώτες ρωγμές. Στο σημείο που εμφανίζεται η πρώτη ρωγμή ενεργοποιούνται οι ίνες του πλέγματος. Μέσω τάσεων συνάφειας ινών μήτρας, τμήμα της τάσης αναλαμβάνεται στη συνέχεια και από την ανόργανη μήτρα έως τη στιγμή που η τάση αυτή γίνει ίση με την εφελκυστική αντοχή της μήτρας. Το εύρος και η απόσταση των ρωγμών καθορίζονται από τη συνάφεια ινών μήτρας και το ποσοστό των ινών του πλέγματος που έχει χρησιμοποιηθεί. Με την αύξηση του φορτίου παρατηρείται μείωση του ρυθμού αύξησης των ρωγμών και σταδιακή σταθεροποίησή τους. Στο σημείο αυτό ορίζεται το πέρας του σταδίου ΙΙa και η έναρξη του σταδίου ΙΙb.

67 42 Στάδιο ΙΙβ Στο στάδιο αυτό το φορτίο συνεχίζει να αυξάνεται χωρίς τη δημιουργία νέων ρωγμών. Η ανάληψη των εφελκυστικών δυνάμεων γίνεται αποκλειστικά από το πλέγμα ινών. Πριν την πραγματοποίηση πειραματικών δοκιμών θεωρούταν αναμενόμενο ότι στη φάση αυτή το μέτρο ελαστικότητας θα ταυτιζόταν με αυτό των ινών ενίσχυσης. Παρόλα αυτά παρατηρήθηκε μια μείωση της τάξης του 10-30% η οποία οφείλεται στη θραύση ποσοστού ινών πριν την είσοδο στο στάδιο ΙΙb. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η καμπύλη του δοκιμίου να μην είναι παράλληλη με αυτή των εφελκυόμενων ινών. Στάδιο ΙΙΙ Το τελευταίο αυτό στάδιο είναι στην πραγματικότητα ένα σημείο που αντιστοιχεί στην αστοχία του δοκιμίου λόγω θραύσης των ινών, οι οποίες συμπεριφέρονται γραμμικά ελαστικά μέχρι την αστοχία τους εμφανίζοντας μια μορφή ψαθυρής αστοχίας. 2.6 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΜΕ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ Η κυριότερη διαφοροποίηση μεταξύ ινοπλισμένων πολυμερών και ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα έγκειται στο υλικό που χρησιμοποιείται ως συγκολλητική ουσία, όπου στη μια περίπτωση (ΙΟΠ) είναι η εποξειδική ρητίνη και στην άλλη (ΙΑΜ) το τσιμεντοειδές κονίαμα. Πέρα από τις διαφορές στη χημική τους σύσταση τα δυο αυτά υλικά έχουν και διαφορές στη μορφή τους. Η εποξειδική ρητίνη είναι σε υγρή μορφή, ενώ το κονίαμα της ανόργανης μήτρας είναι ένα παχύρευστο μείγμα κονίας και λεπτόκοκκης άμμου που αναμειγνύεται με πολυμερή πρόσθετα. Η εποξειδική ρητίνη, λοιπόν, λόγω της ρευστότητάς της παρουσιάζει κάποια σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της ανόργανης μήτρας. Οι ρητίνες έχουν την δυνατότητα να διεισδύσουν στις ίνες, δημιουργώντας ισχυρό δεσμό μεταξύ ινών και μήτρας σε αντίθεση με το κονίαμα, το οποίο λόγω της κοκκώδους μορφής του, είναι δύσκολο να διεισδύσει σε ένα πλέγμα ινών ώστε να γίνει σωστός ο εμποτισμός των ινών. Έτσι, τα ινοπλισμένα πολυμερή εγγυώνται μια πιο αποτελεσματική συνεργασία της εποξειδικής ρητίνης με τις ίνες και μια περισσότερο προβλέψιμη μηχανική συμπεριφορά ενώ τα σύνθετα υλικά ανόργανης μήτρας δεν εξασφαλίζουν αυτό το βαθμό μονολιθικότητας, ενώ ταυτόχρονα απαιτούν περισσότερες στρώσεις πλέγματος για να επιτύχουν την ίδια απόδοση. Ωστόσο, η αδυναμία των σύνθετων υλικών ανόργανης

68 43 μήτρας να συνδέονται μονολιθικά με τις ίνες που εμποτίζουν μπορεί να θεωρηθεί κατά μια οπτική γωνία ως πλεονέκτημα. Κατά τη ρηγμάτωση του σκυροδέματος του μέλους, εμφανίζονται μικρές ρωγμές στην εξωτερική επιφάνεια του κονιάματος, προειδοποιώντας για την αστοχία, ενώ παράλληλα μειώνεται η πιθανότητα να συμβεί αποκόλληση των συνθέτων υλικών καθώς δεν αξιοποιείται όλη η εφελκυστική αντοχή των ινών. Ένα ακόμη σημαντικό πλεονέκτημα της εποξειδικής ρητίνης έναντι του τσιμεντοκονιάματος είναι η ταχύτερη πήξη, χωρίς ωστόσο αυτό να σημαίνει και ταχύτερη εφαρμογή του συστήματος ενίσχυσης. Σε αντίθεση με τα κονιάματα, για την εφαρμογή της εποξειδικής ρητίνης απαιτείται κατάλληλη προετοιμασία της επιφάνειας ενίσχυσης. Πιο συγκεκριμένα πρέπει να εκτραχύνεται η επιφάνεια εφαρμογής, έτσι ώστε να αποκαλύπτονται τα αδρανή του δομικού στοιχείου για να είναι εφικτή η καλή συνάφεια του μανδύα με το μέλος. Ένα σημαντικό μειονέκτημα της εποξειδικής ρητίνης είναι ότι για να επιτευχθεί καλή συνάφεια με το σκυρόδεμα πρέπει η επιφάνεια που θα εφαρμοστεί να μην είναι υγρή, κάτι που δεν είναι απαραίτητο για τα τσιμεντοκονιάματα. Επίσης, η επιφάνεια εφαρμογής πρέπει να είναι καθαρή από σκόνη για να υπάρχει μονολιθική σύνδεση μεταξύ μανδύα και υποστρώματος. Οι μανδύες των ινοπλισμένων πολυμερών υστερούν έναντι των τσιμεντοκονιαμάτων στο γεγονός ότι είναι αδιαπέρατοι. Σαν αποτέλεσμα στο εσωτερικό του συστήματος ενίσχυσης εγκλωβίζεται υγρασία και συσσωρεύεται το οξυγόνο των πόρων προξενώντας προβλήματα απώλειας αντοχής στον πυρήνα του σκυροδέματος και στον εσωτερικό οπλισμό λόγω διάβρωσης. Αντίθετα, η μήτρα ανόργανης σύστασης προσφέροντας πλήρη, μηχανική, φυσική και χημική συμβατότητα του μανδύα με το ενισχυόμενο μέλος και εξασφαλίζει την επιθυμητή διαπερατότητα του μανδύα. Όπως αναφέρθηκε και στο πρώτο κεφάλαιο, οι εποξειδικές ρητίνες έχουν πτωχή συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες, φωτιά και ακτινοβολίες. Επίσης είναι εύφλεκτα υλικά, δεν διαλύονται στο νερό και οι χημικές αναθυμιάσεις που εκπέμπουν ενδέχεται να δημιουργήσουν ένα επιβλαβές περιβάλλον για το εργατικό προσωπικό. Αντιθέτως, τα τσιμεντοειδή κονιάματα δεν έχουν πρόβλημα σε υψηλές θερμοκρασίες, φωτιά και ακτινοβολίες και παράλληλα είναι φιλικά προς το εργατικό προσωπικό. Παράλληλα, εξασφαλίζουν καλύτερη προστασία των ινών από περιβαλλοντικούς παράγοντες και εξωτερικές φθορές. Γενικότερα η μέθοδος IAM υπερισχύει της μεθόδου ΙΟΠ στον οικονομικό τομέα. Παρά το γεγονός ότι για την επίτευξη ίδιας αποδοτικότητα απαιτούνται περισσότερες

69 44 στρώσεις σύνθετου υλικού, το υψηλό κόστος των εποξειδικών ρητινών έναντι των κονιαμάτων είναι ανασταλτικός παράγοντας στην επιλογή της μεθόδου των ινοπλισμένων πολυμερών. Τροχοπέδη στη χρήση των εποξειδικών ρητινών είναι η απαίτηση εξειδικευμένου προσωπικού και η υποχρεωτική χρήση προστατευτικού εξοπλισμού, σε αντίθεση με τα κονιάματα με τα οποία ο τεχνικός κόσμος είναι περισσότερο εξοικειωμένος. Σοβαρό πρόβλημα της τεχνικής ενίσχυσης με ΙΟΠ αποτελεί και η μεγάλη δυσκολία της αποτίμησης της σεισμικής επάρκειας της ενισχυμένης κατασκευής πίσω από τους πολυμερικά ινοπλισμένους μανδύες. Τέλος τα σύνθετα υλικά ανόργανης μήτρας εφαρμόζονται εύκολα και γρήγορα στην ενίσχυση, προκαλούν λιγότερη όχληση στο περιβάλλον, έχουν δυνατότητα ανακύκλωσης και απαιτούν λιγότερο εξοπλισμό για την εφαρμογή τους. Όλα τα στοιχεία που αναφέρθηκαν παραπάνω δείχνουν την υπεροχή των συνθέτων υλικών ανόργανης μήτρας έναντι των ινοπλισμένων πολυμερών και συνηγορούν στο γεγονός ότι η μέθοδος ΙΑΜ είναι κατάλληλη να αντικαταστήσει τη μέθοδο ΙΟΠ.

70 45 3. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αντοχή αλλά και η ικανότητα παραμόρφωσης του σκυροδέματος αυξάνεται σημαντικά όταν αυτό βρίσκεται υπό τριαξονική ένταση. Στην πράξη, συνθήκες τριαξονικής έντασης στο σκυρόδεμα δημιουργούνται όταν οι εγκάρσιοι οπλισμοί παρεμποδίζουν την πλευρική διόγκωση ενός μονοαξονικά θλιβόμενου στοιχείου. Το σκυρόδεμα το οποίο υφίσταται την ευνοϊκή αυτή λειτουργία του εγκάρσιου οπλισμού ονομάζεται περισφιγμένο. Ο περιορισμός της εγκάρσιας διαστολής του δοκιμίου έχει σαν αποτέλεσμα αφενός την αύξηση της αντοχής του και αφετέρου την αύξηση της αξονικής παραμόρφωσης στη θραύση (Τριανταφύλλου, 2001). Η περίσφιγξη ενεργοποιείται όταν αρχίζουν να δημιουργούνται οι εσωτερικές ρωγμές συνάφειας μεταξύ αδρανών και κονιάματος, που χαρακτηρίζουν την ανελαστική συμπεριφορά του σκυροδέματος. Μια από τις πιο συχνές εφαρμογές της περίσφιγξης είναι η περίσφιγξη υποστυλωμάτων που αποσκοπεί είτε στην αύξηση της αντοχής τους (θλιπτικής ή/και διατμητικής), είτε στην αύξηση της πλαστιμότητάς τους είτε στη βελτίωση της συνάφειας των κατακόρυφων οπλισμών τους λόγω μικρού μήκους υπερκάλυψης. Οι επεμβάσεις μπορεί να γίνουν είτε με συμβατικές μεθόδους, είτε με χρήση προηγμένων υλικών (σύνθετων υλικών). Ο πιο κοινός τρόπος επίτευξης της περίσφιγξης είναι μέσω της τοποθέτησης συνδετήρων ή μανδυών χάλυβα, ενώ η χρήση σύνθετων υλικών Ινοπλισμένων Πολυμερών (ΙΟΠ) έχει σχετικά πρόσφατα αναγνωριστεί ως αξιόπιστο μέσο περίσφιγξης για στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος. Έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές πειραματικές και αναλυτικές μελέτες, ενδεικτικά αναφέρονται: Saadatmanesh et al., 1994; Nanni and Bradford, 1995; Seible et al., 1995; Picher et al., 1996; Matthys et al., 1999 και Mirmiran and Shahawy, 1997; Saadatmanesh et al., 1997; Spoelstra and Monti, 1999; Matthys et al., 1999, αντίστοιχα. Οι πρώτες ασχολούνται με τη διερεύνηση της συμπεριφοράς του σκυροδέματος που περισφίγγεται μέσω ΙΟΠ και την επιβεβαίωση της αποδοτικότητας της λύσης αυτής, ενώ οι δεύτερες με τον προσδιορισμό κατάλληλων καταστατικών νόμων για τα μοντέλα περίσφιγξης με ΙΟΠ. Επίσης, έχουν πραγματοποιηθεί μελέτες, όπως των Seible et al., 1995, οι οποίοι ασχολήθηκαν με τη διατύπωση κατάλληλων εξισώσεων που υπολογίζουν το βέλτιστο συνολικό πάχος στρώσεων μανδύα

71 46 ΙΟΠ σε σχέση με το επιθυμητό επίπεδο αναβάθμισης. Σημειώνεται ότι τα ευεργετικά αποτελέσματα της περίσφιγξης μέσω μανδυών ΙΟΠ δεν είναι τόσο σημαντικά στην αύξηση της αντοχής, όσο στην αύξηση της πλαστιμότητας (fib, 2001). 3.2 ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ Η αύξηση της αντοχής των υποστυλωμάτων μπορεί να γίνει με προσθήκη νέων στρώσεων σκυροδέματος και νέων οπλισμών, διαμορφώνοντας ένα μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος περιμετρικά του αρχικού υποστυλώματος. Για την εφαρμογή της μεθόδου μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε έγχυτο, είτε εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Παρόλο που πρόκειται για μια πολύ αποτελεσματική μέθοδο, είναι άκρως επεμβατική και παρουσιάζει πρακτικές δυσκολίες στην εφαρμογή της, καθώς προϋποθέτει επίπονη διαδικασία προετοιμασίας και διακοπή της λειτουργίας του έργου. Η τεχνική περιλαμβάνει την αύξηση της διατομής του υποστυλώματος µε νέο σκυρόδεμα και νέους διαμήκεις και εγκάρσιους οπλισμούς περιμετρικά του αρχικού στοιχείου και μπορεί να εκτείνεται είτε σε όλο το μήκος του υποστυλώματος (ολικός μανδύας) είτε σε ένα µόνο τμήμα του (τοπικός μανδύας). Πέραν των κατασκευαστικών δυσχερειών, η εφαρμογή μανδύα σκυροδέματος αυξάνει τις διαστάσεις των προς ενίσχυση υποστυλωμάτων, με συνέπεια την αλλαγή της γεωμετρίας και της στατικότητας του συνολικού φορέα. Εικόνα 3.1 Τοποθέτηση οπλισμού πριν την εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Φαίνεται η διάτρηση της πλάκας που έχει προηγηθεί προκειμένου να περάσει ο νέος διαμήκης οπλισμός του υποστυλώματος.

72 47 α) β) Εικόνα 3.2 α) Τοποθέτηση σιδηρού οπλισμού πριν την εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, β) εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος σε σήραγγα. Η αύξηση της πλαστιμότητας των υποστυλωμάτων μπορεί να επιτευχθεί μέσω της εφαρμογής εξωτερικής περίσφιγξης με χρήση εξωτερικά επικολλούμενων μεταλλικών στοιχείων. Η επιβολή εξωτερικής περίσφιγξης με μεταλλικά στοιχεία μπορεί να γίνει με προσθήκη ελασμάτων, με συνδυασμό γωνιακών και λαμών ανά αποστάσεις (μεταλλικός κλωβός) (Εικόνα 3.3), μετοποθέτηση εξωτερικού σπειροειδούς οπλισμού (Εικόνα3.4), με εφαρμογή μεταλλικών ελασμάτων(λωρίδων) ανά αποστάσεις και κατασκευή μεταλλικού μανδύα καθ ύψος του υποστυλώματος (Εικόνα 3.5). Εικόνα 3.3 Περίσφιγξη με μεταλλικά επικολλητά ελάσματα συνήθης πάχους 1-2 mm.

73 48 Εικόνα 3.4 Περίσφιγξη με σπειροειδή οπλισμό. Εικόνα 3.5 Περίσφιγξη με μεταλλικό κλωβό. Στην περίπτωση των μεταλλικών μανδυών η τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί τοποθετώντας τα χαλύβδινα φύλλα σε μικρή απόσταση από τις παρειές του υποστυλώματος και στη συνέχεια το κενό πληρώνεται με μη συρρικνούμενο κονίαμα (Εικόνα 3.6). Η τεχνική αυτή είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική όταν ο μεταλλικός μανδύας έχει ελλειπτική ή κυκλική μορφή (Εικόνα 3.6β). Επιπλέον, ο μεταλλικός κλωβός μπορεί να δημιουργηθεί και από κατακόρυφα γωνιακά ελάσματα και από οριζόντια μεταλλικά κολλάρα ή πλήρη χαλύβδινα φύλλα. (Εικόνα 3.7). Βασικό μειονέκτημα της επέμβασης αυτής είναι η μειωμένη προστασία του εκτεθειμένου μεταλλικού οπλισμού ενίσχυσης έναντι διάβρωσης.

74 49 Εικόνα 3.6 Περίσφιγξη με μεταλλικό μανδύα: α) ορθογωνική, β) ελλειπτική. Εικόνα 3.7 Περίσφιγξη με μεταλλικό κλωβό.

75 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Η τεχνική ενισχύσεων με ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ) αξιοποιεί τις ευνοϊκές ιδιότητες των υλικών αυτών, όπως είναι η ανθεκτικότητα σε διάβρωση, το χαμηλό βάρος (περίπου 1/4-1/5 του χάλυβα), η διατήρηση των αρχικών διαστάσεων για τα ενισχυόμενα μέλη, η εξαιρετικά υψηλή (εφελκυστική) αντοχή (πολλαπλάσια του κοινούχάλυβα), η διαθεσιμότητα των υλικών σε πολύ μεγάλα μήκη και η μεγάλη ευκαμψία τους, με αποτέλεσμα η αντίστοιχη τεχνική ενίσχυσης να χαρακτηρίζεται από εξαιρετική ευκολία και ταχύτητα εφαρμογής, ακόμα και σε τμήματα κατασκευών με δύσκολη πρόσβαση. Έτσι, τόσο διεθνώς όσο και στη χώρα μας, ο αριθμός επεμβάσεων σε υφιστάμενα δομήματα όπου γίνεται χρήση ΙΟΠ αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς. Προς την κατεύθυνση αυτή έχει βοηθήσει σημαντικά και η πλούσια διεθνής βιβλιογραφία, η οποία έχει φωτίσει πάρα πολλές πτυχές του πεδίου των επεμβάσεων με ΙΟΠ. Οι βασικότερες αρχές που διέπουν τη χρήση των σύνθετων υλικών ως υλικά ενίσχυσης κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος συνοψίζονται σε πλήθος σχετικών επιστημονικών μελετών (π.χ. από τους Τριανταφύλλου, 2004; Teng et al., 2002; Hulland Clyne, 1996; Halloway, 2010 και Fardis, 2009). Η πιο διαδεδομένη εφαρμογή των σύνθετων υλικών είναι η χρήση μανδυών, που έχει αποδειχθεί εξαιρετικά αποτελεσματική για την αναβάθμιση των ανεπαρκώς οπλισμένων υποστυλωμάτων. Σε αυτήν την περίπτωση τα ΙΟΠ εφαρμόζονται με τη μορφή ολόσωμων μανδυών ή λωρίδων τοποθετημένων ανά τακτές αποστάσεις με τις ίνες προσανατολισμένες κάθετα στο διαμήκη άξονα του υποστυλώματος. Με αυτή τη διάταξη αναλαμβάνεται αποτελεσματικά η τέμνουσα δύναμη και εφαρμόζεται επαρκής περίσφιγξη στη θλιβόμενη ζώνη του σκυροδέματος. Αυτά έχουν ως αποτέλεσμα την ενίσχυση των υποστυλωμάτων έναντι διατμητικής αστοχίας, αστοχίας λόγω σύνθλιψης του σκυροδέματος, αστοχίας λόγω λυγισμού των διαμήκων ράβδων και αστοχίας λόγω απώλειας της συνάφειας σε περιοχές ανεπαρκών ενώσεων των διαμήκων ράβδων. Η καμπτική ενίσχυση των υποστυλωμάτων επιτυγχάνεται μέσω της τοποθέτησης εξωτερικά επικολλημένων ΙΟΠ με τις ίνες διατεταγμένες κατά τη διεύθυνση του άξονα του υποστυλώματος. Βέβαια, η τοποθέτηση εξωτερικά επικολλημένων ΙΟΠ δεν είναι ιδιαίτερα εύκολη, καθώς προϋποτίθεται η συνέχιση και η αγκύρωση του διαμήκους οπλισμού πέραν της κρίσιμης διατομής μέγιστης ροπής.

76 51 Η αύξηση της αξονικής αντοχής και της μέγιστης παραμόρφωσης του περισφιγμένου με ΙΟΠ σκυροδέματος εξαρτάται από την πίεση περίσφιγξης που εφαρμόζεται, η οποία είναι συνάρτηση της διατομής του μέλους και της δυσκαμψίας του ΙΟΠ. Σε αντίθεση με το χάλυβα που προσφέρει σταθερή τάση περίσφιγξης μετά τη διαρροή του, τα ΙΟΠ έχουν ελαστική συμπεριφορά μέχρι την αστοχία, συνεπώς η παθητική δράση περίσφιγξης που ασκούν σε στοιχεία σκυροδέματος υπό θλίψη είναι διαφορετική σε σχέση με αυτή του χάλυβα. Στο Σχήμα 3.1 φαίνεται ότι σε κάποια συγκεκριμένη τιμή της κανονικοποιημένης αξονικής παραμόρφωσης του σκυροδέματος ο χάλυβας φτάνει στη διαρροή του και από εκεί και πέρα ασκεί σταθερή πλευρική τάση (περίσφιγξη), ενώ το ΙΟΠ ασκεί συνεχώς αυξανόμενη τάση περίσφιγξης. Η τιμή της περίσφιγξης που ασκείται εξαρτάται κάθε στιγμή από την πλευρική διόγκωση του σκυροδέματος, η οποία με τη σειρά της επηρεάζεται από την τάση περίσφιγξης, οπότε τα μοντέλα που περιγράφουν τη συμπεριφορά του περισφιγμένου μέσω ΙΟΠ σκυροδέματος πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους αυτή την αλληλεξάρτηση του πλευρικά διογκούμενου σκυροδέματος και του υλικού που περισφίγγει (fib, 2001). Σημειώνεται ότι το σκυρόδεμα διογκώνεται πλευρικά μόλις ρηγματωθεί και μόλις διαρρεύσει ο διαμήκης οπλισμός. Σχήμα 3.1 Σύγκριση των δράσεων περίσφιγξης του χάλυβα και των ΙΟΠ υλικών με ίνες από άνθρακα (CFRP) και ίνες από ύαλο (GFRP) (fib, 2001).

77 52 Σχήμα 3.2 Τριαξονική εντατική κατάσταση στους μανδύες ΙΟΠ (fib, 2001). Η αντοχή αστοχίας του περισφιγμένου σκυροδέματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την παραμόρφωση αστοχίας του ΙΟΠ που περιτυλίγεται γύρω από το στοιχείο σκυροδέματος. Πειραματικά αποτελέσματα έχουν δείξει ότι η περιμετρική παραμόρφωση αστοχίας εμφανίζεται σε παραμορφώσεις μικρότερες από την παραμόρφωση αστοχίας του ΙΟΠ, ε fu, όπως αυτή υπολογίζεται από τυποποιημένα πειράματα εφελκυσμού στο φύλλο ΙΟΠ, χωρίς όμως να υπάρχουν επαρκή δεδομένα για τον προσδιορισμό του ποσοστού μείωσης. Η μείωση της παραμόρφωσης αστοχίας οφείλεται: - Στην ανάπτυξη τριαξονικής έντασης στο μανδύα ΙΟΠ. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.2, το ΙΟΠ δρα σύνθετα, προσδίδοντας εγκάρσια περίσφιγξη και ταυτόχρονα ικανότητα παραλαβής αξονικών φορτίων. H αποτελεσματικότητά του εξαρτάται από την κατανομή των ινών και τα χαρακτηριστικά της διεπιφάνειας, τα οποία με τη σειρά τους εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, όπως είναι η δυσκαμψία του συγκολλητικού υλικού (κόλλα) και του σκυροδέματος και η σωστή προετοιμασία της διεπιφάνειας. Στην περίπτωση που δεν αναπτύσσεται μια τέτοια σύνθετη δράση, ο μανδύας ΙΟΠ υπόκειται μόνο σε εγκάρσιες παραμορφώσεις αστοχεί σε εφελκυσμό εξαιτίας της θραύσης των ινών ή της αποκόλλησης (delamination) των ελασμάτων του ΙΟΠ. Στην τέλεια περίπτωση που ο μανδύας υπόκειται ταυτόχρονα σε εγκάρσιες και διαμήκεις τάσεις, η αντοχή και η παραμόρφωση αστοχίας του μειώνονται, με πιθανή εμφάνιση λυγισμού σε μικροσκοπικό επίπεδο και αποκόλληση των ελασμάτων. Παρόλ αυτά, σε αυξημένες αξονικές παραμορφώσεις του ΙΟΠ, που συνεπάγονται μεγάλες εγκάρσιες παραμορφώσεις του σκυροδέματος, μπορεί να παρατηρηθεί αποδιοργάνωση του περισφιγμένου σκυροδέματος στη διεπιφάνεια και συνεπώς απώλεια συνάφειας με το υλικό ΙΟΠ. - Στην ποιότητα της εκτέλεσης της τεχνικής, εξαιτίας της οποίας μπορεί να μην τοποθετηθούν κατάλληλα οι ίνες, λόγω κενών ή ανεπαρκούς προετοιμασίας της

78 53 διεπιφάνειας και συνεπώς μέρος της περιμετρικής παραμόρφωσης χρησιμοποιείται για την παραμόρφωση των ινών. Επίσης, μπορεί να καταστραφούν οι ίνες σε γωνίες ορθογωνικών διατομών που δεν είναι κατάλληλα στρογγυλεμένες ή σε σημεία που υπάρχουν εξογκώματα. - Στο καμπυλωμένο σχήμα του μανδύα ΙΟΠ, κυρίως στις γωνίες με μικρή ακτίνα καμπύλωσης. - Στην επίδραση των φαινομένων κλίμακας (size effect), όταν εφαρμόζονται πολλά στρώματα ΙΟΠ. 3.4 ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΟΥ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Προκειμένου να αναλυθεί η συμπεριφορά και να εξαχθεί ο καταστατικός νόμος του περισφιγμένου σκυροδέματος με σύνθετα υλικά γίνεται θεώρηση ενός κυλινδρικού στοιχείου από σκυρόδεμα διαμέτρου D που περιβάλλεται από μανδύα συνθέτων υλικών πάχους t f και μέτρου Ελαστικότητας E f με τις ίνες του κατά τη διεύθυνση της περιμέτρου και στο σύνολο της επιφάνειάς του. Αν το στοιχείο καταπονηθεί αξονικά θα προκληθεί αξονική βράχυνση και ταυτόχρονα πλευρική διόγκωση. Εξαιτίας της πλευρικής διόγκωσης αναπτύσσονται εγκάρσιες τάσεις στο μανδύα. Σαν αντίδραση σε αυτές τις τάσεις δημιουργούνται ίσες και αντίθετες τάσεις από το μανδύα προς τον πυρήνα του σκυροδέματος. α) β) γ) Εικόνα 3.8 (α) Αξονική βράχυνση του δοκιμίου και ταυτόχρονη πλευρική διόγκωση, β) ο μανδύας ΙΟΠ περισφίγγει το σκυρόδεμα, γ) το σκυρόδεμα βρίσκεται σε συνθήκες τριαξονικής εντατικής κατάστασης λόγω του μανδύα ΙΟΠ.

79 54 Οι λόγω διόγκωσης εγκάρσιες τάσεις στον μανδύα δίνονται από τη σχέση: 2tf 2tf l f Ef f D D (3.1) όπου σ f και ε f είναι η εφελκυστική τάση και παραμόρφωση στον μανδύα, αντίστοιχα, και Ε f το μέτρο ελαστικότητας του μανδύα. (α) Σχήμα 3.3 (α) Αξονική καταπόνηση υποστυλώματος με μανδύα συνθέτων υλικών. (β) Ανάπτυξη εγκάρσιων τάσεων λόγω διόγκωσης (Τριανταφύλλου, 2005). (β) Αποτέλεσμα των τάσεων περίσφιγξης σ l είναι η παρεμπόδιση της ρηγμάτωσης και άρα η αύξηση της αντοχής και της παραμορφωσιμότητας, έως ότου η εφελκυστική τάση σ f (αντίστοιχη παραμόρφωση ε f )στον μανδύα φθάσει την αντοχή του, f fde (αντίστοιχη παραμόρφωση ε fue ), οπότε θα προκληθεί θραύση του μανδύα που σηματοδοτεί και την αντοχή του στοιχείου(υπό την προϋπόθεση φυσικά ότι δεν θα προηγηθεί αποκόλληση των συνθέτων υλικών). Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι η εφελκυστική αντοχή του μανδύα κατά την έννοια της περιμέτρου είναι γενικά μικρότερη από την εφελκυστική αντοχή των συνθέτων υλικών όπως αυτή μετράται μέσω δοκιμών εφελκυσμού. Αυτό οφείλεται, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως στην πολυαξονικότητα της εντατικής κατάστασης στον μανδύα, σε τυχόν συγκεντρώσεις τάσεων κοντά σε γωνίες, στην ενδεχόμενη ύπαρξη αρκετών στρώσεων αλλά και στην ποιότητα εφαρμογής του μανδύα. Το γεγονός αυτό λαμβάνεται υπόψη με χρήση ενός μειωτικού συντελεστή με τιμές της τάξης Η σχέση θλιπτικής τάσης-παραμόρφωσης για σκυρόδεμα περισφιγμένο με μανδύα συνθέτων υλικών παρουσιάζεται στο ακόλουθο σχήμα.

80 55 Σχήμα 3.4 Καμπύλες θλιπτικήςτάσης - παραμόρφωσης για περισφιγμένο σκυρόδεμα με μανδύα Σύνθετων Υλικών (Τριανταφύλλου, 2005). Από το παραπάνω διάγραμμα μπορούμε να διαπιστώσουμε τα εξής: Η καμπύλη τάσης - παραμόρφωσης είναι περίπου διγραμμική, με αλλαγή κλίσης στην παραμόρφωση (ε co =0.002) που αντιστοιχεί στην αντοχή του απερίσφιγκτου σκυροδέματος. Μέχρι εκείνο το σημείο παρατηρείται πλήρης σύμπτωση των καμπύλων του περισφιγμένου και του απερίσφιγκτου σκυροδέματος γεγονός που υποδηλώνει ότι ο μανδύας δεν έχει ενεργοποιηθεί ακόμα. Αν το πάχος του μανδύα είναι μικρό, η αντοχή του περισφιγμένου σκυροδέματος f cc αντιστοιχεί σε παραμόρφωση ε cc μικρότερη από την οριακή ε ccu. Αν το πάχος του μανδύα είναι εξαιρετικά μικρό αυξάνεται μόνο η οριακή παραμόρφωσή του ε ccu. Για δεδομένο τύπο συνθέτων υλικών, η αντοχή f cc και η οριακή παραμόρφωση του περισφιγμένου σκυροδέματος ε ccu αυξάνεται με το πάχος του μανδύα. Για μανδύες ίσης δυστένειας η αντοχή f cc αυξάνεται με την οριακή παραμόρφωση του μανδύα ε fue. Για μανδύες ίσου πάχους αλλά διαφορετικού τύπου ινών, η αντοχή f cc αυξάνεται με την αντοχή του μανδύα f fde (εδώ πλεονεκτούν οι ίνες άνθρακα), ενώ η οριακήπαραμόρφωση αστοχίας του σκυροδέματος ε ccu αυξάνεται, αυξανομένης της αντοχής του μανδύα, αλλά κυρίως αυξανομένης της οριακής παραμόρφωσης αυτού, ε fue (εδώ πλεονεκτούν οι ίνες γυαλιού).

81 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ Περίσφιγξη υποστυλωμάτων με μικρό λόγο πλευρών Η βιβλιογραφία σχετικά με τη μηχανική συμπεριφορά κυλινδρικών ή ορθογωνικών δοκιμίων από σκυρόδεμα περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ είναι ευρεία. Οι μελέτες αυτές παρέχουν σημαντικά πειραματικά δεδομένα σχετικά με την απόκριση άοπλων ή οπλισμένων δοκιμίων (συνήθως μικρών) εξωτερικά περισφιγμένων με ΙΟΠ τα οποία χρησιμεύουν όχι μόνο στην κατανόηση της συμπεριφοράς των μανδυών αυτών αλλά και στη βαθμονόμηση μοντέλων για πρόβλεψη της αντοχής, της οριακής παραμόρφωσης και της καμπύλης τάσης παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος με ΙΟΠ. Από εκτεταμένες πειραματικές έρευνες έχει αποδειχθεί ότι η αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης σε τετραγωνικές και ορθογωνικές διατομές υποστυλωμάτων είναι αρκετά μειωμένη σε σχέση με την αντίστοιχη σε κυκλικές διατομές. Αυτό συμβαίνει λόγω της ανομοιόμορφης εξωτερικής περίσφιγξης, που επιβάλλεται στις δύο πρώτες περιπτώσεις (Rocca et al, 2008). Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξαν και οι μελέτες των Mirmiran et al (1998) και Rochette et al (2000), σύμφωνα με τις οποίες, σε μη κυκλικές διατομές οι πιέσεις περίσφιγξης μεγιστοποιούνται στις γωνίες και ελαχιστοποιούνται μεταξύ των άκρων, ενώ η ακτίνα καμπύλωσης των γωνιών επηρεάζει σημαντικά τα επίπεδα πιέσεων περίσφιγξης του περισφιγμένου πυρήνα. Η αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με ΙΟΠ, εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, που σχετίζονται με το σχήμα της διατομής, την ποιότητα του σκυροδέματος, τον τύπο των ινών και του μητρικού υλικού που θα χρησιμοποιηθούν, το ογκομετρικό ποσοστό και τη διεύθυνση των ινών, το λόγο ύψους προς διάμετρο (λυγηρότητα) του υποστυλώματος καθώς και το μήκος επικόλλησης στη διεπιφάνεια μεταξύ σκυροδέματος και μανδύα. Στην περίπτωση των τετραγωνικών και ορθογωνικών υποστυλωμάτων καθοριστικό ρόλο, όπως έχει ήδη τονισθεί, στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης, διαδραματίζουν επιπλέον, η ακτίνα καμπυλότητας στις γωνίες των διατομών και ο λόγος των πλευρών. Η καμπύλωση των γωνιών στις μη κυκλικές διατομές κρίνεται απαραίτητη προκειμένου να αποφευχθούν τοπικές συγκεντρώσεις τάσεων και τοπικές αστοχίες του μανδύα στα σημεία αυτά. Πειραματικά, έχει αποδειχθεί πως όσο μεγαλύτερη είναι η ακτίνα καμπύλωσης τόσο

82 57 αυξάνεται η αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης και η ικανότητα ανάληψης αξονικού φορτίου (Sushil, 2013). Αναφορικά με το λόγο των πλευρών των υποστυλωμάτων η αποδοτικότητα της περίσφιγξης εξαρτάται από τις παραβολικές περιοχές της διατομής, που παραμένουν απερίσφιγκτες. Έτσι, για τον υπολογισμό της περισφιγμένης επιφάνειας, η δημιουργία των παραβολικών τμημάτων βασίζεται στην ίδια φιλοσοφία με αυτήν των συνδετήρων στο οπλισμένο σκυρόδεμα, δηλαδή με τη δημιουργία ευθειών με κλίση 45 ο στα σημεία όπου υπάρχει περίσφιγξη και σχεδιασμό παραβολών που εφάπτονται στις ευθείες αυτές. Στους μανδύες με ΙΟΠ περίσφιγξη ασκείται στις γωνίες που είναι καμπυλωμένες γι αυτό γίνεται προσπάθεια να μεγιστοποιείται η ακτίνα καμπυλότητας κάθε φορά, αλλά το ανώτατο όριο εξαρτάται από τη θέση του διαμήκους οπλισμού που πρέπει να έχει μια ελάχιστη επικάλυψη σκυροδέματος. Όπως απεικονίζεται και στην Εικόνα ο περισφιγμένος πυρήνας μειώνεται, όσο αυξάνεται ο λόγος των πλευρών, με αποτέλεσμα στα υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών να μην επαρκούν οι συνδετήρες για την αποτελεσματική περίσφιγξη του σκυροδέματος. Οι βασικότεροι παράγοντες που κάνουν την περίσφιγξη λιγότερο λειτουργική είναι: Η χαμηλή τιμή του τελικού εμβαδού του περισφιγμένου σκυροδέματος, λόγω της μεγάλης πλευράς των ορθογωνικών υποστυλωμάτων, σε συνδυασμό με την έλλειψη επαρκή διαμήκη οπλισμού, καθώς παλαιότερα οι σχεδιαστικές απαιτήσεις ήταν μικρότερες. Η έλλειψη καμπύλωσης των συνδετήρων στις γωνίες και η αντίστοιχη αγκύρωση τους στον πυρήνα του σκυροδέματος, που είναι απαραίτητη για τη σωστή λειτουργία του συνδετήρα. Οι μεγάλες αποστάσεις μεταξύ των συνδετήρων λόγω μικρότερων απαιτήσεων από τους παλαιότερους κανονισμούς. Εικόνα 3.9 Ενεργώς περισφιγμένη περιοχή σε κυκλική, τετραγωνική και ορθογωνική διατομή αντίστοιχα λόγω μανδύα ΙΟΠ.

83 58 Oι Rochette και Labossiere (2000) μελέτησαν τη συμπεριφορά τετραγωνικών και ορθογωνικών υποστυλωμάτων τα οποία ήταν περισφιγμένα με υφάσματα άνθρακα και αραμιδίου. Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε δοκιμή μονοαξονικής θλίψης και παρατηρήθηκε ότι η εξωτερική περίσφιγξη με τα σύνθετα υλικά αύξησε την πλαστιμότητα και την αντοχή τους. Για συγκεκριμένο αριθμό στρώσεων των υφασμάτων, η αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης ήταν άμεση συνάρτηση του σχήματος της διατομής. Οι Cole και Belarbi (2001) διερεύνησαν πειραματικά την αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης σε ορθογωνικά υποστυλώματα οπλισμένου σκυροδέματος υπό κλίμακα 1/3. Οι παράμετροι που διερευνήθηκαν ήταν ο τύπος των ινών (μανδύες από ίνες άνθρακα, υάλου και αραμιδίου), το πάχος του μανδύα, ο λόγος των πλευρών της διατομής καθώς η ακτίνα καμπύλωσης των γωνιών. Τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών έδειξαν ότι οι μανδύες ινών υάλου είναι πιο αποτελεσματικοί από ότι οι μανδύες ινών άνθρακα και αραμιδίου στην αύξηση της μέγιστης θλιπτικής τάσης και της οριακής παραμόρφωσης σε υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής. Επιπλέον, η αύξηση της αιχμηρότητας των γωνιών της διατομής καθώς και του λόγο των πλευρών επιφέρουν μείωση της θλιπτικής αντοχής ενός υποστυλώματος περισφιγμένου με ΙΟΠ ινών άνθρακα. Οι Chaallal et al. (2003) μελέτησαν τη συμπεριφορά κοντών ορθογωνικών υποστυλωμάτων άοπλου σκυροδέματος περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ υπό μονοαξονική θλίψη και απέδειξαν ότι η εφαρμογή μανδυών ινών άνθρακα βελτιώνει τη θλιπτική αντοχή και την πλαστιμότητά τους αλλά σε αρκετά μικρότερο βαθμό σε σύγκριση με κυκλικά υποστυλώματα. Η αύξηση του αριθμού των στρώσεων ΙΟΠ οδηγεί σε αύξηση της μέγιστης τάσης και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας, η οποία είναι σημαντικότερη για σκυροδέματα χαμηλότερης αντοχής. Oι Ilki et al. (2006) μελέτησαν τη συμπεριφορά 15 υποστυλωμάτων περισφιγμένων με μανδύες ινών άνθρακα σε μονοαξονική θλίψη. Παρατηρήθηκε ότι η βελτίωση της πλαστιμότητας ήταν μεγαλύτερη σε ορθογωνικές διατομές, ενώ η βελτίωση της αντοχής ήταν μεγαλύτερη σε κυκλικές διατομές. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μανδύες ΙΟΠ από ίνες άνθρακα ήταν περισσότερο αποτελεσματικοί στην αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης για σκυρόδεμα χαμηλής αντοχής. Οι Kumutha and Palanichamy (2006) και Kumutha et al. (2007) διερεύνησαν τη συμπεριφορά τετραγωνικών υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος υπό μονοαξονική θλίψη. τα πειράματα διεξήχθησαν σε υποστυλώματα με λόγο πλευρών μεταξύ 1.0 και 1.66 και ύψους 1000 mm. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν η

84 59 επίδραση του αριθμού των στρώσεων ΙΟΠ από ίνες υάλου στη μέγιστη αντοχή, η πλαστιμότητα του περισφιγμένου σκυροδέματος και η επίδραση του λόγου πλευρών στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι η αύξηση του αριθμού των στρώσεων έχουν ως αποτέλεσμα τη βελτίωση της φέρουσας ικανότητας του υποστυλώματος καθώς της πλαστιμότητάς του. Με βάση την ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων, ένα απλό μοντέλο προτάθηκε για την πρόβλεψη του μέγιστου φορτίου των ενισχυμένων με ΙΟΠ υποστυλωμάτων και παρατηρήθηκε σημαντική συμφωνία μεταξύ πειραματικών και αναλυτικών αποτελεσμάτων. Οι Wang και Hsu (2007) αξιολόγησαν την αντοχή σε αξονική φόρτιση ορθογωνικών και τετραγωνικών υποστυλωμάτων περισφιγμένων με μανδύες υάλου (GFRP) και μεταλλικούς συνδέσμους. Συμπέρασμα τους ήταν ότι ο μανδύας βελτίωσε σημαντικά την τάση και παραμόρφωση αστοχίας των υποστυλωμάτων. Οι Wang και Wu (2008) μελέτησαν την επιρροή της ακτίνας καμπυλότητας στην απόκριση τετραγωνικών υποστυλωμάτων περισφιγμένων με ΙΟΠ που υπόκεινται σε μονοαξονική θλίψη. Οι κύριες παράμετροι της μελέτης ήταν η γωνία καμπυλότητας, η δυσκαμψία του μανδύα κατά την εγκάρσια διεύθυνση και η ποιότητα του σκυροδέματος. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι η ακτίνα καμπυλότητας της γωνίας είναι άμεσα ανάλογη με την αύξηση της αντοχής του περισφιγμένου σκυροδέματος. Επιπλέον, αποκαλύφθηκε και εξηγήθηκε ότι η περίσφιγξη που παρέχεται από ένα μανδύα με αιχμηρές γωνίες είναι ασήμαντη στην αύξηση της θλιπτικής αντοχής αλλά σημαντική στην αύξηση της πλαστιμότητας. Οι Wu και Wei (2010) διεξήγαγαν πειράματα καθαρής θλίψης σε 45 ορθογωνικά υποστυλώματα με ακτίνα καμπυλότητας 30 mm και λόγους πλευρών 1:1, 1:1.25, 1:1.5, 1:1.75 και 1:2, περισφιγμένα με μία και δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ ινών άνθρακα. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι η περίσφιγξη με μανδύες ΙΟΠ βελτιώνει την απόκριση των ορθογωνικών υποστυλωμάτων αλλά είναι περισσότερο αποτελεσματική σε τετραγωνικές διατομές. Με την αύξηση του λόγου των πλευρών από 1:1 σε 1:2, η αύξηση της αντοχής (f cc /f co ) μειώνεται και γίνεται ασήμαντη για λόγο πλευρών μεγαλύτερο από 2. Η αστοχία των δοκιμίων προήλθε από τη θραύση του μανδύα ΙΟΠ στο μέσο του ύψους και κοντά στις γωνίες. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα ένα νέο μοντέλο για την αντοχή του περισφιγμένου με ΙΟΠ σκυροδέματος αναπτύχθηκε για ορθογωνικές διατομές.

85 60 Οι Turgay et al. (2010) μελέτησαν τη συμπεριφορά υπό μονοαξονική θλίψη υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος μεγάλης κλίμακας ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ από ίνες άνθρακα. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής 200 mm, ύψους 1000 mm όπου ο διαμήκης καθώς και ο εγκάρσιος οπλισμός μεταβαλλόταν. Η αστοχία των δοκιμίων ξεκινούσε από τη σύνθλιψη του σκυροδέματος κοντά στα άκρα αλλά η θραύση του μανδύα ήταν ενδεικτική της πραγματικής αστοχίας. Τα πειραματικά αποτελέσματα της μέγιστης αντοχής συγκρίθηκαν και με αυτά που προέκυψαν από ένα αναλυτικό μοντέλο που προτάθηκε και παρατηρήθηκε καλή συμφωνία. Διαπιστώθηκε επίσης ότι η αύξηση της διαμέτρου του εγκάρσιου οπλισμού οδηγεί γενικά σε υψηλότερη πλαστιμότητα ενώ η μέγιστη αντοχή παραμένει ίδια. Οι Maaddawy et al. (2010) πραγματοποίησαν μια μελέτη σχετικά με την επίδραση του σχήματος της διατομής στην αποδοτικότητα της περίσφιγξης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος με μανδύες ΙΟΠ. Δοκίμια κυκλικής, τετραγωνικής και ορθογωνικής διατομής υποβλήθηκαν σε αξονική θλίψη με δύο διαφορετικές εκκεντρότητες e/h=0.46 και e/h=0.60. Όπως ήταν αναμενόμενο, η αύξηση της φέρουσας ικανότητας και της πλαστιμότητας αξονικά καταπονούμενων στοιχείων εξαρτάται από το σχήμα της διατομής και είναι μεγαλύτερη σε κυκλικές και τετραγωνικές διατομές. Η ενίσχυση με τα ΙΟΠ βελτιώνει την απόκριση έκκεντρα φορτιζόμενων στοιχείων αλλά σε σημαντικά μικρότερο βαθμό. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι το σχήμα της διατομής έχει μικρή επιρροή στην πλαστιμότητα έκκεντρα φορτιζόμενων στοιχείων αν και οι ορθογωνικές διατομές παρουσιάζουν μικρότερη πλαστιμότητα από ότι οι τετραγωνικές και οι κυκλικές. Οι De Luca et al. (2010, 2011) διερεύνησαν τη συμπεριφορά περισφιγμένων με ΙΟΠ υποστυλωμάτων πλήρης κλίμακας οπλισμένου σκυροδέματος τετραγωνικής και ορθογωνικής διατομής υπό καθαρή θλίψη. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε υποστυλώματα με λόγο πλευρών μεταξύ 1.0 και 1.45 και ύψους 3048 mm. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η περίσφιγξη με ΙΟΠ αυξάνουν την αντοχή του σκυροδέματος αλλά είναι περισσότερο αποτελεσματική στη βελτίωση της παραμορφωσιμότητας. Όλα τα περισφιγμένα δοκίμια αστόχησαν λόγω θραύσης του μανδύα ΙΟΠ που προκλήθηκε από το λυγισμό του διαμήκους οπλισμού. Διαπιστώθηκε ότι τα υποστυλώματα με λόγο πλευρών κοντά στη μονάδα έδειξαν μια πιο όλκιμη συμπεριφορά σε σύγκριση με αυτά με μεγαλύτερους λόγους.

86 61 Οι Mostofinejad et al. (2013) προσπάθησαν να διερευνήσουν την επίδραση της ακτίνας καμπυλότητας και του λόγου πλευρών σε περισφιγμένα ορθογωνικά και τετραγωνικά υποστυλώματα με μανδύες ΙΟΠ ινών άνθρακα. Πραγματοποίησαν ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία στο πρόγραμμα ABAQUS θεωρώντας μη γραμμική συμπεριφορά του περισφιγμένου σκυροδέματος και ορθοτροπτική συμπεριφορά του σύνθετου υλικού προκειμένου να προτείνουν ένα μοντέλο για πρόβλεψη της θλιπτικής αντοχής του περισφιγμένου στοιχείου. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων έδειξαν ότι η συμπεριφορά κυκλικών και ορθογωνικών διατομών περισφιγμένων με ΙΟΠ μπορεί να προβλεφθεί χρησιμοποιώντας κατάλληλη μη γραμμική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της ποιότητας του σκυροδέματος και τον αριθμό των στρώσεων του μανδύα ΙΟΠ. Επιπλέον, για σταθερό λόγο πλευρών σε μια ορθογωνική διατομή η αύξηση της ακτίνας καμπύλωσης των γωνιών οδηγεί σε αύξηση της αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας ενώ για σταθερή ακτίνα καμπύλωσης, η αντοχή και η οριακή παραμόρφωση μειώνονται με την αύξηση του λόγου των πλευρών. Τέλος, το προτεινόμενο μοντέλο για την πρόβλεψη της θλιπτικής αντοχής περισφιγμένων ορθογωνικών υποστυλωμάτων λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή της γωνίας καμπύλωσης, τη δυσκαμψία του μανδύα ΙΟΠ και την αντοχή του απερίσφιχτου σκυροδέματος έδειξε πολύ καλή συμφωνία στην πρόβλεψη της αντοχής σε ένα μεγάλο αριθμό πειραματικών δοκιμίων, αποδεικνύοντας έτσι την αξιοπιστία του μοντέλου για εφαρμογές σχεδιασμού Περίσφιγξη υποστυλωμάτων με μεγάλο λόγο πλευρών Η περίσφιγξη υποστυλωμάτων τύπου τοιχώματος, με λόγο πλευρών μεγαλύτερο από 3 παρουσιάζει διαφοροποιήσεις σε σχέση με αυτά με μικρό λόγο πλευρών καθώς πειραματικές και αναλυτικές μελέτες επισημαίνουν ότι η αποδοτικότητα των μανδυών ΙΟΠ είναι περιορισμένη. Στην ενότητα αυτή γίνεται μια προσπάθεια αναφοράς των κυριότερων ερευνητικών προσπαθειών ενίσχυσης τέτοιων υποστυλωμάτων με σύνθετα υλικά. O Chiew et al. (1999) διερεύνησε την αποτελεσματικότητα περίσφιγξης υποστυλωμάτων τύπου τοιχώματος με λόγο πλευρών 6:1 χρησιμοποιώντας υφάσματα από ίνες γυαλιού. Τα δοκίμια είχαν διαστάσεις διατομής mm και ύψος 1500mm. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα θλίψης σε τρεις φάσεις όπου δοκιμάστηκαν διαφορετικά συστήματα ενίσχυσης. Τα συστήματα ενίσχυσης περιελάμβαναν κατακόρυφες και

87 62 οριζόντιες στρώσεις ΙΟΠ ινών υάλου, κατακόρυφες λωρίδες μορφής C τοποθετημένες στις μικρές πλευρές της διατομής καθώς και χρήση αγκυρίων τοποθετημένων στο κέντρο των μεγάλων πλευρών. α) γ) Εικόνα 3.10 Πειραματικό πρόγραμμα δοκιμών: α) 1 η φάση, β) 2 η φάση, γ) 3 η φάση. β) Τα συμπεράσματα των δοκιμών έδειξαν ότι η χρήση κατακόρυφων λωρίδων μορφής C σε συνδυασμό με οριζόντιες στρώσεις υφάσματος ινών υάλου αποτελεί έναν αποτελεσματικό τρόπο ενίσχυσης υποστυλωμάτων τύπου τοιχώματος με λόγο πλευρών 6:1. Επιπρόσθετα, η τοποθέτηση αγκυρίων (fiber anchors) επιδρά ευεργετικά στην αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων. Οι Hosny et al. (2001) εξέτασαν τη συμπεριφορά 12 υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με λόγο πλευρών 1:3 (διαστάσεων mmκαι ύψους 2100 mm) ενισχυμένων με ΙΟΠ από ίνες άνθρακα υπό μονοαξονική θλίψη. Τα δοκίμια ενισχύθηκαν με μια ή δύο στρώσεις ελασμάτων από ίνες άνθρακα σε οριζόντια ή κατακόρυφη διάταξη και σε μερικά από αυτά χρησιμοποιήθηκαν μεταλλικές πλάκες πάνω από τα ελάσματα για την αποφυγή της εκτός επιπέδου παραμόρφωσης αυτών (Πίνακας 3.1).

88 63 Πίνακας 3.1 Λεπτομέρειες των διαφορετικών μορφών ενίσχυσης των δοκιμίων Σχήμα 3.5 Λεπτομέρειες των διαφορετικών τρόπων ενίσχυσης.

89 64 Τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών για τα τρία δοκίμια (C-0-0-0, C-2-10/20-EL, C-2-10/20-2V) συνοψίζονται ακολούθως: Η αλλαγή του σχήματος της διατομής από ορθογωνική σε ελλειπτική οδήγησε σε αύξηση του μέγιστου φορτίου κατά 32%. Η προσθήκη δύο στρώσεων ΙΟΠ ινών άνθρακα αγκυρωμένων με δύο χαλύβδινες πλάκες σε δύο σημεία κατά μήκος της μεγάλης πλευράς του δοκιμίου οδήγησε σε αύξηση της αντοχής κατά 50%. Η αστοχία του δοκιμίου ελέγχου (C-0-0-0) εκδηλώθηκε με μια κεκλιμένη ρωγμή στο μέσο περίπου του ύψους του δοκιμίου και επήλθε λόγω λυγισμού του διαμήκους οπλισμού και της επακόλουθης αποτίναξης της επικάλυψης του σκυροδέματος. Η αστοχία του δοκιμίου C-2-10/20-EL επήλθε στη γωνία λόγω θραύσης των ελασμάτων με ένα ψαθυρό τρόπο. Η ρητίνη που είχε χρησιμοποιηθεί για να διαμορφωθεί το ελλειπτικό σχήμα του δοκιμίου αποτίναξε την επικάλυψη του σκυροδέματος με αποτέλεσμα ο διαμήκης οπλισμός να βρεθεί εκτεθειμένος και στη συνέχεια να οδηγηθεί σε λυγισμό. Το δοκίμιο C-2-10/20-2V παρουσίασε ρωγμές στο σκυρόδεμα που βρισκόταν ανάμεσα στα ελάσματα σε φορτίο μικρότερο από το μέγιστο φορτίο. Στο μέγιστο φορτίο, οι μεταλλικές πλάκες που είχαν χρησιμοποιηθεί για αγκύρωση των ελασμάτων ΙΟΠ άρχισαν να παραμορφώνονται εκτός επιπέδου και στη συνέχεια αστόχησε το περικόχλιο. Η αστοχία των ελασμάτων ΙΟΠ συνέβη στη θέση όπου αστόχησε το βλήτρο και ήταν σταδιακή γεγονός που οφείλεται στην ολκιμότητα των μεταλλικών πλακών που χρησιμοποιήθηκαν για την αγκύρωση των ελασμάτων. O Tan (2002), εξέτασε την συμπεριφορά ορθογωνικών υποστυλωμάτων διαστάσεων 115x420mm (λόγο πλευρών 3.65:1) και ύψους 1.2m και 1.5m υπό θλίψη. Οι μανδύες που χρησιμοποιήθηκαν Χρησιμοποιήθηκαν 10 δοκίμια ελέγχου και 42 δοκίμια ενισχυμένα με υφάσματα FRP (γυαλιού και άνθρακα) μιας διεύθυνσης, τόσο παράλληλα, όσο και κάθετα στον άξονα του κάθε μέλους, με ή χωρίς χρήση αγκυρίων. Από τα πειράματα που διεξήχθησαν προκύπτουν τα εξής: Η περίσφιγξη με εγκάρσια υαλονήματα και ανθρακονήματα, αύξησε την ικανότητα παραλαβής αξονικού φορτίου από τα υποστυλώματα. Τα διαμήκη υφάσματα βοήθησαν στην αύξηση της ικανότητας παραλαβής αξονικού φορτίου, σε συνδυασμό όμως, με την ταυτόχρονη εφαρμογή εγκάρσιων υφασμάτων FRP.

90 65 Η αποκόλληση των υφασμάτων είναι πιο πιθανόν να εμφανισθεί στην περίπτωση των υαλονημάτων Η χρήση αγκυρίων καθ ύψος των μεγάλων πλευρών βελτίωσε την αποδοτικότητα της περίσφιγξης του σκυροδέματος και οδήγησε σε ακόμα μεγαλύτερη ικανότητα παραλαβής αξονικού φορτίου. Μια συντηρητική προσέγγιση υπολογισμού της ικανότητας παραλαβής αξονικού φορτίου του ενισχυμένου μέλους είναι εφικτή, θεωρώντας διαμήκη παραμόρφωση της τάξης του 0.2% και εγκάρσια παραμόρφωση της τάξης του 0.1% στα υφάσματα. Οι Tanwongsval et al. (2003) διερεύνησαν τη συμπεριφορά σε μονοαξονική θλίψη πέντε υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος τύπου τοιχώματος κλίμακας 1 προς 2 διατομής mm και ύψους 1.5 m τα οποία είχαν ενισχυθεί με δύο διαφορετικά συστήματα ενίσχυσης από ΙΟΠ ινών υάλου. Στο πρώτο σύστημα ενίσχυσης (Scheme 1) δύο κατακόρυφες και δύο οριζόντιες στρώσεις ΙΟΠ ινών υάλου επικολλήθηκαν απευθείας στην επιφάνεια του δοκιμίου και στο δεύτερο σύστημα (Scheme 2) οι στρώσεις ΙΟΠ επικολλήθηκαν μετά την τροποποίηση της διατομής από ορθογωνική σε ελλειπτική. Αυτό επιτεύχθηκε με τη μετατροπή των μικρών πλευρών της διατομής σε ημι-κυλινδρικές χρησιμοποιώντας μη συρρικνούμενο και υψηλής αντοχής κονίαμα. Τα δοκίμια που ενισχύθηκαν με το δεύτερο σύστημα συμπεριφέρθηκαν καλύτερα καθώς λόγω της αλλαγής της διατομής, η παθητική περίσφιγξη καθίσταται σημαντικά μεγαλύτερη από την αντίστοιχη της ορθογωνικής διατομής. Από τα πειραματικά αποτελέσματα παρατηρήθηκε αύξηση της μέγιστης θλιπτικής αντοχής περισσότερο από 30% στα δοκίμια με την τροποποιημένη διατομή. Πίνακας 3.2 Περιγραφή των δοκιμίων του πειραματικού προγράμματος.

91 66 Οι Maalej et al. (2003) πρότειναν ένα αναλυτικό μοντέλο για την πρόβλεψη της απόκρισης υποστυλωμάτων τύπου τοιχώματος ενισχυμένα με λωρίδες ΙΟΠ με και χωρίς υπάρχον φορτίο. Η καμπύλη δύναμης μετατόπισης που προέκυψε από το αναλυτικό μοντέλο συγκρίθηκε με υπάρχοντα πειραματικά αποτελέσματα και παρατηρήθηκε καλή συμφωνία. Πραγματοποιήθηκε επίσης μια παραμετρική μελέτη χρησιμοποιώντας το προτεινόμενο αναλυτικό μοντέλο προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση διαφόρων παραμέτρων στο λόγο ενίσχυσης (λόγος μέγιστης αντοχής ενισχυμένου προς απερίσφικτου δοκιμίου). Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν ο λόγος πλευρών, η ακτίνα καμπυλότητας των γωνιών, η ποσότητα κατακόρυφων στρώσεων ΙΟΠ (ως ποσοστό της διατομής) και ο αριθμός των οριζόντιων στρώσεων ΙΟΠ. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνοψίζονται ακολούθως: Ο λόγος των πλευρών της διατομής έχει σημαντική επίδραση στο ποσοστό ενίσχυσης του δοκιμίου. Με την αύξηση του λόγου από 1:1 σε 1:6 ο λόγος ενίσχυσης μειώνεται από 1.17 σε 1.08 (σχεδόν 10% μείωση). Αναφορικά με τον αριθμό των οριζόντιων στρώσεων ΙΟΠ και την ακτίνα καμπυλότητας των γωνιών παρατηρήθηκε ότι ο λόγος ενίσχυσης αυξάνεται με την αύξηση των στρώσεων και της ακτίνας αλλά η αύξηση αυτή είναι συνάρτηση του λόγου πλευρών της διατομής. Υποστυλώματα με μικρό λόγο πλευρών παρουσιάζουν μεγαλύτερη αύξηση σε σχέση με αυτά με μεγάλο λόγο. Για διαφορετικά ποσοστά κατακόρυφων στρώσεων ΙΟΠ παρατηρήθηκε ότι η αύξηση του λόγου ενίσχυσης ήταν όμοια για υποστυλώματα με διαφορετικό λόγο πλευρών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η συνεισφορά της παραμέτρου αυτής στην ενίσχυση εξαρτάται από την περίμετρο των υποστυλωμάτων και όχι από την παθητική ενίσχυση που παρέχεται από τις οριζόντιες λωρίδες. Διαπιστώθηκε λοιπόν ότι προκειμένου να ενισχυθούν αποτελεσματικά υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών, το σύστημα ενίσχυσης θα πρέπει να επικεντρώνεται στην εισαγωγή κατακόρυφου οπλισμού αντί τάσεων περίσφιγξης. Ωστόσο, για υποστυλώματα με μικρό λόγο πλευρών θα πρέπει να υιοθετείται ένα σύστημα ενίσχυσης που συνδυάζει εξωτερική περίσφιγξη και κατακόρυφο οπλισμό προκειμένου να επιτευχθεί ένα υψηλό ποσοστό ενίσχυσης. Oι Prota et al (2006) εξέτασαν εννέα υποστυλώματα οπλισμένου σκυροδέματος ορθογωνικής διατομής τύπου τοιχώματος με διαστάσεις mm και ύψος 1.5m τα οποία ενισχύθηκαν με ΙΟΠ από ίνες υάλου. Στο πάνω και κάτω μέρος των δοκιμίων κατασκευάστηκαν ορθογωνικά τμήματα διαστάσεων mmκαι ύψους 250mm έτσι

92 67 ώστε να διασφαλιστεί η ορθή κατανομή του αξονικού φορτίου. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διατομών, καθώς και οι λεπτομέρειες όπλισης φαίνονται στο ακόλουθο σχήμα. Σχήμα 3.6 Γεωμετρικά χαρακτηριστικά διατομών και λεπτομέρειες όπλισής τους. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε τρία δοκίμια ελέγχου (V-1, V-2, V-3) και έξη δοκίμια ενισχυμένα με ελάσματα υάλου (GFRP laminates) τοποθετημένα παράλληλα και κάθετα στον άξονα των μελών. Τα δοκίμια ενισχύθηκαν με δύο στρώσεις ελασμάτων μονής διεύθυνσης σχήματος C καθ ύψος της μικρής πλευράς με μήκος επικόλλησης 75 mm κατά τη μεγάλη πλευρά., όπως φαίνεται και στο Σχήμα 3.7. Στη συνέχεια τοποθετήθηκαν δύο στρώσεις GFRP μονής διεύθυνσης (Σχήμα 1.9α-UN2-1, UN2-2 ), τρεις στρώσεις GFRP μονής διεύθυνσης (Σχήμα 3.8a: UN3-1, UN3-2, UN3-3), ή δύο στρώσεις ελασμάτων GFRP τεσσάρων διευθύνσεων (Σχήμα 3.8b:Q2-1). Σχήμα 3. 7 Σκαρίφημα εφαρμογής ελασμάτων ινών άνθρακα μορφής C.

93 68 Σχήμα 3.8 Διάταξη εγκάρσιων GFRP ελασμάτων: (α) μονής διεύθυνσης και (b) τεσσάρων διευθύνσεων. Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε δοκιμή μονοαξονικής θλίψης και σκοπός ήταν να εξεταστούν η χρήση ελασμάτων τεσσάρων διευθύνσεων από ίνες υάλου και ο συνδυασμός των λωρίδων σχήματος Cμε τον εξωτερικό μανδύα ΙΟΠ ως ένας τρόπος καθυστέρυσης του λυγισμού του διαμήκους οπλισμού. Η αστοχία τόσο των απερίσφικτων όσο και των περισφιγμένων δοκιμίων συνέβη πολύ κοντά στο μέσο ύψος. Τα αποτελέσματα των δοκιμών παρατίθενται στον Πίνακα 3.3, ενώ το συγκριτικό διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης στο Σχήμα 3.9. Πίνακας 3. 3 Αποτελέσματα αντοχής και αξονικής παραμόρφωσης δοκιμίων.

94 69 Σχήμα 3.9 Συγκριτικό διάγραμμα φορτίου-παραμόρφωσης. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν απο τις δοκιμές συνοψίζονται ακολούθως: Το σχήμα της διατομής (με μεγάλο λόγο πλευρών) περιορίζει σημαντικά την ικανότητα των σύνθετων υλικών να βελτιώσουν τη συμπεριφορά των δοκιμίων αυτών. Ο μανδύας ΙΟΠ αυξάνει σημαντικά την αντοχή, ωστόσο η προσθήκη επιπλέον εγκάρσιων ελασμάτων ΙΟΠ δεν οδηγεί απαραιτήτως σε αύξηση της αντοχής, η οποία σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί ακόμα και να μειωθεί. Αναφορικά με τις δύο ποιότητες σκυροδέματος, παρατηρήθηκε ότι τα δοκίμια των ομάδων UN2 και UN3 παρουσίασαν αύξηση αντοχής κατά 52.1% και 33.1% αντίστοιχα όπου η μεταξύ τους διαφορά (περίπου 19%) είναι πολύ κοντά στη διαφορά ποιοτήτων του σκυροδέματος (περίπου 20%). Αυτό επιβεβαιώνει το γεγονός ότι ο μανδύας από ΙΟΠ δεν είναι ικανός να αλλάξει το προδιαγεγραμμένο τρόπο αστοχίας που καθορίζεται από το σχήμα της διατομής. Η τοποθέτηση πρόσθετων ελασμάτων στην εγκάρσια διεύθυνση μπορεί να οδηγήσει σε κάποιες περιπτώσεις σε μείωση της φέρουσας ικανότητας του στοιχείου. Κάτι τέτοιο δεν ισχύει για πλαστιμότητα αφού οι πρόσθετες εγκάρσιες στρώσεις λειτουργούν ευεργετικά για την αύξηση της αξονικής παραμόρφωσης. Όσο περισσότερες στρώσεις εγκάρσιων ελασμάτων προστίθενται τόσο αυξάνεται η δυσκαμψία του μανδύα ΙΟΠ και η δράση του ενάντια στη διόγκωση των ράβδων οπλισμού και την απώλεια της επικάλυψης σκυροδέματος.

95 70 Στην περίπτωση υποστυλωμάτων τύπου τοιχώματος η θραύση του μανδύα ΙΟΠ οφείλεται όχι ση θραύση των ινών αλλά στη διόγκωση και ακολούθως τη θραύση του όλου του συστήματος (ινών μήτρας). Τα πειραματικά αποτελέσματα συγκρίθηκαν στη συνέχεια με υπάρχοντα αναλυτικά μοντέλα για περίσφιγξη σκυροδέματος με ΙΟΠ (Tan (2002), Maalej et al. (2003), Teng et al. 2002)) προκειμένου να εξεταστεί ποιο από τα μοντέλα αυτά μπορεί να δώσει τιμές κοντά στις πειραματικές. Από τα τρία μοντέλα που εξετάστηκαν, αυτό του Teng et al. φαίνεται να δίνει προβλέψεις των πειραματικών αποτελεσμάτων με καλό επίπεδο συντηρητικότητας. Το μοντέλο του Maalej et al. υπερεκτιμά σε όλες τις περιπτώσεις την ικανότητα των υποστυλωμάτων, ενώ αυτό του Tan παρέχει πολύ καλές προβλέψεις για δοκίμια με δύο εγκάρσιες στρώσεις ΙΟΠ και υπερεκτιμά κατά 9% τα αποτελέσματα που προέκυψαν για τρεις στρώσεις. Σε γενικές γραμμές, τα θεωρητικά μοντέλα δεν υπερεκτιμούν την πειραματική αντοχή όπως στην περίπτωση των απερίσφικτων δοκιμίων και οι προβλέψεις τους είναι πράγματι πολύ κοντά με τα πειραματικά αποτελέσματα. Οι Pan et al. (2007) διερεύνησαν την φέρουσα ικανότητα έξη λεπτών υποστυλωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα ενισχυμένα με ΙΟΠ και πραγματοποίησαν δοκιμές αξονικής θλίψης αφού είχαν τροποποιήσει τη διατομή τους από ορθογωνική σε ελλειπτική. Ο λόγος λυγηρότητας (ύψος προς ελάχιστο λόγο πλευρών) κάθε στοιχείου κυμαινόταν μεταξύ από 4.5 έως Η διατομή των δοκιμίων ήταν mm και το ύψος τους μεταβάλλονταν ανάλογα με τον απαιτούμενο λόγο λυγηρότητας. Διαπιστώθηκε ότι με την αύξηση του λόγου λυγηρότητας μειώνεται η επίδραση της ενίσχυσης. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν με τη χρήση αναλυτικών μοντέλων των ίδιων δοκιμίων στο πρόγραμμα ANSYS και παρατηρήθηκε μια αποδεκτή συμφωνία. Οι Alsayed et al. (2014) μελέτησαν τη συμπεριφορά υποστυλωμάτων τύπου τοιχώματος από οπλισμένο σκυρόδεμα ενισχυμένα με ΙΟΠ από ίνες άνθρακα μετά από αλλαγή της διατομής τους από ορθογωνικού σε ελλειπτικού τύπου χρησιμοποιώντας τσιμεντοειδή μήτρα. Επιπλέον, μη γραμμική ανάλυση με χρήση πεπερασμένων στοιχείων πραγματοποιήθηκε με το πρόγραμμα ANSYS προκειμένου να προσομοιωθούν τα περισφιγμένα δοκίμια και να συγκριθεί η απόκρισή τους με αυτή των πειραμάτων. Τα δοκίμια είχαν διαστάσεις mm (λόγος πλευρών 1:4) και ύψος 1500 mm και στο πάνω και κάτω μέρος τους είχε διαμορφωθεί μια διατομή mm και ύψους 300 mm για να εξασφαλιστεί ορθή κατανομή του αξονικού φορτίου και να αποφευχθεί οποιαδήποτε συγκέντρωση τάσεων. Η περίσφιγξη με το μανδύα ΙΟΠ πραγματοποιήθηκε

96 71 μετά την αλλαγή των διαστάσεων από ορθογωνική σε ελλειπτική διατομή χρησιμοποιώντας κονίαμα κατά μήκος μόνο των μεγάλων πλευρών. Σχήμα 3.10 Διαστάσεις (σε mm) δοκιμίων και θέσεις τοποθέτησης των LVDTs. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την πειραματική και αναλυτική διαδικασία συνοψίζονται ακολούθως: Η περίσφιγξη υποστυλωμάτων με ΙΟΠ μετά την αλλαγή της διατομής σε ελλειπτική έχει ως αποτέλεσμα σημαντική αύξηση στη φέρουσα ικανότητα. Η αστοχία των ενισχυμένων δοκιμίων οφειλόταν σε σύνθλιψη του σκυροδέματος και λυγισμό του διαμήκους οπλισμού μετά τη διαρροή του. Παρατηρήθηκε ότι ο εγκάρσιος οπλισμός δεν είχε διαρρεύσει εξαιτίας της περίσφιγξης που παρεχόταν από το μανδύα ΙΟΠ. Η αναλυτική προσομοίωση του δοκιμίου ελέγχου καθώς και των ενισχυμένων χρησιμοποιώντας το ANSYS έδειξαν πολύ καλή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα Διαπιστώθηκε ότι για τις περιπτώσεις που η πλαστιμότητα και η λυγηρότητα του υποστυλώματος είναι σημαντικά ζητήματα, η ενίσχυση με ΙΟΠ μετά την τροποποίηση της διατομής σε ελλειπτικού τύπου μπορεί να είναι μια από της φθηνότερες λύσεις.

97 Αγκύρια Ινών άνθρακα μορφής θυσάνου (CFRPanchors) Η ενίσχυση με σύνθετα υλικά αποτελεί ένα πρακτικό, γρήγορο και αποτελεσματικό τρόπο αναβάθμισης των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Παρ όλα αυτά κύριο χαρακτηριστικό της συμπεριφοράς του δεσμού σύνθετων υλικών σκυροδέματος είναι ότι η θραύση των σύνθετων υλικών σπανίως προηγείται της αποκόλλησης. Η δύναμη που απαιτείται για την αποκόλληση, η οποία γίνεται λόγω ρηγμάτωσης του υποστρώματος κοντά στη στρώση της κόλλας, αυξάνεται με το μήκος επικόλλησης μέχρις ότου αυτό λάβει μια οριακή τιμή, πέρα της οποίας η μέγιστη δύναμη παραμένει πρακτικά αμετάβλητη (Σχήμα 3.11). Σχήμα 3.11 Σχέση δύναμης αποκόλλησης σύνθετων υλικών συναρτήσει του μήκους επικόλλησης. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί μια τεχνική, με την οποία επιχειρείται να ξεπεραστεί το παραπάνω πρόβλημα της αποκόλλησης. Η τεχνική αυτή περιλαμβάνει την τοποθέτηση αγκυρίων μορφής θυσάνου ινών από ινοπλισμένα πολυμερή (FRP anchors)σε οπές πληρωμένες με ρητίνη για την αγκύρωση του μανδύα. Σκοπός της χρήσης των αγκυρίων είναι η παραλαβή μέρους της δύναμης που προκαλεί την αποκόλληση της εξωτερικής στρώσης του μανδύα. Τα αγκύρια μορφής θυσάνου είναι εύκολο να τοποθετηθούν και έχουν κερδίσει το προσοχή των ερευνητών σε αρκετές μελέτες που σχετίζονται με εφελκυστικές ιδιότητες (Ozbakkaloglou and Saatcioglu 2009, Kim and Smith 2010), θέματα συνάφειας (Εshwar et al.2008, Niemitz et al 2010, Ceroni and Pecce 2010, Huaco et al. 2011), καμπτική ενίσχυση δοκών ή πλακών (Ekenel et al. 2006, Orton et al. 2008, Smith et al. 2011),

98 73 διατμητική ενίσχυση δοκών (Jinno et al. 2001, Kim et al. 2011a, Koutas and Triantafillou 2013), καμπτική ενίσχυση υποστυλωμάτων (Vrettos et al. 2012) και διατμητική ενίσχυση υποστυλωμάτων (Nagai et al. 1999, Kobayashi et al. 2001). Στο πεδίο της περίσφιγξης, τα αγκύρια μορφής θυσάνου χρησιμοποιήθηκαν σε υποστυλώματα διατομής Γ (Karantzikis et al. 2005) και σε υποστυλώματα κυκλικής και ορθογωνικής διατομής με λόγο πλευρών ίσο με δύο (Ilki et al. 2008, Kim et al. 2011b). Παρακάτω παρατίθενται συνοπτικές πληροφορίες για κάποιες βασικές μελέτες που αναφέρθηκαν και σχετίζονται κυρίως με τη χρήση των αγκυρίων αυτών στην περίσφιγξη υποστυλωμάτων. Μια από τις βασικές παραμέτρους που εξετάζονται στην παρούσα διατριβή είναι το κατά πόσο η χρήση τέτοιων αγκυρίων συμβάλει αποτελεσματικά στην περεταίρω αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης σε υποστυλώματα ενισχυμένα με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ που υπόκεινται σε δοκιμή αξονικής θλίψης. α) β) Εικόνα 3.11 α) Αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου (CFRPanchors), β) τοποθέτηση αγκυρίων. Οι El-Ghandour et al. (2005) διεξήγαγαν πειραματικές δοκιμές μονοαξονικής θλίψης σε υποστυλώματα οπλισμένου σκυροδέματος διαστάσεων 125x300 mm. Ορισμένα από τα δοκίμια αυτά ήταν περισφιγμένα με συνεχή μανδύα ινοπλισμένων πολυμερών, ενώ σε άλλα ο μανδύας ήταν τρίπλευρος και αγκυρωμένος στα άκρα του με χρήση αγκυρίων ινών άνθρακα, σε αποστάσεις 150 mm μεταξύ τους. Τα ενισχυμένα με συνεχή μανδύα υποστυλώματα παρουσίασαν αύξηση της αντοχής κατά 34% σε σχέση με τα απερίσφικτα, ενώ τα δοκίμια με τον τρίπλευρο μανδύα και με τα αγκύρια παρουσίασαν αύξηση κατά 25%.

99 74 Οι Karantzikis et al. (2005), δοκίμασαν την αποτελεσματικότητα των αγκυρίων σε συνδυασμό με μανδύα ινοπλισμένων πολυμερών στην περίσφιγξη υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος διατομής Γ. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε 14 υποστυλώματα διατομής mm και ύψους 700 mmτα οποία δοκιμάστηκαν σε δοκιμή αξονικής θλίψης. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν το πάχος του μανδύα ΙΟΠ, η ύπαρξη ή όχι αγκυρίων στον μανδύα, ο αριθμός και ο τύπος των αγκυρίων (Σχήμα 3.13). Για τα δοκίμια που ενισχύθηκαν με μανδύα, χρησιμοποιήθηκαν τρεις στρώσεις δύο διαφορετικών τύπων υφασμάτων ινών υάλου (Ε): 1) ελαφρύ ύφασμα (βάρους 505 gr/m 2 και ονομαστικού πάχους 0.19 mm) και 2) βαρύ ύφασμα (βάρους 915 gr/m 2 και ονομαστικού πάχους 0.36 mm). Σχήμα 3.12 Σχηματική αποτύπωση των υποστυλωμάτων μορφής Γ: (a) δοκίμιο ελέγχου, (b) χωρίς αγκύρια, (c) με έξη αγκύρια με μερικό βάθος έμπηξης (απλά αγκύρια), (d) με τρία "υπέρ αγκύρια", (e) με έξη "υπέρ αγκύρια".

100 75 Σχήμα 3.13 Σχηματική απεικόνιση των (a) απλών αγκυρίων, (b) υπέρ αγκυρίων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνοψίζονται ακολούθως: Στα δοκίμια χωρίς αγκύρια η αστοχία επήλθε λόγω αποκόλλησης του μανδύα στην εσωτερική γωνία όπου αυτός τερμάτιζε (Εικόνα 3.12 (a)). Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τα δοκίμια αυτά ήταν (1) ότι ο μανδύας χωρίς αγκύρια δεν επιτρέπει την πλήρη αξιοποίηση της εφελκυστικής αντοχής των ινών και (2) μανδύες μεγάλου πάχους οδηγούν σε ελαφρώς αυξημένη θλιπτική αντοχή αλλά και σε μειωμένη παραμόρφωση. Τα δοκίμια με τα έξη αγκύρια με μερικό βάθος έμπηξης παρουσίασαν καλύτερη συμπεριφορά σε σχέση με αυτά χωρίς αγκύρια. Στα δοκίμια με το ελαφρύ σύστημα ενίσχυσης η αστοχία επήλθε στην εξωτερική γωνία εξαιτίας της θραύσης των ινών στην εγκάρσια διεύθυνση (Εικόνα 3.12 (b)), ενώ στα δοκίμια με το βαρύ σύστημα ενίσχυσης η αστοχία συνέβη λόγω θραύσης των αγκυρίων (Εικόνα 3.12 (c)). Το συμπέρασμα που εξήχθη ήταν ότι η έμπηξη των αγκυρίων σε μερικό βάθος είναι εξαιρετικά αποτελεσματική στην ανάπτυξη υψηλών τάσεων περίσφιγξης. Τα δοκίμια με τα υπέρ αγκύρια έδωσαν σημαντική αύξηση της αντοχής και της ικανότητας παραμόρφωσης. Η αστοχία σε όλες τις περιπτώσεις οφειλόταν σε θραύση των αγκυρίων στην εσωτερική γωνία και είχε ως αποτέλεσμα τη μη ενεργοποίηση όλης της εφελκυστικής αντοχής του μανδύα. Συγκρίνοντας τη συμπεριφορά των δοκιμίων με τα υπέρ αγκύρια με αυτά με τα αγκύρια με μερικό μήκος έμπηξης, παρατηρήθηκε ότι τα πρώτα δίνουν μεγαλύτερη αύξηση της αντοχής (αύξηση κατά 97% έναντι 59%) αλλά σε όρους παραμορφώσεων η διαφορά τους είναι οριακή (8.64 φορές έναντι 8.57 φορές). Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη τη δυσκολία εφαρμογής των υπέρ αγκυρίων, οι συγγραφείς δεν θεωρούν απαραίτητη τη χρήση τέτοιων αγκυρίων.

101 76 Εικόνα 3.12 Αστοχία των δοκιμίων: (a) χωρίς αγκύρια (αποκόλληση μανδύα στην εσωτερική γωνία), (b) θραύση του μανδύα σε εξωτερική γωνία, (c) θραύση του αγκυρίου στο κάτω μέρος, (d) θραύση του αγκυρίου στην εσωτερική γωνία και διάδοση της ρωγμής στον μανδύα. Οι Eshwar et al.(2006) πραγματοποίησαν πειράματα έτσι ώστε να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα της χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου με ίνες άνθρακα στην εξασφάλιση της συνεργασίας του μανδύα με το υπόστρωμα. Το κάθε δοκίμιο αποτελούταν από δύο blocks σκυροδέματος, διαστάσεων 300 mmx 200 mmx 200 mm, συνδεδεμένα μεταξύ τους εξωτερικά με δύο στρώσεις ελάσματος CFRP, διαστάσεων 800 mmx 100 mm. Η δοκιμή που είχε διατμητικό για την ενίσχυση χαρακτήρα, συνίστατο στην απομάκρυνση του ενός block σκυροδέματος απ' το άλλο. Η επαρκής αγκύρωση του υφάσματος επί των blocks σκυροδέματος έγινε με χρήση αγκυρίων. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανάλυση των αποτελεσμάτων ήταν τα εξής: Η αποτελεσματικότητα εξωτερικά επικολλούμενων σύνθετων υλικών μπορεί να αυξηθεί δραματικά (στις πειραματικές δοκιμές από 25% έως 200%) με τη χρήση αγκυρίων ινών άνθρακα.

102 77 Συνίστανται σαν προτιμότερα τα αγκύρια με ονομαστική διάμετρο τουλάχιστον 10 mm και βάθος έμπηξης στον πυρήνα σκυροδέματος τουλάχιστον 50 mm. Η επιρροή του βάθους έμπηξης είναι αμελητέα στην αποτελεσματικότητα των αγκυρίων. Οι Ilki et al. (2007) πραγματοποίησαν μια εκτενή πειραματική έρευνα στην οποία 68 υποστυλώματα (κυκλικής, τετραγωνικής και ορθογωνικής διατομής) από οπλισμένο σκυρόδεμα περισφίχθηκαν με ΙΟΠ από ίνες άνθρακα διαφόρων στρώσεων (1, 3 ή 5 στρώσεις) και εξετάστηκαν σε μονοαξονική θλίψη. Οι βασικότερες παράμετροι που εξετάστηκαν σε αυτό το πειραματικό πρόγραμμα ήταν: το σχήμα της διατομής των υποστυλωμάτων, η ποιότητα του προς περίσφιγξη σκυροδέματος, οι στρώσεις του μανδύα περίσφιγξης, η μορφή της φόρτισης (μονοτονική ή ανακυκλιζόμενη), διάφορες μορφές περίσφιγξης με χρήση αγκυρίων. Σχήμα 3.14 Γεωμετρία δοκιμίων και λεπτομέρειες όπλισης. Η παρούσα εργασία εξετάζει υποστυλώματα ορθογωνικής διατομής με μεγάλο λόγο πλευρών, γι αυτό θεωρήθηκε σκόπιμο να παρουσιαστούν εκτενέστερα τα ορθογωνικά υποστυλώματα διαστάσεων mm και ύψους 500mm. Συνολικά, στο συγκεκριμένο πείραμα εξετάστηκαν 24 ορθογωνικά υποστυλώματα τα οποία περισφίχθηκαν με 1,3 ή 5 στρώσεις ΙΟΠ ινών άνθρακα και παρουσιάζουν τις ακόλουθες διαφοροποιήσεις:

103 78 - Τα μισά υποστυλώματα σκυροδετήθηκαν με σκυρόδεμα χαμηλής αντοχής (μέση αντοχή κυλίνδρου ΜPa) και τα υπόλοιπα με σκυρόδεμα μέσης αντοχής (μέση αντοχή κυλίνδρου MPa). Επιπλέον, η επιτρεπόμενη αξονική παραμόρφωση στην οποία υποβλήθηκαν τα δοκίμια έτσι ώστε να χαρακτηριστούν ως δοκίμια με βλάβες (predamaged) ήταν της τάξης του Τα άκρα των υποστυλωμάτων καμπυλώθηκαν με ακτίνα 40 mmεκτός από δύο υποστυλώματα όπου η ακτίνα ήταν 20 mm και άλλα δύο όπου η ακτίνα ήταν 10 mm. Η διαφοροποίηση στην ακτίνα καμπύλωσης έγινε διότι σε παλαιότερες έρευνες είχε διαπιστωθεί ότι για μη κυκλικές διατομές όσο μικραίνει η ακτίνα καμπυλότητας των στρογγυλοποιημένων γωνιών τόσο μικραίνει και η απόδοση της περίσφιγξης. - Πέντε υποστυλώματα ενισχύθηκαν με αγκύρια από ίνες άνθρακα τύπου θυσάνου καθώς και με πρόσθετες στρώσεις μανδύα στις τέσσερις γωνίες τους. - Δύο δοκίμια ενισχύθηκαν με CFRP λωρίδες τύπου σπιράλ 50 mmκαι δύο με λωρίδες υφάσματος CFRP πάχους 50 mmανά 50 mm. - Έντεκα δοκίμια δοκιμάστηκαν υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Σχήμα 3.15 Διάταξη αγκυρίων καθύψος του δοκιμίου. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν παρουσιάζονται συνοπτικά ακολούθως: Οι μανδύες CFRP είναι πιο αποδοτικοί στην περίπτωση ενίσχυσης μελών με σκυρόδεμα χαμηλής αντοχής. Τα περισφιγμένα με ΙΟΠ δοκίμια από σκυρόδεμα χαμηλής αντοχής παρουσιάζουν μεγαλύτερη αύξηση της αξονικής παραμόρφωσης (ως προς το απερίσφικτο δοκίμιο)σε σχέση με την αντίστοιχη των περισφιγμένων δοκιμίων από σκυρόδεμα μέσης αντοχής.

104 79 Μεγαλύτερη αύξηση της αντοχής έδωσαν τα δοκίμια κυκλικής διατομής, ενώ μεγαλύτερη αύξηση της παραμόρφωσης έδωσαν ορθογωνικά δοκίμια. Αναφορικά με τον τρόπο αστοχίας των δοκιμίων, παρατηρήθηκε πως στα ορθογωνικά δοκίμια με μια στρώση υφάσματος επήλθε θραύση του μανδύα σε ένα μόνο σημείο κοντά στις ακμές. Για τα δοκίμια με τις τρεις στρώσεις τα σημεία θραύσης ήταν τρία με τέσσερα και μικρότερου μεγέθους. Τέλος για τα δοκίμια με πέντε στρώσεις υφάσματος τα σημεία θραύσης ήταν πολλά και μικρότερου εύρους. Ανάμεσα στα δοκίμια με προϋπάρχουσες βλάβες και σε όμοια χωρίς βλάβες δεν παρατηρήθηκε καμία διαφορά στην αντοχή, την παραμόρφωση ή την ακαμψία των μελών. Ίδια συμπεράσματα είχαν προέλθει και από προηγούμενες έρευνες που έγιναν πάνω στο θέμα αυτό από τους Demers and Neale (1999) και Ilki and Kumbasar (2002). Συγκρίνοντας τη συμπεριφορά των δοκιμίων στην μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση δεν παρατηρήθηκαν μεγάλες διαφορές. Τα ορθογωνικά υποστυλώματα εμφανίζουν μια μικρή μείωση της αντοχής τους, παρ όλα αυτά οι καμπύλες φόρτισης και αποφόρτισης στην ανακυκλιζόμενη φόρτιση εμφανίζονται παράλληλες στην καμπύλη που αντιστοιχεί στην μονοτονική φόρτιση. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών η ενίσχυση με λωρίδες σπιράλ ή οριζόντιες λωρίδες φάνηκε πως δεν είχε κάποιο ενθαρρυντικό αποτέλεσμα αλλά είναι προτιμότερη η πλήρη περίσφιγξη της επιφάνειας. Όσον αφορά την ακτίνα καμπυλότητας των στρογγυλοποιημένων ακμών του δοκιμίου, τα αποτελέσματα έδειξαν πως για ακτίνα καμπυλότητας 40mm και 20mm τα δοκίμια έδειξαν αύξηση της μέγιστης θλιπτικής αντοχής κατά 51% και 17% αντίστοιχα. Τα ορθογωνικά υποστυλώματα που ενισχύθηκαν με αγκύρια και πρόσθετες στρώσεις υφάσματος στις ακμές τους, παρουσίασαν ελαφρώς βελτιωμένη συμπεριφορά στη θλιπτική αντοχή τους.

105 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ Τα τελευταία χρόνια άρχισε να εφαρμόζεται μια νέα τεχνική ενίσχυσης δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος η οποία βασίζεται στη χρήση ινοπλεγμάτων ινών σε ανόργανη μήτρα αποσκοπώντας στην επίλυση προβλημάτων που χαρακτηρίζουν τα ινοπλισμένα πολυμερή. Τα ινοπλέγματα ινών σε ανόργανη μήτρα χρησιμοποιούνται στη μορφή μανδύα για την ενίσχυση οπλισμένου σκυροδέματος με στόχο την περίσφιγξη, την αύξηση της πλαστιμότητας υποστυλωμάτων, την ενίσχυση έναντι τέμνουσας και την ενίσχυση έναντι κάμψης. Οι περισσότερες έρευνες πάνω στη χρήση των πλεγμάτων από σύνθετα υλικά επικεντρώνονται στην καμπτική ή διατμητική ενίσχυση δομικών στοιχείων και στο ζήτημα της σύνδεσης ανάμεσα στο σκυρόδεμα και στα σύνθετα υλικά τσιμεντοειδούς σύστασης. Στην ενότητα που ακολουθεί επιχειρείται μια προσπάθεια περιγραφής των πιο σημαντικών πειραμάτων που έχουν διεξαχθεί για σύνθετα υλικά με τσιμεντοειδή μήτρα και τη σύγκριση της ανόργανης μήτρας με τις εποξειδικές ρητίνες και αφορούν περίσφιγξη δοκιμίων οπλισμένου σκυροδέματος. Η χρήση των ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα για την κατασκευή μανδυών με στόχο την περίσφιγξη σκυροδέματος παρουσιάστηκε για πρώτη φορά από τους Triantafillou et al. (2006). Toπειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε δοκιμές κεντρικής θλίψης σε τέσσερις ομάδες δοκιμίων: α) άοπλα κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 150mm και ύψους 300mm (Ομάδες Α και Β), β) άοπλα πρισματικά δοκίμια τετραγωνικής διατομής mmκαι ύψους 700mm (Ομάδα C), γ) οπλισμένα πρισματικά δοκίμια τετραγωνικής διατομής mmκαι ύψους 700mm (Ομάδα D).Κύριοι στόχοι ήταν να μελετηθούν: Ο ρόλος της αντοχής του κονιάματος στα χαρακτηριστικά περίσφιγξης του αόπλου σκυροδέματος (ομάδα Α). Η αποτελεσματικότητα των μανδυών των συνθέτων υλικών σε ανόργανη μήτρα συγκριτικά με αυτή των μανδυών σε οργανική μήτρα όσον αφορά την περίσφιγξη άοπλου σκυροδέματος (ομάδες Β και C). Ο ρόλος του αριθμού των στρώσεων μανδυών σε ανόργανη μήτρα για την περίσφιγξη άοπλου σκυροδέματος (ομάδες Α, Β και C).

106 81 Η αποτελεσματικότητα μίας νέας τεχνικής, βάσει της οποίας η περίσφιγξη επιβάλλεται μέσω λωρίδων σε σπειροειδή διάταξη χωρίς επικόλληση (Σχήμα 3.1) με εξαίρεση στα άκρα (ομάδα C) H αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ συγκριτικά με αυτή των μανδυών ΙΟΠ ως προς την περίσφιγξη οπλισμένου σκυροδέματος για διαφορετικές αποστάσεις συνδετήρων (ομάδα D). Σχήμα 3.16 Γεωμετρικές λεπτομέρειες δοκιμίων: (α)-(γ) εφαρμογή λωρίδων σε σπειροειδή διάταξη χωρίς επικόλληση (Ομάδα C), (δ) πρισματικά δοκίμια Ομάδας D. Τα συμπεράσματα που εξήχθησαν μετά το πέρας των πειραμάτων ήταν τα εξής: Η αντοχή και η παραμορφωσιμότητα αυξάνεται με την αύξηση του αριθμού των στρώσεων και εξαρτάται από την εφελκυστική αντοχή του κονιάματος, η οποία καθορίζει και τον τρόπο αστοχίας (θραύση ινών ή αποκόλληση, Εικόνα 3.1). Η αποτελεσματικότητα των μανδυών από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα ως προς την αύξηση της αντοχής και της παραμορφωσιμότητας στοιχείων άοπλου σκυροδέματος είναι ελαφρώς μειωμένη ως προς την αντίστοιχη των μανδυών από ινοπλισμένα πολυμερή. Συγκεκριμένα η αντοχή των στοιχείων σε ανόργανη μήτρα είναι περίπου το 80% της αντοχής αυτών σε οργανική, ενώ η παραμορφωσιμότητα είναι περίπου 50% μειωμένη. Όπως και στην περίπτωση μανδυών ΙΟΠ, η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ αυξάνεται (μη αναλογικά) με τον αριθμό των στρώσεων. Η αστοχία των μανδυών σε ανόργανη μήτρα λόγω εγκάρσιας διόγκωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος είναι βαθμιαία και όχι τόσο ξαφνική και ψαθυρή όπως στην περίπτωση των μανδυών από ινοπλισμένα πολυμερή, γεγονός που οφείλεται στην σταδιακή θραύση δεσμών ινών. Η θραύση αυτή επεκτείνεται σχετικά αργά στις γειτονικές δέσμες, ως αποτέλεσμα της μειωμένης ανακατανομής της έντασης που παρέχει η ανόργανη μήτρα (κονίαμα) σε σχέση με την πολυμερική (εποξειδική ρητίνη).

107 82 Έτσι η συμπεριφορά σκυροδέματος περισφιγμένου με σύνθετα υλικά ανόργανης μήτρας είναι περισσότερο πλάστιμη σε σχέση με το αντίστοιχο περισφιγμένο με ινοπλισμένα πολυμερή. Η αναλυτική προσομοίωση για την περίσφιγξη σκυροδέματος με σύνθετα υλικά ανόργανης μήτρας μπορεί να γίνει αξιοποιώντας υφιστάμενα προσομοιώματα περίσφιγξης με ινοπλισμένα πολυμερή, στα οποία λαμβάνεται υπόψη η μειωμένη αποτελεσματικότητα των μανδυών σε ανόργανη μήτρα μέσω κατάλληλων μειωτικών συντελεστών (Triantafillou et al. 2006). Η περίσφιγξη μέσω λωρίδων σε ελικοειδή διάταξη και αγκύρωση μόνο στα άκρατων δομικών στοιχείων αποτελεί ενδιαφέρουσα τεχνική ικανοποιητικής αποτελεσματικότητας. α) β) Εικόνα 3.13 α) Έναρξη εφελκυστικής αστοχία του μανδύα, β) έναρξη αποκόλληση του μανδύα στο τέλος του πλέγματος. Οι Bournas et al. (2007), μελέτησαν τη συμπεριφορά δεκαπέντε οπλισμένων πρισματικών δοκιμίων τετραγωνικής διατομής mm και ύψους 380 mm, τα οποία ενισχύθηκαν με πλέγματα ΙΑΜ και μανδύες ΙΟΠ. Οι γωνίες των δοκιμίων εξομαλύνθηκαν με ακτίνα καμπυλότητας 25 mmώστε να μην υπάρχει συγκέντρωση τάσεων στις περιοχές αυτές. Για τα δοκίμια που ενισχύθηκαν με ΙΑΜ χρησιμοποιήθηκε πλέγμα δύο διευθύνσεων, ενώ για τα δοκίμια που ενισχύθηκαν με ΙΟΠ χρησιμοποιήθηκε ύφασμα μιας διεύθυνσης ίσης δυστένειας. Τα δοκίμια χωρίστηκαν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με τη γεωμετρία της όπλισης. Η πρώτη κατηγορία περιελάμβανε πέντε άοπλα υποστυλώματα, η δεύτερη πέντε δοκίμια με διαμήκη οπλισμό 4Φ12 και συνδετήρες Φ8 σε αραιή διάταξη (ανά 200 mm) και η τρίτη πέντε δοκίμια με διαμήκη οπλισμό 4Φ12 και συνδετήρες Φ8 σε

108 83 πυκνή διάταξη (ανά 100 mm). Οι παράμετροι που τέθηκαν υπό μελέτη στην συγκεκριμένη εργασία, ήταν: Το είδος της μήτρας που χρησιμοποιήθηκε για την ενίσχυση (χρήση ανόργανης μήτρας σε σύγκριση με την χρήση εποξειδικής ρητίνης). Η επίδραση που έχει ο αριθμός των στρώσεων των υφασμάτων και των πλεγμάτων στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης. Η επίδραση που έχει η περίσφιγξη στην αστοχία του δοκιμίου λόγω της καθυστέρησης του λυγισμού των διαμήκων ράβδων. Η επίδραση που έχει η γεωμετρική διάταξη των συνδετήρων (αραιή και πυκνή διάταξη) στην πρόωρη θραύση του μανδύα των δοκιμίων λόγω της καθυστέρησης του λυγισμού των διαμήκων ράβδων. Τα δοκίμια δοκιμάστηκαν σε μονοτονική φόρτιση θλίψης και από την ανάλυση των αποτελεσμάτων της πειραματικής διαδικασίας προέκυψαν πολλά χρήσιμα συμπεράσματα. Σημαντική παρατήρηση ήταν πως η αστοχία των μανδυών από πλέγματα ινών με τσιμεντοειδή μήτρα ήταν σταδιακή με δημιουργία κατακόρυφων και οριζόντιων ρωγμών καθ όλη τη διάρκεια της δοκιμής σε αντίθεση με την αστοχία των ινοπλισμένων πολυμερών η οποία ήταν ψαθυρή με έντονο εκρηκτικό ήχο. Στην περίπτωση των μανδυών από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα η θραύση ξεκινά από ορισμένες ίνες και επεκτείνεται σταδιακά στις γειτονικές προκαλώντας έτσι έναν πιο πλάστιμο τρόπο αστοχίας. Επίσης από την έρευνα διαπιστώθηκε πως η περίσφιγξη με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα παρέχει ουσιαστική ενίσχυση στη θλιπτική αντοχή και την ικανότητα παραμόρφωσης του δοκιμίου, καθώς καθυστερεί σημαντικά το λυγισμό των κατακόρυφων ράβδων του οπλισμού. Ωστόσο, σε σύγκριση με τα συστήματα ενίσχυσης με ινοπλισμένα πολυμερή, η μέθοδος TRM είναι λιγότερο αποτελεσματική κατά 10%. Η μειωμένη αποτελεσματικότητα των μανδυών ανόργανης μήτρας οφείλεται στην ανομοιογενή κατανομή των δυνάμεων στις ίνες εξαιτίας της ολίσθησή τους και του ασθενούς δεσμού τους με το υπόστρωμα καθώς και στη μειωμένη αντοχή του κονιάματος σε σχέση με τις εποξειδικές ρητίνες. Γενικά η παραπάνω έρευνα έδειξε πως η ενίσχυση με επιβολή πλεγμάτων από σύνθετα υλικά ανόργανης μήτρας, είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος ενίσχυσης για την περίσφιξη στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, ακόμα και σε ανεπαρκώς σχεδιασμένες κατασκευές σε περιοχές με έντονη σεισμική δραστηριότητα. Ο Ombres (2007) αξιολόγησε την αποτελεσματικότητα των ινοπλεγμάτων σε τσιμεντοειδής μήτρα (CFRCM) στην περίσφιγξη υποστυλωμάτων κυκλικής, τετραγωνικής

109 84 και ορθογωνικής διατομής υπό αξονική θλίψη σε θερμοκρασίες που κυμαίνονταν από 25 ο C έως 90 ο C εξετάζοντας μανδύες με διαφορετικό ογκομετρικό ποσοστό ινών. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι ο καταστατικός νόμος του περισφιγμένου σκυροδέματος μεταβάλλεται με τη μεταβολή του αριθμού των στρώσεων και για μικρό ογκομετρικό ποσοστό ινών ανά στρώση η καμπύλη τάσης παραμόρφωσης περιλαμβάνει κατιόν κλάδο ενώ για μεγάλο ογκομετρικό ποσοστό ινών η καμπύλη περιλαμβάνει ανιόν κλάδο. Επιπλέον, η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση της αντοχής του περισφιγμένου σκυροδέματος αλλά δεν επηρεάζει την οριακή παραμόρφωση αστοχίας. Οι Ortlepp et al. (2009) μελέτησαν την επιρροή της γεωμετρίας της διατομής υποστυλωμάτων όπλου σκυροδέματος στην περίσφιγξη με μανδύες TRC από ίνες υάλου (AR glass) και από ίνες άνθρακα. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε δοκίμια κυκλικής διατομής με διάμετρο 150 mm και ύψος 300 mm και τετραγωνικής διατομής mm και ύψους 300 mm με διαφορετικές ακτίνες καμπύλωσης των γωνιών. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι όσο η γεωμετρία του υποστυλώματος πλησιάζει τον κύκλο (μέσω της καμπύλωσης των γωνιών) τόσο υψηλότερη είναι η αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης στην αύξηση της ικανότητας ανάληψης φορτίου, γεγονός που παρατηρείται και σε ενισχυμένα δοκίμια με ΙΟΠ. Συγκρίνοντας το πλέγμα ινών άνθρακα και υάλου (AR-glass) στην αύξηση της φέρουσας ικανότητας των υποστυλωμάτων, παρατηρήθηκε ότι μεγαλύτερη αύξηση προκύπτει με τον μανδύα ινών άνθρακα. Οι Garcia et al. (2010) μελέτησαν την περίσφιγξη κυλινδρικών δοκιμίων από σκυρόδεμα χαμηλής αντοχής με ινοπλέγματα από ίνες βασάλτη σε ανόργανη μήτρα. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε την ενίσχυση τριάντα κυλινδρικών δοκιμίων διαμέτρου 150mm και ύψους 300 mm χρησιμοποιώντας δύο συνδυασμούς κονιάματος για τη μήτρα ( ποζολανική ή τσιμεντοειδής κονία) με διαφορετικό αριθμό στρώσεων (μια και δύο στρώσεις). Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν αύξηση της μέγιστης αντοχής από 21% έως 32% σε σχέση με τα απερίσφικτα δοκίμια ελέγχου ανάλογα με το είδος της μήτρας και τον αριθμό των στρώσεων. Πιο συγκεκριμένα, τα ενισχυμένα δοκίμια σε τσιμεντοειδή μήτρα παρουσίασαν μεγαλύτερη αντοχή από ότι αυτά σε ποζολανική μήτρα, ενώ η εφαρμογή μιας δεύτερης στρώσης πλέγματος από ίνες βασάλτη δε βελτίωσε σημαντικά ούτε τη μέγιστη αντοχή ούτε την παραμόρφωση. Αν και οι δύο στρώσεις πλέγματος δεν συνέβαλαν ουσιαστικά στην αύξηση αυτών, τα αντίστοιχα διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης αποκαλύπτουν μια πιο πλάστιμη συμπεριφορά κατά την αστοχία.

110 85 α) β) Εικόνα 3.14 Μορφή αστοχίας: α) μανδύα ινοπλέγματος σε τσιμεντοειδή μήτρα, β) μανδύα ινοπλέγματος σε ποζολανική μήτρα. Οι Gopinath et al. (2011) μελέτησαν την περίσφιγξη κυλινδρικών δοκιμίων (διαμέτρου 150 mm και ύψους 300 mm) από άοπλο σκυρόδεμα με μανδύες σε ανόργανη τσιμεντοειδή μήτρα (FABcrete) και σε οργανική μήτρα (FABpoly). Από τις πειραματικές δοκιμές παρατηρήθηκε ότι η περίσφιγξη με μανδύα ινοπλέγματος ινών υάλου (AR-glass) σε τσιμεντοειδή μήτρα βελτιώνει τη φέρουσα ικανότητα και την πλαστιμότητα σε όμοιο βαθμό με μανδύα ινοπλέγματος σε οργανική μήτρα. Η αστοχία των δοκιμίων περισφιγμένων με μανδύα FABpoly, η οποία ήταν απότομη, ξεκίνησε την περιοχή του πλέγματος και επήλθε λόγω θραύσης του σκυροδέματος στην ίδια περιοχή, ενώ στα δοκίμια με το μανδύα FABcrete η αστοχία ήταν παρόμοια με αυτή του απερίσφικτου σκυροδέματος. α) β) Εικόνα 3.15 Αστοχία δοκιμίου περισφιγμένου με το μανδύα: α) FABpoly, β) FABcrete.

111 86 Οι Basolo et al (2012) πραγματοποίησαν μια μελέτη η οποία σκόπευε στην ανάπτυξη ενός συστήματος ενίσχυσης με σύνθετα υλικά σε τσιμεντοειδή μήτρα το οποίο θα ήταν αναστρέψιμο και πιθανώς ανθεκτικό στη φωτιά. Το πρώτο μέρος της μελέτης περιελάμβανε την επιλογή ενός συστήματος ενίσχυσης από διαφορετικές ίνες (ίνες υάλου και βασάλτη) και συνδυασμούς ανόργανης μήτρας με κριτήρια: 1) την ευκολία στην κατασκευή, εξετάζοντας την ευκολία της τοποθέτησης του μανδύα σε κυλινδρικά δοκίμια, 2) την απόδοση, υπολογίζοντας τη βελτίωση της αντοχής και της παραμόρφωσης περισφιγμένων κυλίνδρων που υποβάλλονται σε μονοαξονική θλίψη, 3) τη συμβατότητα, εξετάζοντας την ποιότητα της διεπιφάνειας σκυροδέματος - μανδύα FRC και το βαθμό εμποτισμού των ινών. Το δεύτερο μέρος της μελέτης περιελάμβανε δοκιμές θλίψης σε κυλινδρικά δοκίμια περισφιγμένα με το επιλεχθέν σύστημα ενίσχυσης (FRC) με διαφορετικό ποσοστό ινών προκειμένου να αξιολογηθεί η αποδοτικότητα της περίσφιγξης. Η δυνατότητα του να καταστεί η εφαρμογή του μανδύα FRC αναστρέψιμη διερευνήθηκε με την εισαγωγή ενός ενδιάμεσου στρώματος μεταξύ του σκυροδέματος και του μανδύα FRC. Τα αποτελέσματα των δοκιμών οδήγησαν στα ακόλουθα συμπεράσματα: Η μελέτη οδήγησε στην επιλογή ενός συστήματος ενίσχυσης που αποτελείτο από πλέγματα από ίνες υάλου σε μήτρα υδραυλικού τσιμέντου το οποίο μπορεί να είναι ανθεκτικό στη φωτιά. Παρά το γεγονός ότι ο εμποτισμός των ινών ήταν φτωχός, το επιλεχθέν σύστημα ενίσχυσης οδήγησε σε σημαντική αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης σε σύγκριση με τα απερίσφικτα δοκίμια. Τα δοκίμια με το συνδεμένο και ασύνδετο μανδύα FRC ενώ παρουσίασαν περίπου ίδιο ποσοστό αύξηση της αντοχής (σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο), συμπεριφέρθηκαν διαφορετικά σε όρους παραμόρφωσης. Στα δοκίμια με το συνδεμένο μανδύα η απώλεια της δυσκαμψίας ήταν σταδιακή, αντικατοπτρίζοντας μια βαθμιαία απώλεια του μανδύα ως αποτέλεσμα της ρηγμάτωσης του σκυροδέματος και της εγκάρσιας διόγκωσής του. Τα δοκίμια με τον ασύνδετο μανδύα παρουσίασαν πρόωρη απώλεια της δυσκαμψίας, η οποία ανακτήθηκε εξαιτίας της συμβολής του μανδύα καθώς η τάση πλησίαζε τη μέγιστη τιμή της, συνοδευόμενη από εγκάρσια διόγκωση. Η συμπεριφορά αυτή δείχνει ότι η σύνδεση του σκυροδέματος και του μανδύα FRC εξασφαλίζει καλύτερη επαφή μεταξύ υποστρώματος και μανδύα και έχει ως αποτέλεσμα μια πιο αποδοτική και αξιόπιστη μεταφορά των τάσεων καθώς και βελτίωση της παραμορφωσιμότητας.

112 87 Σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια η αστοχία συνέβη εξαιτίας της βαθμιαίας απώλειας της συνάφειας του μανδύα, λόγω του διαχωρισμού του πλέγματος και της ανόργανης μήτρας, που πολλές φορές συνοδευόταν από θραύση των ινών (Εικόνα 3.16). Τα ημι-εμπειρικά μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν για πρόβλεψη της αντοχής και της παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος έδειξαν πολύ καλή συμφωνία με τα μοντέλα που είχαν προταθεί πρωτύτερα για περίσφιξη με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα αλλά βασίζονται σε ένα περιορισμένο αριθμό δοκιμών και περαιτέρω μελέτη είναι αναγκαία για τη βελτίωση και την επαλήθευσή τους. α) β) Εικόνα 3.16 Μορφή αστοχίας των περισφιγμένων δοκιμίων με FRC: α) αστοχία λόγω θραύση των ινών, β) αστοχία λόγω διαχωρισμού του πλέγματος και της μήτρας. Ο Trapko (2013) πρότεινε ένα μοντέλο τάσης - παραμόρφωσης για περισφιγμένο σκυρόδεμα με μανδύα ινοπλέγματος σε ανόργανη (FRCM) και οργανική μήτρα (CFRP) το οποίο αναπτύχθηκε και επαληθεύτηκε από πειραματικά αποτελέσματα μικρών κυλινδρικών δοκιμίων ενισχυμένων με τους εν λόγω μανδύες. Η καμπύλη τάσης παραμόρφωσης είναι διγραμμική και αποτελείται από ένα μη γραμμικό κλάδο μέχρι την κρίσιμη παραμόρφωση ε k =3.5 (όπως στην περίπτωση του απερίσφικτου σκυροδέματος) και από ένα γραμμικό μέχρι την αστοχία. Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι το μοντέλο αυτό μπορεί να προβλέψει αποτελεσματικά τη συμπεριφορά κυλινδρικών δοκιμίων περισφιγμένων με FRCM και CFRP που δεν είναι εκτεθειμένα σε υψηλές θερμοκρασίες.

113 88 Ο Trapko (2014) μελέτησε τη συμπεριφορά 15 υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος διατομής mm και ύψους 1500 mm περισφιγμένων με μανδύα ινοπλέγματος σε τσιμεντοειδή μήτρα (FRCM) κατά τη διαμήκη ή/και εγκάρσια διεύθυνση που υποβάλλονταν σε έκκεντρη θλίψη (h/6 και h/12). Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι τα έκκεντρα φορτιζόμενα στοιχεία ενισχυμένα με σύνθετα υλικά παρουσιάζουν μεγάλη αύξηση της πλαστιμότητας και παραμορφωσιμότητάς σε σύγκριση με τα δοκίμια αναφοράς. Ωστόσο, ο τύπος του σύνθετου υλικού (FRCM ή FRP) επηρεάζει την απόκριση καθώς καλύτερη συνάφεια μεταξύ σκυροδέματος και σύνθετου υλικού παρατηρείται όταν το συνδετικό υλικό είναι η εποξειδική ρητίνη. Στα δοκίμια με το μανδύα FRCM η αστοχία των έκκεντρα φορτιζόμενων υποστυλωμάτων σηματοδοτείται από τη βαθμιαία απώλεια της συνάφειας του πλέγματος στην τελική στρώση (μήκος υπερκάλυψης) κάτι που οδηγεί σε σύνθλιψη του σκυροδέματος. Κατά τη θραύση των ενισχυμένων δοκιμίων η εγκάρσια παραμόρφωση του πλέγματος (BPO) ήταν μικρότερη από την παραμόρφωση που παρατηρήθηκε κατά τη δοκιμή εφελκυσμού του σύνθετου υλικού. Η παρουσία του μανδύα του σύνθετου υλικού κατά τη διαμήκη διεύθυνση οδήγησε σε αύξηση της δυσκαμψίας των υποστυλωμάτων επηρεάζοντας έτσι την τιμή της οριακής αξονικής παραμόρφωσης. Για υποστυλώματα με μανδύα FRCM και κατά την εγκάρσια και κατά τη διαμήκη διεύθυνση, η οριακή αξονική παραμόρφωση αυξάνεται με την αύξηση της εκκεντρότητας και εξαρτάται από τον αριθμό των εγκάρσιων στρώσεων FRCM. Παρατηρήθηκε ότι μεγαλύτερη αύξηση της φέρουσας ικανότητας επιτεύχθηκε με μανδύα μόνο κατά την εγκάρσια διεύθυνση σε σύγκριση με δοκίμια που είχαν ενισχυθεί με διαμήκεις και εγκάρσιες στρώσεις μανδύα. Αναμφίβολα, ο μανδύας FRCM κατά τη διαμήκη διεύθυνση βελτιώνει την παραμορφωσιμότητα έκκεντρα θλιβόμενων υποστυλωμάτων αλλά μειώνει την αξονική οριακή παραμόρφωση αστοχίας η οποία είναι υπεύθυνη για την αποκόλληση του μανδύα στην περιοχή υπερκάλυψης. Η αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης για έκκεντρα φορτιζόμενα υποστυλώματα μπορεί να είναι μεγαλύτερη για κυλινδρικά στοιχεία όπου ο μανδύας PBO παρουσιάζει καλύτερη συνάφεια με το σκυρόδεμα. Ο Ombre (2014) μελέτησε την απόκριση άοπλων κυλινδρικών υποστυλωμάτων περισφιγμένων με πλέγμα ινών PBO (Polypara-phenylene-benzo-bisthiazole) σε τσιμεντοειδή μήτρα (CFRCM) προκειμένου να διερευνήσει την αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης με το σύστημα αυτό και να προτείνει αναλυτικές σχέσεις που να χαρακτηρίζουν την καμπύλη τάσης παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος.

114 89 Οι παράμετροι διερεύνησης ήταν το ποσοστό και η κατεύθυνση των ινών του πλέγματος καθώς και η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος. α) β) γ) Εικόνα 3.17 α) πλέγμα ινών FBO, β) αστοχία δοκιμίου με κατεύθυνση ινών πλέγματος κατά 90 ο, γ) αστοχία δοκιμίου με κατεύθυνση ινών πλέγματος κατά 45 ο. Τα αποτελέσματα των δοκιμών οδήγησαν στα ακόλουθα συμπεράσματα: Το σύστημα ενίσχυσης από υψηλής αντοχής πλέγμα ινών εμποτισμένων σε τσιμεντοειδές μητρικό υλικό είναι αποτελεσματικό στην περίσφιξη του σκυροδέματος καθώς οδηγεί σε σημαντική αύξηση της μέγιστης αντοχής και της παραμόρφωσης. Τα δοκίμια αστόχησαν λόγω απώλεια συνάφειας της εξωτερικής στρώσης του μανδύα εξαιτίας του διαχωρισμού των ινών και της μήτρας. Η μέγιστη αντοχή και η οριακή παραμόρφωση αστοχίας του περισφιγμένου με ΙΑΜ (PBO FRCM) σκυροδέματος εξαρτώνται από τον αριθμό των στρώσεων του μανδύα και τον προσανατολισμό των ινών. Καλύτερα αποτελέσματα προέκυψαν σε δοκίμια όπου οι ίνες ήταν παράλληλες με τον κατακόρυφο άξονα (h=90 o ). Η πλαστιμότητα του περισφιγμένου σκυροδέματος με PBO FRCM αυξάνεται με τον αριθμό των στρώσεων του μανδύα. Μεγαλύτερες τιμές της πλαστιμότητας επιτεύχθηκαν σε δοκίμια όπου οι ίνες ήταν παράλληλες με τον άξονα των δοκιμίων.

115 90 Τα υπάρχοντα μοντέλα για περισφιγμένο σκυρόδεμα με ΙΟΠ υπερεκτιμούν και τη μέγιστη αντοχή και την παραμόρφωση του περισφιγμένου σκυροδέματος με PBO FRCM. Τα ημι-εμπειρικά μοντέλα που προέρχονται από πειραματικά δεδομένα και προτάθηκαν για την πρόβλεψη της μέγιστης αντοχής και της αντίστοιχης παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος με PBO FRCM βασίζονται σε έναν περιορισμένο αριθμό πειραματικών δεδομένων και συνεπώς απαιτείται περεταίρω μελέτη για τη βελτίωση και επαλήθευση των σχέσεων αυτών.. Οι Colajanni, Domenico et al. (2014) μελέτησαν τη συμπεριφορά σε μονοαξονική θλίψη υποστυλωμάτων μεσαίας κλίμακας, κυκλικής και τετραγωνικής διατομής περισφιγμένων με ένα σύστημα ινών PBO σε ανόργανη μήτρα (PBO-FRCM). Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε τη δοκιμή κυλινδρικών δοκιμίων διαμέτρων 154 mm και 200 mm, ύψους 335 mm και τετραγωνικών δοκιμίων mm, ύψους 425 mm ενισχυμένων με μανδύες διαφορετικής γεωμετρίας και αριθμού στρώσεων σε ανόργανη μήτρα. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η περίσφιγξη με το σύστημα PBO-FRCM προσδίδουν μια αξιοσημείωτη αύξηση στη θλιπτική αντοχή και την πλαστιμότητα η οποία σχετίζεται με τον αριθμό των στρώσεων και το μήκος επικάλυψης. Επιπλέον, το σύστημα αυτό είναι αρκετά αποδοτικό στην περίσφιγξη υποστυλωμάτων τετραγωνικής διατομής τόσο στην αύξηση της αντοχής όσο και της παραμόρφωσης. Τέλος, το θεωρητικό μοντέλο που προτάθηκε για το περισφιγμένο με PBO-FRCM σκυρόδεμα επαληθεύτηκε από τις εργαστηριακές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι αναλυτικές αυτές σχέσεις μπορούν να προβλέψουν αποτελεσματικά τη συμπεριφορά κυλινδρικών και τετραγωνικών δοκιμίων περισφιγμένων με ινες PBO σε ανόργανη μήτρα σε όρους αντοχής και παραμόρφωσης. Οι Colajanni, Fossetti and Macaluso (2014) μελέτησαν τη συμπεριφορά υποστυλωμάτων κυκλικής, τετραγωνικής και ορθογωνικής διατομής από άοπλο σκυρόδεμα χαμηλής αντοχής περισφιγμένων με ινοπλέγματα άνθρακα σε ανόργανη μήτρα που υποβάλλονταν σε μονοτονική και ανακυκλιζόμενη θλίψη. Στόχος ήταν να διερευνηθεί η επίδραση του επιπέδου περίσφιγξης, του σχήματος της διατομής και της ακτίνας καμπύλωσης των γωνιών στη δυσκαμψία, την αντοχή και την παραμόρφωση του περισφιγμένου σκυροδέματος.

116 91 Σχήμα 3.17 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης υπό μονοαξονική θλίψη. Τα αποτελέσματα των δοκιμών παρουσιάζονται συνοπτικά παρακάτω: Ο κλάδος της καμπύλης τάσης παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος με CFRCM υπό μονοαξονική φόρτιση μέχρι τη μέγιστη τάση είναι πάντα ίδια με την περιβάλλουσα της καμπύλης που αντιστοιχεί σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Στην περιοχή μετά τη μέγιστη τάση, όταν παρατηρείται κατιόν κλάδος, η καμπύλη της ανακυκλιζόμενης φόρτισης είναι κάτω από την αντίστοιχη της μονοαξονικής. Οι μανδύες CFRCM παρέχουν σημαντική αύξηση στη θλιπτική αντοχή, στην παραμόρφωση και στην απορροφούμενη ενέργεια. Η αύξηση του αριθμού των στρώσεων του μανδύα είναι γενικά αρκετά αποτελεσματική στην αύξηση της μέγιστης τάσης και λιγότερο αποτελεσματική στην αύξηση της οριακής παραμόρφωσης και της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας. Η διερεύνηση που έγινε σχετικά με την επίδραση του σχήματος της διατομής στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης επιβεβαίωσε ότι μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα επιτυγχάνεται σε κυκλικά υποστυλώματα. Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι σε ορθογωνικά υποστυλώματα με λόγο πλευρών ίσο με 2, η απώλεια της αποτελεσματικότητας της περίσφιγξης σε σύγκριση με τετραγωνικά υποστυλώματα δεν ήταν μεγάλη. Η ακτίνα καμπύλωσης των γωνιών πρισματικών διατομών είχε μικρή επιρροή στην απόκριση των περισφιγμένων δοκιμίων με CFRCM σε σύγκριση με περισφιγμένα με FRP δοκίμια. Μόνο στα ορθογωνικά υποστυλώματα (σειρά R) με τέσσερεις στρώσεις μανδύα CFRCM παρατηρήθηκε σημαντική βελτίωση της οριακής παραμόρφωσης και της απορροφούμενης ενέργειας.

117 92 Η αστοχία των περισφιγμένων δοκιμίων συνέβη όταν ο μανδύας CFRCM δεν μπορούσε να αντέξει την εγκάρσια διόγκωση του σκυροδέματος. Σε όλες τις περιπτώσεις η αστοχία οφειλόταν σε θραύση του μανδύα στη γωνία. Επιπλέον, η αστοχία των περισφιγμένων υποστυλωμάτων με CFRCM και σε μονοτονική και σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση ήταν λιγότερο απότομη σε σύγκριση με υποστυλώματα περισφιγμένα με FRP εξαιτίας της βαθμιαίας θραύσης των ινών.

118 93 4. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Η ενίσχυση υποστυλωμάτων υφιστάμενων κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα (Ο.Σ.) πολλές φορές προβάλλει σαν επιτακτική ανάγκη λόγω της ανεπάρκειας των παλαιών πρακτικών όπλισης οι οποίες περιλαμβάνουν αραιή διάταξη συνδετήρων, ελλιπή ποσότητα διαμήκους οπλισμού καθώς και λανθασμένη αγκύρωσή τους. Όπως, έχει ήδη αναφερθεί, η τεχνική της περίσφιγξης υποστυλωμάτων με σύνθετα υλικά (μανδύες ινοπλισμένων πολυμερών, κτλ) που αποσκοπεί στην αύξηση της αντοχής και της πλαστιμότητας χρησιμοποιείται αρκετά τα τελευταία χρόνια. Αν και υπάρχει μια πολύ καλύτερη κατανόηση της δομικής συμπεριφοράς των υποστυλωμάτων Ο.Σ. ενισχυμένων με μανδύες ινοπλισμένων πολυμερών τώρα από ότι πριν από 10 χρόνια, η τεχνολογία αυτή παραμένει σε στάδια ανάπτυξης και περισσότερη έρευνα είναι αναγκαία. Μέχρι στιγμής, κύριος στόχος της έρευνας ήταν η παρακολούθηση της συμπεριφοράς υποστυλωμάτων κυκλικής διατομής ενισχυμένα με μανδύες σύνθετων υλικών (ΙΟΠ). Ωστόσο, η συντριπτική πλειοψηφία των υποστυλωμάτων των κατασκευών είναι ορθογωνικής διατομής και αυτά θα πρέπει να μελετηθούν λεπτομερώς. Το πρόβλημα της ενίσχυσης υποστυλωμάτων ορθογωνικής διατομής έγκειται στο ότι λόγω της γεωμετρίας τους και όσο αυξάνεται ο λόγος των πλευρών τους οι τάσεις περίσφιγξης που προσφέρει ο μανδύας δεν κατανέμονται ομοιόμορφα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος πλευρών τόσο μικρότερη προκύπτει η περισφιγμένη επιφάνεια του σκυροδέματος και κατά συνέπεια η αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης. Επίσης, για ορθογωνικά υποστυλώματα η αιχμηρότητα των γωνιών παίζει σημαντικό ρόλο στην αποτελεσματικότητα περίσφιγξης του μανδύα δεδομένου ότι συγκέντρωση τάσεων στις γωνίες μπορεί να προκαλέσει πρόωρη αποκόλληση του μανδύα. Παρ όλο το μεγάλο αριθμό έρευνας στην ενίσχυση υποστυλωμάτων με ΙΟΠ, οι αναφορές στην παγκόσμια βιβλιογραφία και η διερεύνηση ενίσχυσης ορθογωνικών υποστυλωμάτων με μεγάλο λόγο πλευρών είναι αρκετά περιορισμένες. Για το λόγο αυτό αποτέλεσε κίνητρο για το Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών η απόπειρα περίσφιγξης υποστυλωμάτων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 με χρήση ινοπλισμένων πολυμερών από ίνες Άνθρακα (CFRP). Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται αρχικά την ενίσχυση ορθογωνικών υποστυλωμάτων με μεγάλο

119 94 λόγο πλευρών και αποτελεί τη συνέχεια μιας σειράς πειραμάτων που εκπονήθηκαν στο Εργαστήριο από τις μεταπτυχιακές φοιτήτριες Σταθοπούλου Μαρία και Σκορδά Μαρία. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, για την ενίσχυση των δοκιμίων εκτός από τη χρήση συνθετικών υλικών σε οργανική μήτρα, η οποία έχει σαν μέσο συγκόλλησης μήτρα εποξειδικής ρητίνης, μπορεί να χρησιμοποιηθούν συνθετικά υλικά σε ανόργανη μήτρα που έχει σαν βάση κάποιο τσιμεντοειδές κονίαμα. Η τεχνική της ενίσχυσης με μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ) αποτελεί μια καινοτομία που ξεκίνησε προ ολίγων ετών ακολουθώντας την αυξανόμενη παραγωγή δομικών κονιαμάτων υψηλών αντοχών. Η εν λόγω μέθοδος παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα στην εφαρμογή της και σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η σύγκριση της μεθόδου αυτής με τη μέθοδο ενίσχυσης με ινοπλισμένα πολυμερή σε εποξειδική ρητίνη ως προς τη συμπεριφορά των δοκιμίων κατά την αστοχία καθώς και την αποτελεσματικότητα της περίσφιξης. Το πειραματικό πρόγραμμα το οποίο διεξήχθη στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών το διάστημα Μάρτιος 2014 Φεβρουάριος 2015, περιλάμβανε την ενίσχυση 18 δοκιμίων, από τα οποία τα 12 ενισχύθηκαν με ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ FRP) και τα υπόλοιπα 4 με ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας (ΙΑΜ TRM). Στις ενότητες που ακολουθούν περιγράφεται αναλυτικά η πειραματική διαδικασία η οποία περιλαμβάνει την κατασκευή και την προετοιμασία των δοκιμίων, τις ιδιότητες των υλικών καθώς και την πειραματική διάταξη. 4.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Γεωμετρία και οπλισμός δοκιμίων Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται 18 δοκίμια υπό κλίμακα 3/5 τα οποία χωρίζονται σε δύο μεγάλες ομάδες. Η πρώτη ομάδα απαρτίζεται από υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:3, διαστάσεων διατομής 450mm 150mm, ύψους 770mm και ακτίνας καμπυλότητας 20mm. Η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:4, διαστάσεων διατομής 600mm 150mm, ύψους 770mm και ακτίνας καμπυλότητας 20mm. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διατομών καθώς και οι οπλισμοί των υποστυλωμάτων των δύο ομάδων παρουσιάζονται στους Πίνακες 4.1 και 4.2 αντίστοιχα.

120 95 Πίνακας 4.1 Γεωμετρικά χαρακτηριστικά δοκιμίων. Υποστύλωμα λόγου πλευρών 1:3 Υποστύλωμα λόγου πλευρών 1:4 h (mm) 450 h (mm) 600 b (mm) 150 b (mm) 150 H (mm) 770 H (mm) 770 R (mm) 20 R (mm) 20 A c (mm 2 ) A c (mm 2 ) Υποστύλωμα λόγου πλευρών 1:3 Πίνακας 4.2 Οπλισμοί διατομών. Υποστύλωμα λόγου πλευρών 1:4 Διαμήκης Οπλισμός 6Φ12 Διαμήκης Οπλισμός 8Φ12 Εγκάρσιος Οπλισμός Φ8/150mm Εγκάρσιος Οπλισμός Φ8/150mm Σχήμα 4.1 Διατομές και λεπτομέρειες όπλισης υποστυλωμάτων λόγου πλευρών 1:3 ( mm) και 1:4 ( mm).

121 Ονοματολογία δοκιμίων Τα δοκίμια της κάθε ομάδας χωρίστηκαν σε επιμέρους κατηγορίες ανάλογα με τον τρόπο ενίσχυσής τους με τα σύνθετα υλικά. Πιο συγκεκριμένα, στην 1 η ομάδα περιλαμβάνονται: 1 δοκίμιο χωρίς ενίσχυση δοκίμιο ελέγχου (control), 1 δοκίμιο με δύο στρώσεις υφάσματος από ίνες άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP), 3 δοκίμια με τρεις στρώσεις υφάσματος από ίνες άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και μια σειρά 6 αγκυρίων ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8' ', 1 δοκίμιο με τέσσερις στρώσεις πλέγματος από ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM), 1 δοκίμιο με τέσσερις στρώσεις πλέγματος από ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) και μια σειρά 6 αγκυρίων ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8' '. Στην 2 η ομάδα περιλαμβάνονται: 1 δοκίμιο χωρίς ενίσχυση δοκίμιο ελέγχου (control), 1 δοκίμιο με μια στρώση υφάσματος από ίνες άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP), 1 δοκίμιο με μια στρώση υφάσματος από ίνες άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8' ', 1 δοκίμιο με δύο στρώσεις υφάσματος από ίνες άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP), 3 δοκίμια με τρεις στρώσεις υφάσματος από ίνες άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8' ', 2 δοκίμια με δύο στρώσεις υφάσματος από ίνες άνθρακα και δύο στρώσεις υφάσματος τοποθετημένες τοπικά στις μικρές πλευρές της διατομής (μανδύας μορφής C) σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη και δύο σειρές 6 αγκυρίων ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8' ', 1 δοκίμιο με τέσσερις στρώσεις πλέγματος από ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM), 1 δοκίμιο με τέσσερις στρώσεις πλέγματος από ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) και δύο σειρές 6 αγκυρίων ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8' '. Στον Πίνακα 4.3 παρουσιάζονται συνοπτικά ο συμβολισμός και η ερμηνεία των δοκιμίων που εξετάστηκαν, ενώ στα Σχήματα τα αντίστοιχα σκαριφήματα.

122 97 C3 C4 Σχήμα 4.2 Δοκίμια χωρίς ενίσχυση (δοκίμια ελέγχου). II3 I4 & II4 1AhIII3 2ΑhI4 (α) 2AhIII4 2AhII4U Σχήμα 4.3 Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ΙΟΠ Tyfo SCH-41 Composite: α) λόγου πλευρών 3:1 ( mm), β) λόγου πλευρών 4:1 ( mm). (β) Σχήμα 4.4 Σκαρίφημα ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύα ΙΟΠ και αγκύρια ινών.

123 98 Τ_IV3 T_IV4 T_1AhIV3 T_2AhIV4 (α) (b) Σχήμα 4.5 Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ανόργανης μήτρας: α) λόγου πλευρών 3:1 ( mm), β) λόγου πλευρών 4:1 ( mm). (β) Σχήμα 4.6 Σκαρίφημα ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύα ανόργανης μήτρας και αγκύρια ινών.

124 99 1 η ομάδα Υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:3 Πίνακας 4.3 Ονοματολογία δοκιμίων. 2 η ομάδα Υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:4 Συμβολισμός Ερμηνεία Συμβολισμός Ερμηνεία C3 χωρίς ενίσχυση (ελέγχου) C4 χωρίς ενίσχυση (ελέγχου) II3 1AhIII3 T_IV3 T_1AhIV3 με δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) με τρεις στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και μια σειρά 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) και μια σειρά 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' I4 II4 2AhI4 2AhIII4 2AhII4U T_IV4 T_2AhIV4 με μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) με δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) με μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με τρεις στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με δύο στρώσεις υφάσματος και δύο στρώσεις τοπικού μανδύα ινών άνθρακα στις μικρές πλευρές σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' '

125 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ Γενικά Στις υποενότητες που ακολουθούν περιγράφονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή και την ενίσχυση των δοκιμίων καθώς και οι πειραματικές διαδικασίες για τον προσδιορισμό των βασικών μηχανικών ιδιοτήτων τους Σκυρόδεμα Το σκυρόδεμα που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων προήλθε από εργοστάσιο παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος, παραδόθηκε σε μια παρτίδα και ήταν κατηγορία αντοχής C12/15. Η επιλογή χαμηλής αντοχής σκυροδέματος έγινε με στόχο να προσεγγιστεί η αντοχή των υφιστάμενων υποστυλωμάτων παλαιότερων κτιρίων. Για την επαλήθευση της εγγυημένης αντοχής και κυρίως για τον προσδιορισμό της ακριβούς τιμής αντοχής του ελήφθησαν κατά τη σκυροδέτηση έξι δείγματα του σκυροδέματος σε κυβικές μήτρες πλευράς 150mm (Εικόνα 4.1), όπως προβλέπεται από τον Γερμανικό Κανονισμό DIN (1045). Μετά την πάροδο 28 ημερών οι κύβοι υποβλήθηκαν σε δοκιμή μονοτονικής θλίψης μέσω μιας μηχανής ελεγχόμενων μετατοπίσεων (R.M.U) με ικανότητα επιβολής θλιπτικού φορτίου έως 1200 kν. Εικόνα 4.1 Κυβικά δοκίμια σε χαλύβδινη μήτρα διαστάσεων mm. Μέχρι και σήμερα έχουν υποβληθεί σε δοκιμή θλίψης τρία κυβικά δοκίμια σκυροδέματος τα αποτελέσματα των οποίων συνοψίζονται στον Πίνακα 4.4. Στην πέμπτη

126 101 στήλη του πίνακα αυτού παρατίθενται οι αντίστοιχες τιμές κυλινδρικής αντοχής σκυροδέματος όπως προκύπτουν από αναγωγή. Η αναγωγή αντοχής κύβου πλευράς 150 mm f c,cube (MPa), σε αντοχή κυλίνδρου mm f c (ΜPa), έγινε με χρήση των παρακάτω εξισώσεων: f c ( f c,cube )fc,cube fc,cube 16 Pa (4.1α) f c ( f c,cube )fc,cube 16 fc,cube 30 Pa (4.1β) f c ( f c,cube )fc,cube 30 fc,cube (4.1γ) Μήτρα Χρόνος μετά τη σκυροδέτηση (ημέρες) Πίνακας 4.4 Τιμές θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος. Θλιπτικό φορτίο αστοχίας (kν) Θλιπτική αντοχή σκυροδέμα τος (MPa) Αναγωγή σε κυλινδρική αντοχή (MPa) Μέσος όρος κυβικής θλιπτικής αντοχής (MPa) Μέσος όρος κυλινδρικής θλιπτικής αντοχής (MPa) Σταθερή αρθρωτή κεφαλή Έμβολο επιβολής των μετακινήσεων Εικόνα 4.2 Μηχανή πειραματικού προσδιορισμού θλιπτικής αντοχής. Έμβολο ελέγχου του ρυθμού επιβολής μετακινήσεων Μοχλός καθορισμού της φοράς επιβολής των μετακινήσεων

127 102 Εικόνα 4.3 Δοκιμή θλίψης κυβικού δοκιμίου πρότυπων διαστάσεων Χάλυβας Ο χάλυβας που χρησιμοποιήθηκε ως διαμήκης οπλισμός ήταν νευροχάλυβας διαμέτρου 12 mm (Φ12) και ποιότητας Β500C ενώ ως εγκάρσιος οπλισμός χρησιμοποιήθηκε νευροχάλυβας διαμέτρου 8 mm (Φ8) της ίδιας ποιότητας. Για τον προσδιορισμό του ορίου διαρροής (f y ) του χρησιμοποιούμενου χάλυβα πραγματοποιήθηκε δοκιμή μονοαξονικού εφελκυσμού μιας ράβδου Φ12. Η φόρτιση της ράβδου έγινε μονοτονικά μέσω επιβολής ελεγχόμενων εφελκυστικών μετατοπίσεων στην μηχανή M.T.S. Η μηχανή M.T.S είναι μία υδραυλική μηχανή θλίψης, εφελκυσμού και κόπωσης με ικανότητα επιβολής εφελκυστικού φορτίου έως και 250 kn. (Εικόνα 4.4). Ο ρυθμός επιβολής της μετακίνησης ήταν 0.2 mm/sec. Ο τρόπος αστοχίας έγινε με την δημιουργία λαιμού (στένωση) πάνω από το μέσο του ελεύθερου μήκους του χάλυβα (Εικόνα 4.5). Το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης καθώς και η τιμή του ορίου διαρροής φαίνεται παρακάτω. πλαίσιο δυναμοκυψέλη έλεγχος πίεσης στις αρπάγες αρπάγες κινούμενο έμβολο Εικόνα 4.4 Μηχανή εφελκυσμού M.T.S. δημιουργία στένωσης κατά τη θραύση

128 103 όργανο καταγραφής της μετατόπισης Εικόνα 4.5 Δοκιμή εφελκυσμού νευροχάλυβα Φ12 στην M.T.S. Σχήμα 4.7 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης νευροχάλυβα Φ12 ποιότητας Β500C. Πίνακας 4.5 Μηχανικά χαρακτηριστικά ράβδου Φ12. Τάση διαρροής Παραμόρφωση Τάση αστοχίας Παραμόρφωση Ράβδος f y (MPa) διαρροής (%) f u (MPa) αστοχίας (%) Φ

129 Ίνες Ύφασμα ινών άνθρακα Για την ενίσχυση των δοκιμίων με ινοπλισμένα πολυμερή χρησιμοποιήθηκε εμπορικό ύφασμα ινών άνθρακα μιας διεύθυνσης (unidirectional) όπου οι ίνες συγκρατούνται μεταξύ τους με ένα κάναβο από ίνες πολυπροπυλενίου (Εικόνα 4.6). Η εμπορική ονομασία του υφάσματος αυτού είναι Tyfo SCH-41 reinforcing fabric και η προμήθειά του έγινε από την εταιρία FYFE μαζί με τη ρητίνη Tyfo S Epoxy, η οποία παρέχεται σε συνδυασμό με το ύφασμα από τη ίδια την εταιρία ως σύστημα ενίσχυσης. Η εμπορική ονομασία του προκύπτοντος συστήματος ενίσχυσης (σύνθετο υλικό) είναι Tyfo SCH-41 Composite. Το ονομαστικό πάχος του φύλλου ανέρχεται στο 0.37 mm και στο εμπόριο διατίθεται σε μορφή ρολού πλάτους 60 cm. Τα μηχανικά χαρακτηριστικά των ινών άνθρακα καθώς και του συνθέτου προκύπτοντος υλικού παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.6. Εικόνα 4.6 Ύφασμα συνεχών ινών άνθρακα (Tyfo SCH-41 reinforcing fabric). Πίνακας 4.6 Μηχανικά χαρακτηριστικά υφάσματος (Tyfo SCH-41 fabric) και μηχανικά χαρακτηριστικά προκύπτοντος συνθετικού υλικού (Tyfo SCH-41 Composite). Ίνες άνθρακα υφάσματος (Tyfo SCH-41 fabric) Σύνθετο υλικό (Tyfo SCH-41 Composite) Εφελκυστική Αντοχή (GPa) Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Μέγιστη παραμόρφ. (%) Πάχος (mm) Πυκνότητα (g/cm 3 ) Ελάχιστο βάρος ανά τετραγ. μέτρο (g/m 2 ) 644 -

130 Πλέγμα ινών άνθρακα Για την ενίσχυση των δοκιμίων με ινόπλεγμα σε ανόργανη μήτρα έγινε χρήση πλέγματος συνεχών ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 ο /90 ο όπου οι κλώνοι δεν ήταν εμποτισμένοι με πολυμερή. Η αντικατάσταση του υφάσματος από πλέγμα, στην περίπτωση της χρήσης ανόργανης μήτρας, έγινε με σκοπό τη βελτίωση των συνθηκών συνάφειας και την ισχυροποίηση των δεσμών μεταξύ ινών και μήτρας, λόγω των βροχίδων που αυτά περιλαμβάνουν. Επίσης λόγω των βροχίδων του πλέγματος, ο βαθμός εμποτισμού που επιτυγχάνεται με την τσιμεντοειδή μήτρα είναι ικανοποιητικός. Το ινόπλεγμα που χρησιμοποιήθηκε αγοράστηκε από την εταιρεία SAERTEX και ήταν διαθέσιμο σε ρολό πλάτους ενός μέτρου και τριάντα εκατοστών και για τις ανάγκες της ενίσχυσης κοβόταν με τη βοήθεια ψαλιδιού στο επιθυμητό πλάτος (0.77m) και μήκος. Όπως επισημάνθηκε παραπάνω, το πλέγμα αποτελείται από κλώνους ινών άνθρακα πλεγμένους ισόποσα σε δύο ορθογώνιες μεταξύ τους διευθύνσεις έτσι ώστε η ποσότητα των ινών στη διεύθυνση περιτύλιξης (εγκάρσια διεύθυνση) να αντιστοιχεί στο 50% του συνολικού βάρους του πλέγματος. Η πλέξη του συνίσταται αρχικά στην απλή τοποθέτηση των εγκάρσιων κλώνων πάνω στους διαμήκεις και στη συνέχεια στη διασύνδεσή τους με ίνες πολυπροπυλενίου. Η γεωμετρική διάταξη των ινών του πλέγματος φαίνεται στην Εικόνα 4.7. Κάθε κλώνος ινών έχει πλάτος 3 mm και το καθαρό άνοιγμα μεταξύ των κλώνων (άνοιγμα βροχίδας) είναι 7 mm (Σχήμα 4.8). Στον Πίνακα 4.7 παρατίθενται στοιχεία για το πλέγμα όπως το μέτρο ελαστικότητας, η εφελκυστική αντοχή και η πυκνότητα των ινών. Επίσης, αναφέρονται και άλλα στοιχεία όπως η μάζα του ινοπλέγματος ανά μονάδα επιφάνειας, η κατανομή των ινών στις δύο διευθύνσεις καθώς και οι αποστάσεις μεταξύ των κλώνων. Εικόνα 4.7 Πλέγμα ινών άνθρακα που χρησιμοποιήθηκε για την ενίσχυση των δοκιμίων.

131 7 mm 10 mm mm Ίσο ποσοστό ινών κατά τις δύο διευθύνσεις 3 mm 7 mm Σχήμα 4.8 Γεωμετρία πλέγματος. Πίνακας 4.7 Ιδιότητες πλέγματος ινών άνθρακα. Ιδιότητες ινών άνθρακα Μέτρο ελαστικότητας ινών Εφελκυστική Αντοχή ινών 225 GPa 3800 MPa Κατανομή ινών ανά διεύθυνση Μάζα ανά τετραγωνικό μέτρο 348 gr/m 2 Πυκνότητα ινών 1.8 gr/cm 3 Καθαρό άνοιγμα βροχίδας Αξονική απόσταση κλώνων 7 mm 10 mm Η επιφάνεια διατομής των ινών Α f σε ένα πλέγμα δίνεται από τον τύπο: A f = t f b (4.1) όπου: t f = το ισοδύναμο πάχος των ινών b = το πλάτος της λωρίδας του πλέγματος

132 107 Ως ισοδύναμο πλάτος της λωρίδας του πλέγματος b ορίζεται το θεωρητικό πλάτος που προκύπτει από το γινόμενο του αριθμού των κλώνων του πλέγματος στη θεωρούμενη διεύθυνση επί την αξονική τους απόσταση. Το ισοδύναμο πάχος των ινών t f δίνεται από τον τύπο: (4.2) όπου: m d = η επιφανειακή μάζα του πλέγματος στην εξεταζόμενη διεύθυνση ινών ρ f = η πυκνότητα των ινών n = ο αριθμός των στρώσεων Θα πρέπει να επισημανθεί ότι στην περίπτωση του πλέγματος μόνο οι οριζόντιοι κλώνοι θεωρείται ότι ενεργοποιούνται και προσφέρουν περίσφιγξη, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς η μισή μάζα, ήτοι: 348/2 = 174 gr/m 2. Το ονομαστικό πάχος μιας στρώσης πλέγματος υπολογίζεται ως εξής: Επομένως για να είναι ισοδύναμα τα δυο συστήματα ενίσχυσης που εξετάστηκαν, στα δοκίμια που ενισχύθηκαν με πλέγματα συνεχών ινών άνθρακα κατέστη αναγκαία η χρήση τεσσάρων στρώσεων, σε αντιστοιχία με τη μια στρώση που εφαρμόσθηκε στα δοκίμια που ενισχύθηκαν με υφάσματα. Το συνολικό βάρος των ινών που χρησιμοποιήθηκαν στις δυο μεθόδους ήταν σχεδόν ίδιο, καθώς για τη μέθοδο ΙΟΠ το βάρος της μία στρώσης υφάσματος συνεχών ινών άνθρακα ήταν 644 gr/m², ενώ για τη μέθοδο ΙΑΜ το συνολικό βάρος κατά τη διεύθυνση που ενεργοποιήθηκε (εγκάρσια διεύθυνση) ήταν 4*(348/2) = 696 gr/m².

133 Αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου (CFRP anchors) Τα αγκύρια μορφής θυσάνου ινών άνθρακα που χρησιμοποιήθηκαν αποτελούνται από ίνες άνθρακα μιας διεύθυνσης διαμέτρου 3/8ˈˈ (Εικόνα 4.8). H εμπορική τους ονομασία είναι Tyfo SCH Carbon Composite Anchors και η διάθεσή τους έγινε από την εταιρία FYFE. Ο προμηθευτής συστήνει την χρήση τους σε συνδυασμό με τη ρητίνη Tyfo S Epoxy, που αναφέρεται στη συνέχεια, ως μήτρα. Για το προκύπτων σύνθετο υλικό, ο προμηθευτής δίνει τις εξής μηχανικές ιδιότητες (Test Values): εφελκυστική αντοχή παράλληλα με τη διεύθυνση των ινών 834 MPa, παραμόρφωση αστοχίας σε εφελκυσμό 0.85%, μέτρο ελαστικότητας 82.1 GPa. Ο τρόπος εφαρμογής τους παρουσιάζεται μαζί με τη διαδικασία ενίσχυσης των δοκιμίων. Οι μηχανικές ιδιότητες των χρησιμοποιούμενων αγκυρίων μορφής θυσάνου ινών άνθρακα σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης παρουσιάζονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 4.8. Εικόνα 4.8 Χρησιμοποιούμενα αγκύρια μορφής θυσάνου ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8ˈˈ (Tyfo SCH Carbon Composite Anchors). Πίνακας 4.8 Μηχανικά χαρακτηριστικά Tyfo SCH Carbon Composite Anchors 1. Εφελκυστική αντοχή (MPa) Μέτρο Ελαστικότητας (GPa) Παραμόρφωση αστοχίας (%) Σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης Tyfo S Epoxy (Composite Gross Laminate Properties Test Values).

134 Συγκολλητικές ουσίες Εποξειδική ρητίνη Η ρητίνη που χρησιμοποιήθηκε ως μήτρα και ταυτόχρονα κόλλα για την ενίσχυση των δοκιμίων είναι εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών, Α και Β, με εμπορική ονομασία Tyfo S Epoxy (Εικόνα 4.9). Η διάθεση της ρητίνης έγινε από την εταιρία FYFE. Η αναλογία ανάμιξής της είναι 100 μέρη συστατικού Α με 42 μέρη συστατικού Β κατ όγκο (ή 100 μέρη συστατικού Α με 34.5 μέρη συστατικού Β κατά βάρος). Πλεονεκτεί στο μεγάλο χρόνο εργασιμότητας, καθώς και στις θερμοκρασίες εφαρμογής της, καθώς μπορεί να εφαρμοστεί για θερμοκρασίες περιβάλλοντος από 4 ο έως 32 ο C. Η ρητίνη αυτή μπορεί να γίνει πιο παχύρευστη με τη χρήση σκόνης από ατμισμένη πυριτία που φέρει το όνομα Cab-O-Sil TS-270, έτσι ώστε να παραχθεί ένα προϊόν με μεγαλύτερο ιξώδες που ονομάζεται Tyfo WS Epoxy το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αρχική ή τελική επίστρωση ανάλογα με τις απαιτήσεις του έργου. Οι ιδιότητες του υλικού, όπως προσδιορίστηκαν από τον κατασκευαστή παρατίθενται στον Πίνακα 4.9. Εικόνα 4.9 Χρησιμοποιούμενη εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών (Tyfo S Epoxy). Πίνακας 4.9 Ιδιότητες χρησιμοποιούμενης εποξειδικής ρητίνης Tyfo S Epoxy. Εφελκυστική αντοχή (MPa) 72.4 Μέτρο ελαστικότητας (GPa) 3.18 Παραμόρφωση αστοχίας (%) 5.0 Θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης Τ g ( o C) 82 Εφελκυστική αντοχή από κάμψη (MPa) 123.4

135 Κονίαμα ανόργανης μήτρας Το κονίαμα που επιλέχθηκε ως συγκολλητική ουσία μεταξύ των ινών του πλέγματος ήταν ένα θιξοτροπικό μείγμα λεπτόκοκκου τσιμεντοκονιάματος που περιείχε στην σύνθεση του και ποσότητα πολυμερών. Η εμπορική ονομασία του είναι Tyfo C-Matrix και διατίθεται από την εταιρεία FYFE EUROPE S.A. Με βάση την εταιρεία παραγωγής ο προτεινόμενος λόγος του νερού προς το κονίαμα είναι 0.15~0.18. Η συνιστώμενη ποσότητα του νερού μπορεί να προσαρμοστεί έτσι ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη εργασιμότητα του μίγματος, αν όμως η πρόσθετη ποσότητα νερού ξεπεράσει το 10% της προτεινόμενης μπορεί να οδηγήσει ακόμα και σε πτώση των μηχανικών ιδιοτήτων. Για την ενίσχυση των δοκιμίων ο λόγος νερού προς κονία που υιοθετήθηκε ήταν Στον Πίνακα 4.10 παρουσιάζονται οι ιδιότητες του χρησιμοποιούμενου κονιάματος έτσι όπως δίδονται από την εταιρεία παραγωγής. Πίνακας 4.10 Ιδιότητες χρησιμοποιούμενου κονιάματος Tyfo C-Matrix. Πυκνότητα (kg/m 3 ) 1540 ± 40 Πυκνότητα νωπού κονιάματος (kg/m 3 ) ± 50 Εφελκυστική αντοχή από κάμψη (MPa) Θλιπτική αντοχή (MPa) 7 μέρες μέρες μέρες μέρες 25 Πρόσφυση στη βάση (MPa) 1.5 Προκειμένου να προσδιοριστεί η εφελκυστική και θλιπτική αντοχή του κονιάματος ελήφθησαν πρισματικά δοκίμια διατομής mm. Η διαδικασία για την λήψη των δοκιμίων ήταν απλή. Γινόταν έγχυση ποσότητας από το ίδιο κονίαμα που εφαρμοζόταν στην ενίσχυση, σε ειδικούς μεταλλοτύπους (μεταλλικά καλούπια) περίπου μέχρι το μέσο του ύψους τους. Ακολουθούσε μικρή δόνηση με στόχο τη συμπύκνωση του κονιάματος και στην συνέχεια πλήρωση των μεταλλοτύπων μέχρι την ανώτερη επιφάνειά τους. Μετά το πέρας της πλήρωσης των μεταλλοτύπων, ξαναγινόταν δόνηση έτσι ώστε να μην υπάρξει διαχωρισμός των δύο στρώσεων. Την επόμενη μέρα γινόταν το ξεκαλούπωμα των δοκιμίων. Η συντήρηση των δοκιμίων έγινε κάτω από τις ίδιες συνθήκες με εκείνες των υποστυλωμάτων. Αξίζει να σημειωθεί πως πριν την έγχυση της ποσότητας του κονιάματος

136 111 εντός των μεταλλικών τύπων είχε προηγηθεί επάλειψη των εσωτερικών επιφανειών τους με λινέλαιο, προκειμένου να διευκολυνθεί η αφαίρεση των δοκιμίων μετά την σκλήρυνση του κονιάματος. Εικόνα 4.10 Παρασκευή πρισματικών δοκιμίων. Μετά την πάροδο 28 ημερών τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε δοκιμές κάμψης και θλίψης μέσω της σερβοϋδραυλικής μηχανής MTS (Universal Testing Machine) ικανότητας 250 KN σύμφωνα με το ΕΝ (1993) προκειμένου να προσδιοριστεί η αντοχή του κονιάματος. Για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής του αντοχής, τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε μονοτονική δοκιμή κάμψης τριών σημείων μέσω ειδικής διάταξης (άρθρωση) που τοποθετήθηκε και στερεώθηκε στη συσκευή μέσω των αρπαγών. Η φόρτιση γινόταν στο μέσο του ανοίγματος (L ανοιγμ = 100 mm) και ο ρυθμός επιβολής μετακίνησης από το έμβολο ήταν 0.5 mm/min (Εικόνα 4.11). Ο έλεγχος της φόρτισης καθώς και η καταγραφή της καμπύλης του φορτίου συναρτήσει της μετατόπισης έγινε μέσω λογισμικού ηλεκτρονικού υπολογιστή ο οποίος ήταν συνδεδεμένος με τη μηχανή επιβολής των μετατοπίσεων. Η καμπύλη του φορτίου με τη μετατόπιση είχε τη γνωστή γραμμικά ελαστική συμπεριφορά μέχρι την αστοχία η οποία επήλθε με την διάνοιξη μίας ρωγμής στο μέσο περίπου κάθε δοκιμίου. Το μέγιστο φορτίο (P max ) που καταγράφηκε κατά τη διάρκεια της δοκιμής χρησιμοποιήθηκε για την εύρεση της εφελκυστικής αντοχής. Τα δύο μέρη που προέκυψαν εξαιτίας της θραύσης χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια της πειραματικής διαδικασίας για την εύρεση της θλιπτικής αντοχής (Σχήμα 4.9, Εικόνα 4.11). Για τη δοκιμή θλίψης χρησιμοποιήθηκαν τετραγωνικές πλάκες διατάσεων mm οι οποίες τοποθετήθηκαν ευθυγραμμισμένες στην άνω και κάτω επιφάνεια των δοκιμίων ώστε να επιτυγχάνεται ομοιόμορφη μεταφορά του φορτίου. Ο ρυθμός επιβολής της μετακίνησης από το έμβολο για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αντοχής ήταν 0.2 mm/min.

137 112 α) τετραγωνική πλάκα mm Σχήμα 4.9 α) Δοκιμή κάμψης τριών σημείων του κονιάματος της ανόργανης μήτρας, β) δοκιμή θλίψης των επιμέρους τμημάτων. β) α) β) γ) Εικόνα 4.11 Στιγμιότυπα από τη δοκιμή για τον προσδιορισμός της εφελκυστικής αντοχής του κονιάματος: α),β) δοκιμή κάμψης τριών σημείων, γ) επιμέρους τμήματα. Μεταλλική πλάκα mm Εικόνα 4.12 Στιγμιότυπα από τη δοκιμή για τον προσδιορισμός της θλιπτικής αντοχής του κονιάματος.

138 113 Τα μέγιστα φορτία που καταγράφηκαν χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής και θλιπτικής αντοχής του κονιάματος. Η εφελκυστική αντοχή δίνεται από τον τύπο: Pmax L / 4 h Pmax L y bh /12 2 bh (4.3) όπου: P max = το μέγιστο φορτίο που καταγράφεται L= το ελεύθερο μήκος μεταξύ των στηρίξεων b = το πλάτος του δοκιμίου h = το ύψος του δοκιμίου Η θλιπτική τάση δίνεται από τον τύπο: P max (4.4) A Όπου P max είναι το μέγιστο φορτίο που καταγράφεται και Α το εμβαδόν επαφής του δοκιμίου με τις μεταλλικές πλάκες. Στους Πίνακες 4.11 και 4.12 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την δοκιμή των πρισματικών δοκιμίων. Η τελική τιμή προέκυψε από τον μέσο όρο των μετρήσεων. Πίνακας 4.11 Θλιπτική αντοχή κονιάματος σε ηλικία 28 ημερών. Θλιπτική αντοχή Δοκίμιο P (KN) σ (MPa) Δ1α M.O. σ (MPa) Δ1β Δ2α Δ2β Δ3α Δ3β

139 114 Πίνακας 4.12 Εφελκυστική αντοχή κονιάματος σε ηλικία 28 ημερών. Εφελκυσμός σε κάμψη Δοκίμιο P (KN) σ (MPa) Δ Δ M.O. σ (MPa) 3.91 Δ Κονίαμα επιπέδωσης Προκειμένου να υπάρχει ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου κατά τη δοκιμή θλίψης πραγματοποιήθηκε επιπέδωση των άνω και κάτω επιφανειών των δοκιμίων χρησιμοποιώντας ινοπλισμένο θιξοτροπικό μη συρρικνούμενο κονίαμα που έχει την εμπορική ονομασία Mapegrout Thixotropic (Εικόνα 4.13) με αναλογία μίξης με νερό 100:16 κατά βάρος (περίπου λίτρα ανά σάκο 25 kg). Οι ιδιότητες του υλικού όπως διατίθενται από την προμηθεύτρια εταιρία MAPEI παρουσιάζονται στον Πίνακα Πίνακας 4.13 Ιδιότητες κονιάματος Mapegrout Thixotropic. Μέγιστη θλιπτική αντοχή (MPa) > 20 μετά από 1 ημέρα > 45 μετά από 7 ημέρες > 60 μετά από 7 ημέρες Μέτρο ελαστικότητας (MPa) 26 Εικόνα 4.13 Χρησιμοποιούμενο κονίαμα Mapegrout Thixotropic για επιπέδωση επιφανειών.

140 ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ - ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Γενικά Στην ενότητα αυτή περιγράφονται όλες που διαδικασίες που ακολουθήθηκαν από την κατασκευή των δοκιμίων έως την ενίσχυσή τους, οι οποίες συνοδεύονται από πλούσιο φωτογραφικό υλικό για καλύτερη εποπτεία. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να υπογραμμιστεί ότι η σκυροδέτηση των δοκιμίων πραγματοποιήθηκε τον Ιούλιο του 2013 παρουσία των τότε μεταπτυχιακών φοιτητριών Σταθοπούλου Μαρίας και Σκορδά Μαρίας καθώς και των προπτυχιακών φοιτητών που εκπονούσαν τη διπλωματική τους εργασία εκείνη την περίοδο. Ωστόσο, για λόγους πληρότητας παρουσιάζονται παρακάτω συνοπτικά οι διεργασίες προετοιμασίας των καλουπιών, τοποθέτησης των οπλισμών, σκυροδέτησης και συντήρησης των δοκιμίων. Στη συνέχεια, περιγράφονται αναλυτικά οι εργασίες προετοιμασίας των δοκιμίων πριν την ενίσχυση καθώς οι διαδικασίες ενίσχυσης ενός δοκιμίου από κάθε κατηγορία. Η ενίσχυση των δοκιμίων, η οποία δεν έγινε για όλα τα δοκίμια ταυτόχρονα, αλλά σύμφωνα με τον ανάλογο χρονικό προγραμματισμό, ακολούθησε τις εξής φάσεις: Συντήρηση των προς ενίσχυση δοκιμίων για την κατά το δυνατόν μείωση της υγρασίας του σκυροδέματος Κατάλληλη προετοιμασία της επιφάνειας επικόλλησης του μανδύα. Διάνοιξη οπών στις κατάλληλες θέσεις για τις περιπτώσεις ενισχύσεων που περιλαμβάνουν τα αγκύρια ινών. Τοποθέτηση των υφασμάτων και των αγκυρίων (όπου τα τελευταία περιλαμβάνονται). Συντήρηση των ενισχυμένων δοκιμίων για τη σκλήρυνση του πολυμερικού υλικού Κατασκευή δοκιμίων Τα καλούπια των δοκιμίων που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ξύλινα και η κατασκευή τους πραγματοποιήθηκε από έμπειρο τεχνικό προσωπικό. Για τη δημιουργία καμπύλωσης στις γωνίες των δοκιμίων προκειμένου να αποφευχθεί η συγκέντρωση τάσεων κατά την εφαρμογή των υφασμάτων ενίσχυσης τοποθετήθηκαν στις γωνίες είτε φελιζόλ όπου είχαν στην εσωτερική πλευρά γωνία καμπυλότητας 20 mm είτε κομμάτια σωλήνων PVC (Εικόνα 4.14). Μετά το τέλος της τοποθέτησης των γωνιακών ακολούθησε η τοποθέτηση

141 116 του οπλισμού στο ξυλότυπο χρησιμοποιώντας κατάλληλους αποστάτες ώστε να επιτευχθεί επικάλυψη 1.5 cm. Εδώ θα πρέπει να επισημανθεί ότι η επικάλυψη της τάξης του 1.5 cm θεωρείτε ιδιαίτερα μικρή για τις νεόκτιστες κατασκευές. Παρ όλα αυτά είναι αρκετά αντιπροσωπευτική για τα κτίρια που χτίζονταν πριν από μία εικοσαετία. Οι αποστάτες που χρησιμοποιήθηκαν στο εν λόγω πείραμα παράγονται από την εταιρία Plasteka EΠΕ και χορηγήθηκαν από την εταιρία χωρίς καμία οικονομική επιβάρυνση. α) β) γ) δ) ε) Εικόνα 4.14 α) φελιζόλ, β) τοποθέτηση των κομμένων φελιζόλ στις γωνίες των καλουπιών, γ) σωλήνες PVC, δ) κόψιμο σωλήνα με τον τροχό, ε) τοποθέτηση κομματιού του σωλήνα στη γωνία για να επιτευχθεί η επιθυμητή καμπυλότητα. Η σκυροδέτηση των 24 δοκιμίων έγινε την ίδια ημέρα, η δόνηση του σκυροδέματος έγινε από έμπειρο προσωπικό και τηρήθηκε η συνθήκη του συνεχούς καταβρέγματος για 28 ημέρες ώστε να λάβουν τα δοκίμια τη μέγιστη αντοχή τους. Κατά τη σκυροδέτηση, η οποία πραγματοποιήθηκε τον Ιούλιο του 2013, έγινε δόνηση του σκυροδέματος προκειμένου να αφαιρεθεί η ποσότητα του εγκλωβισμένου αέρα και το

142 117 σκυρόδεμα να κατανεμηθεί ομοιόμορφα και στα 48 υποστυλώματα. Ταυτόχρονα λήφθηκαν έξη κυβικά δοκίμια 15cm 15cm σε μεταλλικές μήτρες τα οποία δονήθηκαν κατάλληλα με μεταλλική ράβδο. Η συντήρηση τόσο των δοκιμίων όσο και των κυβικών μητρών ήταν ίδια και περιλάμβανε τοποθέτηση λινατσών και διαβροχή των επιφανειών. Η αφαίρεση των ξυλοτύπων πραγματοποιήθηκε πέντε ημέρες μετά τη σκυροδέτηση και η διαβροχή των δοκιμίων συνεχίστηκε για μία εβδομάδα ακόμη με συχνότητα διαβροχής τρεις φορές την ημέρα. α) β) γ) δ) Εικόνα 4.15 α) Τοποθέτηση αποστατών περιμετρικά του οπλισμού, β) αποστάτης στρογγυλός 15 mm που χρησιμοποιήθηκε περιμετρικά, γ) αποστάτης 15 mmπου χρησιμοποιήθηκε στο κάτω μέρος του οπλισμού, δ) τοποθέτηση οπλισμών στους ξυλοτύπους.

143 118 α) β) Εικόνα 4.16 α) Έγχυση και δόνηση νωπού σκυροδέματος στα καλούπια, β) επιπέδωση νωπού σκυροδέματος στην άνω πλευρά των δοκιμίων. α) β) Εικόνα 4.17 α) Κυβικά δοκίμια 15 15cm, β) τοποθέτηση λινατσών για συντήρηση του σκυροδέματος. Εικόνα 4.18 Ξεκαλούπωμα και στοίβαξη των δοκιμίων.

144 Εργασίες πριν την ενίσχυση Επιπέδωση υποστυλωμάτων Για τη δοκιμή θλίψης των δοκιμίων κρίθηκε απαραίτητη η επιπέδωση των άνω και κάτω επιφανειών τους καθώς μετά τη σκυροδέτηση ορισμένες επιφάνειες δεν ήταν απόλυτα επίπεδες. Η επιπέδωση πραγματοποιήθηκε με την προσθήκη ενός στρώματος τσιμεντοειδούς ταχύπηκτου κονιάματος πάχους cm στην κάθε πλευρά. Η εμπορική ονομασία του χρησιμοποιούμενου κονιάματος είναι Mapegrout Thixotropic. α) β) γ) δ) ε) η) ζ) Εικόνα 4.19 Στιγμιότυπα από τη διαδικασία της επιπέδωσης: α) τοποθέτηση κονιάματος Mapegrout Thixotropic σε κουβά, β) προσθήκη νερού, γ) ανάμιξη κονιάματος και νερού μέχρι την ομογενοποίηση του μίγματος, δ) διαβροχή με νερό της επιφάνειας όπου πρόκειται να επιπεδωθεί, ε) τοποθέτηση κονιάματος πάνω στην επιφάνεια του δοκιμίου, ζ) έλεγχος της επιπεδότητας, η) επιπέδωση υποστυλώματος.

145 Τρόχισμα επιφανειών υποστυλωμάτων Προτού ξεκινήσει η διαδικασία εφαρμογής συνθέτων υλικών στα δοκίμια προετοιμάστηκε κατάλληλα η επιφάνεια αυτών. Αρχικά, με χρήση ηλεκτρικού τριβείου λειάνθηκαν οι επιφάνειες μέχρι απομακρύνσεως της επιφανειακής στρώσης τσιμεντοπολτού και αποκαλύψεως των αδρανών. Με τον τρόπο αυτό βελτιώνεται η συνάφεια συνθέτου υλικού υποστρώματος και ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος τραυματισμού του μανδύα από τυχόν εξογκώματα. Επιπλέον, με χρήση του ιδίου τριβείου καμπυλώθηκαν οι γωνίες των υποστυλωμάτων, μέχρι ακτίνας καμπυλότητας 20 mm. Η διαδικασία αυτή είχε προβλεφθεί από τη φάση καλουπώματος, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, και οι τέσσερις γωνίες κάθε υποστυλώματος ήταν ήδη καμπυλωμένες. Η καμπύλωση των γωνιών των δοκιμίων στις περιοχές εφαρμογής μανδύα, αποσκοπεί στην αποτελεσματικότερη εφαρμογή τάσεων περίσφιγξης, αλλά και στην αποφυγή πρόωρης αστοχίας του μανδύα λόγω συγκεντρώσεως τάσεων στις γωνίες. Εικόνα 4.20 Τρόχισμα των επιφανειών των δοκιμίων για απομάκρυνση της επιφανειακής στρώσης του τσιμεντοπολτού και αποκάλυψη των αδρανών και καμπύλωση των γωνιών μέχρι ακτίνας καμπυλότητας 20 mm Διάνοιξη οπών αγκυρίων Για την τοποθέτηση των αγκυρίων ινών άνθρακα με τη μορφή θυσάνου χρειάστηκε το άνοιγμα διαμπερών οπών διαμέτρου 12 mm με χρήση κρουστικού δραπάνου στις κατάλληλες θέσεις. Οι θέσεις αυτές περιγράφτηκαν λεπτομερώς στην για κάθε κατηγορία δοκιμίου.

146 121 Εικόνα 4.21 Διάνοιξη οπών με χρήση κρουστικού δραπάνου. Εικόνα 4.22 Οπές αγκυρίων σε μια σειρά για τα δοκίμια με λόγο πλευρό 3:1 ( mm). Εικόνα 4.23 Οπές αγκυρίων σε δύο σειρές για τα δοκίμια με λόγο πλευρό 4:1 ( mm).

147 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ Ενίσχυση δοκιμίων με ινοπλισμένα πολυμερή Περίσφιγξη με ύφασμα ινών άνθρακα Πριν ξεκινήσει η διαδικασία ενίσχυσης, τα δοκίμια καθαρίστηκαν σχολαστικά με αέρα έτσι ώστε να απομακρυνθεί η τυχόν σκόνη και να υπάρχει καλή πρόσφυση του μανδύα με το υπόστρωμα. Επιπλέον, ελέγχθηκε η υγρασία των δοκιμίων καθώς η ύπαρξη νερού δεν ήταν επιθυμητή διότι δημιουργεί προβλήματα στον πολυμερισμό της ρητίνης. Το ύφασμα ινών άνθρακα που χρησιμοποιήθηκε ήταν μιας διεύθυνσης (οι οριζόντιοι κλώνοι ινών άνθρακα τοποθετήθηκαν κάθετα στον κύριο κατακόρυφο άξονα του δοκιμίου) και εφαρμόστηκε σε δύο και τρείς στρώσεις στα υποστυλώματα ύψους 77 cm (συνολικό ύψος μαζί με την επιπέδωση: 79 cm). Το κατάλληλο μήκος υφάσματος υπολογίστηκε σαν δύο ή τρείς φορές αντίστοιχα το μήκος της περιμέτρου του δοκιμίου προσθέτοντας επιπλέον 20 cm για επικάλυψη. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το ύφασμα διατίθεται σε ρολό πλάτους 60 cm, οπότε για να καλυφθεί το επιθυμητό ύψος ενίσχυσης 75 cm κόπηκε μια πρόσθετη λωρίδα πλάτους 15 cm και μήκους ίσο με το απαιτούμενο. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στην πάνω πλευρά του υποστυλώματος (και αντίστοιχα στην κάτω πλευρά) το ύφασμα ξεκινάει ένα εκατοστό κάτω από το στρώμα της επιπέδωσης έτσι ώστε κατά τη διάρκεια της δοκιμής θλίψης να μην υπάρξουν φαινόμενα τοπικής αστοχίας του μανδύα στην περιοχή αυτή. Το μήκος του υφάσματος που χρειάστηκε για κάθε δοκίμιο (βλ. ονοματολογία στον Πίνακα 4.3) παρατίθεται παρακάτω: Δοκίμιο II3 ( mm) L = 2* = mm Δοκίμιο 1AhIII3 ( mm) L = 3* = mm Δοκίμιο II4 ( mm) L = 2* = mm Δοκίμιο 2AhIIΙ4 ( mm) L = 3* = mm Δοκίμιο 2ΑhII4U ( mm) L = 2* ( *150) = mm Μετά την κοπή των υφασμάτων έγινε η παρασκευή της ρητίνης με ανάμιξη των συστατικών Α και Β της ρητίνης (Tyfo S Epoxy) βάσει της προβλεπόμενης αναλογίας (ποσότητα Α και B=1.345*Α). Η ανάμιξη των συστατικών έγινε με τη βοήθεια μηχανικού αναδευτήρα για πέντε περίπου λεπτά σε χαμηλή ταχύτητα έτσι ώστε να μην εγκλωβιστεί

148 123 αέρας στο μίγμα. Πριν την εφαρμογή της ρητίνης στα υφάσματα, έγινε επάλειψη και της προς ενίσχυση επιφάνειας των δοκιμίων με τη βοήθεια πλαστικών ρολών (Εικόνα 4.24). α) β) Εικόνα 4.24 α) Ανάμιξη των συστατικών Α και Β της ρητίνης με μηχανικό αναδευτήρα, β) επάλειψη του δοκιμίου με ρητίνη. Ο εμποτισμός των υφασμάτων και στις δύο πλευρές με ρητίνη έγινε με τη βοήθεια πλαστικών ρολών προσέχοντας το ρολό να εφαρμόζεται παράλληλα στους κλώνους και κατά μία φορά έτσι ώστε να μη χαλάσει το ύφασμα (Εικόνα 4.25). Η ρητίνη που κατασκευάστηκε αρχικά ήταν πολύ ρευστή πράγμα που βοηθάει στον πλήρη εμποτισμό των υφασμάτων αλλά είναι αδύνατο να χρησιμοποιηθεί κατά την εφαρμογή του υφάσματος στο δοκίμιο πάνω σε μια κατακόρυφη επιφάνεια. Έτσι, ακολούθησε η αύξηση του ιξώδους της (epoxy thickener) με την προσθήκη μιας σκόνης που φέρει το όνομα Cab-O-Sil TS-270. Αφού έγινε η προσθήκη σκληρυντή στη ρητίνη επαλείφθηκαν ξανά οι επιφάνειες του δοκιμίου και πληρώθηκαν τυχόν κενά καθώς και οι τρύπες, όπου υπήρχαν (Εικόνα 4.26). Εικόνα 4.25 Εμποτισμός υφάσματος με ρητίνη.

149 124 α) β) γ) δ) Εικόνα 4.26 α) Προσθήκη Cab-O-Sil TS-270 για αύξηση του ιξώδους της ρητίνης, β) τελικό μίγμα μετά την προσθήκη του Cab-O-Sil, γ) επάλειψη επιφάνειας εφαρμογής με την παχύρευστη ρητίνη, δ) κάλυψη κενών. Έπειτα, εφαρμόστηκε το προεμποτισμένο ύφασμα περιμετρικά του δοκιμίου προσέχοντας οι ίνες να παραμένουν σε ευθυγραμμία και να μην εγκλωβίζεται αέρας ανάμεσα στο ύφασμα και στην επιφάνεια εφαρμογής. Πριν από κάθε στρώση υφάσματος εφαρμοζόταν ένα στρώμα ρητίνης έτσι ώστε να υπάρχει καλύτερη συνάφεια μεταξύ των στρώσεων. Η επίστρωση της ρητίνης γινόταν πάντοτε με φορά την φορά των ινών. Αφού έγινε η εφαρμογή του υφάσματος και για να εξασφαλισθεί ο πλήρης εμποτισμός του, έγινε μια τελική επάλειψη με το μείγμα ρητίνης-cabosil. Η όλη διαδικασία απεικονίζεται στην Εικόνα 4.27.

150 125 α) β) γ) δ) Εικόνα 4.27 Στιγμιότυπα κατά την εφαρμογή του υφάσματος CFRP: α) έναρξη τοποθέτησης του προεμποτισμένου υφάσματος περιμετρικά του δοκιμίου, β) εφαρμογή ρητίνης πάνω στην πρώτη στρώση υφάσματος για τοποθέτηση της δεύτερης, γ) εφαρμογή υφάσματος στο δοκίμιο, δ) τοποθέτηση της πρόσθετης λωρίδας υφάσματος.

151 126 Στην περίπτωση των δοκιμίων 2AhII4U τα οποία ενισχύθηκαν με τοπικό μανδύα δύο στρώσεων στις μικρές πλευρές και δύο στρώσεις υφάσματος περιμετρικά, πρώτα τοποθετήθηκαν οι τοπικοί μανδύες και έπειτα το υπόλοιπο ύφασμα. Το μήκος μιας στρώσης τοπικού μανδύα ήταν 450 mm (Εικόνα 4.28 ). 150 mm α) β) γ) Εικόνα 4.28 Στιγμιότυπα κατά την εφαρμογή του τοπικού μανδύα στις πλευρές του δοκιμίου: α) τοποθέτηση του μανδύα συνολικού μήκους 450 mm με τη φορά των ινών κάθετα στον κατακόρυφο άξονα του δοκιμίου, β) τοποθέτηση της πρόσθετης λωρίδας υφάσματος, γ) τελική μορφή τοπικού μανδύα δύο στρώσεων.

152 Τοποθέτηση αγκυρίων ινών άνθρακα (CFRP anchors) Αφού επικολλήθηκε το ύφασμα περιμετρικά των δοκιμίων, ακολούθησε η τοποθέτηση των αγκυρίων μορφής θυσάνου όπου απαιτείτο, ρόλος των οποίων ήταν η αγκύρωση του υφάσματος. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ που επιλέχθηκαν για την ενίσχυση αποτελούνται από ίνες άνθρακα (Tyfo SCH Composite Anchors) και τοποθετήθηκαν καθ ύψος των μεγάλων πλευρών, είτε σε μια σειρά των έξι στο μέσο κάθε πλευράς, είτε σε δύο σειρές των έξη ανά απόσταση 200 mm κατά πλάτος. Το πρώτο αγκύριο τοποθετήθηκε καθ ύψος 50 mm από την άνω παρειά, το δεύτερο σε 110 mm από το πρώτο, το τρίτο, το τέταρτο και το πέμπτο ανά 150 mm από το δεύτερο και το έκτο σε 110 mm από το πέμπτο. Τα αγκύρια αφού εμβαπτίστηκαν στο μίγμα ρητίνης ώστε να διασφαλιστεί αρκετή ποσότητα συνδετικού υλικού μέσα στις οπές, δέθηκαν με σύρμα στο ένα τους άκρο ώστε να είναι ευκολότερη η εισαγωγή τους σε αυτές. Μετά την εισαγωγή τους σε αυτές ακολούθησε διαχωρισμός των ινών και επικόλλησή τους στο ύφασμα σε ακτινωτή διεύθυνση έτσι ώστε να σχηματιστεί ο θύσανος. Επόμενο και τελευταίο βήμα της διαδικασίας είναι η επικάλυψη τους με ένα τοπικό κομμάτι υφάσματος ινών άνθρακα πλάτους 20 cm καθ όλο το ύψος του δοκιμίου (Εικόνες ). α) β) γ) Εικόνα 4.29 α) Εμβάπτιση αγκυρίων στη ρητίνη, β) εισαγωγή αγκυρίου στην οπή, γ) διαχωρισμός των ινών του αγκυρίου και σχηματισμός του θυσάνου (δοκίμιο mm).

153 128 α) β) γ) δ) ε) ζ) Εικόνα 4.30 Στιγμιότυπα κατά την τοποθέτηση των αγκυρίων στο δοκίμιο mm: α), β) με τη βοήθεια συρμάτων τα αγκύρια περνούν από τις οπές, γ) ισομοιράζουμε το μήκος του αγκυρίου που προεξέχει στις δύο πλευρές, δ) άνοιγμα των ινών του αγκυρίου σε ακτινική διεύθυνση, ε) αγκύρια μορφής θυσάνου σε δύο σειρές, ζ) τοποθέτηση πρόσθετων λωρίδων στη θέση των αγκυρίων.

154 Ενίσχυση δοκιμίων με ινόπλεγμα σε ανόργανη μήτρα Περίσφιγξη με πλέγμα ινών άνθρακα Από το σύνολο των δεκαοκτώ δοκιμίων του πειραματικού προγράμματος τα τέσσερα ήταν εκείνα που ενισχύθηκαν με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ) με σκοπό τον έλεγχο της αποδοτικότητας της περίσφιξης σε σχέση με τα δοκίμια ελέγχου αλλά και τη σύγκρισή τους με τα αντίστοιχα δοκίμια που ενισχύθηκαν με ινοπλισμένα πολυμερή. Αρχικά, έγινε η κοπή του πλέγματος στο επιθυμητό πλάτος (ύψος του δοκιμίου: 75 cm) και μήκος (τέσσερις στρώσεις) εξασφαλίζοντας ένα ελάχιστο μήκος υπερκάλυψης (20 cm). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όπως και στην περίπτωση των υποστυλωμάτων με ΙΟΠ στην πάνω και κάτω πλευρά του υποστυλώματος το πλέγμα ξεκινούσε ένα εκατοστό κάτω από το στρώμα της επιπέδωσης έτσι ώστε κατά τη διάρκεια της δοκιμής θλίψης να μην υπάρξουν φαινόμενα τοπικής αστοχίας του μανδύα στην περιοχή αυτή. Το μήκος του πλέγματος που χρειάστηκε για κάθε δοκίμιο (βλ. ονοματολογία στον Πίνακα 4.3) παρατίθεται παρακάτω: Δοκίμιο Τ_IV3 & T_1AhIV3 ( mm) L = 4* = mm Δοκίμιο Τ_IV4 & T_2AhIV4 ( mm) L = 4* = mm Η τεχνική της ενίσχυσης με ΙΑΜ περιελάμβανε στη συνέχεια την προετοιμασία της επιφάνειας των δοκιμίων, η οποία ήταν ίδια με αυτή που περιγράφτηκε στην ενότητα 4.4. H διαφορά σε σχέση με την περίπτωση της οργανικής μήτρας ήταν ότι στην περίπτωση αυτή οι επιφάνειες των δοκιμίων διαβρέχτηκαν για την επιτάχυνση της διαδικασίας ενυδάτωσης του τσιμεντοκονιάματος. Η απαιτούμενη αναλογία νερού προς κονία για την παραγωγή του κονιάματος ήταν 0.18, έτσι όπως συνίσταται από την εταιρεία παραγωγής του κονιάματος. Η ανάμιξη έγινε και σε αυτή την περίπτωση με τη βοήθεια μηχανικού αναδευτήρα (Εικόνα 4.31). Μετά την προετοιμασία του δοκιμίου και την κοπή του πλέγματος στις επιθυμητές διαστάσεις ακολούθησε η διαδικασία της ενίσχυσης. Στην αρχή τοποθετήθηκε μια στρώση τσιμεντοκονιάματος σε όλες τις παράπλευρες επιφάνειες και ακμές του δοκιμίου έτσι ώστε να χρησιμεύσει ως υπόστρωμα υποδοχής του πλέγματος. Ακολούθησε η επικόλληση της πρώτης στρώσης πλέγματος προσέχοντας οι ίνες να είναι ευθύγραμμες και καλά τανυσμένες. Το κονίαμα εφαρμόστηκε με σπάτουλα και όχι με ρολό, όπως στην περίπτωση της οργανικής μήτρας και το πλέγμα πιεζόταν εντός του κονιάματος ώστε το

155 130 τελευταίο να διαπεράσει τις βροχίδες, εξασφαλίζοντας την αλληλεμπλοκή πλέγματος - κονιάματος. Η ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε έως ότου συμπληρωθεί ο απαιτούμενος αριθμός στρώσεων και η τελική στρώση πλέγματος καλύφθηκε από μια στρώση κονιάματος για προστασία του μανδύα από εξωτερικές φθορές. Μετά το τέλος της ενίσχυσης έγινε συντήρηση των δοκιμίων με χρήση βρεγμένων λινατσών. Στις Εικόνες παρουσιάζεται αναλυτικά η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την εφαρμογή των μανδυών ανόργανης μήτρας. Εικόνα 4.31 Παραγωγή κονιάματος με χρήση μηχανικού αναδευτήρα. α) β) Εικόνα 4.32 α) Επίστρωση αρχική στρώσης τσιμεντοκονιάματος με χρήση σπάτουλας, β) επικόλληση της πρώτης στρώσης πλέγματος ξεκινώντας από το μέσο της μεγάλης πλευράς.

156 131 α) β) γ) Εικόνα 4.33 α) Τοποθέτηση ενδιάμεσης στρώσης πλέγματος και άσκηση πίεσης για επικόλλησή του εντός του κονιάματος, β) τελική μορφή ενισχυμένου δοκιμίου, γ) συντήρηση δοκιμίου με χρήση βρεγμένης λινάτσας Τοποθέτηση αγκυρίων ινών άνθρακα (CFRP anchors) Στα δύο από τα τέσσερα δοκίμια που ενισχύθηκαν με ΙΑΜ τοποθετήθηκαν αγκύρια ινών άνθρακα όπως ακριβώς και στα δοκίμια ΙΟΠ, με τη μόνη διαφορά ότι η τοποθέτησή τους έγινε μερικές μέρες μετά την ολοκλήρωση της ενίσχυσης έτσι ώστε το κονίαμα να είχε σκληρυνθεί. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ που

157 132 επιλέχθηκαν έχουν την εμπορική ονομασία Tyfo SCH Composite Anchors και τοποθετήθηκαν καθ ύψος των μεγάλων πλευρών, είτε σε μια σειρά των έξι στο μέσο κάθε πλευράς, είτε σε δύο σειρές των έξη ανά απόσταση 200 mm κατά πλάτος. Η τοποθέτηση των αγκυρίων ήταν διαμπερής και οι οπές που είχαν δημιουργηθεί πριν την ενίσχυση καλύφθηκαν με μεταλλικές βέργες (Εικόνα 4.34α) ώστε να αποφευχθεί πρόωρο γέμισμά τους με κονίαμα κατά τη διάρκεια επικόλλησης του πλέγματος. Οι μεταλλικές αυτές βέργες προεξείχαν δεξιά και αριστερά της μικρής πλευράς του δοκιμίου καθιστώντας επίπονη τη διαδικασία τοποθέτησης του πλέγματος. Έτσι, το πλέγμα επικολλούταν σταδιακά σε κάθε μια πλευρά σπρώχνοντας τις βέργες προς την αντίθετη πλευρά προσέχοντας κατά την έξοδό τους να μην τραυματίζουν το μανδύα και χαλούν την ευθυγραμμία του. Τα αγκύρια εμβαπτίστηκαν σε μίγμα ρητίνης, όμοιο με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στα ΙΟΠ, ώστε να διασφαλιστεί αρκετή ποσότητα συνδετικού υλικού μέσα στις οπές, οι οποίες είχαν πληρωθεί με ρητίνη. Στη συνέχεια, τα αγκύρια δέθηκαν με σύρμα στο ένα τους άκρο για να είναι ευκολότερη εισαγωγή μέσα στις οπές και μετά το πέρασμά τους ακολούθησε διαχωρισμός των ινών και επικόλλησή τους σε ακτινωτή διεύθυνση στην εξωτερική στρώση κονιάματος έτσι ώστε να σχηματιστεί ο θύσανος (Εικόνες). Επόμενο και τελευταίο βήμα της διαδικασίας ήταν το βάψιμο των δοκιμίων με λευκό χρώμα ώστε οι ρωγμές να είναι περισσότερο εμφανείς κατά τη διάρκεια της δοκιμής θλίψης. α) β) Εικόνα 4.34 α) Κάλυψη οπών με μεταλλικές βέργες, β) μεταφορά βεργών σε μια πλευρά προκειμένου να γίνει κατάλληλη τοποθέτηση του πλέγματος στην απέναντι πλευρά.

158 133 α) γ) β) Εικόνα 4.35 Στιγμιότυπα κατά την εφαρμογή του πλέγματος σε ανόργανη μήτρα με αγκύρια: α) ενδιάμεση στρώση κονιάματος όπου διαφαίνονται οι μεταλλικές βέργες που κρατούν ανοικτές τις οπές των αγκυρίων, β) στρώσιμο του κονιάματος με χρήση σπάτουλας σε θέση κοντά σε οπές, γ) τελική στρώση κονιάματος. α) β) Εικόνα 4.36 α) Μορφή δοκιμίου ( mm) μετά το τέλος της εφαρμογής του ΙΑΜ, β) μορφή του ίδιου δοκιμίου μετά την τοποθέτηση των αγκυρίων ινών άνθρακα.

159 134 α) β) Εικόνα 4.37 α) Μορφή δοκιμίου ( mm) μετά το τέλος της εφαρμογής του ΙΑΜ, β) μορφή του ίδιου δοκιμίου μετά την τοποθέτηση των αγκυρίων ινών άνθρακα Τοποθέτηση ντιζών Για την στερέωση των μηκυνσιομέτρων LVDT τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την καταγραφή της μετατόπισης σε όλα τα δοκίμια, απαραίτητη ήταν η τοποθέτηση δύο ντιζών (μεταλλικές βέργες διαμέτρου 5 mm) σε κάθε μία από τις μεγάλες πλευρικές επιφάνειες των δοκιμίων. Για το σκοπό αυτό ανοίχτηκαν δύο οπές διαμέτρου 7 mm με κρουστικό δράπανο σε κάθε μια από τις μεγάλες πλευρές με μεταξύ τους απόσταση 30cm. Οι ντίζες στερεώθηκαν μέσα στο σώμα των δοκιμίων μέσω κατάλληλης ρητίνης η οποία πλήρωσε την οπή. Η διάνοιξη των οπών για την τοποθέτηση των ντιζών πραγματοποιήθηκε μετά την ενίσχυση των δοκιμίων και αφού η ρητίνη είχε πολυμεριστεί πλήρως και το κονίαμα είχε σκληρυνθεί. Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί ότι οι τρύπες για τις ντίζες είχαν βάθος 4 5 cm και επομένως δεν επηρέασαν την αποτελεσματικότητα του μανδύα. 30 cm ντίζα διαμέτρου 5 mm α) β) Εικόνα 4.38 Στιγμιότυπα κατά την τοποθέτηση των ντιζών: α) χρήση κρουστικού δραπάνου για άνοιγμα της οπής, β) τελική μορφή ντιζών.

160 Κουπόνια ΙΟΠ και ΙΑΜ Κουπόνια ινοπλισμένων πολυμερών από ίνες άνθρακα Για τον ακριβή προσδιορισμό των μηχανικών χαρακτηριστικών του χρησιμοποιούμενου συνθετικού υλικού, δηλαδή του υφάσματος από ίνες άνθρακα (Tyfo SCH-41 fabric) σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης (Tyfo S Epoxy), κατασκευάστηκαν πέντε κουπόνια FRP (Εικόνες ) (cupons: λωρίδες σύνθετου υλικού που κατασκευάζονται με τρόπο που να πληρούν πρότυπη διαδικασία) τα οποία υποβλήθηκαν σε δοκιμή εφελκυσμού στη μηχανή M.T.S. (Εικόνα 4.41). Τα αποτελέσματα των εν λόγω δοκιμών παρουσιάζονται στους Πίνακες 4.14 και α) β) γ) δ) ε) στ) Εικόνα 4.39 Στιγμιότυπα από τη διαδικασία κατασκευής των κουπονιών: α) διπλή στρώση υφάσματος ενισχυμένη με ρητίνη, β) λωρίδες CFRP για την κατασκευή των κουπονιών, γ) εφαρμογή ρητίνης στα άκρα της μεγάλης λωρίδας, δ) εφαρμογή ρητίνης στα άκρα της μικρής λωρίδας, ε) ένωση μικρής μεγάλης λωρίδας από τη μια πλευρά, στ) ένωση μικρής μεγάλης λωρίδας και από τις δύο πλευρές.

161 136 Εικόνα 4.40 Κουπόνια από το σύνθετο υλικό Tyfo SCH-41 Composite. α) β) Εικόνα 4.41 Δοκιμή εφελκυσμού κουπονιού από το σύνθετο υλικό Tyfo SCH-41 Composite: α) κατά την έναρξη της δοκιμής, β) στο τέλος της δοκιμής. Πίνακας 4.14 Αποτελέσματα δοκιμών εφελκυσμού στα κουπόνια από το σύνθετο υλικό Tyfo SCH-41 Composite. Μέτρο Εφελκυστική Παραμόρφωση Ονομαστικό Πλάτος A/A ελαστικότητας αντοχή αστοχίας πάχος (mm) (mm) E f (GPa) f fu (MPa) ε fu (%)

162 137 Πίνακας 4.15 Στατιστικά στοιχεία δοκιμών εφελκυσμού στα κουπόνια CFRP. Μέτρο ελαστικότητας E f (GPa) Εφελκυστική αντοχή f fu (MPa) Παραμόρφωση αστοχίας ε fu (%) Μέση τιμή Τυπική απόκλιση Συντελεστής μεταβλητότητας Κουπόνια πλεγμάτων ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα Για τη μέτρηση της εφελκυστικής αντοχής του συστήματος ενίσχυσης με ινόπλεγμα σε ανόργανη μήτρα κατασκευάστηκαν πέντε δοκίμια σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες συστάσεις της επιτροπής της RILEM. Η γεωμετρία των παρασκευασθέντων δοκιμίων συνδυάζει τη μορφή διπλού κώδωνος (δοκίμιο Dumbbell) με την ταυτόχρονη μείωση του πάχους του στοιχείου στο ενδιάμεσο τμήμα του μέχρι τις περιοχές των άκρων όπου ξεκινάει η καμπυλότητα. Λόγω της γεωμετρίας του, το δοκίμιο Dumbbell, έχει το πλεονέκτημα ότι η εμφάνιση των ρωγμών και η αστοχία είναι πιθανότερο να εμφανιστούν στο ενδιάμεσο ευθύγραμμο τμήμα. Έτσι, ο τρόπος αστοχίας είναι περισσότερο προβλεπόμενος και αποφεύγεται αστοχία με τη μορφή σύνθλιψης στις αρπάγες της μηχανής κατά την πειραματική διαδικασία. α) Εικόνα 4.42 Γεωμετρία δοκιμίου: α) όψη δοκιμίου, β) τομή κατά μήκος του δοκιμίου. β)

163 138 Εικόνα 4.43 Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίου. Κατασκευή δοκιμίων Τα δοκίμια παρασκευάσθηκαν σε κατάλληλα σχεδιασμένα ανοιχτά καλούπια από χάλυβα (Εικόνα 4.44) και κάθε δοκίμιο αποτελείτο από δύο στρώματα πλέγματος, που είναι ένας τυπικός αριθμός στρώσεων σε έργα ενίσχυσης. Η συμμετρική τοποθέτηση των δύο στρώσεων πλέγματος πραγματοποιήθηκε με τη χρήση χαλύβδινων αποστατών πάχους 2 mm στα άκρα των καλουπιών (Εικόνα 4.46β) έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ των δύο στρώσεων να είναι ίση με 2 mm. Εικόνα 4.44 Χαλύβδινα καλούπια για την κατασκευή των δοκιμίων. Η διαδικασία για την κατασκευή των δοκιμίων έγινε ως εξής: Κόπηκαν δύο κομμάτια πλέγματος μήκους περίπου 700 mm έτσι ώστε το κάθε ένα να χωράει μέσα στο καλούπι χωρίς να υπάρχει πλευρική επαφή. Καθαρίστηκε το καλούπι και εφαρμόστηκε μια μικρή ποσότητα λαδιού. Τοποθετήθηκαν δύο μεταλλικοί αποστάτες (συνολικού πάχους 4 mm) σε κάθε άκρο του καλουπιού. Τοποθετήθηκε μια μεταλλική πλάκα πάχους 5 mm στο κέντρο του καλουπιού, στην περιοχή όπου υπάρχει απομείωση της διατομής (Εικόνα 4.45). Απλώθηκε μια στρώση κονιάματος πάχους 4 mm (Εικόνα 4.46 α) και στη συνέχεια τοποθετήθηκαν η πρώτη στρώση πλέγματος ασκώντας μια μικρή προένταση και οι αποστάτες στα άκρα του καλουπιού.

164 139 Εικόνα 4.45 Μεταλλική πλάκα τοποθετημένη στο κεντρικό τμήμα του καλουπιού. α) β) Εικόνα 4.46 α) Πρώτη στρώση κονιάματος, β) τοποθέτηση του πλέγματος και των μεταλλικών αποστατών πάχους 2 mm στα άκρα. Εφαρμόστηκε ένα στρώμα κονιάματος πάχους 2 mm (Εικόνα 4.47α) και τοποθετήθηκε η δεύτερη στρώση πλέγματος (Εικόνα 4.47β). α) β) Εικόνα 4.47 α) Δεύτερη στρώση κονιάματος, β) τοποθέτηση της δεύτερης στρώσης του πλέγματος. Ακολούθως, εφαρμόστηκε μια μικρή προένταση στο πλέγμα και τοποθετήθηκαν οι δύο μεταλλικοί αποστάτες σε κάθε άκρο του καλουπιού. Κατόπιν, απλώθηκε ένα στρώμα κονιάματος πάχους 4 mm και τοποθετήθηκε στο κεντρικό τμήμα του καλουπιού όπου η διατομή μειώνεται μια μεταλλική πλάκα πάχους 5 mm. α) β) Εικόνα 4.48 α) Τοποθέτηση της δεύτερης μεταλλικής πλάκας, β) τελικό δοκίμιο.

165 140 Μετά το πέρας 24 ωρών το δοκίμιο αφαιρέθηκε από το καλούπι, κόπηκαν οι προεξέχουσες ίνες στα δύο άκρα και επισκευάστηκαν τυχόν κοιλότητες. Εικόνα 4.49 Δοκίμιο μετά την αφαίρεση από το καλούπι. Πειραματική δοκιμή εφελκυσμού δοκιμίων Dumbbell Αρχικά τα δοκίμια λειαίνονται στην περιοχή της καμπυλότητας έτσι ώστε να μην υπάρχουν συγκεντρώσεις τάσεων στις κρίσιμες αυτές περιοχές διότι πιθανές ατέλειες στις περιοχές αυτές μπορούν να οδηγήσουν σε πρόωρη αστοχία μέσω σύνθλιψης στις αρπάγες. Κατόπιν τοποθετείται η κατάλληλη πειραματική διάταξη στη μηχανή διεξαγωγής πειραματικών δοκιμών της MTS. Η πειραματική διάταξη φαίνεται στην Εικόνα 4.50 και περιλαμβάνει κατάλληλες αρθρώσεις που επιτρέπουν την εντός και εκτός στροφή του δοκιμίου κατά την πειραματική δοκιμή εφελκυσμού. Μεταξύ των χαλύβδινων συζευκτήρων και του δοκιμίου παρεμβάλλονται ελαστικά φύλλα πάχους 0.3 mm έτσι ώστε να αποφεύγονται τοπικές συγκεντρώσεις τάσεων. Για την αξιόπιστη μέτρηση της αξονικής επιμήκυνσης του δοκιμίου κατά τη διάρκεια της φόρτισης, πέρα από την καταγραφή της κίνησης του εσωτερικού μηκυνσιομέτρου του εμβόλου έγινε χρήση τεσσάρων βελομέτρων και δύο μηκυνσιομέτρων LVDTs (τρεις μετρητές σε κάθε πλευρά) τα οποία εφάπτονταν επάνω σε ελάσματα που είχαν επικολληθεί πρωτύτερα πάνω στο δοκίμιο, προσέχοντας οι ακίδες τους να είναι όσο το δυνατό κάθετες ως προς τα ελάσματα για την εξαγωγή ορθών αποτελεσμάτων. Τα βελόμετρα και τα LVDTs που χρησιμοποιήθηκαν έχουν ικανοποιητική ακρίβεια και καταγράφουν με συχνότητα 1Hz. Η δοκιμή εφελκυσμού ήταν δοκιμή επιβολής μετατοπίσεων και πραγματοποιήθηκε με ρυθμό 1.2 mm/min. Η πειραματική διαδικασία σταμάτησε όταν το μέγιστο φορτίο μειώθηκε τουλάχιστον κατά 30% και παρατηρήθηκε θραύση ή ολίσθηση των ινών μέσα στην ανόργανη μήτρα.

166 Stress (MPa) 141 βελόμετρο ελαστικό φύλλο μεταλλικοί συζευκτήρες LVDT δοκίμιο ΙΑΜ Εικόνα 4.50 Πειραματική διάταξη δοκιμή εφελκυσμού δοκιμίου ΙΑΜ. Αποτελέσματα δοκιμίων Dumbbell Παρακάτω παραθέτονται τα διαγράμματα και τα αποτελέσματα των δοκιμών εφελκυσμού που πραγματοποιήθηκαν σε πέντε δοκίμια. 7 Dumbbell h Strain (%) Σχήμα 4.10 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης dumbbell h1.

167 Stress (MPA) Stress (MPa) Dumbbell h strain (%) 7 Dumbbell h strain (%) Σχήμα 4.11 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης dumbbell h2 & h3.

168 Stress (MPa) Stress (MPa) Dumbbell h Strain (%) 7 Dumbbell h Strain (%) Σχήμα 4.12 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης dumbbell h4 & h5.

169 144 Πίνακας 4.16 Αποτελέσματα δοκιμών εφελκυσμού στα δοκίμια Dumbbell. α/α Dumbbell Εφελκυστική αντοχή f fu (MPa) Παραμόρφωση αστοχίας ε fu (%) Πίνακας 4.17 Στατιστικά στοιχεία δοκιμών εφελκυσμού στα δοκίμια Dumbbell. Εφελκυστική αντοχή f u (MPa) Παραμόρφωση αστοχίας ε u (%) Μέση τιμή Τυπική απόκλιση ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Γενικά Οι δοκιμές θλίψης των 14 δοκιμίων που προέκυψαν μετά την ενίσχυση και των δύο απερίσφιγκτων δοκιμίων (δοκίμια ελέγχου) διεξήχθησαν στη μηχανή θλίψης Form+Test ALPHA η οποία είναι εγκατεστημένη στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Η μηχανή διαθέτει δυναμικότητα 4000 kn ενώ το έμβολό της έχει δυνατότητα ανύψωσης 10 cm. Όλες οι δοκιμές θλίψης έγιναν μονοτονικά κάτω από συνθήκες ελεγχόμενων μετατοπίσεων και με ρυθμό φόρτισης τα 0.5 mm/min. Ο σταθμός καταγραφής της μηχανής αποτελείται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα καταγραφής επιβαλλόμενου φορτίου και μετατόπισης. Συγκεκριμένα, ένας αισθητήρας πίεσης (pressure transducer) καταγράφει το επιβαλλόμενο φορτίο ενώ αρκετά ηλεκτρικά

170 145 μηκυνσιόμετρα καταγράφουν τη μετατόπιση του δοκιμίου. Για την αξιόπιστη μέτρηση της αξονικής βράχυνσης των δοκιμίων κατά τη διάρκεια της φόρτισης, πέρα από την καταγραφή της κίνησης του εσωτερικού μηκυνσιομέτρου του εμβόλου χρησιμοποιήθηκαν και εξωτερικά όργανα μέτρησης των μετατοπίσεων τύπου LVDT (Linear Variable Differential Transformer). Όλα τα δεδομένα μετατρέπονται από αναλογικό σε ψηφιακό σήμα και στη συνέχεια επεξεργάζονται από Η/Υ μέσω ενός λογισμικού με όνομα Proteus. Τα κείμενα μπορούν και εξάγονται από το πρόγραμμα σαν αρχεία δεδομένων και τύπο αρχείου «*.txt» Περιγραφή της μηχανής Form + Test ALPHA Η εν λόγω μηχανή αποτελείται από μία σταθερή αρθρωτή κεφαλή η οποία χρησιμεύει στην επίτευξη κεντρικής θλίψης ακόμη και σε περίπτωση μη οριζόντιας άνω επιφάνειας του δοκιμίου. Μεταξύ της πλάκας που βρίσκεται στην κεφαλή της μηχανής και του εμβόλου παρεμβάλλονται τετραγωνικές χαλύβδινες συμπαγείς πλάκες που χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση του ύψους των δοκιμίων, κατά περίπτωση, ώστε να ελαχιστοποιείται η διαδρομή του εμβόλου (Εικόνα 4.51). Το μέγιστο ύψος δοκιμίου που μπορεί να εισαχθεί στη μηχανή αυτή ισούται με 90cm και ορίζεται μεταξύ της άρθρωσης και της τελευταίας πλάκας. Η μηχανή παρέχει επίσης τη δυνατότητα προκαθορισμένης προφόρτισης των δοκιμίων μέχρι τη στιγμή που η επιφάνειά τους έρθει σε πλήρη επαφή με την πλάκα της κεφαλής, χωρίς να επηρεάζεται το τελικό αποτέλεσμα. Αξίζει να σημειωθεί ότι στο παρόν πειραματικό πρόγραμμα τα δοκίμια που υποβλήθηκαν στη μηχανή δεν χρειάστηκε να υποστούν προφόρτιση καθώς, όπως ήδη αναφέρθηκε, είχε προηγηθεί επιπέδωση των επιφανειών τους με ταχύπηκτο τσιμεντοκονίαμα υψηλής αντοχής.

171 90 cm 146 σταθερή αρθρωτή κεφαλή χαλύβδινες πλάκες έμβολο Εικόνα 4.51 Η μηχανή θλίψης Form+Test ALPHA Διάταξη των LVDT Για την αξιόπιστη μέτρηση των αξονικών μετατοπίσεων των δοκιμίων κατά τη διάρκεια της φόρτισης, πέρα από την καταγραφή της κίνησης του εσωτερικού LVDT (Linear Variable Differential Transformer) του εμβόλου χρησιμοποιήθηκαν και δύο επιπλέον LVDTs τα οποία τοποθετήθηκαν αντικριστά στις δύο μεγάλες πλευρές των υποστυλωμάτων. Το LVDT είναι πρακτικά ένα μηκυνσιόμετρο μεταβολών και όχι απολύτων τιμών. Το όργανο αυτό χρησιμεύει στη μέτρηση της μετατόπισης μεταξύ δύο σταθερών σημείων του δοκιμίου σε απόσταση 300 mm (Εικόνα 4.52) με τα οποία έρχονται σε επαφή η ακίδα του LVDT και το μεταλλικό στοιχείο πάνω στο οποίο στερεώνεται το στέλεχός του. Οι καταγραφές που προέκυψαν από τις ενδείξεις των LVDT κρίθηκαν περισσότερο αντιπροσωπευτικές για την κλίση του αρχικού (ευθύγραμμου) τμήματος των διαγραμμάτων τάσεων παραμορφώσεων που προέκυψαν μετά το τέλος των δοκιμών.

172 30 cm 147 LVDT Εικόνα 4.52 Διάταξη του LVDT πάνω στα δοκίμια.

173 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ 5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων όλων των δοκιμίων που συμμετείχαν στο πειραματικό πρόγραμμα προκειμένου να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα εφαρμογής των ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ) και των πλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ) σε υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών και ανεπαρκή οπλισμό κατά την εγκάρσια διεύθυνση. Υπενθυμίζεται ότι από τα δεκαοκτώ δοκίμια, δώδεκα ενισχύθηκαν με ΙΟΠ, τέσσερα με ΙΑΜ ενώ τα υπόλοιπα δύο δεν ενισχύθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν ως δοκίμια αναφοράς. Οι παράμετροι που εξετάζονται στα αποτελέσματα των πειραμάτων είναι: i) το υλικό της μήτρας που χρησιμοποιήθηκε (εποξειδική ρητίνη ή ανόργανη μήτρα με τη μορφή τσιμεντοκονιάματος που περιέχει πολυμερή), ii), ο αριθμός των στρώσεων του μανδύα (1, 2 και 3 στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα μιας διεύθυνσης για το σύστημα ινοπλισμένων πολυμερών και 4 στρώσεις πλέγματος συνεχών ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων για το σύστημα ανόργανης μήτρας και iii) η επίδραση της χρήσης αγκυρίων τύπου θυσάνου από ίνες άνθρακα στην αποτελεσματικότητα της περίσφιξης. Τα υπό εξέταση δοκίμια, όπως ήδη έχει αναφερθεί, χωρίζονται σε δύο ομάδες με κριτήριο το λόγο πλευρών (ομάδα 1: λόγος πλευρών 1:3 και ομάδα 2: λόγος πλευρών 1:4). Στις παραγράφους που ακολουθούν παρουσιάζονται οι καμπύλες τάσης - παραμόρφωσης και οι μορφές αστοχίας των υποστυλωμάτων που δοκιμάστηκαν σε κεντρική θλίψη με ταυτόχρονη παράθεση φωτογραφικού υλικού. Προ της παρουσίασης των αποτελεσμάτων ξεχωριστά για κάθε δοκίμιο, περιγράφεται αναλυτικά η μεθοδολογία με την οποία επεξεργάστηκαν οι καταγραφές του αισθητήρα της μηχανής θλίψης καθώς και των εξωτερικών αισθητήρων. Στο τέλος του κεφαλαίου αυτού πραγματοποιείται συγκριτική παράθεση όλων των αποτελεσμάτων των πειραμάτων που διεξήχθησαν μέχρι την περίοδο εκπόνησης της παρούσας εργασίας, ήτοι των πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν από τις μεταπτυχιακές φοιτήτριες Σκορδά Μαρία και Σταθοπούλου Μαρία και των πειραμάτων που περιγράφονται αναλυτικά παρακάτω, προκειμένου να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για την αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΟΠ και ΙΑΜ σε όρους αντοχής και ικανότητας παραμόρφωσης. Τα αποτελέσματα που παρατίθενται στην ενότητα αυτή, αξιοποιούνται

174 149 περαιτέρω στην επόμενη ενότητα, όπου γίνεται εκτίμηση των παραπάνω μεγεθών με χρήση αναλυτικού προσομοιώματος που έχει προταθεί για αυτή τη μέθοδο ενίσχυσης. 5.2 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Τα μεγέθη που χαρακτηρίζουν τις πειραματικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν και ήταν άμεσα μετρούμενα και καταγραφόμενα μέσω των μετρητών μετακινήσεων και του αισθητήρα της μηχανής θλίψης είναι η ασκούμενη δύναμη κατά τον άξονα του δοκιμίου και η μετακίνηση. Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζεται ο τρόπος επεξεργασίας αυτών των στοιχείων προκειμένου να προκύψουν τα υπόλοιπα μεγέθη που παρατίθενται στις ακόλουθες ενότητες. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι οι τιμές των μετρούμενων στοιχείων καταγράφονταν συγχρονισμένα μέσω κεντρικού υπολογιστή. Όπως ήδη έχει αναφερθεί, όλα τα δοκίμια υπόκειντο σε μονοαξονική θλίψη και τα πρωτογενή δεδομένα που λαμβάνονται είναι η δύναμη (KN), η σχετική μετακίνηση του εμβόλου ως προς τη σταθερή κεφαλή της μηχανής και οι σχετικές μετακινήσεις των δύο κατακόρυφων μηκυνσιομέτρων (LVDTs). Η ασκούμενη δύναμη μετατρέπεται σε τάση μέσω της παρακάτω σχέσης: Force (KN) Stress (MPa) 1000 (5.1) 2 A c(m ) όπου: Force = η δύναμη που ασκείται στο δοκίμιο Α c = το εμβαδό της διατομής του δοκιμίου Το Α c υπολογίζεται ως εξής: 2 2 A (m ) b h (4 ) r (5.2) c όπου: b = το πλάτος του δοκιμίου h = το μήκος του δοκιμίου r = η ακτίνα καμπύλωσης στα άκρα του δοκιμίου Η παραμόρφωση που προκύπτει από τη μετακίνηση που καταγράφεται από τον αισθητήρα του εμβόλου υπολογίζεται από τον τύπο:

175 150 L (5.3). Strain path (%) 100 L. όπου: ΔL εμβ. = η σχετική μετακίνηση που καταγράφει ο αισθητήρας της μηχανής θλίψης L δοκ. = το ύψος του δοκιμίου Η παραμόρφωση που προκύπτει από τις καταγραφές των δύο μηκυνσιομέτρων που ήταν τοποθετημένα στις δύο μεγάλες πλευρές του εκάστοτε δοκιμίου υπολογίζεται ως εξής: L (5.4) d LVDTs Strain LVDT (%) 100 όπου: ΔL LVDTS = ο μέσος όρος των σχετικών μετακινήσεων των δύο μηκυνσιομέτρων [(ΔL a +ΔL b )/2] d = ο μέσος όρος των αποστάσεων των σταθερών σημείων πάνω στα οποία είναι στερεωμένο το κάθε μηκυνσιόμετρο [(d a +d b )/2] Όπως αναφέρθηκε και στο προηγούμενο κεφάλαιο η παραμόρφωση από τα LVDT χρησιμοποιήθηκε για την κλίση του αρχικού τμήματος των διαγραμμάτων τάσης παραμόρφωσης. L δοκ. d a d a d b Εικόνα 5.1 Θεωρούμενες αποστάσεις κατά την επεξεργασία των καταγραφών.

176 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ Αποτελέσματα 1 ης Ομάδας Συμπεριφορά δοκιμίου ελέγχου C3 Το δοκίμιο ελέγχου C3 με λόγο πλευρών 1:3 αποτελείται από σκυρόδεμα ονομαστικής αντοχής C12/15 και χάλυβα οπλισμού B500c και δεν έχει ενισχυθεί με κάποιο μανδύα ΙΟΠ ή ΙΑΜ. Εξαιτίας των καλών συνθηκών συντήρησής του δεν παρατηρήθηκαν μικρορωγμές στην επιφάνειά του λόγω συστολής ξήρανσης του τσιμεντοπολτού πριν την έναρξη της δοκιμής θλίψης. Με την επιβολή του θλιπτικού φορτίου ξεκίνησε η εμφάνιση κάποιων κατακόρυφων ρωγμών (ρωγμές παράλληλες στη διεύθυνση του φορτίου) αρχικά στις μικρές πλευρές. Στη συνέχεια με την αύξηση του φορτίου και λόγω της ελλιπούς περίσφιξης του εγκάρσιου οπλισμού εκδηλώθηκαν και οριζόντιες ρωγμές στις μεγάλες πλευρές του δοκιμίου λόγω λυγισμού διαμήκων ράβδων. α) β) Εικόνα 5.2 α) Δοκίμιο C3 ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β) εμφάνιση ρωγμών παράλληλα στη διεύθυνση του φορτίου στη μια πλευρά του δοκιμίου.

177 152 β) οριζόντια ρωγμή λόγω λυγισμού του διαμήκους οπλισμού α) δ) γ) Εικόνα 5.3 Στιγμιότυπα από τη θραύση του δοκιμίου C3: α) Εμφάνιση κατακόρυφων ρωγμών στη μικρή πλευρά του δοκιμίου, β) εστίαση στην περιοχή των ρωγμών στη μικρή πλευρά, γ) κατανομή ρωγμών στη άλλη πλευρά του δοκιμίου, δ) λεπτομέρεια από την πάνω δεξιά γωνία όπου φαίνονται οι κατακόρυφες ρωγμές και η αποκόλληση του σκυροδέματος από τον οπλισμό λόγω λυγισμού του τελευταίου. Ακολούθως παρουσιάζεται το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης (Σχήμα 5.1) που προέκυψε μετά από κατάλληλη επεξεργασία η οποία παρουσιάστηκε στην πρώτη παράγραφο του κεφαλαίου. Όπως φαίνεται και στον Πίνακα 5.1, η μέγιστη θλιπτική αντοχή του δοκιμίου είναι μικρότερη από το μέσο όρο αντοχής των τριών κύβων (20.88 ΜPa) παρά το γεγονός ότι η ηλικία του δοκιμίου την ημέρα της δοκιμής ήταν μεγαλύτερη από αυτή των 28 ημερών. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε παράγοντες όπως το μέγεθος του δοκιμίου, την ταχύτητα φόρτισης ή τις συνθήκες συντήρησης. Οι τιμές των παραμορφώσεων που παρουσιάζονται αντιστοιχούν στη μέγιστη τάση (ε co ) και στην τάση κατά την αστοχία του δοκιμίου (ε cu ) η οποία ορίζεται συμβατικά όταν η αντοχή πέσει κατά 20%. Η τιμή της παραμόρφωσης στην αντοχή είναι μέσα στα αναμενόμενα όρια αφού σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 2 η τιμή της μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 0.2% έως 0.25%.

178 Stress (MPa) C Strain (%) Σχήμα 5.1 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ελέγχου C3. Πίνακας 5.1 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο C3. Μέγιστο Φορτίο (KN) Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Δοκίμιο C3 Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Συμπεριφορά δοκιμίου ΙΙ3 To δοκίμιο ΙΙ3 ενισχύθηκε με δύο στρώσεις υφάσματος από ίνες άνθρακα μιας διεύθυνσης εμποτισμένων με εποξειδική ρητίνη. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής θλίψης λόγω της ύπαρξης του μανδύα δεν ήταν ορατές οι όποιες ρωγμές δημιουργήθηκαν στην επιφάνεια του σκυροδέματος. Αυτό που παρατηρείται μέχρι την αστοχία του σκυροδέματος είμαι μια ελαφρά διόγκωση του υποστυλώματος λόγω του νόμου Poisson. Η αστοχία του σκυροδέματος έγινε αντιληπτή όταν το φορτίο σταμάτησε να αυξάνεται και

179 154 παρατηρήθηκε αύξηση μόνο της μετατόπισης του εμβόλου συνοδεία περεταίρω διόγκωσης του δοκιμίου και εμφάνισης τοπικών εξογκωμάτων στον μανδύα από ίνες άνθρακα. Η αστοχία του δοκιμίου επήλθε όταν η εφελκυστική τάση του μανδύα έφτασε την αντοχή του και εκδηλώθηκε με εκρηκτικό τρόπο και ανάλογο ήχο. Ο τρόπος αστοχίας του δοκιμίου ήταν ψαθυρός αλλά αναμενόμενος καθώς συνέβη με κατακόρυφη διάρρηξη του μανδύα στη μικρή πλευρά του υποστυλώματος όπου υπήρχε συγκέντρωση τάσεων. Αξίζει να σημειωθεί ότι πριν τη θραύση του μανδύα οι ήχοι αποκόλλησης του μανδύα από πολλαπλά σημεία του υποστυλώματος ήταν έντονοι και αποτελούσαν προειδοποίηση για την επερχόμενη αστοχία. Με την αποκόλληση του μανδύα από το σώμα του σκυροδέματος αποκαλύφθηκε η μονολιθικότητα της σύνδεσής τους καθώς πάνω στον μανδύα ήταν προσκολλημένα τμήματα του σκυροδέματος. α) β) αποκόλληση μανδύα μαζί με αδρανή σκυροδέματος αστοχία του μανδύα διόγκωση μανδύα γ) δ) Εικόνα 5.4 α) Δοκίμιο ΙΙ3 ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β), γ), δ) αστοχία του μανδύα στην πάνω πλευρά (φωτογραφίες από διαφορετικές πλευρές του δοκιμίου).

180 Stress (MPa) II Strain (%) Σχήμα 5.2 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΙ3. Πίνακας 5.2 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο ΙΙ3. Μέγιστο Φορτίο (KN) Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Δοκίμιο ΙΙ3 Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε cc (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε ccu (%) Από το παραπάνω διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης παρατηρούμε σημαντική αύξηση του φορτίου και θεαματική αύξηση της ικανότητας παραμόρφωσης σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου C3. Πιο συγκεκριμένα, η θλιπτική αντοχή αυξήθηκε περίπου κατά 56% σε σύγκριση με το δοκίμιο ελέγχου και η παραμόρφωση κατά την αστοχία κατά 318%. Σαν πρώτο συμπέρασμα προκύπτει ότι η χρήση σύνθετων υλικών στην περίσφιγξη δοκιμίων με μεγάλο λόγο πλευρών βελτιώνει σημαντικά τη συμπεριφορά σε περίσφιγξη αυξάνοντας την ικανότητα ανάληψης φορτίου και την πλαστιμότητα.

181 Συμπεριφορά δοκιμίου 1AhIII3a Το δοκίμιο 1ΑhIII3a ενισχύθηκε με τρείς στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε πολυμερική μήτρα και τοποθετήθηκαν σε αυτό μια σειρά 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' στο μέσο περίπου της μεγάλης του πλευράς. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης παρατηρήθηκε διόγκωση του μανδύα στις μεγάλες του πλευρές η οποία επηρέασε τα αγκύρια οδηγώντας τα σε εξόλκευση ή/και θραύση συνοδεία χαρακτηριστικού εκρηκτικού ήχου. Η θραύση του μανδύα ξεκίνησε στο πάνω μέρος της μικρής πλευράς, όπου υπάρχει και συγκέντρωση τάσεων και έφτασε μέχρι τη μέση της μεγάλης (Εικόνα 5.6). Η ύπαρξη αγκυρίου στη θέση αυτή δεν επέτρεψε τη διάδοσης της ρωγμής που είχε δημιουργηθεί στον μανδύα μέχρι το άκρο της πλευράς αυτής, ωστόσο προκάλεσε θραύση του αγκυρίου αυτού. Στην μπροστινή πλευρά του δοκιμίου (Εικόνα 5.5) παρατηρείται έντονη διόγκωση του μανδύα στο κέντρο της μεγάλης πλευράς η οποία οφείλεται σε λυγισμό του διαμήκους οπλισμού και μικρότερη τοπική θραύση του σε άλλα σημεία. θραύση αγκυρίου διόγκωση μανδύα α) β) γ) λυγισμός διαμήκους οπλισμού και θραύση αγκυρίου δ) ε) Εικόνα 5.5 α) Δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3a ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή όψη του δοκιμίου όπου διακρίνεται η διόγκωση του μανδύα στο μέσο της πλευράς, γ) αξονομετρική απεικόνιση δοκιμίου όπου φαίνεται η διόγκωση του μανδύα στην μπροστινή όψη, δ) λυγισμός διαμήκους οπλισμού όπου προκάλεσε τη διόγκωση του μανδύα, δ) κατάσταση οπλισμού και αγκυρίου μετά από αφαίρεση του μανδύα: ο οπλισμός έχει λυγίσει και το αγκύριο έχει σπάσει.

182 Stress (MPa) 157 θραύση αγκυρίου α) β) γ) Εικόνα 5.6 α), β),γ) Απεικόνιση της πίσω όψης του δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3a όπου παρατηρείται κυρίως στο κέντρο της πλευράς διόγκωση και τοπική θραύση του μανδύα. 40 1AhIII3a Strain (%) Σχήμα 5.3 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3a.

183 158 Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.3 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3a. Δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3a Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε cc (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε ccu (%) Από το παραπάνω διάγραμμα παρατηρούμε ότι η θλιπτική αντοχή του δοκιμίου 1AhIII3a είναι 1.8 φορές μεγαλύτερη από αυτή του απερίσφικτου δοκιμίου C3 ενώ η παραμόρφωση είναι 11 φορές μεγαλύτερη, γεγονός που αποδεικνύει ότι η κυρίαρχη συμβολή του μανδύα έγκειται στην αύξηση της παραμορφωσιμότητας και κατ επέκταση της πλαστιμότητας. Η θραύση των αγκυρίων αποτυπώνεται πάνω στην καμπύλη με μικρή πτώση του φορτίου, ενώ κατά τη διάρκεια του πειράματος γίνεται αντιληπτή με δυνατό κρότο και τοπική διόγκωση του μανδύα όπως αναφέρθηκε παραπάνω Συμπεριφορά δοκιμίου 1AhIII3b Το δοκίμιο 1AhIII3b είναι το δεύτερο κατά σειρά που ενισχύθηκε με τρεις στρώσεις ΙΟΠ με μια σειρά αγκυρίων. Η συμπεριφορά του στη δοκιμή θλίψης είναι όμοια με αυτή του δοκιμίου 1AhIII3a καθώς η αστοχία ξεκίνησε από το κάτω μέρος της μικρής πλευράς και έφτασε μέχρι το μέσο της μεγάλης πλευράς όπου υπήρχε αγκύριο. Στην μπροστινή πλευρά του δοκιμίου, όπως φαίνεται και στην Εικόνα 5.7, παρατηρούνται μικρές διογκώσεις κοντά στην περιοχή της αστοχίας καθώς και θραύση αγκυρίων ενώ στην πίσω πλευρά κανένα αγκύριο δεν έχει σπάσει. Από το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης παρατηρούμε ότι οι τιμές της μέγιστης τάσης καθώς και της παραμόρφωσης κατά την αστοχία είναι λίγο μειωμένες σε σχέση με τις αντίστοιχες του δοκιμίου 1AhIII3a. Οι διαφορές αυτές μπορεί να προέκυψαν εξαιτίας κάποιου λάθους κατά τη διάρκεια της ενίσχυσης, γι αυτό κρίθηκε αναγκαία η κατασκευή ενός άλλου όμοιου δοκιμίου προκειμένου τα αποτελέσματα να είναι αξιόπιστα. Ωστόσο και στην περίπτωση αυτή η θλιπτική αντοχή είναι 1.67 φορές μεγαλύτερη από αυτή του απερίσφικτου δοκιμίου ενώ η οριακή παραμόρφωση είναι 7.8 φορές μεγαλύτερη. Στο συγκεκριμένο δοκίμιο η θραύση των αγκυρίων παρατηρήθηκε στη μια μόνο πλευρά και σε περιοχή κοντά στη θέση αστοχίας του μανδύα.

184 159 α) β) γ) δ) ε) στ) ζ) Εικόνα 5.7 α) Δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3b ( mm) πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή όψη του δοκιμίου όπου διακρίνεται η θραύση του μανδύα στην κάτω αριστερή γωνία, γ), δ) θραύση μανδύα η οποία ξεκινάει από τη μικρή πλευρά, ε) εικόνα δοκιμίου μετά από αφαίρεση ενός τμήματος μανδύα διαφαίνονται οι οπλισμοί καθώς και τα αγκύρια που έχουν σπάσει, στ), ζ) πίσω όψη του δοκιμίου στο κάτω μέρος φαίνεται η αστοχία του μανδύα που φτάνει μέχρι το μέσο της μεγάλης πλευράς.

185 Stress (MPa) AhIII3b Strain (%) Μέγιστο Φορτίο (KN) Σχήμα 5.4 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3b. Πίνακας 5.4 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3b. Δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3b Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε cc (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε ccu (%) Συμπεριφορά δοκιμίου 1AhIII3c Το τρίτο κατά σειρά δοκίμιο ενισχυμένο με τρεις στρώσεις ΙΟΠ και μια σειρά αγκυρίων αστόχησε με εκρηκτική θραύση του μανδύα η οποία ξεκίνησε στο μέσο της μεγάλης πλευράς στο σημείο όπου έσπασε το πρώτο αγκύριο και συνέχισε μέχρι τη μικρή πλευρά. Στην πίσω πλευρά του δοκιμίου παρατηρήθηκε διόγκωση του μανδύα σε ορισμένα σημεία, ενώ η αφαίρεση ενός τμήματος του μανδύα αποκάλυψε τη θραύση ενός αγκυρίου. Σε αντίθεση με τα άλλα δύο όμοια δοκίμια όπου η αστοχία του μανδύα ξεκίνησε από τη μικρή πλευρά και έφτασε στο μέσο της μεγάλης, στο εν λόγω δοκίμιο η αστοχία ξεκίνησε από το μέσο της μεγάλης πλευράς, κάτι που μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη διάρκεια της δοκιμής θλίψης παρατηρήθηκε αστοχία του τσιμεντοκονιάματος της

186 161 επιπέδωσης στην κορυφή του δοκιμίου. Με την αστοχία της απερίσφικτης ζώνης του τσιμεντοκονιάματος ο μανδύας ενδεχομένως να ακούμπησε στη βάση της πλάκας της μηχανής θλίψης και να αστόχησε τοπικά. Από αυτή την τοπική αστοχία ξεκίνησε και η ολική θραύση του μανδύα μετά από λίγα λεπτά που οδήγησε σε πρόωρη αστοχία του δοκιμίου χωρίς την ανάπτυξη ικανοποιητικών παραμορφώσεων, όπως φαίνεται και παρακάτω στην καμπύλη τάσης παραμόρφωσης. θραύση αγκυρίου θραύση μανδύα α) β) θραύση αγκυρίου διόγκωση μανδύα θραύση αγκυρίου γ) δ) ε) Εικόνα 5.8 α), β) Μπροστινή πλευρά δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3c: διαφαίνεται το σημείο όπου ξεκίνησε η αστοχία του μανδύα, γ), δ) πίσω πλευρά: παρατηρούνται διογκώσεις του μανδύα στο μέσο περίπου του ύψους του δοκιμίου, ε) αποκάλυψη θραυσμένου αγκυρίου μετά την αφαίρεση τμήματος του μανδύα.

187 Stress (MPa) AhIII3c Strain (%) Σχήμα 5.5 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 1ΑhΙΙΙ3c. Πίνακας 5.5 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3c. Μέγιστο Φορτίο (KN) Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Δοκίμιο 1ΑhΙΙΙ3c Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε cc (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε ccu (%) Σύμφωνα με το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης η θλιπτική αντοχή προέκυψε 1.9 φορές μεγαλύτερη από αυτή του απερίσφικτου δοκιμίου και σε σύγκριση με τα όμοια δοκίμια, η αντοχή του 1ΑhΙΙΙ3c είναι πολύ κοντά στην αντίστοιχη του 1ΑhΙΙΙ3a. Αναφορικά με την παραμόρφωση αστοχίας, προέκυψε περίπου 5.2 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του δοκιμίου ελέγχου αλλά πολύ μικρότερη από αυτές των όμοιων ενισχυμένων δοκιμίων. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το δοκίμιο αυτό έφτασε το μέγιστο φορτίο αλλά λόγω πρώιμης αστοχίας του μανδύα δεν κατάφερε να αναπτύξει ικανοποιητικές παραμορφώσεις γι αυτό το δοκίμιο αυτό δεν κρίνεται κατάλληλο για την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων που αφορούν τις παραμορφώσεις.

188 Συμπεριφορά δοκιμίου T_IV3 Το δοκίμιο Τ_IV3 ενισχύθηκε με 4 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα εμποτισμένων σε τσιμεντοειδές κονίαμα. Οι πρώτες ρωγμές με διεύθυνση παράλληλη στον διαμήκη άξονα του δοκιμίου εμφανίστηκαν στο κάτω μέρος του κατά το πλάτος των μικρών πλευρών όπου υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση τάσεων. Με την αύξηση του φορτίου άρχισαν να εμφανίζονται οριζόντιες ρωγμές και να γίνονται περισσότερο ορατές οι διογκώσεις του μανδύα οι οποίες προέρχονταν από τη σταδιακή ενεργοποίησή του, λόγω της εκτεταμένης ρηγμάτωσης του πυρήνα του σκυροδέματος. Λόγω της μικρής εφελκυστικής αντοχής του κονιάματος της ανόργανης μήτρας και όταν η καμπυλότητα των διογκώσεων αυξανόταν αρκετά, ο μανδύας στην περιοχή αυτή αστοχούσε συνοδευόμενος από θραύση και αποκόλληση της ανόργανης μήτρας. Η εφελκυστική αντοχή αρκετών ινών του πλέγματος είχε εξαντληθεί με αποτέλεσμα κάποιες από αυτές να σπάσουν και κάποιες να ολισθήσουν συμπαρασύροντας ένα μεγάλο τμήμα της ανόργανης μήτρας που τις κρατούσε ενωμένες. Κύριο χαρακτηριστικό του τρόπου αστοχίας του δοκιμίου αυτού ήταν το γεγονός ότι η θραύση δεν ήταν τόσο απότομη όπως στα δοκίμια με εποξειδική ρητίνη αλλά γινόταν σταδιακά με τη δημιουργία ρωγμών κατά τη διάρκεια της φόρτισης που προειδοποιούσαν για την επερχόμενη αστοχία. θραύση ή ολίσθηση των α) ινών της ακμής β) γ) Εικόνα 5.9 α) Δοκίμιο T_IV3 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή πλευρά δοκιμίου όπου φαίνονται οι κατακόρυφες ρωγμές και οι διογκώσεις του μανδύα, γ) απεικόνιση της μικρής πλευράς όπου φαίνονται οι κατακόρυφες ρωγμές καθώς και τμήματα του μανδύα που έχουν αποκολληθεί.

189 Stress (MPa) 164 διόγκωση μανδύα α) β) Εικόνα 5.10 Ρηγμάτωση και διόγκωση του μανδύα: α) μπροστινή όψη, β) πίσω όψη T_IV Strain (%) Μέγιστο Φορτίο (KN) Σχήμα 5.6 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_IV3. Πίνακας 5.6 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_IV3. Δοκίμιο T_IV3 Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε cc (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε ccu (%)

190 165 Η καμπύλη τάσης παραμόρφωσης του δοκιμίου αποτελείται από έναν ανιόντα κλάδο με γραμμική συμπεριφορά μέχρι τη μέγιστη τάση και από ένα κλάδο που πέφτει σταδιακά μέχρι την αστοχία. Σύμφωνα με την παραπάνω καμπύλη η θλιπτική αντοχή του δοκιμίου αυξήθηκε κατά 40% σε σχέση με αυτή του απερίσφικτου και είναι πολύ κοντά με την αντίστοιχη του ενισχυμένου με δύο στρώσεις ΙΟΠ δοκιμίου (ΙΙ3). Αναφορικά με την παραμόρφωση αστοχίας, αυτή αντιστοιχεί σε τάση ίση με το 80% της μέγιστης τάσης και προέκυψε 2.6 φορές μεγαλύτερη από αυτή του δοκιμίου ελέγχου αλλά 0.62 φορές μικρότερη από την παραμόρφωση αστοχίας του ΙΙ3. Γενικά παρατηρούμε ότι η εφαρμογή τεσσάρων στρώσεων πλέγματος συνεχών ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα λειτούργησε ευεργετικά ως προς την ικανότητα ανάληψης φορτίου του δοκιμίου Συμπεριφορά δοκιμίου T_1AhIV3 Το δοκίμιο T_1AhIV3 ενισχύθηκε με 4 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα εμποτισμένων με τσιμεντοειδές κονίαμα και μια σειρά αγκυρίων εμποτισμένων με εποξειδική ρητίνη. Εφόσον είχε ξεπεραστεί η αντοχή του απερίσφικτου δοκιμίου άρχισαν να εμφανίζονται οι πρώτες ρηγματώσεις που ξεκινούσαν από το πάνω μέρος του δοκιμίου και εκτείνονταν σε κατακόρυφη διεύθυνση. Καθώς αυξανόταν το φορτίο οι διογκώσεις του μανδύα γίνονταν περισσότερο ορατές και συνοδεύονταν από αύξηση των υπαρχόντων ρωγμών και από σταδιακή θραύση ή ολίσθηση των ινών του μανδύα. Η διεύρυνση αυτή των ρωγμών καθώς και η διόγκωση του πυρήνα του σκυροδέματος είχε ως αποτέλεσμα την ενεργοποίηση των αγκυρίων κοντά στην περιοχή όπου είχε ξεκινήσει η αστοχία. Από την Εικόνα 5.11 παρατηρείται ότι κυρίως τα τρία αγκύρια που βρίσκονται στο πάνω μέρος είχαν ενεργοποιηθεί και μάλιστα τα δύο από αυτά είχαν σπάσει από την πίσω πλευρά του δοκιμίου. Επιπλέον, από τη μεριά που είχαν σπάσει τα αγκύρια ο μανδύας είχε αποκολληθεί από το σκυρόδεμα (Εικόνα 5.11δ,ε,στ), γεγονός που οφειλόταν σε διόγκωση του συνδετήρα λόγω λυγισμού του διαμήκους οπλισμού. Και για το δοκίμιο αυτό με αγκύρια ινών άνθρακα διαπιστώθηκε πως η αστοχία επήλθε προοδευτικά με τη δημιουργία και διεύρυνση ενός πλήθους ρωγμών, με τη σταδιακή θραύση ή ολίσθηση των ινών του μανδύα μετά την εξάντληση της ικανότητας ανάληψης εφελκυστικού φορτίου και με θραύση ορισμένων αγκυρίων. Η θραύση των αγκυρίων ακολουθήθηκε από έναν έντονο ήχο αλλά δεν ήταν τόσο εκρηκτική όπως συνέβαινε στους μανδύες ΙΟΠ με αγκύρια.

191 166 α) β) γ) ε) θραύση αγκυρίων δ) στ) Εικόνα 5.11 α) Δοκίμιο T_1AhIV3 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή πλευρά δοκιμίου: διαφαίνονται οι κατακόρυφες και οριζόντιες ρηγματώσεις καθώς και τα τρία αγκύρια που έχουν ενεργοποιηθεί, γ) απεικόνιση της μικρής πλευράς όπου φαίνονται ρωγμές και περιοχές αποκόλλησης του μανδύα, δ) πίσω πλευρά: διακρίνονται τα αγκύρια που έχουν σπάσει, ε), στ) αποκόλληση μανδύα από το σκυρόδεμα λόγω διόγκωσης του εγκάρσιου οπλισμού στην περιοχή αυτή. Η μορφή της καμπύλης τάσης παραμόρφωσης του δοκιμίου Τ_1AhIV3 δεν είναι εντελώς όμοια με αυτή του δοκιμίου T_IV3 χωρίς αγκύρια ινών καθώς μετά τον αρχικό ανιόντα κλάδο ακολουθεί ένα κομμάτι όπου η τάση παραμένει σταθερή και ίση με τη μέγιστη και υπάρχει αύξηση μόνο των παραμορφώσεων. Γενικά παρατηρούμε ότι το

192 Stress (MPa) 167 μέγιστο θλιπτικό φορτίο του δοκιμίου αυτού είναι μικρότερο κατά 19% σε σχέση με αυτό του αντίστοιχου δοκιμίου χωρίς αγκύρια ινών. Αντίθετα, η παραμόρφωση αστοχίας προέκυψε 1.69 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Τ_IV3 κάτι που μπορεί να οφείλεται στην ύπαρξη των αγκυρίων τα οποία συγκρατούσαν το πλέγμα και επέτρεψαν την ανάπτυξη περεταίρω παραμορφώσεων. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του δοκιμίου Τ_1AhIV3 με αυτά του δοκιμίου ελέγχου C3 παρατηρούμε ότι η θλιπτική αντοχή είναι 1.17 φορές μεγαλύτερη και η οριακή παραμόρφωση 4.4 φορές, τιμές που πλησιάζουν πολύ τις τιμές που έδωσε το ενισχυμένο με δύο στρώσεις ΙΟΠ δοκίμιο χωρίς αγκύρια ινών. 40 T_1AhIV Strain (%) Σχήμα 5.7 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_1AhIV3. Πίνακας 5.7 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_1AhIV3. Μέγιστο Φορτίο (KN) Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Δοκίμιο T_1AhIV3 Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε cc (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε ccu (%) Συγκεντρωτικά αποτελέσματα 1 ης Ομάδας

193 Stress (MPa) 168 Στο Σχήμα 5.8 παρατίθενται συγκεντρωτικά οι καμπύλες τάσεων - παραμορφώσεων για όλα τα δοκίμια της 1 ης ομάδας C3 - control II3c 1AhIII3a 1AhIII3b 1AhIII3c T_IV3 T_1AhIV II3 1AhIII3c 1AhIII3b 1AhIII3a 10 T_1AhIV3 5 C3-control T_IV Strain (%) Σχήμα 5.8 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ. Πίνακας 5.8 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για τα δοκίμια της 1 ης ομάδας ( mm). Δοκίμιο (1:3) Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) Τάση (MPa) Οριακή παραμόρφωση (%) C II AhIII3a AhIII3b AhIII3c T_IV T_1AhIV

194 % 169 Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται η αύξηση της θλιπτικής αντοχής (f cc ) και της παραμόρφωσης αστοχίας (ε cc ) των περισφιγμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του δοκιμίου ελέγχου (f co, ε cu ). Πίνακας 5.9 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων της 1 ης ομάδας ( mm) σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:3) ποσοστό αύξησης της θλιπτ. αντοχής (%) ποσοστό αύξησης της παραμορ. αστοχίας (%) II AhIII3a AhIII3b AhIII3c T_IV T_1AhIV % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου II3 1AhIII3a 1AhIII3b 1AhIII3c T_IV3 T_1AhIV3 Σχήμα 5.9 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου.

195 % 170 1, , % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου II3 1AhIII3a 1AhIII3b 1AhIII3c T_IV3 T_1AhIV3 Σχήμα 5.10 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Πίνακας 5.10 Μέσες τιμές αποτελεσμάτων των δοκιμίων της 1 ης ομάδας ( mm). Δοκίμιο (1:3) Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) Τάση (MPa) Οριακή παραμόρφωση (%) C II AhIII T_IV T_1AhIV Στα Σχ γίνεται σύγκριση του θλιπτικού φορτίου και της παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Παρατηρείται ότι όλα τα δοκίμια παρουσιάζουν σημαντική αύξηση τόσο του μέγιστου φορτίου όσο και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο. Το δοκίμιο με τις τρεις στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και μια σειρά αγκυρίων διαμέτρου 3/8ꞌ ꞌ (1ΑhIII3a) παρουσίασε αύξηση της αντοχής κατά 88.05%

196 171 και της παραμόρφωσης κατά %. Συγκρίνοντας το δοκίμιο με τις δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ (ΙΙ3) με αυτό με τις τρεις στρώσεις και μια σειρά αγκυρίων (1ΑhIII3) παρατηρούμε ότι το δεύτερο παρουσιάζει αύξηση της αντοχής κατά 7.36% % και της παραμόρφωσης κατά 24.53% % (Σχήμα 5.11). 1, % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης των δοκιμίων 1ΑhIII3 σε σχέση με το δοκίμιο II AhIII3a 1AhIII3b 1AhIII3c θλιπτική αντοχή παραμόρφωση αστοχίας Σχήμα 5.11 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με τρεις στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και μια σειρά αγκυρίων (1ΑhIII3) σε σχέση με το δοκίμιο με δύο στρώσεις (ΙΙ3). Στο Σχήμα 5.12 παρουσιάζονται οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης του δοκιμίου ελέγχου και όλων των ενισχυμένων δοκιμίων ( mm) με μανδύες ΙΟΠ. Τα δοκίμια 1ΑhIII3a,b,c στα οποία έχει εφαρμοστεί το ίδιο σύστημα ενίσχυσης εμφανίζουν κάποιες διαφορές στην απόκριση γεγονός που μπορεί να οφείλεται σε εξωτερικούς παράγοντες, όπως διαφορετική θερμοκρασία περιβάλλοντος κατά τη διάρκεια της ενίσχυσης. Από το γράφημα αυτό παρατηρείται ότι η επίδραση της περίσφιγξης σε δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 είναι αποτελεσματική τόσο στην αύξηση της αντοχής όσο και στην αύξηση της πλαστιμότητας. Η αύξηση του αριθμού των στρώσεων του μανδύα ΙΟΠ (από δύο σε τρεις στρώσεις) και η προσθήκη αγκυρίων δίνει καλύτερα αποτελέσματα τόσο σε όρους θλιπτικής αντοχής όσο και σε όρους οριακής παραμόρφωσης.

197 Stress (MPa) C3 - control II3 1AhIII3a 1AhIII3b 1AhIII3c AhIII3c 1AhIII3a 10 5 II3 C3-control 1AhIII3b Strain (%) Σχήμα 5.12 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ. Συνοψίζοντας, παρατηρούμε ότι η ενίσχυση με μανδύες ΙΟΠ σε υποστυλώματα με λόγο πλευρών 1:3 ( mm) αυξάνει σημαντικά τόσο το μέγιστο θλιπτικό φορτίο όσο και την πλαστιμότητα σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο. Με την αύξηση του αριθμού των στρώσεων και τη χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου στη μεγάλη πλευρά καθ ύψος του δοκιμίου η περίσφιγξη γίνεται περισσότερο αποδοτική. Τα ενισχυμένα με μανδύες ΙΑΜ δοκίμια χωρίς (Τ_IV3) και με αγκύρια ινών μορφής θυσάνου (T_1AhIV3) παρουσιάζουν αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 40.15% και 16.61% αντίστοιχα σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (Σχήμα ). Το δοκίμιο με τα αγκύρια ινών άνθρακα παρουσίασε αύξηση της οριακής παραμόρφωσης κατά 68% σε σχέση με το αντίστοιχο χωρίς αγκύρια. Συμπεραίνουμε, λοιπόν ότι για δοκίμιο με λόγο πλευρών 1:3 η ύπαρξη αγκυρίων σε μανδύα ΙΑΜ προκαλεί σημαντική αύξηση της οριακής παραμόρφωσης..

198 Stress (MPa) 173 Στο Σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζονται συγκεντρωτικά η απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων με τέσσερις στρώσεις πλέγματος σε ανόργανη μήτρα με και χωρίς αγκύρια καθώς και η απόκριση του δοκιμίου ελέγχου C3 - control T_IV3 T_1AhIV C3-control T_1AhIV3 T_IV Strain (%) Σχήμα 5.13 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με: α) μανδύες ΙΟΠ, β) μανδύες ΙΑΜ, γ) μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ. Τα δοκίμια με μανδύα ΙΑΜ (Τ_IV3 & T_1AhIV3) που αποτελούνται από τέσσερις στρώσεις πλέγματος έχουν την ίδια δυστένεια με δοκίμια με μανδύα ΙΟΠ μιας στρώσης που όμως δεν περιλαμβάνονται στο παρόν πειραματικό πρόγραμμα, γι αυτό γίνεται σύγκριση με το δοκίμιο με δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ (ΙΙ3). Από τα πειραματικά αποτελέσματα και από το Σχήμα 5.15 παρατηρούμε ότι η απόκριση του δοκιμίου ΙΙ3 είναι καλύτερη σε όρους θλιπτικής αντοχής σε σχέση με τα δοκίμια Τ_IV3 & T_1AhIV3. Η θλιπτική αντοχή των δοκιμίων Τ_IV3 & T_1AhIV3 είναι μειωμένη κατά 10.08% και 25.19% αντίστοιχα σε σχέση με το δοκίμιο ΙΙ3. Αναφορικά με την παραμόρφωση παρατηρείται ότι το δοκίμιο με το μανδύα ΙΑΜ και τα αγκύρια μορφής θυσάνου παρουσιάζει αύξηση της οριακής τιμής κατά 5.03% ενώ το δοκίμιο Τ_IV3 παρουσιάζει μείωση κατά 25.19% σε σχέση με το ΙΙ3.

199 Stress (MPa) % Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης των δοκιμίων T_IV3 & T_1ΑhIV3 σε σχέση με το δοκίμιο II θλιπτική αντοχή παραμόρφωση αστοχίας T_IV3 T_1AhIV3 Σχήμα 5.14 Ποσοστιαία μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας (+ για αύξηση, - για μείωση) των δοκιμίων με μανδύα ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο με δύο στρώσεις ΙΟΠ (ΙΙ3) C3 - control II3 T_IV3 T_1AhIV II3 C3-control T_1AhIV3 T_IV Strain (%) Σχήμα 5.15 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας.

200 Αποτελέσματα 2 ης Ομάδας Συμπεριφορά δοκιμίου ελέγχου C4 Το δοκίμιο C4 με λόγο πλευρών 1:4 είναι απερίσφικτο με αντοχή σκυροδέματος C12/15 και μελετήθηκε ως δοκίμιο αναφοράς για όλα τα περισφιγμένα δοκίμια ίδιων διαστάσεων. Λόγω των καλών συνθηκών συντήρησης δεν παρουσίασε μικρορωγμές πριν τη δοκιμή θλίψης στην επιφάνειά του λόγω συστολής του τσιμεντοπολτού. Με την επιβολή του θλιπτικού φορτίου άρχισαν να εμφανίζονται κάποιες ρηγματώσεις με διεύθυνση παράλληλη στο φορτίο κατά πλάτος της μικρής πλευράς του δοκιμίου όπου υπάρχει και συγκέντρωση τάσεων. Εκτός από κατακόρυφες ρωγμές δημιουργήθηκαν και οριζόντιες λόγω λυγισμού του διαμήκους οπλισμού. α) β) γ) δ) ε) στ) Εικόνα 5.12 Δοκίμιο ελέγχου C4 μετά τη δοκιμή θλίψης: α), β), γ) κατακόρυφες ρηγματώσεις κατά το πλάτος της μικρής πλευράς, δ), ε), στ) διόγκωση σκυροδέματος κατά την εγκάρσια διεύθυνση και δημιουργία οριζόντιας ρηγμάτωσης κατά πλάτος της μεγάλης πλευράς.

201 Stress (MPa) C Strain (%) Σχήμα 5.16 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ελέγχου C4. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.11 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο C4. Δοκίμιο C4 Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Στο Σχήμα 5.16 παρουσιάζεται η απόκριση του μη ενισχυμένου δοκιμίου με λόγο πλευρών 1:4. Παρατηρείται ότι όπως και στο δοκίμιο C3 η αντοχή του C4 είναι μικρότερη από το μέσο όρο αντοχής των τριών κύβων γεγονός που οφείλεται κυρίως στο μέγεθος του δοκιμίου. Επίσης, στο σχήμα διαφαίνεται η μικρή πλαστιμότητά του που δικαιολογείται από το ότι ο εγκάρσιος οπλισμός είναι αραιός καθώς επίσης και από το μεγάλο λόγο πλευρών που δεν δημιουργεί μεγάλες εγκάρσιες τάσεις περίσφιξης.

202 Συμπεριφορά δοκιμίου Ι4 Το δοκίμιο Ι4 ενισχύθηκε με μια στρώση υφάσματος από ίνες άνθρακα μιας διεύθυνσης εμποτισμένων με εποξειδική ρητίνη. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής και με την αύξηση του φορτίου παρατηρήθηκαν διογκώσεις του μανδύα στο μέσο του ύψους του δοκιμίου οι οποίες οφείλονταν στις εγκάρσιες τάσεις λόγω Poisson. Η αστοχία του δοκιμίου συνέβη στο πάνω μέρος, ήταν εκρηκτική και ξεκίνησε από το μέσο της μεγάλης πλευράς, όπου τελείωνε η τελική στρώση του μανδύα και επεκτάθηκε μέχρι τη μικρή πλευρά. διόγκωση μανδύα α) β) γ) Εικόνα 5.13 Δοκίμιο Ι4: α) μπροστινή πλευρά: διόγκωση του μανδύα στο μέσο περίπου του ύψους, β) πίσω πλευρά: θραύση του μανδύα στο πάνω μέρος, στο μέσο περίπου της μεγάλης πλευράς, γ) αστοχία δοκιμίου.

203 stress (MPa) I strain (%) Σχήμα 5.17 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου I4. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.12 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο I4. Δοκίμιο I4 Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Από το παραπάνω διάγραμμα παρατηρούμε ότι η θλιπτική αντοχή του δοκιμίου Ι4 αυξήθηκε μόνο κατά 8.2% σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο αλλά η παραμόρφωση αστοχίας προέκυψε τριπλάσια από την αντίστοιχη του δοκιμίου ελέγχου. Παρατηρείται λοιπόν ότι η μια στρώση υφάσματος είναι πιο αποτελεσματική στην αύξηση της πλαστιμότητας.

204 Συμπεριφορά δοκιμίου ΙΙ4 To δοκίμιο ΙΙ4 ενισχύθηκε με δύο στρώσεις υφάσματος από ίνες άνθρακα μιας διεύθυνσης εμποτισμένων με εποξειδική ρητίνη. Κατά την επιβολή της φόρτισης λόγω της ύπαρξης του μανδύα δεν ήταν ορατές οι όποιες ρωγμές είχαν δημιουργηθεί στην επιφάνεια του σκυροδέματος. Με την αύξηση του θλιπτικού φορτίου παρατηρήθηκε μια ελαφριά διόγκωση του μανδύα λόγω του νόμου του Poisson. Η θραύση του μανδύα ήταν εκρηκτική και εκδηλώθηκε και σε αυτή την περίπτωση στις ακμές του δοκιμίου, εκεί δηλαδή όπου υπάρχει η μεγαλύτερη συγκέντρωση τάσεων. Η θραύση ξεκίνησε από τη μια άκρη και κατέληξε στην αντικριστή λόγω έλλειψης αγκυρίων. Παρατηρήθηκε ότι στα σημεία αποκόλλησης ο μανδύας συμπαρέσυρε και τμήμα αδρανών γεγονός που καταδεικνύει ότι η συνεργασία μανδύα σκυροδέματος ήταν επιτυχής. διόγκωση μανδύα α) β) Εικόνα 5.14 α) Δοκίμιο ΙΙ4 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) μπροστινή πλευρά: αστοχία μανδύα που ξεκίνησε από την κάτω γωνία και συνέχισε κατά μήκος της μεγάλης πλευράς, γ) πίσω πλευρά: τοπική διόγκωση μανδύα στο μέσο του ύψους του δοκιμίου. Σύμφωνα με το διάγραμμα τάσεων-παραμορφώσεων του δοκιμίου ΙΙ4 που προέκυψε, με την τοποθέτηση της διπλής στρώσης υφάσματος από ίνες άνθρακα, παρατηρείται αύξηση τόσο της θλιπτικής αντοχής όσο και της πλαστιμότητας, σε σχέση με το αντίστοιχο δοκίμιο ελέγχου C4. Πιο συγκεκριμένα, η θλιπτική αντοχή αυξήθηκε κατά 18%, ενώ η παραμόρφωση αστοχίας είναι περίπου 4.5 φορές μεγαλύτερη. γ)

205 Stress (MPa) II4c Strain (%) Σχήμα 5.18 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΙ4. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.13 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο ΙΙ4. Δοκίμιο ΙΙ4 Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Συμπεριφορά δοκιμίου 2ΑhΙ4 Το δοκίμιο 2ΑhI4 ενισχύθηκε με μια στρώση υφάσματος ινών άνθρακα και δυο σειρές αγκυρίων. Η αστοχία ξεκίνησε από το κάτω μέρος της μικρής πλευράς όπου υπάρχει συγκέντρωση τάσεων και συνέχισε μέχρι το μέσο της μεγάλης. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης και πριν την τελική αστοχία παρατηρήθηκε έντονη διόγκωση του μανδύα στο μέσο περίπου του ύψους όπου υπήρξε αστοχία κάποιων ινών αλλά όχι ολόκληρων των αγκυρίων (Εικόνα 5.15 α), β), γ)). Τοπική αστοχία και θραύση αγκυρίου παρατηρήθηκε στην μπροστινή όψη πιθανώς λόγω τοπικής συγκέντρωσης τάσεων (Εικόνα 5.15 δ)).

206 181 διόγκωση μανδύα α) β) γ) θραύση αγκυρίου δ) ε) Εικόνα 5.15 Δοκίμιο 2ΑhΙ4: α), β) μπροστινή πλευρά: διόγκωση του μανδύα στο μέσο περίπου του ύψους, γ) αστοχία του δοκιμίου που ξεκινάει από τη μικρή πλευρά, δ) πίσω πλευρά: τοπική διόγκωση στην κάτω δεξιά γωνία και θραύση του αγκυρίου στην περιοχή αυτή, ε) αστοχία του δοκιμίου. Σύμφωνα με το διάγραμμα τάσεων-παραμορφώσεων του δοκιμίου 2ΑhI4 παρατηρείται αύξηση τόσο της θλιπτικής αντοχής όσο και της πλαστιμότητας, σε σχέση με το αντίστοιχο δοκίμιο ελέγχου C4. Πιο συγκεκριμένα η θλιπτική αντοχή αυξήθηκε κατά 20% ενώ η παραμόρφωση αστοχίας προέκυψε 2.2 φορές μεγαλύτερη.

207 stress (MPa) AhI strain (%) Σχήμα 5.19 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2ΑhΙ4. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.14 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2ΑhΙ4. Δοκίμιο 2ΑhΙ4 Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhIII4a Το δοκίμιο 2ΑhIII4a ήταν ενισχυμένο με τρείς στρώσεις υφάσματος ΙΟΠ και είχαν τοποθετηθεί καθ ύψος των μεγάλων πλευρών του δύο σειρές αγκυρίων ινών άνθρακα διαμέτρου 3/8' '. Η θραύση του μανδύα ξεκίνησε από την πάνω γωνία και συνέχισε σε όλη τη μικρή πλευρά. Στο πάνω μέρος του δοκιμίου κοντά στην περιοχή θραύσης παρατηρούνται τοπικές διογκώσεις του μανδύα λόγω του νόμου του Poisson. Θραύση αγκυρίου παρατηρήθηκε μόνο στη μια όψη όπου η αστοχία του μανδύα είχε επεκταθεί ελαφρώς προς τη μεγάλη πλευρά.

208 183 θραύση αγκυρίου α) β) γ) δ) Εικόνα 5.16 Στιγμιότυπα από την αστοχία του δοκιμίου 2ΑhIII4a: α) μπροστινή όψη: η αστοχία του μανδύα επεκτείνεται στη μεγάλη πλευρά μέχρι πριν την περιοχή των αγκυρίων, β), γ) πλευρική απεικόνιση δοκιμίου όπου διαφαίνεται η αστοχία του μανδύα στην πάνω καμπυλωμένη γωνία, δ) λεπτομέρεια από την αστοχία του μανδύα. Παρατηρώντας την παρακάτω καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων τα συμπεράσματα που μπορούν να εξαχθούν αφορούν τη σημαντική αύξηση της ικανότητας ανάληψης φορτίου και της πλαστιμότητας. Πιο συγκεκριμένα, η θλιπτική αντοχή αυξήθηκε περίπου κατά 67% σε σχέση με αυτή του απερίσφικτου δοκιμίου, ενώ η παραμόρφωση αστοχίας προέκυψε σχεδόν τριπλάσια. Παρατηρούμε λοιπόν ότι η χρήση σύνθετων υλικών στην περίσφιγξη δοκιμίων με μεγάλο λόγο πλευρών βελτιώνει σημαντικά τη συμπεριφορά σε περίσφιγξη.

209 184 Σχήμα 5.20 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhIII4a. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.15 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhIII4a. Δοκίμιο 2AhIII4a Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhIII4b Το δοκίμιο 2ΑhIII4b ήταν όμοια περισφιγμένο με το 2ΑhIII4a και είχε παρόμοια συμπεριφορά κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Η θραύση του μανδύα έγινε με εκρηκτικό τρόπο ξεκινώντας από τη μικρή πλευρά και συνεχίζοντας στη μεγάλη πλευρά προκαλώντας θραύση αγκυρίου. Από την Εικόνα 5.17 παρατηρούμε ότι στη μια πλευρά του δοκιμίου δεν υπάρχουν διογκώσεις του μανδύα, σε αντίθεση με την αντικριστή πλευρά όπου υπάρχει μια έντονη διόγκωση που οφείλεται στη θραύση αγκυρίου.

210 185 θραύση αγκυρίου α) β) γ) δ) Εικόνα 5.17 Στιγμιότυπα από την αστοχία του δοκιμίου 2ΑhIII4b: α) διόγκωση του μανδύα στην περιοχή κοντά στη θραύση, β), γ), δ) πλευρική απεικόνιση δοκιμίου όπου φαίνεται η αστοχία του μανδύα στην κάτω πλευρά, ε) λεπτομέρεια από την αστοχία του μανδύα στη μικρή πλευρά. ε) Σύμφωνα με την παρακάτω καμπύλη η θλιπτική αντοχή είναι 1.49 φορές μεγαλύτερη από αυτή του δοκιμίου ελέγχου και η παραμόρφωση αστοχίας 2.7 φορές μεγαλύτερη και σχεδόν ίση με την αντίστοιχη του δοκιμίου 2ΑhIII4a. Στην καμπύλη αυτή οι απότομες πτώσεις φορτίου αντιστοιχούν σε θραύση αγκυρίου.

211 Stress (MPa) AhIII4b Strain (%) Σχήμα 5.21 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhIII4b. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.16 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhIII4b. Δοκίμιο 2AhIII4b Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhIII4c Το δοκίμιο 2AhIII4c είναι το τρίτο κατά σειρά που ενισχύθηκε με τρεις στρώσεις ΙΟΠ και με δύο σειρές αγκυρίων. Η συμπεριφορά του στη δοκιμή θλίψης είναι όμοια με αυτές των άλλων δύο δοκιμίων καθώς η αστοχία ξεκίνησε από το κάτω μέρος της μικρής πλευράς όπου υπάρχει συγκέντρωση τάσεων αλλά δεν συνέχισε στη μεγάλη πλευρά. Κατά την επιβολή της φόρτισης, παρατηρήθηκε ιδιαίτερη διόγκωση λόγω λυγισμού του διαμήκους οπλισμού κάτω από το ύψος των LVDT s, όπου τοπικά υπήρξε αστοχία κάποιων ινών. Αναφορικά με τα αγκύρια, σύμφωνα με τις τομές που έγιναν μετά το τέλος του πειράματος, δεν υπήρξε αστοχία, παρά μόνο τοπική θραύση ελάχιστων ινών.

212 187 α) γ) β) δ) ε) Εικόνα 5.18 α) Δοκίμιο 2ΑhIII4c πριν τη δοκιμή θλίψης, β) διόγκωση του μανδύα στην περιοχή κοντά στη θραύση, γ) αφαίρεση μανδύα μετά τη δοκιμή θλίψης όπου δεν παρατηρείται θραύση αγκυρίου, δ), ε) πλευρική απεικόνιση δοκιμίου όπου φαίνεται η αστοχία του μανδύα στην κάτω πλευρά. Από το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης παρατηρούμε ότι οι τιμές της μέγιστης τάσης καθώς και της παραμόρφωσης κατά την αστοχία είναι πολύ κοντά σε αυτές του δοκιμίου 2AhIII4a. Η μόνη διαφορά που παρατηρείται είναι ότι στην περίπτωση αυτή δεν εμφανίζεται θραύση κάποιου αγκυρίου. Σε σύγκριση με το δοκίμιο ελέγχου παρατηρείται ότι η θλιπτική αντοχή είναι 1.7 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη τιμή ενώ η οριακή παραμόρφωση είναι 2.7 φορές μεγαλύτερη.

213 Stress (MPa) AhIII4c Strain (%) Σχήμα 5.22 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhIII4c. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.17 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhIII4c. Δοκίμιο 2AhIII4c Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhII4Ua Το δοκίμιο 2AhIIUa ενισχύθηκε με δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα, δύο επιπλέον τοπικές στρώσεις μανδύα (τύπου U) στις μικρές πλευρές καθώς και με δύο σειρές αγκυρίων. Η αστοχία του δοκιμίου αυτού δεν εκδηλώθηκε στις μικρές πλευρές, όπως συνέβη με τα προηγούμενα δοκίμια, μιας και οι τοπικοί μανδύες που είχαν τοποθετηθεί στα άκρα αύξησαν τη δυσκαμψία των περιοχών αυτών. Τελικά, η θραύση του μανδύα πραγματοποιήθηκε στο μέσο του ύψους και εκδηλώθηκε με τοπική διόγκωση του μανδύα στο σημείο αυτό λόγω λυγισμού του διαμήκους οπλισμού καθώς και με θραύση αγκυρίων (Εικόνα 5.19). Στην πίσω πλευρά του δοκιμίου στο πάνω μέρος παρατηρήθηκε μια τοπική θραύση του μανδύα ενδεχομένως εξαιτίας της επαφής του μανδύα με την

214 189 πλάκα της μηχανής θλίψης η οποία συνοδεύτηκε από τη θραύση των δύο πρώτων αγκυρίων (Εικόνα 5.20). Ωστόσο, το φαινόμενο αυτό ήταν τοπικό και δεν επηρέασε την απόκριση του δοκιμίου και την τελική αστοχία του μανδύα, η οποία πραγματοποιήθηκε, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, στο μέσο της αντικριστής πλευράς. α) β) γ) δ) Εικόνα 5.19 α) Δοκίμιο 2AhIIUa πριν τη δοκιμή θλίψης, β), γ), δ) διόγκωση του μανδύα στη μέση του ύψους του δοκιμίου στο κέντρο της μεγάλης πλευράς όπου αστόχησε ο μανδύας, ε) αφαίρεση τμήματος μανδύα μετά τη δοκιμή θλίψης όπου παρατηρείται θραύση αγκυρίων, στ) λυγισμός διαμήκους οπλισμού που προκάλεσε τοπική διόγκωση του μανδύα. ε) στ)

215 Stress (MPa) 190 α) β) Εικόνα 5.20 Πίσω πλευρά του δοκιμίου 2AhIIUa: α) τοπική θραύση του μανδύα στο πάνω μέρος του δοκιμίου, β) θραύση των δύο πρώτων αγκυρίων AhII4Ua Strain (%) Σχήμα 5.23 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhII4Ua. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.18 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhII4Ua. Δοκίμιο 2AhII4Ua Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%)

216 191 Σύμφωνα με το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης η θλιπτική αντοχή προέκυψε 1.5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του απερίσφικτου δοκιμίου και σε σύγκριση με τα ενισχυμένα με τρεις στρώσεις δοκίμια, η αντοχή αυτή είναι πολύ κοντά στην αντίστοιχη του 2ΑhΙΙΙ3b. Αναφορικά με την παραμόρφωση αστοχίας, προέκυψε περίπου 3 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του δοκιμίου ελέγχου και είναι λίγο μεγαλύτερη από την αντίστοιχη των δοκιμίων 2ΑhΙΙΙ3a,b,c. Η θραύση των αγκυρίων που αποτυπώνεται πάνω στην καμπύλη τάσης παραμόρφωσης με απότομη πτώση φορτίου σημειώθηκε πολύ αργότερα από τη θεωρούμενη παραμόρφωση αστοχίας. Από τα παραπάνω στοιχεία διαπιστώνουμε ότι η ενίσχυση με δύο στρώσεις μανδύα και δύο στρώσεις τοπικού μανδύα στις μικρές πλευρές λειτούργησε άκρως ικανοποιητικά ως προς την περίσφιγξη αφού έδωσε παρόμοια αποτελέσματα με το μανδύα με τις τρεις στρώσεις Συμπεριφορά δοκιμίου 2AhII4Ub Το δοκίμιο αυτό ενισχύθηκε με τον ίδιο ακριβώς τρόπο με το 2AhII4Ua και παρουσιάζει την ίδια συμπεριφορά κατά την αστοχία. Η θραύση του μανδύα εντοπίζεται στο μέσο του ύψους του δοκιμίου και συνοδεύεται από θραύση αγκυρίων στο σημείο αυτό. διόγκωση μανδύα Εικόνα 5.21 Αστοχία δοκιμίου 2AhIIUb.

217 Stress (MPa) AhII4Ub Strain (%) Σχήμα 5.24 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου 2AhII4Ub. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.19 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο 2AhII4Ub. Δοκίμιο 2AhII4Ub Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Σύμφωνα με το διάγραμμα τάσεων-παραμορφώσεων, παρατηρήθηκε αύξηση της θλιπτικής αντοχής της τάξης του 62% περίπου, σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Συγκριτικά με το όμοιο δοκίμιο 2ΑΙΙ4Ua η θλιπτική αντοχή προέκυψε λίγο μεγαλύτερη και πλησιάζει την αντοχή των ενισχυμένων με τρεις στρώσεις δοκιμίων (2ΑhIII4a,b,c). Αναφορικά με την παραμόρφωση αστοχίας, αυτή προέκυψε περίπου 2.7 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του δοκιμίου ελέγχου και λίγο μικρότερη από την αντίστοιχη του ομοίου δοκιμίου. Στην περίπτωση αυτή παρατηρούμε ότι η θραύση των αγκυρίων ήταν εκρηκτική και εκδηλώθηκε κατά το πέρας της δοκιμής ταυτόχρονα με την αστοχία του σκυροδέματος και του μανδύα.

218 Συμπεριφορά δοκιμίου T_IV4 Το δοκίμιο Τ_IV4 ενισχύθηκε με 4 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα εμποτισμένων σε τσιμεντοειδές κονίαμα. Οι πρώτες ρωγμές με διεύθυνση παράλληλη στον άξονα του δοκιμίου εμφανίστηκαν στο πάνω μέρος της μεγάλης πλευράς κοντά στην καμπυλωμένη γωνία όπου υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση τάσεων. Με την αύξηση του φορτίου άρχισαν να εμφανίζονται περισσότερες κατακόρυφες ρωγμές αλλά όχι ιδιαίτερες διογκώσεις του μανδύα. Ωστόσο, στο πάνω μέρος του δοκιμίου παρατηρήθηκε μια προς τα έξω κάμψη του μανδύα η οποία είχε ως αποτέλεσμα την αποκόλληση του μανδύα από το σκυρόδεμα στην περιοχή αυτή (Εικόνα 5.20). Κύριο χαρακτηριστικό του τρόπου αστοχίας του δοκιμίου αυτού ήταν το γεγονός ότι η θραύση έγινε σταδιακά με δημιουργία ρωγμών κατά τη διάρκεια της φόρτισης που προειδοποιούσαν για την επερχόμενη αστοχία. αποκόλληση μανδύα Εικόνα 5.22 Αστοχία δοκιμίου Τ_IV4.

219 stress (MPa) T_IV ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Strain (%) Σχήμα 5.25 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_IV4. Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.20 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_IV4. Δοκίμιο T_IV4 Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Η καμπύλη τάσης παραμόρφωσης του δοκιμίου αποτελείται από έναν ανιόντα κλάδο με γραμμική συμπεριφορά μέχρι την παραμόρφωση 0.032% που αντιστοιχεί στην παραμόρφωση του απερίσφικτου δοκιμίου, από έναν αύξοντα κλάδο μέχρι τη μέγιστη τάση (ε cο = 0.34%) και από ένα φθίνοντα κλάδο που πέφτει ομαλά μέχρι το σημείο θραύσης των ινών του μανδύα (ε cu = 0.52%). Σύμφωνα με την καμπύλη η θλιπτική αντοχή του δοκιμίου αυξήθηκε μόλις κατά 7.2% σε σχέση με αυτή του απερίσφικτου ενώ η παραμόρφωση αστοχίας αυξήθηκε κατά 13%. Παρατηρούμε ότι η εφαρμογή τεσσάρων στρώσεων πλέγματος συνεχών ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα σε δοκίμιο με λόγο πλευρών 1:4 δεν λειτούργησε αποτελεσματικά στην αύξηση της θλιπτικής αντοχής.

220 Συμπεριφορά δοκιμίου T_2AhIV4 Το δοκίμιο T_2AhIV4 ενισχύθηκε με 4 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα εμποτισμένων με τσιμεντοειδές κονίαμα και δύο σειρές αγκυρίων εμποτισμένων με εποξειδική ρητίνη. Μετά την υπέρβαση της αντοχής του απερίσφικτου δοκιμίου άρχισαν να εμφανίζονται οι πρώτες κατακόρυφες ρηγματώσεις στις μικρές πλευρές του δοκιμίου. Καθώς αυξανόταν το φορτίο οι υπάρχουσες ρωγμές διευρύνθηκαν και άρχισαν να εμφανίζονται διογκώσεις του μανδύα. Η διεύρυνση αυτή των ρωγμών καθώς και η διόγκωση του πυρήνα του σκυροδέματος είχε ως αποτέλεσμα την ενεργοποίηση των αγκυρίων στο πάνω και κάτω μέρος του δοκιμίου. Από την Εικόνα 5.23 παρατηρείται ότι κυρίως τα τέσσερα αγκύρια που βρίσκονται στο κάτω μέρος είχαν ενεργοποιηθεί αλλά κανένα δεν έσπασε εντελώς παρά μόνο κάποιες ίνες τους. Τελικά, η αστοχία του δοκιμίου επήλθε σταδιακά με τη δημιουργία και διεύρυνση ενός πλήθους ρωγμών, με τη σταδιακή θραύση ή ολίσθηση των ινών του μανδύα μετά την εξάντληση της ικανότητας ανάληψης εφελκυστικού φορτίου. Εικόνα 5.23 α) Δοκίμιο T_2AhIV4 πριν τη δοκιμή θλίψης, β) κατακόρυφες ρωγμές κατά πλάτος της μικρής πλευράς.

221 Stress (MPa) 196 Εικόνα 5.24 Δοκίμιο T_2AhIV4 μετά τη δοκιμή θλίψης. Από την καμπύλη τάσης παραμόρφωσης του δοκιμίου T_2AhIV4 παρατηρούμε ότι η θλιπτική αντοχή αυξήθηκε κατά 29% σε σχέση με αυτή του δοκιμίου ελέγχου και η παραμόρφωση αστοχίας κατά 128%. Σε σύγκριση με το αντίστοιχο δοκίμιο χωρίς αγκύρια ινών παρατηρούμε ότι η μέγιστη τάση παρουσίασε αύξηση κατά 21% και η οριακή παραμόρφωση κατά 101%. Καταλήγουμε λοιπόν στο συμπέρασμα ότι στην περίπτωση δοκιμίου με λόγο πλευρών 1:4 η ύπαρξη αγκυρίων είναι αποτελεσματική στην περίσφιγξη. 40 T_2AhIV Strain (%) Σχήμα 5.26 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου T_2AhIV4.

222 Stress (MPa) 197 Μέγιστο Φορτίο (KN) Πίνακας 5.21 Πειραματικά αποτελέσματα για το δοκίμιο T_2AhIV4. Δοκίμιο T_2AhIV4 Μέγιστη θλιπτική αντοχή f co (MPa) Παραμόρφωση στη μέγιστη τάση ε co (%) Παραμόρφωση κατά την αστοχία ε cu (%) Συγκεντρωτικά αποτελέσματα 2 ης Ομάδας Στον Πίνακα 5.22 παρατίθενται συγκεντρωτικά τα αποτελέσματα για όλα τα δοκίμια της 2 ης ομάδας ( mm) και στο Σχήμα 5.27 παρατίθενται οι αντίστοιχες καμπύλες τάσης παραμόρφωσης AhIII4c 2AhII4Ub 2AhIII4a C4 - control I4 II4 2AhI4 2AhIII4a 2AhIII4b 2AhIII4c 2AhII4Ua 2AhII4Ub T_IV4 T_2AhIV4 15 II4 10 2AhII4Ua 2AhIII4b 5 I4 T_IV4 2AhI4 C4-control T_2AhIV Strain (%) Σχήμα 5.27 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ.

223 198 Πίνακας 5.22 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για τα δοκίμια της 2 ης ομάδας ( mm). Δοκίμιο (1:4) Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) Τάση (MPa) Οριακή παραμόρφωση (%) C I II AhI AhIII4a AhIII4b AhIII4c AhII4Ua AhII4Ub T_IV T_2AhIV Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται η αύξηση της θλιπτικής αντοχής (f cc ) και της παραμόρφωσης αστοχίας (ε cc ) των περισφιγμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του δοκιμίου ελέγχου (f co, ε cu ). Πίνακας 5.23 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων της 2 ης ομάδας ( mm) σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:4) ποσοστό αύξησης της θλιπτ. αντοχής (%) ποσοστό αύξησης της παραμορ. αστοχίας (%) I II AhI AhIII4a AhIII4b AhIII4c AhII4Ua AhII4Ub T_IV T_2AhIV

224 199 % % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου I4 II4 2AhI4 2AhIII4a 2AhIII4b 2AhIII4c 2AhII4Ua 2AhII4Ub T_IV4 T_2AhIV4 Σχήμα 5.28 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου % 1, I4 II4 2AhI4 2AhIII4a 2AhIII4b 2AhIII4c 2AhII4Ua 2AhII4Ub T_IV4 T_2AhIV4 Σχήμα 5.29 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου.

225 200 Πίνακας 5.24 Μέσες τιμές αποτελεσμάτων των δοκιμίων της 2 ης ομάδας ( mm). Δοκίμιο (1:4) Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) Τάση (MPa) Οριακή παραμόρφωση (%) C I II AhI AhIII AhII4U T_IV T_2AhIV Στα Σχ γίνεται σύγκριση του θλιπτικού φορτίου και της παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Παρατηρείται ότι όλα τα δοκίμια παρουσιάζουν σημαντική αύξηση τόσο του μέγιστου φορτίου όσο και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο. Μεγαλύτερη αύξηση της θλιπτικής αντοχής (71.45%) παρατηρείται στο δοκίμιο με τις τρεις στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και αγκύρια ινών μορφής θυσάνου (2ΑhIII4c) ενώ μεγαλύτερη αύξηση της παραμόρφωσης (354.35%) παρατηρείται στο δοκίμιο με τις δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ χωρίς αγκύρια (ΙΙ4). Παρατηρείται, λοιπόν ότι με την αύξηση του αριθμού των στρώσεων (μια, δύο ή τρεις στρώσεις) του μανδύα ΙΟΠ το μέγιστο θλιπτικό φορτίο αυξάνει σε αντίθεση με την οριακή παραμόρφωση αστοχίας η οποία προκύπτει μεγαλύτερη σε μικρότερο αριθμό στρώσεων (δύο στρώσεις). Συγκρίνοντας τα δοκίμια χωρίς αγκύρια και με μια και δύο στρώσεις (δοκίμια Ι4 και ΙΙ4 αντίστοιχα) παρατηρείται αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 9% και της παραμόρφωσης κατά 40% σε σχέση με το δοκίμιο Ι4. Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι στην περίπτωση που δεν χρησιμοποιούνται διαμπερή αγκύρια σε υποστυλώματα με λόγο πλευρών 1:4 η αύξηση του αριθμού των στρώσεων επηρεάζει την αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης κυρίως στη βελτίωση της παραμόρφωσης. Προκειμένου να αξιολογήσουμε την επιρροή των αγκυρίων στη βελτίωση της αποδοτικότητας της περίσφιγξης γίνεται σύγκριση των δοκιμίων με μια στρώση με και χωρίς αγκύρια (δοκίμια Ι4 και 2AhΙ4 αντίστοιχα). Παρατηρείται ότι η ύπαρξη αγκυρίων προκαλεί αύξηση του μέγιστου θλιπτικού φορτίου κατά 11% σε σχέση με το δοκίμιο χωρίς

226 % 201 αγκύρια αλλά η παραμόρφωση κατά την οποία παρατηρείται πτώση της αντοχής κατά 20% είναι μειωμένη κατά 32% σε σχέση με την αντίστοιχη του δοκιμίου Ι4. Στο Σχήμα 5.30 παρουσιάζεται η αύξηση της αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων με αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου με δύο (2AhII4U) και τρεις στρώσεις (2AhIII4) μανδύα ΙΟΠ ως προς το δοκίμιο με αγκύρια και μια στρώση μανδύα (2AhI4). Πιο συγκεκριμένα, με την αύξηση του αριθμού των στρώσεων το μέγιστο θλιπτικό φορτίο παρουσιάζει αύξηση κατά 30.84% % και η παραμόρφωση κατά 23.76% %) % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο 2ΑhI θλιπτική αντοχή παραμόρφωση αστοχίας AhIII4 2AhII4U Σχήμα 5.30 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων 2AhIII4 & 2AHII4U σε σχέση με το δοκίμιο 2AhI4. Τα δοκίμια με τις δύο στρώσεις μανδύα και τις δύο στρώσεις μανδύα μορφής C στα άκρα της μεγάλης πλευράς και αγκύρια ινών (2ΑhII4U) έχουν παρόμοια συμπεριφορά με αυτά με τρεις στρώσεις και αγκύρια ινών (2ΑhIII4). Συγκρίνοντας τα δύο συστήματα ενίσχυσης μεταξύ τους παρατηρούμε ότι το σύστημα με τις τρεις στρώσεις δίνει θλιπτική αντοχή αυξημένη μόλις κατά 3.4% σε σχέση με αυτή του συστήματος με τις δύο στρώσεις και τον τοπικό μανδύα μορφής C στα άκρα αλλά η οριακή παραμόρφωση αστοχίας του πρώτου είναι μειωμένη κατά 6% σε σχέση με αυτή του δεύτερου συστήματος. Επομένως, θα μπορούσαμε να πούμε ότι αυτά τα δύο διαφορετικά συστήματα ενίσχυσης είναι ισοδύναμα τόσο ως προς την αύξηση της αντοχής όσο και της παραμόρφωσης.

227 Stress (MPa) AhIII4c 2AhIII4a C4 - control I4 II4 2AhI4 2AhIII4a 2AhIII4b 2AhIII4c 2AhII4Ua 2AhII4Ub 15 II4 10 2AhII4Ua 5 2AhII4Ub 2AhIII4b 2AhI4 I4 C4-control Strain (%) Σχήμα 5.31 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ. Στο Σχήμα 5.31 παρουσιάζονται οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης του δοκιμίου ελέγχου και όλων των ενισχυμένων δοκιμίων ( mm) με μανδύες ΙΟΠ. Παρατηρείται ότι τα δοκίμια με το ίδιο σύστημα ενίσχυσης εμφανίζουν μικρές διαφορές στην απόκριση κάτι που μπορεί να οφείλεται σε εξωτερικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά τους. Παρόλα αυτά, οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δείχνουν ότι η επίδραση της περίσφιγξης σε δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 είναι αποτελεσματική τόσο στην αύξηση της αντοχής όσο και στην αύξηση της πλαστιμότητας. Με την αύξηση του αριθμού των στρώσεων και τη χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου στη μεγάλη πλευρά καθ ύψος του δοκιμίου η περίσφιγξη γίνεται περισσότερο αποδοτική. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι το σύστημα ενίσχυσης με τις τρεις στρώσεις υφάσματος και τα αγκύρια ινών είναι ισοδύναμο με το σύστημα ενίσχυσης με δύο στρώσεις υφάσματος περιμετρικά του δοκιμίου και δύο στρώσεις υφάσματος μορφής U στα άκρα της μεγάλης πλευράς και αγκύρια ινών.

228 Stress (MPa) 203 Τα ενισχυμένα με μανδύες ΙΑΜ δοκίμια χωρίς (Τ_IV4) και με αγκύρια ινών μορφής θυσάνου (T_2AhIV4) παρουσιάζουν αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 7.17% και 29.20% αντίστοιχα σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (Σχήμα ). Το δοκίμιο με τα αγκύρια ινών άνθρακα παρουσίασε αύξηση της αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης κατά 20.58% και % αντίστοιχα σε σχέση με το αντίστοιχο χωρίς αγκύρια. Συμπεραίνουμε, λοιπόν ότι για δοκίμιο με λόγο πλευρών 1:4 η ύπαρξη αγκυρίων σε μανδύα ΙΑΜ προκαλεί σημαντική αύξηση τόσο της αντοχής όσο και της πλαστιμότητας. Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζονται συγκεντρωτικά η απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων με τέσσερις στρώσεις πλέγματος σε ανόργανη μήτρα με και χωρίς αγκύρια καθώς και η απόκριση του δοκιμίου ελέγχου C4 - control T_IV4 T_2AhIV T_2AhIV4 5 T_IV4 C4-control Strain (%) Σχήμα 5.32 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ.

229 Stress (MPa) 204 Τα δοκίμια με μανδύα ΙΑΜ (Τ_IV4 & T_2AhIV4) που αποτελούνται από τέσσερις στρώσεις πλέγματος έχουν την ίδια δυστένεια με δοκίμια με μανδύα ΙΟΠ μιας στρώσης (Ι4 & 2ΑhI4). Συγκρίνοντας τα δοκίμια χωρίς αγκύρια παρατηρούμε ότι το δοκίμιο Τ_IV4 με τις τέσσερις στρώσεις μανδύα ΙΑΜ έχει το ίδιο μέγιστο θλιπτικό φορτίο με το ισοδύναμο δοκίμιο (Ι4) με τη μια στρώση μανδύα ΙΟΠ αλλά σε σύγκριση με το δοκίμιο ΙΙ4 με τις δύο στρώσεις ΙΟΠ παρουσιάζει μείωση κατά 9.22%. Αναφορικά με τα δοκίμια με μανδύα και αγκύρια ινών παρατηρούμε ότι τα ισοδύναμα σε όρους δυστένειας δοκίμια T_2AhIV4 και 2ΑhI4 έχουν παρόμοια θλιπτική αντοχή και παραμόρφωση αστοχίας. Παρατηρούμε λοιπόν, ότι η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ ως προς την αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης είναι γενικώς υψηλή και ελαφρώς μειωμένη ως προς την αντίστοιχη των μανδυών ΙΟΠ ίσης δυστένειας C4 - control I4 II4 2AhI4 T_IV4 T_2AhIV II4 2AhI4 5 T_IV4 I4 T_2AhIV4 C4-control Strain (%) Σχήμα 5.33 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας.

230 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 6.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μια προσπάθεια σύγκρισης των αποτελεσμάτων των πειραμάτων που διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών σε υποστυλώματα με λόγους πλευρών 1:3 και 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Προκειμένου να εξαχθούν γενικότερα συμπεράσματα πάνω στην επίδραση του υλικού της μήτρας, του αριθμού των στρώσεων και της ύπαρξης αγκυρίων στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης, χρησιμοποιήθηκαν και τα πειραματικά αποτελέσματα από τις Σκορδά Μ. και Σταθοπούλου Μ. Για καλύτερη κατανόηση των συμβολισμών που χρησιμοποιούνται παρακάτω, παρατίθενται συγκεντρωτικός πίνακας με την ονοματολογία όλων των δοκιμίων. Ακολουθούν συγκεντρωτικοί πίνακες αποτελεσμάτων και συγκριτικά διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης για τις δύο ομάδες δοκιμίων. 1 η ομάδα Υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:3 Πίνακας 6.1 Ονοματολογία δοκιμίων. 2 η ομάδα Υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:4 Συμβολισμός Ερμηνεία Συμβολισμός Ερμηνεία C3 χωρίς ενίσχυση C4 χωρίς ενίσχυση II3 1AII3 2AII3 2ΑhII3 MII3 με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP και μια σειρά αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP και δύο σειρές αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP και μια σειρά 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με κονίαμα για μείωση λόγου πλευρών (πάχους 20mm/πλευρά) και δύο στρώσεις υφάσματος CFRP II4 1AII4 2AII4 2AhII4 MII4 με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP Με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP και μια σειρά αγκυρίων στο μέσο με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP και δύο σειρές αγκυρίων ανά 200mm με δύο στρώσεις υφάσματος CFRP και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με κονίαμα για μείωση λόγου πλευρών (πάχους 20mm/πλευρά) και δύο στρώσεις υφάσματος CFRP

231 206 1 η ομάδα Υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:3 2 η ομάδα Υποστυλώματα λόγου πλευρών 1:4 Συμβολισμός Ερμηνεία Συμβολισμός Ερμηνεία 1AhIII3 T_IV3 T_1AhIV3 με τρεις στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και μια σειρά 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) και μια σειρά 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' II4 2AhI4 2AhIII4 2AhII4U T_IV4 T_2AhIV4 με δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) με μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με τρεις στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με δύο στρώσεις υφάσματος και δύο στρώσεις τοπικού μανδύα ινών άνθρακα στις μικρές πλευρές σε μήτρα από εποξειδική ρητίνη (CFRP) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' ' με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα (TRM) και δύο σειρές 6 αγκυρίων διαμέτρου 3/8' '

232 ΓΕΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΟΠ & ΙΑΜ Οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των υποστυλωμάτων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 που παρουσιάστηκαν λεπτομερώς στην προηγούμενη ενότητα αποτελούνται από δύο κύριους κλάδους, έναν περίπου γραμμικό μέχρι την παραμόρφωση που αντιστοιχεί στην αντοχή του απερίσφικτου σκυροδέματος (f cο, ε co = 0.02%) και έναν πτωτικό όπου παρατηρείται αλλαγή της κλίσης. Κάνοντας μία συνοπτική περιγραφή της συμπεριφοράς των δοκιμίων σε όλη τη διάρκεια της φόρτισης προκύπτουν τα εξής στάδια μέχρι την αστοχία: Στο αρχικό στάδιο, μέχρι δηλαδή να εξαντληθεί η θλιπτική αντοχή του πυρήνα του σκυροδέματος, ο μανδύας δεν συνεισφέρει ουσιαστικά στην απόκριση και τα δοκίμια συμπεριφέρονται όπως τα δοκίμια ελέγχου ενώ η όποια συνεισφορά του μανδύα οφείλεται στη μικρή του δυστένεια. Με την εξάντληση της θλιπτικής του αντοχής, το σκυρόδεμα αρχίζει σταδιακά να διογκώνεται εγκάρσια, με αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του μανδύα σύνθετων υλικών μέσω ανάπτυξη εφελκυστικών παραμορφώσεων στις ίνες. Στο τελικό στάδιο επέρχεται η αστοχία λόγω εξάντλησης της εφελκυστικής αντοχής του μανδύα στην εγκάρσια διεύθυνση. Στην περίπτωση των μανδυών ΙΟΠ η αστοχία είναι ψαθυρή και συνοδεύεται από χαρακτηριστικό έντονο ήχο και απότομη πτώση του φορτίου, η ταχύτητα της οποίας εξαρτάται από τα επιμέρους χαρακτηριστικά των δοκιμίων (γεωμετρία, αριθμός στρώσεων, ύπαρξη αγκυρίων). Στην περίπτωση των μανδυών ΙΑΜ η αστοχία επέρχεται σταδιακά με τη δημιουργία ενός πλήθους κατακόρυφων και οριζόντιων ρηγματώσεων. Όπως έχει αναφερθεί και από τους Triantafillou et al. (2006), στην περίπτωση των μανδυών ΙΑΜ, η θραύση ξεκινά από περιορισμένο αριθμό κλώνων (όταν οι εγκάρσιες τάσεις εξαντλήσουν την εφελκυστική αντοχή τους), και επεκτείνεται αργά στους γειτονικούς κλώνους, με αποτέλεσμα ο τρόπος αστοχίας να είναι περισσότερο πλάστιμος από τους μανδύες ΙΟΠ. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται μόνο στα περισφιγμένα με μανδύες ΙΑΜ δοκίμια και οφείλεται σε δύο λόγους που έχουν να κάνουν με τη συμπεριφορά του πλέγματος σε ανόργανη μήτρα, όπως παρουσιάστηκε και στο δεύτερο κεφάλαιο. Πιο συγκεκριμένα, οι εσωτερικές ίνες των κλώνων στους μανδύες ΙΑΜ δεν εμποτίζονται επαρκώς, με αποτέλεσμα η φόρτισή τους να γίνεται ανομοιόμορφα. Έτσι κατά την αστοχία οι περιφερειακές ίνες των κλώνων που είναι επαρκώς εμποτισμένες με το μητρικό υλικό

233 208 μπορεί να αστοχήσουν, ενώ οι εσωτερικές μπορούν να ολισθαίνουν υπό τάση (τηλεσκοπικού τύπου αστοχία). Επιπλέον, ο πολλαπλασιασμός των ρωγμών στην ανόργανη μήτρα σε χαμηλά επίπεδα εγκάρσιων εφελκυστικών τάσεων, οδηγεί στην εξόλκευση των ινών από τη μήτρα σε υψηλότερα επίπεδα τάσεων από αυτά που αντιστοιχούν στην αστοχία των ινών λόγω θραύσης. 6.3 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΟΠ Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 Πίνακας 6.2 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ. Δοκίμιο (1:3) mm Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) M.O. P πειρ. (kn) Τάση f cc (MPa) M.O. f cc (MPa) Οριακή παραμόρφ. ε cc (%) M.O. ε cc (%) C3a C3b C3c II3a II3b II3c AII3a AII3b AII3a AII3b AhII3a AhII3b AhIII3a AhIII3b AhIII3c MII3a MII3b

234 % 209 Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται η αύξηση της θλιπτικής αντοχής (f cc ) και της παραμόρφωσης αστοχίας (ε cc ) των περισφιγμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΟΠ σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του δοκιμίου ελέγχου (f co, ε cu ). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στις περιπτώσεις όπου υπάρχουν περισσότερα από ένα δοκίμια με το ίδιο σύστημα ενίσχυσης γίνεται χρήση της μέσης τιμής των αποτελεσμάτων. Πίνακας 6.3 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 1 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:3) mm Μ.Ο. Μέγ. φορτ. (kn) Μ.Ο. Τάσης f cc (MPa) % αύξησης της θλιπτ. αντοχής Μ.Ο. Οριακ. παραμόρφ. ε cc (%) % αύξησης της παραμορ. αστοχίας II AII AII AhII AhIII MII % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) II3 1AII3 2AII3 1AhII3 1AhIII3 MII3 Σχήμα 6.1 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές).

235 % 210 1, % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) II3 1AII3 2AII3 1AhII3 1AhIII3 MII3 Σχήμα 6.2 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές). Στα Σχ γίνεται σύγκριση των μέσων τιμών της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας όλων των ενισχυμένων δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Παρατηρείται ότι όλα τα δοκίμια παρουσιάζουν σημαντική αύξηση τόσο του μέγιστου φορτίου όσο και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο. Το δοκίμιο με τις τρεις στρώσεις μανδύα και αγκύρια ινών (1AhIII3) παρουσιάζει τη μεγαλύτερη αύξηση τόσο ως προς την αντοχή (κατά 77.25%) όσο και ως προς την παραμόρφωση (920%). Συγκρίνοντας την απόκριση των δοκιμίων με δύο στρώσεις μανδύα (ΙΙ3) και με μια και δύο σειρές αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ (1ΑΙΙ3 και 2ΑΙΙ3 αντίστοιχα) παρατηρούμε ότι η ύπαρξη τέτοιων αγκυρίων δεν προκαλεί περαιτέρω αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης. Η θλιπτική αντοχή των 1ΑΙΙ3 και 2ΑΙΙ3 είναι μειωμένη κατά 3.97% και 10.17% αντίστοιχα σε σχέση με το ΙΙ3 ενώ η παραμόρφωση αστοχίας παρουσιάζει μείωση κατά 29.45% και 2.45% αντίστοιχα (Σχήμα 6.3). Το δοκίμιο με τις δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και τα αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ (1AhII3) παρουσίασε αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 10.45% αλλά μείωσης της οριακής παραμόρφωσης κατά 50.31%. Συγκρίνοντας τα δοκίμια με τον ίδιο αριθμό στρώσεων και με αγκύρια με διαφορετική διάμετρο, ήτοι τα δοκίμια 1ΑΙΙ3 και 1ΑhII3, παρατηρούμε ότι το δοκίμιο με

236 % 211 τα αγκύρια με διάμετρο 3/8ˈˈ παρουσιάζει αύξηση της αντοχής κατά 14.38% σε σχέση με το1αhii3 αλλά η παραμόρφωση αστοχίας είναι μικρότερη κατά 29.57%. % Μείωση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων 1ΑΙΙ3, 2ΑΙΙ3 & 1ΑhII3 σε σχέση με το δοκίμιο ΙΙ3 (μέσες τιμές) 1AII3 2AII3 1AhII θλιπτική αντοχή παραμόρφωση αστοχίας Σχήμα 6.3 Ποσοστιαία μείωση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων 1ΑΙΙ3 και 2ΑΙΙ3 σε σχέση με το δοκίμιο ΙΙ3. Συγκρίνοντας την απόκριση του δοκιμίου ΜΙΙ3 με λόγο πλευρών ( mm) με αυτή του δοκιμίου ΙΙ3 παρατηρούμε ότι το πρώτο παρουσιάζει καλύτερη συμπεριφορά και ως προς την αντοχή (αύξηση κατά 12% σε σχέση με το ΙΙ3) και ως προς την παραμόρφωση (αύξηση κατά 8.59%). Αυτό ήταν αναμενόμενο διότι και άλλες μελέτες έχουν δείξει ότι όσο μικρότερος είναι ο λόγος των πλευρών σε ορθογωνικές διατομές τόσο πιο αποδοτική είναι η περίσφιγξη. Επιπλέον, από τα Σχήματα 6.1 και 6.2 παρατηρούμε ότι το ΜΙΙ3 δίνει το ίδιο περίπου μέγιστο φορτίο με το δοκίμιο με τις δύο στρώσεις και τα αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ (1ΑhII3) αλλά παρουσιάζει πολύ μεγαλύτερη οριακή παραμόρφωση. Σε σύγκριση με το 1ΑhIII3, το ΜΙΙ3 εμφανίζει μειωμένη θλιπτική αντοχή και παραμόρφωση αστοχίας κατά 10.59% και 42.16% αντίστοιχα. Συγκρίνοντας τα δοκίμια 1ΑhII3 και 1AhIIΙ3 παρατηρούμε ότι η αύξηση του αριθμού των στρώσεων του μανδύα (από δύο σε τρεις) σε δοκίμια με αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ προκαλεί αύξηση της αντοχής κατά 13.20% και της οριακής παραμόρφωσης κατά %.

237 Stress (MPa) AhII3 MII3 1AII3 1AhIII3 C3 II3 1AII3 2AII3 MII3 1AhII3 1AhIII3 15 2AII II3 C3-control Strain (%) Σχήμα 6.4 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ. Στο Σχήμα 6.4 παρουσιάζονται κάποιες χαρακτηριστικές καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ. Παρατηρείται ότι όλα τα διαφορετικά συστήματα ενίσχυσης προκαλούν σημαντική αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο. Η αύξηση του αριθμού των στρώσεων και η χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου διαμέτρου 3/8ˈˈ αυξάνει αποτελεσματικά την αποδοτικότητα της περίσφιγξης. Το δοκίμιο με τις τρεις στρώσεις και τα αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ παρουσίασε την καλύτερη συμπεριφορά και σε όρους αντοχής και παραμόρφωσης. Η χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου διαμέτρου 1/4ˈˈ σε μια και σε δύο σειρές δεν έδωσε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με δοκίμια χωρίς αγκύρια όσο αφορά τη θλιπτική αντοχή και την παραμόρφωση. Επιπλέον, η προσθήκη δεύτερης σειράς τέτοιων αγκυρίων για τον ίδιο αριθμό στρώσεων μανδύα δεν προκαλεί αύξηση του μέγιστου φορτίου αλλά επηρεάζει θετικά μόνο την οριακή παραμόρφωση. Τέλος, διαπιστώθηκε ότι η περίσφιγξη με δύο στρώσεις δοκιμίου με μειωμένο λόγο πλευρών (από 1:3 ( mm) σε 1:2.37 ( mm) ) είναι ισοδύναμη από άποψη

238 213 μέγιστου φορτίου με περίσφιξη με δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ αλλά είναι πολύ πιο αποτελεσματική στην οριακή παραμόρφωση αστοχίας Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 Πίνακας 6.4 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ. Δοκίμιο (1:4) mm Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) M.O. P πειρ. (kn) Τάση f cc (MPa) M.O. f cc (MPa) Οριακή παραμόρφ. ε cc (%) M.O. ε cc (%) C4a C4b C4c I II4a II4b II4c AII4a AII4b AII4a AII4b AhI AhII4a AhII4b AhIII4a AhIII4b AhIII4c AhII4Ua AhII4Ub MII4a MII4b

239 214 Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται η αύξηση της θλιπτικής αντοχής (f cc ) και της παραμόρφωσης αστοχίας (ε cc ) των περισφιγμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΟΠ σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του δοκιμίου ελέγχου (f co, ε cu ). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στις περιπτώσεις όπου υπάρχουν περισσότερα από ένα δοκίμια με το ίδιο σύστημα ενίσχυσης γίνεται χρήση της μέσης τιμής των αποτελεσμάτων. Πίνακας 6.5 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 2 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:4) mm Μ.Ο. Μέγ. φορτ. (kn) Μ.Ο. Τάσης f cc (MPa) % αύξησης της θλιπτ. αντοχής Μ.Ο. Οριακ. παραμόρφ. ε cc (%) % αύξησης της παραμορ. αστοχίας I II AII AII AhI AhII AhIII AhII4U MII Στα Σχ γίνεται σύγκριση των μέσων τιμών της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Παρατηρείται ότι για όλα τα συστήματα ενίσχυσης παρουσιάζεται αύξηση του μέγιστου φορτίου (από 13.38% έως 70.22%) και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας (από 56.52% έως %) σε σχέση με το απερίσφικτο δοκίμιο. Μεγαλύτερη αύξηση της αντοχής δίνουν τα δοκίμια 2ΑhIII4, ενισχυμένα με τρεις στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ (70.22%) ενώ μεγαλύτερη αύξηση της παραμόρφωσης αστοχίας (223.91%) παρατηρείται στο δοκίμιο Ι4, με μία στρώση μανδύα ΙΟΠ χωρίς αγκύρια. Παρατηρείται, λοιπόν ότι με την αύξηση του αριθμού των στρώσεων (μια, δύο ή τρεις στρώσεις) του μανδύα ΙΟΠ το μέγιστο θλιπτικό φορτίο αυξάνει σε αντίθεση με την οριακή παραμόρφωση αστοχίας η οποία προκύπτει μεγαλύτερη σε μικρότερο αριθμό στρώσεων.

240 % % % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) I4 II4 1AII4 2AII4 2AhI4 2AhII4 2AhIII4 2AhII4U MII4 Σχήμα 6.5 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές). 1, % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) I4 II4 1AII4 2AII4 2AhI4 2AhII4 2AhIII4 2AhII4U MII4 Σχήμα 6.6 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές).

241 216 Συγκρίνοντας τα δοκίμια με μια και δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ χωρίς αγκύρια ινών (δοκίμια Ι4 και ΙΙ4 αντίστοιχα) παρατηρείται αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 9% αλλά μείωση της παραμόρφωσης κατά 3.36% σε σχέση με το δοκίμιο Ι4. Συγκρίνοντας τα παραπάνω δοκίμια με το δοκίμιο ΜΙΙ4 με τον τροποποιημένο λόγο πλευρών (από 1:4 ( mm) σε 1:3.16 ( mm) ) παρατηρείται αύξηση της αντοχής κατά 20% και 10% για δοκίμια με μια και δύο στρώσεις αντίστοιχα αλλά μείωση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας κατά 28% και 25% αντίστοιχα. Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι στην περίπτωση που δεν χρησιμοποιούνται διαμπερή αγκύρια σε υποστυλώματα με λόγο πλευρών 1:4 η αύξηση του αριθμού των στρώσεων προκαλεί αύξηση της θλιπτικής αντοχής αλλά δεν επηρεάζει πολύ την παραμόρφωση. Επιπλέον, η μείωση του λόγου πλευρών, όπως ήταν αναμενόμενο, βελτίωσε την αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης κυρίως σε όρους αντοχής. Συγκρίνοντας την απόκριση των δοκιμίων με δύο στρώσεις μανδύα (ΙΙ4) και με μια και δύο σειρές αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ (1ΑΙΙ4 και 2ΑΙΙ4 αντίστοιχα) παρατηρούμε ότι η ύπαρξη τέτοιων αγκυρίων δεν προκαλεί σημαντική αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης. Το δοκίμιο με τη μια σειρά αγκυρίων παρουσίασε αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 1.88% σε σχέση με το ΙΙ4 αλλά η παραμόρφωση αστοχίας μειώθηκε κατά 16.67%. Η τοποθέτηση δύο σειρών αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ (2ΑΙΙ4-1ΑΙΙ4) για τον ίδιο αριθμό στρώσεων δεν βελτίωσε την απόκριση καθώς τόσο η αντοχή όσο και η παραμόρφωση προέκυψαν μικρότερες. Επομένως, συμπεραίνουμε ότι η χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου διαμέτρου 1/4ˈˈ δεν συνεισφέρουν αποτελεσματικά στη βελτίωση της περίσφιγξης ενδεχομένως διότι η διατομή τους είναι μικρή και αστοχούν πρώιμα. Συγκρίνοντας τα δοκίμια 2ΑΙΙ4 και 2ΑhII4 που έχουν ενισχυθεί με δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και αγκύρια ινών αλλά διαφορετικής διαμέτρου (1/4ˈˈ και 3/8ˈˈ αντίστοιχα) παρατηρούμε ότι το δοκίμιο με τα "ισχυρά" αγκύρια, 2ΑhII4, παρουσιάζει θλιπτική αντοχή αυξημένη κατά 17.52% σε σχέση με το 2ΑΙΙ4 αλλά οριακή παραμόρφωση αστοχίας μειωμένη κατά 25%. Επομένως, συμπεραίνουμε ότι με τη χρήση των "ισχυρών" αγκυρίων πετυχαίνουμε σημαντική αύξηση του θλιπτικού φορτίου αλλά όχι της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας. Προκειμένου να αξιολογήσουμε την επιρροή των "ισχυρών" αγκυρίων (με διάμετρο 3/8ˈˈ) στη βελτίωση της αποδοτικότητας της περίσφιγξης γίνεται σύγκριση των δοκιμίων με τον ίδιο αριθμό στρώσεων, με και χωρίς αγκύρια (Σχήμα 6.7). Συμπεραίνουμε λοιπόν, ότι η χρήση αγκυρίων συμβάλει κυρίως στην αύξηση του θλιπτικού φορτίου

242 % 217 καθώς αυτό, στα δοκίμια 2ΑhI4 και 2AhII4, εμφανίζει αύξηση κατά 10.98% και 14.76% σε σχέση με τα Ι4 και ΙΙ4 αντίστοιχα. Αντίθετα, η παραμόρφωση που αντιστοιχεί σε πτώση της μέγιστης τάσης κατά 20% των 2ΑhI4 και 2AhII4 είναι μικρότερη κατά 32.21% και 50% σε σχέση με τα Ι4 και ΙΙ4. Για δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα και με αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ η αύξηση του αριθμού των στρώσεων προκαλεί αύξηση του μέγιστου θλιπτικού φορτίου η οποία δεν είναι αναλογική. Έτσι, το δοκίμιο 2AhII4 παρουσιάζει αύξηση της αντοχής κατά 12.90% σε σχέση με το 2AhI4, ενώ το 2AhIIΙ4 είναι αυξημένο κατά 19.82% σε σχέση με το 2AhII % Μεταβολή τηςθλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων με αγκύρια σε σχέση με το ισοδύναμο χωρίς αγκύρια (μέσες τιμές) θλιπτική αντοχή παραμόρφωση AhI4 - Ι4 2AhII4 - ΙΙ4 Σχήμα 6.7 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές). Παρατηρώντας την απόκριση (Σχήμα 6.8) του δοκιμίου 2AhIII4, με τις τρεις στρώσεις μανδύα IOΠ και αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ και του δοκιμίου 2AhII4U με τις δύο στρώσεις μανδύα και τις δύο στρώσεις μανδύα μορφής U στα άκρα της μεγάλης πλευράς και τα αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ βλέπουμε ότι η συμπεριφορά τους είναι παρόμοια. Μεγαλύτερο θλιπτικό φορτίο (κατά 3.39%) εμφανίζει το 2AhIII4, ενώ μεγαλύτερη οριακή παραμόρφωση αστοχίας το 2AhII4U (κατά 6.40%). Επομένως, θα μπορούσαμε να πούμε ότι αυτά τα δύο διαφορετικά συστήματα ενίσχυσης είναι ισοδύναμα τόσο ως προς την αύξηση της αντοχής όσο και της παραμόρφωσης.

243 Stress (MPa) MII4 C4 I4 II4 1AII4 2AII4 MII4 2AhI4 2AhII4 2AhIII4 2AhII4U AII4 2AhII4U II4 2AhII4 2AhIII4 5 2AhI4 I4 C4-control 1AII Strain (%) Σχήμα 6.8 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ. Στο Σχήμα 6.8 παρουσιάζονται οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης του δοκιμίου ελέγχου και όλων των ενισχυμένων δοκιμίων ( mm και mm) με μανδύες ΙΟΠ. Παρατηρείται ότι η περίσφιγξη με μανδύες ΙΟΠ είναι αποτελεσματική στην αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης. Η αύξηση του αριθμού των στρώσεων και η χρήση δύο σειρών αγκυρίων μορφής θυσάνου διαμέτρου 3/8ˈˈ στη μεγάλη πλευρά καθ ύψος του υποστυλώματος καθιστά την περίσφιγξη περισσότερο αποδοτική. Επιπλέον, η μείωση του λόγου των πλευρών με την προσθήκη κονιάματος δίνει καλύτερα αποτελέσματα σε όρους αντοχής και οριακής παραμόρφωσης σε σχέση με το σύστημα ενίσχυσης με δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ με ή χωρίς αγκύρια ινών. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι σύστημα ενίσχυσης με τις τρεις στρώσεις υφάσματος και τα αγκύρια ινών είναι περίπου ισοδύναμο με το σύστημα ενίσχυσης με δύο στρώσεις υφάσματος περιμετρικά του δοκιμίου και δύο στρώσεις υφάσματος μορφής U στα άκρα της μεγάλης πλευράς και αγκύρια ινών, αν και το τελευταίο παρουσιάζει μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης της ενέργειας (εμφανίζει δηλαδή μεγαλύτερο εμβαδό κάτω από την καμπύλη σ-ε).

244 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΑΜ Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 Πίνακας 6.6 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 περισφιγμένα με μανδύες ΙΑΜ. Δοκίμιο (1:3) mm Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) M.O. P πειρ. (kn) Τάση f cc (MPa) M.O. f cc (MPa) Οριακή παραμόρφ. ε cc (%) M.O. ε cc (%) C3a C3b C3c T_IV T_1AhIV Πίνακας 6.7 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 1 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙAM σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:3) mm Μ.Ο. Μέγ. φορτ. (kn) Μ.Ο. Τάσης f cc (MPa) % αύξησης της θλιπτ. αντοχής Μ.Ο. Οριακ. παραμόρφ. ε cc (%) % αύξησης της παραμορ. αστοχίας T_IV T_1AhIV Όπως αναφέρθηκε και στην ενότητα τα δοκίμια Τ_IV3 και T_1AhIV3 ενισχυμένα με τέσσερις στρώσεις ινοπλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα χωρίς και με αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου με διάμετρο 3/8ˈˈ εμποτισμένα σε εποξειδική ρητίνη παρουσίασαν αύξηση τόσο της αντοχής όσο και της παραμόρφωσης σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Η ύπαρξη των αγκυρίων δεν επηρέασε τη θλιπτική αντοχή αλλά βοήθησε στην αύξηση της παραμόρφωσης η οποία προέκυψε 5.57 φορές μεγαλύτερη.

245 % % % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) T_IV T_1AhIV3 Σχήμα 6.9 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές). 1, % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) T_IV T_1AhIV3 Σχήμα 6.10 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές).

246 Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 Πίνακας 6.8 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΑΜ. Δοκίμιο (1:4) mm Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) M.O. P πειρ. (kn) Τάση f cc (MPa) M.O. f cc (MPa) Οριακή παραμόρφ. ε cc (%) M.O. ε cc (%) C4a C4b C4c T_IV T_2AhIV Πίνακας 6.9 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 2 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:4) mm Μ.Ο. Μέγ. φορτ. (kn) Μ.Ο. Τάσης f cc (MPa) % αύξησης της θλιπτ. αντοχής Μ.Ο. Οριακ. παραμόρφ. ε cc (%) % αύξησης της παραμορ. αστοχίας T_IV T_2AhIV Όπως αναφέρθηκε και στην ενότητα τα δοκίμια Τ_IV4 και T_2AhIV4 ενισχυμένα με τέσσερις στρώσεις ινοπλέγματος ινών άνθρακα σε ανόργανη μήτρα χωρίς αγκύρια και με δύο σειρές αγκυρίων ινών άνθρακα μορφής θυσάνου με διάμετρο 3/8ˈˈ εμποτισμένα σε εποξειδική ρητίνη παρουσίασαν αύξηση τόσο της αντοχής όσο και της παραμόρφωσης σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Το δοκίμιο Τ_IV4 χωρίς τα αγκύρια παρουσίαση μικρή αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης, περίπου 12.22% και 13.04% αντίστοιχα. Η ύπαρξη των αγκυρίων στην περίπτωση αυτή επηρέασε σημαντικά την απόκριση καθώς η αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης έφτασε το 35% και 128% αντίστοιχα. Συμπεραίνουμε λοιπόν, ότι σε δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 ο μανδύας ΙΑΜ είναι περισσότερο αποτελεσματικός εάν χρησιμοποιηθούν και αγκύρια ινών σε εποξειδική ρητίνη.

247 % % % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) T_IV4 T_2AhIV4 Σχήμα 6.11 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές). 1, % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές) T_IV T_2AhIV4 Σχήμα 6.12 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου (μέσες τιμές).

248 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΙΟΠ & ΙΑΜ Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 Πίνακας 6.10 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ. Δοκίμιο Οριακή Μέγιστο φορτίο M.O. Τάση M.O. M.O. (1:3) παραμόρφ. P mm πειρ. (kn) P πειρ. (kn) f cc (MPa) f cc (MPa) ε ε cc (%) cc (%) C3a C3b C3c II3a II3b II3c AII3a AII3b T_IV T_1AhIV Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται η αύξηση της θλιπτικής αντοχής (f cc ) και της παραμόρφωσης αστοχίας (ε cc ) των περισφιγμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΟΠ σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του δοκιμίου ελέγχου (f co, ε cu ). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στις περιπτώσεις όπου υπάρχουν περισσότερα από ένα δοκίμια με το ίδιο σύστημα ενίσχυσης γίνεται χρήση της μέσης τιμής των αποτελεσμάτων. Πίνακας 6.11 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 1 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ & ΙΑΜ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:3) mm Μ.Ο. Μέγ. φορτ. (kn) Μ.Ο. Τάσης f cc (MPa) % αύξησης της θλιπτ. αντοχής Μ.Ο. Οριακ. παραμόρφ. ε cc (%) % αύξησης της παραμορ. αστοχίας II AII AII AhII T_IV T_1AhIV

249 Stress (MPa) 224 Προκειμένου να εξετάσουμε την επιρροή του μητρικού υλικού στην αποδοτικότητα της περίσφιγξης συγκρίνουμε την απόκριση περισφιγμένων δοκιμίων με μανδύες περίπου ίσης δυστένειας. Όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενο κεφάλαιο οι τέσσερις στρώσεις ινοπλέγματος του μανδύα ΙΑΜ είναι ισοδύναμες με μια στρώση υφάσματος του μανδύα ΙΟΠ αλλά επειδή δεν κατασκευάστηκε τέτοιο δοκίμιο, η σύγκριση γίνεται με τα αντίστοιχα δοκίμια με δύο στρώσεις. Το δοκίμιο ΙΙ3 με το μανδύα ΙΟΠ παρουσίασε αύξηση του θλιπτικού φορτίου και της παραμόρφωσης αστοχίας κατά 4.07% και 64.65% αντίστοιχα, σε σχέση με το Τ_IV3 με μανδύα ΙΑΜ. Το δοκίμιο με τα αγκύρια T_1AhIV3 εμφάνισε μειωμένη θλιπτική αντοχή κατά 27.33% σε σχέση με το 1AhIΙ3 αλλά αυξημένη οριακή παραμόρφωση κατά %. Επιπλέον, από τον Πίνακα 6.11 παρατηρούμε ότι το T_1AhIV3 είναι περίπου ισοδύναμο σε όρους αντοχής και παραμόρφωσης με το 2AΙI3 που αποτελείται από δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και δύο σειρές αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ, ενώ το Τ_IV3 είναι ισοδύναμο με το 1ΑΙΙ3 που αποτελείται από δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και μια σειρά αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ AhII3 C3 II3 1AII3 2AII3 1AhII3 T_IV3 T_1AhIV3 20 1AII AII3 T_1AhIV3 5 II3 T_IV3 C3-control Strain (%) Σχήμα 6.13 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας.

250 225 Στο Σχήμα 6.13, παρατίθενται οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των δοκιμίων που εξετάστηκαν στην παράγραφο αυτή προκειμένου να υπάρχει και εποπτική σύγκριση. Από το διάγραμμα φαίνεται ότι τα δοκίμια με μανδύα ΙΟΠ δίνουν μεγαλύτερο θλιπτικό φορτίο από αντίστοιχα με μανδύα ΙΑΜ και διακρίνεται η διαφορά στο τρόπο αστοχίας των συστημάτων ενίσχυσης με διαφορετική μήτρα. Όπως σημειώθηκε και προηγουμένως, όλα τα δοκίμια με μανδύες ΙΟΠ εμφανίζουν απότομη πτώση φορτίου η οποία σηματοδοτεί και την αστοχία του δοκιμίου (ψαθυρή αστοχία) σε αντίθεση με τα δοκίμια με μανδύες ΙΑΜ όπου η πτώση του φορτίου είναι σταδιακή (πλάστιμη αστοχία) Σύγκριση δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:4 Πίνακας 6.12 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Δοκίμιο (1:4) mm Μέγιστο φορτίο P πειρ. (kn) M.O. P πειρ. (kn) Τάση f cc (MPa) M.O. f cc (MPa) Οριακή παραμόρφ. ε cc (%) M.O. ε cc (%) C4a C4b C4c I II4a II4b II4c AII4a AII4b AII4a AII4b AhI AhII4a AhII4b MII4a MII4b T_IV T_2AhIV

251 226 Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται η αύξηση της θλιπτικής αντοχής (f cc ) και της παραμόρφωσης αστοχίας (ε cc ) των περισφιγμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΟΠ σχέση με τις αντίστοιχες τιμές του δοκιμίου ελέγχου (f co, ε cu ). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στις περιπτώσεις όπου υπάρχουν περισσότερα από ένα δοκίμια με το ίδιο σύστημα ενίσχυσης γίνεται χρήση της μέσης τιμής των αποτελεσμάτων. Πίνακας 6.13 Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης (μέσες τιμές) των δοκιμίων της 2 ης ομάδας περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου. Δοκίμιο (1:4) mm Μ.Ο. Μέγ. φορτ. (kn) Μ.Ο. Τάσης f cc (MPa) % αύξησης της θλιπτ. αντοχής Μ.Ο. Οριακ. παραμόρφ. ε cc (%) % αύξησης της παραμορ. αστοχίας I II AII AII AhI AhII MII T_IV T_2AhIV Για λόγο πλευρών 1:4 τα δοκίμια με μανδύα ΙΑΜ Τ_IV4 και T_2AhIV4 έχουν την ίδια δυστένεια με τα δοκίμια με μανδύα ΙΟΠ μιας στρώσης Ι4 και 2ΑhI4. Από τον Πίνακα 6.13 παρατηρούμε ότι το Τ_IV4 παρουσιάζει ίδιο περίπου θλιπτικό φορτίο με το Ι4 αλλά μικρότερη οριακή παραμόρφωση αστοχίας (περίπου 2.8 φορές), ενώ σε σύγκριση με το ΙΙ4 με τις δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ παρουσιάζει μικρότερο μέγιστο φορτίο (9.22%) και παραμόρφωση (2.8 φορές). Το Τ_IV4 εμφανίζει ίδιες, ελαφρώς χαμηλότερες, τιμές θλιπτικής αντοχής και παραμόρφωσης αστοχίας με το 2ΑΙΙ4 και επομένως θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο μανδύας με τέσσερις στρώσεις μανδύα ΙΑΜ είναι ισοδύναμος με δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και δύο σειρές αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ. Το T_2AhIV4 παρουσιάζει θλιπτική αντοχή ελαφρώς μεγαλύτερη (κατά 7.5%) από το ισοδύναμο σε όρους δυστένειας μανδύα 2ΑhI4 και περίπου ίδια παραμόρφωση αστοχίας. Συγκρίνοντας το T_2AhIV4 με το ΜΙΙ4 παρατηρούμε ότι και το μέγιστο φορτίο και η οριακή παραμόρφωση είναι παρόμοια αλλά διαφέρει ο τρόπος αστοχίας μιας και στο δοκίμιο με

252 Stress (MPa) 227 το μανδύα ΙΟΠ η αστοχία είναι ψαθυρή και απότομη σε αντίθεση με το δοκίμιο με το μανδύα ΙΑΜ όπου η αστοχία είναι βαθμιαία (Σχήμα 6.14). Επιπλέον, από τον Πίνακα 6.13 παρατηρούμε ότι το μέγιστο φορτίο του T_2AhIV4 είναι πολύ κοντά με το αντίστοιχα του δοκιμίου με τις δύο στρώσεις και τα ισχυρά αγκύρια (2ΑhII4). Παρατηρούμε λοιπόν, ότι η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ ως προς την αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης είναι γενικώς υψηλή και ελαφρώς μειωμένη ως προς την αντίστοιχη των μανδυών ΙΟΠ ίσης ή λίγο μεγαλύτερης δυστένειας. Στο Σχήμα 6.14, παρατίθενται συγκεντρωτικά οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης των δοκιμίων με μανδύα ΙΟΠ που είναι άμεσα συγκρίσιμα με δοκίμια με μανδύα ΙΑΜ καθώς και τα τελευταία με λόγο πλευρών 1:4. Και στην περίπτωση αυτή παρατηρείται ότι το μέγιστο θλιπτικό φορτίο είναι παρόμοιο στα δύο συστήματα με διαφορετικό υλικό μήτρας αλλά ο τρόπος αστοχίας διαφέρει MII4 2AII4 C4 I4 II4 1AII4 2AII4 MII4 2AhI4 2AhII4 T_IV4 T_2AhIV T_IV4 2AhI4 II4 I4 T_2AhIV4 C4-control 2AhII4 1AII Strain (%) Σχήμα 6.14 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ περίπου ίσης δυστένειας.

253 % % ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΟΜΑΔΩΝ 1 & 2 ΜΕ ΤΟ ΙΔΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Στην ενότητα αυτή γίνεται σύγκριση των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 που έχουν περισφιχθεί με το ίδιο σύστημα ενίσχυσης προκειμένου να διερευνηθεί κατά πόσο ο λόγος πλευρών (από 1:3 σε 1:4) επηρεάζει την απόδοση των διαφόρων συστημάτων ενίσχυσης που δοκιμάστηκαν % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου C3 και C4 (μέσες τιμές) δοκίμια μελόγο πλευρών 1:3 δοκίμια μελόγο πλευρών 1: II3-II4 1AII3-1AII4 2AII3-2AII4 MII3-MII4 T_IV3-T_IV4 T_1AhIV3-T_2AhIV4 Σχήμα 6.15 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές). 1, % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου C3 και C4 (μέσες τιμές) δοκίμια μελόγο πλευρών 1:3 δοκίμια μελόγο πλευρών 1: II3-II4 1AII3-1AII4 2AII3-2AII4 MII3-MII4 T_IV3-T_IV4 T_1AhIV3-T_2AhIV4 Σχήμα 6.16 Ποσοστιαία αύξηση της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές).

254 % % % Αύξηση της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων 1AhII3, 1AhIII3 & 2AhII4, 2AhIII4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου C3 και C AhII3-2AhII AhIII3-2AhIII4 δοκίμια μελόγο πλευρών 1:3 δοκίμια μελόγο πλευρών 1:4 Σχήμα 6.17 Ποσοστιαία αύξηση της θλιπτικής αντοχής δοκιμίων με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές). % Αύξηση της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων 1AhII3, 1AhIII3 & 2AhII4, 2AhIII4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου C3 και C4 1, AhII3-2AhII δοκίμια μελόγο πλευρών 1:3 δοκίμια μελόγο πλευρών 1: AhIII3-2AhIII4 Σχήμα 6.18 Ποσοστιαία αύξηση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 σε σχέση με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου (μέσες τιμές).

255 230 Από τα Σχήματα παρατηρείται ότι η 1 η ομάδα (δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3) παρουσιάζει μεγαλύτερη αύξηση της θλιπτικής αντοχής και της παραμόρφωσης αστοχίας σε σχέση με την 2 η ομάδα (δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4). Αναφορικά με το μέγιστο θλιπτικό φορτίο η διαφορά μεταξύ των δύο ομάδων κυμαίνεται μεταξύ 7.01% %, με τη μεγαλύτερη να εντοπίζεται στο σύστημα ενίσχυσης με μανδύα ΙΑΜ (δοκίμια Τ_ΙV3-T_IV4) και τη μικρότερη στο σύστημα ενίσχυσης με δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και δύο σειρές αγκυρίων διαμέτρου 1/4ˈˈ (δοκίμια 2AII3-2AII4). Το αποτέλεσμα αυτό ήταν αναμενόμενο καθώς όπως έχουν δείξει και άλλες μελέτες, με την αύξηση του λόγου των πλευρών μειώνεται η αποδοτικότητα της περίσφιγξης με μανδύα σύνθετων υλικών. Ωστόσο, από το Σχήμα 6.15 παρατηρούμε ότι το δοκίμιο με το μανδύα ΙΑΜ και τα αγκύρια με λόγο πλευρών 1:4 (Τ_2AhIV4) παρουσιάζει μεγαλύτερη αύξηση από ότι το αντίστοιχο δοκίμιο με λόγο πλευρών 1:3 (Τ_2AhIV3), γεγονός που δεν είναι αναμενόμενο καθώς στα αντίστοιχα δοκίμια χωρίς αγκύρια, το δοκίμιο με λόγο 1:3 έδωσε μεγαλύτερη αύξηση. Η διαφοροποίηση αυτή μπορεί να οφείλεται σε κάποιο λάθος κατά τη διάρκεια της ενίσχυσης ή σε άλλους παράγοντες γι αυτό απαιτείται επανάληψη των δοκιμίων αυτών με το συγκεκριμένο σύστημα ενίσχυσης προκειμένου να διεξαχθούν αξιόπιστα συμπεράσματα. Αναφορικά με την οριακή παραμόρφωση παρατηρείται ότι η αύξησή της σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου είναι μεγαλύτερη στα δοκίμια με μανδύες ΙΟΠ έναντι των δοκιμίων με μανδύες ΙΑΜ σε όλα τα συστήματα ενίσχυσης. Βέβαια, ο τελικός τρόπος αστοχίας των δύο ομάδων, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, είναι διαφορετικός, ψαθυρός στα δοκίμια με μανδύα ΙΟΠ και πιο πλάστιμος στα δοκίμια με μανδύα ΙΑΜ.

256 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗΣ ΣΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΑ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 7.1 ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ ΠΕΡΙΣΦΙΓΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΙΟΠ Το περισφιγμένο σκυρόδεμα με μανδύα ΙΟΠ, όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενο κεφάλαιο παρουσιάζει μια διγραμμική απόκριση σε όρους τάσης παραμόρφωσης. Αρχικά η συμπεριφορά του είναι όμοια με αυτή του απερίσφικτου σκυροδέματος καθώς ο μανδύα ΙΟΠ εφαρμόζει μικρή τάση περίσφιγξης στο σκυρόδεμα. Με την αύξηση της αξονικής τάσης, το σκυρόδεμα διογκώνεται κατά την εγκάρσια διεύθυνση πράγμα που οδηγεί σε μείωση της δυσκαμψίας του σκυροδέματος. Μόλις το σκυρόδεμα φτάσει την παραμόρφωση που αντιστοιχεί στη μέγιστη τάση του απερίσφικτου σκυροδέματος ε c2 (συνήθως 0.002), αρχίζει να ρηγματώνεται και ο μανδύας ΙΟΠ ενεργοποιείται πλήρως. Στο στάδιο αυτό η καμπύλη τάσης παραμόρφωσης γίνεται περίπου γραμμική με κλίση που εξαρτάται από τη δυσκαμψία του ΙΟΠ. Ο καταστατικός νόμος που υιοθετήθηκε εδώ για το περισφιγμένο σκυρόδεμα με ΙΟΠ βασίζεται στο μοντέλο του Lam & Teng (2003α) το οποίο παρουσιάζεται στο Σχήμα 7.1 και περιγράφεται από τις εξισώσεις Σχήμα 7.1 Μοντέλο τάσης παραμόρφωσης για περισφιγμένο σκυρόδεμα με ΙΟΠ (Lam & Teng 2003)

257 232 (7.1) (7.2) όπου (7.3) (7.4) Η θλιπτική αντοχή και η οριακή παραμόρφωση αστοχίας του περισφιγμένου σκυροδέματος εξαρτάται από τη δυσκαμψία και την παραμόρφωση αστοχίας του μανδύα ΙΟΠ. Σύμφωνα με το μοντέλο των Lam & Teng (2003α) για κυκλικές διατομές ισχύουν οι ακόλουθες εξισώσεις: (7.5) (7.6) ε (7.7) ε (7.8) όπου t f = πάχος μανδύα ΙΟΠ D = διάμετρος υποστυλώματος f ck = χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή απερίσφικτου σκυροδέματος f ck,c = χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή περισφιγμένου σκυροδέματος f fk,h = χαρακτηριστική αντοχή του μανδύα ΙΟΠ κατά τη διεύθυνση της περίσφιγξης ε c2 = οριακή παραμόρφωση απερίσφικτου σκυροδέματος

258 233 ε cu,c = οριακή παραμόρφωση περισφιγμένου σκυροδέματος ε fu,h = οριακή παραμόρφωση αστοχίας του μανδύα ΙΟΠ κατά τη διεύθυνση της περίσφιγξης Η οριακή παραμόρφωση αστοχίας του μανδύα ΙΟΠ κατά τη διεύθυνση της περίσφιγξης εξαρτάται από έναν αριθμό παραγόντων όπως η ακτίνα του μανδύα, η διάρκεια της φόρτισης, πιθανά φαινόμενα ερπυσμού του σκυροδέματος, η επίδραση του λυγισμού του διαμήκους οπλισμού καθώς και περιβαλλοντικές επιδράσεις (π.χ. θερμοκρασία, υγρασία) εάν ο μανδύας είναι εκτεθειμένος. Επομένως, η ε fu,h λαμβάνεται μειωμένη σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο: ε ε (7.9) όπου ο μειωτικός συντελεστής k h υπολογίζεται από τον ακόλουθο τύπο εάν δεν μπορεί να υπολογιστεί με άλλο τρόπο: (7.10) όπου R = ακτίνα του μανδύα (R = D/2 για κυκλικά υποστυλώματα) Το παραπάνω μοντέλο περίσφιγξης επεκτάθηκε από τους Lam & Teng (2003β) για υποστυλώματα με ορθογωνική διατομή με διαστάσεις h και b (h b): (7.11) (7.12) ε ε ε ε (7.13) όπου α f = συντελεστής αποδοτικότητας της περίσφιγξης, που ορίζεται ως ο λόγος του ενεργού περισφιγμένου εμβαδού Α e προς το συνολικό εμβαδό Α g D * = διάμετρος ισοδύναμης κυκλικής διατομής

259 234 Σχήμα 7.2 Ενεργός περισφιγμένη περιοχή ορθογωνικής διατομής Στις περισσότερες περιπτώσεις που υπάρχει πλήρης περιτύλιξη με τις ίνες τοποθετημένες κάθετα στον άξονα του μέλους ο συντελεστής α f δίνεται από την ακόλουθη σχέση: (7.14) Στην περίπτωση της μερικής περιτύλιξης με οριζόντιες λωρίδες ΙΟΠ πλάτους b f σε απόσταση s' f ή λωρίδων σε ελλικοειδή σχήμα ο συντελεστής α f υπολογίζεται ως ακολούθως: (7.15) όπου (7.16) (7.17) Σχήμα 7.3 Περισφιγμένο υποστύλωμα με (α) οριζόντιες λωρίδες και (β) λωρίδες σε ελικοειδή σχήμα.

260 235 Οι Lam & Teng (2003β) προτείνουν το D* να λαμβάνεται ως αντιστοιχεί στον ισοδύναμο περιγεγραμμένο κύκλο (Σχήμα 7.4). που Σχήμα 7.4 Ισοδύναμη κυκλική διατομή. Ωστόσο, αυτός ο τύπος έχει το μειονέκτημα ότι εάν b=h=2r=d, δηλαδή εάν η ορθογωνική διατομή γίνει κυκλική, οι εξ. (7.11) (7.13) δεν γίνονται όμοιες με τις εξ. (7.6) (7.8), όπως θα έπρεπε. Αυτό το εμπόδιο μπορεί να ξεπεραστεί υπολογίζοντας το D * έτσι ώστε η ισοδύναμη κυκλική διατομή να έχει το ίδιο ογκομετρικό ποσοστό ΙΟΠ με την πραγματική ορθογωνική διατομή σύμφωνα με τον παρακάτω τύπο (Triantafillou et al. 2006): (7.18) 7.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ LAM & TENG (2003b*) Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ΙΟΠ Στην ενότητα αυτή χρησιμοποιείται το προσομοίωμα των Lam and Teng (2003b) για ορθογωνικές διατομές τροποποιημένο κατά την παράμετρο D * (κατά Triantafillou et al. 2006) για τον υπολογισμό της θλιπτικής αντοχής και οριακής παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Στόχος είναι να διερευνηθεί κατά πόσο το προσομοίωμα αυτό μπορεί να προβλέψει αποτελεσματικά την απόκριση ορθογωνικών δοκιμίων με μεγάλο λόγο πλευρών περισφιγμένων με σύνθετα υλικά. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το προσομοίωμα αυτό εφαρμόζεται για τα δοκίμια που παρουσιάστηκαν λεπτομερώς στην παρούσα εργασία αλλά και για τα δοκίμια που παρουσιάζονται στις μεταπτυχιακές εργασίες των Σκορδά Μαρία και Σταθοπούλου Μαρία.

261 236 Για τον υπολογισμό της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας του περισφιγμένου σκυροδέματος εφαρμόζονται οι παρακάτω εξισώσεις: (7.19) (7.20) ε ε ε ε ε (7.21) (7.22) (5.23) (7.24) (7.25) Το συνολικό θλιπτικό φορτίο που φέρει κάθε υποστύλωμα υπολογίζεται προσθέτοντας το θλιπτικό φορτίο που αναλαμβάνει το σκυρόδεμα, P c, και το θλιπτικό φορτίο που αναλαμβάνει ο διαμήκης οπλισμός, P s (εξ. 7.26), ενώ στην περίπτωση που έχει γίνει αύξηση της μικρής πλευράς των δοκιμίων με κονίαμα προστίθεται και ο όρος Α m *f cm, εξ (όπου Α m το εμβαδό της προσθήκης και f cm η θλιπτική αντοχή του κονιάματος). Σε υποστυλώματα με διατομές με μεγάλο λόγο πλευρών, όπως αυτές που εξετάζονται στην παρούσα εργασία, οι δράσεις περίσφιγξης που ασκούν οι συνδετήρες είναι μικρές γι αυτό αμελούνται. Επομένως, το συνολικό θλιπτικό φορτίο υπολογίζεται μέσω των ακόλουθων σχέσεων: (7.26) (7.27) όπου Α s και f s είναι το εμβαδό και η θλιπτική τάση αντίστοιχα του διαμήκους οπλισμού.

262 237 Οι θεωρήσεις που έγιναν και τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για τους υπολογισμούς συνοψίζονται ακολούθως: - Τα υπό εξέταση δοκίμια ανήκουν σε δύο ομάδες όπου η 1 η περιλαμβάνει δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 ( mm) και η 2 η δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 ( mm). Ο διαμήκης οπλισμός της 1 ης και 2 ης ομάδας είναι 6Φ12 και 8Φ12 αντίστοιχα και η τάση διαρροής του χάλυβα είναι 570 ΜPa, όπως προέκυψε από δοκιμή εφελκυσμού. Η ακτίνα καμπύλωσης των γωνιών είναι ίδια σε όλα τα δοκίμια και ισούται με R=20 mm. - Η εφελκυστική τάση του μανδύα f f,h κατά τη διεύθυνση της περίσφιγξης υπολογίστηκε από την εξ ενώ η f f λήφθηκε από τα αποτελέσματα της δοκιμής εφελκυσμού των κουπονιών, ήτοι f f = 1046 ΜPa. Από τα αποτελέσματα αυτά το μέτρο ελαστικότητας του σύνθετου υλικού προέκυψε: Ε f =93.68 GPa - Για το κονίαμα που χρησιμοποιήθηκε για τη μείωση του λόγου των πλευρών χρησιμοποιήθηκε η μέση τιμή της θλιπτικής αντοχής των πρισμάτων, f cm = 18.5 MPa. - Το πάχος του μανδύα t f υπολογίστηκε λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό των στρώσεων και το ονομαστικό πάχος του σύνθετου υλικού, δηλαδή t f, nom = 1mm. - Για τη θλιπτική αντοχή του απερίσφικτου σκυροδέματος f c χρησιμοποιήθηκε η μέση τιμή των μέγιστων αντοχών των κυβικών δοκιμίων σκυροδέματος που λήφθηκαν την ημέρα της σκυροδέτησης, αφού μετατράπηκε σε αντοχή κυλίνδρου μέσω της σχέσης: - Η παραμόρφωσης ε c2 που αντιπροσωπεύει την παραμόρφωση του απερίσφικτου σκυροδέματος στη διαρροή λήφθηκε ίση με Ο υπολογισμός του συντελεστή αποδοτικότητας της περίσφιγξης α f έγινε παίρνοντας το λόγο της περισφιγμένης προς την απερίσφικτη επιφάνεια για κάθε περίπτωση (α f = A e /A c ). Θεωρήθηκε ότι μόνο ο μανδύας του σύνθετου υλικού και τα αγκύρια ινών μορφής θυσάνου συνεισφέρουν στην περίσφιγξη, ενώ αγνοήθηκε η συνεισφορά των υπαρχόντων συνδετήρων. Επιπλέον, μόνο τα αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ θεωρήθηκε ότι συμβάλλουν στην περίσφιγξη τόσο στο επίπεδο της διατομής όσο και καθ ύψος του δοκιμίου, καθώς κατά την πειραματική διαδικασία παρατηρήθηκε ότι τα αγκύρια διαμέτρου 1/4ˈˈ αστοχούσαν πρόωρα. Έτσι, για υποστυλώματα χωρίς αγκύρια ή με αγκύρια διαμέτρου 1/4ˈˈ, η ενεργώς περισφιγμένη περιοχή καθορίζεται από τις παραβολές του Σχήματος 7.5 α). Στην περίπτωση των υποστυλωμάτων με αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ, τα οποία παραμένουν σχεδόν ανέπαφα κατά την αστοχία του μανδύα,

263 238 η ενεργώς περισφιγμένη περιοχή υπολογίζεται σύμφωνα με το Σχήμα 7.5 β). Για να ληφθεί υπόψη η ύπαρξη αγκυρίων καθ ύψος (ανά απόσταση s α = 150 mm), τα σημεία όπου συναντιούνται οι παραβολές στις θέσεις των αγκυρίων μετατοπίζονται προς το εσωτερικό της διατομής κατά μια απόσταση ίση με s α /4, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 7.6. α) β) γ) Σχήμα 7.5 Περίσφιγξη στα υποστυλώματα με λόγο πλευρών 1:3, 1:4: α) χωρίς αγκύρια ή με αγκύρια διαμέτρου 1/4ˈˈ, β) με αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ, γ) περίσφιγξη στα υποστυλώματα με ενισχυτικό κονίαμα για μείωση του λόγου των πλευρών. Σχήμα 7.6 Καθ ύψος επίδραση των αγκυρίων διαμέτρου 3/8ˈˈστην περίσφιγξη.

264 θλιπτικό φορτίο kν 239 Στους πίνακες που ακολουθούν παραθέτονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του παραπάνω προσομοιώματος για όλα τα δοκίμια περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ, ενώ αναλυτικότεροι υπολογισμοί παρουσιάζονται στο Παράρτημα. Πίνακας 7.1 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3. Δοκίμιο C II AII AII AhII AhIII MII αρ. στρώσεων t f (mm) D* (mm) f c (MPa) k h f f,h (MPa) α f f c,c (MPa) P πρ. (kn) P πειρ. (kn) Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος C3 II3 1AII3 2AII3 1AhII3 1AhIII3 MII3 Δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 προσομοίωμα πείραμα Σχήμα 7.7 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1:3.

265 παραμόρφωση αστοχίας (%) 240 Πίνακας 7.2 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για την παραμόρφωση αστοχίας για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3. Δοκίμιο t f (mm) D* (mm) f c (MPa) εc 2 f f,h (MPa) E f (MPa) ε fu,h ε cu,c (%) ε cu,c,πειρ (%) C II AII AII AhII AhIII MII Σύγκριση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος C3 II3 1AII3 2AII3 1AhII3 1AhIII3 MII3 προσομοίωμα Δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 πείραμα Σχήμα 7.8 Σύγκριση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1:3.

266 241 Από τον Πίνακα 7.1 και το Σχήμα 7.7 παρατηρούμε ότι το προσομοίωμα Lam and Teng (2003b*) δίνει τιμές του μέγιστου θλιπτικού φορτίου των περισφιγμένων με μανδύα ΙΟΠ δοκιμίων αρκετά κοντά στα πειραματικά αποτελέσματα. Για τα δοκίμια ΙΙ3, 1ΑhII3 και 1AhIII3 το προσομοίωμα είναι πιο συντηρητικό, αφού οι τιμές του είναι μικρότερες κατά 2.3%, 10.4% και 18.7% αντίστοιχα σε σχέση με τις πειραματικές. Αντίθετα, για το δοκίμιο ΜΙΙ3, με το μειωμένο λόγο πλευρών, το προσομοίωμα υπερεκτιμά το μέγιστο φορτίο κατά 9.14% ενώ για τα δοκίμια 1ΑΙΙ3 και 2ΑΙΙ3 παρατηρείται αύξηση κατά 1.79% και 8.8% αντίστοιχα. Μεγαλύτερες αποκλίσεις παρουσιάζονται στην παραμόρφωση αστοχίας (Πίνακας 7.2 και Σχήμα 7.8), όπου τα αναλυτικά αποτελέσματα προέκυψαν αρκετά διαφορετικά από τα αντίστοιχα πειραματικά. Αναλυτικότερα, η παραμόρφωση αστοχίας από το προσομοίωμα για τα δοκίμια ΙΙ3, 2ΑΙΙ3, 1ΑhIII3 και ΜΙΙ3 προέκυψε μικρότερη κατά 10.6%, 8.36, 18.4% και 16.2% σε σχέση με την αντίστοιχη των πειραμάτων. Αντίθετα, το προσομοίωμα υπερεκτίμησε την παραμόρφωση των δοκιμίων 1ΑΙΙ3 και 1ΑhΙΙ3 κατά 26.7% και 120% σε σχέση με την πειραματική. Πίνακας 7.3 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4. Δοκίμιο C I II AII AII AhI AhII AhIΙ4U AhIII MII αρ. στρώσεων t f (mm) D* (mm) f c (MPa) k h f f,h (MPa) α f f c,c (MPa) P πρ. (kn) P πειρ. (kn)

267 θλιπτικό φορτίο kν Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος C4 I4 II4 1AII4 2AII4 2AhI4 2AhII4 2AhIΙ4U 2AhIII4 MII4 Δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 προσομοίωμα πείραμα Σχήμα 7.9 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1:4. Πίνακας 7.4 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για την παραμόρφωση αστοχίας για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4. Δοκίμιο C I II AII AII AhI AhII AhIΙ4U AhIII MII t f (mm) D* (mm) f c (MPa) εc 2 f f,h (MPa) E f (MPa) ε fu,h ε cu,c (%) ε cu,c,πειρ (%)

268 παραμόρφωση αστοχίας (%) Σύγκριση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος C4 I4 II4 1AII4 2AII4 2AhI4 2AhII4 2AhIΙ4U 2AhIII4 MII4 Δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 προσομοίωμα πείραμα Σχήμα 7.10 Σύγκριση οριακής παραμόρφωσης αστοχίας προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών1:4. Από τον Πίνακα 7.3 και το Σχήμα 7.9 παρατηρούμε ότι το προσομοίωμα Lam and Teng (2003b*) δίνει τιμές του μέγιστου θλιπτικού φορτίου των περισφιγμένων με μανδύα ΙΟΠ δοκιμίων αρκετά κοντινές αλλά ελαφρώς μεγαλύτερες από τα πειραματικά αποτελέσματα (μέγιστη απόκλιση 16.6%). Για τα δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 και με μια και δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ και αγκύρια, δοκίμια Ι4, ΙΙ4, 1ΑΙΙ4, 2ΑΙΙ4 και 2ΑhI4 το αναλυτικό προσομοίωμα υπερεκτιμά το μέγιστο θλιπτικό φορτίου κατά 16.6%, 8.7%, 6.7%, 11.4% και 6.48% αντίστοιχα σε σχέση με αυτό του πειράματος. Αντίθετα, για τα δοκίμια 2AhII4, 2AhII4U και 2AhIII4 προκύπτουν από το προσομοίωμα μικρότερες τιμές κατά 4.1%, 17.5% και 19.2% αντίστοιχα σε σχέση με τα πειράματα. Για το δοκίμιο με το μειωμένο λόγο πλευρών ΜΙΙ4 παρατηρείται για τη θλιπτική αντοχή πολύ καλή συμφωνία του προσομοιώματος με την πειραματική τιμή. Μεγαλύτερες αποκλίσεις παρουσιάζονται και στα δοκίμια με λόγο πλευρών 1:4 στην παραμόρφωση αστοχίας (Πίνακας 7.4 και Σχήμα 7.10), όπου τα αναλυτικά αποτελέσματα ήταν αρκετά διαφορετικά από τα αντίστοιχα πειραματικά. Αναλυτικότερα, στα δοκίμια με τις δύο και τρεις στρώσεις και τα ισχυρά αγκύρια, 2ΑhII4, 2AhII4U και 2AhIII4, το προσομοίωμα υπερεκτιμάει την παραμόρφωση αστοχίας κατά 145%, 33% και 98% αντίστοιχα, ενώ στην περίπτωση των δοκιμίων με μια και δύο στρώσεις χωρίς αγκύρια (δοκίμια Ι4 και ΙΙ4) δίνει μικρότερες τιμές κατά 49% και 19% αντίστοιχα. Τέλος,

269 244 παρατηρείται ότι για τα δοκίμια 1ΑΙΙ4, 2ΑhI4 και ΜΙΙ4 υπάρχει συμφωνία μεταξύ προσομοιώματος και πειράματος. Γενικά, παρατηρείται, ότι για τα δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 το προσομοίωμα μπορεί να προβλέψει ικανοποιητικά το μέγιστο θλιπτικό φορτίο αλλά όχι την οριακή παραμόρφωση αστοχίας, η οποία παρουσιάζει έντονη διακύμανση ανάλογα με το σύστημα ενίσχυσης. Έτσι, για μικρό αριθμό στρώσεων (μία ή δύο στρώσεις) χωρίς ή με αγκύρια διαμέτρου 1/4ˈˈτο αναλυτικό προσομοίωμα δίνει τιμές πολύ κοντά στα πειραματικά αποτελέσματα (ελαφρώς μεγαλύτερες) για το μέγιστο φορτίο. Ωστόσο, για μανδύα με δύο ή τρεις στρώσεις και αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ το προσομοίωμα υποεκτιμά το μέγιστο φορτίο, γεγονός που μπορεί να οφείλεται στη συντηρητική θεώρηση του συντελεστή αποδοτικότητας της περίσφιγξης α f. Υπενθυμίζεται ότι για τον υπολογισμό του συντελεστή α f στα εν λόγω δοκίμια λήφθηκε υπόψη και η ύπαρξη αγκυρίων καθ ύψος σε απόσταση s α = 150mm, γεγονός που οδηγεί στην απομείωση του α f. Ωστόσο, η μείωση αυτή θα μπορούσε να αμεληθεί για τους παρακάτω λόγους: α) εκτός από τα αγκύρια υπάρχουν και οι συνδετήρες που συμβάλουν στην περίσφιγξη αλλά είχαν αγνοηθεί εξαρχής, β) ο θύσανος των αγκυρίων που επικολλάται πάνω στο μανδύα ΙΟΠ εκτείνεται πέρα από τη θέση των αγκυρίων, μειώνοντας έτσι τη μεταξύ τους απόσταση και γ) τα αγκύρια μπορεί να καλύπτονται από μια κατακόρυφη στρώση υφάσματος (όπως έγινε στην παρούσα εργασία) η οποία αυξάνει τη δυσκαμψία του μανδύα. Παρακάτω παραθέτονται τα αποτελέσματα για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο από την εφαρμογή του προσομοιώματος για τα δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 με μια, δύο ή τρεις στρώσεις μανδύα και αγκύρια ινών διαμέτρου 3/8ˈˈ θεωρώντας την απόσταση μεταξύ των αγκυρίων καθ ύψος του δοκιμίου μηδενική. Σχήμα 7.11 Ενεργώς περισφιγμένη περιοχή για υποστυλώματα με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 αγνοώντας την απομείωση λόγω ύπαρξης αγκυρίων καθ ύψος ανά απόσταση 150mm.

270 θλιπτικό φορτίο κν 245 Πίνακας 7.5 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 αγνοώντας τη μείωση της περίσφιγξης στο μέσο της απόστασης μεταξύ των αγκυρίων διαμέτρου 3/8ˈˈ. Δοκίμιο αρ. στρώσεων t f (mm) D* (mm) f c (MPa) k h f f,h (MPa) α f f c,c (MPa) P πρ. (kn) P πειρ. (kn) 1AhII AhIII AhI AhII AhIΙ4U AhIII Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος θεωρώντας s α = AhII3 1AhIII3 2AhI4 2AhII4 2AhIΙ4U 2AhIII4 προσομοίωμα Δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 & 1:4 πείραμα Σχήμα 7.12 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια με λόγο πλευρών 1:3 και 1:4 θεωρώντας s α = 0.

271 246 Από τον Πίνακα 7.5 και το Σχήμα 7.12 παρατηρούμε ότι η αλλαγή του συντελεστή αποδοτικότητας της περίσφιγξης α f επηρέασε τα αποτελέσματα του αναλυτικού προσομοιώματος. Αναλυτικότερα, στα δοκίμια 1ΑhII3 και 2AhII4 με τις δύο στρώσεις και τα αγκύρια διαμέτρου 3/8ˈˈ η τροποποίηση αυτή είχε ως αποτέλεσμα σχεδόν ταύτιση των υπολογισθέντων τιμών του θλιπτικού φορτίου με το πειραματικό, ενώ στα δοκίμια 1ΑhIII3, 2AhII4U και 2AhIII4 η κατάσταση βελτιώθηκε αλλά το προσομοίωμα εξακολουθεί να υποτιμά τις πειραματικές τιμές κατά 1.5%, 15% και 16% αντίστοιχα Δοκίμια ενισχυμένα με μανδύα ΙΑΜ Για τα δοκίμια περισφιγμένα με μανδύες ΙΑΜ χρησιμοποιήθηκε το ίδιο προσομοίωμα για την πρόβλεψη του θλιπτικού φορτίου και της παραμόρφωσης αστοχίας κάνοντας τροποποιήσεις στις ακόλουθες παραμέτρους: - Η εφελκυστική τάση του μανδύα f f,h κατά τη διεύθυνση της περίσφιγξης υπολογίστηκε από την εξ ενώ η f f λήφθηκε από τα χαρακτηριστικά του πλέγματος των ινών, ήτοι f f = 3800 ΜPa. Επιπλέον, ως μέτρο ελαστικότητας Ε f χρησιμοποιήθηκε αυτό των ινών: Ε f =225 GPa - Το πάχος t f υπολογίστηκε με βάση το ονομαστικό πάχος του πλέγματος t nom και τον αριθμό των στρώσεων ως εξής: Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στον τύπο για τον υπολογισμό του ονομαστικού πάχους η μάζα πολλαπλασιάστηκε με 0.5 διότι το πλέγμα που έχει χρησιμοποιηθεί είναι δύο διευθύνσεων αλλά θεωρείται ότι μόνο οι οριζόντιοι κλώνοι συνεισφέρουν στην περίσφιγξη, επομένως θεωρείται ότι η μισή μάζα ενεργοποιείται. Στους πίνακες που ακολουθούν παραθέτονται τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του παραπάνω προσομοιώματος για όλα τα δοκίμια περισφιγμένα με μανδύες ΙΑΜ, ενώ αναλυτικότεροι υπολογισμοί παρουσιάζονται στο Παράρτημα.

272 θλιπτικό φορτίο κν 247 Πίνακας 7.6 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για το μέγιστο θλιπτικό φορτίο για δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ. Δοκίμιο T_IV T_1AhIV T_IV T_2AhIV αρ. στρώσεων t f (mm) D* (mm) f c (MPa) k h f f,h (MPa) α f f c,c (MPa) P πρ. (kn) P πειρ. (kn) Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος T_IV3 T_1AhIV3 T_IV4 T_2AhIV4 προσομοίωμα Δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ πείραμα Σχήμα 7.13 Σύγκριση μέγιστου θλιπτικού φορτίου προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) και πειράματος για δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ. Πίνακας 7.7 Αποτελέσματα εφαρμογής του προσομοιώματος Lam & Teng (2003b*) για την παραμόρφωση αστοχίας για δοκίμια περισφιγμένα με μανδύα ΙΑΜ. Δοκίμιο T_IV T_1AhIV T_IV T_2AhIV t f (mm) D* (mm) f c (MPa) εc 2 f f,h (MPa) E f (MPa) ε fu,h ε cu,c (%) ε cu,c,πειρ (%)