Διονύσιος Α. ΜΠΟΥΡΝΑΣ 1, Αθανάσιος Χ. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ 2, Κωνσταντίνος ΖΥΓΟΥΡΗΣ 3, Φώτιος ΣΤΑΥΡΟΠΟΥΛΟΣ 3

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1874 Σύγκριση Μανδυών Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας με Μανδύες Ινοπλισμένων Πολυμερών για την Αντισεισμική Ενίσχυση Υποστυλωμάτων Οπλισμένου Σκυροδέματος Textile-Reinforced Mortar (TRM) versus FRP Confinement in Reinforced Concrete Columns Διονύσιος Α. ΜΠΟΥΡΝΑΣ 1, Αθανάσιος Χ. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ 2, Κωνσταντίνος ΖΥΓΟΥΡΗΣ 3, Φώτιος ΣΤΑΥΡΟΠΟΥΛΟΣ 3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην εργασία αναπτύσσεται µια νέα τεχνική ενίσχυσης υποστυλωμάτων οπλισµένου σκυροδέµατος με βάση τη χρήση συνθέτων υλικών, τα οποία αποτελούνται από ινοπλέγµατα ινών σε ανόργανη µήτρα (π.χ. κονίαµα µε βάση το τσιµέντο), αποσκοπώντας στην επίλυση προβληµάτων που χαρακτηρίζουν τα ινοπλισµένα πολυµερή (ΙΟΠ) σχετικά µε τη χρήση εποξειδικών ρητινών. Τα ινοπλέγµατα ινών σε ανόργανη µήτρα (ΙΑΜ) δοκιµάζονται στη µορφή µανδύα µε στόχο την περίσφιγξη και την αύξηση της πλαστιµότητας υποστυλωµάτων παλαιού τύπου, σχεδιασμένων δηλαδή χωρίς τις νέες αντισεισμικές λεπτομέρειες όπλισης. Για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της νέας τεχνικής δοκιμάστηκαν υποστυλώματα πλήρους κλίμακας σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση υπό σταθερό αξονικό φορτίο. Η σύγκριση διαφορετικών παραμέτρων όπως η χρήση οπλισμών από λείες ράβδους ή νευροχάλυβα και η ενδεχόμενη ένωση ράβδων με υπερκάλυψη επιτρέπουν την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας και τη σύγκριση των μανδυών ΙΑΜ με μανδύες ΙΟΠ, για ενισχύσεις στις κρίσιμες περιοχές υποστυλωμάτων. Καταδεικνύεται ότι η αποτελεσµατικότητα των µανδυών ΙΑΜ είναι υψηλή και γενικώς παρόµοια µε αυτή των µανδυών ΙΟΠ για όλες τις περιπτώσεις που εξετάστηκαν. ABSTRACT : The effectiveness of a new structural material, namely textile-reinforced mortar (TRM), was investigated experimentally in this study as a means of confining old-type reinforced concrete columns with limited capacity due to bar buckling or due to bond failure at lap splice regions. Comparisons with equal stiffness and strength fiber-reinforced polymer (FRP) jackets allow for the evaluation of the effectiveness of TRM versus FRP. Tests were carried out on full scale non-seismically detailed RC columns subjected to cyclic uniaxial flexure under constant axial load. 13 cantilever-type specimens with either continuous or lap-spliced longitudinal reinforcement (smooth or deformed) were constructed and tested. Experimental results indicated that TRM jacketing is quite effective as a means of increasing the cyclic deformation capacity of old-type RC columns. Compared with their FRP counterparts, TRM jackets used in this study were found to be equally effective in terms of increasing both the strength and deformation capacity of the retrofitted columns. 1 Πολιτικός Μηχανικός-Υποψ. Διδάκτορας, Τμήμα Πολιτ. Μηχανικών, Πανεπ. Πατρών, dbournas@upatras.gr 2 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, ttriant@upatras.gr 3 Πολιτικός Μηχανικός (MSc), Τμήμα Πολιτ. Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι βλάβες που προκαλούνται από σεισμούς σε κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος, η προσεισμική ενίσχυση, η γήρανση και φθορά των κατασκευών (π.χ. λόγω διάβρωσης των οπλισμών), καθώς και η αλλαγή χρήσης, οδηγούν ολοένα και περισσότερο προς την αναζήτηση νέων υλικών και τεχνικών επεμβάσεων οι οποίες να εξασφαλίζουν αποτελεσματικότητα, ταχύτητα και ευκολία στην εφαρμογή, διατήρηση της γεωμετρίας των δομικών στοιχείων και μείωση του κόστους. Προς την κατεύθυνση αυτή αναπτύχθηκε τα τελευταία 20 έτη περίπου η τεχνική επεμβάσεων με ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ), η οποία αξιοποιεί ιδιότητες των υλικών αυτών όπως είναι η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή, η ανθεκτικότητα στο χρόνο, το χαμηλό βάρος και η ικανοποιητική ικανότητα παραμόρφωσης. 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. Παρόλα τα πλεονεκτήματά της, η τεχνική των ινοπλισμένων πολυμερών έχει ορισμένες εγγενείς αδυναμίες, οι οποίες ουσιαστικά οφείλονται στη χρήση ρητινών (κατά κανόνα εποξειδικών). Εν περιλήψει οι αδυναμίες αυτές αφορούν: (α) στην πτωχή συμπεριφορά (απώλεια αντοχής) των ρητινών σε θερμοκρασίες πάνω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (της τάξης των ο C), (β) στο σχετικά υψηλό κόστος των ρητινών, (γ) στην αδυναμία εφαρμογής σε υγρές επιφάνειες (εκτός αν γίνει χρήση ρητινών ειδικού τύπου), (δ) στον περιορισμό της ικανότητας αναπνοής των δομικών στοιχείων που καλύπτονται από μανδύες ΙΟΠ, (ε) στην ασυμβατότητα ρητινών με υλικά ιστορικών κατασκευών και (στ) στη δυσκολία διεξαγωγής μη καταστροφικής αποτίμησης πιθανών βλαβών πίσω από μανδύες ΙΟΠ μετά από σεισμούς. Μια εκ πρώτης όψεως λογικοφανής λύση στα παραπάνω προβλήματα θα μπορούσε να είναι η αντικατάσταση της ρητίνης, η οποία αποτελεί το συνδετικό υλικό μεταξύ των συνεχών ινών, δηλαδή τη μήτρα, με πολύ λεπτόκοκκο υλικό ανόργανης σύστασης, π.χ. τύπου κονιάματος με βάση το τσιμέντο. Τέτοιες λύσεις έχουν δοκιμασθεί τα τελευταία χρόνια χωρίς ιδιαίτερη επιτυχία, διότι η κοκκομετρία των κονιαμάτων, ακόμα και των εξαιρετικά λεπτόκοκκων, δεν επιτρέπει τον πλήρη εμποτισμό των ινών, με αποτέλεσμα την εμφάνιση πτωχών χαρακτηριστικών συνάφειας μεταξύ των ινών και του μητρικού υλικού (κονίαμα). Μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική πρόταση, η οποία αναπτύσσεται και μελετάται συστηματικά τα τελευταία έξι χρόνια περίπου στο Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι αυτή της αντικατάστασης των συμβατικών υφασμάτων συνεχών ινών (συνήθως) μίας διεύθυνσης με υφάσματα ινών σε μορφή πλέγματος (textile) με βροχίδες. Τα πλέγματα αυτά μπορούν να κατασκευάζονται από δέσμες ινών ανά αποστάσεις σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η καλή συνεργασία ινών μητρικού υλικού (δηλαδή κονιάματος) κυρίως μέσω μηχανικής εμπλοκής του κονιάματος στα κενά μεταξύ των δεσμών. Ο όρος που έχει προταθεί από τους Triantafillou et al. (2006) στη διεθνή βιβλιογραφία για τα νέα αυτά σύνθετα υλικά μανδυών ενίσχυσης είναι Textile-Reinforced Mortars (TRM), ενώ στην Ελληνική γλώσσα έχει αποδοθεί ως Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ). Τα πλέγματα αυτά παρασκευάζονται από συνήθεις ίνες άνθρακα, γυαλιού κλπ. Σημειώνεται πάντως ότι στην περίπτωση πλεγμάτων από ίνες γυαλιού θα πρέπει να γίνεται είτε χρήση γυαλιού τύπου AR (alkali-resistant) είτε 2

3 προεμποτισμός των δεσμών με κάποιο πολυμερές χαμηλού κόστους, ώστε να αποφεύγεται η πρώιμη φθορά των ινών λόγω της υψηλής αλκαλικότητας των κονιαμάτων. Οι πρώτες εργασίες όπου ινοπλέγματα συνδυάστηκαν με κονιάματα για την ενίσχυση δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος ήταν αυτές των Curbach & Brueckner (2003) και Curbach & Ortlepp (2003). Στις εργασίες αυτές γίνονται μελέτες συνάφειας ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας σκυροδέματος και παρουσιάζονται αποτελέσματα δοκιμών κάμψης επί δοκών ενισχυμένων με υαλοπλέγματα σε τσιμεντοκονίαμα. Η χρήση των ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα για την κατασκευή μανδυών με στόχο την περίσφιγξη σκυροδέματος και την ενίσχυση έναντι τέμνουσας παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στις εργασίες των Triantafillou et al. (2006), Triantafillou & Papanicolaou (2006) και Bournas et al. (2007). Σε αυτές τις εργασίες εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα των μανδυών IAM σε σύγκριση με μανδύες ΙΟΠ για την περίσφιγξη πρισματικών και κυκλικών δοκιμίων άοπλου ή οπλισμένου σκυροδέματος υπό κεντρική θλίψη, ενώ διεξήχθη και μια προκαταρτική μελέτη δοκιμίων υποστυλωμάτων σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, περισφιγμένων στη βάση τους με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Το βασικό συμπέρασμα που προέκυψε ήταν ότι η αποτελεσματικότητα των μανδυών από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ) ως προς την αύξηση της αντοχής και της ικανότητας παραμόρφωσης στοιχείων άοπλου ή οπλισμένου σκυροδέματος είναι γενικώς υψηλή και μόνον ελαφρώς (στην περίπτωση κεντρικής θλίψης) ή καθόλου (στην περίπτωση ανακυκλιζόμενης κάμψης) μειωμένη ως προς την αντίστοιχη των μανδυών από ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ). Σε συνέχεια των προηγουμένων εργασιών, στην παρούσα εργασία οι συγγραφείς διεξάγουν μια συστηματική μελέτη σχετικά με την αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ σε σύγκριση με μανδύες ΙΟΠ ίσης δυστένειας, ως μέσου περίσφιγξης στις κρίσιμες περιοχές (πόδας και κορυφή) μη σεισμικά σχεδιασμένων υποστυλωμάτων υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Στη μελέτη αυτή εξετάζονται διάφορες παράμετροι, που περιλαμβάνουν τη χρήση ράβδων λείων ή με νευρώσεις, την πιθανή ένωση των ράβδων με υπερκάλυψη στον πόδα των υποστυλωμάτων και το μήκος υπερκάλυψης. Έτσι προσδιορίζεται η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ ως μέσου περίσφιγξης στις κρίσιμες περιοχές υφισταμένων υποστυλωμάτων για όλες τις περιπτώσεις καμπτικών αστοχιών στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης. Εκ των αποτελεσμάτων συνάγεται ότι η προτεινόμενη τεχνική είναι εξαιρετικής αποτελεσματικότητας και τουλάχιστον συγκρίσιμη, αν όχι καλύτερη, αυτής των ΙΟΠ. Δοκίμια και Παράμετροι Μελέτης ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ Το πειραματικό πρόγραμμα αποσκοπεί στη μελέτη της αποτελεσματικότητας των μανδυών ΙΑΜ συγκριτικά με αυτήν των μανδυών ΙΟΠ ως μέσου περίσφιγξης στις κρίσιμες περιοχές (πόδας και κορυφή) μη σεισμικά σχεδιασμένων παλαιού τύπου υποστυλωμάτων. Κατασκευάστηκαν και δοκιμάστηκαν συνολικά 13 δοκίμια υποστυλωμάτων πλήρους κλίμακας και ίδιας γεωμετρίας: τα 7 είχαν συνεχή διαμήκη οπλισμό λείο ή με νευρώσεις (Ομάδα L0) και τα 6 είχαν ευθύγραμμες ενώσεις των διαμήκων ράβδων με υπερκάλυψη στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης. Τα δοκίμια ήταν τύπου προβόλου μήκους 1.60 m (Σχήμα 1α), αντιπροσωπεύοντας υποστυλώματα με ύψος ίσο με το μισό του ύψους τυπικού ορόφου, 3

4 είχαν τετραγωνική διατομή mm, διαμήκη οπλισμό από τέσσερις γωνιακές ράβδους Φ14 (λείες ή με νευρώσεις) και εγκάρσιο οπλισμό συνδετήρων από λείες ράβδους Φ8 σε αποστάσεις 200 mm, με τα άγκιστρα κεκαμμένα κατά 90 ο. Τα υποστυλώματα ήταν πακτωμένα σε βαρέως οπλισμένα θεμέλια διαστάσεων 1.2x0.5 m σε κάτοψη, μέσα στα οποία αγκυρώνονταν οι διαμήκεις ράβδοι με άγκιστρα ακτίνας 50 mm οι λείες, και με άγκιστρα κεκαμμένα κατά 90 ο αυτές με νευρώσεις. Η γεωμετρία μιας τυπικής διατομής φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 1β. Ας σημειωθεί ότι τα δοκίμια με λείο οπλισμό αποτελούσαν τμήμα ομάδας δοκιμίων που έγινε στην πρώτη φάση της παρούσας έρευνας, γιαυτό και είχαν διαφορετική επικάλυψη (25 mm) συγκριτικά με αυτά με νευροχάλυβα (10 mm). Φυσικά η διαφορά αυτή δεν επηρεάζει τη σύγκριση των αποτελεσμάτων, δεδομένου ότι αυτή γίνεται ανεξάρτητα για τους δύο διαφορετικούς τύπους οπλισμών. Áî ï í éêü öï ñôßï 0.28 Agfc Äéáôï ì Þ óôç âüóç ôï õ õð ï ó ôõëþ ì áôï ò Óåñâï ûäñáõëéêü Ýì â ï ëï MTS Áí áêõêëéæ. ï ñéæüí ôéá öüñôéóç Áñ éêýò ñüâäï é Äéáì Þêåéò ñüâäï é Ö (α) LVDT's 500 ñèñùóç ls=20d ls=40d Hëåêôñï ì çêõí óéüì åôñá (β) Σχήμα 1. (α) Πειραματική Διάταξη. (β) Διατομή δοκιμίων και κατανομή των ηλεκτρομηκυνσιομέτρων κατά μήκος των ενώσεων με υπερκάλυψη (Þ 25) 25 (Þ 35) Από τα 7 δοκίμια της Ομάδας L0 με συνεχή διαμήκη οπλισμό, 3 ήταν οπλισμένα με λείες ράβδους κατηγορίας S220 και 4 με διαμήκεις ράβδους από νευροχάλυβα κατηγορίας S500s. Δύο εκ των δοκιμίων αυτής της ομάδας δοκιμάστηκαν χωρίς ενίσχυση ως δοκίμια ελέγχου: ένα εξ αυτών είχε λείες ράβδους (L0S_C) και το άλλο είχε ράβδους με νευρώσεις (L0_C). Κατ αντιστοιχία, δύο δοκίμια ενισχύθηκαν στη βάση τους με δύο στρώσεις μανδύα ΙΟΠ άνθρακα (L0S_R2 και L0_R2), ενώ άλλα δύο (L0S_M4 και L0_M4) ενισχύθηκαν με μανδύα 4 στρώσεων από ΙΑΜ, ίσης αντοχής και δυστένειας με το μανδύα ΙΟΠ. Το τελευταίο δοκίμιο αυτής της ομάδας με ράβδους από νευροχάλυβα (L0_M4G) ενισχύθηκε με μανδύα χαμηλοτέρου κόστους αλλά μικρότερης αντοχής και δυστένειας, αποτελούμενο από 4 στρώσεις ΙΑΜ γυαλιού. 4

5 Η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ σε σύγκριση με μανδύες ΙΟΠ (στις κρίσιμες περιοχές υποστυλωμάτων) για τη σεισμική ενίσχυση υποστυλωμάτων με ανεπαρκείς ενώσεις των ράβδων εξετάστηκε στην παρούσα εργασία για δύο διαφορετικά μήκη υπερκάλυψης (Σχήμα 1β). Το μικρότερο μήκος υπερκάλυψης των διαμήκων ράβδων, που είναι ίσο με 20 φορές τη διάμετρο των τελευταίων (Ομάδα L20d_) και αντιπροσωπεύει υποστυλώματα που έχουν κατασκευαστεί στις Ευρωπαϊκές χώρες μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 70 περίπου, εξετάστηκε σε 3 δοκίμια: το πρώτο δοκιμάστηκε χωρίς ενίσχυση ως δοκίμιο ελέγχου (L20d_C), το δεύτερο ενισχύθηκε στη βάση του με μανδύα ΙΟΠ άνθρακα δύο στρώσεων (L20d_R2), ενώ το τρίτο ενισχύθηκε στη βάση του με μανδύα ΙΑΜ τεσσάρων στρώσεων (L20d_M4). Κατ αντιστοιχία, τα δοκίμια με τις μεγαλύτερες ενώσεις μήκους 40 διαμέτρων (αντιπροσωπευτικά υποστυλωμάτων που κατασκευάζονταν μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 90) είναι τα L40d_C, L40d_R2 και L40d_M4. Τονίζεται ότι ανά ζεύγη (ΙΟΠ και ΙΑΜ) τα δοκίμια ήταν ενισχυμένα με μανδύες ίσης δυστένειας, ώστε να είναι εύκολη η άμεση σύγκριση της αποτελεσματικότητας των μανδυών ΙΑΜ (ανόργανης μήτρας) ως προς αυτήν των αντιστοίχων ΙΟΠ (πολυμερικής μήτρας). Αυτό κατέστη εφικτό χρησιμοποιώντας διπλάσιο αριθμό στρώσεων για τους μανδύες ΙΑΜ έναντι των ΙΟΠ (τεσσάρων έναντι δύο), ώστε να είναι (περίπου) ίσο το γινόμενο του αριθμού των στρώσεων επί το ονομαστικό πάχος κάθε στρώσης (οι ίνες ήταν του ιδίου τύπου άνθρακα και στις δύο περιπτώσεις). Έτσι, τα εξής ζεύγη δοκιμίων είναι ισοδύναμα ως προς τη δυστένεια των μανδυών: L0S_R2 με L0S _Μ4, L0_R2 με L0_Μ4, L20d_R2 με L20d _Μ4 και L40d _R2 με L40d _Μ4. Πίνακας 1. Δοκίμια και Πειραματικές Παράμετροι. Ονομασία Δοκιμίου Μήκος Υπερκάλυψης Τύπος Διαμήκους Οπλισμού Αντοχή Σκυρ/τος f c (MPa) Περίσφιγξη με Σύνθετα Υλικά Μέθοδος Ενίσχυσης Υλικό Αρ. Στρώσεων/ Ύψος Μανδύα L0S_C -- Λείος L0S_R2 -- Λείος 30.3 ΙΟΠ Άνθρακας 2 / 430 mm L0S_M4 -- Λείος 30.5 ΙΑΜ Άνθρακας 4 / 430 mm L0_C -- Νευρώσεις L0_R2 -- Νευρώσεις 28.6 ΙΟΠ Άνθρακας 2 / 430 mm L0_M4 -- Νευρώσεις 28.4 ΙΑΜ Άνθρακας 4 / 430 mm L0_M4G -- Νευρώσεις 28.3 ΙΑΜ Γυαλί 4 / 430 mm L20d_C 20d=280 mm Νευρώσεις L20d_R2 20d=280 mm Νευρώσεις 26.5 ΙΟΠ Άνθρακας 2 / 430 mm L20d_M4 20d=280 mm Νευρώσεις 26.3 ΙΑΜ Άνθρακας 4 / 430 mm L40d_C 40d=560 mm Νευρώσεις L40d_R2 40d=560 mm Νευρώσεις 25.5 ΙΟΠ Άνθρακας 2 / 600 mm L40d_M4 40d=560 mm Νευρώσεις 25.3 ΙΑΜ Άνθρακας 4 / 600 mm Η σήμανση των δοκιμίων δίνεται ως LX_YN, όπου: X δηλώνει το μήκος υπερκάλυψης πάνω από τη βάση του υποστυλώματος (0 για συνεχή οπλισμό χωρίς ένωση, 20d για υπερκάλυψη μήκους 20 διαμέτρων, 40d για υπερκάλυψη μήκους 40 διαμέτρων), Υ δηλώνει τον τύπο του μανδύα (C για δοκίμια αναφοράς, δηλαδή χωρίς μανδύα, R για δοκίμια με μανδύα όπου η μήτρα των συνθέτων υλικών είναι η ρητίνη, Μ για δοκίμια με μανδύα σε μήτρα κονιάματος) και Ν δηλώνει τον αριθμό των στρώσεων του μανδύα. Επισημαίνεται ότι για τα δοκίμια με 5

6 λείο χάλυβα (Ομάδα L0S_), το γράμμα S έχει προστεθεί μετά το Χ για τη δήλωση των λείων ράβδων οπλισμού, ενώ το γράμμα G έχει προστεθεί μετά το Ν υποδηλώνοντας υλικό ινών το γυαλί για το μανδύα ΙΑΜ. Οι μανδύες κάλυπταν τον πόδα των υποστυλωμάτων (εκτός μικρού κενού 10 mm) σε ύψος 430 mm, εκτός αυτών που εφαρμόστηκαν στα δύο ενισχυμένα δοκίμια με τις μεγαλύτερες ενώσεις (L40d _R2 και L40d _Μ4), όπου το ύψος τους ήταν 600 mm, ξεπερνώντας έτσι τα 560 mm του μήκους υπερκάλυψης. Πριν την ενίσχυση οι γωνίες των διατομών στρογγυλεύτηκαν σε ακτίνα καμπυλότητας περίπου ίση με 25 mm, ώστε να αποφευχθεί η πρώιμη αστοχία του μανδύα συνθέτων υλικών λόγω συγκέντρωσης τάσεων. Όλες οι πληροφορίες για το σχεδιασμό των δοκιμίων συνοψίζονται στον Πίνακα 1. Υλικά και Τεχνική Ενίσχυσης Οι διαμήκεις λείες ράβδοι είχαν τάση διαρροής 372 MPa, εφελκυστική αντοχή 433 MPa και οριακή παραμόρφωση 17%, ενώ οι αντίστοιχες τιμές για τις ράβδους με νευρώσεις ήταν 523 MPa, 624 MPa και 12%. Ο εγκάρσιος οπλισμός είχε τάση διαρροής 351 MPa, εφελκυστική αντοχή 444 MPa και οριακή παραμόρφωση 19.5%. Τα θεμέλια και τα υποστυλώματα σκυροδετήθηκαν από διαφορετικές παρτίδες έτοιμου σκυρόδεματος κατηγορίας C16/20. Η μέση θλιπτική αντοχή κάθε δοκιμίου (τη μέρα της δοκιμής του) μετρήθηκε από 3 κυβικά δοκίμια πλευράς 150 mm και δίνεται στον Πίνακα 1. Τέλος, η εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος για τα υποστυλώματα με ενώσεις ράβδων εκτιμήθηκε βάσει δοκιμών διάρρηξης σε κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 150 mm και ύψους 300 mm. Η μέση τιμής της αντοχής αυτής (από μετρήσεις 6 δοκιμίων) ήταν ίση με 3 MPa. Για τα δοκίμια που ενισχύθηκαν με μανδύες ΙΑΜ (L0S_M4, L0_M4, L0_M4G, L20d_M4 και L40d_M4) χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά πλέγματα ινών άνθρακα και γυαλιού ίδιας γεωμετρίας, αποτελούμενα από δέσµες ινών πλάτους 3 mm, ισόποσα διατεταγµένων σε δύο κάθετες µεταξύ τους διευθύνσεις (0 /90 ), µε καθαρό άνοιγµα βροχίδων ίσο µε 7 mm, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2α. Κάθε στρώση πλέγµατος ινών άνθρακα και γυαλιού είχε βάρος ίσο µε 348 g/m 2 και 480 g/m 2 αντίστοιχα και ονοµαστικό πάχος ίσο µε mm και mm αντίστοιχα (υπολογισµένο βάσει ισοδύναµης κατανοµής των ινών σε οµοιόµορφη διάταξη ανά διεύθυνση, δηλαδή χωρίς τα κενά των βροχίδων). Η εγγυηµένη εφελκυστική αντοχή των ινών άνθρακα και γυαλιού (όπως και ολόκληρου του πλέγματος, όταν χρησιμοποιείται το ονομαστικό πάχος) ήταν 3800 MPa και 1700 MPa, αντίστοιχα, ενώ το µέτρο ελαστικότητας των ινών άνθρακα και γυαλιού ήταν 225 GPa και 70 GPa, αντίστοιχα. Για τα δοκίμια που ενισχύθηκαν με μανδύες ΙΟΠ (L0S_R2, L0_R2, L20d_R2 και L40d_R2) χρησιμοποιήθηκε συνεχές ύφασμα άνθρακα βάρους 300 g/m 2, ονοµαστικού πάχους 0.17 mm και ίδιες μηχανικές ιδιότητες με το πλέγμα άνθρακα. Η ανόργανη μήτρα που χρησιµοποιήθηκε ήταν από λεπτόκοκκο ρητινούχο τσιµεντοκονίαµα µε λόγο τσιµέντου προς πολυµερή περίπου ίσο µε 8:1 κ.β. Η αναλογία ανάµιξης νερού προς κονίαμα ήταν 0.23:1, ενώ το νωπό ανάµιγµα χαρακτηριζόταν από ικανή εργασιµότητα για εφαρµογή σε κατακόρυφες επιφάνειες (πλαστικό κονίαµα) και από µικρή απώλεια κάθισης στο χρόνο (µισή ώρα σε θερµοκρασία περιβάλλοντος 20 C). Οι µέσες τιµές της θλιπτικής και της εφελκυστικής αντοχής από κάµψη του τσιµεντοκονιάµατος στις 28 ηµέρες ήταν 17.5 MPa και 6.31 MPa, αντίστοιχα. Τέλος η οργανική μήτρα που χρησιµοποιήθηκε για την επικόλληση των συνεχών υφασμάτων άνθρακα ήταν τύπου εποξειδικής ρητίνης δύο συστατικών µε αναλογία ανάµιξης ρητίνης:σκληρυντή ίση με 3:1. Η εφελκυστική αντοχή της εποξειδικής ρητίνης ήταν ίση µε 70 6

7 MPa και το µέτρο ελαστικότητας ίσο µε 3.2 GPa (οι τιµές αυτές αντιστοιχούν σε ηλικία 7 ηµερών µετά από συντήρηση του υλικού στους 23 C). (α) (β) Σχήμα 2. (α) Χρησιμοποιούμενο Πλέγμα δύο Διευθύνσεων. (β) Εφαρμογή Ινοπλεγμάτων σε Κονίαμα στον Πόδα Υποστυλώματος. Η εφαρμογή του μανδύα ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα έγινε κατά το συνήθη τρόπο επικόλλησης υφασμάτων ή ελασμάτων ΙΟΠ σε δομικά στοιχεία. Αρχικά οι επιφάνειες των δοκιμίων προετοιμάστηκαν ελαφρά με ηλεκτρικό τριβείο και καθαρίστηκαν. Ακολούθως κατασκευάστηκαν οι μανδύες με επάλληλες στρώσεις κονιάματος και πλέγματος. Το κονίαμα εφαρμόστηκε με σπάτουλα και το πλέγμα πιεζόταν εντός του κονιάματος ώστε το τελευταίο να διαπεράσει τις βροχίδες, εξασφαλίζοντας την αλληλεμπλοκή πλέγματος-κονιάματος. Κάθε στρώση πλέγματος-κονιάματος είχε συνολικό πάχος ίσο με 2 mm περίπου. Η διαδικασία επαναλαμβανόταν έως ότου συμπληρωθεί ο απαιτούμενος αριθμός των 4 στρώσεων (κάθε επακόλουθη στρώση εφαρμοζόταν επί νωπής ακόμα της προηγούμενης) και η τελική στρώση πλέγματος καλυπτόταν από μια τελική στρώση κονιάματος. Μια τυπική φωτογραφία από την εφαρμογή του μανδύα ΙΑΜ δίνεται στο Σχήμα 2β. Πειραματική Διάταξη και Διαδικασία Τα δοκίμια φορτίστηκαν με οριζόντια δύναμη σε ύψος 1.60 m από τη βάση τους, μέσω σερβοϋδραυλικού εμβόλου MTS αγκυρωμένου στην κεφαλή του στοιχείου (Σχήμα 1α). Προκειμένου να προσομοιωθούν τα σεισμικά φορτία, τα υποστυλώματα υπεβλήθησαν σε μια ιστορία φόρτισης που αποτελούνταν από επαναλαμβανόμενους κύκλους μετατοπίσεων αυξανομένου εύρους (κατά 5 mm) μέχρι την αστοχία του δοκιμίου. Τα δοκίμια φορτίζονταν ταυτόχρονα κατά τη διεύθυνση του άξονά τους με σταθερό αξονικό φορτίο, το οποίο αντιστοιχεί στο 28% περίπου της θλιπτικής αντοχής των υποστυλωμάτων υπό κεντρική θλίψη. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών καταγράφονταν η δύναμη και η μετατόπιση του εμβόλου, η στροφή και η κατακόρυφη (αξονική) μετατόπιση τριών διατομών μέσω 6 μηκυνσιομέτρων (LVDTs), τα οποία είχαν τοποθετηθεί σε ύψη 130 mm, 260 mm και 450 mm πάνω από τη βάση των στοιχείων. Η εγκατάσταση των οργάνων περιελάμβανε ακόμα 12 ηλεκτρομηκυνσιόμετρα που είχαν επικολληθεί πάνω στα μήκη υπερκάλυψης των ράβδων κάθε υποστυλώματος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1β (6 ηλεκτρομηκυνσιόμετρα σε δύο ζεύγη ράβδων, ένα σε κάθε διεύθυνση φόρτισης). Οι μετρήσεις των ηλεκτρομηκυνσιομέτρων 7

8 αξιοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των τάσεων συνάφειας μεταξύ των ράβδων και του σκυροδέματος κατά την αστοχία της ένωσης των ράβδων. Τέλος, για τα δοκίμια χωρίς ενώσεις ράβδων επικολλήθηκαν δύο ηλεκτρομηκυνσιόμετρα σε κάθε ράβδο σε ύψος 100 mm πάνω από τη βάση του υποστυλώματος, προκειμένου να εκτιμηθεί η έναρξη του λυγισμού τους. Γενική Συμπεριφορά ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Η απόκριση όλων των υποστυλωμάτων δίνεται στο Σχήμα 3 στη μορφή βρόχων υστέρησης οριζόντιας δύναμης-σχετικής μετακίνησης (drift ratio). Η συμπεριφορά και η μορφή αστοχίας όλων των δοκιμίων ήταν, όπως αναμενόταν, καμπτική, λόγω της υψηλής τιμής του λόγου διάτμησης (L s /h=6.4). Τα βασικότερα αποτελέσματα των δοκιμών περιγράφονται στον Πίνακα 2 και περιλαμβάνουν: (α) Τη μέγιστη οριζόντια δύναμη στις δύο διευθύνσεις φόρτισης. (β) Τη σχετική μετακίνηση που αντιστοιχεί στη μέγιστη οριζόντια δύναμη, στις δύο διευθύνσεις φόρτισης. (γ) Τη σχετική μετακίνηση που αντιστοιχεί στη συμβατική αστοχία, η οποία ορίζεται στο σημείο όπου σημειώνεται πτώση της δύναμης απόκρισης κατά 20% έναντι της μέγιστης καταγεγραμμένης τιμής της, στην αντίστοιχη διεύθυνση φόρτισης. (δ) Τη μορφή αστοχίας που παρατηρήθηκε για κάθε δοκίμιο. Δοκίμια με Συνεχή Διαμήκη Οπλισμό Κύριο χαρακτηριστικό της απόκρισης των δύο δοκιμίων ελέγχου με συνεχή διαμήκη οπλισμό ήταν η διαρροή τους σε κάμψη, η οποία όμως ακολουθήθηκε από λυγισμό των διαμήκων ράβδων, λόγω του μεγάλου αστήρικτου μήκους από τους αραιά τοποθετημένους συνδετήρες, και αποδιοργάνωση του σκυροδέματος πάνω από τη βάση (Σχήμα 4α). Ανεξαρτήτως του τύπου διαμήκους οπλισμού (λείος ή με νευρώσεις) και τα δύο δοκίμια ελέγχου L0S_C και L0_C εμφάνισαν σημαντική πτώση της αντοχής τους (που αντιστοιχούσε στη συμβατική αστοχία) σε παραπλήσιες μέσες τιμές (στις δύο διευθύνσεις φόρτισης) σχετικής μετακίνησης, ίσες με 3.75% και 3.43% αντίστοιχα. Η συμπεριφορά όλων των ενισχυμένων δοκιμίων βελτιώθηκε σημαντικά καθώς ο τρόπος αστοχίας τους δεν καθορίστηκε από το λυγισμό των διαμήκων ράβδων στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης. Με βάση τις μετρήσεις των ηλεκτρομηκυνσιομέτρων που είχαν επικολληθεί στους οπλισμούς συνάγεται ότι ο λυγισμός των διαμήκων ράβδων μέσα από τους μανδύες ΙΑΜ και ΙΟΠ δεν απετράπη αλλά καθυστέρησε σημαντικά να εμφανιστεί, κατά περίπου 4 έως 8 κύκλους σε σύγκριση με τα δοκίμια ελέγχου. Ακόμα όμως και όταν συνέβη, ο λυγισμός ήταν περιορισμένος και ελεγχόμενος, με αποτέλεσμα να οδηγεί γενικά σε μικρή πτώση της αντοχής των δοκιμίων. Φαίνεται λοιπόν ότι λόγω της περίσφιγξης μέσω των μανδυών ΙΑΜ και ΙΟΠ, οι ελαφρώς λυγισμένες μέσα από τους μανδύες ράβδοι μπορούσαν να παραλάβουν σημαντικό ποσοστό της θλιπτικής τους αντοχής, καθώς η αποτίναξη της επικάλυψης παρεμποδίζονταν από τους μανδύες. 8

9 Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) (α) L0S_C (β) L0S_R2 (γ) L0S_M (δ) L0_C (ε) L0_R2 (στ) L0_M (ζ) L0_M4G (η) L20d_C (θ) L20d_R2 (ι) L20d_M (ια) L40d_C (ιβ) L40d_R2 (ιγ) L40d_M Σχετική Μετακίνηση (%) Σχετική Μετακίνηση (%) Σχετική Μετακίνηση (%) Σχήμα 3. Βρόχοι υστέρησης οριζόντιας δύναμης-σχετικής μετακίνησης των εξεταζομένων δοκιμίων. Η απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων με λείες ράβδους (L0S_R2 σε σύγκριση με L0S_M4) ήταν αρκετά όμοια μεταξύ τους αλλά πολύ διαφορετική και πολύ καλύτερη σε σχέση με το αντίστοιχο δοκίμιο ελέγχου L0S_C. Η ικανότητα παραμόρφωσης των ενισχυμένων δοκιμίων υπερδιπλασιάστηκε. Ενώ ο μανδύας ΙΟΠ του δοκιμίου L0S_R2 εμφάνισε τοπική θραύση μήκους 50 mm πάνω από τη βάση του υποστυλώματος (σε σχετική μετακίνηση 7.2%), ο μανδύας ΙΑΜ παρέμεινε άθικτος μέχρι το τέλος της δοκιμής σε σχετική μετακίνηση 7.8%. 9

10 Πίνακας 2. Πίνακας Αποτελεσμάτων. Δοκίμιο Μέγιστο Φορτίο (kn) Σχετική Μετακίνηση στο Μέγιστο Φορτίο (%) Σχετική Μετακίνηση στην Αστοχία (%) Μορφή Αστοχίας Ώθηση Έλξη Ώθηση Έλξη Ώθηση Έλξη L0S_C Λυγισμός των διαμήκων ράβδων L0S_R Δεν επετεύχθη η συμβατική αστοχία L0S_M Δεν επετεύχθη η συμβατική αστοχία L0_C Λυγισμός των διαμήκων ράβδων L0_R Λυγισμός των διαμήκων ράβδων έξω από το μανδύα ΙΟΠ L0_M Δεν επετεύχθη η συμβατική αστοχία L0_M4G L20d_C L20d_R L20d_M L40d_C Θραύση του μανδύα ΙΑΜ λόγω λυγισμού και διαστολή του σκυροδέματος Διάρρηξη σκυροδέματος και στη συνέχεια αποτίναξη της επικάλυψης Διαμήκεις ρωγμές διάρρηξης και εξόλκευση των ράβδων με ενώσεις Διαμήκεις ρωγμές διάρρηξης και εξόλκευση των ράβδων με ενώσεις Διάρρηξη σκυροδέματος και στη συνέχεια αποτίναξη της επικάλυψης L40d_R Δεν επετεύχθη η συμβατική αστοχία L40d_M Δεν επετεύχθη η συμβατική αστοχία θραύση (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 4. (α) Αποδιοργάνωση του Σκυροδέματος και Λυγισμός των Διαμήκων Ράβδων. (β) Λυγισμός των Διαμήκων Ράβδων πάνω από το Μανδύα ΙΟΠ. (γ) Άθικτος Μανδύας ΙΑΜ Άνθρακα στο Τέλος της Δοκιμής. (δ) Θραύση Μανδύα ΙΑΜ Γυαλιού λόγω Λυγισμού των Ράβδων. Για τα ενισχυμένα δοκίμια με ράβδους νευροχάλυβα, η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ (L0_M4 και L0_M4G) ήταν εμφανώς μεγαλύτερη αυτής του μανδύα ΙΟΠ (L0_R2). Η 10

11 μειωμένη αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης του μανδύα ΙΟΠ οφείλεται στον τρόπο αστοχίας του δοκιμίου L0_R2. Σε σχετική μετακίνηση περίπου 5% ο λυγισμός των διαμήκων ράβδων εκδηλώθηκε πάνω από το μανδύα ΙΟΠ, μεταξύ του σημείου που αυτός τερμάτιζε (430 mm από τη βάση) και του επόμενου συνδετήρα (600 mm από τη βάση), δηλαδή σε ύψος περίπου 530 mm από τη βάση του υποστυλώματος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4β. Η μεταφορά του λυγισμού των διαμήκων ράβδων πάνω από το μανδύα μπορεί να αποδοθεί στη δυσκαμψία του μανδύα ΙΟΠ στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης, η οποία δεν επέτρεψε στις θλιβόμενες ράβδους να καμφθούν ελαφρώς προς τα έξω στις γωνίες, με συνέπεια τη συγκέντρωση θλιπτικών τάσεων οι οποίες μεταφέρθηκαν και εκτονώθηκαν εκεί όπου υπήρχε η δυνατότητα της προς τα έξω κάμψης, δηλαδή έξω από το μανδύα. Αντιθέτως, στην περίπτωση των ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΑΜ, ο λυγισμός των διαμήκων ράβδων ήταν ελεγχόμενος, καθώς αυτό το σύστημα ενίσχυσης επιτρέπει μεγαλύτερη εγκάρσια διόγκωση, με αποτέλεσμα να μειώνονται οι συγκεντρώσεις τάσεων στις γωνίες των ορθογωνικών διατομών. Πιο συγκεκριμένα, για το δοκίμιο L0_M4 o μανδύας παρέμεινε άθικτος μέχρι το τέλος της δοκιμής σε σχετική μετακίνηση 7.8% (Σχήμα 4γ), ενώ για το δοκίμιο L0_M4G η θραύση του μανδύα λόγω διόγκωσης του σκυροδέματος και λυγισμού των διαμήκων ράβδων (Σχήμα 4δ) οδήγησε στην αστοχία σε μέση σχετική μετακίνηση (στις δύο διευθύνσεις φόρτισης) ίση με 7.2%. Συνοψίζοντας, η συμπεριφορά των δοκιμίων L0_M4 και L0_M4G ήταν πολύ παρόμοια, αλλά αρκετά διαφορετική και πολύ καλύτερη από τη συμπεριφορά τόσο του δοκιμίου L0_R2, όσο και του δοκιμίου έλεγχου L0_C. Η ικανότητα παραμόρφωσης σε σύγκριση με το δοκίμιο ελέγχου αυξήθηκε κατά 50%, 130% και 110% για τα δοκίμια L0_R2, L0_M4 και L0_M4G, υποδεικνύοντας μια αύξηση της αποτελεσματικότητας (σε όρους ικανότητας παραμόρφωσης των υποστυλωμάτων) των μανδυών ΙΑΜ της τάξης του 50% σε σύγκριση με τους μανδύες ΙΟΠ. Δοκίμια με Υπερκάλυψη του Διαμήκους Οπλισμού Η συμπεριφορά και ο τρόπος αστοχίας των δοκιμίων με υπερκαλύψεις ράβδων καθορίστηκε και πάλι από την κάμψη. Στα δύο δοκίμια ελέγχου L20d_C και L40d_C σχηματίσθηκαν σημαντικές κατακόρυφες ρωγμές λόγω διάρρηξης του σκυροδέματος κατά μήκος των μηκών υπερκάλυψης σε σχετικές μετακινήσεις 1.56% και 2.5% αντίστοιχα, όπως φαίνεται στα Σχήματα 5α-β. Σε μεγαλύτερες σχετικές μετακινήσεις το μήκος και το πλάτος των ρωγμών αυτών κατά μήκος της ένωσης ράβδων αυξανόταν, καθώς η συνάφεια μεταξύ ράβδωνσκυροδέματος απομειωνόταν. Τη διεύρυνση και επέκταση των κατακόρυφων ρωγμών λόγω διάρρηξης ακολούθησε η αποτίναξη του θλιβομένου σκυροδέματος σε μια περιοχή 100 mm και 175 mm από τη βάση των υποστυλωμάτων L20d_C (Σχήμα 5γ) και L40d_C αντίστοιχα, με αποτέλεσμα την άμεση πτώση της αντοχής. Σε αντίθεση με τα δοκίμια ελέγχου με συνεχή οπλισμό, η αποτίναξη της επικάλυψης δεν ακολουθήθηκε από λυγισμό των διαμήκων ράβδων για κανένα εκ των δοκιμίων L20d_C και L40d_C, για δύο λόγους: πρώτον διότι ο θλιβόμενος οπλισμός ήταν διπλάσιος, και δεύτερον διότι η απώλεια συνάφειας στην περιοχή της ένωσης των ράβδων μείωσε την απαίτηση για θλιβόμενο οπλισμό. Η σχετική μετακίνηση κατά την αστοχία (μέσες τιμές στις δύο διευθύνσεις φόρτισης) για τα δοκίμια L20d_C και L40d_C ήταν 3.6% και 3.3% αντίστοιχα, ενώ οι αντίστοιχες τιμές της αντοχής συνάφειας μεταξύ ράβδων με ενώσεις και σκυροδέματος υπολογίστηκαν ίσες με 4.3 MPa και 3.3 MPa. 11

12 Τέλος της υπερκάλυψης (α) (β) (γ) Σχήμα 5. Κατακόρυφες Ρωγμές λόγω Διάρρηξης του Σκυροδέματος για τα Δοκίμια (α) L20d_C και (β) L40d_C. (γ) Τελική Μορφή του Δοκιμίου L20d_C κατά την Αστοχία. Η απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύες ΙΑΜ και ΙΟΠ ήταν καλύτερη τόσο σε όρους αντοχής όσο και σε όρους ικανότητας παραμόρφωσης κατά την αστοχία. Μέσω της περίσφιγξης και της ενεργοποίησης των οριζόντιων ινών των μανδυών έναντι διάρρηξης του σκυροδέματος περιορίστηκε η ανάπτυξη των κατακόρυφων ρωγμών, με αποτέλεσμα την αύξηση της αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων. Ακόμα, η απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων χαρακτηρίστηκε από την ανάπτυξη μεγάλων οριζόντιων σχετικών μετακινήσεων, οι οποίες συνοδεύτηκαν από μικρή (δοκίμια L20d_R2 και L20d_M4) έως οριακή (δοκίμια L40d_R2 και L24d_M4) πτώση του οριζόντιου φορτίου. Για τα δοκίμια L20d_R2 και L20d_M4 η αντοχή σε συνάφεια στην περιοχή της μάτισης υπολογίστηκε ίση με 7.15 MPa και 6.75 MPa αντίστοιχα, θεαματικά αυξημένη σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου L20d_C. Οι υψηλές τάσεις συνάφειας διατηρήθηκαν σταθερές για 4-6 κύκλους μετά το μέγιστο φορτίο, εξασφαλίζοντας έτσι και τη διατήρηση του οριζόντιου φορτίου. Όταν όμως οι ρωγμές λόγω διάρρηξης επεκτάθηκαν σε όλο το μήκος υπερκάλυψης των ράβδων, η απόκριση των δοκιμίων χαρακτηρίστηκε από μια σταδιακή πτώση του οριζόντιου φορτίου λόγω εξόλκευσης των ράβδων. Σε αυτό το σημείο η παρουσία των εξωτερικών μανδυών δεν είχε ουσιαστική συμβολή στην εναπομένουσα αντοχή συνάφειας των ενώσεων. Σε αντίθεση με τα δοκίμια με μικρά μήκη υπερκάλυψης ράβδων, για τα δοκίμια L40d_R2 και L40d_M4 οι αναπτυσσόμενες μέσες τάσεις συνάφειας στην περιοχή της ένωσης ήταν αρκετά χαμηλότερες, ίσες με 3 MPa και 3.4 MPa αντίστοιχα (3 MPa εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος), με αποτέλεσμα να αποτραπεί η επέκταση των ρωγμών διάρρηξης καθ όλο το μήκος υπερκάλυψης των ράβδων. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο υπολογισμού των τάσεων συνάφειας μπορούν να αναζητηθούν αλλού [Μπουρνάς (2008)]. Για τα υποστυλώματα με μικρά μήκη υπερκάλυψης ράβδων (L20d_R2 και L20d_M4), η μέση αύξηση της αντοχής (μέσες τιμές στις δύο διευθύνσεις φόρτισης) για τα δύο συστήματα περίσφιγξης με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ ήταν ίση με 20.3% και 25.6%, αντίστοιχα, σε σύγκριση με το δοκίμιο ελέγχου, ενώ οι αντίστοιχες αυξήσεις της ικανότητας παραμόρφωσης κατά την αστοχία ήταν 64.7% και 39%. Τα δοκίμια L40d_R2 και L40d_M4 με τα μεγαλύτερα μήκη υπερκάλυψης είχαν εξαιρετική απόκριση μέχρι το τέλος της δοκιμής σε σχετική οριζόντια 12

13 μετακίνηση 7.8%. Σε σχέση με το δοκίμιο ελέγχου L40d_C, η ικανότητα παραμόρφωσης αυξήθηκε κατά 150%, ενώ η αντοχή ήταν πρακτικά η ίδια. Συμπερασματικά, οι μανδύες ΙΑΜ είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί όταν εφαρμόζονται σε υποστυλώματα με μικρά μήκη υπερκάλυψης ράβδων για την αύξηση της αντοχής και της ικανότητας παραμόρφωσής τους κατά την αστοχία. Συγκρινόμενοι με μανδύες ΙΟΠ ίσης δυστένειας χαρακτηρίζονται από ελαφρώς μειωμένη αποτελεσματικότητα για υποστυλώματα με μικρά μήκη υπερκάλυψης ράβδων (l s =20d) και από ίδια αποτελεσματικότητα (μέχρι το τέλος της δοκιμής για τα δοκίμια L40d_R2 και L40d_M4) όταν εφαρμόζονται σε υποστυλώματα με μεγαλύτερες υπερκαλύψεις ράβδων (l s =40d). ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εργασία αναπτύσσεται μια νέα τεχνική ενίσχυσης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος μέσω περίσφιγξης. Η τεχνική βασίζεται στη χρήση συνθέτων υλικών τα οποία αποτελούνται από ινοπλέγματα ινών σε ανόργανη μήτρα (π.χ. κονίαμα με βάση το τσιμέντο), αποσκοπώντας στην επίλυση προβλημάτων που χαρακτηρίζουν τα ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ) σχετικά με την χρήση εποξειδικών ρητινών. Τα ινοπλέγματα ινών σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ) δοκιμάζονται στη μορφή τοπικών μανδυών στις κρίσιμες περιοχές (πόδας και κορυφή) παλαιού τύπου υποστυλωμάτων με στόχο την αύξηση της πλαστιμότητάς τους μέσω καθυστέρησης του λυγισμού των διαμήκων ράβδων και μέσω αποτροπής αστοχιών λόγω διάρρηξης του σκυροδέματος σε περιοχές με ανεπαρκή μήκη ενώσεων των διαμήκων ράβδων. Βάσει των πειραματικών αποτελεσμάτων που παρουσιάστηκαν στην παρούσα εργασία καταδεικνύεται ότι η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ είναι υψηλή και γενικώς παρόμοια με αυτή των μανδυών ΙΟΠ ίσης δυστένειας. Πιο συγκεκριμένα, για τα δοκίμια με συνεχή οπλισμό και λείες ράβδους, η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ βρέθηκε ίση με αυτή των μανδυών ΙΟΠ, ενώ στα δοκίμια με διαμήκεις ράβδους νευροχάλυβα, η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ ήταν κατά 50% περίπου μεγαλύτερη από τους μανδύες ΙΟΠ. Τέλος οι μανδύες ΙΟΠ βρέθηκαν ελαφρώς αποτελεσματικότεροι για την ενίσχυση υποστυλωμάτων με μικρά μήκη ένωσης των ράβδων σε σύγκριση με τους μανδύες ΙΑΜ. Αναμένεται ότι, όπως η τεχνική των ΙΟΠ, έτσι και η τεχνική των ΙΑΜ, στο εγγύς μέλλον θα αποτελεί μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα πρόταση για την αναβάθμιση των ανεπαρκώς σχεδιασμένων υποστυλωμάτων. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος Αποτίμηση Σεισμικής Τρωτότητας Υφισταμένων Κτιρίων και Ανάπτυξη Προηγμένων Υλικών/Τεχνικών Ενίσχυσης ΑΡΙΣΤΙΩΝ ( το οποίο χρηματοδοτήθηκε από τη ΓΓΕΤ μέσω του προγράμματος ΕΠΑΝ Δομημένο Περιβάλλον και Διαχείριση Σεισμικού Κινδύνου. Στην υλοποίηση της εργασίας έχουν συμβάλλει η Λέκτωρ κ. Αικατερίνη Παπανικολάου και οι μεταπτυχιακοί φοιτητές Ι. Αλεξόπουλος και Ι. Παπαντωνίου. 13

14 ΑΝΑΦΟΡΕΣ Μπουρνάς, Δ., (2008), Ενίσχυση Υποστυλωμάτων Οπλισμένου Σκυροδέματος με Νέα Υλικά: Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας, Οπλισμοί Συνθέτων Υλικών ή Ανοξείδωτου Χάλυβα σε Εγκοπές, Διδακτορική Διατριβή, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα. Bournas, D. A., Lontou, P. V., Papanicolaou, C. G. and Triantafillou, T. C., Textile- Reinforced Mortar (TRM) versus FRP Confinement in Reinforced Concrete Columns, ACI Structural Journal, V. 104, No. 6, 2007, pp Curbach, M. & Brueckner, A Textile Strukturen zur Querkraftverstaerkung von Stahlbetonbauteilen. Proceedings of 2 nd Colloquium on Textile Reinforced Structures, Curbach M (ed.), Dresden, (in German). Curbach, M. & Ortlepp, R Besonderheiten des Verbundverhaltens von Verstaerkungsschichten aus textilbewehrtem. Proceedings of 2 nd Colloquium on Textile Reinforced Structures, Curbach M (ed.), Dresden, (in German). Triantafillou, T. C. and Papanicolaou, C. G., Shear Strengthening of Reinforced Concrete Members with Textile Reinforced Mortar (TRM) Jackets, RILEM Materials and Structures, V. 39, No. 1, 2006, pp Triantafillou, T. C., Papanicolaou, C. G., Zisimopoulos, P. and Laourdekis, T Concrete Confinement with Textile Reinforced Mortar (TRM) Jackets. ACI Structural Journal, 103(1),