ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Σεβαστή Δ. ΤΕΓΟΥ 1, Ιωάννης Α. ΤΕΓΟΣ 2. Λέξεις κλειδιά: διατμητικός αρμός, ολίσθηση, λείος, τραχύς, μονολιθικός, διεπιφάνεια

Transcript

1 1 Πειραματική διερεύνηση επί των κατασκευαστικών διατμητικών αρμών φορέων γεφυρών μορφής πλακοδοκού Experimental investigation on the shear transfer between concrete interfaces of Slab-and-Beam Bridge Deck Structures Σεβαστή Δ. ΤΕΓΟΥ 1, Ιωάννης Α. ΤΕΓΟΣ 2 Λέξεις κλειδιά: διατμητικός αρμός, ολίσθηση, λείος, τραχύς, μονολιθικός, διεπιφάνεια ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η μηχανική συμπεριφορά των κατασκευαστικών αρμών που δημιουργούνται μεταξύ των χυτών επί τόπου συνεχών πλακών καταστρώματος και των άνω πελμάτων των προκατασκευασμένων δοκών. Η εργασία είναι κυρίως πειραματική και περιλαμβάνει την εξέταση 11 δοκιμίων μέσω των οποίων μεταφέρεται το πρόβλημα του αρμού στο εργαστήριο. Η αντίσταση ενός τέτοιου αρμού έναντι ασκούμενων διατμητικών δράσεων υπολογίζεται ως η συνισταμένη των μηχανισμών τριβής (εμπλοκή αδρανών) και της δράσης βλήτρου. Στα πλαίσια της εργασίας ελέγχεται πειραματικώς η μηχανική συμπεριφορά διατμητικών αρμών υπό επαναλαμβανόμενη φόρτιση. Παράλληλα με το πειραματικό μέρος της εργασίας, παρουσιάζεται και ο τρόπος υπολογισμού των διατμητικών αρμών σύμφωνα με το Σχέδιο Κανονισμού της CEB, τον Ευρωκώδικα 2 και τους Νέους Γερμανικούς Κανονισμούς DIN-Fachbericht 102. ABSTRACT : In the present study the shear transfer between concrete interfaces of slab-and-beam bridge deck structures is investigated. The shear resistance of these concrete interfaces results as the resultant of the concrete-to concrete friction and the dowel s action. The study includes the experimental investigation of 11 specimens under cyclic load. The experimental shear resistance of the studied concrete interfaces is compared with the shear resistance as it is calculated according to the equations which provide CEB, Eurocode 2 and DIN-Fachbericht 102. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κατασκευή γεφυρών με προκατασκευασμένες δοκούς και συνεχή πλάκα καταστρώματος είναι πολύ συνηθισμένη κυρίως λόγω των πλεονεκτημάτων που 1 Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., MSc., stegou@civil.auth.gr 2 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, itegos@metesysm.gr

2 2 αυτές παρουσιάζουν έναντι των μονολιθικών γεφυρών ως προς τη μεγάλη ταχύτητα ολοκλήρωσης και την οικονομία κατασκευής. Ως γνωστόν, οι γέφυρες αυτού του είδους σχεδόν κατ αποκλειστικότητα κατασκευάζονται με πρόπλακες, οι οποίες φέρουν ενσωματωμένο τον πρωτεύοντα οπλισμό και, συμπληρώνονται κατά το πάχος με χυτή επί τόπου πλάκα. Η σύνδεση των δύο τμημάτων, πρόπλακας και επί τόπου χυτής πλάκας, γίνεται με διατμητικούς συνδέσμους, συνήθως καβαλέτα Φ10 και Φ12. Κατά κανόνα μεσολαβεί μεγάλο χρονικό διάστημα μεταξύ της σκυροδέτησης της πρόπλακας και της επί τόπου χυτής πλάκας. Η σύνθετη αυτή διατομή υπολογίζεται στην πράξη ως ενιαία, με μόνη πρόσθετη πρόβλεψη την ανάληψη της διατμητικής δράσης μέσω οπλισμού. Κατά καιρούς έχουν εκφρασθεί σημαντικές αμφιβολίες ως προς την ορθότητα του ανωτέρω τρόπου δόμησης των γεφυρών με συνεχή πλάκα καταστρώματος, κυρίως ως προς τη διαχρονική συμπεριφορά του, καθώς οι πλάκες των γεφυρών καταπονούνται κατ εξοχήν δυναμικά. Πρόσφατη έρευνα, (Σαπουντζάκης Ε. κλπ., 2008), έχει δείξει ότι η επιρροή των δυνάμεων διεπιφάνειας στη δυναμική απόκριση της πλακοδοκού είναι ιδιατέρως σημαντική και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη. Επιπλέον, θέματα όπως η επάρκεια των διατμητικών συνδέσμων για την εξασφάλιση της συνεργασίας των δύο τμημάτων της πλάκας και την αποφυγή ολίσθησης και η επιρροή της τραχύτητας της διεπιφάνειας αποτελούν αντικείμενο διερεύνησης διεθνώς (Choi D.U. et al., 1999), (Jϊlio E. et al., 2004). Στη διεθνή βιβλιογραφία προτείνονται αρκετές εμπειρικές σχέσεις υπολογισμού της διατμητικής αντοχής διεπιφανειών οι οποίες διατέμνονται από διατμητικούς συνδέσμους, (Mattock Α., 1969), (Loov R.E. and Patnaik K.A., 1994). Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η μηχανική συμπεριφορά των κατασκευαστικών αρμών που δημιουργούνται μεταξύ των χυτών επί τόπου συνεχών πλακών καταστρώματος και των άνω πελμάτων των προκατασκευασμένων δοκών, Σχήμα 1. Η εργασία είναι κυρίως πειραματική και περιλαμβάνει την εξέταση δοκιμίων μέσω των οποίων μεταφέρεται το πρόβλημα του αρμού στο εργαστήριο. Η αντίσταση ενός τέτοιου αρμού έναντι ασκούμενων διατμητικών δράσεων μπορεί να υπολογιστεί σαν συνισταμένη των μηχανισμών της εμπλοκής αδρανών και δράσης βλήτρου. Η διατμητική ολίσθηση που επιβάλλεται στη διεπιφάνεια δημιουργεί και μία διαστολή η τιμή της οποίας εξαρτάται από την τραχύτητα της διεπιφάνειας. Στα πλαίσια της εργασίας ελέγχεται πειραματικώς η μηχανική συμπεριφορά διατμητικών αρμών υπό επαναλαμβανόμενη φόρτιση. Παράλληλα με το πειραματικό μέρος της εργασίας, παρουσιάζεται και ο τρόπος υπολογισμού των διατμητικών αρμών σύμφωνα με τη CEB, (CEB-FIB, 1991), τον Ευρωκώδικα 2, (CEN, 2003) και τους Νέους Γερμανικούς Κανονισμούς DIN- Fachbericht 102, (Deutsches Institut für Normung, 2003).

3 3 b=3,00m χυτή επί τόπου πλάκα πρόπλακα διατμητικός σύνδεσμος προκατασκευασμένη δοκός Σχήμα 1. Εγκάρσια τομή καταστρώματος γέφυρας με προκατασκευασμένες δοκούς και επί τόπου χυτή πλάκα ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ ΑΝΤΟΧΗΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΩΝ ΑΡΜΩΝ Υπό την επίδραση δεδομένης σχετικής μετακίνησης, η τέμνουσα δύναμη που μπορεί να παραληφθεί κατά μήκος ενός κατασκευαστικού αρμού μεταξύ στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, μπορεί να υπολογιστεί με βάση το προσομοίωμα που δίνεται στο Σχήμα 2. Η διατμητική ολίσθηση s που επιβάλλεται στη μία πλευρά του αρμού επιφέρει μία διαστολή, w, η τιμή της οποίας εξαρτάται από τη γεωμετρία (φυσική τραχύτητα κλπ.) της διεπιφάνειας. Η διαστολή αυτή έχει ως αποτέλεσμα τον αξονικό εφελκυσμό των ράβδων που διατέμνουν τη διεπιφάνεια. Οι τανυσμένες ράβδοι επιβάλλουν ορθές θλιπτικές τάσεις, Δσ c, στη διεπιφάνεια (φαινόμενο σύσφιξης). Με αυτόν τον τρόπο, η διεπιφάνεια υπό την επίδραση των ορθών, λόγω εξωτερικών φορτίων, τάσεων σ c και των πρόσθετων τάσεων Δσ c αντιστέκεται στην επιβαλλόμενη ολίσθηση μέσω της τριβής. Οι εγκάρσιες, ως προς τον αρμό, ράβδοι συνεισφέρουν στην αντίσταση του αρμού κυρίως μέσω της δράσης τους ως βλήτρων, αντί του μηχανισμού δικτυώματος που ισχύει στις μονολιθικές συνδέσεις. Η αντίσταση του αρμού, έναντι των ασκούμενων διατμητικών δράσεων, μπορεί να υπολογιστεί ως η συνισταμένη των συνεισφορών των επί μέρους μηχανισμών αντίστασης (εμπλοκής αδρανών, δράσης βλήτρου). Από την άλλη μεριά, υπό την επίδραση δεδομένης τέμνουσας δύναμης στην εξεταζόμενη διεπιφάνεια, οι απαιτούμενες διατμητικές τάσεις για την εξασφάλιση της ενιαίας λειτουργίας της σύνθετης διατομής της διεπιφάνειας, Σχήμα 3, υπολογίζονται με τη βοήθεια της Εξίσωσης 1. Η Εξίσωση 1 ισχύει στην περίπτωση αρηγμάτωτης διατομής της πλακοδοκού. Ωστόσο, έχει αποδειχθεί (Loov R.E. and Patnaik K.A., 1994) ότι η ανωτέρω εξίσωση δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα και στην περίπτωση που χρησιμοποιηθούν τα γεωμετρικά δεδομένα της ρηγματωμένης διατομής.

4 v h V Q = I b (1) όπου: v h είναι οι οριζόντιες διατμητικές τάσεις της διεπιφάνειας, V είναι η τέμνουσα δύναμη της εξεταζόμενης διατομής, Q είναι η στατική ροπή της πλάκας ή του πέλματος της δοκού ως προς τον ουδέτερο άξονα της σύνθετης διατομής, I είναι η ροπή αδράνειας της σύνθετης διατομής, b είναι το πλάτος της εξεταζόμενης διατομής. Σχήμα 2. Προσομοίωμα μηχανικής συμπεριφοράς διατμητικών αρμών οριζόντιες διατμητικές τάσεις vh αναπτυσσόμενες ορθές τάσεις κατά το ύψος της σύνθετης διατομής της πλακοδοκού κατακόρυφα φορτία Σχήμα 3. Αναπτυσσόμενες διατμητικές δυνάμεις στη διεπιφάνεια της σύνθετης διατομής 4

5 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΩΝ ΑΡΜΩΝ ΒΑΣΕΙ ΤΩΝ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ Αντοχή σχεδιασμού διατμητικών αρμών σύμφωνα με τους Νέους Γερμανικούς Κανονισμούς Din Fachbericht Ο κανονισμός DIN και το DIN-Fachbericht 102 περιέχουν ξεχωριστές εξισώσεις διαστασιολόγησης για άοπλους και οπλισμένους διατμητικούς αρμούς. Η αντοχή σχεδιασμού των άοπλων διατμητικών αρμών υπολογίζεται με βάση την Εξίσωση 2. όπου: η 1 = 1,0 για κανονικό σκυρόδεμα, 1/3 ( 0,042 η1 β μ σ Ν ) v = f b (2) Rd, ct ct ck d Μερίδιο πρόσφυσης Μερίδιο τριβής Μερίδιο φέρουσας ικανότητας σκυροδέματος β ct είναι ο συντελεστής τραχύτητας (συντελεστής ευθύνης), Πίνακας 1. Σε περιπτώσεις λείων ή άγριων αρμών στους οποίους ασκούνται εφελκυστικές ορθές τάσεις τίθεται β ct =0, μ είναι ο συντελεστής τριβής, Πίνακας 1, σ Nd είναι η ορθή τάση κάθετα στον αρμό (σ Nd <0 ως θλιπτική τάση) σ Nd = η Εd /b -0,6. f cd σε N/mm 2, η Εd είναι η κατώτερη τιμή υπολογισμού ορθής δύναμης κάθετα στον αρμό/διαμήκη ενότητα, b είναι το πλάτος του αρμού, f ck είναι η χαρακτηριστική τιμή της θλιπτικής αντοχής του χυτού σκυροδέματος ή του προκατασκευασμένου σκυροδέματος (κρίσιμη η μικρότερη τιμή) σε N/mm 2. Πίνακας 1. Συντελεστές β ct και μ ανάλογα με την ποιότητα της άνω επιφάνειας Ποιότητα άνω επιφάνειας DIN , β ct μ Οδοντωτή 2,4 1,0 Άγρια 2,0 0,7 Λεία 1,4 0,6 Πολύ λεία 0,0 0,5

6 6 Στην περίπτωση των οπλισμένων διατμητικών αρμών η τιμή διαστασιολόγησης της παραλαμβανόμενης διατμητικής δύναμης σε συνάρτηση με τον οπλισμό που τέμνει τον αρμό υπολογίζεται με βάση την Εξίσωση 3. όπου: ( ) vrd, sy = αs fyd cotθ + cotα sin α μ σnd b (3) α s είναι η διατομή του οπλισμού σύνδεσης ανά μονάδα μήκους (cm 2 /m), α είναι η γωνία του τέμνοντος τον αρμό οπλισμού, 45 ο <α<90 ο, σ Nd είναι η ορθή τάση κάθετα στον αρμό (σ Nd <0 ως θλιπτική τάση, αλλιώς τοποθετείται στις προκατασκευασμένες γέφυρες σ Nd =0). Αντοχή σχεδιασμού διατμητικών αρμών σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 2 Η αντοχή σχεδιασμού των διατμητικών αρμών σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 2 υπολογίζεται με βάση την Εξίσωση 4. όπου: ( ) v = c f + μσ + ρ f μ sinα + cosα 0,5 ν f (4) Rdi ctd n yd cd c και μ είναι συντελεστές οι οποίοι βασίζονται στην τραχύτητα της διεπιφάνειας, Πίνακας 2, f ctd είναι η εφελκυστική αντοχή σχεδιασμού του σκυροδέματος με τη χαμηλότερη αντοχή με f ctd = f ctk,0,05 /γ c, σ n είναι η τάση ανά μονάδα επιφανείας η οποία οφείλεται στην ελάχιστη εξωτερική -υπό κανονικές συνθήκες- δύναμη κατά μήκος της διεπιφάνειας η οποία μπορεί να ενεργεί ταυτόχρονα με την τέμνουσα δύναμη. Θεωρείται θετική όταν έχουμε θλίψη και αρνητική όταν έχουμε εφελκυσμό, όταν σ n <0,6 f cd. Όταν η σ n είναι εφελκυστική το γινόμενο σ n. f cd λαμβάνεται ίσο με το μηδέν, ρ=a s /A i, A s είναι το εμβαδό του οπλισμού της διεπιφάνειας, συμπεριλαμβανομένου του συνήθους οπλισμού διάτμησης (αν υπάρχει), με το επαρκές μήκος αγκύρωσης σε κάθε πλευρά της διεπιφάνειας, A i είναι το εμβαδόν της τομής,

7 7 α είναι η γωνία κλίσης των οπλισμών που διατέμνουν τον αρμό ως προς τον αρμό 45 ο <α<90 ο, ν είναι συντελεστής επιρροής, όπως υπολογίζεται σύμφωνα με εξίσωση του Ευρωκώδικα 2, (CEN, 2003). Πίνακας 2. Συντελεστές c και μ ανάλογα με την τραχύτητα της διεπιφάνειας Κατηγορίες διεπιφάνειας (Eurocode 2) c μ Πολύ λεία 0,025 0,50 Λεία 0,35 0,60 Τραχεία 0,45 0,70 Πολύ τραχεία 0,50 0,90 Αντοχή σχεδιασμού διατμητικών αρμών σύμφωνα με το Σχέδιο Κανονισμού της CEB Η αντοχή σχεδιασμού των διατμητικών αρμών σύμφωνα με το Σχέδιο Κανονισμού της CEB υπολογίζεται με βάση την Εξίσωση 5. τ = β f + μ ( ρ f + σ ) < 0,25 f (5) Rd ctd yd cd cd όπου: β. f ctd είναι η συνοχή μεταξύ των δύο τμημάτων σκυροδέματος των αρμών και μ είναι ο συντελεστής διαστολής. Οι παράμετροι β και μ εξαρτώνται από την κατηγορία τραχύτητας των διεπιφανειών, σύμφωνα με τον Πίνακα 3, ρ είναι ποσοστό οπλισμού στον αρμό 0,001, f yd είναι η υπολογιστική εφελκυστική αντοχή χάλυβα οπλισμού, σ cd είναι εξωτερική ορθή φόρτιση, η ασκούμενη στον αρμό (υπολογισμένη για γ F τιμές ανταποκρινόμενες σε ευνοϊκή επίδραση των δράσεων, σ cd >0 για θλίψη), f ctd είναι η υπολογιστική εφελκυστική αντοχή σκυροδέματος με την ελάχιστη αντοχή f ctk,0,05. Πίνακας 3. Τιμές παραμέτρων β και μ Παράμετροι Κατηγορία 1-Λεία επιφάνεια Κατηγορία 2-Τραχεία επιφάνεια β 0,2 * 0,4 μ 0,6 0,9 *Για πολύ λείες επιφάνειες (Ι) και (ΙΙ) συνιστάται η τιμή β=0,01

8 8 Σε περιπτώσεις χαμηλής αξονικής καταπόνησης η διατμητική αντοχή σχεδιασμού μπορεί να εκτιμηθεί σύμφωνα με την παρακάτω απλή σχέση, Εξίσωση 6 : τ Rd = β f (6) ctd Σε αυτή την περίπτωση δε χρειάζεται ενίσχυση με οπλισμό. Σε απαιτητικές όμως περιπτώσεις απαιτείται εγκάρσιος οπλισμός. Στο Σχήμα 4 δίνεται ένα διάγραμμα με βάση το οποίο είναι δυνατόν να υπολογιστούν οι απαιτούμενοι οπλισμοί αναλόγως της κατηγορίας της επιφάνειας του αρμού, (CEB-FIB, 1991). τrd (N/mm 2) 4,0 3,0 2,0 Κατηγορία 2 Κατηγορία 1 C20: f ctd=1,5/1,5=1,0 f cd=20/1,5=13,3 N/mm f yk=500 N/mm f yd=500/1,15=435 N/mm , ρ f yd (N/mm ) ρmin Σχήμα 4. Παράδειγμα εφαρμογής κατηγοριών τραχύτητας της επιφάνειας Δοκίμια ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η μηχανική συμπεριφορά των κατασκευαστικών αρμών που δημιουργούνται μεταξύ των χυτών επί τόπου συνεχών πλακών καταστρώματος και του άνω πέλματος των προκατασκευασμένων δοκών. Διερευνήθηκε η επιρροή των εξής παραμέτρων στην φέρουσα ικανότητα διατμητικών αρμών: (1) το ποσοστό οπλισμού που διατέμνει την διεπιφάνεια και (2) η τραχύτητα της διεπιφάνειας (λεία, τραχεία, μονολιθική σύνδεση). Κατασκευάστηκαν τρεις σειρές δοκιμίων, Πίνακας 4, διαστάσεων, 200mm x 200mm x 200mm, Σχήμα 5(α), οι οποίες διέφεραν μεταξύ τους ως προς την τραχύτητα του κατασκευαστικού αρμού. Κάθε σειρά περιελάμβανε δοκίμια με ποσοστά οπλισμού, 7,5%, 2,5%, 0,5% ενώ επιπλέον μελετήθηκε και η συμπεριφορά των αντίστοιχων άοπλων δοκιμίων. Η σκυροδέτηση του κάθε δοκιμίου πραγματοποιούνταν σε δύο φάσεις έτσι ώστε να είναι δυνατή η διαμόρφωση του επιδιωκομένου είδους αρμού. Αρχικά σκυροδετούνταν το μεσαίο 1/3 τμήμα του δοκιμίου. Η συγκράτηση των οπλισμών

9 9 στην προβλεπόμενη θέση τους κατά τη διάρκεια της σκυροδέτησης και η διαίρεση της μήτρας σε τρία ίσα μέρη πραγματοποιούνταν με τη βοήθεια διάτρητων μεταλλικών πλακών πάχους λιγότερου του 1mm. Κατά τη διάρκεια της σκυροδέτησης τοποθετούνταν κατακόρυφα στο μεσαίο τμήμα του δοκιμίου ένα κομμάτι φελιζόλ πάχους λιγότερου των 5mm, προς δημιουργίαν κενού, με σκοπό τη διαμόρφωση των δύο «ποδιών» του δοκιμίου. Η κατασκευή αυτών των δύο «ποδιών» απέβλεπε στη μεταβίβαση της μισής θλιπτικής δύναμης της μηχανής μονοαξονικής θλίψης σε κάθε αρμό του δοκιμίου, Σχήμα 5(α). Μετά τη σκλήρυνση του μεσαίου τμήματος γινόταν η αφαίρεση των μεταλλικών πλακών και η σκυροδέτηση των υπολοίπων δύο τμημάτων του. Μεταξύ των δύο φάσεων της σκυροδέτησης μεσολαβούσε η επιμελημένη κατεργασία των αρμών (π.χ. κατεργασία της διεπιφάνειας με χρήση σφυριού και σκαρπέλου στην περίπτωση των δοκιμίων της κατηγορίας της τραχείας διεπιφάνειας). Φόρτιση - Μετρήσεις Για τη δοκιμή των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε η συσκευή μονοαξονικής θλίψης του Εργαστηρίου Αντοχής Υλικών και Δομικών Στοιχείων του Α.Π.Θ, Σχήμα 5(β). Η επιβολή της φόρτισης στο δοκίμιο γινόταν μέσω μεταλλικής πλάκας πάχους 1cm η οποία τοποθετούνταν στο κεντρικό τμήμα του δοκιμίου. Όπως προαναφέρθηκε, η κατασκευή των δύο ποδιών των δοκιμίων αποσκοπούσε στη μεταβίβαση του μισού θλιπτικού φορτίου σε κάθε κατασκευαστικό αρμό. Τα δοκίμια κάθε σειράς υποβλήθηκαν σε επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης. Το βήμα της φόρτισης κατά τη διάρκεια της φόρτισης του 1ου κύκλου ήταν 20 kn, ενώ στην αποφόρτιση αυτού του κύκλου αλλά και στους επόμενους άλλαζε. Κατά τη διάρκεια επιβολής της φόρτισης λαμβάνονταν μετρήσεις του εύρους της παρατηρούμενης ρωγμής στον κατασκευαστικό αρμό με τη βοήθεια ρωγμομέτρου, καθώς και της σχετικής μετατόπισης των διεπιφανειών του αρμού με τη βοήθεια βελομέτρων, Σχήμα 5(β), στο μέσο του, ενώ όπου κρίθηκε απαραίτητο ελήφθησαν μετρήσεις και σε άλλες θέσεις του (π.χ στο άνω άκρο των κατασκευαστικών αρμών). Πειραματικά αποτελέσματα Με βάση τις μετρήσεις του εύρους της ρωγμής στον κατασκευαστικό αρμό και της σχετικής μετατόπισης των διεπιφανειών του κατασκευαστικού αρμού σχεδιάστηκαν τα διαγράμματα φορτίου- εύρους ρωγμής και φορτίου αμοιβαίας μετατόπισης των διεπιφανειών του αρμού. Στη συνέχεια, Σχήμα 6, Σχήμα 7, Σχήμα 8 παρουσιάζονται αναλυτικά τα πειραματικά αποτελέσματα για την περίπτωση των δοκιμίων με ποσοστό οπλισμού ρ=2,5%. Τα δοκίμια αυτά θεωρούνται ως τα αντιπροσωπευτικότερα της πειραματικής έρευνας. Σε κάθε διάγραμμα σημειώνονται οι αντοχές των αντίστοιχων δοκιμίων όπως αυτές έχουν υπολογιστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις των Κανονισμών DΙΝ Fachbericht 102, (Deutsches Institut für Normung, 2003), Ευρωκώδικας 2,(CEN, 2003) και το Σχέδιο Κανονισμού της CEB, (CEB-FIB, 1991), καθώς επίσης και το φορτίο που αντιστοιχεί σε παρατηρούμενο εύρος αρμού ίσο με το λειτουργικώς αποδεκτό εύρος ρηγμάτωσης για φορείς από οπλισμένο σκυρόδεμα 0,3mm, (ΕΚΩΣ, 2000).

10 10 Πίνακας 4. Σειρές δοκιμίων που εξετάστηκαν Σειρά Ι Λείος Αρμός Σειρά ΙΙ Τραχύς Αρμός Σειρά ΙΙΙ Μονολιθική σύνδεση Δοκίμιο 1 (ρ=7,5%) Δοκίμιο 1 (ρ=7,5%) - Δοκίμιο 2 (ρ=2,5%) Δοκίμιο 2(ρ=2,5%) Δοκίμιο 2(ρ=2,5%) Δοκίμιο 3 (ρ=0,5%) Δοκίμιο 3(ρ=0,5%) Δοκίμιο 3(ρ=0,5%) Δοκίμιο 4 (ρ=0,0%) Δοκίμιο 4(ρ=0,0%) Δοκίμιο 4(ρ=0,0%) επιβαλλόμενο φορτίο οπλισμός κατασκευαστικός αρμός κενό (α) (β) Σχήμα 5. (α) Σχηματική διάταξη φόρτισης δοκιμίου (β) Πειραματική διάταξη Λείος αρμός ρ=2,5% ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA DIN-FACHBERICHT Λείος αρμός ρ=2,5% ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA DIN-FACHBERICHT P (kn) ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA EC 2 ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA CEB P (kn) ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA CEB ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA EC Σχετική μετατόπιση διεπιφανειών αρμού στο μέσο s(mm) (α) Εύρος ρωγμής w (mm) 1ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ 1ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 2ος ΚΥΚΛΟΣ- ΦΟΡΤΙΣΗ 2ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 3ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ 3ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 4ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ 4ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 5ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΕΥΡΟΣ ΡΩΓΜΗΣ 0,3mm Σχήμα 6. Πειραματικά αποτελέσματα για την περίπτωση του δοκιμίου με ποσοστό οπλισμού ρ=2,5% της σειράς Ι λείος αρμός: (α) Διάγραμμα φορτίου σχετικής μετατόπισης των διεπιφανειών του αρμού στο μέσο και (β) διάγραμμα φορτίου εύρους ρωγμής. (β)

11 Τραχύς αρμός ρ=2,5% ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA DIN-FACHBERICHT Τραχύς αρμός ρ=2,5% ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA DIN-FACHBERICHT P (kn) ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA EC 2 ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA CEB P (kn) ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA EC 2 ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA CEB Σχετική μετατόπιση διεπιφανειών αρμού στο μέσο s(mm) (α) Εύρος ρωγμής w (mm) (β) 1ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ 1ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 2ος ΚΥΚΛΟΣ- ΦΟΡΤΙΣΗ 2ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 3ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΕΥΡΟΣ ΡΩΓΜΗΣ 0,3mm Σχήμα 7. Πειραματικά αποτελέσματα για την περίπτωση του δοκιμίου με ποσοστό οπλισμού ρ=2,5% της σειράς ΙΙ τραχύς αρμός: (α) Διάγραμμα φορτίου σχετικής μετατόπισης των διεπιφανειών του αρμού στο μέσο και (β) διάγραμμα φορτίου εύρους ρωγμής Μονολιθική σύνδεση ρ=2,5% ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA DIN-FACHBERICHT Μονολιθική σύνδεση ρ=2,5% ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA DIN-FACHBERICHT P (kn) ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA EC 2 P (kn) ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΤA EC Σχετική μετατόπιση διεπιφανειών αρμού στο μέσο s(mm) (α) Εύρος ρωγμής w (mm) (β) 1ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ 1ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 2ος ΚΥΚΛΟΣ- ΦΟΡΤΙΣΗ 2ος ΚΥΚΛΟΣ-ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗ 3ος ΚΥΚΛΟΣ-ΦΟΡΤΙΣΗ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΕΥΡΟΣ ΡΩΓΜΗΣ 0,3mm Σχήμα 8. Πειραματικά αποτελέσματα για την περίπτωση του δοκιμίου με ποσοστό οπλισμού ρ=2,5% της σειράς ΙΙΙ μονολιθική σύνδεση: (α) Διάγραμμα φορτίου σχετικής μετατόπισης των διεπιφανειών του αρμού στο μέσο και (β) διάγραμμα φορτίου εύρους ρωγμής.

12 12 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία εξετάστηκε πειραματικώς η μηχανική συμπεριφορά διατμητικών αρμών που περιλάμβαναν διάφορα ποσοστά οπλισμού κυμαινόμενα από 0 έως 7,5%. Η έμφαση δόθηκε στο όριο λειτουργικότητας το οποίο καθορίστηκε σε όλες τις περιπτώσεις με βάση το λειτουργικώς αποδεκτό εύρος ρηγματώσεως w k =0,3mm. Προσδιορίστηκε επίσης πειραματικώς και η φέρουσα ικανότητα των αντίστοιχων περιπτώσεων. Επιπλέον, η ίδια φέρουσα ικανότητα υπολογίστηκε αναλυτικώς και με τους ισχύοντες κανονισμούς Ευρωκώδικα 2, DIN Fachbericht καθώς και με το σχέδιο κανονισμού της CEB. Προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα: Μεταξύ των κανονισμών υφίστανται σημαντικές αποκλίσεις στα αποτελέσματα εκτιμήσεως της φέρουσας ικανότητας. Ο Ευρωκώδικας 2 και ο τροφοδότης του CEB, καταλήγουν σε πολύ συντηρητική εκτίμηση της φέρουσας ικανότητας και αυτό οφείλεται στο άνω φράγμα που θέτουν για το V Rd2, ενώ η μέσω των οπλισμών προκύπτουσα φέρουσα ικανότητα είναι πολύ υψηλότερη. Ο κανονισμός DIN Fachbericht καταλήγει μεν σε παραπλήσια με τους προηγούμενους αντοχή όταν αυτή προσδιορίζεται με βάση τους οπλισμούς, ωστόσο επειδή δεν θέτει άνω όριο στην αντίστοιχη σχέση φαίνεται να υπερτιμάει τη φέρουσα ικανότητα. Γενικώς μπορεί να διατυπωθεί το συμπέρασμα ότι εάν ορισθεί ως λειτουργικό άνω όριο φορτίσεως αυτό που προκαλεί αποδεκτό εύρος ρωγμής 0,3 mm, το φορτίο αστοχίας δεν απέχει πολύ από αυτό. Αυτό παραπέμπει σε αυξημένης ψαθυρότητας συμπεριφορά. Γενικώς, τέτοιου είδους ψαθυρή μηχανική συμπεριφορά στερεί τη δυνατότητα λειτουργικού ελέγχου με αποτέλεσμα να περιορίζεται ο έλεγχος στην αντίστοιχη κατάσταση αστοχίας. Στην περίπτωση αυτή υπάγονται οι διαστασιολογήσεις των κεφαλοδέσμων, των βραχέων προβόλων κ.α. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των αντοχών των δοκιμίων με διάφορα ποσοστά οπλισμού, διαπιστώνεται η ανάγκη της παρουσίας άνω φράγματος σχετιζομένου με την αντοχή V Rd2, καθ όσον δοκίμια με πολλαπλάσια ποσοστά οπλισμού έδωσαν παραπλήσιες αντοχές με αντίστοιχα πολύ χαμηλότερου ποσοστού, γεγονός που υποδηλώνει πρόωρη αστοχία εξαιτίας του V Rd2. ΑΝΑΦΟΡΕΣ CEB-FIB, Model Code 1990, Final Draft, CEB Bulletin No 204, (1991). CEN [Comité Européen de Normalisation] (2003), Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, (2003).

13 13 Choi D.U., Jirsa J.O. and Fowler D.W., Shear Transfer across Interface between New and Existing Concretes Using Large Powder-Driven Nails, ACI Structural Journal, Vol. 96, Issue 2, (1999). DIN Deutsches Institut für Normung e.v.: DIN-Fachbericht Einwirkungen auf Brücken. Berlin: Beuth Verlag GmbH (2003). DIN Deutsches Institut für Normung e.v.: DIN-Fachbericht Betonbrücken. Berlin: Beuth Verlag GmbH (2003). Jϊlio E., Branco F. and Silva V., Concrete-to-concrete bond strength. Influence of the roughness of the substrate surface, Construction and Building Materials, Vol. 18, Issue 9, (2004) Loov R. E. Patnaik K.A., Horizontal Shear Strength of Composite Concrete Beams with a rough interface, PCI JOURNAL, Vol.39, No 1 January-February (1994), Mattock, A. H., Shear Transfer in Reinforced Concrete, ACI Journal, February (1969) Menkulasi, F., Horizontal shear connectors for precast prestressed bridge decks., Thesis submitted for the degree of Master of Science in Civil Engineering, Virginia Polytechnic Institute, Blacksburk, Virginia, (2002). ΟΑΣΠ (2000), Ελληνικός Κανονισμός Ωπλισμένου Σκυροδέματος (Ε.Κ.Ω.Σ.). Σαπουντζάκης Ε., Μώκος Β. και Κορωναίου Α., Αντισεισμική Ανάλυση Ανωδομής Γεφυρών Μορφής Πλακοδοκού, Πρακτικά 3oυ Πανελλήνιου Συνεδρίου Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας, Αθήνα, (2008).