Τα ινωπλισµένα πολυµερή στις επεµβάσεις σε κατασκευές από ωπλισµένο σκυρόδεµα

Transcript

1 Τα ινωπλισµένα πολυµερή στις επεµβάσεις σε κατασκευές από ωπλισµένο σκυρόδεµα Ε.Βιντζηλαίου Αναπληρώτρια Καθηγήτρια ΕΜΠ Λέξεις κλειδιά: ινωπλισµένα πολυµερή (ΙΩΠ), ίνες υάλου, ίνες άνθρακα, ενίσχυση, περίσφιγξη, πλαστιµότητα, κάµψη, διάτµηση, δοκοί, υποστυλώµατα, κόµβοι, τοιχία, ωπλισµένο σκυρόδεµα, ανθεκτικότητα σε διάρκεια, σχεδιασµός. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην εργασία αυτή επιχειρείται µία συνοπτική παρουσίαση της συµπεριφοράς στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα, ενισχυµένων µέσω ινωπλισµένων πολυµερών. Γι αυτόν τον σκοπό, γίνεται αναδροµή σε µέρος της σχετικής βιβλιογραφίας και, κυρίως, σε πειραµατικές εργασίες. Η εργασία αυτή δεν αξιολογεί το σύνολο των εργασιών που σχετίζονται µε το αντικείµενο, αλλά προσπαθεί να εντοπίσει απόψεις της συµπεριφοράς των στοιχείων οι οποίες πρέπει να λαµβάνονται υπ όψη ώστε ο Μελετητής να καταλήγει σε επέµβαση σύµφωνη µε τους στόχους της. Εξετάζεται η συµπεριφορά δοκών, οι οποίες ενισχύονται έναντι κάµψεως ή έναντι τέµνουσας, η συµβολή των ινωπλισµένων πολυµερών στην πλαστιµότητα, η συµπεριφορά υποστυλωµάτων ενισχυµένων έναντι τέµνουσας, καθώς και η συµπεριφορά κόµβων και τοιχίων, ενώ γίνεται αναφορά στην ανθεκτικότητα των επεµβάσεων σε διάρκεια. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η γήρανση των κατασκευών, τα προβλήµατα διαβρώσεως του οπλισµού, η αλλαγή χρήσεως υφιστάµενων έργων, οι βλάβες που προκαλούνται από σεισµούς, καθώς και η προσεισµική ενίσχυση οδηγούν σε ολοένα αυξανόµενη συµµετοχή του τοµέα των επεµβάσεων στο σύνολο των δραστηριοτήτων της Βιοµηχανίας των Κατασκευών και διεθνώς και στην χώρα µας. 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 ινωπλισµένα πολυµερή (στο εξής θα αναφέρονται ως ΙΩΠ), των οποίων η εφαρµογή ξεκίνησε από τοµείς αιχµής, όπως η αεροναυπηγική, άρχισαν να εφαρµόζονται στον τοµέα των κατασκευών κατά την τελευταία δεκαπενταετία, µε παράλληλη έντονη ερευνητική δραστηριότητα σε πολλές χώρες. Το αυξανόµενο ενδιαφέρον για τα ΙΩΠ οφείλεται, όπως είναι γνωστό, στα υψηλά µηχανικά τους χαρακτηριστικά, στην εν γένει καλή συµπεριφορά τους εν χρόνω, στα µικρά απαιτούµενα πάχη τους (τα οποία δεν αλλοιώνουν τις διαστάσεις και την δυσκαµψία των στοιχείων), καθώς και στην ταχύτητα και στην ευκολία µε την οποίαν εφαρµόζονται. Στην χώρα µας, µετά απ τον σεισµό της Πάρνηθας (Σεπτ. 1999), παρατηρείται ολοένα και εντεινόµενη χρήση των ΙΩΠ-κυρίως σε µετασεισµικές επεµβάσεις. Όµως, (α) η περιορισµένη καθιερωµένη γνώση γύρω απ την συµπεριφορά αυτών των υλικών, σε ότι αφορά µερικές εφαρµογές για τις οποίες η έρευνα συνεχίζεται, (β) η ελλιπής ενηµέρωση µέρους των Πολιτικών Μηχανικών καθώς και (γ) η απουσία Κανονισµού, ο οποίος να ρυθµίζει θέµατα σχεδιασµού των σχετικών επεµβάσεων, δηµιουργεί επιφυλάξεις ως προς την ορθότητα των επεµβάσεων µε ΙΩΠ σε ορισµένες περιπτώσεις. Γι αυτό, σκοπός αυτής της εργασίας είναι να δείξει, µε τον συνοπτικό τρόπο που επιβάλλει ο διατιθέµενος χώρος, τις δυνατότητες που προσφέρουν τα ΙΩΠ σε διάφορους τοµείς επεµβάσεων, καθώς και-κυρίως-να εντοπίσει θέµατα τα οποία δεν έχουν ακόµη επαρκώς διερευνηθεί και απόψεις της συµπεριφοράς των ΙΩΠ, οι οποίες εάν δεν ληφθούν υπ όψη ενδέχεται να οδηγήσουν σε άστοχες επεµβάσεις. Ελπίζεται ότι, µ αυτόν τον τρόπο θα καταστεί σαφές ότι η χρήση των ΙΩΠ, όπως άλλωστε η χρήση οποιουδήποτε άλλου

2 υλικού, δεν αποτελεί πανάκεια. Αποτελεί µία από τις διατιθέµενες τεχνικές, η εφαρµογή της οποίας µπορεί, πράγµατι, σε ορισµένες περιπτώσεις και υπό προϋποθέσεις να αποτελεί µια πολύ καλή λύση. 2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΙΩΠ Μία συνοπτική κατατοπιστική περιγραφή των ΙΩΠ, τα οποία χρησιµοποιούνται τρεχόντως στις κατασκευές, περιλαµβάνεται στην Έκθεση της fib (2001). Όπως είναι γνωστό, τα υλικά που χρησιµοποιούνται περισσότερο σε εφαρµογές επεµβάσεων είναι ελάσµατα ή υφάσµατα µε ίνες άνθρακα ή υάλου. Η συµπεριφορά τους είναι ελαστική γραµµική µέχρι την αστοχία τους, η οποία συµβαίνει για εφελκυστική τάση από 1900 έως 4800 MPa για τις ίνες υάλου και από 2100 έως 6000 MPa για ίνες άνθρακα. Η παραµόρφωση αστοχίας αντιστοίχως κυµαίνεται από 0,03 έως 0,055 για τις ίνες υάλου και από 0,002 έως 0,023 για ίνες άνθρακα. Συνηθέστερη, πάντως, στις κατασκευές είναι η χρήση των υλικών µε τις χαµηλότερες τιµές εφελκυστικής αντοχής. Άλλωστε, όπως θα φανεί στα επόµενα, µέρος µόνον της συνολικής εφελκυστικής αντοχής (εποµένως, και της παραµορφώσεως αστοχίας) των ΙΩΠ µπορεί να αξιοποιηθεί. Ενίσχυση πλακών και δοκών έναντι κάµψεως. Χρήση ελασµάτων ή λωρίδων υφάσµατος. Ενίσχυση δοκών έναντι τέµνουσας. Πλήρης ή τµηµατική κάλυψη µε συνεχές ύφασµα ή µε λωρίδες. (α) ιάτρηση πλάκας και αγκύρωση λωρίδων. (β) Αγκύρωση (σε σχισµές) συνεχούς υφάσµατος ή λωρίδων Τοποθέτηση ΙΩΠ στις κατακόρυφες παρειές, υπό µορφή U ή πλήρης περιτύλιξη (στην σπάνια περίπτωση ορθογωνικών διατοµών. α β γ (γ) Αγκύρωση συνεχούς υφάσµατος ή λωρίδων σε διαµορφούµενη εγκοπή στην µασχάλη της δοκού Ενίσχυση υποστυλώµατος έναντι τέµνουσας και αύξηση πλαστιµότητας. Υφασµα συνεχές ή σε λωρίδες. ιατάσσεται σε όλο το µήκος του υποστυλώµατος ή στις κρίσιµες ζώνες. Ενίσχυση τοιχοποιίας έναντι τέµνουσας. Τοποθέτηση ΙΩΠ σε όλην την επιφάνεια (µε ίνες οριζόντιες και κατακόρυφες ή υπό γωνία) ή τοποθέτηση λωρίδων κατά τις διαγωνίους. Εικόνα 1. Μερικές εφαρµογές των ΙΩΠ σε δοµικά στοιχεία. Ενίσχυση τοιχοποιίας έναντι εκτός επιπέδου κάµψεως. Τοποθέτηση ινών κατά την κατακόρυφο (και αγκύρωση)

3 Στην Εικόνα 1 συνοψίζονται, µε σχηµατικό τρόπο, µερικές από τις συνηθέστερες εφαρµογές των ΙΩΠ σε δοµικά στοιχεία. Στις επόµενες παραγράφους παρουσιάζονται στοιχεία για την συµπεριφορά δοµικών στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα, στα οποία έχουν εφαρµοσθεί ΙΩΠ, εξετάζοντας κυρίως θέµατα τα οποία αφορούν τις προσεισµικές ή µετασεισµικές επεµβάσεις σε υφιστάµενα κτίρια Ω.Σ. εδοµένου ότι το αντικείµενο είναι πολύ ευρύ, στο πλαίσιο αυτής της εργασίας δεν ασχολούµαστε µε θέµατα τεχνολογίας των ΙΩΠ (βλ. fib, 2001), ούτε µε εφαρµογές σε τοιχοποιίες και σε ξύλινα στοιχεία. Ακόµη, δεν αναφερόµαστε στις επεµβάσεις µέσω ΙΩΠ σε πλάκες Ω.Σ., καθώς η συµπεριφορά τους καλύπτεται εν µέρει απ την σχετική βιβλιογραφία για την ενίσχυση δοκών έναντι κάµψεως, ενώ πρόκειται για στοιχεία τα οποία συµµετέχουν εµµέσως στην σεισµική συµπεριφορά των κτιρίων. Τέλος, αυτή η εργασία δεν καλύπτει το, πολύ σηµαντικό, θέµα των επεµβάσεων σε στοιχεία των οποίων ο οπλισµός έχει υποστεί διάβρωση, ενώ δεν ασχολείται µε θέµατα διαστασιολογήσεως των ενισχυµένων στοιχείων. 3. ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΥΡΙΩΣ ΚΑΜΠΤΟΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΕΝΙΣΧΥΟΜΕΝΩΝ ΜΕΣΩ ΙΩΠ 3.1. Ενίσχυση έναντι κάµψεως Η ενίσχυση των δοκών έναντι κάµψεως ενδέχεται να απαιτείται σε περιπτώσεις (α) αυξήσεως των φορτίων λειτουργίας του δοµήµατος, οπότε ο υφιστάµενος οπλισµός δεν επαρκεί, (β) διαβρώσεως (και µειώσεως της διατοµής) του υφιστάµενου διαµήκους οπλισµού, ή (γ) όταν απαιτείται αύξηση της φέρουσας ικανότητας των δοκών έναντι σεισµικών δράσεων. Σ αυτήν την περίπτωση, η ενίσχυση απαιτείται κυρίως στις περιοχές των στηρίξεων των δοκών. Η τοποθέτηση των ΙΩΠ γίνεται στα πέλµατα των δοκών (στα ανοίγµατα ή και στις στηρίξεις), µε τις ίνες παράλληλες προς τον διαµήκη άξονα της δοκού. Γι αυτόν τον σκοπό, χρησιµοποιούνται ελάσµατα ή υφάσµατα. Η αποτελεσµατικότητα των ΙΩΠ εξαρτάται από πολλές παραµέτρους, όπως (α) το ποσοστό και το όριο διαρροής του εσωτερικού διαµήκους οπλισµού, (β) το ποσοστό των εσωτερικών συνδετήρων, (γ) η θλιπτική και η εφελκυστική αντοχή του σκυροδέµατος, (δ) το µήκος αγκυρώσεως του ΙΩΠ, (ε) η γεωµετρία της διατοµής της δοκού, καθώς και ο λόγος διατµήσεως, (στ) η προετοιµασία της επιφάνειας στην οποία τοποθετείται το υλικό ενισχύσεως, κλπ. Στην Εικόνα 2, παρουσιάζονται µε σχηµατικό τρόπο όλοι οι ενδεχόµενοι τρόποι αστοχίας µιάς δοκού ενισχυµένης έναντι κάµψεως: Ο εξωτερικός οπλισµός (το ΙΩΠ) ενδέχεται να ιατµητική αστοχία Αστοχία του σκυροδέµατος από σύνθλιψη διατµητική αστοχία εντός του σκυροδέµατος, περίπου στην στάθµη του εσωτερικού οπλισµού Θραύση του ΙΩΠ περί την θέση της maxm ή αποκόλληση του ΙΩΠ στην περιοχή καµπτικής ή διατµητικής ρωγµής Εικόνα 2. Πιθανοί τρόποι αστοχίας δοκού ενισχυµένης έναντι κάµψεως (σχηµατικό)

4 αποκολληθεί στο άκρο του απ το σκυρόδεµα (µε την εµφάνιση µιάς διατµητικής ρωγµής στο σκυρόδεµα, στην στάθµη του εσωτερικού διαµήκους οπλισµού) λόγω της µεγάλης τοπικής συγκέντρωσης τάσεων. Επίσης, ενδέχεται να συµβεί θραύση του ΙΩΠ στην περιοχή της µέγιστης εντάσεως, υπό τον όρον ότι δεν θα έχει προηγουµένως αποκολληθεί απ το σκυρόδεµα (είτε στην περιοχή µιάς καµπτικής είτε στην περιοχή µιάς διατµητικής ρωγµής). Η τοποθέτηση µεγάλου ποσοστού εξωτερικού οπλισµού ενισχύει το εφελκυόµενο πέλµα της δοκού, οπότε ενδέχεται να αστοχήσει το σκυρόδεµα στο θλιβόµενο πέλµα. Τέλος, η µεγάλη αύξηση της αντοχής έναντι κάµψεως, µπορεί (στην περίπτωση ανεπαρκούς οπλισµού διατµήσεως) να οδηγήσει σε διατµητική αστοχία της δοκού. Η συµπεριφορά των έναντι κάµψεως ενισχυµένων δοκών έχει µελετηθεί µέσω µεγάλου πλήθους δοκιµών φυσικής κλίµακας. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, οι δοκιµές έχουν γίνει σε αµφιέρειστες δοκούς (ορθογωνικής διατοµής ή πλακοδοκούς) υποβαλλόµενες σε µονοτονικώς αυξανόµενο κατακόρυφο φορτίο. Με σκοπό την αξιολόγηση των διατιθέµενων πειραµατικών αποτελεσµάτων, οι Bonacci et al. (2001) συνέταξαν µία τράπεζα δεδοµένων. Η τράπεζα περιλαµβάνει 127 δοκίµια µε σηµαντικό εύρος τιµών για πολλές από τις σηµαντικές παραµέτρους. Για παράδειγµα, το µήκος των δοκών ήταν από 0,95m έως 7,53m (µολονότι, όπως παρατηρούν οι συγγραφείς, µόνο το 40% των δοκιµίων είχε µήκος µεγαλύτερο ή µικρότερο από 3m), το ύψος των δοκών ήταν από 0,125m έως 0,574m, η απόσταση των συνδετήρων εποίκιλλε από 40mm έως 330mm, το ποσοστό του διαµήκους οπλισµού ήταν από 0,003 ως 0,029, ενώ η θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος µεταβαλλόταν από 22,5MPa έως 79,7MPa. Το 66% των δοκιµίων ήταν ενισχυµένα µε ΙΩΠ µε ίνες άνθρακα, το 30% µε ίνες υάλου, το 1% µε ίνες αραµιδίου, ενώ στο υπόλοιπο 3% έχει χρησιµοποιηθεί συνδυασµός ινών. Η µελέτη των πειραµατικών αποτελεσµάτων αποδεικνύει (Πίνακας 1) ότι το 63% των δοκών αστόχησαν λόγω αποκολλήσεως του ΙΩΠ απ το σκυρόδεµα, το 16% των αστοχιών οφείλεται σε θραύση (λόγω εφελκυσµού) του ΙΩΠ, το 12% οφείλεται σε αστοχία της θλιβόµενης ζώνης του σκυροδέµατος, ενώ στο υπόλοιπο 9% η αστοχία των δοκών ήταν διατµητική. Φαίνεται ότι η αποκόλληση του ΙΩΠ είναι συνηθέστερη στην περίπτωση υλικών µε ίνες άνθρακα, καθώς αυτά παρουσιάζουν µεγαλύτερη ατένεια. Η προσθήκη του ΙΩΠ προκάλεσε συστηµατικά στις δοκούς που δοκιµάστηκαν αύξηση της φέρουσας ικανότητάς τους, η οποία συνδυαζόταν εν γένει µε µείωση του αντίστοιχου βέλους κάµψεως. Πίνακας 1. Συνοπτικά στοιχεία συµπεριφοράς δοκών (Bonacci et al., 2001) Τρόπος αστοχίας Εξεταζόµενο µέγεθος ιάτµηση Θλιβόµενη ζώνη Θραύση ΙΩΠ Αποκόλληση ΙΩΠ Ποσοστό δοκιµίων (%) Ποσοστό δοκιµίων µε ίνες άνθρακα (%) Ποσοστό δοκιµίων µε ίνες υάλου (%) Ανηγµένη αύξηση 1,18/1,72/2,65 1,06/1,52/2,50 1,07/1,35/2,01 1,00/1,62/4,35 φέρουσας ικανότητας (*) Βέλος αστοχίας (ανηγµένο στο αντίστοιχο του µη ενισχυµένου δοκιµίου (*) 0,25/0,57/0,84 0,62/0,98/1,27 0,17/0,58/1,38 0,15/0,50/1,08 (*) ίνονται: η ελάχιστη, η µέση και η µέγιστη τιµές των αντίστοιχων µεγεθών.

5 Ειδικώς στην περίπτωση του συνηθέστερου τρόπου αστοχίας (αποκόλληση ΙΩΠ) παρατηρείται πολύ µεγάλη διασπορά των τιµών που προκύπτουν, τόσο για την αύξηση της φέρουσας ικανότητας (από 1,00 µέχρι 4,35), όσο και για τα αντίστοιχα βέλη κάµψεως (τα οποία κυµαίνονται από 0,15 ως 1,08 του βέλους αστοχίας της αντίστοιχης δοκού πριν απ την ενίσχυση). Εν γένει, πάντως, αυτός ο τρόπος αστοχίας συνδυάζεται µε σηµαντική µείωση της παραµορφωσιµότητας των δοκών, καθώς και µε περιορισµένη ενεργοποίηση του σύνθετου υλικού. Πράγµατι, η µέγιστη µετρηθείσα ανηγµένη παραµόρφωση του ΙΩΠ κυµαίνεται από 20% µέχρι 87% της παραµόρφωσης αστοχίας του σύνθετου υλικού, ενώ η µέση τιµή αυτού του λόγου δεν υπερβαίνει το 50%. Αντιθέτως, στην περίπτωση των αστοχιών λόγω θραύσεως του ΙΩΠ, η µέση τιµή του συντελεστή ενεργοποιήσεως του υλικού είναι 63%. Σε ένα µέρος των δοκιµίων είχαν χρησιµοποιηθεί ειδικές διατάξεις πρόσθετης αγκυρώσεως των ΙΩΠ, ώστε να αποφευχθεί ο δυσµενής τρόπος αστοχίας της αποκολλήσεως. Όπως διαπιστώνουν οι Bonacci et al. (2001), στις περισσότερες περιπτώσεις αυτή η επιθυµητή µεταβολή του τρόπου αστοχίας δεν επετεύχθη. Παρ όλα αυτά, παρατηρήθηκε ουσιώδης αύξηση του βέλους αστοχίας των δοκών. 5 5 P u /P u, α P u /P u, β 1 1 P u /P u, A s /bd γ A s /bd P u /P u, A s /bd A s /bd Εικόνα 3. Μεταβολή του λόγου P u /P u,0 συναρτήσει του ποσοστού διαµήκους οπλισµού των δοκών για διάφορους τρόπους αστοχίας. (α) Αποκόλληση ΙΩΠ, (β) Θραύση ΙΩΠ, (γ) Αστοχία θλιβόµενης ζώνης, (δ) ιατµητική αστοχία (βασισµένο στην τράπεζα δεδοµένων των Bonacci et al. (2001).P u =φορτίο αστοχίας ενισχυµένης δοκού, P u,0 =φορτίο αστοχίας δοκού αναφοράς. Όσον αφορά την αύξηση της φέρουσας ικανότητας των δοκών, παρατηρείται ότι σηµαντικό ρόλο παίζει το ποσοστό του εσωτερικού διαµήκους οπλισµού (Εικόνα 3), για όλους τους τρόπους αστοχίας, µε εξαίρεση-όπως είναι αναµενόµενο-την αστοχία από διάτµηση. Στην Εικόνα 3 φαίνεται, επίσης, η σηµαντική διασπορά της επιτυγχανόµενης αυξήσεως στην φέρουσα ικανότητα των δοκών, όταν η αστοχία οφείλεται σε αποκόλληση του ΙΩΠ. Ως προς το βέλος που αντιστοιχεί στην µέγιστη φέρουσα ικανότητα των ενισχυµένων δοκών, παρατηρείται ότι σηµαντική παράµετρος είναι η ατένεια του ΙΩΠ ως ποσοστό της ατένειας του εσωτερικού διαµήκους οπλισµού (Α ΙΩΠ Ε ΙΩΠ /Α s E s ). Όπως διαπιστώνεται απ τους Bonacci et al. (2001), όταν ο λόγος είναι µικρότερος του 0,25, ο λόγος του βέλους αστοχίας ενισχυµένης προς µη ενισχυµένη δοκό κυµαίνεται µεταξύ 0,50 και 1,00. Πάντως, η διασπορά των τιµών είναι πολύ µεγάλη, όπως φαίνεται και από τα στοιχεία του Πίνακα δ

6 Συµπερασµατικώς, µπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι η τοποθέτηση των ΙΩΠ µπορεί να οδηγήσει σε ουσιώδη αύξηση της καµπτικής αντοχής των δοκών υπό τον όρον ότι τα ΙΩΠ εφαρµόζονται σε υποωπλισµένες έναντι κάµψεως δοκούς. Ένα δυσµενές χαρακτηριστικό είναι ότι συνηθέστερος τρόπος αστοχίας εµφανίζεται η αποκόλληση του ΙΩΠ, η οποία εξαρτάται και από τεχνολογικά στοιχεία (όπως η προετοιµασία της επιφάνειας και η ποιότητα της εφαρµογής), τα οποία δυσχερώς ποσοτικοποιούνται. Η µεγάλη διασπορά των αποτελεσµάτων στην περίπτωση αυτού του τρόπου αστοχίας οδηγεί στην ανάγκη αυξηµένων συντελεστών ασφαλείας κατά τον σχεδιασµό. Πρέπει, επίσης, να αναφερθεί ότι εν γένει η ενίσχυση των δοκών έναντι κάµψεως οδηγεί σε ουσιώδη µείωση του βέλους που αντιστοιχεί στην µέγιστη αντίσταση, ενώ όλοι οι πιθανοί τρόποι αστοχίας είναι ψαθυροί. Πρέπει, επίσης, να αναφερθεί ότι είναι πολύ περιορισµένα τα διατιθέµενα στοιχεία για δοκούς, οι οποίες έχουν ήδη υποστεί βλάβη πριν απ την εφαρµογή των ΙΩΠ ή διαθέτουν διαβρωµένο εσωτερικόν οπλισµό ή για συνεχείς δοκούς µε καµπτική ενίσχυση (και) στις περιοχές των στηρίξεων. Το ίδιο ισχύει και για δοκούς υποβαλλόµενες σε ανακυκλιζόµενες δράσεις (µε ενδεχόµενη µεταβολή του προσήµου των ροπών στις περιοχές των στηρίξεων) Ενίσχυση έναντι τέµνουσας εδοµένου ότι πολύ συχνά οι δοκοί των υφιστάµενων κτιρίων είναι υποωπλισµένες έναντι τέµνουσας, προκύπτει η ανάγκη ενισχύσεώς τους µε εξωτερικόν οπλισµό διατµήσεως. Σ αυτήν την περίπτωση, τα ΙΩΠ διατάσσονται µε τις ίνες κάθετες στον διαµήκη άξονα των δοκών ή υπό γωνίαν ως προς αυτόν (κατ αναλογία προς τους εσωτερικούς κατακόρυφους ή κεκλιµένους συνδετήρες και προς τις λοξές ράβδους). Η συµπεριφορά των δοκών που ενισχύονται µε ΙΩΠ έναντι τέµνουσας έχει µελετηθεί µέσω δοκιµών κυρίως σε αµφιέρειστες δοκούς (υπό µονοτονικώς αυξανόµενο φορτίο). Έτσι, στις περιοχές µέγιστης τέµνουσας τα µεγέθη ορθής εντάσεως έχουν µικρή τιµή, εν αντιθέσει προς ό,τι συµβαίνει σε πραγµατικές δοκούς (όπου οι περιοχές των στηρίξεων είναι περιοχές µεγίστων ροπών και µεγίστων τεµνουσών). Σε λίγες περιπτώσεις (π.χ. Khalifa et al.,1999), έχουν δοκιµασθεί συνεχείς δοκοί.εξ άλλου, είναι πολύ περιορισµένο το πλήθος των εργασιών που αναφέρονται σε δοκούς ενισχυµένες έναντι τέµνουσας και υποβαλλόµενες σε ανακυκλιζόµενες δράσεις (Βιντζηλαίου, 2001). Καθώς οι διατοµές των δοκών είναι συνήθως µορφής Τ ή Γ, σηµαντική παράµετρος για την αποτελεσµατικότητα της ενισχύσεως αποδεικνύεται η αγκύρωση του ΙΩΠ στις παρειές της δοκού (βλ. Εικόνα 1), καθώς και οι συνθήκες συνάφειας µεταξύ ΙΩΠ και σκυροδέµατος (προετοιµασία επιφάνειας, εφελκυστική αντοχή σκυροδέµατος). Η αξιολόγηση των πειραµατικών αποτελεσµάτων από δοκιµές δοκών, οι οποίες (ενισχυµένες έναντι τέµνουσας) αστόχησαν σε διάτµηση (Triantafillou et al, 2000), αποδεικνύει ότι η αστοχία προκλήθηκε στο 1/3 των περιπτώσεων από πρόωρη αποκόλληση του ΙΩΠ, στο 1/3 των δοκών από θραύση του ΙΩΠ στην περιοχή της λοξής ρωγµής του σκυροδέµατος, ενώ στο υπόλοιπο 1/3 των περιπτώσεων εκδηλώθηκε διατµητική αστοχία της δοκού η οποία ακολουθήθηκε (σε µεγαλύτερη τιµή του βέλους) από θραύση του ΙΩΠ. Και στην περίπτωση της ενισχύσεως έναντι τέµνουσας, αποδεικνύεται ότι αυξανοµένης της ατένειας του ΙΩΠ, αυξάνεται ο κίνδυνος της αποκόλλησής του απ το σκυρόδεµα (Εικόνα 4). Επί πλέον, φαίνεται ότι οι τιµές ατένειας για τις οποίες συµβαίνει πρόωρη αποκόλληση του ΙΩΠ εµφανίζουν πολύ µεγαλύτερη διασπορά από ότι στην περίπτωση των άλλων δύο τρόπων αστοχίας. Αναλόγως, παρατηρείται (Triantafillou et al., 2000 και Πίνακας 2) ότι ο βαθµός ενεργοποιήσεως του ΙΩΠ (εκφραζόµενος µέσω του λόγου της µέγιστης µετρηθείσας παραµορφώσεώς του ως προς την παραµόρφωση αστοχίας του) είναι µικρότερος για την περίπτωση της αστοχίας λόγω αποκολλήσεως. Πρέπει, πάντως, να αναφερθεί ότι η µέτρηση της µέγιστης ανηγµένης παραµορφώσεως του ΙΩΠ εξαρτάται απ τις θέσεις στις οποίες είναι τοποθετηµένα τα όργανα µετρήσεως και οι οποίες δεν συµπίπτουν κατ ανάγκη µε τις θέσεις των µέγιστων πραγµατοποιούµενων παραµορφώσεων.

7 1 0.8 ρ ΙΩΠ Ε ΙΩΠ αποκόλληση θραύση θραύση µετά Τρόπος αστοχίας την αστοχία Εικόνα 4. Επιρροή της ατένειας του ΙΩΠ στον τρόπο αστοχίας δοκών ενισχυµένων έναντι τέµνουσας (βασισµένο στην τράπεζα δεδοµένων Triantafillou et al., 2000). Τα ζεύγη τιµών για κάθε τρόπο αστοχίας είναι η µέση τιµή και η τυπική απόκλιση των τιµών της ατένειας. Πίνακας 2. Βαθµός ενεργοποιήσεως ΙΩΠ σε δοκούς ενισχυµένες έναντι τέµνουσας (βασισµένο στην τράπεζα δεδοµένων Triantafillou et al., 2000) Τρόπος αστοχίας maxε ΙΩΠ /ε ΙΩΠ,u Αποκόλληση ΙΩΠ Θραύση ΙΩΠ Θραύση ΙΩΠ µετά την διατµητική αστοχία Ελάχιστη τιµή 0,064 0,275 0,672 Μέγιστη τιµή 1,290 1,000 2,790 Μέση τιµή 0,446 0,621 0,672 Τυπική απόκλιση 0,325 0,197 0, ,2 ±δ 0,8 0,2 1,4 0,1 0,4 (α) D=0,075 0,3 0,5 0,7 Ροπή κάµψεως (ΚΝm) Μετατόπιση (mm) οκ. 1 οκ. 2 οκ. 3 οκ. 4 οκ. 5 οκ. 6 οκ. 7 οκ Εικόνα 5. οκοί ενισχυµένες έναντι τέµνουσας: (α) Γεωµετρία δοκιµίων και (β) περιβάλλουσες ροπών- µετατοπίσεων στο άκρο των δοκιµίων (Βιντζηλαίου, 2000) (β)

8 Βεβαίως, οι δοκιµές αµφιέρειστων δοκών ενισχυµένων έναντι τέµνουσας δεν προσοµοιώνουν την συµπεριφορά συνήθων συνεχών δοκών, καθώς στις συνεχείς δοκούς, η πέραν ενός ορίου ενίσχυση έναντι τέµνουσας (και υπό τον όρον ότι αποφεύγεται η πρόωρη αποκόλληση του ΙΩΠ) οδηγεί σε µεταβολή του τρόπου αστοχίας της δοκού (από διατµητικό σε καµπτικό), πράγµα το οποίο είναι εν γένει επιθυµητό. Οι Khalifa et al. (1999) δοκίµασαν δοκούς δύο ανοιγµάτων (µε ή χωρίς συνδετήρες) µε διάφορους τρόπους διατάξεως του ΙΩΠ (συνεχές, σε λωρίδες κατακόρυφες ή κεκλιµένες). Στην περίπτωση κατά την οποία η δοκός αστόχησε σε κάµψη (σειρά CF), παρατηρήθηκε αύξηση της µέγιστης τέµνουσας κατά 50%, σε συνδυασµό µε αύξηση του βέλους κάµψεως στην θέση της µέγιστης ροπής από 8mm περίπου σε 32mm, άρα και σηµαντική αύξηση της πλαστιµότητας. Οµοίως (Βιντζηλαίου, 2001 και Εικόνα 5), η ενίσχυση τµηµάτων πλακοδοκού (µεταξύ του σηµείου µηδενισµού των ροπών και πακτώσεως) µέσω ΙΩΠ οδήγησε σε µεταβολή του τρόπου αστοχίας. Στην Εικόνα 5β σηµειώνονται µε κόκκινο χρώµα τα διαγράµµατα που αντιστοιχούν σε δοκούς χωρίς ενίσχυση, οι οποίες αστόχησαν σε διάτµηση. Όλες οι άλλες καµπύλες αντιστοιχούν σε ενισχυµένες δοκούς, οι οποίες αστόχησαν σε κάµψη στην διατοµή της πακτώσεως. Παρατηρείται σηµαντική αύξηση της µετατοπίσεως στην µέγιστη αντίσταση (πρακτικώς απ τα 10mm στα 40mm), άρα και σηµαντική αύξηση της πλαστιµότητας των δοκών, µέρος της οποίας οφείλεται στην ολίσθηση των διαµήκων ράβδων της δοκού πέραν της διατοµής πακτώσεως. Συνοψίζοντας τα στοιχεία που αναφέρονται στην ενίσχυση των κυρίως καµπτόµενων στοιχείων έναντι τέµνουσας, µπορούµε να διαπιστώσουµε ότι (α) είναι δυνατή η αύξηση της φέρουσας ικανότητας έναντι τέµνουσας µέσω ΙΩΠ, υπό τον όρον ότι (µέσω κατάλληλης αγκυρώσεως του υλικού ενισχύσεως, κατάλληλης προετοιµασίας της επιφάνειας του σκυροδέµατος, καθώς και µέσω εφαρµογής ΙΩΠ µε σχετικώς χαµηλή ατένεια) θα αποφευχθεί η πρόωρη αποκόλληση του σύνθετου υλικού απ το σκυρόδεµα. Ακόµη και στην περίπτωση αυτού του δυσµενούς τρόπου αστοχίας επιτυγχάνεται αύξηση της φέρουσας ικανότητας έναντι τέµνουσας, όµως η αυξηµένη διασπορά των πειραµατικών αποτελεσµάτων θα απαιτούσε συντηρητική αντιµετώπιση κατά τον σχεδιασµό. Πρέπει, ακόµη, να υποµνησθεί ότι (β) εφ όσον η αστοχία µιάς ενισχυµένης δοκού παραµένει διατµητική, η συµπεριφορά της εξακολουθεί να είναι (για όλες τις υποπεριπτώσεις της διατµητικής αστοχίας) ψαθυρή. Εποµένως, στην περίπτωση κατά την οποία η αποφυγή ψαθυρών τρόπων αστοχίας είναι επιθυµητή, θα πρέπει (γ) να επιδιώκεται η εξασφάλιση επαρκούς αντοχής έναντι τέµνουσας, ώστε να αστοχεί η δοκός έναντι κάµψεως. 4. ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ Μία από τις σηµαντικότερες εφαρµογές των ΙΩΠ είναι η περίσφιγξη στοιχείων από Ω.Σ. Οι ευνοϊκές συνέπειες των ΙΩΠ στο διάγραµµα τάσεων-παραµορφώσεων του σκυροδέµατος έχουν µελετηθεί µέσω πολλών πειραµατικών εργασιών (για µία σύνοψη των αποτελεσµάτων, βλ. Vintzileou, 2001). Εξ άλλου, έχουν προταθεί πολλά προσοµοιώµατα, τα οποία (µε µεγαλύτερη ή µικρότερη επιτυχία) προβλέπουν την θλιπτική αντοχή, καθώς και την παραµόρφωση αστοχίας του µέσω ΙΩΠ περισφιγγόµενου σκυροδέµατος. Όµως, το µεγαλύτερο πλήθος των διατιθέµενων πειραµατικών αποτελεσµάτων έχουν προκύψει από δοκιµές σε κυλινδρικά δοκίµια ή σε πρισµατικά δοκίµια τετραγωνικής διατοµής. Τα στοιχεία που διατίθενται από δοκιµές στοιχείων µε ορθογωνική διατοµή είναι πολύ περιορισµένα, µολονότι οι διατοµές των υποστυλωµάτων (για τα οποία κυρίως προορίζεται η περίσφιγξη) είναι συχνότατα ορθογωνικές. Τα αποτελέσµατα των δοκιµών σε κυλινδρικά δοκίµια είναι πολύ θετικά, καθώς (βλ. Εικόνα 6) το σύνολο του στοιχείου που περιβάλλεται από τα ΙΩΠ ευρίσκεται υπό συνθήκες τριαξονικής θλίψεως. Αντιθέτως, στην περίπτωση ορθογωνικών διατοµών, η λειτουργία των ΙΩΠ είναι παρόµοια µε την λειτουργία των συνδετήρων. Πράγµατι, θλίψη ασκείται το σκυρόδεµα στις θέσεις των γωνιών της διατοµής µόνον. Έτσι, τµήµα µόνον της διατοµής ευρίσκεται υπό τριαξονική θλίψη. Αυτό δε το τµήµα (ως ποσοστό της συνολικής διατοµής) µειώνεται αυξανοµένου του λόγου των πλευρών της διατοµής. Επί πλέον, για την ίδια ποσότητα ΙΩΠ και για σταθερή την µικρή διάσταση της διατοµής, διαπιστώνεται ότι ο

9 λόγος µεταξύ όγκου ΙΩΠ και όγκου περιβαλλόµενου σκυροδέµατος µειώνεται, αυξανοµένου του λόγου των πλευρών στην διατοµή (πρβλ. και Pessiki et al., 2001). Τέλος, στην περίπτωση των ορθογωνικών διατοµών, η µεγάλη συγκέντρωση τάσεων που παρατηρείται στις γωνίες (έστω και στρογγυλευµένες) οδηγεί σε θραύση του υφάσµατος υπό παραµόρφωση µικρότερη από αυτήν της αστοχίας του. Στην Εικόνα 7, συνοψίζονται τα αποτελέσµατα πρόσφατων δοκιµών (Βιντζηλαίου, Σιγάλας, 2003 και Σταθάτος 2003), σε πρισµατικά δοκίµια µε λόγο πλευρών µεγαλύτερο της µονάδας. Όλα τα δοκίµια ανεξαρτήτως της µορφής τους είχαν περιβληθεί µε 2 ή µε 4 ή µε 5 στρώσεις ΙΩΠ µε ίνες άνθρακα ή υάλου. Στο σχήµα φαίνεται η µειωµένη αποδοτικότητα του υλικού για αυξανόµενες τιµές του λόγου των πλευρών. Εξ άλλου, στην Εικόνα 8, παρουσιάζεται η µεταβολή της θλιπτικής αντοχής d Λόγος πλευρών V IΩΠ/V ΣΚΥΡ α n 4t/d 1 1:1 4t/d 0,4~0,5 1:2 3t/d 0,33 1:3 2,67t/d 0,19 1:5 2,4t/d ~0 Εικόνα 6. Αποδοτικότητα περισφίγξεως µέσω ΙΩΠ σε στοιχεία κυλινδρικής και ορθογωνικής διατοµής (µε διάφορους λόγους πλευρών): Τµήµα διατοµής το οποίο περισφίγγεται (σκιασµένο), συντελεστής αποδοτικότητας εντός διατοµής, α n :2 28 θλιπτική αντοχή περισφιγµένου σκυροδέµατος (MPa) :5 1: ενεργό ποσοστό περισφίγξεως, αω w Εικόνα 7. Θλιπτική αντοχή περισφιγµένου σκυροδέµατος, συναρτήσει του ποσοστού περισφίγξεως. Αποτελέσµατα δοκιµών σε στοιχεία ορθογωνικής διατοµής (Βιντζηλαίου, Σιγάλας, 2003 και Σταθάτος, 2003).

10 περισφιγµένου σκυροδέµατος συναρτήσει του ποσοστού περισφίγξεως, τόσο για κυλινδρικά όσο και για πρισµατικά δοκίµια (Σταθάτος, 2003). Φαίνεται ο πολύ βραδύτερος ρυθµός αυξήσεως της αντοχής στην περίπτωση των πρισµατικών δοκιµίων. 160 πειραµατική θλιπτική αντοχή περισφιγµένου σκυροδέµατος (ΜΡα) κυλινδρικά πρισµατικά ενεργό ποσοστό περισφίγξεως (αω w ) Εικόνα 8. Μεταβολή της θλιπτικής αντοχής περισφιγµένου µέσω ΙΩΠ σκυροδέµατος, συναρτήσει του ποσοστού περισφίγξεως. Στοιχεία (για κυλινδρικά και πρισµατικά δοκίµια) από δηµοσιευµένες εργασίες, τα οποία αξιολογούνται απ τον Σταθάτο (2003) ύαλος άνθρακας πειρ.ε * cu πειρ.ε * cu υπολ.ε * cu υπολ.ε * cu (α) (β) Εικόνα 9. Παραµορφώσεις αστοχίας περισφιγµένου µέσω ΙΩΠ σκυροδέµατος και σύγκριση µε υπολογιζόµενες τιµές: (α) Κυλινδρικά δοκίµια (Vintzileou, 2001), (β) Πρισµατικά δοκίµια (Σταθάτος, 2003).

11 Η παραµόρφωση που αντιστοιχεί στην θλιπτική αντοχή του περισφιγµένου µέσω ΙΩΠ σκυροδέµατος είναι χαρακτηριστικό πολύ σηµαντικό, καθώς συµβάλλει στην αύξηση της πλαστιµότητας των στοιχείων. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα είναι-σε ό,τι αφορά τις τιµές των παραµορφώσεων αστοχίας πολύ διεσπαρµένα (Εικόνα 9). Έτσι, κατά τον σχεδιασµό, θα πρέπει να λαµβάνεται υπ όψη µία επαρκώς χαµηλή αξιόπιστη τιµή για την παραµόρφωση αστοχίας του περισφιγµένου σκυροδέµατος. 5. ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ Τα υποστυλώµατα σε πολλές υφιστάµενες κατασκευές, οι οποίες έχουν υπολογισθεί µε βάση παλαιότερους Κανονισµούς, παρουσιάζουν σηµαντική υστέρηση έναντι των νέων κατασκευών από τις εξής απόψεις: Πολύ συχνά, το µήκος των αναµονών στις στάθµες των ορόφων είναι πολύ µικρότερο από το απαιτούµενο για την ανάπτυξη του ορίου διαρροής των διαµήκων ράβδων του οπλισµού (Εικόνα 10α). Υπενθυµίζεται δε ότι σε κατασκευές της δεκαετίας του 60 χρησιµοποιούνταν λείες ράβδοι οπλισµού (σε πολλές περιπτώσεις χωρίς γάντζους), καθιστώντας τις συνθήκες αγκυρώσεως ακόµη πιο δυσµενείς. Εξ άλλου, εξ αιτίας της διάταξης αραιών συνδετήρων σε απλή (ορθογωνική) µορφή, δεν διατίθεται σ αυτές τις περιοχές περίσφιγξη, η οποία θα βελτίωνε την συµπεριφορά των µατισµάτων. Οι αραιοί (απλοί ορθογωνικοί) συνδετήρες οδηγούν (α) σε αυξηµένο κίνδυνο διατµητικής (ψαθυρής) αστοχίας του υποστυλώµατος (Εικόνα 10β), καθώς και (β) σε αυξηµένη πιθανότητα πρόωρου λυγισµού των διαµήκων ράβδων. Εξ άλλου, (γ) δεν εξασφαλίζουν την πλαστιµότητα που είναι επιθυµητή για την σεισµική συµπεριφορά των υποστυλωµάτων. Όπως αποδεικνύεται από τα αποτελέσµατα των σχετικών πειραµατικών εργασιών, καθώς και από την σεισµική συµπεριφορά κατασκευών που είχαν ενισχυθεί µέσω ΙΩΠ, τα ινωπλισµένα πολυµερή µπορούν να προσφέρουν µία ικανοποιητική αντιµετώπιση των πιο πάνω προβληµάτων. (α) (β) Εικόνα 10. (α) Απόσχιση σκυροδέµατος και απώλεια επικαλύψεως κατά µήκος µατίσµατος διαµήκων ράβδων υποστυλώµατος, απουσία εγκάρσιου οπλισµού, (β) ιατµητική αστοχία γωνιακού υποστυλώµατος (απουσία συνδετήρων), λυγισµός διαµήκους ράβδου υποστυλώµατος και ολίσθηση διαµήκους οπλισµού δοκού (Αχαρνές, σεισµός Πάρνηθας, 1999)

12 Στην εργασία των Tastani, Pantazopoulou (2002), παρουσιάζεται µία τράπεζα δεδοµένων στην οποία συνοψίζονται τα αποτελέσµατα δοκιµών σε υποστυλώµατα ενισχυµένα µέσω ΙΩΠ. Οι συγγραφείς διαπιστώνουν ότι η επέµβαση αποτρέπει τις πρόωρες αστοχίες, τόσο λόγω αποσχίσεως του σκυροδέµατος στις περιοχές των µατισµάτων, όσο και λόγω τέµνουσας. Έτσι, η συµπεριφορά των υποστυλωµάτων µετατρέπεται σε καθαρώς καµπτική, ακόµη και στην περίπτωση υποστυλωµάτων µε χαµηλό λόγο διατµήσεως. Βεβαίως, όταν η αστοχία µετατρέπεται σε καµπτική, η συµπεριφορά των υποστυλωµάτων καθορίζεται από την εξόλκευση των διαµήκων ράβδων στις κρίσιµες περιοχές ή/και από την αστοχία του σκυροδέµατος στην θλιβόµενη ζώνη. Εξ άλλου, αποδεικνύεται (βλ. π.χ. Βιντζηλαίου, 2001) ότι η παρουσία των ΙΩΠ δεν εµποδίζει τον λυγισµό των διαµήκων ράβδων του υποστυλώµατος. Πράγµατι, στην Εικόνα 11β φαίνεται η εξέλιξη των οριζόντιων ανηγµένων παραµορφώσεων του ΙΩΠ που είχε τοποθετηθεί στις κρίσιµες περιοχές υποστυλωµάτων (Εικόνα 11α). Στον κατακόρυφο άξονα φαίνεται η απόσταση των σηµείων στα οποία µετρούνταν οι παραµορφώσεις από την θέση πακτώσεως, ενώ στον οριζόντιο άξονα δίνονται οι τιµές των παραµορφώσεων για τους διάφορους κύκλους φορτίσεως. 0,15 ±δ 0,30 1,40 0,5 άρθρωση 2Φ16 S500 2Φ16 0,30 0,30 Φ6/20 S220 απόσταση απ' την πάκτωση (mm) (β) λυγισµός διαµήκους ράβδου 1,40 άρθρωση (α) ανηγµένη παραµόρφωση υφάσµατος Ν Θραύση ΙΩΠ Λυγισµός και θραύση διαµήκους ράβδου Θραύση συνδετήρα (γ) Αποδιοργάνωση σκυροδέµατος Εικόνα 11. (α) Γεωµετρία και όπλιση υποστυλωµάτων τα οποία ενισχύθηκαν µε ΙΩΠ (ίνες άνθρακα, ύφασµα τοποθετηµένο µε τις ίνες οριζόντιες) στις κρίσιµες ζώνες, (β) Παραµορφώσεις του ΙΩΠ κατά µήκος των ινών και καθ ύψος του υποστυλώµατος, (γ) Μορφή αστοχίας υποστυλώµατος (Βιντζηλαίου, 2001).

13 Παρατηρείται ότι για τους πρώτους κύκλους οι παραµορφώσεις του ΙΩΠ εµφανίζουν την αναµενόµενη εξέλιξη (µειώνονται καθώς αποµακρυνόµαστε απ την θέση πακτώσεως). Στους επόµενους κύκλους, οι οποίοι αντιστοιχούν σε µεγαλύτερες επιβαλλόµενες µετατοπίσεις στο υποστύλωµα, φαίνεται µία-εκ πρώτης όψεως-δυσεξήγητη κατανοµή των παραµορφώσεων καθ ύψος, καθώς η µέγιστη τιµή εµφανίζεται σε απόσταση 120mm απ την πάκτωση. Η αστοχία του υποστυλώµατος (Εικόνα 11γ, θραύση του ΙΩΠ) έδειξε αποδιοργάνωση του σκυροδέµατος µέσα απ το σύνθετο υλικό, καθώς και λυγισµό µιάς διαµήκους ράβδου στην θέση όπου αστόχησε το ΙΩΠ (θέση στην οποίαν µετρούνταν οι µέγιστες οριζόντιες παραµορφώσεις). Αυτή η συµπεριφορά, χαρακτηριστική για υποστυλώµατα µε αραιή διάταξη συνδετήρων, οδηγεί σε σηµαντική µείωση της αποκρίσεως του ενισχυµένου υποστυλώµατος (Sheikh et al., 2000), δηλαδή, σε µεγάλη κλίση του φθιτού κλάδου. Η µελέτη συµπεριφοράς των υποστυλωµάτων που έχουν ενισχυθεί µε ΙΩΠ (µέσω της τράπεζας δεδοµένων Tastani et al., 2002) αποδεικνύει τα εξής: (α) Η εφαρµογή των ΙΩΠ οδηγεί σε αύξηση της µέγιστης αντίστασης των υποστυλωµάτων. Αυτή η αύξηση οφείλεται στην περίσφιγξη που προσφέρεται απ το ΙΩΠ, κυρίως όµως στην ενίσχυση έναντι τέµνουσας, η οποία µετατρέπει τον τρόπο αστοχίας σε καµπτικό. Γι αυτόν τον λόγο, άλλωστε (Εικόνα 12α), παρατηρείται ότι ο λόγος της µέγιστης αντίστασης του ενισχυµένου δοκιµίου ως προς εκείνην του µη ενισχυµένου δεν εξαρτάται απ το ποσοστό της περισφίγξεως που προσφέρει το ΙΩΠ, καθώς αποδεικνύεται ότι και µικρά ποσοστά σύνθετου υλικού είναι επαρκή γι αυτήν την µεταβολή του τρόπου αστοχίας. (β) Όπως φαίνεται στην Εικόνα 12β, η εφαρµογή των ΙΩΠ στα υποστυλώµατα δεν προκαλεί ουσιώδη µεταβολή της στροφής διαρροής, ενώ-αντιθέτως-αυξάνει σηµαντικά την στροφή που αντιστοιχεί στην µέγιστη αντίσταση του υποστυλώµατος. Εποµένως, η ενίσχυση µέσω ΙΩΠ οδηγεί σε σηµαντική αύξηση της πλαστιµότητας των υποστυλωµάτων. Φαίνεται, µάλιστα, ότι η αύξηση της πλαστιµότητας εξαρτάται από το ποσοστό περισφίγξεως, εν αντιθέσει προς την αύξηση της φέρουσας ικανότητας ( α). (γ) Είναι σηµαντικό να παρατηρήσει κανείς (Εικόνα 12γ) την επιρροή του σχήµατος της διατοµής στην επιτυγχανόµενη πλαστιµότητα των ενισχυµένων υποστυλωµάτων. Στον κατακόρυφο άξονα της Εικόνας 11γ εµφανίζονται οι τιµές δεικτών πλαστιµότητας στροφών, οι οποίοι έχουν προκύψει λαµβάνοντας υπ όψη την στροφή που αντιστοιχεί στο 80% της µέγιστης αντιστάσεως (επί του φθιτού κλάδου). Στο σχήµα διακρίνονται τρεις οµάδες σηµείων (για υποστυλώµατα κυκλικής, τετραγωνικής και ορθογωνικής διατοµής). Παρατηρείται ότι (i) τα ποσοστά περισφίγξεως που επιτυγχάνονται για τα κυκλικής διατοµής υποστυλώµατα είναι µεγαλύτερα απ ό,τι για τα πρισµατικά δοκίµια (πρβλ. 4 και Εικόνα 6), (ii) η επιρροή της περισφίγξεως στο µέγεθος της πλαστιµότητας είναι σηµαντική για τα δοκίµια κυκλικής διατοµής (οµάδα σηµείων κυανού χρώµατος) και για τα δοκίµια τετραγωνικής διατοµής (οµάδα σηµείων πράσινου χρώµατος), ενώαντιθέτως-για τα υποστυλώµατα ορθογωνικής διατοµής (και, µάλιστα, µε λόγο πλευρών που δεν υπερέβαινε το 2,0) δεν φαίνεται να σηµειώνεται αύξηση της πλαστιµότητας, αυξανοµένου του ποσοστού περισφίγξεως, (iii) εν γένει εµφανίζονται και υψηλές τιµές πλαστιµότητας στροφών. Πάντως, τα αποτελέσµατα παρουσιάζουν σηµαντική διασπορά, η οποία οφείλεται εν µέρει (όπως παρατηρείται στην εργασία των Tastani et al., 2002) στο ότι µεγάλο µέρος των πλαστικών στροφών πρέπει να αποδοθεί στην ολίσθηση των διαµήκων ράβδων του υποστυλώµατος πέραν της κρίσιµης διατοµής. Γι αυτόν τον λόγο επιβάλλεται να λαµβάνεται υπ όψη κατά τον σχεδιασµό των σχετικών επεµβάσεων µία επαρκώς χαµηλή τιµή του δείκτη πλαστιµότητας.

14 1.4 6 Ανηγµένη µέγιστη αντίσταση ποσοστό ενεργού περισφίγξεως, αω w (α) θ y,ενισχ. /θ y και θ u,ενισχ. /θ u 5 4 θ u,ενισχ. /θ u θ y,ενισχ. /θ y ποσοστό ενεργού περισφίγξεως, αω w (β) πλαστιµότητα µετακινήσεων, µ 0, κυκλική διατοµή τετραγωνική διατοµή ορθογωνική διατοµή, 1<h/b< ενεργό ποσοστό περισφίγξεως, αω w (γ) Εικόνα 12. (α) Μεταβολή της µέγιστης αντιστάσεως υποστυλωµάτων, συναρτήσει του ποσοστού του ΙΩΠ, (β) Μεταβολή της στροφής διαρροής και της στροφής αστοχίας, συναρτήσει του ποσοστού του ΙΩΠ, πλαστιµότητα µετακινήσεων ενισχυµένων υποστυλωµάτων συναρτήσει του ποσοστού περισφίγξεως (βασισµένα στην τράπεζα δεδοµένων των Tastani, Pantazopoulou, 2002). 6. ΚΟΜΒΟΙ Όπως είναι γνωστό, οι κόµβοι δοκών-υποστυλωµάτων σε υφιστάµενες κατασκευές αποτελούν περιοχές ιδιαιτέρως ευαίσθητες έναντι σεισµού. Οι σχετικώς µικρές διαστάσεις τους (λόγω των µικρών διαστάσεων των υποστυλωµάτων), σε συνδυασµό µε την χαµηλή ποιότητα σκυροδέµατος, την απουσία οπλισµού στην περιοχή του κόµβου και την πρόσθετη ένταση που εισάγεται λόγω της αγκυρώσεως των διαµήκων ράβδων δοκών και υποστυλωµάτων µέσα στο σώµα του κόµβου, αυξάνουν τον κίνδυνο πρόωρης διατµητικής αστοχίας του κόµβου. Έτσι, οι δοκοί και τα υποστυλώµατα που συντρέχουν στον κόµβο δεν είναι σε θέση να αναπτύξουν την φέρουσα

15 ικανότητα για την οποίαν έχουν µελετηθεί. Επί πλέον, οι αυξηµένες παραµορφώσεις του κόµβου που έχει υποστεί βλάβες συµβάλλουν στην αύξηση των οριζόντιων µετακινήσεων του όλου φορέα, ενώ η αποδιοργάνωση της περιοχής του κόµβου ενδέχεται να οδηγήσει σε µερική ή ολική κατάρρευση του δοµήµατος. Ιδιαιτέρως ευαίσθητοι είναι οι εξωτερικοί γωνιακοί κόµβοι (Εικόνα 13), στους οποίους ενδέχεται να εµφανισθούν και ρωγµές αποσχίσεως κατά µήκος των εξωτερικών διαµήκων ράβδων του υποστυλώµατος (µε συνακόλουθη απώλεια της επικαλύψεως, άρα και της συνάφειας µε το σκυρόδεµα), καθώς και εξόλκευση των κάτω διαµήκων ράβδων της δοκού (λόγω µικρού διατιθέµενου µήκους αγκυρώσεως-εικόνα 13). ύφασµα ή ελάσµατα µε ή χωρίς εγκάρσιες στρώσεις για την βελτίωση της αγκυρώσεως ελάσµατα τοποθετηµένα σε διανοιγµένη οπή µέχρι την παρειά του υπ/τος Εικόνα 13: Αστοχία γωνιακού κόµβου δοκού υποστυλώµατος (Αχαρνές, σεισµός Πάρνηθας, 1999) ύφασµα ΙΩΠ τοποθετηµένο στην εξωτερική παρειά του υπ/τος Εικόνα 14. Τυπική µορφή κόµβων από δοκιµές φυσικής κλίµακας Η αποτελεσµατικότητα των ΙΩΠ στην περίπτωση των επεµβάσεων σε κόµβους δοκών-υποστυλωµάτων υφιστάµενων κατασκευών έχει µελετηθεί µέσω δοκιµών µέχρι και φυσικής κλίµακας (π.χ. Gergely et al., 2000 και Antonopoulos et al., 2003). Οι δοκιµές πραγµατοποιήθηκαν εν γένει σε επίπεδα στοιχεία (Εικόνα 14), ενώ σε µερικές περιπτώσεις είχε προβλεφθεί η κατασκευή και τµήµατος εγκάρσιας δοκού. Έχει µελετηθεί η επιρροή στην συµπεριφορά των κοµβων, διαφόρων παραµέτρων, όπως το είδος των ΙΩΠ (είδος ινών, δύσκαµπτα ελάσµατα ή εύκαµπτα υφάσµατα, πλήθος στρώσεων ΙΩΠ, γωνία ινών ως προς τους κύριους άξονες του κόµβου, τρόπος οπλίσεως δοκού και υποστυλώµατος, άοπλος ή ωπλισµένος κόµβος, ιστορία φορτίσεως, κλπ.). Στην περίπτωση της δοκιµής των επίπεδων στοιχείων, τα οποία υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόµενες µετατοπίσεις στο άκρο της δοκού, η συµπεριφορά των ενισχυµένων δοκιµίων παρέµεινε διατµητική (ανεξαρτήτως της µορφής και του ποσοστού της ενισχύσεως). Οι βρόχοι υστερήσεως ήταν µικρού εµβαδού και η συρρίκνωση περί την αρχή των αξόνων ήταν έντονη. Η αστοχία ξεκίνησε µε αποκόλληση του ΙΩΠ απ το σκυρόδεµα και ολοκληρώθηκε µε διατµητική αστοχία του σώµατος του κόµβου. Εν γένει, η παρουσία του ΙΩΠ επιβράδυνε την εµφάνιση των ρωγµών στον κόµβο, εποµένως, οδήγησε σε αύξηση της µέγιστης αντίστασης των δοκιµίων. Στην περίπτωση των επίπεδων δοκιµίων των Antonopoulos et al. (2003) αυτή η αύξηση έφθασε και µέχρι το 80% σε σχέση µε τα δοκίµια αναφοράς, για ποσοστό ΙΩΠ κατά τους δύο άξονες του κόµβου µέχρι 0,005 περίπου. Εξ αιτίας αυτής της αυξήσεως στην αντίσταση, παρατηρήθηκε αύξηση της απορροφώµενης ενέργειας για σχετικώς µεγάλες τιµές των επιβαλλόµενων

16 µετατοπίσεων (30mm και 40mm), µολονότι ο τρόπος αστοχίας περέµεινε ο ίδιος και η µετακίνηση που αντιστοιχεί στην µέγιστη αντίσταση δεν µεταβλήθηκε σηµαντικά. Πρέπει να αναφερθεί ότι η αύξηση της αντίστασης του κόµβου είναι θετικό στοιχείο, δεδοµένου ότι ενδέχεται να επιτρέψει την εκδήλωση βλαβών (ή και αστοχίας) σε άλλα στοιχεία του δοµήµατος µε πιο πλάστιµη συµπεριφορά. Βεβαίως, η αύξηση της αντιστάσεως και της απορροφώµενης ενέργειας εµφανίζονται σηµαντικές στους εξωτερικούς κόµβους και µάλιστα χωρίς εγκάρσιες δοκούς. Εκτός του ότι τέτοιου είδους κόµβοι εµφανίζονται σπανιότατα σε πραγµατικές κατασκευές, πρόκειται για στοιχεία τα οποία επιτρέπουν ευχερή τοποθέτηση των ΙΩΠ. Εξ άλλου, οι εξωτερικοί κόµβοι χωρίς εγκάρσιες δοκούς συνιστούν την δυσµενέστερη περίπτωση συµπεριφοράς. Έτσι, υπάρχουν µεγάλα περιθώρια βελτιώσεως µέσω της τοποθετήσεως ΙΩΠ. Όπως προαναφέρθηκε, οι Antonopoulos et al. (2003) δοκίµασαν τρία δοκίµια ακραίου κόµβου µε τµήµα εγκάρσιας δοκού, το οποίο-πάντως-ήταν αφόρτιστο και δεν εισήγε ένταση στον εξεταζόµενο κόµβο. Μολονότι η συµπεριφορά του δοκιµίου αναφοράς (µη ενισχυµένο) δεν αναλύεται λεπτοµερώς, φαίνεται ότι επέδειξε µεγαλύτερη µέγιστη αντίσταση (περίπου κατά 15% µεγαλύτερη) από τα αντίστοιχα επίπεδα δοκίµια, ενδεχοµένως λόγω αδυναµίας των λοξών ρωγµών που αναπτύχθηκαν στο σώµα του κόµβου να ανοίξουν διαµπερώς (και προς την πλευρά της εγκάρσιας δοκού). Αντιθέτως, τα δύο ενισχυµένα δοκίµια (και εκείνο µε ΙΩΠ σε µορφή υφάσµατος στην εξέχουσα γωνία του κόµβου (Εικόνα 14) και εκείνο που διέθετε επί πλέον οριζόντια ελάσµατα στην φορτιζόµενη δοκό) παρουσίασαν µικρότερη βελτίωση της συµπεριφοράς τους και όσον αφορά την µέγιστη αντίσταση και όσον αφορά την απορροφώµενη ενέργεια. Κατά την άποψη της γράφουσας, το θέµα της ενίσχυσης των κόµβων παραµένει ανοιχτό. Πιστεύεται ότι είναι αναγκαία (κυρίως για τα υφιστάµενα κτίρια που έχουν µελετηθεί µε βάση παλαιότερους Κανονισµούς) µία συστηµατική καταγραφή των συνήθων χαρακτηριστικών κόµβων και συντρεχόντων σε αυτούς στοιχείων (γεωµετρία, όπλιση, αγκυρώσεις, αντοχές υλικών, εισαγόµενη ένταση, παρατηρήσεις βλαβών, κλπ.), καθώς και ανάλυση και µελέτη της συµπεριφοράς των κόµβων σε όρους Μηχανικής. Μια τέτοια µελέτη µπορεί να αποτελέσει την βάση για την κατά περίπτωση επιλογή της καλύτερης µεθόδου για την αντιµετώπιση των προβληµάτων που σχετίζονται µε τους κόµβους. Πρέπει να τονισθεί ότι, ούτως ή άλλως, οι επεµβάσεις στους κόµβους είναι δυσχερείς, για τούτο δε συχνά και αλυσιτελείς. Εάν δε ένα δόµηµα έχει κόµβους µε εν γένει ανεπαρκή αντίσταση ή δυστµησία (γεγονός το οποίο είναι δηλωτικό µείζονος ανεπάρκειας του δοµήµατος), θα ήταν ενδεχοµένως σκόπιµο να επιλεγεί µία µέθοδος επεµβάσεως η οποία να καθιστά τους κόµβους µη κρίσιµους (π.χ. προσθήκη ικανού πλήθους, καταλλήλως ωπλισµένων διατµητικών τοιχωµάτων στο κτίριο). 7. ΤΟΙΧΙΑ Τα τοιχώµατα των υφιστάµενων δοµηµάτων (τα οποία έχουν µελετηθεί βάσει παλαιότερων Κανονισµών) είναι συνήθως ωπλισµένα µε µια διπλή εσχάρα οπλισµού και, µάλιστα, µε µεγάλες αποστάσεις ράβδων. Έτσι, ενώ-λόγω της δυσκαµψίας τους αναµένεται να αναλάβουν σηµαντικό µέρος των σεισµικών δράσεων, είναι συχνά ανεπαρκούς αντοχής και έναντι κάµψεως και έναντι τέµνουσας, καθώς και ανεπαρκούς πλαστιµότητας. Εποµένως, η ενίσχυση των τοιχωµάτων είναι σηµαντική για την βελτίωση της σεισµικής συµπεριφοράς των δοµηµάτων. Η διερεύνηση της αποδοτικότητας ενισχύσεων µέσω ΙΩΠ σε τοιχώµατα είναι, µέχρι στιγµής, περιορισµένης εκτάσεως-ενδεχοµένως και-λόγω των µεγάλων απαιτήσεων εξοπλισµού και του υψηλού κόστους των σχετικών δοκιµών µεγάλης κλίµακας. Οι Lombard et al. (2001) δοκίµασαν τοιχώµατα-προβόλους µήκους 1,50m, ύψους 1,795m και πάχους 0,10m, τα οποία υπέβαλαν σε ανακυκλιζόµενες µετακινήσεις στην κορυφή. Ο κατακόρυφος οπλισµός των τοιχωµάτων ήταν ράβδοι (S400) ø10/28 (ρ=0,008, µέσα-έξω), αγκυρωµένες στην βάση των τοιχίων και ο οριζόντιος οπλισµός ήταν ø10/40 (ρ=0,005, µέσα-έξω). Τα δοκίµια ενισχύθηκαν µε µία ή µε δύο στρώσεις ΙΩΠ µε ίνες άνθρακα τοποθετηµένες κατακορύφως ή/και οριζοντίως. Για την εξασφάλιση της αγκυρώσεως του ΙΩΠ µε τις ίνες κατά την

17 κατακόρυφο, προβλέφθηκε στην βάση τοιχίου µία µεταλλική τυποποιηµένη δοκός διατοµής L, η οποία συνδέθηκε µε το ΙΩΠ µέσω ρητίνης και αγκυρώθηκε (µε χρήση κοχλιών) στο σκυρόδεµα της βάσεως. Το δοκίµιο αναφοράς εµφάνισε αρχικώς καµπτικές ρωγµές στην βάση του, εν συνεχεία (για µεγαλύτερη τιµή του οριζόντιου φορτίου) εµφάνισε διατµητικές ρωγµές, ενώ κατά την µέγιστη αντίστασή του (οπότε και αποφορτίσθηκε), αστόχησε από σύνθλιψη το θλιβόµενο πέλµα του τοιχίου στην βάση του. Το τοιχίο, µετά την αποφόρτισή του, ενισχύθηκε µε µία στρώση ΙΩΠ (κατακόρυφες ίνες) ανά πλευρά και ξαναδοκιµάσθηκε. Αυτό το απλό σχήµα ενισχύσεως, το οποίο εφαρµόσθηκε χωρίς άλλη επισκευή του δοκιµίου, αύξησε την φέρουσα ικανότητα του τοιχίου κατά 80% περίπου, ενώ η αστοχία ήταν καµπτική, συνέβη δε για οριζόντια µετατόπιση περίπου τριπλάσια από εκείνην του αρχικού δοκιµίου. Το τοιχίο που ενισχύθηκε στην παρθενική του κατάσταση µε µία στρώση ΙΩΠ (κατακόρυφες ίνες), αστόχησε λόγω αστοχίας των αγκυρίων στην βάση, καθώς και λόγω µερικής αποκολλήσεως του ΙΩΠ. Έτσι, είχε µικρότερη αντίσταση απ το προηγούµενο τοιχίο, η οποία επιτεύχθηκε για σηµαντικά µικρότερη µετατόπιση κορυφής (περίπου 20mm, έναντι των 40mm του προηγούµενου δοκιµίου). Τέλος, το δοκίµιο που ενισχύθηκε µε ένα οριζόντιο και δύο κατακόρυφα φύλλα ΙΩΠ σε κάθε πλευρά, εµφάνισε την µεγαλύτερη αύξηση αντιστάσεως και δυσκαµψίας. Εξ άλλου, η µέγιστη αντίστασή του παρατηρήθηκε για οριζόντια µετατόπιση κορυφής, περίπου ίση µε 40mm. Όµως, η (ψαθυρή) αστοχία του θλιβόµενου πέλµατος, η θραύση της ακραίας κατακόρυφης ράβδου οπλισµού και η θραύση του ΙΩΠ στην βάση του τοιχίου, οδήγησαν σε απότοµη απώλεια αντιστάσεως κατά 50%- 60%. Αυτές οι δοκιµές, παρά το περιορισµένο πλήθος τους, επιτρέπουν να εντοπισθούν βασικές παράµετροι που επηρεάζουν την συµπεριφορά των ενισχυµένων τοιχίων. Πράγµατι, (α) φαίνεται ότι η αποφυγή της αστοχίας του κορµού (διατµητική αστοχία) επιτυγχάνεται µε σχετικώς χαµηλό ποσοστό ΙΩΠ. Τότε, η αστοχία συµβαίνει λόγω κάµψεως, καθώς η ενίσχυση των όψεων του τοιχίου δεν βελτιώνει τα χαρακτηριστικά των πελµάτων, τα οποία κυρίως αναλαµβάνουν την ορθή ένταση. Μάλιστα, σ αυτήν την περίπτωση, η αστοχία είναι ψαθυρή δεδοµένου ότι αστοχεί η θλιβόµενη ζώνη του σκυροδέµατος στην βάση του τοιχίου. Εποµένως, η αποφυγή αυτής της αστοχίας θα απαιτούσε ενίσχυση και των πελµάτων των τοιχίων. (β) Όπως και στην περίπτωση των άλλων δοµικών στοιχείων που ενισχύονται µέσω ΙΩΠ, αποδεικνύεται ότι κρίσιµη παράµετρος είναι η αγκύρωση του ΙΩΠ στο σκυρόδεµα. Η πρόωρη αστοχία που οφείλεται στην αποκόλληση του ΙΩΠ ή εν γένει σε αστοχία της αγκυρώσεως είναι δυσχερώς προβλέψιµη και, γι αυτό, συνεπάγεται πολύ διεσπαρµένα αποτελέσµατα, τόσο από απόψεως αντιστάσεως, όσο και από απόψεως παραµορφώσεως. (γ) Η πλήρης αξιοποίηση του ΙΩΠ εξασφαλίζει πράγµατι σηµαντική αύξηση της µέγιστης αντιστάσεως, καθώς και της µετατοπίσεως που αντιστοιχεί σ αυτήν. Όµως, η θραύση του ΙΩΠ συνεπάγεται απότοµη µείωση της αποκρίσεως. Άρα, η αποτελεσµατικότητα της επεµβάσεως κρίνεται απ το µέγεθος της µετατοπίσεως που αναµένεται να επιβληθεί στο τοιχίο. Αυτά τα συµπεράσµατα φαίνεται να επαληθεύονται και από τα αποτελέσµατα των Antoniades et al. (2003), µολονότι οι δοκιµές τους πραγµατοποιήθηκαν σε τοιχία (διαστάσεων 1200x1800x100 [mm]), τα οποία είχαν µελετηθεί µε βάση τον Ευρωκώδικα 8. Τα δοκίµια διέθεταν καταλλήλως ωπλισµένα και περισφιγµένα πέλµατα, καθώς και επαρκή κατά τον σχεδιασµό οπλισµό κορµού. Υποβλήθηκαν σε δοκιµή, µέχρι την πλήρη εκδήλωση του µηχανισµού αστοχίας τους, η οποία ήταν καµπτική στην βάση του τοιχώµατος (παρά την εµφάνιση και τριχοειδών διατµητικών ρωγµών στον κορµό). Εν συνεχεία, τα δοκίµια επισκευάσθηκαν και ακολούθως ενισχύθηκαν (έναντι κάµψεως και τέµνουσας). Η διάταξη πρόσθετων λωρίδων ΙΩΠ και άλλων στοιχείων αγκυρώσεως της εξωτερικής ενισχύσεως έναντι κάµψεως κρίνεται περίπλοκη και δυσχερής και από τους συγγραφείς. Η συµπεριφορά των ενισχυµένων δοκιµίων χαρακτηρίζεται από (α) αποτελεσµατικό έλεγχο της αστοχίας έναντι τέµνουσας, (β) από σηµαντική αύξηση της µέγιστης αντιστάσεως, (γ) από µικρές µετακινήσεις αστοχίας (γωνιακή παραµόρφωση κατά την µέγιστη αντίσταση=0,0044-0,0083) και σηµαντική πτώση της αντιστάσεως για µεγαλύτερες τιµές των µετατοπίσεων, οφειλόµενη και σε αστοχία των αγκυρώσεων. (δ) Η συµπεριφορά και η αστοχία των ενισχυµένων δοκιµίων ήταν (όπως φαίνεται και από τους βρόχους υστερήσεως) καµπτική µε συγκέντρωση των στροφών στην βάση του τοιχίου.

18 Με βάση τα διατιθέµενα αποτελέσµατα, και παρά το περιορισµένο πλήθος τους, µπορούν να συναχθούν τα ακόλουθα συµπεράσµατα: (1) Η έναντι τέµνουσας ενίσχυση των τοιχωµάτων µέσω ΙΩΠ είναι δυνατή και ευχερής και απαιτεί µικρά εν γένει ποσοστά ΙΩΠ. (2) Με την ενίσχυση έναντι τέµνουσας δεδοµένη, η συµπεριφορά των τοιχίων καθορίζεται απ την συµπεριφορά έναντι κάµψεως. Εάν το τοιχίο δεν ενισχυθεί έναντι κάµψεως, τα χαρακτηριστικά αντιστάσεως, πλαστική στροφής και πλαστιµότητας θα καθορίζονται απ τις σχετικές δυνατότητες της διατοµής στην βάση του τοιχώµατος, καθώς και από τα πέλµατά του. (3) Η ενίσχυση των πελµάτων και της βάσεως έναντι κάµψεως απαιτούν σύνθετες διατάξεις των ΙΩΠ, καθώς και περίπλοκες αγκυρώσεις, οι οποίες αναιρούν, εν µέρει τουλάχιστον, ένα από τα µεγάλα προσόντα αυτών των υλικών (δηλαδή, την ταχύτητα και την ευκολία στην εφαρµογή). Εξ άλλου, ενδέχεται να αποδειχθούν και αναποτελεσµατικές, καθώς φαίνεται ότι η αποκόλληση των ΙΩΠ στις κρίσιµες για την συµπεριφορά των στοιχείων περιοχές είναι δύσκολο να αποφευχθεί και συνεπάγεται σηµαντική µείωση της αποκρίσεως των στοιχείων. Πιστεύεται ότι απ αυτήν την άποψη, οι κατάλληλες λύσεις δεν έχουν ακόµη επινοηθεί. Τέλος, (4) στην περίπτωση ενισχύσεως έναντι σεισµικών δράσεων, η οποία αποτελεί και την συνηθέστερη επέµβαση στην χώρα µας, έχει ιδιαίτερη σηµασία το µέγεθος της µετατοπίσεως για την οποία επιστρατεύεται η µέγιστη αντίσταση των δοµικών στοιχείων, καθώς και η κλίση του φθιτού κλάδου που ακολουθεί. Σε ορισµένες απ τις περιπτώσεις δοκιµών σε ενισχυµένα τοιχία, φαίνεται ότι και τα δύο αυτά χαρακτηριστικά είναι δυσµενή. Κατά την άποψη της γράφουσας, απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση της συµπεριφοράς των ενισχυµένων τοιχωµάτων. Εξ άλλου, όπως αναφέρεται συνοπτικώς στην 9 αυτής της εργασίας, η επιλογή οποιουδήποτε σχήµατος επεµβάσεων δεν µπορεί παρά να προκύπτει από µελέτη του συνόλου του δοµήµατος και όχι από αντιµετώπιση των µεµονωµένων δοµικών στοιχείων. 8. ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΙΩΠ ΣΕ ΙΑΡΚΕΙΑ Μία πολύ βασική παράµετρος για να αποτιµάται η αποτελεσµατικότητα µιάς επεµβάσεως είναι η ανθεκτικότητα σε διάρκεια την οποίαν εξασφαλίζει. Για την περίπτωση των ΙΩΠ, αυτό το θέµα αποτελεί κύριο αντικείµενο έρευνας κατά τα τελευταία χρόνια. Εξετάζεται η συµπεριφορά των ΙΩΠ σε διάφορες µορφές (ράβδων οπλισµού και υφασµάτων), υπό κόπωση, υπεριώδη ακτινοβολία, καθώς και σε διάφορα βλαπτικά περιβάλλοντα (αλκαλικό, όξινο). Επίσης, υποβάλλονται σε κύκλους ψύξης-απόψυξης. Είναι φανερό ότι µερικές από τις απόψεις της ανθεκτικότητας σε διάρκεια (όπως η υπεριώδης ακτινοβολία και το όξινο περιβάλλον, καθώς και οι κύκλοι ψύξης-απόψυξης) αφορούν κυρίως τα ΙΩΠ, τα οποία εφαρµόζονται ως εξωτερικός οπλισµός σε δοµικά στοιχεία. Όπως είναι γνωστό, κάθε ΙΩΠ αποτελείται από τις ίνες (διαµέτρου από 6µ ως 15µ), οι οποίες αναλαµβάνουν τις επιβαλλόµενες δράσεις και από την µήτρα (ρητίνη), η οποία µεταφέρει δράσεις µεταξύ των ινών και τις προστατεύει από µηχανικές και άλλες επιρροές. Η µείωση των χαρακτηριστικών τόσο των ινών και της µήτρας, όσο και της µεταξύ τους διεπιφάνειας επηρεάζει την ανθεκτικότητα του συστήµατος σε διάρκεια. Η συστηµατική αξιολόγηση του συνόλου της σχετικής βιβλιογραφίας υπερβαίνει τα όρια αυτής της εργασίας. Λεπτοµερής παρουσίαση των πληροφοριών που σχετίζονται µε την ανθεκτικότητα σε διάρκεια των ΙΩΠ περιλαµβάνεται στην Έκθεση της fib (2001), µαζί µε συστάσεις για την χρήση ορισµένων υλικών υπό δεδοµένες δυσµενείς συνθήκες, ώστε να επιτυγχάνεται η καλύτερη δυνατή συµπεριφορά. 9. ΜΕΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΛΟΓΙΚΗ ΤΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ ΜΕ ΙΩΠ Με βάση τα όσα αναπτύχθηκαν στα προηγούµενα και αντί της παρουσιάσεως γενικών συµπερασµάτων, τα οποία-άλλωστε-αναφέρονται στο τέλος κάθε παραγράφου, σ αυτήν την τελική παράγραφο περιλαµβάνονται µερικές γενικές παρατηρήσεις, σχετικές µε την εφαρµογή των ΙΩΠ στον τοµέα των επεµβάσεων:

19 (1) Από όλες τις δοκιµές σε κάθε είδους δοµικό στοιχείο στο οποίο έχουν εφαρµοσθεί ΙΩΠ αποδεικνύεται ότι κρίσιµη παράµετρος για την αποτελεσµατικότητα της επεµβάσεως αποτελεί η αγκύρωση των σύνθετων υλικών. Η αποκόλλησή τους από το σκυρόδεµα, η οποία είναι περισσότερο πιθανή όσο αυξάνεται η ατένεια των ΙΩΠ, εξαρτάται κατά πολύ και από την προετοιµασία της επιφάνειας του στοιχείου. Συνεπεία αυτού, το µέγεθος της επιβαλλόµενης δράσεως (φορτίου ή µετακινήσεως) για την οποία συµβαίνει η αστοχία αποκολλήσεως, είναι δυσχερέστερο να προβλεφθεί απ ό,τι για άλλους τρόπους αστοχίας. Επί πλέον, η αποκόλλησηαφήνοντας το στοιχείο πρακτικώς χωρίς ενίσχυση-συνεπάγεται σηµαντική µείωση της αντιστάσεώς του. Στην βιβλιογραφία αναφέρονται πολλές διατάξεις για την βελτίωση της αγκυρώσεως, έτσι ώστε να αποφεύγεται ή να καθυστερεί η εµφάνιση αυτού του δυσµενούς τρόπου αστοχίας. Αρκετές από αυτές τις προσπάθειες αποδεικνύονται αποτελεσµατικές. Όµως, σε πολλές περιπτώσεις είναι αρκετά περίπλοκες στην εφαρµογή τους, αναιρώντας ένα απ τα σηµαντικά πλεονεκτήµατα των ΙΩΠ. Τα προβλήµατα των αγκυρώσεων εµφανίζονται εντονότερα στην περίπτωση της έναντι κάµψεως ενισχύσεως δοκών και τοιχίων. Αντιθέτως, (2) Τα διατιθέµενα πειραµατικά αποτελέσµατα αποδεικνύουν ότι είναι µάλλον ευχερής η έναντι τέµνουσας ενίσχυση των στοιχείων, έτσι ώστε να µεταβάλλεται ο τρόπος αστοχίας των από διατµητικό (ψαθυρό) σε καµπτικό (περισσότερο πλάστιµο). Βεβαίως, δεν πρέπει να παραβλέπει κανείς, ότι σ αυτήν την περίπτωση και εφ όσον δεν έχει ληφθεί µέριµνα για την αύξηση της φέρουσας ικανότητας έναντι κάµψεως και της πλαστιµότητας του στοιχείου, η συµπεριφορά του θα καθορίζεται απ τα χαρακτηριστικά καµπτικής αντοχής και πλαστιµότητας µιάς πολύ µικρής περιοχής πολύ κοντά στην στήριξη, όπου συγκεντρώνεται και η εκδήλωση των πλαστικών στροφών. Επί πλέον, τα ΙΩΠ αποδεικνύονται πολύ αποτελεσµατικά για την βελτίωση των συνθηκών στις περιοχές των ανεπαρκών µατισµάτων διαµήκων ράβδων, αποµακρύνοντας το ενδεχόµενο της αστοχίας τους. Στην περίπτωση ενισχύσεως έναντι τέµνουσας και υπό τον όρον ότι αποφεύγεται η διατµητική αστοχία, παρατηρείται σηµαντική αύξηση της µετατοπίσεως που αντιστοιχεί στην µέγιστη αντίσταση. Καθώς, µάλιστα, η µετατόπιση διαρροής δεν µεταβάλλεται ουσιωδώς, προκύπτει αύξηση της πλαστιµότητας των στοιχείων. Πρόκειται για σηµαντικό χαρακτηριστικό, παρά το γεγονός ότι µέρος της πραγµατοποιούµενης πλαστικής στροφής οφείλεται στην ολίσθηση των διαµήκων ράβδων των στοιχείων πέραν της κρίσιµης διατοµής και παρ όλον ότι η επιστράτευση της µέγιστης αντιστάσεως ενδέχεται να ακολουθείται από έναν απότοµο φθιτό κλάδο. (3) Η µορφή των διαγραµµάτων δυνάµεων-µετατοπίσεων και µετά από την επιστράτευση της µέγιστης αντιστάσεως πρέπει να λαµβάνεται υπ όψη όταν γίνεται σχεδιασµός επεµβάσεων προσεισµικών ή µετασεισµικών. Πράγµατι, σ αυτήν την περίπτωση, ο σχεδιασµός δεν µπορεί παρά να γίνεται σε όρους επιβαλλόµενων µετατοπίσεων. Η λόγω σεισµικών δράσεων επιβολή µετατοπίσεων µεγαλύτερων από αυτές που αντιστοιχούν στην µέγιστη αντίσταση των ενισχυµένων στοιχείων σηµαίνουν απώλεια µεγάλου µέρους της φέρουσας ικανότητας που προσφέρεται απ τα ΙΩΠ. Εποµένως, όπως αποδεικνύεται και απ την εργασία των Tastani et al., 2002, όταν οι αναµενόµενες µετατοπίσεις είναι µεγάλες, θα πρέπει κατ αρχήν, να προβλέπεται αύξηση της δυσκαµψίας του δοµήµατος µε άλλες µεθόδους, ώστε να περιορίζονται οι µετακινήσεις. Εν συνεχεία, η χρήση των ΙΩΠ µπορεί να προσφέρει αύξηση της πλαστιµότητας και µέσω περισφίγξεως και µέσω της αποφυγής ψαθυρών τρόπων αστοχίας. (4) Ειδικώς σε ό,τι αφορά την περίσφιγξη, η οποία έχει µελετηθεί µέσω µεγάλου πλήθους δοκιµών, θα πρέπει να λαµβάνεται υπ όψη ότι η αποτελεσµατικότητά της εξαρτάται κατά πολύ απ την γεωµετρία της διατοµής του στοιχείου. Η περίσφιγξη στοιχείων µε κυκλική ή τετραγωνική διατοµή είναι πολύ αποτελεσµατική. Η αποδοτικότητα της περισφίγξεως µειώνεται σηµαντικά, αυξανοµένου του λόγου των πλευρών της διατοµής. (5) Τα µέχρι τώρα διατιθέµενα πειραµατικά αποτελέσµατα αποδεικνύουν ότι η αποδοτική χρήση των ΙΩΠ προϋποθέτει (α) απλότητα της διατάξεως των υλικών και (β) σχεδιασµό των επεµβάσεων λαµβάνοντας υπ όψη το σύνολο του δοµήµατος και όχι µόνον την βελτίωση της συµπεριφοράς µεµονωµένων στοιχείων.