Μοντέλο Προσοµοίωσης οκού Οπλισµένου Σκυροδέµατος για τον έλεγχο αστοχίας από τέµνουσα. Modeling Concrete Beam Elements under Shear Failure

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μοντέλο Προσοµοίωσης οκού Οπλισµένου Σκυροδέµατος για τον έλεγχο αστοχίας από τέµνουσα. Modeling Concrete Beam Elements under Shear Failure"

Ἁλκυόνη Τομαραίοι
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας 7 Νοεµβρίου, 8 Άρθρο 8 Μοντέλο Προσοµοίωσης οκού Οπλισµένου Σκυροδέµατος για τον έλεγχο αστοχίας από τέµνουσα. Modeling Concrete Beam Elements under Shear Failure ΒΑ ΑΛΟΥΚΑ Β. Γ. ΘΕΟ ΩΡΑΤΟΣ Π. Θ. ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΙ ΗΣ Α. Γ. 3 ΕΥΑΓΓΕΛΟΠΟΥΛΟΥ Ε. Α. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται µοντέλο δικτυώµατος για την προσοµοίωση της συµπεριφοράς δοκού από οπλισµένο σκυρόδεµα µε έµφαση στην απεικόνιση της έντασης και παραµόρφωσης των συνδετήρων σε δυναµική φόρτιση. Το προσοµοίωµα παράγει αποτελέσµατα σε συµφωνία µε τους κανονισµούς και είναι συµβατό µε την διεθνή βιβλιογραφία. Τα αποτελέσµατα της ανάλυσης συγκρίνονται ικανοποιητικά µε πειράµατα µεγάλης κλίµακας που έγιναν για την µελέτη των συνδετήρων ATLASSTAHL στο εργαστήριο Αντοχής Υλικών του ΕΜΠ. ABSTRACT: In this study a truss model for the analysis of concrete beam elements is proposed. Parameters under investigation are the strength and strain of steel stirrups under dynamic loading. The proposed model gives results compatible with current Greek RC Codes. A fully scale experiment test was held in National Technical University of Athens in order to obtain the behavior of ATLASSTAHL stirrups under dynamic loading. Experimental results are compared with the computational ones. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στα πλαίσια συνεργασίας της εταιρίας M-VK Προγράµµατα Πολιτικού Μηχανικού µε τη ΖΩΓΑΣ Α.Ε. για την ενσωµάτωση των συνδετήρων ATLASSTAHL στο λογισµικό της πρώτης αναπτύχθηκε µοντέλο προσοµοίωσης δοκού για τον έλεγχο αστοχίας από τέµνουσα. Το προσοµοίωµα δηµιουργείται µε αυτόµατη διαδικασία όταν ο µελετητής, χρησιµοποιώντας για την ανάλυση το λογισµικό που αναπτύσσεται από την Μ-VK Προγράµµατα Πολιτικού Μηχανικού ή το Georgia Institute of Technology, επιλέξει τους συνδετήρες ATLASSTAHL. Στόχος είναι η δηµιουργία ενός συµβατού µε τους υπάρχοντες κανονισµούς µοντέλου που ταυτόχρονα να επαληθεύεται και πειραµατικά, ώστε να είναι δυνατή η αξιοποίηση της διπλής διαδροµής των Λέκτορας Σ.Ε.Μ.Φ.Ε. Ε.Μ.Π., vvada@central.ntua.gr Τεχνολόγος Πολιτικός Μηχανικός, ΖΩΓΑΣ Α.Ε., aris@m.gr 3 Πολιτικός Μηχανικός Ε.Μ.Π., M -VK, aris@m.gr Φοιτήτρια Σχολής Πολιτικών Μηχανικών Ε.Μ.Π., georgev@m.gr

πειραµατικά αποτελέσµατα στη µετελαστική περιοχή και η συµβατότητά του µε τη διεθνή βιβλιογραφία. Η σύγκριση µε τα πειραµατικά αποτελέσµατα έγινε για στατικά και δυναµικά φορτία.

2 συνδετήρων ATLASSTAHL. Αξιοποιώντας τις δυνατότητες προσοµοίωσης του προγράµµατος STRAD κατασκευάστηκε µοντέλο δοκού και η απόδοσή του συγκρίθηκε ως προς τις κανονιστικές διατάξεις στην περιοχή ελαστικότητας, ως προς πειραµατικά αποτελέσµατα στη µετελαστική περιοχή και η συµβατότητά του µε τη διεθνή βιβλιογραφία. Η σύγκριση µε τα πειραµατικά αποτελέσµατα έγινε για στατικά και δυναµικά φορτία. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τα πρώτα αποτελέσµατα του στατικού προβλήµατος. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται αποτελέσµατα του πρώτου από µία σειρά τριών πειραµάτων που περιελάµβανε τη δοκιµή µονοαξονικής θλίψης ενός υποστυλώµατος καθώς οι δύο άλλες διατάξεις που σκυροδετήθηκαν, υποστύλωµα και υποστύλωµα µε δοκό εν προβόλω και πέδιλο, χρησιµοποιήθηκαν για πραγµατοποίηση δυναµικών πειραµάτων τα αποτελέσµατα των οποίων βρίσκονται ακόµα σε στάδιο επεξεργασίας. Για τις ανάγκες του πειράµατος που διεξήχθη στο εργαστήριο Αντοχής Υλικών του ΕΜΠ σκυροδετήθηκε υποστύλωµα διαστάσεων 7 cm 3 cm 3 cm µε διαµήκη οπλισµό 8Φ και συνδετήρες Φ8/, οπλισµός που παρελήφθη από την εταιρία ΖΩΓΑΣ Α.Ε. υπό τη µορφή κλωβού διαστάσεων cm 3 cm 3 cm. Η αντοχή του σκυροδέµατος προσδιορίστηκε από τη θραύση έξι κυλινδρικών δοκιµίων ύψους 3 cm και διαµέτρου διατοµής cm επτά ηµέρες από τη σκυροδέτησή τους που έδωσε µέση τιµή 3 ΜPa. Σχήµα. Βιοµηχανοποιηµένος κλωβός ATLASSTAHL Σχήµα. όνηση του σκυροδέµατος Τόσο στο σκυρόδεµα όσο και στον διαµήκη και εγκάρσιο οπλισµό ενσωµατώθηκαν συνολικά έξι ηλεκτροµηκυνσιόµετρα (strain gages) τύπου KFG---C- της KYOWA σε κατάλληλα επιλεγµένες θέσεις, τρία διαµήκη και ένα εγκάρσιο στο σκυρόδεµα και δύο στον οπλισµό, ενώ για τη µέτρηση των πλευρικών µετατοπίσεων του υποστυλώµατος τοποθετήθηκαν δύο βελόµετρα περί το µέσο του ύψους του. Της τοποθέτησης των ηλεκτροµυκηνσιοµέτρων προηγήθηκε τοπική και επιφανειακή λείανση των νευρώσεων του οπλισµού στο επιθυµητό σηµείο, ώστε να είναι δυνατή η επικόλληση τους χωρίς να επηρεάζεται αντοχή του. Κατά τη

σκυροδέτηση επιδείχθηκε ιδιαίτερη προσοχή, ώστε να µην καταστραφούν τα ηλεκτροµηκυνσιόµετρα του οπλισµού, ενώ η επικόλλησή τους στο σκυρόδεµα έγινε

Το υποστύλωµα τοποθετήθηκε µέσω γερανογέφυρας στην υδραυλική πρέσα µεγίστου θλιπτικού φορτίου tn και ακολούθησε η υπό στατικές συνθήκες µονοαξονική

καναλιών (TML Portable Data Logger Model TDS-3). Κατά τη διάρκεια της δοκιµής παρατηρήθηκε προοδευτική αποφλοίωση του υποστυλώµατος στην κεφαλή του.

Ωστόσο, ακόµη και κατά την αστοχία δεν παρατηρήθηκε αστοχία των συνδετήρων.

3 σκυροδέτηση επιδείχθηκε ιδιαίτερη προσοχή, ώστε να µην καταστραφούν τα ηλεκτροµηκυνσιόµετρα του οπλισµού, ενώ η επικόλλησή τους στο σκυρόδεµα έγινε µετά τη σκλήρυνσή του δοκιµίου. Το υποστύλωµα τοποθετήθηκε µέσω γερανογέφυρας στην υδραυλική πρέσα µεγίστου θλιπτικού φορτίου tn και ακολούθησε η υπό στατικές συνθήκες µονοαξονική θλιπτική καταπόνηση του υποστυλώµατος µέχρι θραύσης του µε ταυτόχρονη καταγραφή των δεδοµένων των οργάνων µέτρησης των µετακινήσεων µέσω γέφυρας δέκα καναλιών (TML Portable Data Logger Model TDS-3). Κατά τη διάρκεια της δοκιµής παρατηρήθηκε προοδευτική αποφλοίωση του υποστυλώµατος στην κεφαλή του. Στη βάση του όµως παρατηρήθηκε εντονότερη και πιο εκτεταµένη ρηγµάτωση και αποφλοίωση, λυγισµός του οπλισµού και συστροφή. Ωστόσο, ακόµη και κατά την αστοχία δεν παρατηρήθηκε αστοχία των συνδετήρων. Από την καταγραφή των αποτελεσµάτων των ηλεκτροµηκυνσιοµέτρων προέκυψε η αντοχή του υποστυλώµατος ίση µε.8 ΜPa και τα διαγράµµατα τάσεων παραµορφώσεων στις θέσεις τοποθέτησης των ηλεκτροµηκυνσιοµέτρων που παρατίθενται παρακάτω. Σχήµα 3. Ηλεκτροµηκυνσιόµετρο σε διαµήκη ράβδο οπλισµού Σχήµα. Ηλεκτροµηκυνσιόµετρο στο σκυρόδεµα Σχήµα. Το υποστύλωµα στην Πρέσα Σχήµα. Θραύση πρώτου συνδετήρα

4 σ (ΜPa) S.G. S.G. 3 S.G Σχήµα 7. ιαγράµµατα σ-ε από καταγραφές διαµηκών ηλεκτροµηκυνσιοµέτρων στο σκυρόδεµα σ (MPa) S.G. S.G Σχήµα 8. ιαγράµµατα σ-ε από καταγραφές στις διαµήκεις ράβδους οπλισµού σ (ΜPa) 3 S.G. Σχήµα 9. ιαγράµµατα σ-ε από καταγραφές εγκάρσιου ηλεκτροµηκυνσιοµέτρου στο σκυρόδεµα

5 ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Η δηµιουργία του µοντέλου έγινε µε τη βοήθεια των προγράµµατος GT-STRUDL. Οι δυνατότητες προσοµοίωσης του προγράµµατος περιορίζονται στη χρήση γραµµικών στοιχείων ενώ δεν περιλαµβάνουν ανελαστικά επίπεδα στοιχεία. Έτσι, στο µοντέλο που δηµιουργήθηκε τα επιµέρους τµήµατα της δοκού προσοµοιώνονται µέσω γραµµικών µελών στα άκρα των οποίων τοποθετούνται µη γραµµικά ελατήρια µηδενικού µήκους που διέπονται κάθε φορά από τους αντίστοιχους καταστατικούς νόµους ενώ στους µεταξύ τους κοινούς κόµβους µη γραµµικά ελατήρια µηδενικού µήκους για την προσοµοίωση της συνάφειας. Ειδικότερα, η προσοµοίωση του σκυροδέµατος έγινε µε χρήση διπλών σειρών γραµµικών στοιχείων που ταυτίζονται στη διάταξή τους και λειτουργούν η πρώτη µόνο σε εφελκυσµό και η δεύτερη µόνο σε θλίψη. Στα άκρα των γραµµικών µελών τοποθετήθηκαν ελατήρια µηδενικού µήκους µε διάγραµµα τάσεων -παραµορφώσεων το προβλεπόµενο από τον ΕΚΟΣ για το σκυρόδεµα. Οι ράβδοι του οπλισµού αντίστοιχα προσοµοιώθηκαν γραµµικά στοιχεία και ελατήρια, των οποίων το διάγραµµα τάσεων παραµορφώσεων είναι το προβλεπόµενο από τον ΕΚΟΣ διάγραµµα τάσεων παραµορφώσεων του χάλυβα. Η προσοµοίωση της συνάφειας στους κοινούς κόµβους των παραπάνω µελών έγινε µέσω µη γραµµικών ελατηρίων των οποίων το διάγραµµα τάσεων παραµορφώσεων ταυτίζεται µε το εφελκυστικό διάγραµµα τάσεων παραµορφώσεων του σκυροδέµατος. Στο ένα άκρο του µοντέλου τοποθετήθηκε πάκτωση και για την επίλυση χρησιµοποιήθηκε η στατική µή γραµµική (push-over) ανάλυση του προγράµµατος GT-STRUDL µε επιβολή αξονικού θλιπτικού φορτίου βήµατος kn. Σχήµα. Μοντέλο δικτυώµατος ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Για τον προσδιορισµό των παραµορφώσεων στα σηµεία του µοντέλου που ενδιαφέρουν για τη σύγκριση των αποτελεσµάτων µε εκείνα της πειραµατικής διαδικασίας επιλέχθηκαν οι κόµβοι του µοντέλου που ορίζουν µέλη που ταυτίζονται µε τα σηµεία τοποθέτησης των ηλεκτροµηκυνσιοµέτρων είτε στο χάλυβα είτε στο σκυρόδεµα κατά περίπτωση. Από τις µετατοπίσεις των ράβδων αυτών υπολογίστηκαν οι αντίστοιχες παραµορφώσεις σε κάθε βήµα φόρτισης οι οποίες µπορούν ευθέως να συγκριθούν µε τα αποτελέσµατα των καταγραφών του πειράµατος για τα αντίστοιχα διαθέσιµα βήµατα φόρτισης.

6 Από τα παραγόµενα διαγράµµατα τάσεων παραµορφώσεων προκύπτει ότι τα αποτελέσµατα της στατικής µή γραµµικής ανάλυσης συγκρίνονται ικανοποιητικά µε εκείνα του πειράµατος στις περισσότερες θέσεις καταγραφής των παραµορφώσεων, σε άλλες ωστόσο παρατηρούνται αποκλίσεις ενδεχοµένως λόγω ελλιπούς προσοµοίωσης της συµπεριφοράς της δοκού στις περιοχές µεταξύ των συνδετήρων αδυναµία η οποία θα διερευνηθεί στη συνέχεια της ερευνητικής προσπάθειας. S.G. 7 3 ΠΕΙΡΑΜΑ ΜΟΝΤΕΛΟ σ (MPa) Σχήµα. Συγκριτικό διάγραµµα υπολογιστικών και πειραµατικών αποτελεσµάτων στο µέσο του ύψους και το µέσο της παρειάς του υποστυλώµατος S.G. 3 3 σ (ΜPa) ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΕΙΡΑΜΑ Σχήµα. Συγκριτικό διάγραµµα υπολογιστικών και πειραµατικών αποτελεσµάτων στο µέσο του ύψους και στο άκρο της παρειάς του υποστυλώµατος

7 S.G. 3 σ (ΜPa) ΠΕΙΡΑΜΑ MONTEΛΟ Σχήµα 3. Συγκριτικό διάγραµµα υπολογιστικών και πειραµατικών αποτελεσµάτων στη βάση και στο άκρο της παρειάς του υποστυλώµατος S.G. 3 σ (at) ΠΕΙΡΑΜΑ ΜΟΝΤΕΛΟ ε (m) Σχήµα. Συγκριτικό διάγραµµα υπολογιστικών και πειραµατικών αποτελεσµάτων στον διαµήκη οπλισµό

8 S.G. 3 σ (MPa) ΠΕΙΡΑΜΑ ΜΟΝΤΕΛΟ Σχήµα. Συγκριτικό διάγραµµα υπολογιστικών και πειραµατικών αποτελεσµάτων στον διαµήκη οπλισµό S.G. σ (at) 3 ΠΕΙΡΑΜΑ ΜΟΝΤΕΛΟ ε (m) Σχήµα. Συγκριτικό διάγραµµα υπολογιστικών και πειραµατικών αποτελεσµάτων περί το µέσο ύψος και στο µέσο της παρειάς του υποστυλώµατος

9 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το µοντέλο δικτυώµατος που δηµιουργήθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας αποτελεί µία πρώτη και ικανοποιητική προσέγγιση για τις ανάγκες ενσωµάτωσης των συνδετήρων ATLASSTAHL στα προγράµµατα GT-STRUDL και STRAD. Ελέγχθηκε ότι το µοντέλο δίνει αποτελέσµατα ικανοποιητικά συγκρίσιµα µε πειραµατικά αποτελέσµατα, τους κανονισµούς και τη βιβλιογραφία. Από την ανάλυση προέκυψαν κάποιες αδυναµίες ακριβούς προσοµοίωσης της συµπεριφοράς στις περιοχές µεταξύ των συνδετήρων, που χρίζουν περαιτέρω επεξεργασίας προκειµένου να δώσουν ακριβέστερα αποτελέσµατα. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Imran I. and Pantazopoulou S. J., (99), "Experimental Study of Plain Concrete Under Triaxial Stress", ACI Mat. J., Vol. 93, No., Nov.-Dec. 99, pp. 89- Panagiotakos T.B., Fardis M.N., (), «Deformations of reinforced concrete members at yielding and ultimate», ACI Structural J., 98(), March April, p.3 8 Pantazopoulou S.J., (998), «Detailing for reinforcement stability in RC members», ASCE,Journal of Structural Engineering, (), June 998, p.3 3 Park R, Paulay (97) Reinforced concrete structures. New York, John Wiley and Sons Inc.. Thom C. W. (983), The Effects of Inelastic Shear on the Seismic Response of Structures, PhD Thesis, University of Auckland, New Zealand pp Συντζιρµά., Πανταζοπούλου Σ. (3), «Αποτίµηση της Σεισµικής Συµπεριφοράς Στοιχείων από Οπλισµένο Σκυρόδεµα µε Βάση τις Μετακινήσεις», Πρακτικά, ο Ελληνικό Συνέδριο Σκυροδέµατος, ΚΩΣ

Σχετικά έγγραφα

Μοντέλο Προσοµοίωσης οκού Οπλισµένου Σκυροδέµατος µε Πεπερασµένα Στοιχεία για έλεγχο αστοχίας από τέµνουσα.

Μοντέλο Προσοµοίωσης οκού Οπλισµένου Σκυροδέµατος µε Πεπερασµένα Στοιχεία για έλεγχο αστοχίας από τέµνουσα. Γ. Ν. ΒΑ ΑΛΟΥΚΑΣ Πολιτικός Μηχανικός, 4Μ-VK Προγράµµατα Πολιτικού Μηχανικού, Ε.Π.Ε. Α. Γ. ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΙ