ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΝΤΑΞΑΝΤΕΣ ΜΠΑΒΕΛΛΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ ΜΠΟΥΖΟΥΚΟΥ ΜΑΡΙΑΝΝΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΑΝΑΠΛ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ Χ. ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΠΑΤΡΑ ΙΟΥΝΙΟΣ 005

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την ενίσχυση στοιχείων φέρουσας τοιχοποιίας με σύνθετα υλικά, τεχνική που έχει γνωρίσει σχετική άνθηση τα τελευταία χρόνια και στην Ελλάδα, ιδίως μετά τους μεγάλους σεισμούς που έγιναν. Αυτή η εργασία, η οποία εκπονήθηκε υπό την επίβλεψη του αναπληρωτή καθηγητή, Πανεπιστημίου Πατρών, του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών, Αθανασίου Τριανταφύλλου, βασίζεται κυρίως σε πειραματικά δεδομένα, τα οποία προέκυψαν από πειραματικές διαδικασίες, που διενεργήθηκαν στο εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών, του αυτού Πανεπιστημίου και Τμήματος. Για την πραγματοποίηση των πειραμάτων συνεργάστηκαν, εκτός από τους συγγραφείς της παρούσας εργασίας, και η λέκτορας Πανεπιστημίου Πατρών, του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών, Αικατερίνη Παπανικολάου, καθώς και οι δύο μεταπτυχιακοί φοιτητές, Κυριάκος Κάρλος και Μυρτώ Παπαθανασίου, που εκπονούσαν τη διατριβή τους στο ίδιο πεδίο έρευνας. iii

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. ΠΡΟΛΟΓΟΣ iii ΠΕΡΙΛΗΨΗ iv ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Vi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ xiv ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ xvi ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xxii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ Ιστορική ανασκόπηση 1 1. Κατηγορίες τοιχοποιιών Τοιχοποιίες από τεχνητούς λίθους Πρώτες ύλες Υλικά δόμησης Διαδικασία παραγωγής Είδη Διαστάσεις Προδιαγραφές τούβλων Είδη τούβλων Διαστάσεις τούβλων Προδιαγραφές τεχνητών λιθοσωμάτων Γενικά Προδιαγραφές τεχνητών λιθοσωμάτων κατά τον EC 6 (pren :001) Κονιάματα Επιχρίσματα Κονιάματα Κατηγορίες κονιαμάτων Παρασκευή, δόμηση, ιδιότητες κονιαμάτων Επιχρίσματα Είδη επιχρισμάτων Επιχρίσματα και υγρασία Κανόνες εφαρμογής των επιχρισμάτων 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 19.1 Γενικά 19 xxiii

4 . Λειτουργία της φέρουσας τοιχοποιίας 19.3 Η άοπλη τοιχοποιία Προσδιορισμός αντοχής τοιχοποιίας Προσδιορισμός θλιπτικής αντοχής τοιχοποιίας.3.1. Προσδιορισμός καμπτικής αντοχής τοιχοποιίας Προσδιορισμός διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας 37.4 Ελαστικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας 41.5 Θλιβόμενοι τοίχοι υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση 47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Εισαγωγή Κατηγορίες συνθέτων υλικών Ιδιότητες συνθέτων υλικών από ινοπλισμένα πολυμερή Υλικά ινών Ίνες γυαλιού (υαλονήματα) Ίνες άνθρακα (ανθρακονήματα) Ίνες αραμιδίου Μήτρες συνθέτων υλικών Εποξεικές ρητίνες Πολυεστερικές ρητίνες Βινυλεστερικές ρητίνες Κόλλα Συστήματα ενίσχυσης Συστήματα υγρής εφαρμογής Προκατασκευασμένα υλικά Ιδιότητες σύνθετου υλικού Μικρομηχανική των σύνθετων υλικών Επίδραση περιβαλλοντικών συνθηκών Επίδραση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος Συμπεριφορά στο νερό Γαλβανική διάβρωση Ερπυσμός Θραύση και διάβρωση λόγω έντασης 65 xxiv

5 3.9.6 Κόπωση Κρούση Ενίσχυση δομικών στοιχείων Τρόπος ενίσχυσης Βασική τεχνική Ειδικές τεχνικές Επισημάνσεις Τυπικές εφαρμογές σε κατασκευές 69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΒΑΣΕΙΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Γενικά Καταστατικοί νόμοι των υλικών Οριακή κατάσταση αντοχής-πλήρης συνεργασία υλικών Οριακή κατάσταση αντοχής - αποκόλληση Οριακή κατάσταση λειτουργικότητας Συνάφεια συνθέτων υλικών - υποστρώματος 74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Υλικά κατασκευής πειραματικών δοκιμίων Οπτόπλινθοι Κονίαμα αρμών Τοιχοποιία Ρητίνη ενίσχυσης πειραματικών στοιχείων Κονίαμα ενίσχυσης πειραματικών στοιχείων Κονίαμα για τη στερέωση των ράβδων ανθρακονήματος (NSM) Ύφασμα από ίνες άνθρακα Ράβδοι ανθρακονημάτων (NSM) Επίχρισμα (σοβάς) Ινοπλισμένο επισκευαστικό κονίαμα Αυτοεπιπεδούμενο κονίαμα Είδη δοκιμίων Διαδικασία ενίσχυσης δοκιμίων 90 xxv

6 5.3.1 Τοποθέτηση υφάσματος από ίνες άνθρακα Τοποθέτηση ράβδων ανθρακονήματος (NSM) Προετοιμασία ρητίνης μανδύα (οργανική μήτρα) Προετοιμασία κονιάματος μανδύα (ανόργανη μήτρα) Προετοιμασία κονιάματος για τη στερέωση των ράβδων ανθρακονήματος ) (NSM) Κατασκευή μανδύα Ενίσχυση με ράβδους ανθρακονήματος (NSM) Εξοπλισμός εργαστηρίου για την πραγματοποίηση των πειραμάτων Μηχανή θλίψης εφελκυσμού (RMU) Μηχανή θλίψης εφελκυσμού (MTS) Ισχυρό πλαίσιο φορτίσεων Πλαίσιο διαξονικής καταπόνησης Μηκυνσιόμετρα (LVDT) Σύστημα πλευρικής φόρτισης 97 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑν ν Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες Θεωρητικοί υπολογισμοί Εφαρμογή Πειραματική διάταξη Ονοματολογία δοκιμίων Πειράματα Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες Θεωρητικοί υπολογισμοί Εφαρμογή Πειραματική διάταξη Ονοματολογία δοκιμίων Πειράματα 145 xxvi

7 6.3 Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες Θεωρητικοί υπολογισμοί Εφαρμογή Πειραματική διάταξη Ονοματολογία δοκιμίων Πειράματα Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες Θεωρητικοί υπολογισμοί Εφαρμογή Πειραματική διάταξη Ονοματολογία δοκιμίων Πειράματα Τοιχοποιία σε διάτμηση εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες Θεωρητικοί υπολογισμοί Εφαρμογή Πειραματική διάταξη Ονοματολογία δοκιμίων Πειράματα 35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ν Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με ανόργανη μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & δύο xxvii

8 στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με ανόργανη μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική-ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική-ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Δοκίμια ενισχυμένα με ράβδους ανθρακονήματος (NSM) Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Αξονικό φορτίο 10 % της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική μήτρα& μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα (big and small footing) Δοκίμια ενισχυμένα με ανόργανη μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Αξονικό φορτίο 5 % της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Δοκίμια ενισχυμένα με ανόργανη μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με ανόργανη μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & δύο xxviii

9 στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Τοιχοποιία σε διάτμηση εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Αξονικό φορτίο 10 % της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με ανόργανη μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Αξονικό φορτίο,5 % της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με ανόργανη μήτρα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Δοκίμια ενισχυμένα με οργανική - ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Συγκεντρωτικοί πίνακες 60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ Συμπεράσματα Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Ενίσχυση με ύφασμα ινών άνθρακα Ενίσχυση με ράβδους ανθρακονήματος (NSM) Σύγκριση ενίσχυσης με ύφασμα ινών άνθρακα & ράβδων ανθρακονήματος (NSM) 74 xxix

10 8.1.3 Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Αξονικό φορτίο ίσο με 10% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Αξονικό φορτίο ίσο με 5% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Τοιχοποιία σε διάτμηση εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Αξονικό φορτίο ίσο με 10% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Αξονικό φορτίο ίσο με.5% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Προτάσεις για περαιτέρω διευρεύνηση 78 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 79 xxx

11 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η σύγκριση της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης, στοιχείων από φέρουσα τοιχοποιία, με μανδύες συνθέτων υλικών, οι οποίοι αποτελούνταν από στρώσεις ανθρακοϋφάσματος, με οργανική ή ανόργανη μήτρα και με τοποθέτηση ράβδων οπλισμού, από ανθρακονήματα, μέσα στους συνεχείς αρμούς της τοιχοποιίας. Αρχικά δίνονται μορφολογικά και γενικά τεχνικά χαρακτηριστικά. Γίνεται μια σύντομη ιστορική ανασκόπηση για την τοιχοποιία και ακολουθεί ο διαχωρισμός της σε βασικές κατηγορίες. Αναφέρονται οι πρώτες ύλες των τεχνητών λιθοσωμάτων και η διαδικασία παραγωγής τους και στη συνέχεια σημειώνονται τα βασικά είδη τους, με τις συνήθεις διαστάσεις και οι τεχνικές προδιαγραφές τους. Γίνεται ακόμα αναφορά στις κατηγορίες και στις ιδιότητες των κονιαμάτων και των επιχρισμάτων που χρησιμοποιούνται. Ακολουθεί μια περίληψη της μηχανικής της τοιχοποιίας. Περιγράφεται η λειτουργία της άοπλης τοιχοποιίας και ο προσδιορισμός της αντοχής της, υπό θλιπτικά, καμπτικά και διατμητικά φορτία, κατά τον Ευρωκώδικα 6 (EC6) και Τάσιο. Περιγράφονται επίσης τα ελαστικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας και ο τρόπος, με τον οποίο αυτή συμπεριφέρεται υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση, ενώ φέρει θλιπτικά φορτία. Στη συνέχεια γίνεται περιγραφή των ενισχύσεων κατασκευών με σύνθετα υλικά. Κατηγοριοποιούνται τα σύνθετα υλικά και δίνονται οι ιδιότητες των συνθέτων ινοπλισμένων υλικών. Αναφέρονται εν συντομία οι ιδιότητες των υλικών, ινών και ρητινών, που χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή ινοπλισμένων πολυμερών. Ακόμα α- ναφέρονται τα βασικά συστήματα ενίσχυσης και οι ιδιότητες των συνθέτων υλικών. Ακολουθεί η μικρομηχανική των υλικών αυτών και οι επιπτώσεις, των περιβαλλοντικών συνθηκών, στην ανθεκτικότητά τους. Επίσης, γίνεται μια περιληπτική αναφορά στις τεχνικές ενισχύσεων δομικών στοιχείων με σύνθετα υλικά. Έπεται μια σύντομη αναφορά στις βάσεις σχεδιασμού ενισχύσεων με σύνθετα υλικά. Δίνονται οι καταστατικοί νόμοι των υλικών για οριακή κατάσταση αντοχής, τόσο για πλήρη συνεργασία όσο και για αποκόλληση του συνθέτου υλικού από την κατασκευή, και για v

12 οριακή κατάσταση λειτουργικότητας. Επίσης σχολιάζεται και το θέμα της συνάφειας των συνθέτων υλικών με το υπόστρωμα (τοιχοποιία). Ακολούθως περιγράφονται τα υλικά κατασκευής και ενίσχυσης, τα πειραματικά δοκίμια και δίνονται οι μηχανικές τους ιδιότητες. Ακόμα γίνεται περιγραφή των ειδών των δοκιμίων, που δημιουργήθηκαν, της διαδικασίας ενισχύσεώς τους, σύμφωνα με τους τρόπους που είχαν αποφασιστεί, δηλαδή με κατασκευή μανδυών και με τοποθέτηση ράβδων οπλισμού από σύνθετα υλικά. Επίσης περιγράφονται εν συντομία ο μηχανικός εργαστηριακός εξοπλισμός, που χρησιμοποιήθηκε για την εκτέλεση των πειραματικών διαδικασιών. Στην συνέχεια γίνεται αναλυτική προσομοίωση για κάθε είδος δοκιμίου και ενίσχυσης, από όπου εξάγεται και η θεωρητική τιμή της αντοχής τους, και περιγραφή της πειραματική διαδικασίας, που ακολούθησε για τον έλεγχό τους. Ακολούθως, γίνεται σύγκριση μεταξύ των τρόπων ενίσχυσης και αναφορά των σχετικών πλεονεκτημάτων και τα μειονεκτημάτων τους, ανά κατηγορία δοκιμίων. Τέλος, δίνονται τα συμπεράσματα της εργασίας, που συνοπτικά είναι ότι η χρήση α- νόργανης μήτρας για την κατασκευή μανδυών προσφέρει, με σχετική μείωση της αντοχής, μεγαλύτερη παραμορφωσιμότητα και ικανότητα απορρόφησης ενέργειας και ότι η ενίσχυση, με τοποθέτηση ράβδων ανθρακονήματος, μέσα στους συνεχείς αρμούς της τοιχοποιίας, είναι επισφαλής, λόγω της μη ικανοποιητικής συνάφειάς τους με το συνδετικό κονίαμα, αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη διαστασιολόγηση των ενισχύσεων με σύνθετα υλικά. Επίσης αναφέρονται κάποια θέματα που χρήζουν περαιτέρω μελέτης, όπως η τοποθέτηση των ράβδων ανθρακονημάτων σε άλλες θέσεις και διευθύνσεις, το απαιτούμενο ποσοστό ινών και η πιθανή τροποποίηση των πειραματικών διατάξεων, ώστε να πραγματοποιηθεί ακριβέστερη προσομοίωση των πραγματικών στοιχείων και φορτίσεων, μιας κατασκευής. vi

13 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ 1.1 Ιστορική ανασκόπηση Υποστηρίζεται από ορισμένους ότι η ιστορία του ανθρώπου είναι η ιστορία της αρχιτεκτονικής, που συμβαδίζει με την ιστορία της τοιχοποιίας. Τοίχοι, τοιχώματα, τοιχοποιίες είναι λέξεις συνώνυμες, που χρησιμοποιούνται στην οικοδομική τεχνολογία για να δηλώσουν τα κατακόρυφα εκείνα δομικά στοιχεία, που προκύπτουν από τη δόμηση φυσικών ή τεχνικών λίθων, με χρήση συνδετικού κονιάματος ή χωρίς κονίαμα. Η αρχέτυπη μορφή της τοιχοποιίας αποτελούνταν από πλέγμα κλαδιών και δένδρων, που γέμιζε από τις δύο πλευρές του με πεταχτή λάσπη. Οι πρώτοι κτιστοί τοίχοι ήταν λίθινοι από ακατέργαστες, λαξευτές πέτρες ή σχιστόλιθους. Λιθοδομές με έντεχνο αρμολόγημα, χωρίς κονίαμα, συναντώνται σε Αιγυπτιακά μνημεία (3000 π.χ), καθώς και σε Ελληνικά (Ακρόπολη Μυκηνών π.χ). Σε πολλές περιοχές όμως, η πέτρα ήταν δυσεύρετη, η δε επεξεργασία της απαιτούσε και επίμοχθη εργασία. Αντίθετα, η άργιλος προσφέρεται στο εύκολο πλάσιμο. Η πλίνθος είναι το αρχαιότερο δομικό στοιχείο, που κατασκευάστηκε πριν από χρόνια. Στις ανασκαφές της αρχαίας Ιεριχούς βρέθηκαν πλίνθοι σε σχήμα και μέγεθος μακρόστενου ψωμιού. Αυτά τα τούβλα ξεραίνονταν στον ήλιο και πλάθονταν με το χέρι. Η αντοχή, η σκληρότητα και η απλότητα του τούβλου απετέλεσαν ιδιότητες που οδήγησαν σε εκτεταμένη χρήση του σε κτίρια κατοικιών. Στη Μεσοποταμία και την Αίγυπτο κατασκεύαζαν ωμοπλινθοδομές από τεμάχια ξεραμένης λάσπης, που έσκαζε την εποχή της ξηρασίας. Γύρω στο 3000 π.χ. αρχίζουν να χρησιμοποιούνται φούρνοι για την ξήρανση των τούβλων. Από εκείνη ακόμη την εποχή αρχίζει η τυποποίηση των διαστάσεων με πολύ απλά καλούπια (Χαλάφ του Ιράκ, 4000 π.χ.), που ήταν κουτιά, χωρίς πυθμένα, τα οποία τοποθετούνταν πάνω σε οριζόντια επιφάνεια και γεμίζονταν με πηλό, αναμεμειγμένο με άχυρα, κοπριά και μικρά κλαδιά. Αφού ξεραίνονταν στον ήλιο αποτελούσαν τελικά τους ωμοπλίνθους. Oι διαστάσεις των αρχαίων ωμοπλίνθων ήταν (σε cm):

14 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ - Βαβυλώνα : Ελλάδα : Ρώμη : Κατά την Βυζαντινή περίοδο αναπτύσσεται αξιοθαύμαστα η τεχνική της τοιχοποιίας με κονίαμα τον πηλό, από χώμα ή άμμο, με κονία την τίτανο ή αλλιώς άσβεστο ή χωρύγιο. Συνηθισμένη μεθοδολογία στερέωσης (δεσίματος) της τοιχοποιίας, από τους βυζαντινούς, ήταν η ιμάντωση, δηλαδή η ανά κανονικές υψομετρικές αποστάσεις (σαβάκια) παράθεση δύο ή τριών ξύλινων δοκών, διαστάσεων m ή m (χατίλια), παράλληλα με την κατά μήκος διεύθυνση του τοίχου, που συνδέονταν μεταξύ τους με ξύλινους συνδέσμους, τις κλάπες. Ως εσωτερικοί τοίχοι χρησιμοποιούνταν συχνά σύνθετες οπτοπλινθοδομές ή αμμοπλινθοδομές, με προσθήκη καλαμιών ή ξύλινων πηχίσκων. Στη Ρωμαϊκή και Βυζαντινή περίοδο τα τούβλα διακρίνονταν για την υψηλού βαθμού προτυποποίησή τους (σταθερότητα διαστάσεων, αντοχών, φυσικών ιδιοτήτων κ.λ.π.). Ιδιαίτερα διακρίνονταν για την αντοχή τους στον χρόνο. Η πορεία της τοιχοποιίας φθάνει προοδευτικά μέχρι την Αναγέννηση, κατά την εποχή της οποίας παρατηρείται μια χαρακτηριστική στασιμότητα. Γύρω στο 190, αρχίζει στην Ινδία συστηματική έρευνα για τις δυνατότητες της οπλισμένης τοιχοποιίας, που οδηγεί σε οικονομικά νέα συστήματα, φωτίζοντας με βασικές γνώσεις τη στατική συμπεριφορά της τοιχοποιίας. Ακολουθεί η Ευρώπη αργότερα (1940) τη σοβαρή μελέτη της φέρουσας τοιχοποιίας, που έχει ως αποτέλεσμα την εφαρμογή οικονομικών ορθολογικών υπολογισμών για κατασκευές από τοιχοποιίες. Η ανάπτυξη της έρευνας γύρω από την τοιχοποιία ήταν σημαντική, κατά την τελευταία εικοσαετία, κυρίως στις Η.Π.Α., με αποτέλεσμα τη σύνταξη Σύγχρονων Κανονισμών και Κωδίκων. Στην Ευρώπη παρατηρείται ανάλογη δραστηριότητα, που το 1989 κατέληξε στο πρώτο ευρέως αποδεκτό νομοθετικό πλαίσιο, δηλαδή τον Ευρωκώδικα 6 (EC6), ο οποίος δίνει τις αρχές υπολογισμού των τοιχοποιιών ως δομικών στοιχείων, όχι μόνο πλήρωσης, αλλά και του φέροντα οργανισμού των κτιρίων. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

15 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ 3 1. Κατηγορίες τοιχοποιιών Η κατάταξη των τοιχοποιιών ακολουθεί διάφορα κριτήρια όπως το υλικό, τη θέση, τη λειτουργία ή τον σκοπό, τον τρόπο δόμησης κ.λ.π.. Οι κυριότερες κατηγορίες που συναντώνται είναι : α) Ανάλογα με το υλικό δόμησης: Λιθοδομές : Ξηρολιθοδομές (ξηρολιθιές), που αποτελούνται από ακατέργαστους φυσικούς λλίθους, χωρίς τη χρήση συνδετικού κονιάματος. Αργολιξηρολιθοδομές, που αποτελούνται από τελείως ακατέργαστους ή ελαφρά κατεργασμένους φυσικούς λίθους., χωρίς τη χρήση συνδετικού κονιάματος Ημιλαξευτές ξηρολιθοδομές, που κατασκευάζονται με φυσικούς λίθους που έχουν υποστεί επεξεργασία στις έδρες και το πρόσωπο, ώστε να έχουν κανονικό σχήμα και διαστάσεις, χωρίς τη χρήση συνδετικού κονιάματος. Λαξευτές ξηρολιθοδομές, που κατασκευάζονται από πλήρως κατεργασμένους φυσικούς λίθους. Αργολιθοδομές,, που αποτελούνται από ακατέργαστους λίθους, με τη χρήση συνδετικού κονιάματος Ημιλαξευτές λιθοδομές, που αποτελούνται από τελείως ακατέργαστους ή ες ελαφρά κατεργασμένους λίθους Λαξευτές λιθοδομές, που κατασκευάζονται από πλήρως κατεργασμένους λ λίθους. Πλινθοδομές: Ωμοπλινθοδομές, αν το υλικό είναι ωμόπλινθοι, δηλαδή άψητες χωματόπλιθες Οπτοπλινθοδομές, όταν αποτελούνται από ψημένες (οπτές) πλίνθους. Συμπαγείς, με ή χωρίς σκάφη Διάτρητες, με κατακόρυφες οπές ή διάκενα Διάτρητες, με οριζόντιες οπές ή διάκενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

16 4 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ Τσιμεντοπλινθοδομές Γυψοπλινθοδομές, όταν τα λιθοσώματα είναι τσιμεντόλιθοι (τσιμεντόπλιθες) ή πλίθες από γύψο, αντίστοιχα. Μικτές τοιχοποιίες, που αποτελούνται από λιθοσώματα με διαφοτετικές ι- iiiiiδιότητες: Λιθοπλινθοδομές Ξυλόπηκτες τοιχοποιίες Σύνθετες τοιχοποιίες β) Ανάλογα με τον τρόπο δόμησης: Ανισόδομες τοιχοποιίες, όπου δεν υπάρχουν συνεχείς στρώσεις τοιχοσωμάτων σε oooόλη την έκταση της λιθοδομής και η ορατή επιφάνεια της πέτρας δεν έχει σχήμα oooορθογωνικό Ισόδομες τοιχοποιίες, όπου οι λίθοι έχουν ισομεγέθη, κανονικά, ορθογώνια pppπαραλληλεπίπεδα σχήματα. Έμπλεκτες τοιχοποιίες Δρομικές τοιχοποιίες Μπατικές τοιχοποιίες Υπερμπατικές τοιχοποιίες Ψαθωτές ή δικέλυφες τοιχοποιίες Τοιχοποιίες με αλυσοειδές ή σταυροειδές σύστημα (English bond) Τοιχοποιίες με μικτό σύστημα (Flimish bond) Οπλισμένες τοιχοποιίες γ) Ανάλογα με τη θέση τους στο κτίριο: Τοιχοποιίες εξωτερικές Τοιχοποιίες εσωτερικές (διαχωριστικές) δ) Ανάλογα με τον σκοπό και τη λειτουργία τους: Φέρουσες τοιχοποιίες, όταν προορίζονται να μεταφέρουν στο έδαφος κατακόρυφα ή και οριζόντια φορτία. Τοιχοποιίες πληρώσεως (διαχωριστικές), όταν δεν προορίζονται να μεταφέρουν ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

17 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ 5 φορτία, αλλά κατασκευάζονται για να διαμορφώσουν χώρους σε ένα οικοδόμημα. Συνδετικές τοιχοποιίες Ειδικές τοιχοποιίες (περίφραξης, αντιστήριξης κ.λ.π.) 1.3 Τοιχοποιίες από τεχνητούς λίθους Πρώτες ύλες Υλικά δόμησης Ανάλογα με το είδος των τεχνητών λίθων, οι τοιχοποιίες διακρίνονται σε ωμοπλινθοδομές, οπτοπλινθοδομές, τσιμεντοπλινθοδομές κ.ά.. Από αυτές κυρίαρχο ρόλο σήμερα έχουν οι οπτοπλινθοδομές. Οι πρώτες ύλες για τη δημιουργία οπτοπλίνθων (τούβλων) είναι η άργιλος, η άμμος και το νερό. Η άργιλος, από γεωλογική άποψη, είναι πέτρωμα μαλακό, κατακερματικής καταγωγής, προσχωσιγενές, προϊόν μακρόχρονης χημικής ή και μηχανικής αποσύνθεσης επιφανειακών πετρωμάτων. Η αργιλόμαζα, που χρησιμοποιείται για την παρασκευή των τούβλων, είναι σύνθετο υλικό, με βασικά συστατικά οξείδια πυριτίου και αργιλίου, ενώ σε μικρότερες ποσότητες ενυπάρχουν οξείδια του ασβεστίου, μαγνησίου, καλίου, νατρίου, τιτανίου κ.ά., καθώς και οργανικές ενώσεις. Η άμμος πρέπει να είναι λεπτής κοκκομετρικής σύνθεσης, πυριτική, απαλλαγμένη από ασβεστούχους κόκκους. Γενικά η αργιλόμαζα πρέπει να απαλλάσσεται από ασβεστούχα υλικά με θραύση σβώλων, γιατί υπάρχει κίνδυνος ασβεστοποίησης αυτών των σβώλων, κατά τη διαδικασία όπτησης, με πιθανότητα ρηγμάτωσης των τούβλων. Το νερό, που χρησιμοποιείται στα κονιάματα, πρέπει να είναι καθαρό και ελεύθερο επιβλαβών προσμίξεων, όπως τα οξέα, μερικά άλατα (π.χ. θειικά και χλωριούχα) και τα σάκχαρα. Το θαλασσινό νερό καλό είναι να αποφεύγεται, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις επιχρισμάτων, όπου τα άλατα μπορεί να διαλυθούν στο νερό της βροχής και να σχηματίσουν εξανθήματα. Η πλαστιμότητα, η περιεχόμενη υγρασία, η απορροφητικότητα, η συμπεριφορά κατά την ξήρανση της αργιλόμαζας, εξαρτώνται κυρίως από την ποσότητα και ην κατανομή των κόκκων, μεγέθους μικρότερου των μm. Μια ισοζυγισμένη κοκκομετρική σύνθεση εξασφαλίζει σταθερή και ομογενή αργιλόμαζα. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

18 6 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ εξασφαλίζει σταθερή και ομογενή αργιλόμαζα. Συμπερασματικά, η εμφάνιση και οι ιδιότητες μιας οπτοπλινθοδομής έχουν στενή σχέση με τα υλικά και τη διαδικασία παραγωγής οπτοπλίνθων. Ειδικότερα το χρώμα των οπτοπλίνθων εξαρτάται από τη σύνθεση της αργιλόμαζας και το περιεχόμενο ποσοστό μεταλλικών οξειδίων. Αποτελεί εξάλλου ένδειξη του βαθμού της αργιλικής μάζας (ανοιχτά χρώματα υποδηλώνουν ατελή όπτηση και πολύ σκούρα πιθανή υπερβολική όπτηση) και γενικότερα της ποιότητας και της αντοχής των τούβλων Διαδικασία παραγωγής Η διαδικασία παραγωγής των οπτοπλίνθων συνοπτικά είναι η ακόλουθη: Εντοπισμός της περιοχής όπου υπάρχουν μεγάλες ποσότητες αργιλόμαζας Δειγματοληπτικός, μακροσκοπικός και χημικός έλεγχος της καταλληλότητας της αργιλόμαζας Εξόρυξη αργίλου από διάφορες περιοχές και ανάμειξη, με στόχο την ομογενοποίηση και τη βελτίωση της ποιότητας της αργιλόμαζας Απομάκρυνση χονδρών και μικρών λίθων (φιλτράρισμα κοσκίνισμα) Άλεση και κονιοποίηση Ζύμωση του πηλού με προσθήκη της αναγκαίας ποσότητας νερού Σχηματοποίηση της αργιλόμαζας σε τεμάχια πλίνθων Ξήρανση τούβλων Εφυάλωση τούβλων Όπτηση τούβλων Σώρευση μεταφορά αποθήκευση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

19 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ Είδη Διαστάσεις Προδιαγραφές τούβλων Είδη τούβλων Η μορφή των τούβλων εξαρτάται από τα υλικά δόμησης και τον προορισμό τους στην κατασκευή. Έχουν κατά κανόνα πρισματική μορφή, με κυρίαρχο σχήμα εγγεγραμμένο σε ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο. Διακρίνονται σε : α) συμπαγή τούβλα, που έχουν οπές, αλλά εκπληρούν και τις δύο ακόλουθες συνθήκες, σύμφωνα με τους Ευρωπαϊκούς Κανονισμούς: το ποσοστό πλήρωσής τους είναι τουλάχιστον 75% της επιφανείας τους το πάχος των τοιχοσωμάτων των οπών υπερβαίνει τα 0mm (Σχ. 1.1α) β) διάτρητα τούβλα, που έχουν καθαρή επιφάνεια, χωρίς οπές, τουλάχιστον ίση με το 45% της μεικτής επιφανείας τους και πάχος τοιχοσωμάτων τουλάχιστον 10mm. Σύμφωνα με τον pren :001 και τις συστάσεις της UNIDO (1984), για την κατασκευή φερόντων τοίχων σε σεισμογενείς περιοχές, τα διάτρητα τούβλα πρέπει να έχουν κατακόρυφες οπές και χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή τουλάχιστον 5 MPa. Η χρήση οπτοπλίνθων, με οριζόντιες οπές, επιτρέπεται μόνο για διαχωριστικούς τοίχους. Το Εθνικό Κείμενο Εφαρμογής του Ευρωκώδικα 6 (1996), προδιαγράφει ελάχιστη θλιπτική αντοχή οπτοπλίνθων της τάξεως των.5 MPa και.0 MPa, για φόρτιση κάθετα και παράλληλα στην πλευρά έδρασης, αντίστοιχα. Διακρίνονται σε: διάτρητους οπτοπλίνθους με οριζόντιες οπές (παράλληλες προς την επιφάνεια έδρασης (Σχ 1.1β) και με κατακόρυφες οπές (κάθετες προς την επιφάνεια έδρασης (Σχ 1.1γ). Παλαιότερα στην Ελλάδα ο αριθμός των οπών ήταν συνήθως 6 ή 9 και τα τούβλα ονομάζονταν εξάοπα ή εννιάοπα, αντίστοιχα. Σήμερα υπάρχει ποικιλία τούβλων με διάφορους αριθμούς οπών. γ) τούβλα διαφόρων σχημάτων με ειδικές χρήσεις Σε διάφορες χώρες κυκλοφορούν και άλλες κατηγορίες και είδη οπτοπλίνθων, ανάλογα με τη θέση τους στην οικοδομή, τις ειδικές χρήσεις τους, το σχήμα τους, την αντοχή τους κ.λ.π.. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

20 8 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ αντοχή τους κ.λ.π.. (α) (β) (γ) Σχ. 1.1 Είδη τούβλων (α) συμπαγές (β) με οριζόντιες οπές και (γ) με κατακόρυφες οπές 1.4. Διαστάσεις τούβλων Είναι κοινώς αποδεκτό ότι η τυποποίηση αποτελεί προϋπόθεση για μία ορθολογική βιομηχανοποιημένη παραγωγή και μία εύστοχη οικονομοτεχνικά κατασκευή. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται ο περιορισμός της πανσπερμίας των διαστάσεων στα δομικά στοιχεία και η δυνατότητα εναλλακτικών χρήσεών τους στα κτίρια. Οι οπτόπλινθοι πρέπει να παράγονται σε τέτοιες διαστάσεις, ώστε αφενός να διευκολύνουν τη σωστή δόμηση των τοίχων και αφετέρου να συντελούν στη δημιουργία τυποποιημένων οικοδομικών μεγεθών. Το προσφορότερο σχήμα είναι το ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο, με διάσταση πλάτους ίση με το άνοιγμα της παλάμης και με τις υπόλοιπες διαστάσεις να ακολουθούν τον χρυσό κανόνα, δηλαδή μήκος διπλάσιο από το πλάτος και πλάτος διπλάσιο από το ύψος. Αν συμβολίσουμε μ το μήκος, π το πλάτος, υ το ύψος του οπτόπλινθου και t m το πάχος του αρμού (συνήθως 1 cm) ισχύουν οι σχέσεις: μ = π + t m (1.1) π = υ + t m (1.) από τις οποίες συνεπάγεται υ = μ 3 tm 4 (1.3) Οι διαστάσεις των ελληνικών τούβλων είναι ποικίλες και έτσι δεν μπορούν εύκολα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

21 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ 9 να ομαδοποιηθούν. Γενικά πάντως θα μπορούσαν να ταξινομηθούν σε: α) μικρά τούβλα (εξάοπα) με διαστάσεις (σε cm) και β) μεγάλα τούβλα (μπλόκια) με διαστάσεις (σε cm) ή30 Στα μεγάλα συγκαταλέγονται και οι γλώσσες με πλάτος 7-9 cm, μήκος 5-30 cm και ύψος 18 cm. Από τις διαστάσεις των οπτοπλίνθων καθορίζονται τα αντίστοιχα πάχη των τοίχων, που πρέπει να είναι πολλαπλάσια του πάχους των οπτοπλίνθων, δηλαδή : Π = λ π + (λ-1) t m (1.4) όπου : Π το πάχος του τοίχου λ ακέραιος αριθμός π πλάτος οπτόπλινθου t m αρμός (1 cm) Έτσι για λ = 1 για λ = για λ = 3 έχουμε δρομικό τοίχο έχουμε μπατικό τοίχο έχουμε υπερμπατικό τοίχο Προδιαγραφές τεχνητών λιθοσωμάτων Γενικά Είναι ευρέως αποδεκτό πως ένα μεγάλο μέρος των κακοτεχνιών των κατασκευών στην Ελλάδα οφείλεται στην έλλειψη προδιαγραφών. Οι πρώτες απόπειρες για θεσμοθέτηση εμφανίσθηκαν το 193, στο Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος, αλλά χωρίς συνέχεια και αποτέλεσμα. Μεταπολεμικά γίνονται προσπάθειες κατά τα έτη 195, 1955, 1960, 1968 και φθάνουμε στο 1976, όπου ιδρύεται ο Ελληνικός Οργανισμός Τυποποίησης (ΕΛΟΤ) με κύριο στόχο την εγκαθίδρυση και παραγωγή της τυποποίησης προϊόντων στην Ελλάδα. Για τα τούβλα πάντως δεν υπάρχουν νομοθετημένες προδιαγραφές στη χώρα μας. Το βασιλικό διάταγμα «Περί τυποποιήσεως οπτοπλίνθων» της , που καθόριζε τύπους ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

22 10 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ βασιλικό διάταγμα Περί τυποποιήσεως οπτοπλίνθων της , που καθόριζε τύπους και πρότυπες διαστάσεις οπτοπλίνθων, δεν εφαρμόστηκε ποτέ από τους παραγωγούς, με αποτέλεσμα να ατονήσει. Μια σοβαρή προσπάθεια γίνεται, το 1961, με τη σύνταξη σχεδίου με τίτλο πρότυπη προδιαγραφή (υπ αριθμ. Δ.Τ. 691,41/1961) Οπτοπλίνθων Τοιχοποιίας, καθόριζε δε τρεις τύπους : , και (οι διαστάσεις σε mm). Σημαντικός σταθμός στην πορεία της τυποποίησης των ελληνικών τούβλων υπήρξαν οι προδιαγραφές του ΤΕΕ ΤΟ 1977, για προδιαγραφές δειγματοληψίας και ελέγχου (ΕΝΟ 010/ΙΙ, Αυγ. 1977) και προδιαγραφές απαιτήσεων (ΕΝΟ 010/Ι, Απρ. 1978). Τέλος, η πλέον πρόσφατη και μοναδική, μέχρις στιγμής, με νομική ισχύ, προδιαγραφή είναι η Υπουργική Απόφαση Δ14/5358/ του ΥΠΕΧΩΔΕ με τίτλο Τούβλα Τοιχοποιίας, η οποία αναφέρεται στον τρόπο δειγματοληψίας και στις απαιτήσεις για αντοχή σε θλίψη, υδατοαπορροφητικότητα και δοκιμασία βρασμού. Ο ΕΛΟΤ, που αποτελεί μέλος του CEN (Ευρωπαικός Οργανισμός Τυποποίησης), προσπαθεί σήμερα να συντάξει ή να υιοθετήσει τις αναγκαίες προδιαγραφές για τους οπτόπλινθους. Οι προδιαγραφές δεν αφορούν μόνο τα είδη και τις διαστάσεις των οπτοπλίνθων, αλλά και μια σειρά άλλων βασικών ιδιοτήτων και λειτουργικών απαιτήσεων για τους οπτόπλινθους και τις τοιχοποιίες : φαινόμενο βάρος αντοχή σε θλίψη υδροαπορροφητικότητα μάζας αντοχή σε παγετό περιεκτικότητα σε άλατα εμφάνιση (χρώμα, επιφανειακή υφή κ.τ.λ.) χαρακτηριστικά πυραντίστασης χαρακτηριστικά θερμομόνωσης χαρακτηριστικά ηχομόνωσης ανθεκτικότητα στη χρήση και στο χρόνο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

23 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ Προδιαγραφές τεχνητών λιθοσωμάτων κατά τον EC 6 (pren :001) Τα τοιχοσώματα, αναλόγως του είδους τους (συμπαγή ή διάτρητα, μέγεθος και ποσοστό οπών κ.ά.) χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες: Ομάδα 1. Σε αυτή την ομάδα ανήκουν: α) τοιχοσώματα χωρίς οπές και εγκοπές ή εσοχές στις επιφάνειες διάστρωσης (έδρες) β) τοιχοσώματα με κατακόρυφες οπές, λιγότερες από 5% κατ όγκον και συγχρόνως με όγκο κάθε οπής μικρότερο από 1.5% του μεικτού όγκου του τοιχοσώματος. Τα φυσικά λιθοσώματα, ως μη έχοντα οπές, κατατάσσονται σε αυτή την ομάδα. Ομάδα. Σε αυτή την ομάδα ανήκουν τοιχοσώματα με κατακόρυφες οπές και αναλόγως του υλικού τους έχουμε: για αργιλικές οπτοπλίνθους: - το ποσοστό των κενών, κατ όγκον, κυμαίνεται μεταξύ 5% και 55% - κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 1% του όγκου του τοιχοσώματος και εεεσοχές συνολικά μέχρι 1.5% κατ όγκον - το πάχος του τοιχοσώματος των οπών είναι μεγαλύτερο από 5mm και του περιμετρικού τττοιχώματος ίσο με 8 mm. - το άθροισμα του πάχους των τοιχοσωμάτων των οπών, αλλά και του εξωτερικού τοτοιχώματος, μετρούμενο οριζοντίως και εγκαρσίως στο επίπεδο του τοίχου, δεν είναι πππουθενά μικρότερο από 16% του ολικού πλάτους του τοιχοσώματος. Για ασβεστοπυριτικά τοιχοσώματα : - το ποσοστό κατ όγκον κυμαίνεται μεταξύ 5% και 55% - κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 15% του όγκου του τοιχοσώματος και εσοχές συνολικά μέχρι 30% κατ όγκον - το πάχος του τοιχοσώματος των οπών είναι μεγαλύτερο από 5mm και του περιμετρικού τοιχώματος ίσο με 10 mm - το άθροισμα του πάχους των τοιχωμάτων των οπών, αλλά και του εξωτερικού τοιχώματττος, μετρούμενο οριζοντίως και εγκαρσίως στο επίπεδο του τοίχου, δεν είναι πουθενά ννμικρότερο από 0% του ολικού πλάτους του λιθοσώματος. Για τσιμεντοπλίνθους : - το ποσοστ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

24 1 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ - το ποσοστό κατ όγκον κυμαίνεται μεταξύ 5% και 50% - κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 15% του όγκου του τοιχοσώματος και εσοχές συνολικά μέχρι 30% κατ όγκον - το πάχος του τοιχοσώματος των οπών είναι μεγαλύτερο από 15mm και του περιμετρικού τοιχώματος ίσο με 0 mm - το άθροισμα του πάχους των τοιχωμάτων των οπών, αλλά και του εξωτερικού τττοιχώματος, μετρούμενο οριζοντίως και εγκαρσίως στο επίπεδο του τοίχου, δεν είναι,,,πουθενά,,,μικρότερο από 0% του ολικού πλάτους του τοιχοσώματος. Ομάδα 3. Σε αυτή την ομάδα αυτή ανήκουν λιθοσώματα με κατακόρυφες οπές και αναλόγως του υλικού τους έχουμε: για αργιλικές οπτοπλίνθους: - το ποσοστό κατ όγκον κυμαίνεται μεταξύ 55% και 70% - κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 1% του όγκου του τοιχοσώματος και,,,εσοχές συνολικά μέχρι 1.5% κατ όγκον - το πάχος του τοιχοσώματος των οπών είναι μεγαλύτερο από 3mm και του περιμετρικού,,,τοιχώματος ίσο με 6 mm - το άθροισμα του πάχους των τοιχωμάτων των οπών, αλλά και του εξωτερικού,,,,τοιχώματος, μετρούμενο οριζοντίως και εγκαρσίως στο επίπεδο του τοίχου, δεν είναι,,,,πουθενά μικρότερο από 1% του ολικού πλάτους του λιθοσώματος Για τσιμεντοπλίνθους: - το ποσοστό κατ όγκον κυμαίνεται μεταξύ 50% και 70% - κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 15% του όγκου του τοιχοσώματος και εσοχές συνολικά μέχρι 30% κατ όγκο - το πάχος του τοιχοσώματος των οπών είναι μεγαλύτερο από 15mm και του περιμετρικού τοιχώματος ίσο με 15 mm - το άθροισμα του πάχους των τοιχωμάτων των οπών, αλλά και του εξωτερικού τοιχώματος, μετρούμενο οριζοντίως και εγκαρσίως στο επίπεδο του τοίχου, δεν είναι πουθενά μικρότερο από 15% του ολικού πλάτους του λιθοσώματος. Ομάδα 4. Σε αυτή την ομάδα ανήκουν τοιχοσώματα με οριζόντιες οπές και αναλόγως του υλικού τους έχουμε: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

25 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ 13 για αργιλικά τοιχοσώματα: - κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο ή ίσο με το 8% του όγκου του τοιχοσώματος και εσοχές μέχρι 5% κατ όγκον - το πάχος του τοιχοσώματος των οπών είναι μεγαλύτερο ή ίσο με 6mm και του περιμετρικού τοιχώματος ίσο με 8 mm. Για τσιμεντοπλίνθους: - κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από το 5% του όγκου του τοιχοσώματος - το πάχος του τοιχοσώματος των οπών είναι μεγαλύτερο από 0mm και του περιμετρικού τοιχώματος ίσο με 0 mm 1.5 Κονιάματα Επιχρίσματα Κονιάματα Αν και τα κονιάματα αντιστοιχούν μόνο σε μία αναλογία 7% του όγκου της συνολικής τοιχοποιίας, έχουν μια σημαντική λειτουργία, που δεν αφορά μόνο στη σύνδεση των διαφόρων οπτοπλίνθων μεταξύ τους, αλλά και στην αντίσταση στη θερμότητα και την υγρασία. Κονίαμα ονομάζεται το μείγμα που αποτελείται από λεπτόκοκκα αδρανή (μέγιστη διάμετρος κόκκου αδρανούς 4 mm), κονίες, ως συνδετική ύλη και νερό επεξεργασίας, έχει δε βασική ιδιότητα να σκληρύνεται με τον χρόνο, ενώ κατά την διάρκεια της δόμησης έχει ρευστή μορφή. Κονίες ονομάζονται τα συνδετικά υλικά, τα οποία παρέχονται σε στερεή κατάσταση, σε μορφή σκόνης, διαλύματος ή αιωρήματος. Όταν υποστούν ανάμειξη και κατεργασία με ένα ρευστό μέσο, συνήθως νερό, γίνονται εύπλαστα και αποκτούν συγκολλητικές ιδιότητες. Η πήξη της κονίας, που συνίσταται στη μεταβολή του ιξώδους της και στη μετάπτωση από μια ημίρρευστη κατάσταση σε κατάσταση αναλλοίωτου σχήματος, έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των μηχανικών αντοχών, η οποία ολοκληρώνεται με την πάροδο του χρόνου και την επίδραση διαφόρων φυσικοχημικών φαινομένων. Οι κονίες διακρίνονται σε : α) αερικές, που υφίστανται πήξη και σκλήρυνση στον ατμοσφαιρικό αέρα, συντηρούνται δε στο περιβάλλον του. Παραδείγματα τέτοιων κονιών είναι οι πηλοί, η ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

26 14 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ συντηρούνται δε στο περιβάλλον του. Παραδείγματα τέτοιων κονιών είναι οι πηλοί, η άσβεστος, η γύψος, η μαγνησιακή κονία κ.ά.. β) υδραυλικές κονίες, που υφίστανται πήξη και σκλήρυνση ακόμη και στο νερό ή σε υγρό περιβάλλον, όπως η υδραυλική άσβεστος, η ρωμαϊκή κονία, το φυσικό τσιμέντο, η τεχνητή κονία Portland, τα ποζολανικά τσιμέντα, η θηραϊκή γη κ.ά Κατηγορίες κονιαμάτων Ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη κονία, τα κονιάματα διακρίνονται σε : α) αερικά κονιάματα (ασβεστοκονίαμα, πηλοκονίαμα, ασβεστομαρμαροκονίαμα) β) υδραυλικά κονιάματα (τσιμεντοκονιάματα) γ) οργανικά κονιάματα (πλαστικά κονιάματα) δ) ειδικά κονιάματα (κόλλες) Ανάλογα με τη μηχανική αντοχή τους διακρίνονται σε : α) χαμηλής αντοχής, δηλαδή κονιάματα με καμία απαίτηση αντοχής (πηλοκονίαμα, αααααααασβεστοκονίαμα κ.λ.π.) β) μέσης αντοχής, δηλαδή κονιάματα με αντοχή 5 Kg/cm περίπου (ασβεστοααααααατσιμεντοκονίαμα κ.λ.π.) γ) υψηλής αντοχής, δηλαδή κονιάματα με αντοχή 100 Kg/cm περίπου νννννννν(τσιμεντοκονίαμα, οργανικό κονίαμα κ.λ.π.) Βασικοί παράγοντες της ποιότητας του κονιάματος είναι η κοκκομετρική διαβάθμιση της άμμου (ώστε να επιτυγχάνεται ο μικρότερος δυνατός όγκος κενών), η κατάλληλη αναλογία της ποσότητας της κονίας προς την άμμο, η μορφή των κόκκων της άμμου και το ποσοστό του νερού της επεξεργασίας. Τα κονιάματα χρησιμοποιούνται γενικά ως συνδετικά υλικά, ως πρώτες ύλες για την κατασκευή τεχνητών λίθων, ως επικαλυπτικά και ως μονωτικά υλικά. Ο έλεγχος καταλληλότητας ενός κονιάματος αφορά την αντοχή σε θλίψη και εφελκυσμό, την εργασιμότητά του, την ικανότητα συγκράτησης του νερού της επεξεργασίας και τις αναλογίες σύνθεσης. Με πρόσθετα επιτυγχάνεται βελτίωση των ιδιοτήτων των κονιαμάτων. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

27 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ 15 ιδιοτήτων των κονιαμάτων. Τα συνηθέστερα κονιάματα που χρησιμοποιούνται στο χτίσιμο είναι τα ασβεστοκονιάματα, τα τσιμεντοκονιάματα, τα ασβεστοτσιμεντοκονιάματα και τα μαρμαροκονιάματα Παρασκευή, δόμηση, ιδιότητες κονιαμάτων Η ανάμειξη των υλικών για την παρασκευή ενός κονιάματος γίνεται είτε μηχανικά (μικρές μπετονιέρες) είτε με τα χέρια. Για να αποφευχθεί το γρήγορο στέγνωμα του κονιάματος, οι οπτόπλινθοι, οι πέτρες ή άλλα υλικά της τοιχοποιίας πρέπει, ανάλογα με την απορροφητικότητά τους και την θερμοκρασία του περιβάλλοντος, να καταβρέχονται προηγουμένως, ώστε να προκύψει απόλυτη πρόσφυση με το κονίαμα. Σε περίπτωση θερμοκρασίας περιβάλλοντος κατώτερης των 4 o C, πρέπει να διακόπτεται κάθε εργασία παρασκευής και χρήσης κονιάματος. Τα κονιάματα έχουν πολλαπλές επιδράσεις στην τοιχοποιία και σχετίζονται με: Επίδραση στη διεξαγωγή και την αποτελεσματικότητα των εργασιών Ένα καλής ποιότητας κονίαμα (π.χ. τσιμεντοκονίαμα) διευκολύνει την διεργασία δόμησης και μειώνει τον χρόνο κατασκευής. Αντοχή των κονιαμάτων Η αντοχή των κονιαμάτων επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την αντοχή των τοιχοποιιών. Υπερβολική όμως αντοχή κονιάματος μπορεί να προκαλέσει ρηγματώσεις λόγω συστολής. Αντίσταση σε παγετό Ο μεγαλύτερος κίνδυνος από παγετό υφίσταται στο στάδιο του κτισίματος, οπότε απαιτείται επαρκής μόνωση και προστασία. Δημιουργία ρωγμών Ισχυρά κονιάματα μπορεί να προκαλέσουν ρηγματώσεις κατά τις κινήσεις της τοιχοποιίας. Αντίθετα μαλακότερα κονιάματα, έχοντας μεγαλύτερη ευκαμψία, παρουσιάζουν μόνο τριχοειδείς ρωγμές. Δημιουργία εξανθημάτων Εξανθήματα ενδέχεται να εμφανιστούν από διαλυτά άλατα. Ο κίνδυνος προέρχεται από την άμμο και για αυτό πρέπει να αποφεύγεται η χρήση θαλάσσιας άμμου. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

28 16 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ Χρώμα τοιχοποιίας Το κονίαμα επηρεάζει σημαντικά το τελικό χρώμα της τοιχοποιίας. Πρέπει να σημειωθεί ότι και εδώ η εκλογή της άμμου έχει καθοριστικό ρόλο. Μεταβολές όγκου κονιάματος Αυτές μπορεί να προκύψουν από τη διαδικασία παραγωγής του, τους κύκλους ύγρανσης ξήρανσης, τη μεταβολή θερμοκρασίας ή από συστατικά που παρουσιάζουν χημικές διαστολές. Ανθεκτικότητα σε χρόνο και καιρικές συνθήκες Κονιάματα με υψηλή αντοχή σε θλίψη έχουν μεγάλη ανθεκτικότητα στο χρόνο. Η σημαντικότερη όμως απειλή για την ανθεκτικότητα του κονιάματος στο χρόνο είναι η διαστολή του νερού λόγω παγετού. Συνάφεια Η συνάφεια είναι μία από τις σημαντικότερες ιδιότητες του κονιάματος μιας τοιχοποιίας. Η τάση και η έκταση της συνάφειας εξαρτώνται από τα υλικά και τον τρόπο δόμησης. Οπτόπλινθοι με πορώδη ή μη λεία επιφάνεια είναι δεκτικά ρευστών κονιαμάτων και παρουσιάζουν αυξημένη πρόσφυση. Αντοχή σε θλίψη Η αντοχή του κονιάματος σε θλίψη δεν είναι τόσο σημαντική όσο η συνάφεια. Συνήθως απαιτούνται αντοχές σε θλίψη που δεν υπερβαίνουν τα.5-5 ΜPa. Έτσι χρησιμοποιούνται κονιάματα με μειωμένες, αλλά εντός των επιτρεπομένων ορίων, αντοχές θλίψης, που παρουσιάζουν μεγαλύτερα πλεονεκτήματα για τον τοίχο. Κονιάματα π.χ. με μεγάλη περιεκτικότητα ασβέστου αυξάνουν την πλαστικότητα και την εργασιμότητα. Αντίθετα ισχυρά κονιάματα, όπως τα τσιμεντοκονιάματα, μπορούν να προκαλέσουν ρηγματώσεις στην τοιχοποιία Επιχρίσματα Τα επιχρίσματα (σοβάδες) είναι δομικά στοιχεία αποτελούμενα κυρίως από στρώσεις κονιάματος, που χρησιμοποιούνται για την επικάλυψη τοίχων και οροφών. Η χρήση τους είναι είτε ως επιπεδωτικής στρώσης για αισθητικούς λόγους, είτε ως προστατευτικού στρώματος έναντι της υγρασίας, του ψύχους, του θορύβου και της φωτιάς. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

29 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ Είδη επιχρισμάτων Τα επιχρίσματα ανάλογα με τη θέση τους στην οικοδομή χωρίζονται σε εσωτερικά και εξωτερικά. Ανάλογα με τη σύνθεση τους διακρίνονται σε τσιμεντοκονιάματα, ασβεστοκονιάματα κ.λ.π. Ανάλογα με τον χώρο παρασκευή τους διακρίνονται σε έτοιμα εργοστασιακά και «επί τόπου» εργοταξιακά. Τέλος, ανάλογα με την αποστολή τους χωρίζονται σε στεγανά, θερμομονωτικά, ηχομονωτικά και πυράντοχα Επιχρίσματα και υγρασία Σε περίπτωση υγρασίας, ανάλογα με τη λειτουργία τους, τα επιχρίσματα χωρίζονται σε : - ανθυγραντικά επιχρίσματα, των οποίων η χρήση συνίσταται μόνο στα εξωτερικά τοιχώματα υπογείων χώρων, όπου δεν υπάρχουν σημαντικές ατμοσφαιρικές μεταβολές - απορροφητικά ή αντισυμπυκνωτικά επιχρίσματα, που προσφέρονται για εσωτερικά τοιχώματα Κανόνες εφαρμογής των επιχρισμάτων Για την σωστή εφαρμογή των επιχρισμάτων, ανεξάρτητα από το είδος και την θέση της τοιχοποιίας, ισχύουν οι παρακάτω κανόνες : Το επίχρισμα πρέπει να τοποθετείται αφού ξεραθεί καλά το κονίαμα της τοιχοποιίας και πάρει την οριστική του θέση, ώστε να μη δημιουργηθούν αργότερα ρωγμές Καλύτερες εποχές για την κατασκευή επιχρισμάτων είναι η άνοιξη και το φθινόπωρο, εποχές που δεν παρουσιάζουν υπερβολικές ζέστες, ούτε όμως και παγωνιές Πριν από την επίστρωση του επιχρίσματος πρέπει να γίνεται καλό καθάρισμα του τοίχου από τα ξένα δώματα και βρέξιμό του, ώστε το πρώτο στρώμα να γίνεται σε υγρή επιφάνεια ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

30 18 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ Πρέπει να αποφεύγεται η θαλάσσια άμμος, λόγω των αλάτων που περιέχει ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

31 19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ.1 Γενικά Παρά το γεγονός ότι η τοιχοποιία αποτελεί ένα από τα αρχαιότερα δομικά στοιχεία, οι γνώσεις για την μηχανική συμπεριφορά των κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία είναι περιορισμένες. Αξίζει να σημειωθεί ότι μέχρι τις αρχές του αιώνα μας ο σχεδιασμός των κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία ήταν εμπειρικός. Τις τελευταίες όμως δεκαετίες έχουν αναπτυχθεί αξιόλογες ερευνητικές προσπάθειες σχετικά με τη συμπεριφορά, χρήση και βελτίωση της τοιχοποιίας, με αποτέλεσμα να ανακτά σταδιακά ένα επίπεδο αξιοπιστίας. Τα πλεονεκτήματα της τοιχοποιίας από δομική άποψη είναι το χαμηλό κόστος, η ευκολότερη προστασία έναντι πυρκαγιάς, θερμοκρασίας και ήχου, η ταχύτητα και ευκολία στην κατασκευή, η πολύ καλή αισθητική και ανθεκτικότητα στον χρόνο. Ανάμεσα στα μειονεκτήματά της θα μπορούσαν να αναφερθούν η ψαθυρή φύση της και η μικρότερη αντοχή της (σε σχέση με το σκυρόδεμα).. Λειτουργία της φέρουσας τοιχοποιίας Οι φέροντες τοίχοι θεωρούνται ως συνεχή κατακόρυφα στοιχεία, που στηρίζονται στο σύστημα των πατωμάτων, το οποίο με τη σειρά του μεταφέρει σε αυτούς κατακόρυφα κινητά και νεκρά φορτία. Τα φορτία βαρύτητας και οι πλάγιες ωθήσεις, που επενεργούν από τη μία πλευρά ενός εξωτερικού τοίχου, δημιουργούν μία ροπή. Καθώς τα κατακόρυφα φορτία είναι αντίθετα από την τάση αυτής της καμπτικής ροπής, οι βασικές εσωτερικές δυνάμεις, που καθορίζουν τη φέρουσα αντοχή της τοιχοποιίας, είναι η θλίψη και η διάτμηση.

32 0 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Η διατμητική αντοχή της τοιχοποιίας αναφέρεται σε οριζόντιες φορτίσεις όπως άνεμάνεμος, σεισμός κ.λ.π.. Διακρίνεται σε τρία είδη αστοχίας : α) αστοχία των συνδέσμων με πρόκληση βαθμιδωτών ρωγμών β) αστοχία των μονάδων με διαμπερείς ρωγμές γ) αστοχία λόγω θλίψης Η καμπτική αντοχή της τοιχοποιίας διακρίνεται σε : α) καμπτική αντοχή σε κάθετη διεύθυνση, που εξαρτάται κυρίως από την αντοχή ττττττττ των συνδέσμων (κονιαμάτων) β) καμπτική αντοχή σε οριζόντια διεύθυνση, που εξαρτάται κυρίως από την αντοχή ττττττττ των τοιχοσωμάτων.3 Η άοπλη τοιχοποιία Η μηχανική συμπεριφορά της άοπλης τοιχοποιίας επηρεάζεται σημαντικά από τη διεύθυνση φόρτισης σε σχέση με τη διεύθυνση των αρμών. Έτσι παρουσιάζει ικανοποιητική αντοχή σε θλίψη και χαμηλή σε εφελκυσμό και διάτμηση. Η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας εξαρτάται από : Τα χαρακτηριστικά των λιθοσωμάτων, δηλαδή από την αντοχή, τον τύπο τους και τη γεωμετρία τους (συμπαγή, διάτρητα, είδος και ποσοστό οπών, σχετικό ύψος) και την υδατοαπορροφητικότητά τους. Τα χαρακτηριστικά του κονιάματος, δηλαδή την αντοχή και σύνθεση του μείγματος (λόγος νερού προς τσιμέντο, συγκράτηση ύδατος), το σχετικό πάχος του κονιάματος σε σχέση με το λιθόσωμα και τη σχετική παραμόρφωση των δύο υλικών. Τις συνθήκες που επικρατούν στην τοιχοποιία, δηλαδή τον τρόπο εμπλοκής των λιθοσωμάτων, τη διεύθυνση φόρτισης, τις τοπικές αυξήσεις τάσεων, τον τρόπο επιβολής του φορτίου, κ.ά.. Το υλικό και το πάχος του αρμού. Έχει παρατηρηθεί ότι όσο ο λόγος του πάχους του αρμού προς το ύψος των τοιχοσωμάτων αυξάνεται, τόσο το λιθόσωμα τείνει να αστοχήσει εξαιτίας πλευρικής ολίσθησης λόγω των παραμορφώσεων του υλικού του αρμού. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

33 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 1 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες όσον αναφορά : - Συγκεντρωμένα φορτία, των οποίων η επίδραση εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως τον λόγο της φορτιζόμενης επιφάνειας προς το μήκος του τοίχου, τη θέση του φορτίου κατά μήκος του τοίχου, τον τρόπο επιβολής του φορτίου κατά το πάχος του τοίχου, του τύπο και το υλικό της τοιχοποιίας, τον λόγο του ύψους προς το μήκος και το πάχος του τοίχου και τον αριθμό των συγκεντρωμένων φορτίων. - Εγκοπές στο σώμα του τοίχου, που είναι ιδιαίτερα επιβλαβείς σε λεπτούς τοίχους και κυρίως όταν έχουν οριζόντια ή διαγώνια διεύθυνση, οπότε επηρεάζουν μεγάλο μέρος του τοίχου. Την ποιότητα κατασκευής, καθώς η τοιχοποιία κατασκευάζεται επί τόπου του έργου από εργατοτεχνικό προσωπικό (του οποίου η εμπειρία ποικίλει), υπό διάφορες κλιματολογικές συνθήκες, με υλικά που μπορεί να μην πληρούν της προδιαγραφές της πολιτείας (αν υπάρχουν). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η αντοχή της να διαφέρει ανάλογα με αυτούς τους παράγοντες..3.1 Προσδιορισμός αντοχής τοιχοποιίας Ένα μεγάλο πλήθος παραγόντων, που αναφέρθηκε παραπάνω, επηρεάζει την θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας. Έτσι, δεν είναι εύκολος ο ακριβής προσδιορισμός της και γι αυτό έχουν πραγματοποιηθεί ένα πλήθος πειραμάτων. Ωστόσο σπανίως είναι δυνατό να αντιστοιχηθούν τα στοιχεία μιας πραγματικής τοιχοποιίας με αυτά των πειραματικών δεδομένων. Είναι προφανές ότι η αντοχή ενός τοίχου διαφέρει από εκείνη ενός δοκιμίου από τα ίδια υλικά, καθώς η λυγηρότητα, η ποιότητα κατασκευής (εξασφάλιση καθετότητας, καλή πλήρωση των αρμών) και οι οριακές συνθήκες (π.χ. ύπαρξη εγκαρσίων τοίχων και πλακών στους πραγματικούς τοίχους) απέχουν για τις δύο περιπτώσεις, επηρεάζοντας σημαντικά την αντοχή. Επομένως απαιτείται μια σχέση για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αντοχής, που θα λαμβάνει υπόψη αυτούς τους παράγοντες. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

34 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Προσδιορισμός θλιπτικής αντοχής τοιχοποιίας Οι παράγοντες που επηρεάζουν την θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας και αναφέρθηκαν εν συντομία παραπάνω, καθιστούν δύσκολο τον ακριβή προσδιορισμό της. Έτσι, έχουν πραγματοτοποιηθεί και πραγματοποιούνται πλήθος πειραμάτων. Όμως, όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, σπανίως μπορούν να αντιστοιχηθούν τα στοιχεία μιας πραγματικής τοιχοποιίας με εκείνα των πειραματικών δεδομένων. Έτσι, απαιτείται μια σχέση για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αντοχής, που θα λαμβάνει κατά το δυνατό υπόψη όλους τους παράγοντες. Υπολογισμός της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας σύμφωνα με τον Τάσιο (1986) Ο Τάσιος (1986) προτείνει την ακόλουθη ημιεμπειρική σχέση : f wc = 3 f bc -a + m f mc (MPa) (.1) όπου: f bc η θλιπτική αντοχή του τοιχοσώματος f mc a η μέση θλιπτική αντοχή του κονιάματος μειωτικός συντελεστής για τοιχοποιία από φυσικούς λίθους, που κυμαίνεται από από για λαξευμένες πέτρες μέχρι.5 για κροκάλες (για τεχνητούς λίθους α = 0) = m συντελεστής που λαμβάνει υπόψη την συνεισφορά του κονιάματος στην αντοχή και και είναι β = 0.5 για λιθοδομή και β = 0.1 για οπτοπλινθοδομή Στις περιπτώσεις που το ποσοστό κονιάματος είναι σημαντικό, τότε υπολογίζεται μια μειωμένη θλιπτική αντοχή από την ακόλουθη σχέση : ' f wc ξ f wc (.) με 1 ξ (k k ο ) (.3) όπου : k το ποσοστό κατ όγκο του κονιάματος στην τοιχοποιία k ο το μέγιστο ποσοστό κονιάματος, που θεωρείται ότι δεν προκαλεί μείωση της αντοχής το του τοίχου και εξαρτάται από το είδος της τοιχοποιίας Είναι k ο = 0.3 για αργολιθοδομή και οπτοπλινθοδομή, 0. για ημιλαξευμένη και 0.1 για για λαξεμένη λιθοδομή ΚΕΦΑΛΑΙΟ

35 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 3 για λαξεμένη λιθοδομή. Επίσης με βάση τη θεωρία του Francis ο Τάσιος προτείνει την ακόλουθη σχέση : όπου: f f α = t m /t b wc bc β = E m /E b τοιχος λ b = f bt /f bc v = 1 α( ν m βν b ) (.4) 1 + λ(1 + αβ ν αβν ) m ο λόγος πάχος αρμού προς ύψος τοιχοσώματος b ο λόγος του μέτρου ελαστικότητας του κονιάματος προς το αντίστοιχο του τοιχοσώματος ο λόγος της εφελκυστικής προς τη θλιπτική αντοχή του τοιχοσώματος ο συντελεστής Poisson, που μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: v f c (.5) του ο στην οποία f c είναι η θλιπτική αντοχή του υλικού (κονίαμα ή τοιχοποιία), του οποίου ο συντελεστής ζητείται. Στο Σχ..1 φαίνεται η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας, όπως αυτή προκύπτει από εφαρμογή της ανωτέρω σχέσης, συναρτήσει του συντελεστή α, ενώ στο Σχ.. συναρτήσει των αντοχών τοιχοσώματος και κονιάματος σε σύγκριση με ανάλογα πειραματικά αποτελέσματα του Hendry (Τάσιος 199). Σχ..1 Επίδραση του λόγου πάχος αρμού / ύψος τοιχοσώματος στη θλιπτική αντοχή της τοιχοπο τοιχοποιίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ

36 4 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ αντοχή τοιχοποιίας [MPa] Αριθμ. Εφαρμογή Hendry 1981 αντοχή λιθοσώματος, f bc [MPa] Σχ.. Θεωρητική θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας συναρτήσει των αντοχών τοιχοσώματος τήσει τα κονιάματος (.(και Θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας κατά τον EC 6 (pren :001) Κατά τον Ευρωκώδικα 6 (pren :001) η χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή f wk της άοπλης τοιχοποιίας, από κονίαμα γενικής χρήσης με πληρωμένους τους κατακόρυφους αρμούς υπολογίζεται από την σχέση : 0.3 f wk = K f b f m (MPa) (.6) και εάν χρησιμοποιείται κονίαμα λεπτής στρώσης από την σχέση : 0.85 f wk = K f b (MPa) (.7) όπου : K συντελεστής εξαρτώμενος από τον τύπο των τοιχοσωμάτων και του κονιάματος. Τιμές του δίδονται στον Πίν..1 f b η ανηγμένη αντοχή των τοιχοσωμάτων f m η μέση θλιπτική αντοχή του συνδετικού κονιάματος Οι ανωτέρω σχέσεις ισχύουν υπό τις κάτωθι προϋποθέσεις : Η f b δε θα ληφθεί μεγαλύτερη από 75 MPa, όταν χρησιμοποιείται κονίαμα γενικής χρήσης Η f b δε θα ληφθεί μεγαλύτερη από 50 MPa, όταν χρησιμοποιείται κονίαμα λεπτής στρώσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ

37 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 5 Η f m δε θα ληφθεί μεγαλύτερη από 0 MPa ούτε μεγαλύτερη από f b για κονίαμα γενικής χρήσης Η f m δε θα ληφθεί μεγαλύτερη από 10 MPa για κονίαμα λεπτής στρώσης Η f m δε θα ληφθεί μεγαλύτερη από 5 MPa για ελαφροβαρές κονίαμα Η τοιχοποιία κατασκευάζεται σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κανονισμού Οι αρμοί ικανοποιούν τις απαιτήσεις για να είναι πληρωμένοι Το πάχος της τοιχοποιίας σχηματίζεται έτσι ώστε να μην υπάρχει πουθενά κατακόρυφος αρμός Εάν υπάρχει κατακόρυφος αρμός κατά το πάχος της τοιχοποιίας, οι τιμές του K που λαμβάνονται από τον Πίνακα.1, πρέπει να πολλαπλασιάζονται με Για τον ορθό προσδιορισμό των συντελεστών της ανωτέρω σχέσης, είναι απαραίτητα η παράθεση των ορισμών και παραμέτρων, όπως ορίζονται στον EC6 : Χαρακτηριστική θλιπτική της τοιχοποιίας f wc είναι η αντοχή της τοιχοποιίας υπό θλιπτικό φορτίο, χωρίς τον υπολογισμό τη επίδρασης της εκκεντρότητας της φόρτισης, της λυγηρότητας του δοκιμίου και των συνθηκών παρεμπόδισης της παραμόρφωσης που επιφέρει η συσκευή ελέγχου. Θλιπτική αντοχή τοιχοσωμάτων f bc είναι η μέση θλιπτική αντοχή ορισμένου αριθμού τοιχοσωμάτων. Ανηγμένη θλιπτική αντοχή τοιχοσωμάτων f b είναι η θλιπτική αντοχή των τοιχοσωμάτων μετατρεπομένη σε ισοδύναμο τοιχόσωμα διαστάσεων 100 mm πλάτος και 100 mm ύψος. Θλιπτική αντοχή κονιάματος f mc είναι η μέση θλιπτική αντοχή 8 ημερών ορισμένου αριθμού δοκιμίων από κονίαμα. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή αναφέρεται μόνο στην τοιχοποιία, ενώ στο κονίαμα και τα τοιχοσώματα αναφέρεται μόνο η μέση θλιπτική αντοχή. για τον προσδιορισμό της χαρακτηριστικής αντοχής από μικρό αριθμό δοκιμίων (ελάχιστο τρία) έχει προταθεί ως χαρακτηριστική αντοχή να λαμβάνεται η μικρότερη από : α) τη μικρότερη τιμή της θλιπτικής αντοχής και β) τη μέση τιμή των δοκιμίων διαιρούμενη με το 1., δηλαδή για τρία δοκίμια θα είναι : f wc1 + f wc + f wc3 f wk = min min( f wc1, f wc, f wc3 ), (.8) 3 1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

38 6 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Η ανηγμένη θλιπτική αντοχή του τοιχοσώματος f b δίδεται από την σχέση : f b = δ f bc (.9) όπου : f bc η θλιπτική αντοχή του τοιχοσώματος δ συντελεστής αναγωγής συναρτήσει του ύψους και της ελάχιστης από τις άλλες δύο διαστάσεις του, ο οποίος δίδεται από τον Πίνακα. Η σχέση.6 ισχύει και για τοιχοσώματα της Ομάδας 1 και 4, που έχουν τη μορφή του σχήματος.1, με τις κατωτέρω προϋποθέσεις : Το πλάτος κάθε λωρίδας κονιάματος είναι 30 mm ή περισσότερο Το πάχος της τοιχοποιίας σχηματίζεται από ένα τοιχόσωμα Ισχύει g/t w 0.8 όπου : g το συνολικό πλάτος των λωρίδων κονιάματος t w το πάχος του τοίχου Για τοιχοσώματα της Ομάδας, της μορφής αυτών του Σχ..3, ισχύει η ίδια σχέση, αλλά πρέπει να καθορισθεί η ανηγμένη αντοχή των τοιχοσωμάτων από πειραματικούς ελέγχους σε δοκίμια που δε θα έχουν λωρίδες κονιάματος πλατύτερες από όσο θα κατασκευαστούν στον πραγματικό τοίχο, αλλά να αναχθεί η αντοχή του τοιχοσώματος στη μεικτή επιφάνειά του. κονίαμα t ΤΟΜΗ Σχ..3 Τοίχος από τοιχοσώματα ειδικής μορφής ΚΕΦΑΛΑΙΟ

39 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 7 Πίνακας.1 Τιμές του μειωτικού συντελεστή K Τοιχόσωμα Αργιλικό Πυρητικού ασβεστίου Από σκυρόδεμα Αυτόκλειστο Κυψελωτό σκυρόδεμα Βιομηχανική πέτρα Λαξεμένη Φυσική πέτρα Κονίαμα γενικής Κονίαμα λεπτής Ελαφροβαρές κονίαμα Πυκνότητας χρήσης στρώσης 600<ρ <ρ 1500 Kg/m 3 Kg/m 3 Ομάδα Ομάδα Ομάδα Ομάδα Δε χρησι- Δε χρησι- Δε χρησιμοποιείται μοποιείται μοποιείται Ομάδα Δε χρησι- Δε χρησι- Ομάδα μοποιείται Δε χρησι- Μοποιείται Ομάδα Ομάδα Ομάδα Ομάδα Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Ομάδα Ομάδα Ομάδα Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται μοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Δε χρησιμοποιείται Πίνακας. Συντελεστής αναγωγής δ Ύψος τοιχοσώματος [mm] Ελάχιστη οριζόντια διάσταση [mm] ΚΕΦΑΛΑΙΟ

40 8 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Η θλιπτική αντοχή σχεδιασμού f wd δίδεται από τη σχέση : f wd = fwk γ m (.10) όπου : f wk η χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή γ m ο επιμέρους συντελεστής ασφαλείας για την τοιχοποιία (δίδεται στον Πίν..3) Επειδή, όπως έχει ήδη αναφερθεί, η ποιότητα κτισίματος της τοιχοποιίας επηρεάζει την αντοχή της, ο παράγοντας αυτός ελήφθη υπόψη στον επιμέρους συντελεστή ασφαλείας για την τοιχοποιία. Έτσι, ορίζονται πέντε κατηγορίες ελέγχου της δόμησης της τοιχοποιίας (ουσιαστικά πέντε επίπεδα ποιότητας) και δύο κατηγορίες της παραγωγής των τοιχοσωμάτων και αναλόγως του συνδυασμού τους, καθορίζεται ο επιμέρους συντελεστής ασφάλειας γ m για την τοιχοποιία, σύμφωνα με τον Πίνακα.3. Πίνακας.3 Επιμέρους συντελεστές για την τοιχοποιία γ m Υλικό Κατηγορία ελέγχου της δόμησης Τοιχοσώματα : Κατηγορίας Ι και κονίαμα με προδιαγραφόμενη σύνθεση Κατηγορίας Ι και έτοιμο κονίαμα Κατηγορίας ΙΙ και οποιοδήποτε κονίαμα Αγκυρώσεις χάλυβα οπλισμού Χάλυβας οπλισμού και προέντασης 1.15 Δευτερεύοντα στοιχεία (προσαρτήματα) Ανώφλια κατά το πρότυπο ΕΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

41 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 9 Οι κατηγορίες ελέγχου της παραγωγής των λιθοσωμάτων είναι : Κατηγορία Ι μπορεί να υποτεθεί όταν ο παραγωγός συμφωνεί να προμηθεύει λιθοσώματα καθορισμένης θλιπτικής αντοχής και εφαρμόζει σύστημα ελέγχου, που αποδεικνύει ότι η μέση θλιπτική αντοχή, κάθε παρτίδας, έχει πιθανότητα μικρότερη από 5% να υπολείπεται της καθορισμένης θλιπτικής αντοχής. Κατηγορία ΙΙ μπορεί να υποτεθεί όταν η μέση θλιπτική αντοχή των λιθοσωμάτων είναι επιθυμητή και δεν εξασφαλίζεται η επιπλέον συνθήκη τη κατηγορίας Ι. Τα φυσικά λιθοσώματα πρέπει να θεωρούνται ότι ανήκουν στην Κατηγορία ΙΙ. Μηχανισμός αστοχίας υπό θλίψη Στη θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας συμμετέχουν τόσο το τοιχόσωμα όσο και το κονίαμα. Οι Lenczener (197) και Francis et al (1971) ανέπτυξαν θεωρίες για την θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας, βασισμένες στην ελαστική θεωρία, που λαμβάνουν υπόψη και τα δύο υλικά, από τα οποία αποτελείται. Οι σχέσεις που προτείνονται από τον τελευταίο, εξάγονται από την θεώρηση ενός πρίσματος από κονίαμα και τοιχοσώματα, με μεγαλύτερο μέτρο ελαστικότητας από του κονιάματος, που υπόκεινται σε θλιπτική τάση σ y κατά το Σχ..4. Οι πλευρικές τάσεις που αναπτύσσονται σε ένα κεντρικό τοιχόσωμα και στο κονίαμα του αρμού φαίνονται στο Σχ.4. Οι παραμορφώσεις του τοιχοσώματος στις διευθύνσεις x και z είναι : b [ σ xb + ν b ( σ y σ zb 1 ε xb = + )] (.11) E b [ σ zb + ν b ( σ y σ xb 1 ε zb = + )] (.1) E και του κονιάματος m [ σ xm + ν m ( σ y σ zm 1 ε xm = + )] (.13) E m [ σ zm + ν m ( σ y σ xm 1 ε zm = + )] (.14) E όπου : ΚΕΦΑΛΑΙΟ

42 30 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ E b και E m v b και v m τα μέτρα ελαστικότητας του τοιχοσώματος και του κονιάματος, αντίστοιχα οι λόγοι Poisson του τοιχοσώματος και του κονιάματος, αντίστοιχα Σχ..4 Τάσεις σε τοιχόσωμα και κονίαμα Για να υπάρχει ισορροπία πρέπει η πλευρική εφελκυστική δύναμη στο τοιχόσωμα να ισούται με την πλευρική θλιπτική δύναμη στο κονίαμα : t t σ t σ bl b xb = ml m xm ή xm xb σ t σ bl b zb = ml m zm ή zm zb 1 σ = σ (.15) α 1 σ = σ (.16) α όπου α = t m / t b < 1. 0είναι ο λόγος του πάχους του αρμού προς το ύψος του τοιχοστττττ τοιχοσώματος. Επειδή οι πλευρικές παραμορφώσεις του τοιχοσώματος και του κονιάματος πρέπει να είναι ίσες, οι εξισώσεις.11 έως.14 σε συνδυασμό με τις.15 και.16 δίδουν : σ xb v m σ y ν b β = σ zb = (.17) 1 ν m 1 ν b + αβ αβ όπου β = E / E 1. 0 είναι ο λόγος του μέτρου ελαστικότητας του κονιάματος προς το m b < αντίς αντίστοιχο του τοιχοσώματος. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

43 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 31 αντίστοιχο του τοιχοσώματος f bc περιβάλλουσα αστοχίας f wc πλευρική θλιπτική τάση πλευρική εφελκυστική τάση σ xb ή σ zb f bt Σχ..5 Περιβάλλουσα αστοχίας για τούβλα υπό διαξονική θλίψη-εφελκυσμό Υποθέτοντας γραμμική σχέση μεταξύ της θλιπτικής τάσης αστοχίας του τοιχοσώματος f bc και της εφελκυστικής f bt, σύμφωνα με το Σχ..5. έχουμε : σ = λ f f ) (.18) xb b ( bc wc όπου λ b = f bt / f bc Αν στην παραπάνω εξίσωση αντικατασταθεί η τιμή της σ xb από την εξίσωση.17 η σ y τεθεί ίση με τη μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το δοκίμιο, δηλαδή ίση με τη θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας f wc και αν αγνοηθεί ο όρος του παρονομαστή αβ( 1 ν b ), που έχει πάρα πολύ μικρή τιμή σε σχέση με τους υπόλοιπους, προκύπτει η ακόλουθη σχέση : f f wc bc = 1 α (.19) 1 + ( ν m βν b ) λ( 1 ν ) m Αν δεν αγνοηθεί ο όρος αβ ( 1 ν b ) τότε εξάγεται η σχέση (.4). ΚΕΦΑΛΑΙΟ

44 3 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Προσδιορισμός καμπτικής αντοχής τοιχοποιίας Η εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας εξαρτάται από τη συνεργασία του κονιάματος και των τοιχοσωμάτων, οποία με τη σειρά της εξαρτάται από ένα πλήθος παραγόντων, μερικοί από τους οποίους είναι : α) η σύνθεση του κονιάματος κι ειδικότερα ο λόγος άμμος/τσιμέντο, ο λόγος τσιμέντο/νερό, η περιεκτικότητα σε νερό και τυχόν χημικά πρόσθετα β) το είδος του τοιχοσώματος και ειδικότερα το πορώδες, η υγρασία, η μορφή της διεπιφάνειας και η μακροσκοπική του μορφή (μορφή, ύπαρξη και μέγεθος οπών και εγκοπών). Η καμπτική εφελκυστική αντοχή συνήθως αναφέρεται ως προς τη διεύθυνση του επιπέδου του εφελκυσμού, δηλαδή είτε κάθετα στους αρμούς, είτε παράλληλα σε αυτούς. Η καμπτική εφελκυστική αντοχή για κάμψη σε επίπεδα κάθετα στους αρμούς, εξαρτάται από τη συνάφεια κονιάματος τοιχοποιίας. Στο Σχ..6 παρουσιάζεται ένας τοίχος για τον πειραματικό προσδιορισμό της καμπτικής εφελκυστικής αντοχής κάθετα στους αρμούς. Σημαντικό στοιχείο για την επιτυχία της δοκιμής είναι η εξασφάλιση των συνθηκών στήριξης, ώστε να μην αναπτύσσεται ροπή στήριξης στη βάση του. φόρτιση δύο σημείων υπό έλεγχο αρμός μοχλοβραχίονας ομοιόμορφη φόρτιση σφιγμένο λιθόσωμα Σχ..6 στο Διατάξεις για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής αντοχής τοιχοποιίας κάθετα στους αρμούς Για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής αντοχής παράλληλα στους αρμούς, χρησιμοποιούντα ι διατάξεις που φαίνονται στο Σχ..7. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

45 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 33 λιθόσωμα μισού ύψους ΟΨΗ ΤΟΜΗ Σχ..7 Διατάξεις για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής αντοχής τοιχοποιίας Π παράλληλα στους αρμούς Η καμπτική εφελκυστική αντοχή για κάμψη σε επίπεδο παράλληλο στους αρμούς έχει αποδειχθεί μεγαλύτερη έως και 5 φορές από όση για κάμψη κάθετα σε αυτούς. Ο λόγος των δύο αντοχών εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες : Την αντοχή των τοιχοσωμάτων, γιατί στην περίπτωση του εφελκυσμού παράλληλα στους οριζόντιους αρμούς η κατακόρυφη ρηγμάτωση διέρχεται δια μέσου των τοιχοσωμάτων. Την πλήρωση των οπών με κονίαμα σε διάτρητα (κατακορύφως) τούβλα, καθώς παρέχει συνθήκες μικρότερης ανισοτροπίας. Η πλήρωση των οπών με κονίαμα αυξάνει σε μεγάλο βαθμό την εφελκυστική αντοχή κάθετα στους αρμούς, μειώνοντας τον λόγο των δύο αντοχών. Το ποσοστό των οπών, γιατί στην περίπτωση αστοχίας με διάδοση ρωγμών μέσω των τοιχοσωμάτων, η αντοχή της τοιχοποιίας αυξάνεται όσο το ποσοστό των οπών μειώνεται Τον λόγο των πλευρών των τοιχοσωμάτων, ιδιαίτερα για συμπαγή τούβλα, όταν η αστοχία παρουσιάζεται με διάδοση ρωγμών δια μέσου των τοιχοσωμάτων. Την ύπαρξη κατακόρυφης θλιπτικής τάσης, που αυξάνει την εφελκυστική αντοχή κάθετα στους αρμούς. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

46 34 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Ο EC6 προτείνει να λαμβάνονται υπόψη οι δύο περιπτώσεις κάμψης του Σχ..8, για κάμψη παράλληλη και κάθετα στους αρμούς διάστρωσης. Ωστόσο μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οι χαρακτηριστικές καμπτικές αντοχές f xk1 και f xk (δίδονται στους Πίνακες.4 και.5),αν δεν υπάρχουν διαθέσιμα πειραματικά αποτελέσματα. Παράλληλα πρέπει να ισχύουν οι ακόλουθες προϋποθέσεις : Το κονίαμα λεπτής στρώσης και το ελαφροβαρές να είναι τουλάχιστον Μ5 Οι τιμές της f xk1 αναφέρονται για τοιχοποιία ανεξαρτήτως του αν οι κατακόρυφοι αρμοί πληρούνται με κονίαμα και οι τιμές της f xk εφαρμόζονται για τοιχοποιία με μη πληρωμένους κατακόρυφους αρμούς. στήριξη εγκάρσιος τοίχος εγκάρσιος τοίχος f x1 f x (α) (β) Σχ..8 Επίπεδα αστοχίας λόγω κάμψης (α) παράλληλα και (β)κάθετα στους αρμούς Για αυτόκλειστα κυψελωτά τοιχοσώματα από σκυρόδεμα, με κονίαμα λεπτής στρώσης, οι τιμές των καμπτικών αντοχών μπορούν να λαμβάνονται ως η μεγαλύτερη από τον Πίνακα.4 ή από τις κατωτέρω εξισώσεις, αν και πρακτικώς αυτές οι δύο τιμές είναι ίσες, παρόλο που η f xk είναι τυπικά μεγαλύτερη από την f xk1 f xk1 = f b (.0) ανεξαρτήτως του αν πληρούνται με κονίαμα οι κατακόρυφοι αρμοί f xk = f b (.1) για πληρωμένους κατακόρυφους αρμούς. Αν οι αρμοί δεν έχουν πληρωθεί με κονίαμα θα πρέπει οι τιμές της εξίσωσης (.1) να πολλαπλασιάζονται με /3. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

47 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 35 Πίνακας.4 Τιμές καμπτικής αντοχής για επίπεδο αστοχίας παράλληλα στους αρμούς f xk1 (Mpa) Τοιχόσωμα Κονίαμα γενικής Κονίαμα λεπτής Ελαφροβαρές χρήσης στρώσης κονίαμα f m < 5 MPa f m 5 MPa Αργιλικό Ασβεστοπυριτικό Δε χρησιμοποιείται Τσιμεντόλιθος Δε χρησιμοποιείται Αυτόκλειστο κυψελωτό Βιομηχανική Δε Δε πέτρα χρησιμοποιείται χρησιμοποιείται Λαξεμένη Δε Δε φυσική πέτρα χρησιμοποιείται χρησιμοποιείται Πίνακας.5 Τιμές καμπτικής αντοχής για επίπεδο αστοχίας κάθετα στους αρμούς f xk1 (Mpa) Τοιχόσωμα Κονίαμα γενικής Κονίαμα λεπτής Ελαφροβαρές χρήσης στρώσης κονίαμα f m < 5 MPa f m 5 MPa Αργιλικό Ασβεστοπυριτικό Δε χρησιμοποιείται ΚΕΦΑΛΑΙΟ

48 36 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ (συνέχεια Πίν..5) f xk (Mpa) Τοιχόσωμα Κονίαμα γενικής χρήσης Κονίαμα λεπτής στρώσης Ελαφροβαρές κονίαμα f m < 5 MPa f m 5 MPa Τσιμεντόλιθος Δε χρησιμοποιείται Αυτόκλειστο κυψελωτό Βιομηχανική Δε Δε πέτρα χρησιμοποιείται χρησιμοποιείται Λαξεμένη Δε Δε φυσική πέτρα χρησιμοποιείται χρησιμοποιείται Ο Τάσιος (1989β) προτείνει τις ακόλουθες σχέσεις για τον υπολογισμό τηε εφελκυστικής αντοχής f wt τοιχοποιίας χαμηλής αντοχής : Για οριζόντια ρηγμάτωση, δηλαδή για επίπεδο αστοχίας παράλληλη στους αρμούς δίδεται από την σχέση : fmc f wt = λ m 10 (.) Για ρηγμάτωση κάθετα στους αρμούς δίδεται από την σχέση : fmc f wt = λ m 10 (.3) όπου : f mc η μέση θλιπτική αντοχή του κονιάματος λ m παίρνει την τιμή 0.9 για κονίαμα ΜΙ (τσιμέντο:άσβεστος:άμμος = 0:1:3-4) και την τιμή για κονίαμα ΜΙΙ (τσιμέντο:άσβεστος:άμμος = :1:4-5)7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ

49 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Προσδιορισμός διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας Η διατμητική αντοχή υπό θλίψη (πάντα συνυπάρχουν ορθές τάσεις) είναι μικρή. Οι μορφές θραύσης του τοίχου είναι τρεις και εξαρτώνται από το είδος της εξωτερικής φόρτισης και τις διαστάσεις του τοίχου : Διατμητική ολίσθηση μέσω των αρμών του κονιάματος Διαγώνια εφελκυστική ρηγμάτωση Θλιπτική αστοχία λόγω τέμνουσας Για τον πειραματικό προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής της τοιχοποιίας, κατά μήκος των αρμών, δεν έχουν θεσπιστεί πρότυπες δοκιμές. Στο Σχ..9 παρουσιάζονται οι μορφές που μπορεί να έχουν τα δοκίμια προκειμένου να προσδιοριστεί η διατμητική αντοχή τους, σε περίπτωση αστοχίας με τη μορφή της διατμητικής ολίσθησης. Στις διατάξεις των Σχ..9 α - γ δίδεται ιδιαίτερη έμφαση στην αποφυγή ανάπτυξης καμπτικών τάσεων, ώστε ο αρμός να ευρίσκεται υπό ομοιόμορφη διατμητική τάση. Με χρήση δοκιμίων της μορφής του Σχ..9 δ μπορεί να προσδιοριστεί η διατμητική αντοχή παράλληλη στους αρμούς σε συνδυασμό με θλιπτική τάση υπό διάφορους συνδυασμούς. (α) (β) (γ) (δ) Σχ..9 Διατάξεις δοκιμίων τοιχοποιίας για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής ααααααα αντοχής κατά μήκος των αρμών Κατά την επικρατούσα θεωρία, για τη συμπεριφορά της τοιχοποιίας υπό τέμνουσες δυνάμεις, η αστοχία, από συνδυασμό δεδομένης ορθής τάσης σχεδιασμού σ d και μέγιστης διατμητικής τάσης τ max =ξ τ u,m, επέρχεται όταν η κύρια εφελκυστική τάση σ 1, που ΚΕΦΑΛΑΙΟ

50 38 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ διατμητικής τάσης τ max =ξ τ u,m, επέρχεται όταν η κύρια εφελκυστική τάση σ 1, που αναπτύσσεται λόγω αυτού του συνδυασμού, πάρει την τιμή της χαρακτηριστικής εφελκυστικής αντοχής της τοιχοποιίας f wt,k : d σd σ σ 1 = f wt,k = + + τ max (.4) 4 οπότε η σχέση μέσης διατμητικής τάσης στην κατάσταση αστοχίας τ u,m και χαρακτηριστικής εφελκυστικής αντοχής της τοιχοποιίας f wt,k δίδεται από την ακόλουθη σχέση, η ισχύς της οποίας έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά, όπως φαίνεται στο Σχ..10 : f wt,k σ d τ u.m = + 1 (.5) ξ f wt,k όπου : ξ ο συντελεστής κατανομής της διατμητικής τάσης σ d η τιμή σχεδιασμού της ορθής θλιπτικής τάσης τ u f wt,k 1 = ξ σ d f wt, k + 1 τ με ξ = σ για τ u / σ d <0.9 u d h / t = 1.0 h / t = 1.5 τ u f wt,k = σd f wt, k + 1 Σχ..10 Πειραματικά αποτελέσματα και προβολή της εξίσωσης.5 για τη διατμητική αντοχή στην οριακή κατάσταση αστοχίας Στον EC6 συνιστάται η χαρακτηριστική διατμητική αντοχή της τοιχοποιίας να προσδιορίζεται πειραματικά. Στην περίπτωση που αυτό δεν είναι εφικτό η διατμητική αντοχή της τοιχοποιίας μπορεί να υπολογίζεται από τις ακόλουθες σχέσεις : ΚΕΦΑΛΑΙΟ

51 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 39 αντοχή της τοιχοποιίας μπορεί να υπολογίζεται από τις ακόλουθες σχέσεις : Όταν τα τοιχοσώματα συνδέονται με κονίαμα γενικής χρήσεως ή κονίαμα λεπτής στρώσης (πάχους μικρότερου των 3 mm) ή ελαφροκονίαμα, η διατμητική αντοχή προσδιορίζεται ως η ελάχιστη των ακόλουθων σχέσεων : f wvk = f vkο σ d (.6α) ή f wvk = 0.034f b σ d για τοιχοσώματα των Ομάδων 1 και 4 (.6β) ή f wvk = 0.90(0.034f b σ d ) για τοιχοσώματα των Ομάδων και 3 (.6γ) όπου : f vkο η διατμητική αντοχή με μηδενική κατακόρυφη ορθή τάση, δηλαδή η συνάφεια μμμμμκονιάματος τοιχοσώματος, η οποία εξαρτάται από τα δύο υλικά και δίδεται ιιιιιιιιιιπειραματικά ή από τον Πίνακα.6 σ d η ορθή θλιπτική τάση σχεδιασμού στο σημείο ελέγχου για τον συνδυασμό των ιιιιιιιιιιφορτίων σχεδιασμούσασμοχε f b fα η ανηγμένη θλιπτική αντοχή των τοιχοσωμάτων, για διεύθυνση εφαρμογής του φορ ρρρρ τίου κάθετα στην έδρα τους Όταν στους κατακόρυφους αρμούς δεν υπάρχει κονίαμα, αλλά τα τοιχοσώματα είναι σχεδόν σφηνωμένα μεταξύ τους, η χαρακτηριστική διατμητική αντοχή της τοιχοποιίας προσδιορίζεται ως η ελάχιστη των ακολούθων σχέσεων ή των οριακών τιμών του Πίνακα.6 : f wvk = 0.50 f vk σ d (.7α) ή f wvk = 0.70 (0.034 f b σ d ) για τοιχοσώματα των Ομάδων 1 και 4 (.7β) ή f wvk = 0.60 (0.034 f b σ d ) για τοιχοσώματα των Ομάδων και 3 (.7γ) Για τοιχοσώματα του Σχ..3, που ανήκουν στην Ομάδα 1 και έχουν δύο ή περισσότερες λωρίδες κονιάματος, καθεμία πλάτους 30 mm και οι δύο είναι στην περίμετρο της έδρας του τοιχοσώματος, η τιμή της χαρακτηριστικής διατμητικής αντοχής δίδεται ως η ελάχιστη των ακολούθων σχέσεων, για τοιχοσώματα των Ομάδων 1, ή 3 : f wvk = t g fvk σ d (.8α) ή f wvk = η τιμή που δίδεται από τις σχέσεις.5β ή.5γ (.8β) ΚΕΦΑΛΑΙΟ

52 40 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ όπου : g το ολικό πλάτος των λωρίδων κονιάματος t w το πάχος του τοίχου Πίν..6 Τιμές f vko για κονιάματα Τοιχοσώματα f vko για κονιάματα Αντοχή Γενικής Λεπτής Κονιάματος Ελαφροβαρή χρήσης στρώσης Αργιλικά Μ10 Μ Δε Δε χρησιμοποιείται Χρησιμοποιείται Μ.5 Μ Μ1 Μ 0.10 Δε Δε χρησιμοποιείται χρησιμοποιείται Ασβεστοπυριτικά, Μ10 Μ0 0.0 Τσιμεντόλιθοι, Αυτόκλειστοι κυψελωτοί τσιμεντόλιθοι, Βιομηχανικές πέτρες Μ.5 Μ9 Μ1 Μ Ασβεστοπυριτικά Τσιμεντόλιθοι, Αυτόκλειστοι κυψελωτοί τσιμεντόλιθοι, Βιομηχανικές πέτρες Λαξεμένες Μ.5 Μ φυσικές πέτρες Μ1 Μ 0.10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ

53 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 41 Από τα παραπάνω μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η διατμητική αντοχή αυξάνεται όσο αυξάνεται και η θλιπτική τάση. Η αύξηση αυτή παρατηρείται μέχρι ένα επίπεδο τάσεων 40% της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας. Στο Σχ.11 (Hendry et al., 199) παρουσιάζεται η σχέση διατμητικής τάσης στην αστοχία συναρτήσει της ορθής τάσης, που επιβαλλόταν στα δοκίμια. Έτσι οι τοίχοι χωρίς κατακόρυφο φορτίο παρουσιάζουν μειωμένη θλιπτική αντοχή σε σχέση με τοίχους που φέρουν σημαντικά κατακόρυφα φορτία (που αντιστοιχούν σε τάση μέχρι 40% της θλιπτικής αντοχής). N/mm τ σ c N/mm Σχ..11 Σχέση διατμητικής τάσης στην αστοχία συναρτήσει της ορθής τάσης.4 Ελαστικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας Το μέτρο ελαστικότητας της τοιχοποιίας δεν έχει προσδιοριστεί μονοσήμαντα και έτσι, άλλοτε λαμβάνεται το εφαπτομενικό και άλλοτε το τέμνον μέτρο. Τα πειραματικά στοιχεία οδηγούν σε μία διασπορά της τιμής του μέτρου ελαστικότητας της τοιχοποιίας, που φαίνεται στο Σχ.1 και Σχ..13. Για τον θεωρητικό προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας έχουν προταθεί διάφορες σχέσεις, με επικρατούσες αυτές που το ορίζουν ως πολλαπλάσιο της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

54 4 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Στο Σχ..14 φαίνεται η σχέση τάσεων παραμορφώσεων, όπως προέκυψε από τα πειράματα του Hendry, για την οριακή παραμόρφωση ε u = %. Το εφαπτομενικό μέτρο ελαστικότητας είναι E εφ = ε fwc u και το τέμνον μέτρο ελαστικότητας στην αστοχία, δηλαδή για τάση σ/f wc = 1.0, είναι E τέμνον = 0.75 E εφ Ο EC6 προτείνει τον πειραματικό προσδιορισμό της καμπύλης τάσεωνπαραμορφώσεων κατά το πρότυπο EN και του καθορισμού του βραχυχρόνιου μέτρου ελαστικότητας για τάση fwc 3 (Σχ..15). Γενικά συνιστάται να λαμβάνεται το πρώτο 5% της καμπύλης, γιατί επηρεάζεται έντονα από τον τρόπο επιβολής του φορτίου και τις τοπικές συνθήκες. Ωστόσο σε περίπτωση απουσίας πειραματικών αποτελεσμάτων προτείνεται ο υπολογισμός του βραχυχρόνιου τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας να λαμβάνεται από τη σχέση: Ε βραχ = 1000f wk (.9) όπου: f wk η χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας 3 ) Μέτρο ελαστικότητας Em, ksi ( 10 MPa Ε m =1670 f mt Ε m =10 f mt Θλιπτική αντοχή f ' mt, ksi 10 3 ) MPa ( Σχ..1 Πειραματικά αποτελέσματα θλιπτικής αντοχής - μέτρου ελαστικότητας για οπτοπλινθοδομές ΚΕΦΑΛΑΙΟ

55 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 43 3 ) Μέτρο ελαστικότητας Em, ksi ( 10 Ε m =190 f MPa mt Ε m =400 f mt 10 3 ) MPa ( Θλιπτική αντοχή f ' mt, ksi Σχ..13 Πειραματικά αποτελέσματα θλιπτικής αντοχής - μέτρου ελαστικότητας για τσιμεντολιθοδομές σ/f wc E w E wo ε/ε u Σχ..14 Αδιάστατη καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων οπτοπλινθοδομής σε θλίψη από τα πειράματα του Hendry ΚΕΦΑΛΑΙΟ

56 44 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ σ f wc f wc /3 Ε ε Σχ.15 EC6 Γενική μορφή διαγράμματος τάσεων παραμορφώσεων για τοιχοποιίες κατά EC6 Ο υπολογισμός του μακροχρόνιου τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας Ε μακρ προτείνεται να υπολογίζεται από τη σχέση : όπου : Ε μακρ = E βραχ 1+ φ (.30) Ε βραχ το βραχυχρόνιο μέτρο ελαστικότητας φ ο τελικός ερπυστικός συντελεστής, που δίδεται στον Πίνακα.7 Πίν..7 Συντελεστές ερπυσμού Φ, Θερμικής διαστολής και Συστολής ξήρανσης Τελική Διαστολή ή Συντελεστές Τύπος φ (1) Συστολή Ξήρανσης Θερμικής Τοιχοσωμάτων () Διαστολής [mm/m] α 10-6 / Κ Εύρος Εύρος Εύρος Αργιλικά 0.5 έως έως έως 8 Ασβεστοπυριτικά 1.0 έως έως έως 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ

57 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 45 (συνέχεια Πίν..7 ) Τύπος Τοιχοσωμάτων Τσιμεντόλιθοι και Βιομηχανικοί λαξεμένοι λίθοι Ελαφροσκυρόδεμα Αυτόκλειστοι κυψελωτοί Τσιμεντόλιθοι φ (1) Τελική Διαστολή ή Συστολή Ξήρανσης () [mm/m] Συντελεστές Θερμικής Διαστολής α 10-6 / Κ Εύρος Εύρος Εύρος 1.0 έως έως έως έως έως έως έως 1 8 έως 1 7 έως 9 Φυσικοί λίθοι Μαγνητικοί Ιζηματογενείς Μεταμορφοσιγενείς (3) -0.4 έως έως 9 έως 7 1 έως 18 (1) Ο τελικός ερπυστικός συντεκεστής φ = ε / ε όπου είναι η τελική ερπυστική el ε παραμόρφωση και ε el =σ/ε βραχ. () Θετικές τιμές για διαστολή, αρνητικές για συστολή (3) Οι τιμές είναι πρακτικά πολύ χαμηλές. Στο Σχ..16 παρουσιάζεται ένα διάγραμμα δύναμης-παραμόρφωσης, για φόρτιση παράλληλα στους αρμούς, από τα πειράματα των Francis et al. ΚΕΦΑΛΑΙΟ

58 46 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Δύναμη (KN) φόρτι Παραμόρφωση (mm) Σχ..16 Σχέση δύναμης-παραμόρφωσης για φόρτιση παράλληλα στους αρμούςση σ () (3) Το Σχ..17 είναι μία προσεγγιστική καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων, που (4) (5) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό τοίχων ανεξαρτήτως είδους τοιχοσωμάτων και προτείνεται από τον EC6 για φόρτιση κάθετα στους αρμούς. Για τοιχοσώματα των Ομάδων 3 και 4, που έχουν μεγάλο ποσοστό οπών, μπορεί να συμβεί ψαθυρή αστοχία της τοιχοποιίας και τότε το οριζόντιο τμήμα της καμπύλης δε θα ισχύει, όπως παρατηρείται και στο Σχ..16, που παρουσιάζεται ένα διάγραμμα δύναμης παραμόρφωσης για ένα δοκίμια πειραμάτων, με φόρτιση παράλληλα στους αρμούς. εξιδανικευμένο διάγραμμα f k f k /γ m διάγραμμα σχεδιασμού ε Σχ..17 Σχέση τάσεων-παραμορφώσεων για τον σχεδιασμό κατασκευών από τοιχοποιία ΚΕΦΑΛΑΙΟ

59 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 47.5 Θλιβόμενοι τοίχοι υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση Η αστοχία τοίχων υπό οριζόντια φόρτιση σε συνδυασμό με κατακόρυφα φορτία παρουσιάζεται με τις ακόλουθες μορφές : Αστοχία κατά μήκος των αρμών του κονιάματος (Σχ..18), η οποία συμβαίνει για μικρές τιμές του κατακόρυφου φορτίου Ν. Κατά την αστοχία, με ρηγμάτωση της μορφής του σχήματος, η ρηγμάτωση διέρχεται από το κέντρο του τοίχου. Αστοχία αυτού του τύπου παρατηρείται κυρίως στις τοιχοπληρώσεις, όπου Ν = 0. Η διατμητική τάση αστοχίας μπορεί να υπολογισθεί από τη σχέση : όπου : τ u f vwo τ = + σ (.31) u f vwo d η ονομαστική τιμή της διατμητικής τάσης αστοχίας η διατμητική αντοχή, όταν η κατακόρυφη ορθή τάση σ d είναι μηδενική, δηλαδή η συνά - συνάφεια μεταξύ λιθοσώματος και κονιάματος. Για τη μελέτη της αστοχίας αυτού του είδους ας θεωρήσουμε τον τοίχο του Σχ.18. Η κατανομή της διατμητικής τάσης έχει παραβολική μορφή και η τιμή της, στο μέσον μίας ορθογωνικής διατομής, είναι τ max = 1.5 τ m, όπου = V /( l b ) τάση. τ είναι η μέση διατμητική 1 Έτσι, στην οριακή κατάσταση αστοχίας θα είναι τ ( f + 0. σ ) m w w = μλιας um 1.5 wvo 4 Διατμητική αστοχία με θραύση του λιθοσώματος, κατά τη διεύθυνση της κύριας εφελκυστικής τάσης, σε μία περιοχή κατά μήκος της φορτιζόμενης διαγωνίου, που περιλαμβάνει και το κέντρο του τοίχου (Σχ..19). Στην περίπτωση αυτή η τοιχοποιία αντιμετωπίζεται σαν ομογενές και ισότοπο υλικό, που έχει μηχανικές ιδιότητες προσδιοριζόμενες μόνο από το λιθόσωμα. Εάν ως κριτήριο αστοχίας χρησιμοποιηθεί το απλοποιημένο κριτήριο σ 1 + σ = 1, όπου f f σ 1 και σ είναι η κύρια εφελκυστική και η κύρια θλιπτική τάση αντίστοιχα, η ονομαστική τιμή των οποίων δίδεται από τη γνωστή σχέση : σ d σ d 1, ± + 5 ( 1. τ ) σ = + u,m τότε οδηγούμαστε για τη μέση διατμητική τάση αστοχίας 4 στη σχέση : bt d bc ΚΕΦΑΛΑΙΟ

60 48 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ στη σχέση : σ d σ d f + bc f bt τ u,m = (.3) f f bc bt Θλιπτική θραύση στη βάση του τοίχου, εξαιτίας υπέρβασης της θλιπτικής αντοχής στο περισσότερο θλιβόμενο άκρο της βάσης του τοίχου. Διακρίνονται δύο περιπτώσεις : είτε να έχει προηγηθεί εφελκυστική ρηγμάτωση του περισσότερου εφελκυόμενου ορίου, είτε όχι. Σχ..18 Διατμητική αστοχία δια μέσου των αρμών του κονιάματος Σχ..19 Διατμητική αστοχία με θραύση του τοιχοσώματος - Για μικρές τιμές της σ d είναι δυνατόν να αναπτυχθούν εφελκυστικές τάσεις στη βάση του τοίχου, λόγω της ροπής Vh w (Σχ..0). Στο περισσότερο εφελκυόμενο άκρο Α η τάση θα ισούται με : Vd h w 6τl b h σ A = σ d + = σ d + (.33) W όπου : σ d η ορθή θλιπτική τάση σχεδιασμού V d η τέμνουσα δύναμη σχεδιασμού h w το ύψος του τοίχου l w το μήκος του τοίχου w w w b wl w ΚΕΦΑΛΑΙΟ

61 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 49 b w το πάχος του τοίχου W η ροπή αντίστασης της οριζόντιας διατομής του τοίχου Αν η τιμή της τάσης σ Α είναι θετική, τότε θα δημιουργηθεί ρωγμή (γίνεται η παραδοχή ότι η εφελκυστική αντοχή είναι μηδενική) και ένα μόνο μέρος της διατομής θα μεταφέρει τη δύναμη Ν. αστοχία υπό θλίψη θα συμβεί όταν η ορθή τάση, στο περισσότερο θλιβόμενο άκρο, υπερβεί την θλιπτική αντοχή του τοίχου. - Για μεγάλες τιμές της σ d δε δημιουργούνται εφελκυστικές τάσεις στο άκρο Α, δηλαδή η τιμή της σ Α προκύπτει αρνητική και η κατανομή των τάσεων στη βάση του τοίχου όπως στο Σχ..1. Τότε η τάση στο περισσότερο θλιβόμενο άκρο Β είναι : σ B Vd h w 6τl b h = σ d = σ d (.34) W w w w b wl w με τους συντελεστές της εξίσωσης όπως ορίστηκαν παραπάνω στη σχέση.33. N = σ l b d w w = N = σdl wbw V τl w b w V = τl w b w h w Α Β σ wc Α Β σ Α σ Β h w l w / Ν Σχ..0 Θλιπτική αστοχία με εφελκυστική ρηγμάτωση Σχ.1 Θλιπτική αστοχία χωρίς εφελκυστική ρηγμάτωση ΚΕΦΑΛΑΙΟ

62 50 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

63 51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 3.1 Εισαγωγή Τα σύνθετα υλικά στις μέρες μας είναι υποψήφια για πολλές εφαρμογές στον τομέα του Πολιτικού Μηχανικού και ιδιαίτερα των ενισχύσεων. Έτσι χρησιμοποιείται μια τεχνική ενίσχυσης, που βασίζεται στην εξωτερική επικόλληση σύνθετων υλικών σε δομικά στοιχεία. Τα σύνθετα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι ινοπλισμένα πολυμερή-frp (Fibre Reinforced Polymers) και αποτελούνται από συνεχείς ίνες κυρίως γυαλιού ή άνθρακα και σπανιότερα αραμιδίου, σε συνδυασμό με εποξειδική ρητίνη. Στην αγορά κυκλοφορούν σε μορφή δύσκαμπτων λωρίδων (με πάχος της τάξης του 1 mm) ή εύκαμπτων υφασμάτων (με πάχος της τάξης των mm), από γυαλί, άνθρακα ή αραμίδιο, με τις ίνες κατανεμημένες σε μία ή περισσότερες διευθύνσεις. Η ενίσχυση των δομικών στοιχείων δύναται να επιτευχθεί είτε με την περιτύλιξή τους με ταινίες από σύνθετα υλικά, είτε με τη χρήση κατάλληλων μανδυών των ιδίων υλικών. Οι μανδύες αυτοί υπερτερούν σε σχέση με τους παραδοσιακούς, εξαιτίας της ευκολίας στην εφαρμογή τους, της ανάπτυξης πλήρους αντοχής σε σύντομο χρονικό διάστημα και του μικρού πάχους τους, που δε μειώνει τον διαθέσιμο χώρο της εκάστοτε οικοδομής, ούτε και δημιουργεί αντιαισθητικές προσθήκες στο εσωτερικό του κτιρίου. 3. Κατηγορίες συνθέτων υλικών Τα σύνθετα υλικά είναι συνδυασμός δύο ή περισσοτέρων υλικών από ινοπλισμένα πολυμερή, που έχουν ως συστατικά τους στοιχεία ίνες υψηλής αντοχής και υψηλού μέτρου ελαστικότητας, σε παχύρρευστη μήτρα. Σε αυτή την μορφή, τόσο οι ίνες όσο και η μήτρα, διατηρούν τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες, ενώ παράλληλα παράγουν ένα συνδυασμό ιδιοτήτων, που δεν είναι δυνατό να επιτευχθεί με κανένα από τα συστατικά

64 5 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ στοιχεία, όταν δρα μόνο του. Η συγκόλληση των προσανατολισμένων ινών πάνω στο μαλακότερο υλικό της μήτρας, έχει ως αποτέλεσμα ένα σύνθετο υλικό ινοπλισμένου πολυμερούς, με σαφώς καλύτερες ιδιότητες στη διεύθυνση των ινών. Ανάλογα με τον συνδυασμό των υλικών, τα σύνθετα υλικά διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες : Σύνθετα υλικά ινών (fibrous composites) αποτελούμενα από ίνες εμποτισμένες με ρητίνη ηή μη. Σύνθετα υλικά στρωμάτων (laminated composites) αποτελούμενα από επίπεδα διαφόρων θυλικών. Σύνθετα υλικά σωματιδίων (particulate composites) αποτελούμενα από σωματίδια σδιαφόρων υλικών σε ένα σώμα. Βάσει του προσανατολισμού των ινών, υπάρχουν δύο γενικές κατηγορίες συνθέτων υλικών ινών : Προσανατολισμένα (directional), των οποίων οι ίνες είναι συνεχείς και έχουν όλες την iiiίδια δδιεύθυνση. Μη προσανατολισμένα (random), των οποίων οι ίνες είναι τυχαία τοποθετημένες στο σσυνδετικό υλικό. 3.3 Ιδιότητες συνθέτων υλικών από ινοπλισμένα πολυμερή Τα κυριότερα πλεονεκτήματα της χρήσης συνθέτων υλικών, για την επισκευή και ενίσχυση κατασκευών, σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους, που περιλαμβάνουν τη χρήση συμβατικών υλικών, είναι : Η απαίτηση μικρής προετοιμασίας στο εργοτάξιο και μη αναγκαιότητας εκκένωσης του χώρου. Η απλότητα της εφαρμογής των συνθέτων υλικών. Οι αμετάβλητες διαστάσεις του ενισχυόμενου δομικού στοιχείου, λόγω του μικρού ππάχους του σύνθετου υλικού. Η δυνατή τοποθέτηση των σύνθετων υλικών ακόμα και σε περιπτώσεις που υπάρχει ππεριορισμός του χώρου εργασίας (π.χ. υποστυλώματα σε μεσοτοιχία). ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

65 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 53 Το μικρό βάρος των συνθέτων υλικών, καθώς και η μη ύπαρξη αναγκαιότητας βαρέως ή ε ειδικού εξοπλισμού. Η δυνατότητα των συνθέτων υλικών να επιχριστούν και να χρωματιστούν, σύμφωνα με τττις αισθητικές απαιτήσεις του έργου. Η αμεταβλητότητα των αρχιτεκτονικών χαρακτηριστικών των κατασκευών. Ωστόσο πρέπει να επισημάνουμε και ορισμένα μειονεκτήματα των ινοπλισμένων πολυμερών, που είναι : το υψηλό τους κόστος (αυξάνεται με τον αριθμό των στρώσεων) Η παρουσίαση σχεδόν γραμμικής καμπύλης έντασης παραμόρφωσης, έως την αστοχία ττους, παρόλο που τα σύνθετα υλικά, τα οποία συνθέτουν τις μήτρες, επιδέχονται pπλαστική παραμόρφωση, οι ίνες γενικά συμπεριφέρονται μόνο ελαστικά. Η απαίτηση της προστασίας τους από πυρκαγιά, υπεριώδη ακτινοβολία, καθώς και από ααλκαλικό περιβάλλον. Η αποδοτικότητα των πολλαπλών στρώσεων δεν είναι ανάλογη του αριθμού των σστρώσεων Η δυσκολία εμποτισμού στρώσεων μεγάλου πάχους Η ύπαρξη, στις μέρες μας, σχετικής άγνοιας γύρω από το θέμα των ινοπλισμένων ππολυμερών, γιατί η τεχνική της ενίσχυσης με αυτά τα υλικά αποτελεί μια νέα τεχνική και ππροφανώς κρίνεται ως άγνωστο αντικείμενο για πολλούς μηχανικούς, εργολάβους και πτεχνίτες. Έτσι, απαιτείται κατάλληλα εξειδικευμένο προσωπικό για τη σωστή και παποδοτική εφαρμογή της συγκεκριμένης τεχνικής Η απουσία ενιαίων κανονισμών σχεδιασμού, που δημιουργεί κάποιες επιφυλάξεις και ππροβλήματα. 3.4 Υλικά ινών Οι πιο διαδεδομένες χρησιμοποιούμενες ίνες, στο πεδίο των ενισχύσεων, είναι οι ίνες άνθρακα (ανθρακονήματα), οι ίνες γυαλιού (υαλονήματα ) και οι ίνες αραμιδίου. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

66 54 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Ίνες γυαλιού (υαλονήματα) Τα υαλονήματα εμφανίστηκαν για πρώτη φορά στο εμπόριο το Παράγονται με μηχανικό τρόπο από γυαλί που τήκεται. Το κύριο χαρακτηριστικό του γυαλιού είναι ότι δεν παρουσιάζει ούτε πλήρως κρυσταλλική δομή, αλλά ούτε και ιδιότητες ρευστού. Ανάλογα με το είδος της εφαρμογής, για το οποίο αναπτύχθηκαν, υπάρχουν έξι διαφορετικοί τύποι υαλονημάτων. Από αυτούς, οι τρεις πιο διαδεδομένοι τύποι γυαλιού είναι το γυαλί τύπου E, S και Z ή ΑΖ. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 3.1., το γυαλί τύπου S έχει μεγαλύτερη εφελκυστική αντοχή και μέτρο ελαστικότητας από το γυαλί τύπου E και λόγω του υψηλού του κόστους έχει περιορισμένη εφαρμογή. Οι ίνες γυαλιού, αν και είναι ανθεκτικές στους περισσότερους διαλύτες, αντιδρούν σε ορισμένες αλκαλικές ενώσεις και ισχυρά οξέα. Το γυαλί παρέχει εξαιρετική θερμική και ηλεκτρική μόνωση. Τα φύλλα γυαλιού έχουν μικρότερη αντοχή σε κόπωση από τα περισσότερα μέταλλα. Επίσης, παρουσιάζουν ερπυστικές παραμορφώσεις και ευπάθεια σε διάβρωση Ίνες άνθρακα (ανθρακονήματα) Οι ίνες άνθρακα διατίθενται στο εμπόριο από τα τέλη της δεκαετίας του Ο άνθρακας παράγεται από πολυακρυλονιτρίλιο (PAN), πίσσα (υποπροϊόν της διύλισης του πετρελαίου) ή ρεγιόν, με πυρόλυση σε πολύ υψηλή θερμοκρασία (συχνά έως και 3000 ο C). Μέσω της πυρόλυσης απομακρύνονται από το πολυμερές του άνθρακα διάφορες ενώσεις κυανίου και άτομα υδρογόνου. Τα κρυσταλλικά φύλλα άνθρακα που σχηματίζονται, εντείνονται έτσι ώστε να προσανατολιστούν παράλληλα προς τον άξονα της ίνας. Με αυτό τον τρόπο οι κρύσταλλοι σταθεροποιούνται σε μία βέλτιστη διάταξη. Θεωρητικά, οι ίνες άνθρακα είναι δυνατό να αποκτήσουν μηχανικές ιδιότητες που προσεγγίζουν τα 100 GPa και τα 1000 GPa μέτρου ελαστικότητας. Οι τιμές αυτές πάντως, κατά κανόνα, δεν αναπτύσσονται πλήρως, λόγω ατελειών που παρουσιάζουν στην κρυσταλλική δομή. Οι ιδιότητές τους παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.1. Οι ίνες άνθρακα είναι χημικά αδρανείς στους περισσότερους όξινους ή βασικούς διαλύτες, ενώ παράλληλα έχουν μεγάλη αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες. Τα φύλλα από ανθρακά ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

67 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 55 ανθρακονήματα είναι ανθεκτικά σε κόπωση, ερπυσμό και διάβρωση. Αξίζει να σημειωθεί ότι το κόστος των ανθρακονημάτων, αν και αρκετά υψηλό σε σχέση με τα άλλα είδη ινών, έχει μειωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια Ίνες αραμιδίου Η εμπορική ονομασία των πρώτων ινών αραμιδίου, που κυκλοφόρησαν στην αγορά στις αρχές της δεκαετίας του 1970, είναι Kevlar. Η χρήση τους, σε σχέση με τα υαλονήματα και τα ανθρακονήματα είναι περιορισμένη. Κύρια εφαρμογή τους αποτελεί η θωράκιση κατασκευών από κρουστικά φορτία. Οι ιδιότητές τους παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.1. Πίνακας 3.1 Ενδεικτικές ιδιότητες ινών (Feldam 1989, Kim 1995) Μέτρο Εφελκυστική Οριακή παραμόρφωση Υλικό ελαστικότητας αντοχή εφελκυστικής αστοχίας (GPa) (MPa) (%) Άνθρακας Υψηλής αντοχής Υπέρ- υψηλής αντοχής Υψηλού μέτρου ελαστικότητας Υπέρ-υψηλού μέτρου ελαστικ Γυαλί E Z ή ΑΖ S Αραμίδιο Χαμηλού μέτρου ελαστικότητας (Κέβλαρ 9) υψηλού μέτρου ελαστικότητας (Κέβλαρ 49, Twaron ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

68 56 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 3.5 Μήτρες συνθέτων υλικών Ο πλέον συνηθισμένος και ακριβότερος τύπος μήτρας είναι οι εποξειδικές ρητίνες. Η ρητίνη αποτελεί τη συνδετική ύλη μεταξύ των ινών, ενώ παράλληλα συνεισφέρει στην ανθεκτικότητα και στην ηλεκτρική μόνωση του σύνθετου υλικού. Προκειμένου να αναπτυχθεί ισχυρή μηχανική και χημική σύνδεση ινών και ρητίνης, κρίνεται απαραίτητη η ύπαρξη συνάφειας μεταξύ τους. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει χημική συμβατότητα, έτσι ώστε να μη λάβουν χώρα ανεπιθύμητες αντιδράσεις κατά τη σύνδεσή τους. Οι ρητίνες, από τη φύση τους, είναι τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους ασθενέστερες από τις ίνες στις οποίες εμποτίζονται. Είναι περισσότερο ευπαθείς, σε σχέση με τις ίνες, στη θερμότητα και γενικά εμφανίζουν μεγαλύτερη ευαισθησία στους χημικούς διαλύτες, τα οξέα, τις βάσεις και το νερό. Όλα τα είδη των ρητινών παρουσιάζουν σημαντικές ερπυστικές παραμορφώσεις, σε σχέση με τα παραδοσιακά δομικά υλικά. Ωστόσο, τα σύνθετα υλικά ινοπλισμένων πολυμερών δε θα μπορούσαν να υπάρξουν χωρίς τις ρητίνες, καθώς αυτές μεταφέρουν τα φορτία και κατανέμουν τις τάσεις στις ίνες, κάθε στρώσης, του πολυμερούς. Με τον τρόπο αυτό επιτρέπουν στο ινοπλισμένο πολυμερές να συμπεριφέρεται σαν ομογενές υλικό. Η μεγάλη διάρκεια ζωής, που χαρακτηρίζει τις μήτρες πολυμερών, σχετίζεται με την προοδευτική αλλαγή των φυσικών τους ιδιοτήτων, που λαμβάνει χώρα με την πάροδο του χρόνου και την φόρτιση. Η προένταση των συνθέτων υλικών μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στη διάρκεια ζωής της μήτρας πολυμερούς. Η διάρρηξη λόγω ερπυσμού, που αποτελεί τυπική μορφή αστοχίας των ινοπλισμένων πολυμερών, οφείλεται στην ιξωδοπλαστική συμπεριφορά της μήτρας από πολυμερές και όχι στις ίνες. Οι ρητίνες που χρησιμοποιούνται συνήθως για την παραγωγή συνθέτων υλικών είναι οι εποξικές, οι πολυεστερικές και οι βινυλεστερικές. Οι σημαντικότερες μηχανικές ιδιότητες τους παρουσιάζονται στον Πίνακα Εποξειδικές ρητίνες Οι εποξειδικές ρητίνες θεωρούνται γενικά οι καλύτερες μήτρες για χρήση σε ινοπλι- ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

69 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 57 να πολυμερή, εξαιτίας της μεγάλης αντοχής, συγκολλητικής ικανότητας, ανθεκτικότητας σε κόπωση και χημική διάβρωση, καθώς και της χαμηλής συστολής ξηράνσεως που παρουσιάζουν. Όπως συμβαίνει και με τα άλλα είδη ρητινών, οι εποξειδικές ιδιότητες ποικίλουν σημαντικά ανάλογα με τη ρητίνη βάσης και τις χημικές ενώσεις, που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους. Ο συντελεστής ιξώδους των εποξειδικών ρητινών είναι γενικά μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο συντελεστή, τόσο των πολυεστερικών όσο και των βινυλεστερικών ρητινών. Χρειάζονται επίσης περισσότερο χρόνο για να αναπτύξουν πλήρως τις μηχανικές τους ιδιότητες και έχουν υψηλό κόστος, σε σχέση με τις άλλες δύο κατηγορίες ρητινών Πολυεστερικές ρητίνες Οι ρητίνες αυτές αποτελούν τον κύριο όγκο των πολυμερών, που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία παραγωγής συνθέτων υλικών. Πρόκειται για ακόρεστους πολυεστέρες, που παράγονται από την αντίδραση γλυκόζης, είτε με διβασικά οξέα είτε με ανυδρίτες. Λόγω της μεγάλης ποικιλίας των συστατικών τους στοιχείων, οι ιδιότητες των πολυεστερικών ρητινών μπορούν να διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους. Πίνακας 3.. Ιδιότητες ρητινών Είδος ρητίνης Εφελκυστική αντοχή (MPa) Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Επιμήκυνση θραύσης (%) Πυκνότητα (gr/cm 3 ) Εποξειδική Πολυεστερική < Βινυλεστερική Η χημική αντίδραση, με την οποία παράγονται οι πολυεστέρες είναι σημαντικά εεξώθερμη. Για τον λόγο αυτό απαιτείται μεγάλη προσοχή στη χρήση της ποσότητας της ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

70 58 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ εξώθερμη. Για τον λόγο αυτό απαιτείται μεγάλη προσοχή στη χρήση της ποσότητας της μάζας των αντιδρώντων. Εάν η μάζα είναι μεγάλη, το φύλλο πολυεστέρα μπορεί να αναφλεγεί ή να ρηγματωθεί. Αντίθετα εάν η μάζα είναι μικρή, η θερμότητα που εκλύεται δεν επαρκεί για την ολοκλήρωση της αντίδρασης. Οι πολυεστέρες παρουσιάζουν μέτρια ανθεκτικότητα στους διαλύτες και τα οξέα, ενώ είναι ευπαθείς στις βάσεις και στο νερό υψηλής θερμοκρασίας. Είναι γενικά λιγότερο ανθεκτικοί σε κόπωση, συγκριτικά με τις εποξειδικές και τις βινυλεστερικές ρητίνες. Η παραμόρφωση θραύσης είναι κατά κανόνα της τάξης του 1%. Ωστόσο το κυριότερο μειονέκτημα των πολυεστερικών ρητινών, για χρήση τους σε κατασκευές που κατοικούνται, είναι η δυσάρεστη οσμή, λόγω της χημικής τους σύστασης Βινυλεστερικές ρητίνες Πρόκειται για υβριδικές ρητίνες, που παράγονται με αλυσιδωτές αντιδράσεις ενός εποξειδικού πολυμερούς, με ακρυλικές ή μεθακρυλικές ενώσεις. Εξαιτίας της παρουσίας του εποξειδικού πολυμερούς, οι βινυλεστερικές ρητίνες, σε σχέση με τις πολυεστερικές, είναι περισσότερο εύκαμπτες, σκληρότερες, πιο ανθεκτικές σε κόπωση και λιγότερο χημικά ενεργές. Οι υδροξυλικές ενώσεις, που περιέχονται στο εποξειδικό πολυμερές, σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με αντίστοιχες ενώσεις στην επιφάνεια των ινών γυαλιού. Με τον τρόπο αυτό βελτιώνεται σημαντικά η σύνδεση της ρητίνης με τις ίνες, αν και δε φτάνει στο επίπεδο της συγκολλησιμότητας των εποξειδικών ρητινών. Αυτό οφείλεται κυρίως στη μεγάλη απώλεια όγκου των βινυλεστερικών ρητινών, λόγω συστολής ξηράνσεως. Από την άλλη πλευρά όμως, οι βινυλεστερικές ρητίνες δεν έχουν τόσο υψηλή αντοχή και ανθεκτικότητα σε κόπωση, όσο οι εποξειδικές. Λόγω της χημικής τους σύστασης, αντιμετωπίζουν επίσης το ίδιο πρόβλημα δυσοσμίας με τις πολυεστερικές ρητίνες. Η συστολή ξηράνσεως είναι γενικά της τάξεως του 5 με 10%. Το κόστος τους είναι συνήθως μεταξύ του κόστους των εποξειδικών και των πολυεστερικών ρητινών. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

71 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Κόλλα Η κόλλα, συνήθως εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών, εφαρμόζεται μεταξύ του υποστρώματος και του συνθέτου υλικού, με σκοπό την εξασφάλιση της συνεργασίας και της μεταφοράς τάσεων από το πρώτο στο δεύτερο. Τρεις βασικές έννοιες, που διέπουν την χρήση εποξειδικών ρητινών, είναι : Ο χρόνος εργασιμότητας (pot life), είναι αυτός που έχει κάποιος στη διάθεσή του για να χρησιμοποιήσει την κόλλα, πριν αρχίσει να μειώνεται το ιξώδες της και να σκληρύνεται. Εξαρτάται από τον τύπο της κόλλας, την θερμοκρασία του περιβάλλοντος, την ποσότητα κόλλας και μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Ενδεικτικοί χρόνοι για ποσότητα τυπικής κόλλας 5 Kg είναι 90 min σε 15 ο C και 30 min σε 35 ο C. Ο χρόνος εφαρμογής (open time), είναι το χρονικό διάστημα που η κόλλα είναι ενεργή, δηλαδή έχει ικανοποιητικές συγκολλητικές ιδιότητες. Μέσα σε αυτό το χρονικό διάστημα πρέπει να ολοκληρώνεται η επικόλληση του οπλισμού στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (glass transition temperature), που είναι η θερμοκρασία στην οποία οι κόλλες υφίστανται ραγδαία απομείωση του μέτρου ελαστικότητας, οπότε έχουν περιορισμένη πλέον ικανότητα μεταφοράς δυνάμεων. 3.6 Συστήματα ενίσχυσης Τα συστήματα ενίσχυσης στοιχείων φέρουσας τοιχοποιίας ή οπλισμένου σκυροδέματος με σύνθετα υλικά είναι δύο τύπων : α) «υγρής εφαρμογής» ή «επί τόπου σκλήρυνσης της μήτρας» και β) «προκατασκευασμένα», στα οποία η σκλήρυνση της μήτρας έχει προηγηθεί της εφαρμογής Συστήματα υγρής εφαρμογής Φύλλα (sheets) ή υφάσματα (fabrics) αποτελούνται από συνεχείς ίνες μίας κυρίως διεύθυνσης, χωρίς μήτρα («ξηρή» κατάσταση). Υφάσματα(fabrics) αποτελούμενα από συνεχείς ίνες σε δύο τουλάχιστον διευθύνσεις (π.χ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

72 60 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 0 ο και 90 ο ή ± 45 ο σε σχέση με τον άξονα του υπό ενίσχυση μέλους, χωρίς μήτρα («ξηρή» κατάσταση). Φύλλα (sheets) ή υφάσματα (fabrics), αποτελούμενα από συνεχείς ίνες μίας κυρίως διεύθυνσης, προεμποτισμένα με ρητίνη (μήτρα) σε μη σκληρυμένη μορφή. Η εφαρμογή τους γίνεται με ή χωρίς επί πλέον ρητίνη. Φύλλα (sheets) ή υφάσματα (fabrics), αποτελούμενα από συνεχείς ίνες σε τουλάχιστον δύο διευθύνσεις, προεμποτισμένα με ρητίνη (μήτρα) σε μη σκληρυμένη μορφή. Η εφαρμογή τους γίνεται με ή χωρίς επί πλέον ρητίνη. Συνεχείς ίνες χωρίς μήτρα («ξηρή» κατάσταση), συγκεντρωμένες σε μορφή νήματος (tow), που εμποτίζεται με ρητίνη, ενώ τυλίγεται (π.χ. με αυτοματοποιημένο τρόπο) στο υπό ενίσχυση δομικό μέλος. Προεμποτισμένες συνεχείς ίνες, συγκεντρωμένες σε μορφή νήματος (tow), που ενώ τυλίγεται (π.χ. με αυτοματοποιημένο τρόπο) στο υπό ενίσχυση δομικό μέλος, υφίσταται ενδεχομένως και πρόσθετο εμποτισμό (Σχ. 3.1α). (α) (β) (γ) Σχ.3.1 (α) Ύφασμα σε ρολό και συνεχείς ίνες σε μορφή νήματος, (β) Προκατασκευασμέ- Ννννν να ελάσματα σε μορφή ρόλων και (γ) Ύφασμα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

73 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Προκατασκευασμένα υλικά Προκατασκευασμένα ευθύγραμμα και σχετικά δύσκαμπτα ελάσματα (strips), που επικολλούνται μέσω ρητίνης. Τα ελάσματα διατίθενται συνήθως σε μορφή ρόλων («κουλούρες»-σχ.3.1β) και παράγονται με τη μέθοδο της εξέλασης (pultrusion) ή της στρωμάτωσης (lamination), σπανιότερα. Στη μέθοδο της εξέλασης, οι ίνες είναι συνεχείς και παράλληλες στη διεύθυνση των ελασμάτων, ενώ στη μέθοδο της στρωμάτωσης επιτρέπεται η χρήση ινών σε διαφορετικές διευθύνσεις. Προκατασκευασμένα (shells), μανδύες (jackets) ή γωνίες (angles), που επικολλούνται μέσω ρητίνης. 3.7 Ιδιότητες σύνθετου υλικού Οι ιδιότητες του σύνθετου υλικού προκύπτουν ως συνδυασμός των ιδιοτήτων των διακριτών συστατικών των υλικών, δηλαδή των ινών και της μήτρας. Στον Πίνακα 3.3 παρουσιάζονται η εφελκυστική αντοχή, το μέτρο ελαστικότητας και το πάχος μίας στρώσης των δύο συνηθέστερων τύπων ινοπλισμένων πολυμερών, υγρής εφαρμογής, που χρησιμοποιούνται για ενίσχυση δομικών στοιχείων. Οι τύποι αυτοί, προκύπτουν με συνδυασμό είτε υαλονημάτων και εποξειδικής ρητίνης, είτε ανθρακονημάτων και εποξειδικής ρητίνης. Στη διάθεση του μηχανικού βρίσκονται επίσης προκατασκευασμένα υλικά με ίνες άνθρακα, που έχουν τη μορφή ελασμάτων μικρού πλάτους ( mm) και πάχους της τάξης του 1.5 mm, τα οποία επικολλούνται στο δομικό στοιχείο μέσω ρητίνης (Σχ. 3.1β). Πίνακας 3.3. Ενδεικτικές τιμές σύνθετων υλικών ινοπλισμένων πολυμερών Εφελκυστική Μέτρο Πάχος Τύπος σύνθετου αντοχή ελαστικότητας στρώσης υλικού (MPa) (GPa) (mm) Υαλονήματα και εποξειδική ρητίνη Ανθρακονήματα υψηλής αντοχής και εποξειδική ρητίνη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

74 6 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 3.8 Μικρομηχανική των σύνθετων υλικών Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες ενός σύνθετου υλικού καθορίζονται από τα αντίστοιχα των συστατικών του. Από τη σκοπιά της μικρομηχανικής, προκειμένου να καθοριστούν οι ιδιότητες του σύνθετου υλικού, θα πρέπει να είναι γνωστό το ποσοστό, με το οποίο συμμετέχει κάθε υλικό στο τελικό προϊόν. Ο κανόνας ανάμειξης (rule of mixtures) χρησιμοποιεί τα ποσοστά συμμετοχής ινών και ρητίνης στο τελικό προϊόν για την πρόβλεψη των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου υλικού. Ο «κανόνας ανάμειξης» περιγράφεται από τις παρακάτω σχέσεις : ν f + ν r + ν u = 1 (3.1) w f + w r = 1 (3.) ρ c = ρ f ν f + ρ r ν r (3.3) όπου : ν f ο λόγος όγκου των ινών ν r ο λόγος όγκου της ρητίνης ν u ο λόγος όγκου των κενών με ν i = V i / V c όπου V c ο συνολικός όγκος του σύνθετου υλικού V i (i = f, r, u) ο όγκος των ινών, της ρητίνης και των κενών w f ο λόγος βάρους των ινών w r ο λόγος βάρους της ρητίνης με w i = W i / W c όπου W c το συνολικό βάρος του σύνθετου υλικού W i (i = f, r, u) το βάρος του αντίστοιχου συστατικού στοιχείου ρ f η πυκνότητα των ινών ρ r ρ c η πυκνότητα της ρητίνης η συνολική πυκνότητα του σύνθετου υλικού Η σχέση που συνδέει το μέτρο ελαστικότητας του σύνθετου υλικού Ε με το μέτρο ελαστικότητας των ινών Ε f και το μέτρο ελαστικότητας της μήτρας Ε matrix είναι η ακόλουθη : E = Ε f ν f + Ε matrix ν r (3.4) Η εφελκυστική αντοχή του σύνθετου υλικού εξαρτάται από την εφελκυστική αντοχή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

75 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 63 των ινών, δεδομένου ότι η αντοχή τους είναι μία τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή του συνδετικού υλικού. Εάν s η εφελκυστική αντοχή του σύνθετου υλικού s f η εφελκυστική αντοχή της ίνας s matrix.f η εφελκυστική τάση της μήτρας κατά την αστοχία της ίνας τότε : s = s f ν f + s matrix.f (1- ν f ) (3.5) 3.9 Επίδραση περιβαλλοντικών συνθηκών Τα σύνθετα υλικά, που σχεδιάζονται και παρασκευάζονται έτσι ώστε να είναι ανθεκτικά υπό φυσιολογικές συνθήκες περιβάλλοντος, για μακρές χρονικές περιόδους, παρουσιάζουν ένα λογικό εύρος περιβαλλοντικών συνθηκών, οι οποίες περιλαμβάνουν : Θερμοκρασία Υγρασία Αλκαλικό και όξινο περιβάλλον Yδρογονάνθρακες Υπεριώδη ακτινοβολία Γαλβανική διάβρωση Ερπυσμό, θραύση υπό τάση, διάβρωση υπό τάση Κόπωση Κρούση Επίδραση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος Για το φυσιολογικό εύρος των θερμοκρασιών, στις οποίες χρησιμοποιούνται τα περισσότερα συστήματα ινοπλισμένων πολυμερών, δεν αναμένονται σημαντικές αλλαγές στη συμπεριφορά τους, με την προϋπόθεση ότι τόσο η επιλογή όσο και η εφαρμογή του συστήματος έχει γίνει με τον ενδεδειγμένο τρόπο. Η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης γυαλιού (Τ g ),όπως αναφέρθηκε ανωτέρω, είναι το σημείο πέρα από το οποίο η συμπεριφορά του ινοπλισμένου πολυμερούς αλλοιώνεται pa ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

76 64 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ παρουσιάζοντας σημαντική μείωση των μηχανικών χαρακτηριστικών του. Ως εκ τούτου, μειώνεται η φέρουσα ικανότητα του ινοπλισμένου πολυμερούς κατά 30 με 40% σε ακραίες περιπτώσεις. Κατά τον σχεδιασμό συστημάτων ινοπλισμένων πολυμερών πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η πιθανή επιβλαβής επίδραση θερμοκρασιών μεγαλύτερων από 80 ο C. Σκούρες επιφάνειες, που εκτίθενται άμεσα στο ηλιακό φως, έχουν καταγράψει θερμοκρασίες της τάξης των 70 ο C. Σύνθετα υλικά έχουν επίσης δοκιμαστεί σε ακραίες αρνητικές θερμοκρασίες της τάξης των -40 ο C και δεν έχουν διαπιστωθεί δυσμενείς επιπτώσεις στην εν γένει συμπεριφορά τους. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε θερμοκρασίες μεταξύ -10 ο C και - 30 ο C αυξάνεται σημαντικά η δυσκαμψία του υλικού, με συνέπεια μία εξαιρετικά ψαθυρή μορφή αστοχίας, αλλά και μείωση της αντοχής σε κρούση. Πειράματα, που έχουν γίνει σε μεμονωμένες στρώσεις ινοπλισμένου πολυμερούς, δεν έχουν δείξει απομείωση της αντοχής των ινών λόγω επαναλαμβανόμενης ψύξης απόψυξης. Επίσης ανακλυκλιζόμενες ψύξεις και αποψύξεις είχαν μικρή ή καθόλου επίδραση σε σύνθετα υλικά ινοπλισμένων πολυμερών, όταν για την παρασκευή τους είχαν χρησιμοποιηθεί υλικά υψηλής ποιότητας και αντοχής σε υγρασία. Τα σύνθετα υλικά, σε περίπτωση πυρκαγιάς, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που αναπτύσσονται, αναφλέγονται, εκτός εάν επιχριστούν ή επαλειφθούν με ειδική ρητίνη. Για τον λόγο αυτό, τα σύνθετα υλικά, που δε διαθέτουν πυροπροστασία θεωρούνται ανενεργά σε περίπτωση πυρκαγιάς Συμπεριφορά στο νερό Το νερό αποτελεί γενικά δυσμενές περιβάλλον για όλα τα δομικά υλικά. Έτσι η κύρια μέριμνα, όσον αφορά στα σύνθετα υλικά ινοπλισμένων πολυμερών, είναι η αντοχή της μήτρας σε παρατεταμένη έκθεση σε νερό. Η υγρασία έχει μικρή επίδραση στη συμπεριφορά των ινοπλισμένων πολυμερών και χρειάζεται εξαιρετικά μακρά χρονική περίοδο για να εκδηλωθεί. Μετά το πέρας του χρόνου αυτού, οι χημικές αλυσίδες του πολυμερούς είναι πλήρως υδατοδιαλυτές, μεταλλικά ιόντα διηθούνται από τις ίνες του και το σύνθετο υλικό γίνεται εύθραυστο. Οι άμεσες συνέπειες της απορρόφησης νερού από την μήτρα είναι συνήθως η μείω- ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

77 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 65 ση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (Τ g ) και η απώλεια της δυσκαμψίας της ρητίνης. Αυτά τα δυο φαινόμενα όμως είναι μερικώς ανατρέψιμα σε συστήματα με εποξειδικές ρητίνες. Αντίθετα στις πολυεστερικές και βινυλεστερικές ρητίνες, οι μεταβολές μπορεί να είναι ανατρέψιμες ή όχι, ανάλογα με τον χρόνο και την θερμοκρασία της έκθεσης. Έτσι, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο ταχύτερες και δυσμενέστερες είναι οι μόνιμες επιπτώσεις της διείσδυσης υγρασίας. Τα υαλονήματα, λόγω της υψηλής πολικότητας των μορίων τους, απορροφούν υγρασία κατά τη διάρκεια της παρασκευής, αποθήκευσης, μεταφοράς και εφαρμογής τους στο δομικό στοιχείο. Οι ίνες αραμιδίου απορροφούν υγρασία έως και 13% του βάρους τους, που μπορεί να έχει επιβλαβή επίδραση στην εφελκυστική τους αντοχή, καθώς και στη διεπιφάνεια ρητίνης και ινών. Τα ανθρακονήματα είναι αδρανή στο νερό, ενώ τα υαλονήματα παρουσιάζουν μικρή μείωση αντοχής. Επομένως, η επίδραση της υγρασίας σε αυτού του είδους τα υλικά περιορίζεται στην επίδραση που έχει στη ρητίνη της μήτρας Γαλβανική διάβρωση Η επαφή ινών άνθρακα με χάλυβα καλό είναι να αποφεύγεται, γιατί προκαλείται γαλβανική διάβρωση. Ωστόσο, το πρόβλημα δεν υφίσταται όταν χρησιμοποιούνται υλικά με ίνες γυαλιού ή αραμιδίου Ερπυσμός Μεταξύ όλων των συστατικών ινοπλισμένων πολυμερών, μόνο τα ανθρακονήματα και τα υαλονήματα δεν υπόκεινται σε ερπυσμό. Τόσο οι ίνες αραμιδίου όσο και οι μήτρες των ρητινών, άλλες λιγότερο και άλλες περισσότερο, παρουσιάζουν ερπυσμό. Ο βαθμός ερπυσμού είναι συνάρτηση του υλικού της ίνας και του προσανατολισμού των ινών, σε σχέση με την εφαρμοζόμενη ένταση. Εάν πρόκειται για ίνες γυαλιού ή άνθρακα, οι οποίες δε στρεβλώνονται, αλλά παραμένουν αμετακίνητες στα άκρα τους, δεν παρατηρείται ερπυσμός και το σύνθετο υλικό συμπεριφέρεται σχεδόν πλήρως ελαστικά. Οι ίνες μπορεί να γίνονται ευθείες όταν υπόκεινται σε φόρτιση, το ινοπλισμένο πολυμερές ενδέχεται να οολισθαίνει στις θέσεις που αγκυρώνεται, ενώ υπάρχει πιθανότητα επιπλέον έντασης των ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

78 66 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ολισθαίνει στις θέσεις που αγκυρώνεται, ενώ υπάρχει πιθανότητα επιπλέον έντασης των ι- νών, λόγω χαλάρωσης της μήτρας του πολυμερούς, ακόμα και μετά την απομάκρυνση της εξωτερικής φόρτισης. Τα παραπάνω φαινόμενα δεν αποτελούν πραγματικό ερπυσμό και έχουν ασήμαντες επιδράσεις στις διαστάσεις του ινοπλισμένου πολυμερούς. Στην περίπτωση που ο άξονας των ινών βρίσκεται εκτός του επιπέδου της φόρτισης ή οι ίνες είναι από αραμιδίο, η παραμόρφωση, λόγω ερπυσμού, του σύνθετου υλικού ενδέχεται να είναι σημαντική Θραύση και διάβρωση λόγω έντασης Στα περισσότερα ινοπλισμένα πολυμερή παρατηρείται το φαινόμενο θραύσης, λόγω έντασης υπό διατηρούμενη φόρτιση. Η διάβρωση λόγω έντασης συμβαίνει όταν η ατμόσφαιρα, που περιβάλλει το σύνθετο υλικό, περιέχει διαβρωτικά στοιχεία, αλλά όχι επαρκή ώστε να προκαλέσουν διάβρωση του υλικού, χωρίς την ταυτόχρονη δράση διατηρούμενης φόρτισης. Τα δύο φαινόμενα σχετίζονται με τον χρόνο έκθεσης, το επίπεδο της έντασης, τον περιβάλλοντα χώρο, τη μήτρα και τις ίνες του σύνθετου υλικού. Η αστοχία, που οφείλεται στα φαινόμενα αυτά, κρίνεται πρώιμη, καθώς το ινοπλισμένο πολυμερές αστοχεί για επίπεδο έντασης σαφώς μικρότερο από την αντοχή του. Η ποιότητα της μήτρα που χρησιμοποιείται έχει πολύ σημαντική επίδραση στο χρόνο που θα εκδηλωθεί η αστοχία και στο επίπεδο της έντασης, που μπορεί να φέρει το υλικό. Συνήθως συστήματα με εποξειδικές ρητίνες είναι δύο έως τέσσερις τάξεις μεγέθους πιο ανθεκτικά από αντίστοιχα συστήματα, που περιέχουν άλλη κατηγορία ρητίνης. Επίσης, οι βινυλεστερικές ρητίνες εμφανίζουν κατά κανόνα μεγαλύτερη τρωτότητα σε θραύση και διάβρωση, λόγω διατηρούμενης έντασης, από τις πολυεστερικές. Όσον αφορά στις ίνες, τα σύνθετα υλικά με ίνες άνθρακα παρουσιάζουν καλύτερη συμπεριφορά όταν χρησιμοποιούνται για την ανάληψη μονίμων φορτίων Κόπωση Τα ινοπλισμένα πολυμερή γενικά συμπεριφέρονται καλύτερα από το σκυρόδεμα ή τον χάλυβα υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Τα ανθρακονήμτα είναι καλύτερα από τις ίνες ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

79 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 67 τον χάλυβα υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Τα ανθρακονήμτα είναι καλύτερα από τις ίνες αραμιδίου, που με τη σειρά τους είναι καλύτερες από τα υαλονήματα. Ειδικά για τα σύνθετα υλικά με ίνες από άνθρακα, η αντοχή σε κόπωση είναι μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα οπλισμού. Η αντίστοιχη κατάταξη ρητινών, με μειούμενη τιμή της αντοχή τους σε κόπωση, είναι εποξειδικές, πολυεστερικές και βινυλεστερικές. Πρέπει να τονιστεί ότι η αντοχή σε κόπωση ενός συστήματος ινοπλισμένου πολυμερούς, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το είδος της ρητίνης, στο οποίο εμποτίζονται οι ίνες. Τα ινοπλισμένα πολυμερή, εξαιτίας της οργανικής φύσης του υλικού της μήτρας, είναι ευαίσθητα στη συχνότητα εφαρμογής της ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Ως γενικός κανόνας, η συχνότητα αυτή, πρέπει να διατηρείται μικρότερη από 10Hz, ώστε να προλαμβάνεται η έκλυση θερμότητας στο πολυμερές, που μπορεί να οδηγήσει σε πρώιμη αστοχία της μήτρας και στη συνέχεια ολόκληρου του συστήματος του πολυμερούς Κρούση Την καλύτερη συμπεριφορά σε κρούση παρουσιάζουν κατά σειρά τα σύνθετα υλικά με ίνες αραμιδίου (είναι χαρακτηριστικό ότι χρησιμοποιούνται για την παρασκευή αλεξίσφαιρων γιλέκων), ακολουθούν αυτά με ίνες γυαλιού και τέλος, αυτά με ίνες άνθρακα. Στον Πίνακα 3.4 παρουσιάζεται η αξιολόγηση των ινών με βάση την ανθεκτικότητά τους σε μια σειρά παραγόντων. Πίνακας 3.4. Αξιολόγηση ινών με βάση την ανθεκτικότητα Κριτήριο Ίνες Άνθρακα Ίνες Γυαλιού Ίνες Αραμιδίου Θραύση υπό τάση, διάβρωση υπό τάση Κόπωση Κρούση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

80 68 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ (Συνέχεια Πίν. 3.4) Κριτήριο Ίνες Άνθρακα Ίνες Γυαλιού Ίνες Αραμιδίου Υψηλές θερμοκρασίες Υγρασία Υπεριώδης ακτινοβολία Αλκαλικό και όξινο περιβάλλον Γαλβανική διάβρωση Ερπυσμός Ενίσχυση δομικών στοιχείων Τρόπος ενίσχυσης Βασική τεχνική Η βασική τεχνική, που είναι και η πλέον συνηθισμένη, περιλαμβάνει την δια χειρός επικόλληση υφασμάτων (προεμποτισμένων ή μη με ρητίνη), είτε προκατασκευασμένων στοιχείων (π.χ. ελάσματα) σε στοιχεία τοιχοποιίας ή σκυροδέματος, μέσω εποξειδικών ρητινών. Κατά την εφαρμογή των συνθέτων υλικών πρέπει το υπόστρωμα να καθαρίζεται επιμελώς από χαλαρά τμήματα, σοβάδες, χρώματα, λίπη κ.τ.λ. και να τρίβεται καλά με σκληρή βούρτσα. Στη συνέχεια η επιφάνεια επαλείφεται με εποξειδική ρητίνη. Το ύφασμα κόβεται με ψαλίδι, στις απαιτούμενες διαστάσεις, τοποθετείται τεντωμένο στη νωπή επίστρωση και πατιέται σχολαστικά με ρολό, για καλύτερη επαφή με το υπόστρωμα, τον πλήρη εμποτισμό του και την απομάκρυνση των φυσαλίδων αέρα. Εφόσον η μελέτη προβλέπει περισσότερες στρώσεις, η παραπάνω διαδικασία εφαρμογής επαναλαμβάνεται. Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει η προηγούμενη επίστρωση να μην έχει στεγνώσει εντελώς, αλλιώς απαιτείται καλό τρίψιμο της επιφάνειας πριν την εφαρμογή. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

81 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Ειδικές τεχνικές Παρακάτω αναφέρονται, εν συντομία, οι βασικές τεχνικές, που δεν έχουν όμως ακόμα τύχει ευρείας εφαρμογής στη χώρα μας. Αυτοματοποιημένη περιτύλιξη Η τεχνική της αυτοματοποιημένης περιτύλιξης «νημάτων» αναπτύχθηκε στην Ιαπωνία, στις αρχές της δεκαετίας του 90 και λίγο αργότερα στις ΗΠΑ. Περιλαμβάνει την, χωρίς διακοπή, περιτύλιξη, προεμποτισμένων με ρητίνη, νημάτων υπό μικρή γωνία, γύρω από υποστυλώματα γεφυρών ή από άλλα στοιχεία (π.χ. καπνοδόχοι), μέσω ειδικής συσκευής-ρομπότ. Βασικό πλεονέκτημα της τεχνικής αυτής είναι η μεγάλη ταχύτητα εφαρμογής. Εφαρμογή με προένταση Η μέθοδος προέντασης, που αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 90 (Triantafillou and Deskovic 1991, Deuring 1993), περιλαμβάνει την επικόλληση ελασμάτων, ενώ αυτά βρίσκονται υπό τάνυση. Με αυτό τον τρόπο εκμεταλλευόμαστε τα πλεονεκτήματα της προέντασης, με τίμημα όμως το υψηλό κόστος, αλλά και την πολυπλοκότητα της μεθόδου, καθώς απαιτείται η χρήση ειδικών αγκυρώσεων. Προκατασκευασμένα στοιχεία Τα προκατασκευασμένα στοιχεία από σύνθετα υλικά έχουν συνήθως τις ακόλουθες μορφές : α) ελάσματος, πάχους της τάξης του 1 mm και πλάτους π.χ. 50 mm, 100 mm β) γωνιών, που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ενίσχυσης, π.χ. πλακοδοκών, έναντι τέμνουσας γ) μανδύα κελύφους, που τοποθετείται περιμετρικά υποστυλωμάτων, με στόχο την αύξηση της περίσφιξης ή της διατμητικής αντοχής. Εφαρμογή σε εγκοπές Η τοποθέτηση και επικόλληση, μέσω εποξειδικής ρητίνης, ράβδων ή ελασμάτων σε εγκοπές, αποσκοπεί στην αύξηση της καμπτκής αντοχής υφισταμένων μελών και της διατμητικής και/ή καμπτικής αντοχής τοιχοποιίας. Βασικό πλεονέκτημα της τεχνικής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

82 70 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ αυτής είναι η εξαιρετικά βελτιωμένη συνάφεια των συνθέτων υλικών με την τοιχοποιία ή το σκυρόδεμα και γενικά η καλύτερη προστασία τους Επισημάνσεις Σε κάθε περίπτωση, η βέλτιστη δυνατή συγκόλληση του μανδύα (άριστη προετοιμασία υποστρώματος), καθώς και η επαρκής αγκύρωση στα άκρα του, είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την μεγιστοποίηση της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται κατά την κοπή του υφάσματος, ώστε να μη δημιουργηθούν διπλώσεις και τσακίσεις, ενώ η επιφάνεια του υφάσματος πρέπει να είναι καθαρή κατά την τοποθέτησή του. Κατά την εφαρμογή, είναι απαραίτητη η χρήση προστατευτικού εξοπλισμού (γάντια, γυαλιά κ.λ.π.) Τυπικές εφαρμογές σε κατασκευές Τα σύνθετα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές κατασκευές από τοιχοποιία, σκυρόδεμα και ξύλο, για την ενίσχυση διαφόρων τύπων δομικών στοιχείων, ως μια εναλλακτική λύση σε σχέση με τα παραδοσιακά υλικά. Μερικοί τυπικοί λόγοι για ενίσχυση είναι : Φορτία σεισμού και ανέμου: Σε έναν μεγάλο σεισμό και σε ισχυρούς ανέμους, μια κατασκευή πρέπει να είναι εύκαμπτη, ώστε να απορροφήσει την επιβαλλόμενη μετατόπιση. Προσθέτοντας βάρος επιτυγχάνουμε μόνο την αύξηση της μάζας και επομένως την πιθανότητα να αστοχήσει η κατασκευή. Έτσι τα σύνθετα υλικά αποτελούν την ιδανική επιλογή. Αλλαγή χρήση : Μερικές φορές μια κατασκευή χρειάζεται να ενισχυθεί, εξαιτίας αλλαγής χρήσης, ώστε να μπορεί να φέρει με ασφάλεια τα επιπρόσθετα φορτία. Κατασκευαστικά ή σχεδιαστικά λάθη: Μερικές φορές, μετά το πέρας των εργασιών, ο ιδιοκτήτης διαπιστώνει ότι δε χρησιμοποιήθηκε η απαιτούμενη ποσότητα χάλυβα, ότι το σκυρόδεμα δεν είναι αυτό που είχε προσδιοριστεί ή ότι ο μηχανικός έχει κάνει κάποιο λάθος στα σχέδια. Σε αυτές τις περιπτώσεις τα σύνθετα υλικά έρχονται για να «αντικαταστήσουν» την ελλιπή ποσότητα χάλυβα ή το σκυρόδεμα χαμηλότερης αντοχής. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

83 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 71 Επισκευές: Μερικές κατασκευές υποβαθμίζονται με το πέρασμα του χρόνου ή με την επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών. Ωστόσο, με προσεκτική προετοιμασία μπορούν να επανέλθουν στην αρχική τους ή σε καλύτερη ακόμα κατάσταση με τη χρήση των συνθέτων υλικών. Διάβρωση : Τα σύνθετα υλικά είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στην επίδραση χημικών συστατικών, με αποτέλεσμα να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να επισκευάσουν και για να προστατέψουν κατασκευές από χημικές ή περιβαλλοντικές επιδράσεις. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

84 7 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

85 73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΒΑΣΕΙΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 4.1 Γενικά Ο σχεδιασμός ενισχύσεων με σύνθετα υλικά ακολουθεί τη φιλοσοφία των σύγχρονων κανονισμών (ΕΚΩΣ 000, ΕΑΚ 000, ΕC6 κ.τ.λ.) περιλαμβάνοντας όλους τους γνωστούς ελέγχους των οριακών καταστάσεων λειτουργικότητας, με κατάλληλες τροποποιήσεις, ώστε να ληφθεί υπόψη η συνεισφορά των συνθέτων υλικών. 4. Καταστατικοί νόμοι των υλικών Παρακάτω παρουσιάζονται οι καταστατικοί νόμοι των υλικών σε μονοαξονική φόρτιση Οριακή κατάσταση αντοχής-πλήρης συνεργασία υλικών Για την τοιχοποιία ισχύουν οι υποθέσεις που υιοθετούνται στο σχεδιασμό κατασκευών φέρουσας τοιχοποιίας. Η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας είναι : f d = f k / γ m (4.1) όπου : f d θλιπτική αντοχή σχεδιασμού τοιχοποιίας f k χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας γ m συντελεστής ασφάλειας υλικού τοιχοποιίας

86 74 ΒΑΣΕΙΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Η συμπεριφορά των συνθέτων υλικών σε εφελκυσμό θεωρείται γραμμικά ελαστική μέχρι την θραύση, που επέρχεται με τάση σχεδιασμού (Σχ.4.1): σ f = E f ε f όπου f fd = f fk / γ f, με f fd f fd (4.) εφελκυστική αντοχή σχεδιασμού συνθέτων υλικών f fk χαρακτηριστική εφελκυστική αντοχή σχεδιασμού συνθέτων υλικών γ f συντελεστής ασφάλειας υλικού για τα σύνθετα υλικά (Πίνακας 4.1.) σ f τάση στα σύνθετα υλικά E f μέτρο ελαστικότητας συνθέτων υλικών (παράλληλα στις ίνες) ε f παραμόρφωση στα σύνθετα υλικά σ m τοιχοποιία σ r f fd FRP f d Ef Χάλυβας f yd 0.% 0.35% ε m ε yd ε fud ε r Σχ.4.1 Σχέσεις τάσης-παραμόρφωσης για την οριακή κατάσταση αντοχής Η ενεργή αντοχή σχεδιασμού f fde στα σύνθετα υλικά, σε εφελκυσμό, είναι : όπου : ε f fde = ε fue fum f γ fk f = η f (4.3) e fd ε fue ενεργή οριακή παραμόρφωση συνθέτων υλικών ε fum μέση οριακή παραμόρφωση συνθέτων υλικών η e αριθμός στρώσεων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

87 ΒΑΣΕΙΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 75 Πίνακας 4.1 Συντελεστής ασφάλειας για τα σύνθετα υλικά, γ f Τύπος ινών Εφαρμογή τύπου Α (1) Εφαρμογή τύπου Β () Άνθρακας Αραμίδιο Γυαλί (1) Χρήση ελασμάτων (προκατασκευασμένων) σε συνήθεις συνθήκες. Χρήση υφασμάτων σε συνθήκες υψηλής στάθμης ποιοτικού ελέγχου της εφαρμογής. () Χρήση υφασμάτων σε συνθήκες συνήθους στάθμης ποιοτικού ελέγχου. Χρήση οποιουδήποτε υλικού σε δύσκολες συνθήκες επιτόπου εφαρμογής 4.. Οριακή κατάσταση αντοχής - αποκόλληση Η αποκόλληση των συνθέτων υλικών οφείλεται στην ανάπτυξη σημαντικών διατμητικών τάσεων στη διεπιφάνεια της τοιχοποιίας (υπόστρωμα) συνθέτων υλικών και γίνεται συνήθως μέσω του υποστρώματος, αφού αυτό έχει μικρότερη διατμητική αντοχή από τις συνήθεις εποξειδικές ρητίνες. Σε αυτές τις περιπτώσεις ο συντελεστής ασφάλειας υλικού αναφέρεται στο υπόστρωμα και λαμβάνεται ίσος με γ b = γ m Οριακή κατάσταση λειτουργικότητας Στην οριακή κατάσταση λειτουργικότητας το μέτρο ελαστικότητας των συνθέτων υλικών λαμβάνεται κατά προσέγγιση ίσο με αυτό που υπολογίζεται για την οριακή κατάσταση αστοχίας, ενώ όλοι οι συντελεστές ασφάλειας των υλικών είναι ίσοι με 1.0. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

88 76 ΒΑΣΕΙΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 4.3 Συνάφεια συνθέτων υλικών - υποστρώματος Η πλήρης συνεργασία των συνθέτων υλικών με την τοιχοποιία προϋποθέτει την ύπαρξη ισχυρού δεσμού, μεταξύ των δύο υλικών, που εξασφαλίζεται μέσω των εποξειδικών ρητινών. Κύριο χαρακτηριστικό αυτού του δεσμού είναι ότι η θραύση των συνθέτων υλικών σπανίως προηγείται της αποκόλλησης. Η δύναμη Ν fa που απαιτείται για την αποκόλληση, που γίνεται λόγω ρηγμάτωσης του υποστρώματος κοντά στη στρώση της κόλλας, αυξάνεται με τo μήκος επικόλλησης l b, μέχρι να λάβει μία οριακή τιμή l b.max, πέρα από την οποία η δύναμη αποκόλλησης παραμένει πρακτικά αμετάβλητη και ίση με Ν fa.max (Σχ. 4.). N fa,max N fα Μήκος επικόλλησης l bf l bf,max Σχ.4. Σχέση δύναμης αποκόλλησης συνθέτων υλικών συναρτήσει του μήκους επικ ολλη επικόλλησης όπου στο παραπάνω διάγραμμα : N fa,max N fα l bf μέγιστη δύναμη αγκύρωσης συνθέτων υλικών εφελκυστική δύναμη στα σύνθετα υλικά μήκος επικόλλησης l bf,max μέγιστο μήκος επικόλλησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

89 77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 5.1 Υλικά κατασκευής πειραματικών δοκιμίων Οπτόπλινθοι Οι οπτόπλινθοι που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή των δοκιμίων ήταν ορθογωνικοί, με διαστάσεις (διαστάσεις σε εκατοστά), με οριζόντιες οπές διαμέτρου περίπου 1.85 cm και με αυλακώσεις, στις εξωτερικές επιφάνειές τους, για καλύτερη συνάφεια με τα κονιάματα. Κατά τις δοκιμές αντοχής για τους οπτοπλίνθους, οι οποίες έγιναν και στις δύο διευθύνσεις τους (Σχ. 5.1.), οι μέσες αντοχές που υπολογίστηκαν ήταν: για διεύθυνση «κάθετα στις οπές» (η οποία είναι η ασθενέστερη) : σ b =3.736 MPa // για διεύθυνση παράλληλα στις οπές (η οποία είναι η ισχυρότερη) : σ b = 8.98 MPa. Στον Πίν παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών, καθώς και οι μέσες τιμές των αντοχών, για τις δύο διευθύνσεις φόρτισης. α β γ Σχ. 5.1 (α) Οπτόπλινθοι, Πειραματικές διατάξεις για δοκιμή αντοχής οπτοπλίνθων (β) κάθετα και (γ) παράλληλα στις οπές

90 78 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Πίν. 5.1 Αποτελέσματα πειραμάτων αντοχής οπτοπλίνθων Αντοχή οπτοπλίνθων Διεύθυνση φόρτισης Κάθετα στις οπές Παράλληλα στις οπές Δοκίμια α) ΚPa β) ΚPa β) ΚPa α) ΚPa β) KPa γ) KPa Μέσες αντοχές σ b =3.736 MPa σ // b = 8.98 MPa 5.1. Κονίαμα αρμών Το κονίαμα, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων, ήταν ένα απλό ασβεστοτσιμεντοκονίαμα, με αναλογίες συστατικών κατ όγκον, όπως φαίνονται στον Πίν. 5.. Μετά από πειράματα εφελκυσμού, από κάμψη και άμεσης θλίψης, για τον έλεγχο των αντοχών του, βρέθηκε ότι έχει μέση εφελκυστική αντοχή f mt ίση με ΜPa και μέση θλιπτική αντοχή f mc ίση με MPa. Τα πειράματα κάμψης έγιναν με πρισματικά δοκίμια διαστάσεων (διαστάσεις σε cm), τα οποία είχαν στηρίξεις, που απείχαν μεταξύ τους 10 cm (Σχ 5. α). Τα πειράματα θλίψης έγιναν με τα δύο τεμάχια που προέκυπταν από την δοκιμή κάμψης, τα οποία τοποθετούνταν καταλλήλως και στηρίζονταν με άκαμπτες μεταλλικές πλάκες, ώστε να σχηματίζεται ένας ιδεατός κύβος με ακμή 4 cm (Σχ 5..β). Τα αποτελέσματα των πειραμάτων παρουσιάζονται στον Πίν Πίν. 5. Αναλογίες συστατικών ασβεστο-τσιμεντο-κονιάματος, κατ όγκον Υλικό Τσιμέντο Ασβέστης Άμμος Νερό Αναλογία ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

91 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 79 α β Σχ. 5. Πειραματικές διατάξεις (α) Κάμψης και (β) θλίψης κονιάματος αρμών των δ Πίν Αποτελέσματα πειραμάτων αντοχής κονιάματος αρμών δοκιμίων Αντοχές κονιάματος των αρμών Δοκίμια Εφελκυστική αντοχή (MPa) Θλιπτική αντοχή (MPa) Κ1 Κ Κ3 Κ4 Κ5 Κ6 Κ7 Κ8 Κ Μέση Τιμή f mt =1.176 f mc = ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

92 80 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Τοιχοποιία Από τα παραπάνω δύο υλικά, τους οπτοπλίνθους και το ασβεστοτσιμεντοκονίαμα (κονίαμα αρμών), κατασκευάστηκαν όλα τα δοκίμια τοιχοποιίας, που χρησιμοποιήθηκαν κατά τις πειραματικές διαδικασίες (Σχ. 5.3.) Σχ. 5.3 Κατασκευή στοιχείων τοιχοποιίας Για τον έλεγχο των μηχανικών ιδιοτήτων της τοιχοποιίας κατασκευάστηκαν μικρά ορθογωνικά στοιχεία, διαστάσεων (διαστάσεις σε cm Σχ. 5.4), τα οποία υποβλήθηκαν σε θλίψη και ως προς τις δύο διευθύνσεις, κάθετα και παράλληλα στους συνεχείς αρμούς. h l = 39.7 cm t = 8.5 cm h = 41.5 cm l t Σχ 5.4 Στοιχεία τοιχοποιίας για τον έλεγχο των μηχανικών ιδιοτήτων της ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

93 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 81 Από τα πειράματα υπολογίστηκαν η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας και το μέτρο ελαστικότητάς της και ως προς τις δύο διευθύνσεις (κάθετα και παράλληλα στους αρμούς). Οι τιμές αυτές χρησιμοποιήθηκαν για τον θεωρητικό υπολογισμό των φορτίων αντοχής των ενισχυμένων δοκιμίων. Από τα πειράματα,για διεύθυνση κάθετα στους αρμούς η μέση θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας υπολογίστηκε ίση με f wc = KPa, το μέσο τέμνον μέτρο ελαστικότητάς της βρέθηκε Ε w = GPa και η μέση οριακή παραμόρφωση αστοχίας της ε wc =0.1017%. Για διεύθυνση παράλληλα στους συνεχείς αρμούς υπολογίστηκε η μέση θλιπτική // αντοχή της τοιχοποιίας ίση με f wc = KPa, το μέσο τέμνων μέτρο ελαστικότητάς // // της βρέθηκε Ε w = 1.4 GPa και η μέση οριακή παραμόρφωση αστοχίας της ε wc =0.317%. Για να γίνουν οι δοκιμές αυτές, δημιουργήθηκε, στην άνω και κάτω επιφάνεια των δοκιμίων, μια επιπεδωτική στρώση, από ειδικό κονίαμα, για την ομαλότερη κατανομή της φόρτισης, προς αποφυγή τοπικών αστοχιών λόγω συγκεντρωμένων φορτίων. Οι παραμορφώσεις μετρήθηκαν μέσω εξωτερικού μηκυνσιομέτρου, το οποίο τοποθετήθηκε κοντά στο μέσω των στοιχείων (Σχ 5.5). Τα αποτελέσματα των δοκιμών παρουσιάζονται στον Πίν. 5.4 α, β. α β Σχ. 5.5 Πειραματική διάταξη για την εύρεση των μηχανικών ιδιοτήτων τοιχοποιίας (α) κάθετα και (β) παράλληλα στους αρμούς ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

94 8 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Πίν 5.4 α Αποτελέσματα πειραμάτων θλιπτικής αντοχής τοιχοποιίας (κάθετα στους αρμούς) Θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας Διεύθυνση Δοκίμιο Θλιπτική αντοχή Παραμόρφωση f wc (ΚPa) ε wc Κάθετα στους αρμούς , , ,00070 Μέση τιμή Πίν 5.4 β Αποτελέσματα πειραμάτων θλιπτικής αντοχής τοιχοποιίας (παράλληλα στους αρμούς) Θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας Διεύθυνση Δοκίμιο Θλιπτική αντοχή Παραμόρφωση Παράλληλα στους αρμούς 1 3 f // wc (ΚPa) // ε wc Μέση τιμή ,00317 Το τέμνων μέτρο ελαστικότητας υπολογίστηκε και στις δύο διευθύνσεις ως ο λόγος Ε w = f wc / ε wu Ρητίνη ενίσχυσης πειραματικών στοιχείων Για την δημιουργία μανδυών με οργανική μήτρα, χρησιμοποιήθηκε εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών (Α και Β). Σύμφωνα με το πρότυπο του κατασκευαστή έχει τα τεχνικά χαρακτηριστικά που παρουσιάζονται στον Πίν. 5.5., όταν γίνει η ανάμειξη των δύο συστατικών της (Σχ. 5.6), σε αναλογία Α:Β = 4:1 κ.β.. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

95 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 83 δύο συστατικών της (Σχ. 5.6), σε αναλογία Α:Β = 4:1 κ.β.. Σχ. 5.6 Ανάμειξη συστατικών εποξειδικής ρητίνης Πίν 5.5. Τεχνικά χαρακτηριστικά εποξειδικής ρητίνης Πυκνότητα 1.31 Κg/ lt Χρόνος Εργασιμότητας & Εφαρμογής 30 min σε 35 ο C 90 min σε 15 o C Μέτρο Ελαστικότητας Αντοχή σε κάμψη Σκλήρυνση 7 ημερών Σκλήρυνση 7 ημερών στους 3 ο C στους 3 ο C 3.8 GPa 30 MPa Κονίαμα ενίσχυσης πειραματικών στοιχείων Για τη δημιουργία μανδυών με ανόργανη μήτρα, χρησιμοποιήθηκε ένα ειδικό τσιμεντοκονίαμα, που περιείχε, εκτός από τα υδραυλικά του συστατικά και πολυμερικά στοιχεία, σε ένα μικρό ποσοστό, της τάξης του 10%. Για την παρασκευή αυτού του κονιάματος απαιτείται ανάμειξη της κονίας με νερό, σε αναλογία κονία : νερό = 3:1. Ο υπολογισμός των μηχανικών ιδιοτήτων αυτού του κονιάματος έγινε πειραματικά Ο υπολογισμός των μηχανικών ιδιοτήτων αυτού του κονιάματος έγινε πειραματικά. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

96 84 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Για την εφελκυστική αντοχή του έγιναν πειράματα κάμψης, σε πρισματικά δοκίμια διαστάσεων (διαστάσεις σε cm), με στηρίξεις που απείχαν μεταξύ τους 10 cm (ακολουθήθηκε η ίδια μέθοδος με αυτή για τη δοκιμή του κονιάματος των αρμών, που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 5.1.). Για την θλιπτική αντοχή του κονιάματος έγιναν πειράματα άμεσης θλίψης, με τα δύο τεμάχια που προέκυπταν από την δοκιμή κάμψης, τα οποία τοποθετούνταν καταλλήλως και στηρίζονταν με άκαμπτες μεταλλικές πλάκες, ώστε να σχηματίζεται ένας ιδεατός κύβος με ακμή 4 cm (ακολουθήθηκε η ίδια μέθοδος με αυτή για τη δοκιμή του κονιάματος των αρμών, που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 5.1.). Η μέση εφελκυστική αντοχή του κονιάματος βρέθηκε ίση με f mt 5.79 MPa, ενώ η θλιπτική του αντοχή ίση με f mc 31.8 MPa. Το μέτρο ελαστικότητάς του εκτιμήθηκε ότι ήταν Ε m =5 GPa. Στον Πίν. 5.6 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων για την εύρεση της αντοχής του κονιάματος ενίσχυσης. Πίν. 5.6 Αποτελέσματα πειραμάτων αντοχής κονιάματος ενίσχυσης Δοκίμια R1 R R3 R4 R5 R6 Αντοχές κονιάματος ενίσχυσης Εφελκυστική αντοχή Θλιπτική αντοχή f mt (MPa) f mc (MPa) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

97 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 85 (συνέχεια Πίν. 5.6) Αντοχές κονιάματος ενίσχυσης Δοκίμια Εφελκυστική αντοχή f mt (MPa) Θλιπτική αντοχή f mc (MPa) R7 R8 R Μέση τιμή Κονίαμα για τη στερέωση των ράβδων ανθρακονήματος (NSM) Για τη συγκόλληση-στερέωση των ράβδων ανθρακονήματος (NSM), μέσα στους αρμούς των προς ενίσχυση δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκε ένα ειδικό κονίαμα τριών συστατικών (Α, Β και Γ), που συνδυάζει εποξειδικές ρητίνες (Σχ. 5.7 α, β ). Τα υγρά συστατικά του (Α και Β) αποτελούνται από υδατικό εναιώρημα εποξειδικής ρητίνης και το συστατικό Γ (σκόνη) από ειδικά τσιμέντα, ορυκτά αδρανή και πρόσμικτα.. Σύμφωνα με τον κατασκευαστή έχει τα τεχνικά χαρακτηριστικά που παρουσιάζονται στον Πίν. 5.7, όταν γίνει η ανάμειξη των τριών του συστατικών, σε αναλογία Α:Β:Γ = 1.14:.86:17 κ.β.. α β Σχ. 5.7 (α) Ανάμειξη συστατικών κονιάματος και (β) Στερέωση ράβδων ανθρακονήματος nsm με NSM με κονίαμα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

98 86 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Πίν Τεχνικά χαρακτηριστικά κονιάματος στερέωσης ράβδων ανθρακονήματος (NSM) Πυκνότητα Χρόνος εργασιμότητας Πρόσφυση σε Αντοχή σε Αντοχή σε & εφαρμογής σκυρόδεμα θλίψη κάμψη.0 Κg/ lt 5 min σε 30 ο C 35 min σε 0 ο C 45 min σε 10 o C.5~3.5 MPa 40 MPa 9 MPa Ύφασμα από ίνες άνθρακα Το ύφασμα, που χρησιμοποιήθηκε στους μανδύες, αποτελούνταν από πλέγμα ινών άνθρακα, δύο διευθύνσεων καθέτων μεταξύ τους, με βροχίδα διαστάσεων (διαστάσεις σε mm-σχ. 5.8 α, β), ώστε να μπορεί να συνδυαστεί τόσο με οργανική μήτρα, στην οποία γίνεται πλήρης εμποτισμός του υφάσματος με ρητίνη, όσο και με ανόργανη μήτρα, στην οποία η συνεργασία του μανδύα στηρίζεται στην μηχανική εμπλοκή του κονιάματος της μήτρας διαμέσου των βροχίδων του πλέγματος. Στα συνεχή υφάσματα δεν υπάρχει η δυνατότητα για αυτήν την μηχανική εμπλοκή. Οι ίνες άνθρακα, από τις οποίες αποτελείτο το ύφασμα, έχουν εφελκυστική αντοχή 4800 MPa, οριακή παραμόρφωση αστοχίας 1.8% και παρουσιάζει μέτρο ελαστικότητας 5 GPa. Το πλέγμα έχει ισοδύναμο πάχος, αν αγνοηθούν οι βροχίδες, 0.047mm και εφελκυστική αντοχή μεγαλύτερη από f fu = 3340 MPa, με συνακόλουθο να έχει οριακή παραμόρφωση αστοχίας μεγαλύτερη από ε fu = 1.39%. Οι ιδιότητές του παρουσιάζονται στον Πίν α β Πίν. 5.8 Ιδιότητες υφάσματος από ίνες άνθρακα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

99 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 87 Πίν Ιδιότητες υφάσματος από ίνες άνθρακα Ύφασμα πλέγμα ινών άνθρακα Ισοδύναμο πάχος Πυκνότητα πλέγματος Μέτρο ελαστικότητας Εφελκυστική αντοχή Οριακή παραμόρφωση mm 168 g/m 5 GPa > 3340 MPa > 1.39% Ράβδοι ανθρακονημάτων (NSM) Οι ράβδοι, που χρησιμοποιήθηκαν για την ενίσχυση δοκιμίων, με τοποθέτησή τους στους αρμούς της τοιχοποιίας, ήταν κατασκευασμένοι από ανθρακονήματα, με μήτρα πολυμερισμένης δυφαινολικής εποξειδικής ρητίνης και περιεκτικότητα σε ανθρακονήματα 60% κατ όγκον. Οι διαστάσεις αυτών των ράβδων είναι 16 (διαστάσεις σε mm) και έχουν εμβαδόν διατομής ίσο με μιας κυκλικής ράβδου, διαμέτρου 6 mm (Σχ. 5.9). Κατά την τοποθέτηση αυτών των ράβδων γίνεται εκτράχυνση της μεγάλης επιφανείας τους, ώστε να υπάρχει καλύτερη συνάφεια με το συγκολλητικό μέσο που χρησιμοποιείται. Τα τεχνικά και μηχανικά χαρακτηριστικά των ράβδων αυτών παρουσιάζονται στον Πίν Σχ. 5.9 Ράβδος ανθρακονήματος (NSM) Πίν Τεχνικά και μηχανικά χαρακτηριστικά ράβδων ανθρακονήματος (NSM) Ράβδοι ανθρακονήματος (NSM) Διαστάσεις (mm) Επιφάνεια διατομής (mm ) Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Εφελκυστική αντοχή (MPa) Οριακή Παραμόρφωση (%) 16 x ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

100 88 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Επίχρισμα (σοβάς) Όσα από τα δοκίμια δεν ενισχύθηκαν με μανδύα, επιχρίστηκαν με έτοιμο κονίαμα σοβά (Σχ. 5.10). Πριν την εφαρμογή του σοβά η επιφάνεια του δοκιμίου καθαρίστηκε από σαθρά τμήματα και έγινε διαβροχή της, ώστε να υπάρχει καλή πρόσφυση, αλλά και αποφυγή απορρόφησης του νερού του σοβά, από το δοκίμιο. Τα τεχνικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του έτοιμου κονιάματος του σοβά παρουσιάζονται στον Πίν Σχ Δοκίμιο επιχρισμένο με κονίαμα σοβά Σχ Τεχνικά και μηχανικά χαρακτηριστικά κονιάματος του σοβά Σοβάς Αντοχή σε Αντοχή σε Μέγιστος κόκκος Πυκνότητα Αναλογία νερού θλίψη εφελκυσμό άμμου ξηρής κονίας ανάμιξης (8 ημερών) (8 ημερών) < mm 1.6 kg/lit % 3 4 MPa MPa Ινοπλισμένο επισκευαστικό κονίαμα Για την ομαλότερη κατανομή των φορτίων και αποφυγή συγκέντρωσης τάσεων, δημιουργήθηκαν στα δοκίμια επιπεδωτικές στρώσεις από ινοπλισμένο επισκευαστικό κονίαμα, στις θέσεις επιβολής των φορτίων, καθώς και στις στηρίξεις των δοκιμίων (Σχ. 5.11). Σύμφωνα με τον κατασκευαστή, το κονίαμα αυτό, με αναλογία ανάμειξης κονία : νερό = 1kg : g, έχει τις μηχανικές ιδιότητες που παρουσιάζονται στον Πίν ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

101 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 89 1kg : g, έχει τις μηχανικές ιδιότητες που παρουσιάζονται στον Πίν Σχ Δημιουργία στηρίξεων Πίν Μηχανικές ιδιότητες ινοπλισμένου επισκευαστικού κονιάματος Ινοπλισμένο επισκευαστικό κονίαμα Χρόνος Θλιπτική αντοχή (MPa) Εφελκυστική αντοχή (MPa ) 1 ημέρα 7 ημέρες 8 ημέρες > 15 > 3 > 40 > 4 > 5.5 > Αυτοεπιπεδούμενο κονίαμα Για την ομαλότερη κατανομή των φορτίων και αποφυγή συγκέντρωσης τάσεων, στους οπτοπλίνθους και στα μικρά στοιχεία τοιχοποιίας, τα οποία δοκιμάστηκαν για τον έλεγχο των μηχανικών ιδιοτήτων των αντιστοίχων υλικών, χρησιμοποιήθηκε ένα αυτοεπιπεδούμενο τσιμεντοκονίαμα. Η αντοχή αυτού του κονιάματος φαίνεται στον Πίν ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

102 90 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Πίν. 5.1 Αντοχή αυτοεπιπεδούμενου κονιάματος Αυτοεπιπεδούμενο κονίαμα Χρόνος 1 ημέρα 7 ημέρες 8 ημέρες Θλιπτική αντοχή 0 MPa 30 MPa 40 MPa 5. Είδη δοκιμίων Τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν στις πειραματικές διαδικασίες ήταν τριών διαφορετικών τύπων, τέτοιας μορφής και τέτοιας φόρτισης, ώστε να αντιπροσωπεύουν, όσο αυτό ήταν εφικτό, πέντε διαφορετικά είδη στοιχείων μιας πραγματικής κατασκευής. Το πρώτο είδος δοκιμίου ήταν σχήματος οθρογωνικού, με διαστάσεις (διαστάσεις σε m), με τους συνεχείς αρμούς κάθετα στη διεύθυνση των τάσεων. Για αυτά τα δοκίμια, οι φορτίσεις προκαλούσαν εκτός επιπέδου κάμψη, αντιπροσωπεύοντας ψηλούς τοίχους ή πεσσούς, καταπονούμενους κάθετα στην επιφάνεια τους και εντός επιπέδου κάμψη, αντιπροσωπεύοντας πεσσούς φορτιζόμενους παράλληλα στην επιφάνεια τους (Σχ. 5.1 α). Το δεύτερο είδος δοκιμίου ήταν και αυτό σχήματος οθρογωνικού, με διαστάσεις (διαστάσεις σε m), με τους συνεχείς αρμούς παράλληλα στη διεύθυνση των τάσεων. Για αυτά τα δοκίμια οι φορτίσεις δημιουργούσαν κάμψη εκτός επιπέδου, αντιπροσωπεύοντας το τμήμα τοίχων, φορτιζόμενων κάθετα στην επιφάνειά τους (κοντά στην κορυφή) και διάτμηση - κάμψη εντός επιπέδου, αντιπροσωπεύοντας ανώφλια στοιχεία δοκού, υπό την φόρτιση των κατακορύφων φορτίων (Σχ. 5.13). Το τρίτο είδος δοκιμίων ήταν σχήματος οθρογωνικού, με διαστάσεις (διαστάσεις σε m), με τους συνεχείς αρμούς κάθετα στη διεύθυνση των τάσεων. Σε αυτά τα δοκίμια έγιναν πειράματα με φόρτιση που προκαλούσε διάτμηση εντός επιπέδου, αντιπροσωπεύοντας διατμητικούς τοίχους (Σχ. 5.1 β). ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

103 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 91 Κάθε ένας από τους πέντε τύπους στοιχείων ενισχύθηκε με τέσσερα βασικά είδη μανδύα. Το πρώτο είδος μανδύα αποτελούνταν από μια στρώση υφάσματος ινών άνθρακα συγκολλημένης στο δοκίμιο με οργανική μήτρα εποξειδικής ρητίνης, ενώ το δεύτερο είδος μανδύα αποτελούνταν από μια στρώση του ιδίου υφάσματος συγκολλημένης όμως στο δοκίμιο με ανόργανη μήτρα τσιμεντοκονιάματος, το οποίο περιείχε σε μικρό ποσοστό και πολυμερικά στοιχεία. Οι δύο άλλοι τύποι μανδύα ήταν όμοιοι με τους προαναφερθέντες, αλλά με την διαφορά ότι είχαν διπλή στρώση υφάσματος. Επίσης, σε δοκίμια με συνεχείς αρμούς, παράλληλα στις τάσεις και φόρτιση εκτός επιπέδου, έγινε ενίσχυση με έτοιμες ράβδους ινών άνθρακα (NSM), τοποθετημένες σε ορισμένους από τους συνεχείς αρμούς, κατά μήκος του δοκιμίου και συγκολλημένες με το κονίαμα της ανόργανης μήτρας των μανδυών. Η ίδια ενίσχυση έγινε και σε δοκίμια που αντιπροσώπευαν διατμητικούς τοίχους, αλλά λόγω του είδους της φόρτισης σε σχέση με την γεωμετρία του δοκιμίου και τις αντοχές των υλικών, αποδείχτηκε τελείως αναποτελεσματική. α β Σχ. 5.1 Δοκίμια τύπου (α) πεσσών και (β) διατμητικού τοίχου με διεύθυνση τάσεων κκκκκκκκκάθετα στους αρμούς Σχ Δοκίμια τύπου ανωφλίου και κορυφής τοίχου με διεύθυνση τάσεων παράλληλα σσσσσσς στους αρμούς ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

104 9 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 5.3 Διαδικασία ενίσχυσης δοκιμίων Τοποθέτηση υφάσματος από ίνες άνθρακα Το ύφασμα, προκειμένου να τοποθετηθεί στο δοκίμιο, κόπηκε στις επιθυμητές διαστάσεις (διαστάσεις εκάστου δοκιμίου), έτσι ώστε να μη σχηματισθούν διπλώσεις και τσακίσεις, γιατί κατά την τοποθέτησή του θα δημιουργούνταν προβλήματα. Επίσης δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή ώστε να παραμένει καθαρό και να μην σκονίζεται, για να έχει καλή συνάφεια με τη μήτρα του μανδύα Τοποθέτηση ράβδων ανθρακονήματος (NSM) Οι ράβδοι ανθρακονήματος (NSM) κόπηκαν και σχίστηκαν στη μέση (Σχ α), γιατί απαιτούνταν, για την ενίσχυση, ράβδοι με το μισό πλάτος. Η κοπή τους έγινε με ηλεκτρική πριονοκορδέλα (Σχ β, γ), ώστε να προκύψουν στοιχεία όσο το δυνατόν πιο ευθύγραμμα και χωρίς να έχουν καταστραφεί οι ίνες άνθρακα, πλευρικά της τομής. Κατόπιν, τα τμήματα των ράβδων των στοιχείων NSM καθαρίστηκαν με πεπιεσμένο αέρα, ώστε να μην υπάρχουν επάνω τους σαθρά κομμάτια και σκόνες, τα οποία θα προκαλούσαν προβλήματα συνάφειας μεταξύ των ράβδων και του κονιάματος συγκόλλησής τους. ii α i β γ Σχ (α) Ράβδος ανθρακονήματος (i) πριν και (ii) μετά την κοπή (β) Ηλεκτρική πριονοκορδέλα (γ) Κοπή ράβδου ανθρακονήματος ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

105 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Προετοιμασία ρητίνης μανδύα (οργανική μήτρα) Για την παρασκευή της ρητίνης του μανδύα ζυγίζονταν τα δύο συστατικά της (η κυρίως ρητίνη και ο σκληρυντή της (Σχ α) και κατόπιν πραγματοποιούνταν καλή ανάμειξη, ώστε να παραχθεί ένα ομοιόμορφο-ομοιογενές και ομοιόχρωμο υλικό (Σχ β). Το παραχθέν υλικό έπρεπε να χρησιμοποιηθεί εντός μικρού χρονικού διαστήματος, για να μην έχει αρχίσει η σκλήρυνση της ρητίνης. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτήθηκε, ώστε να μην υπάρχει καθόλου υγρασία στα χρησιμοποιούμενα εργαλεία, τα οποία έρχονταν σε επαφή με την ρητίνη, για μην υπάρξουν προβλήματα μη ολοκληρωμένης σκλήρυνσής της. α β Σχ (α) Ζύγισμα και (β) ανάμειξη συστατικών εποξειδικής ρητίνης Προετοιμασία κονιάματος μανδύα (ανόργανη μήτρα) Η παρασκευή του κονιάματος του μανδύα, ξεκινούσε με την ζύγιση της κονίας και του απαιτούμενου νερού. Στη συνέχεια γινόταν καλή ανάμειξή τους, έως ότου να δημιουργηθεί μια ομοιογενής-ομοιόμορφη και λεία μάζα (Σχ. 5.16). Η διάστρωση και τελική διαμόρφωση του μανδύα πραγματοποιούνταν μέσα σε μικρό σχετικά χρόνο, ώστε να μην έχει αρχίσει η διαδικασία πήξης του κονιάματος. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

106 94 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Προετοιμασία κονιάματος για τη στερέωση των ράβδων ανθρακονήματος (nsm) (NSM) Η παρασκευή του κονιάματος, για τη στερέωση των ράβδων ανθρακονήματος (NSM), ξεκινούσε με την ζύγιση της κονίας και των δύο άλλων υγρών συστατικών του. Στη συνέχεια γινόταν καλή ανάμειξή τους, έως ότου να δημιουργηθεί μια ομοιογενήςομοιόμορφη και λεία μάζα. Η διάστρωση και τελική διαμόρφωσή του, μέσα στον αρμό, πραγματοποιούνταν εντός μικρού, σχετικά, χρονικού διαστήματος, ώστε να μην έχει αρχίσει η διαδικασία πήξης του κονιάματος. Σχ Ανάμειξη συστατικών κονιάματος Κατασκευή μανδύα Για την δημιουργία του μανδύα, πάνω στο προς ενίσχυση στοιχείο, καθαριζόταν η επιφάνεια του στοιχείου, με χρήση πεπιεσμένου αέρα, από όλα τα χαλαρά τμήματα που τυχών υπήρχαν και τριβόταν με σκληρή βούρτσα, ώστε να έχει καλύτερη συνάφεια ο μανδύας (Σχ α, β) α β Σχ Προετοιμασία υποστρώματος με καθαρισμό (α) με πεπιεσμένο αέρα και (β) με βούρτσα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

107 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 95 Κατόπιν, τοποθετούνταν μια στρώση από το υλικό της μήτρας, με ρολό ή με σπάτουλα, είτε η μήτρα ήταν οργανική είτε ανόργανη, έτσι ώστε να καλυφθεί όλη η επιφάνεια του δοκιμίου (Σχ α, β) α β Σχ Τοποθέτηση υλικού μήτρας (α) οργανικής και (β) ανόργανης Στη συνέχεια, το ύφασμα τεντωνόταν, τοποθετείτο πάνω στη προαναφερθείσα στρώση και συμπιεζόταν με πλαστικό ρολό, προς μία διεύθυνση, ώστε να μη δημιουργηθούν κοιλότητες κάτω από το ύφασμα, κάτι που θα επηρέαζε σημαντικά την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης. Η πίεση που ασκείτο με το ρολό ήταν τέτοια ώστε να καλυφθεί το ύφασμα με το υλικό της μήτρας. Στην περίπτωση της εποξειδικής ρητίνης γινόταν πλήρης εμποτισμός του υφάσματος, ενώ στην περίπτωση του κονιάματος γινόταν απλώς υπερχείλιση του κονιάματος μέσα από τις βροχίδες του υφάσματος. Στη συνέχεια, τοποθετούνταν ξανά συγκολλητικό υλικό, ώστε να καλυφθεί πλήρως το ύφασμα (Σχ α, β) α β Σχ (α) Τοποθέτηση και (β) εμποτισμός υφάσματος με ρητίνη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

108 96 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Στην περίπτωση των μανδυών με δύο στρώσεις υφάσματος, η προαναφερθείσα διαδικασία επαναλαμβανόταν δύο φορές. Στην περίπτωση της ανόργανης μήτρας, γινόταν αρχικά διαβροχή της επιφάνειας του δοκιμίου, ώστε να μην απορροφάται το νερό του κονιάματος και μια σχετική συντήρηση, μετά το τέλος της κατασκευής του μανδύα, για τον έλεγχο της ρηγμάτωσής του Ενίσχυση με ράβδους ανθρακονήματος (NSM) Σχ. 5.0 α Στα προς ενίσχυση, με ράβδους ανθρακονήματος (NSM), δοκίμια, κατά την κατασκευή τους, πραγματοποιήθηκε μερική αφαίρεση του κονιάματος των αρμών, στους οποίους είχε αποφασιστεί να γίνει η τοποθέτηση των ράβδων αυτών (Σχ. 5.0 α). Σχ. 5.0 β Κατά τη διαδικασία της ενίσχυσης, έγινε καθαρισμός των αρμών με χρήση πεπιεσμένου αέρα, ώστε να απομακρυνθούν σαθρά κομμάτια κονιάματος των αρμών και σκόνη, τα οποία θα έχριζαν αναποτελεσματική την ενίσχυση, λόγω κακής συνάφειας (Σχ. 5.0 β) Σχ. 5.1 α Σχ. 5.1 β ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η διάστρωση του συγκολλητικού κονιάματος, μέσα στους αρμούς, αφού είχε προηγηθεί διαβροχή των αρμών, για να μην απορροφηθεί το νερό αυτού. Τοποθετήθηκαν οι ράβδοι και πιέστηκαν, έτσι ώστε να μπουν όσο το δυνατόν βαθύτερα και να μην υπάρχουν κοιλότητες αέρα πίσω από τις ράβδους, κάτι που θα προκαλούσε έλλειψη συνεργασίας της ενίσχυσης και του δοκιμίου, σε αυτά τα σημεία. Τέλος, έγινε εξωτερική διαμόρφωση των αρμών με το ίδιο κονίαμα, ώστε να μην υπάρχει ελεύθερη επιφάνεια στις ράβδους και για να είναι πλήρεις οι αρμοί (Σχ. 5.1 α, β).

109 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Εξοπλισμός εργαστηρίου για την πραγματοποίηση των πειραμάτων Όλες οι πειραματικές διαδικασίες έγιναν στο εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών Μηχανή θλίψης εφελκυσμού (RMU) Οι δοκιμές θλίψης, για τους οπτοπλίνθους, έγιναν στη μικρή υδραυλική πρέσα του εργαστηρίου, δυναμικότητας 100 ΚN σε θλίψη και 600 ΚN σε εφελκυσμό, η οποία είναι συνδεδεμένη με ηλεκτρονικό υπολογιστή για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων (Σχ. 5. α) Μηχανή θλίψης εφεκλυσμού (MTS) Οι δοκιμές κάμψης και θλίψης, στα κονιάματα, έγιναν στη μηχανή θλίψης εφελκυσμού, την οποία διαθέτει το εργαστήριο. Η μηχανή αυτή έχει δυνατότητα εφαρμογής δυναμικών φορτίσεων, χάριν του παλινδρομικού υδραυλικού εμβόλου, δυναμικότητας 50 ΚN. Επίσης έχει δυνατότητα μεταβολής της θέσης του πάνω εμβόλου, λόγω των τηλεσκοπικών βραχιόνων που διαθέτει. Ακόμα, έχει δυνατότητα ηλεκτρονικού ελέγχου και επεξεργασίας αποτελεσμάτων, αφού είναι συνδεδεμένη με ηλεκτρονικό υπολογιστή (Σχ 5. β). α β Σχ. 5. Μηχανή θλίψης-εφελκυσμού (α) RMU και (β) MTS ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

110 98 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ισχυρό πλαίσιο φορτίσεων Οι δοκιμές θλίψης, στα μικρά στοιχεία τοιχοποιίας για τον υπολογισμό της θλιπτικής αντοχής τους, έγιναν στο μικρό, αλλά ισχυρό πλαίσιο φορτίσεων του εργαστηρίου, το οποίο φέρει υδραυλική πρέσα δυναμικότητας 4000 ΚN. Όπως και οι προαναφερθείσες μηχανές, διαθέτει και αυτή δυνατότητα ελέγχου και επεξεργασίας αποτελεσμάτων μέσω υπολογιστή (Σχ. 5.3 α) Πλαίσιο διαξονικής καταπόνησης Τα πειράματα για τα ενισχυμένα δοκίμια έγιναν στο μεγάλο πλαίσιο δοκιμών, διαξονικής καταπόνησης, που υπάρχει στο εργαστήριο. Το πλαίσιο αυτό αποτελείται από μεταλλικά στοιχεία μορφής διπλού Τ, τα οποία έχουν ενισχυθεί μέσω μεταλλικών πλακών και λαμών, για να αυξηθεί τόσο η αντοχή του, ώστε να μην καταστραφεί, όσο και η δυσκαμψία του, ώστε να μην επηρεάζονται οι μετρήσεις των παραμορφώσεων μετακινήσεων των δοκιμίων από αυτές του πλαισίου. Το καθαρό άνοιγμα του πλαισίου είναι 3 3 (διαστάσεις σε m), ενώ το πλάτος της βάσης του είναι 0.90 m (Σχ 5.3 β) Στη βάση του πλαισίου υπάρχουν τρύπες, με απόσταση μεταξύ τους 0.30 m, για να υπάρχει η δυνατότητα στερέωσης αντικειμένων, πάνω του, μέσω κοχλιών ή ντιζών (Σχ 5.3 γ). Το πλαίσιο φέρει δύο έμβολα δυναμικότητας 500 ΚN και 50 ΚN. Το μεγάλο έμβολο είναι στερεωμένο στην οριζόντια δοκό, της κορυφής του πλαισίου, ενώ το μικρό στερεώνεται στο ένα από τα κατακόρυφα υποστυλώματά του Επειδή βρίσκονται σε δύο διευθύνσεις και καθώς έχουν δυνατότητα στροφής, λόγω των αρθρώσεων τους και παράλληλης ως προς την στήριξη τους μετάθεσης, όλο το σύστημα μπορεί να εφαρμόσει, πάνω σε δοκίμιο, είτε απλά φορτία ως προς τις δύο, κατακόρυφη και οριζόντια, διευθύνσεις, είτε σύνθετες φορτίσεις, όπως διαξονικές ή υπό γωνία.. Τέλος, να σημειωθεί ότι διαθέτουν και αυτά τα έμβολα ηλεκτρονική υποστήριξη ελέγχου και επεξεργασίας αποτελεσμάτων. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

111 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 99 α β γ Σχ. 5.3 (α) Ισχυρό πλαίσιο φορτίσεων, (β) Πλαίσιο διαξονικής καταπόνησης και (γ) Ντίζες πλαισίου Μηκυνσιόμετρα (LVDT) Τα μηκυνσιόμετρα (LVDT), τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για τις μετρήσεις των μετακινήσεων σε όλες τις πειραματικές διαδικασίες, ήταν γραμμικού τύπου, μηχανικά μηκυνσιόμετρα, τα οποία είχαν απευθείας σύνδεση με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή, που έλεγχε τα έμβολα φόρτισης και κατέγραφε τα δεδομένα του εκάστοτε πειράματος, για να πραγματοποιείται ταυτόχρονη καταγραφή μετακινήσεων και δυνάμεων κατά την εξέλιξη της δοκιμής (Σχ 5.4 α) Σύστημα πλευρικής φόρτισης Το σύστημα πλευρικής φόρτισης, το οποίο χρησιμοποιήθηκε σε εκείνες τις πειραματικές διατάξεις οι οποίες χρειάζονταν και αξονικό φορτίο, ήταν ένα υδραυλικό σύστημα, επεκτεινομένου εμβόλου, με μέγιστη δυναμικότητα 600 bar. Ο έλεγχος της πίεσης αυτού του συστήματος γινόταν μέσω μανομέτρών, ψηφιακού και αναλογικού, στα οποία ήταν δυνατόν να οριστεί ένα εύρος τιμών, μέσα στο οποίο κυμαινόταν τελικά η πίεση (Σχ. 5.4 β) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

112 100 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ α β Σχ. 5.4 (α) Μηκυνσιόμετρα (LVDT) και (β) Σύστημα πλευρικής φόρτισης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

113 101 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑν Στo κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα προσομοιώματα διαστασιολόγησης ενισχύσεων τοιχοποιίας μέσω υλικών, γνωστών ως ινοπλισμένα πολυμερή (Fibre Reinforced Polymers FRP) ή απλώς σύνθετα υλικά.. Οι υπολογισμοί γίνονται για τις περιπτώσεις εκτός και εντός επιπέδου κάμψης και εντός επιπέδου διάτμησης. 6.1 Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση ττττττττάσεων κάθετα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες P t w b l Σχ. 6.1 Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Θεωρούμε ότι στο επίπεδο στοιχείο τοιχοποιίας του Σχ. 6.1, με μήκος l, πλάτος b και πάχος t, αναπτύσσεται, κατά την οριακή κατάσταση αντοχής, εκτός επιπέδου ροπή κάμψης M Rd,o.Ο οπλισμός των συνθέτων υλικών θεωρείται ομοιόμορφα κατανεμημένος στην εφελκυόμενη και θλιβόμενη περιοχή, με συνολικό εμβαδόν Α f, σε μήκος τοίχου l.

114 10 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Θεωρητικοί υπολογισμοί Το ενισχυμένο στοιχείο θα μελετηθεί ως ένα σύμμικτο στοιχείο με πλήρη συνεργασία μεταξύ της τοιχοποιίας και του σύνθετου υλικού. Από την ανάλυση τάσεων και παραμορφώσεων της διατομής, με επιθυμητό μηχανισμό αστοχίας την θραύση της τοιχοποιίας (στη θλιβόμενη ζώνη), πριν την αστοχία των συνθέτων υλικών, προκύπτουν οι παρακάτω σχέσεις για την θέση του ουδέτερου άξονα, τη ροπή αντοχής και το φορτίο αντοχής. Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα tf εwu ε x x1 ε Εf εwu Εf tw t εwu Εw ε1 tr b ε1 Εf Σχ. 6. (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ. 6.. Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πάχους b : b = E r b (6.1) E f με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας της ρητίνης και του υφάσματος, αντίστοιχα Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = t r b + t f b (6.) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.3) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x- t r -t f ) b (6.4) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε :

115 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 103 ε = ε 1 = x x t r tf tf t tr x x tr tf ε wu (6.5) ε wu (6.6) με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0 1 b Ew ε wu x 1 + ε wu ( b E f t f be w t f + b E f t r b E w t r ) x + (-b E f t t f + b Ew t f + - b E f t f t r + b E w t f t r b E f t r ) ε wu = 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 1 ' x= ( - be f t f + be w t f - b E f t r + be w t r ) + E f ) bew ' ' ' ( b Ewttf + b Eft f b Ew t f + 4bb Ef t f t r 4b E w t f t r bb E w t f t r + b Ef t r + be w bb E be ' w w t r (6.7) Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : x + 7t 3t + 3.5t f 1 r f w (6.8) 3 r f M Rd.o = F ( x 3t 1.5t + t) F ( t r + t f )( ε wu + ε ) με x 1 = 3( ε + ε ) wu το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.9) Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι :

116 104 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.10) Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα tr ε εwu x 1 x ε Ε f εwu Ε f tw t εwu Ε w tf b ε1 ε1 Ε f Σχ. 6.3 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πάχους b : b E r = b (6.11) Ef με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = 3 t r b + t f b (6.1) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.13) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x-3 t r t f ) b (6.14) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : x ε = x 3t r tf ε wu (6.15) t 1.5tr t f x ε 1 = ε wu (6.16) x 3tr tf με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας

117 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 105 Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0 1 b Ew ε wu x + ε wu (4 b E f t f b E w t f +3 b E f t r 3 b E w t r ) x + (-b E f t t f + b E w t f + -3 b E f t f t r + 6 b E w t f t r 4.5 b E f t r + 4.5bE w t r ) ε wu = 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x = + 1 ' (- 4bE f t f + be w t f - 3b E f t r + 3bE w t r )+ bew ' ' E f (4b Ewttf + 16b Eft f 16b Ewt f + 4bb Ef t f t r 4b Ewtf t r 6bb Ewtf t r +... bew ' f tr b E 9bbE be w ' wtr ) (6.17) Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : x 7 f 1 r f w r f (6.18) 3 3 M Rd.o = F ( x - 4.5t - 3t + t) - F + 3.5t + t - t ( 3t r + t f )( ε wu + ε ) με x 1 = 3( ε + ε ) wu το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.19) Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.0) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ. 6.4.

118 106 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ tf εwu ε x x1 ε Εf εwu Εf tw t εwu Εw ε1 tm b ε1 Εf Σχ. 6.4 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πππάχους b : b E m = b (6.1) Ef με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = t m b + t f b (6.) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.3) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x- t m - t f ) b (6.4) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : x ε = ε wu (6.5) x tm tf tf t tm x ε 1 = ε wu (6.6) x tm tf με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0

119 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ b εwu E w x + ε wu ( b E f t f be w t f + b 1 E f t m b E w t m ) x + (-b E f t t f + b Ew t f + -b E f t f t m + b E w t f t m b E f t m ) ε wu = 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 1 ' x= (- be f t f + be w t f - b E f t m + be w t m + E f ) bew ' ' ' ( b Ewttf + b Eft f b Ewt f + 4bb Ef tf t m 4b Ewtf tm bb Ewtf tm + b Ef t m + be w bb E be ' w wtm (6.7) Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : x + 7t 3t + 3.5t f 1 m f w (6.8) 3 m f M Rd.o = F ( x 3t 1.5t + t) F ( t m + t f )( ε wu + ε ) με x 1 = 3( ε + ε ) wu το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.9) Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.30) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ. 6.5.

120 108 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ tm εwu ε x x1 ε Εf εwu Εf tw t εwu Εw tf b ε1 ε1 Εf Σχ. 6.5 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πάχους b : b E m = b (6.31) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = 3 t m b + t f b (6.3) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.33) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x-3 t m t f ) b (6.34) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : x ε = x 3t t 1.5t ε 1 = x 3t m tf m t f x m tf ε wu (6.35) ε wu (6.36) με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0 1 b Ew ε wu x + ε wu (4 b E f t f b E w t f +3 b E f t m 3 b E w t m )x + (-b E f t t f +b E w t + f

121 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ b E f t f t m + 6 b E w t f t m 4.5 b E f t m + 4.5bEw t m ) εwu= 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x= 1 ( ' - 4bE f t f + be w t f - 3b E f t m + 3bE w t m ) bew ' ' E f (4b Ewttf + 16b Eftf 16b Ewtf + 4bb Ef tf tm 4b Ewtf tm 6bb Ewtf tm +... bew ' f m b E t 9bb E be w ' w t m ) (6.37) Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : x 7 f 1 m f w m f (6.38) 3 3 M Rd.o = F ( x - 4.5t - 3t + t) - F + 3.5t + t - t ( 3t m + t f )( ε wu με x 1 = 3( ε + ε ) wu + ε ) το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.39) Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.40) Εφαρμογή Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm, καθώς είναι πολύ μικρό μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = GPa

122 110 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa wu o / oo Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : 3.8 Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = 400 = 6.756mm 5 Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = 18.8 mm Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =18.8 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = 1.978mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = =.96 o / oo Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι : F f1 = = KN o / oo

123 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η δύναμη F f είναι : F f= ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = ( ) 400 =8.070 KN 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : x 1 = ( ) =0.035 mm Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : MRd.o= ( ) = = KNm Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = P Rd.o l P Rd.o = = KN Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm, καθώς είναι πολύ μικρό μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa wu o / oo Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = = 6.756mm 5

124 11 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = 37.6 mm Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =37.6 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = 7.053mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = =.191 o / oo Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι : F f1 = = KN Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = KN Η δύναμη F w είναι :F w = ( ) 400= 9.90 KN 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : x 1 = ( ) Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : =0.047 mm o / oo

125 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 113 M = ( ) = Rd.o = KNm Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = P Rd.o l P Rd.o = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa wu o / oo 5 Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = 400 = mm 5 Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = mm Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =18.8 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x =

126 114 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = mm = o / oo M Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι : F f1 = = KN 1000 o / oo Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = ( ) 400 = KN 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : x 1 = ( ) Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : =3.15 mm = ( ) = Rd.o 10 = KNm Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = P Rd.o l P Rd.o = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε :

127 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 115 μήκος στοιχείου l = 1.0 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση τοιχοποιίας ε = wu θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo 5 Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = 400 = mm 5 Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = mm Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =37.6 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = 4.790mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = o / oo

128 116 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ M Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι :F f1 = = KN Η δύναμη F f είναι :F f = ( ) = KN Η δύναμη F w είναι :F w = ( ) 400 = KN 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : x 1 = ( ) = mm Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : = o / oo 3 ( ) = Rd.o = KNm Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = PRd.ol P Rd.o = = KN 6.1. Πειραματική διάταξη Σχ. 6.6 Πειραματική διάταξη εκτός επιπέδου κάμψης

129 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 117 Σε αυτού του τύπου τα δοκίμια πραγματοποιήθηκε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, με την μορφή κάμψης τριών σημείων, όπως φαίνεται και στο Σχ. 6.6 Στις δύο άκρες του δοκιμίου τοποθετήθηκαν αρθρώσεις, πάνω και κάτω, έτσι ώστε να υπάρχει δυνατότητα στροφής του στοιχείου. Στο κέντρο του δοκιμίου τοποθετήθηκαν επίσης αρθρώσεις, πάνω και κάτω, ώστε να επιβάλλεται το ανακυκλιζόμενο φορτίο, μέσω του κατακόρυφου εμβόλου, του πλαισίου δοκιμών. Όλες οι αρθρώσεις εφάπτονταν με το στοιχείο μέσω επιπεδωτικής στρώσης ινοπλισμένου κονιάματος, για την όσο το δυνατόν καλύτερη και πιο ομοιόμορφη μεταφορά των φορτίων, είτε από το έμβολο προς το δοκίμιο, είτε από το δοκίμιο προς τις στηρίξεις. Στο μέσο του στοιχείου, στην πρόσθια όψη του, ανάμεσα στα σημεία επιβολής του φορτίου, τοποθετήθηκε η βάση σύνδεσης του μηκυνσιομέτρου, για την μέτρηση της μετατόπισης (στο μέσο του δοκιμίου). Πάνω από τη μεσαία άνω άρθρωση τοποθετήθηκαν δύο μεταλλικές λάμες, για να καλυφθεί το κενό μεταξύ της δοκού, η οποία ήταν ακλόνητα συνδεδεμένη με το έμβολο και της άρθρωσης, λόγω της μικρής διαδρομής του εμβόλου. Επειδή το βάρος των δύο αυτών λαμών, καθώς και αυτό της μεσαίας άνω άρθρωσης, το οποίο ήταν 0.44 ΚN, επιβαλλόταν στο δοκίμιο και δημιουργούνταν τάσεις και βέλη κάμψης (προς τα κάτω), πριν από την κανονική φόρτιση, αφαιρέθηκε, με την ανασήκωση του στοιχείου μέσω του εμβόλου, το βάρος αυτό. Δηλαδή, μέχρι του σημείου, στο οποίο ο ηλεκτρονικός έλεγχος του εμβόλου έδειξε ότι αυτό είχε παραλάβει τα 0.44 kn. Η τελική ένδειξη για το φορτίο του εμβόλου ήταν 1.44 kn. Το 1 ΚN επιπρόσθετης φορτίσεως, αντιστοιχούσε στο βάρος της δοκού, της ακλόνητα συνδεδεμένης με το έμβολο, και της κάτω μεσαία άρθρωσης, συμπεριλαμβανομένου και του συστήματος ανάρτησης της τελευταίας, το οποίο αποτελούνταν από κοιλοδοκούς και ντίζες (όπως αυτά φαίνονται και στο Σχ 6.6) Ονοματολογία δοκιμίων Τα ονόματα των δοκιμίων, που ελέγχθηκαν σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο και με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς, παρουσιάζονται στο ακόλουθο διάγραμμα :

130 118 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δοκίμιο ελέγχου OOP_PER_C Εκτός επιπέδου κάμψη - χωρίς αξονικό φορτίο - διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Ενίσχυση με Οργανική μήτρα Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα OOP_PER_R1 OOP_PER_R OOP_PER_M1 OOP_PER_M Όπου : C : δοκίμιο ελέγχου (επιχρισμένο με κονίαμα σοβά μη ενισχυμένο) R1 : χρήση οργανικής μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος ινών άνθρακα R : χρήση οργανικής μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος ινών άνθρακα Μ1: χρήση ανόργανης μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος ινών άνθρακα R1: χρήση ανόργανης μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος ινών άνθρακα Πειράματα Δοκίμιο OOP_PER_C Σχ. 6.7 Για αυτό το δοκίμιο δεν πραγματοποιήθηκε δοκιμή στο πλαίσιο, επειδή κατέρρευσε κατά την μεταφορά του, λόγω ιδίου βάρους. Το φορτίο αυτής της ιδιότυπης αστοχίας υπολογίστηκε ίσο με 0.66 KN. (Σχ.6.7)

131 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 119 Δοκίμιο OOP_PER_R1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +5 και τον -7 κύκλο, με μέγιστα φορτία KN και 9.8 KN. Οι πρώτες αστοχίες σημειώθηκαν από τους πρώτους κιόλας κύκλους, με μικρές καμπτικές ρωγμές διαμέσου αρμών, κοντά στη μεσαία στήριξη. Στον 6 κύκλο εμφανίστηκε η πρώτη σημαντική αστοχία, με την μορφή διατμητικής ρωγμής, η οποία ξεκίνησε από την μεσαία πάνω στήριξη και επεκτεινόταν προς τις άκρες (Σχ.6.8) Σχ. 6.8 Στους επόμενους κύκλους, η διατμητική ρωγμή διευρυνόταν και παρατηρήθηκε, σε ορισμένα σημεία των οπτοπλίνθων, τοπική σύνθλιψη μικρής έκτασης (Σχ. 6.9) Σχ. 6.9 Στον 13 o κύκλο η προαναθερθείσα αστοχία έφτασε στην επιφάνεια του δοκιμίου, με συνέπεια να αποκολληθεί από αυτήν ο μανδύας ενίσχυσης (Σχ. 6.10) Σχ. 6.10

132 10 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Κατά τους ακόλουθους κύκλους συνεχίστηκε η αποκόλληση του μανδύα, μέχρι το τέλος του πειράματος. Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου R1 8 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο OOP_PER_R Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον πέμπτο κύκλο. Στον +5 κύκλο και με φορτίο ΚN παρατηρήθηκε διατμητική ρωγμή στην πίσω όψη του δοκιμίου, ενώ στη συνέχεια, στον -5 και με φορτίο 11.7 ΚN εμφανίστηκαν μικρορωγμές στους οπτόπλινθους της πρόσθιας όψης του (Σχ Σχ )

133 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 11 Στον 6 κύκλο και αφού είχε μειωθεί το φορτίο, εμφανίστηκαν στην πρόσθια όψη του οριζόντιες ρωγμές, στο κάτω μέρος των οπτοπλίνθων, ενώ στην πίσω όψη αυξήθηκαν οι διατμητικές ρωγμές (Σχ. 6.13α, β). Σχ α Σχ β Στον -9 κύκλο άρχισε η αποκόλληση του μανδύα στην πρόσθια όψη (Σχ6.14). Σχ. 6.14

134 1 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στο Σχ Παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου R 8 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Παρατήρηση: Κατά την εξέλιξη του πειράματος, όταν αυτό εκτελούσε τον -5 κύκλο, διαταράχθηκε το LVDT (μηκυνσιόμετρο). Δοκίμιο OOP_PER_Μ1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον ενδέκατο κύκλο. Οι πρώτες αστοχίες παρατηρήθηκαν κατά τον -7 και ήταν καμπτικές ρωγμές στο μέσο του δοκιμίου. Στον +11 κύκλο παρατηρήθηκε το μέγιστο φορτίο αυτής της διεύθυνσης, με τιμή +1. ΚN, όπου και εμφανίστηκε μεγάλη διατμητική ρωγμή κοντά στη μέση του δοκιμίου (η σημαντικότερη αστοχία του), ενώ στη συνέχεια, στον -11 κύκλο έφτασε το φορτίο την τιμή ΚN (Σχ. 6.16).

135 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 13 Σχ.6.16 Στον +1 κύκλο παρατηρήθηκε μικρή αποκόλληση του μανδύα, στη θλιβόμενη περιοχή (φαινόμενο τοπικού λυγισμού Σχ 6.17). Σχ.6.17 Στο Σχ Παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου M1 8 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

136 14 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δοκίμιο OOP_PER_Μ Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον έβδομο κύκλο. Οι πρώτες αστοχίες (μικρορηγματώσεις) παρατηρήθηκαν κατά τον «+5» κύκλο. Σχ 6.19 α Κατά την διάρκεια του 7 ου κύκλου, με φορτία ΚN και ΚN (μέγιστα φορτία), εμφανίστηκαν μικρορωγμές οι οποίες δεν απετέλεσαν τη κύρια μορφή αστοχίας του δοκιμίου. Αυτή παρουσιάστηκε, σε μικρότερο φορτίο, στον επόμενο κύκλο ( +8 ) με την μορφή διατμητικής ρωγμής, κοντά στο μέσο του δοκιμίου (Σχ α) Στον επόμενο κύκλο, +9, παρατηρήθηκε αποκόλληση του μανδύα. (Σχ β). Σχ 6.19 β Στο Σχ. 6.0 Παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

137 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ M Load (kn) Displacement (mm) Σχ. 6.0 Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

138 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση ττττττττάσεων παράλληλα στους αρμούς 6..1 Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες P t w b l Σχ. 6.1 Τοιχοποιία σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τττττττττττττάσεων παράλληλα στους αρμούς Θεωρούμε ότι στο επίπεδο στοιχείο τοιχοποιίας του Σχ. 6.1, με μήκος l, πλάτος b και πάχος t, αναπτύσσεται, κατά την οριακή κατάσταση αντοχής, εκτός επιπέδου ροπή κάμψης M Rd,o.Ο οπλισμός των συνθέτων υλικών θεωρείται ομοιόμορφα κατανεμημένος στην εφελκυόμενη και θλιβόμενη περιοχή, με συνολικό εμβαδόν Α f, σε μήκος τοίχου l Θεωρητικοί υπολογισμοί Το ενισχυμένο στοιχείο θα μελετηθεί ως ένα σύμμικτο στοιχείο με πλήρη συνεργασία μεταξύ της τοιχοποιίας και του σύνθετου υλικού. Από την ανάλυση τάσεων και παραμορφώσεων της διατομής ( Σχ. 6. ), με επιθυμητό μηχανισμό αστοχίας την θραύση της τοιχοποιίας (στη θλιβόμενη ζώνη) πριν την αστοχία των συνθέτων υλικών, προκύπτουν οι παρακάτω σχέσεις για την θέση του ουδέτερου άξονα, τη ροπή αντοχής και το φορτίο αντοχής.

139 16 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα tf εwu ε x x1 ε Εf εwu Εf tw t εwu Εw ε1 tr b ε1 Εf Σχ. 6. (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ. 6.. Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πάχους b : b = E r b (6.41) E f με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας της ρητίνηςκαι του υφάσματος, αντίστοιχα Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = t r b + t f b (6.4) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.43) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x- t r -t f ) b (6.44) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = x x t r tf ε wu (6.45) ε 1 = tf t tr x x tr tf ε wu (6.46) με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0

140 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 17 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0 1 b Ew ε wu x 1 + ε wu ( b E f t f be w t f + b E f t r b E w t r ) x + (-b E f t t f + b Ew t f b E f t f t r + b E w t f t r b E f t r ) εwu = 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 1 x= bew ' ( - be t be t - b E t + be t ) + E ) f f + w f f r w r f ' ' ' ( b Ewttf + b Eft f b E w t f + 4bb E f t f t r 4b E w t f t r bb E w t f t r + b E f t r + be w bb E be ' w wtr Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : r f M Rd.o = F ( x 3t 1.5t + t) F (6.47) x + 7t 3t + 3.5t f 1 r f w (6.48) 3 ( t )( r + t f ε wu + με x 1 = 3( ε + ε ) wu ε Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 ) 4M Rd.o l το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.49) (6.50) Ενίσχυση οργανική μήτρα &δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πάχουςb :b = E r b (6.51) E f

141 18 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ tr ε εwu x 1 x ε Ε f εwu Ε f tw t εwu Ε w tf b ε1 ε1 Ε f Σχ. 6.3 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = 3 t r b + t f b (6.5) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.53) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x-3 t r t f ) b (6.54) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : x ε = x 3t r tf ε wu (6.55) t 1.5tr t f x ε 1 = ε wu (6.56) x 3tr tf με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0 1 b Ew ε wu x + ε wu (4 b E f t f b E w t f +3 b E f t r 3 b E w t r ) x + (-b E f t t f + b E w t f + -3 b E f t f t r + 6 b E w t f t r 4.5 b E f t r + 4.5bEw t r ) εwu = 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι :

142 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 19 x= 1 ( ' - 4bE f t f + be w t f - 3b E f t r + 3bE w t r )+ bew + ' ' E f (4b Ewttf + 16b Eft f 16b E w t f + 4bb E f t f t r 4b E w t f t r 6bb E w t f t r + be w... ' f tr b E 9bbE be w ' wtr ) (6.57) Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : x 7 f 1 r f w r f (6.58) 3 3 M Rd.o = F ( x - 4.5t -3t + t) - F + 3.5t + t - t ( 3t )( ) r + t f ε wu + ε με x 1 = 3( ε + ε ) wu το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.59) Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.60) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα &μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα tf εwu ε x x1 ε Εf εwu Εf tw t εwu Εw ε1 tm b ε1 Εf Σχ. 6.4 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων

143 130 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πάχους b : b = E E m b (6.61) f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = t m b + t f b (6.6) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.63) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x- t m - t f ) b (6.64) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : x ε = ε wu (6.65) x tm tf tf t tm x ε 1 = ε wu (6.66) x tm tf με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0 1 b εwu E w x + ε wu ( b E f t f be w t f + b 1 E f t m b E w t m ) x + (-b E f t t f + b Ew t f b E f t f t m + b E w t f t m b E f t m ) εwu = 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 1 x= bew ' (- be t be t - b E t + be t + E ) f f + w f f m w m f ' ' ' ( b Ewttf + b Eftf b Ewtf + 4bb Ef tf tm 4b Ewtf tm bb Ewtf tm + b Ef t m + be w...

144 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ bb E be ' w wtm (6.67) Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : x + 7t 3t + 3.5t f 1 m f w (6.68) 3 m f M Rd.o = F ( x 3t 1.5t + t) F ( t )( ) m + t f ε wu + ε με x 1 = 3( ε + ε ) wu το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.69) Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.70) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα tm εwu ε x x1 ε Εf εwu Εf tw t εwu Εw tf b ε1 ε1 Εf Σχ. 6.5 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος και b το πάχος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, πάχους b : b = E m b (6.71) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα.

145 13 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = 3 t m b + t f b (6.7) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f b (6.73) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = (x-3 t m t f ) b (6.74) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : x ε = x 3t m tf ε wu (6.75) t 1.5tm t f x ε 1 = ε wu (6.76) x 3tm tf με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w =0 ε 1 E f A f - 1 (ε +ε wu ) E f A ισοδ - 1 εwu E w A w =0 1 b Ew ε wu x + ε wu (4 b E f t f b E w t f +3 b E f t m 3 b E w t m ) x + (-b E f t t f + b E w t f 3 b E f t f t m + 6 b E w t f t m 4.5 b E f t m + 4.5bEw t ) ε m wu= 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x= 1 ( ' - 4bEf tf + bewtf - 3b Ef tm + 3bEwtm ) bew ' ' E f (4b Ewttf + 16b Eft f 16b E w t f + 4bb E f t f t m 4b E w t f t m 6bb E w t f t m + be w... ' f m b E t 9bb E be w ' w t m ) (6.77) Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F f1 είναι : x 7 f 1 m f w m f (6.78) 3 3 M Rd.o = F ( x - 4.5t -3t + t) - F + 3.5t + t - t

146 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 133 ( 3t )( ) m + t f ε wu + ε με x 1 = 3( ε + ε ) wu το κέντρο βάρους του τραπεζίου (6.79) Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.80) Ενίσχυση με ράβδους ανθρακονήματος (NSM) κονίαμα P b t w l Σχ. 6.6 Στοιχείο σε ενισχυμένο με ράβδους ανθρακονημάτων (NSM) Από την ανάλυση τάσεων και παραμορφώσεων της διατομής ( Σχ. 6.7 ), με επιθυμητό μηχανισμό αστοχίας την θραύση της τοιχοποιίας (στη θλιβόμενη ζώνη), πριν την αστοχία των συνθέτων υλικών, προκύπτουν οι παρακάτω σχέσεις για την θέση του ουδέτερου άξονα, τη ροπή αντοχής και το φορτίο αντοχής :

147 134 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ b nsm bnsm t nsm hnsm εwu ε χ fwc ε Εf t w ε1 ε1 Εf b Σχ. 6.7 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t w το ύψος και b το πλάτος του στοιχείου, t nsm το ύψος και b nsm το πλάτος μιας ράβδου NSM και n ο αριθμός των ράβδων NSM ανά πλευρά, όπως φαίνεται στο Σχ Εμβαδόν n ράβδων NSM (ανά πλευρά ): A nsm = n t nsm b nsm (6.81) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = x b (6.8) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : t x ε = x ε 1 = t w nsm t x x ε wu (6.83) nsm ε wu (6.84) με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F nsm1 F nsm - F w =0 ε 1 E nsm A nsm - ε E nsm A nsm - 1 εwu E w A w =0

148 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ E w bx + E nsm nt nsmb nsm x t w E nsm nt nsm b nsm = 0 Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : ( E nt b ) E nsm nt nsmb nsm + 4 nsm nsm nsm + E w bt w E nsmnt nsmb nsm x = (6.85) E b w Η ροπή αντοχής M Rd.o, ως προς το επίπεδο της F nsm είναι : x t nsm 1 w nsm w (6.86) 3 nsm M Rd.o = F ( t - t )- F Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.o = P Rd. o l PRd.o = 4 4M Rd.o l (6.87) Εφαρμογή Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa // μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = 1.4 GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa // wu o / oo

149 136 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = 18.8 mm = mm 5 Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =18.8 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = 3.89mm = o / oo Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι : F f1 = = KN 1000 o / oo Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = 13.4 KN Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : 1.4 ( ) 400 = KN

150 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 137 M x 1 = ( ) 3 Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : = =0.035 mm ( ) = Rd.o 10 =.769 KNm Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = PRd.ol P Rd.o = = KN Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa // μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = 1.4 GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa // wu o / oo Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : 5 Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = 400 = 6.756mm 5 Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = 37.6 mm Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =37.6 mm

151 138 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = 8.881mm = 8.9 o / oo M Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι : F f1 = = KN Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = 6.86 KN Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : x 1 = ( ) Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : = 6.86 o / oo 1.4 ( ) 400 = KN = mm ( ) = Rd.o = 4.13 KNm

152 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 139 Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = PRd.ol P Rd.o = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa // μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = 1.4 GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa // wu o / oo Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = mm = 8.889mm 5 Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =18.8 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x =

153 140 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ = mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = o / oo M Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι : F f1 = = KN 1000 o / oo Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : x 1 = ( ) Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : = ( ) 400 = KN =3.10 mm ( ) = Rd.o 10 = KNm Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = PRd.ol P Rd.o = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε :

154 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 141 μήκος στοιχείου l = 1.15 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa // μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = 1.4 GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa // wu o / oo Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : 5 Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: b = 400 = 8.889mm 5 Το εμβαδόν της ισοδύναμης διατομής είναι : Α ισοδ = = mm Το εμβαδόν του υφάσματος είναι : A f = =37.6 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = 5.50mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = o / oo

155 14 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ M Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F f1 είναι : F f1 = = KN Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Το κέντρο βάρους x 1 του τραπεζίου είναι : x 1 = ( ) Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : = o / oo 1.4 ( ) 400= KN =3.45 mm ( ) = Rd.o = KNm Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : M Rd.o = PRd.ol P Rd.o = = KN Ενίσχυση με δύο ράβδους ανθρακονήματος (NSM) ανά πλευρά κονίαμα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος t = mm πάχος κονιάματος t m = 3 mm ύψος ράβδου NSM t nsm =7 mm πλάτος ράβδου NSM b nsm = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας ράβδου nsm Ε nsm = 14 GPa // μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = 1.4 GPa

156 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 143 οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa // wu o / oo Το εμβαδόν των ράβδων NSM ανά πλευρά είναι : A nsm = 7 =8 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = 4 ( 14 7 ) =.353 mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F nsm1 είναι : F nsm1 = 14 8 = 9.14 KN Η δύναμη F nsm είναι : F nsm = Η δύναμη F w είναι : F w = =9.83 KN o / oo o / oo = KN Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι : MRd.o = 9.14 = 3 Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : 3 ( 85 7) M Rd.o P = KNm l P Rd.o = = Rd.o KN Ενίσχυση με τρεις ράβδους ανθρακονήματος (NSM) ανά πλευρά κονίαμα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε :

157 144 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ μήκος στοιχείου l = 1.15 πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος t = mm πάχος κονιάματος t m = 3 mm ύψος ράβδου NSM t nsm =7 mm πλάτος ράβδου NSM b nsm = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας ράβδου nsm Ε nsm = 14 GPa // μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας Ε w = 1.4 GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε = 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa // wu o / oo Το εμβαδόν των 3 ράβδων nsm ανά πλευρά είναι : A nsm =3 7 =4 mm Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = 4 ( ) = 5.97 mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = Η παραμόρφωση ε είναι : ε = = Η δύναμη F nsm1 είναι : F nsm1 = 5 4 = KN Η δύναμη F nsm είναι : F nsm = 5 4 =14.5 KN Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 o / oo o / oo =.454 KN Η ροπή αντοχής M Rd.o είναι :

158 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ MRd.o = = 3 Το φορτίο P Rd.o αντοχής είναι : 3 ( 85 7) M Rd.o P = KNm l P Rd.o = = Rd.o KN 6.. Πειραματική διάταξη Σχ. 6.8 Πειραματική διάταξη εκτός επιπέδου κάμψης Σε αυτού του τύπου τα δοκίμια πραγματοποιήθηκε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, με την μορφή κάμψης τριών σημείων, όπως φαίνεται και στο Σχ Στις δύο άκρες του δοκιμίου τοποθετήθηκαν αρθρώσεις, πάνω και κάτω, έτσι ώστε να υπάρχει δυνατότητα στροφής του στοιχείου. Στο κέντρο του δοκιμίου τοποθετήθηκαν επίσης αρθρώσεις, πάνω και κάτω, ώστε να επιβάλλεται το ανακυκλιζόμενο φορτίο, μέσω του κατακόρυφου εμβόλου, του πλαισίου δοκιμών. Όλες οι αρθρώσεις εφάπτονταν με το στοιχείο μέσω επιπεδωτικής στρώσης, ινοπλισμένου κονιάματος, για την όσο το δυνατόν καλύτερη και πιο ομοιόμορφη μεταφορά των φορτίων, είτε από το εμβόλου προς το δοκίμιο, είτε από το δοκίμιο προς τις στηρίξεις. Στο μέσο του στοιχείου, στην πρόσθια όψη του, ανάμεσα στα σημεία επιβολής του φορτίου, τοποθετήθηκε η βάση σύνδεσης του μηκυνσιομέτρου, για την μέτρηση της μετατόπισης (στο μέσο του δοκιμίου). Πάνω από τη μεσαία άνω άρθρωση τοποθετήθηκαν δύο μεταλλικές λάμες, για να καλυφθεί το κενό μεταξύ της δοκού, η οποία ήταν ακλόνητα συνδεδεμένη με το έμβολο και της άρθρωσης, λόγω της μικρής διαδρομής του εμβόλου.

159 146 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Επειδή το βάρος των δύο αυτών λαμών, καθώς και αυτό της μεσαίας άνω άρθρωσης, το οποίο ήταν 0.44 ΚN, επιβαλλόταν στο δοκίμιο και δημιουργούνταν τάσεις και βέλη κάμψης (προς τα κάτω), πριν από την κανονική φόρτιση, αφαιρέθηκε με την ανασήκωση του στοιχείου μέσω του εμβόλου, το βάρος αυτό. Δηλαδή, μέχρι του σημείου, στο οποίο ο ηλεκτρονικός έλεγχος του εμβόλου έδειξε ότι αυτό είχε παραλάβει τα 0.44 ΚN. Η τελική ένδειξη για το φορτίο του εμβόλου ήταν 1.44 kn. Το 1 ΚN επιπρόσθετης φορτίσεως, αντιστοιχούσε στο βάρος της δοκού, της ακλόνητα συνδεδεμένης με το έμβολο και της κάτω μεσαία άρθρωσης, συμπεριλαμβανομένου και του συστήματος ανάρτησης της τελευταίας, το οποίο αποτελούνταν από κοιλοδοκούς και ντίζες (όπως αυτά φαίνονται και στο Σχ. 6.8) Ονοματολογία δοκιμίων Τα ονόματα των δοκιμίων, που ελέγχθηκαν σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο και με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς, παρουσιάζονται στο ακόλουθο διάγραμμα : Δοκίμιο ελέγχου OOP_PAR_C Εκτός επιπέδου κάμψη - χωρίς αξονικό φορτίο - διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Ενίσχυση με Οργανική μήτρα Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα OOP_PAR_R1 OOP_PAR_R OOP_PAR_M1 OOP_PAR_M OOP_PAR_NSM Ενίσχυση με ράβδους ανθρακονήματος ΒΒΒ(NSM) OOP_PAR_NSM 3

160 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 147 Όπου : C : δοκίμιο ελέγχου (επιχρισμένο με κονίαμα σοβά μη ενισχυμένο) R1 : χρήση οργανικής μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος R : χρήση οργανικής μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος Μ1: χρήση ανόργανης μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος M: χρήση ανόργανης μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος NSM : χρήση δύο ράβδων ανθρακονήματος ανά πλευρά δοκιμίου NSM 3 : χρήση τριών ράβδων ανθρακονήματος ανά πλευρά δοκιμίου 6..4 Πειράματα Δοκίμιο OOP_PAR_C Το μέγιστο φορτίο που παρατηρήθηκε είναι.57 KN.Η αστοχία του δοκιμίου ήταν μια καμπτική ρωγμή, διαγώνια ως προς το πλάτος του (Σχ. 6.8). Σχ.6.8 Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

161 148 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 5 Control 4 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο OOP_PAR_R1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +11 και τον -1 κύκλο, με φορτία ΚN και 17.8 KN αντίστοιχα. Στον -7 κύκλο σημειώθηκε καμπτοδιατμητική, ρωγμή στο μέσο περίπου του δοκιμίου (Σχ α). Σχ α

162 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 149 Σχ β Στον -13 κύκλο παρατηρήθηκε εεεεεεφελκυστική αστοχία του υφάσματος. Σχ γ Στο Σχ. 6.3 παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 0 R1 10 Load (kn) Displacement (mm) Σχ. 6.3 Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

163 150 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Παρατηρήσεις : 1. Κατά την εκτέλεση του πειράματος ενεργοποιήθηκε πλήρως το ύφασμα και δεν αστόχησαν σημαντικά οι οπτόπλινθοι.. Η αστοχία του κονιάματος, της εξωτερικής επιφάνειας του μανδύα, δεν αντιπροσωπεύει την εσωτερική κατάσταση του δοκιμίου. Συγκεκριμένα, ενώ στο κονίαμα υπήρχαν λίγες ρωγμές, στους οπτοπλίνθους υπήρχαν αρκετές ρηγματώσεις. Δοκίμιο OOP_PAR_R Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +8 και τον -8 κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και ΚN αντίστοιχα. Οι πρώτες αστοχίες παρατηρήθηκαν κατά τον τέταρτο κύκλο, με τη μορφή καμπτικών ρωγμών, κοντά στο μέσο του δοκιμίου, στην πίσω όψη του (Σχ. 6.33). Σχ Στον -5 κύκλο σημειώθηκαν μικρές λοξές ρωγμές, στη πρόσθια όψη του δοκιμίου, οι οποίες στους επόμενους κύκλους αυξήθηκαν και στις δύο όψεις του (Σχ. 6.34). Σχ. 6.34

164 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 151 Στον +9 κύκλο εμφανίστηκε αποκόλληση του μανδύα (5 cm περίπου), στο κάτω τμήμα του δοκιμίου, κοντά στις ακραίες στηρίξεις του, ενώ το ίδιο συνέβη και στο πάνω μέρος του, στον επόμενο Σχ κύκλο (Σχ. 6.35). Κατά τον ενδέκατο κύκλο σημειώθηκε θλιπτική αστοχία των οπτοπλίνθων (Σχ. 6.36). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 30 R 0 10 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

165 15 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δοκίμιο OOP_PAR_M1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +9 και τον -10 κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και ΚN αντίστοιχα. Από τον πρώτο κύκλο παρατηρήθηκε μια πολύ μικρή καμπτική ρωγμή, στο μέσο του δοκιμίου. Κατά τον -4 κύκλο σημειώθηκαν αρκετές μικρές καμπτικές ρωγμές (Σχ. 6.38). Σχ Στον -9 κύκλο άρχισε η εφελκυστική αστοχία του υφάσματος, κοντά στη μεσαία περιοχή του δοκιμίου (Σχ α, β και γ)

166 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 153 Σχ α Σχ β Σχ γ Στον +15 κύκλο αστόχησε ο πλησιέστερος αρμός στην ακραία στήριξη. Παρατηρήσεις: 1. Το δοκίμιο παρουσιάζει διγραμμική σχεδόν περιβάλλουσα.. Το φορτίο δεν ελαττώθηκε απότομα, επειδή οι ίνες του υφάσματος αστοχούσαν σταδιακά και υπήρχε δυνατότητα σχετικής ολίσθησης. Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

167 154 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 30 M Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο OOP_PAR_M Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +1 και -13 κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και 1.97 ΚN, αντίστοιχα. Από τον πρώτο κύκλο παρατηρήθηκε μια μικρή καμπτική ρωγμή στο κονίαμα της πίσω όψης, στο μέσο του δοκιμίου. Στους επόμενους κύκλους, συνεχώς, αυξάνονταν οι καμπτικές ρωγμές (Σχ. 6.41). Σχ Στον δέκατο τέταρτο κύκλο παρατηρήθηκε αποκόλληση του υφάσματος, στην πίσω όψη του δοκιμίου, κοντά στην κάτω μεσαία στήριξη (μήκους 6.5 cm περίπου Σχ. 6.4 α, β).

168 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 155 Σχ. 6.4 α Σχ. 6.4 β Στον 15 o κύκλο σημειώθηκε διαμπερής αποκόλληση του υφάσματος (άνω και κάτω αντίστοιχα με την διεύθυνση φόρτισης), μέχρι την ακραία στήριξη και αστοχία των οπτοπλίνθων, με συνέπεια τον λυγισμό και καταστροφή του μεταξύ τους Σχ αρμού, λόγω της κατάρρευσης των παρακειμένων οπτοπλίνθων (Σχ. 6.43). Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 30 M 0 10 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Παρατήρηση:

169 156 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στον δέκατο τρίτο κύκλο, λόγω των ρωγμών στον κεντρικό οπτόπλινθο, επηρεάστηκε και κατέστη μη αξιόπιστη η καταμέτρηση του μηκινσιομέτρου (LVDT). Δοκίμιο OOP_PAR_NSM Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον - 11 o και +1 o, με μέγιστα φορτία 8.54 ΚN και ΚN, αντίστοιχα. Από τους πρώτους κύκλους αναπτύχθηκαν καμπτικές ρωγμές, κυρίως κατά μήκος της μεσαίας στήριξης (Σχ. 6.45). Σχ Στον 8 o παρουσιάστηκε οριζόντια ρωγμή κατά μήκος του δοκιμίου, λόγω κακής συνάφειας του υλικού του αρμού με το στοιχείο NSM. Στον 9 o άρχισαν οι θλιπτικές αστοχίες των οπτοπλίνθων, ενώ κατά τον δέκατο κύκλο σημειώθηκε κατακόρυφη ρωγμή στην ακραία στήριξη (Σχ. 6.46). Σχ. 6.46

170 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 157 Στον 10 o κύκλο εμφανίστηκαν οριζόντιες ρωγμές και στη θέση των υπολοίπων στοιχείων NSM (Σχ. 6.47). Σχ Στους τελευταίους κύκλους αστόχησαν οι οπτόπλινθοι, κοντά στης ακραίες στηρίξεις και στο κεντρικό τμήμα του δοκιμίου (Σχ. 6.48). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Παρατήρηση: 1. Κατά την διάρκεια της στερέωσης αναπτύχθηκε, στην πίσω όψη του δοκιμίου, μια πολύ μικρή ρωγμή.. Οι οριζόντιες ρωγμές που παρατηρήθηκαν στη θέση των στοιχειών nsm, οφείλονται στην ολίσθηση του οπλισμού. 3. Στο τέλος του πειράματος, ο ένας οπλισμός στο πάνω μέρος του δοκιμίου έχασε εντελώς τη συνεργασία του με το υπόλοιπο στοιχείο. Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

171 158 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 0 NSM 10 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο OOP_PAR_ NSM 3 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον - 13 o και +14 o κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και ΚN αντίστοιχα. Από τον 4 o αναπτύχθηκαν καμπτικές ρωγμές στους αρμούς και στους οπτοπλίνθους (Σχ. 6.50). Σχ Στον +1 κύκλο σημειώθηκε οριζόντια ρωγμή κατά μήκος του δοκιμίου, στη θέση του μεσαίου οπλισμού, λόγω κακής συνάφειας του υλικού του αρμού με το στοιχείο NSM. Στον επόμενο κύκλο, +13, ο οπλισμός των ράβδων αποκολλήθηκε εντελώς.

172 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 159 Στον -16 κύκλο είχαμε πλήρη κατάρρευση κάποιων οπτοπλίνθων (Σχ. 6.51). Σχ Στον -0 o κύκλο πραγματοποιήθηκε σημαντική ολίσθηση του οπλισμού, ο οποίος, όταν βρέθηκε σε θλίψη στον +1 o κύκλο, υπέστη λυγισμό. Σχ. 6.5 α Σχ. 6.5 β Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

173 160 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ NSM Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

174 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 161

175 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων κκκκ κάθετα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες P h N l t w Σχ Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση ττττττττττττάσεων κάθετα στους αρμούς Θεωρούμε ότι στο επίπεδο στοιχείο τοιχοποιίας του Σχ με ύψος h, μήκος l και πάχος t, αναπτύσσεται, κατά την οριακή κατάσταση αντοχής, εντός επιπέδου ροπή κάμψης M Rd,i.Ο οπλισμός των συνθέτων υλικών θεωρείται ομοιόμορφα κατανεμημένος στην εφελκυόμενη και θλιβόμενη περιοχή, με συνολικό εμβαδόν Α f, σε μήκος τοίχου l Θεωρητικοί υπολογισμοί Το ενισχυμένο στοιχείο θα μελετηθεί ως ένα σύμμικτο στοιχείο με πλήρη συνεργασία μεταξύ της τοιχοποιίας και του σύνθετου υλικού. Από την ανάλυση τάσεων και παραμορφώσεων της διατομής ( Σχ ), με επιθυμητό μηχανισμό αστοχίας την θραύση της τοιχοποιίας (στη θλιβόμενη ζώνη) πριν την αστοχία των συνθέτων υλικών, προκύπτουν οι παρακάτω σχέσεις για την θέση του ουδέτερου άξονα, τη ροπή αντοχής και το φορτίο αντοχής

176 16 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ενίσχυση οργανική μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα tr tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t : r ' E r t r = t r (6.88) E f με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = ( ' r t + tf ) x (6.89) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f (h-x) (6.90) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.91) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.9) h x ε 1 = εwu (6.93) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας

177 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 163 Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0 ' N ( E t + 4E t ) x + 4hE t + x h E t 0 w w f r f f f f = ε wu με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : N 4hEf tf + + εwu x = 4hE f t f ' ( E t + 4E t ) w N + εwu w f + 8h r E f t f ' ( E t + 4E t ) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = w w f r (6.94) h h x f N (6.95) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.96) Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα tr tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων

178 164 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t : r ' E r t r = t r (6.97) E f με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = (3 ' r t + tf ) x (6.98) Εμβαδόν υφάσματος : A f = 4 t f (h-x) (6.99) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.100) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.101) h x ε 1 = εwu (6.10) x με ε uw την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0 ' N ( E t + 6E t ) x + 8E t h + x 4E t h 0 w w f r f f f f = ε wu με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x = N 8hEf tf + + εwu 8hE f t f ' ( E t + 6E t ) w N + εwu w + 16h f r E f t f ' ( E t + 6E t ) w w f r (6.103) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι :

179 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 165 M Rd.i = h h x f N (6.104) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.105) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα tm tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t m : ' E m t m = t m (6.106) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = ( t + tf ) x (6.107) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f (h-x) (6.108) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = x t w (6.109) ' m

180 166 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.110) h x ε 1 = εwu (6.111) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0 ' N ( E t + 4E t ) x + 4hE t + x h E t 0 w w f m f f f f = ε wu με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x = N 4hEf tf + + εwu 4hE f t f ' ( E t + 4E t ) w N + εwu w f + 8h m E f t f ' ( E t + 4E t ) w w f m (6.11) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = h h x f N (6.113) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.114) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ. 6.58

181 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 167 tm tf εwu x εwu Εw εwu Εf h ε1 ε1 Εf w Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t m : ' E m t m = t m (6.115) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = (3 t + tf ) x (6.116) Εμβαδόν υφάσματος : A f = 4 t f (h-x) (6.117) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.118) ' m Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.119) h x ε 1 = εwu (6.10) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0

182 168 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ' N ( E t + 6E t ) x + + E t h + x 4E t h 0 w w f m f f f f = ε wu με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x = 8hE f t f N + + ε wu 8hE f t f N + ε wu ' ( E t + 6E t ) w w + 16h f m E f t f ' ( E t + 6E t ) w w f m (6.11) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = h h x f N (6.1) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.13) Εφαρμογή A) Αξονικό φορτίο 10% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa

183 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 169 οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = = 6.57 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = 0mm ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = = o / oo mm Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 o / oo ( ) = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i.511 KNm l P Rd.i = = KN

184 170 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = =6.57 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm 5 x = ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = ( ) ( ) = =.754 o / oo mm Η παραμόρφωση ε είναι : ε = ε wu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= o / oo ( ) = KN

185 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) =.31 KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = Rd.i KNm l P Rd.i = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας ε wu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = =6.57 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : 5 3 = mm

186 17 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ x = ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = = o / oo mm Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu = Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 o / oo ( ) = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i.959 KNm l P Rd.i = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa

187 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 173 μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = =6.57 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = mm ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu = o / oo = = o / oo mm 1 Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i KNm l P Rd.i = = KN

188 174 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Β) Αξονικό φορτίο 5% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Αξονικό φορτίο Ν 0.5 = 0.5 f wc b t w = =15.64 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm 5 x = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = = o / oo mm Η παραμόρφωση ε είναι : ε = ε wu= o / oo

189 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = ( ) = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i.765 KNm l P Rd.i = = KN 1.0 Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.5 = 0.5 f wc b t w = = KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm 5

190 176 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ x = ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = ( ) ( ) = = o / oo mm Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu = Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 o / oo ( ) = 4.98 KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i KNm l P Rd.i = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa

191 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 177 οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.5 = 0.10 f wc b t w = =15.64 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : 5 3 = mm x = ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = ε = εwu = ( ) ( ) o / oo 1 Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = = o / oo = mm ( ) =.411 KN 5 ( ) =.344 KN Η δύναμη F w είναι : F w = = 4.45 KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i KNm l P Rd.i = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.0 m

192 178 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Αξονικό φορτίο Ν 0.5 = 0.5 f wc b t w = = KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : 5 3 = mm x = ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε είναι : ε = ε wu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 o / oo = = mm o / oo ( ) = KN 5 ( ) = 5.44 KN Η δύναμη F w είναι : F w = = 6.83 KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι :

193 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 179 M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i KNm l P Rd.i = = KN Πειραματική διάταξη Σχ Πειραματική διάταξη εντός επιπέδου κάμψης Σε αυτού του τύπου τα δοκίμια πραγματοποιήθηκε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, με την μορφή κάμψης τριών σημείων, όπως φαίνεται και στο Σχ Στις δύο άκρες του δοκιμίου τοποθετήθηκαν αρθρώσεις, πάνω και κάτω, έτσι ώστε να υπάρχει δυνατότητα στροφής του στοιχείου. Στο κέντρο του δοκιμίου τοποθετήθηκαν επίσης αρθρώσεις, πάνω και κάτω, ώστε να επιβάλλεται το ανακυκλιζόμενο φορτίο, μέσω του κατακόρυφου εμβόλου, του πλαισίου δοκιμών. Όλες οι αρθρώσεις εφάπτονταν με το στοιχείο μέσω επιπεδωτικής στρώσης, ινοπλισμένου κονιάματος, για την όσο το δυνατόν καλύτερη και πιο ομοιόμορφη μεταφορά των φορτίων, είτε από το έμβολο προς το δοκίμιο, είτε από το δοκίμιο προς τις στηρίξεις. Στο μέσο του στοιχείου, στην πρόσθια όψη του, ανάμεσα στα σημεία επιβολής του φορτίου, τοποθετήθηκε η βάση σύνδεσης του μηκυνσιομέτρου, για την μέτρηση της μετατόπισης στο μέσο του δοκιμίου.

194 180 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Επειδή το βάρος των δύο αυτών λαμών καθώς και αυτό της μεσαίας άνω άρθρωσης, το οποίο ήταν 0.18 ΚN, επιβαλλόταν στο δοκίμιο και δημιουργούνταν τάσεις και βέλη κάμψης (προς τα κάτω), πριν από την κανονική φόρτιση, αφαιρέθηκε με την ανασήκωση του στοιχείου μέσω του εμβόλου, το βάρος αυτό. Δηλαδή, μέχρι του σημείου, στο οποίο ο ηλεκτρονικός έλεγχος του εμβόλου έδειξε ότι αυτό είχε παραλάβει τα 0.18 ΚN. Η τελική ένδειξη για το φορτίο του εμβόλου ήταν περίπου 0.40 kn. Το 0. ΚN επιπρόσθετης φορτίσεως, αντιστοιχούσε στο βάρος της κάτω μεσαία άρθρωσης, συμπεριλαμβανομένου και του συστήματος ανάρτησης της τελευταίας, το οποίο αποτελούνταν από την δοκό, τύπου διπλού Τ και ντίζες (όπως φαίνονται και στο Σχ. 6.59). Για την επιβολή του αξονικού φορτίου, χρησιμοποιήθηκε υδραυλικό σύστημα, επεκτεινομένου εμβόλου. Επειδή το εμβαδόν του εμβόλου αυτού ήταν μικρό και για την αποφυγή τυχούσας τοπικής αστοχίας, λόγω του συγκεντρωμένου φορτίου, έγινε η χρήση ενός συστήματος κοιλοδοκών συνδεδεμένων με ντίζες, καθώς και μιας άκαμπτης μεταλλικής λάμας, τοποθετημένες κατακόρυφα, καθ όλο το ύψος, εκατέρωθεν του δοκιμίου και χωρίς να έρχονται σε επαφή με οτιδήποτε άλλο εκτός από αυτό. Με διαφορετική πίεση, μέσα σε αυτό το υδραυλικό σύστημα, επιβαλλόταν διαφορετικό αξονικό φορτίο στο στοιχείο προς δοκιμή Ονοματολογία δοκιμίων Τα ονόματα των δοκιμίων, που ελέγχθηκαν σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο και με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς, παρουσιάζονται στο ακόλουθο διάγραμμα : Δοκίμιο ελέγχου PILLASTER_10%_C Εκτός επιπέδου κάμψη - με αξονικό φορτίο 10% - διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Ενίσχυση με Οργανική μήτρα Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα PILLASTER_10%_R1 (big) PILLASTER_10%_R1 (small) PILLASTER_10%_M1 PILLASTER_10%_M

195 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 181 Δοκίμιο ελέγχου PILLASTER_10%_C Εκτός επιπέδου κάμψη - με αξονικό φορτίο 5% - διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Ενίσχυση με Οργανική μήτρα Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα PILLASTER_10%_R1 (big) PILLASTER_10%_M1 PILLASTER_10%_M Όπου : C : δοκίμιο ελέγχου (επιχρισμένο με κονίαμα σοβά μη ενισχυμένο) R1 : χρήση οργανικής μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος R : χρήση οργανικής μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος Μ1: χρήση ανόργανης μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος M: χρήση ανόργανης μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος big : χρήση μεγάλης στήριξης (big footing) small: χρήση μικρής στήριξης (small footing) Πειράματα Α) Αξονικό φορτίο 10% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Δοκίμιο PILLASTER_10%_C Το μέγιστο φορτίο που παρατηρήθηκε ήταν ΚN.

196 18 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η πρώτη αστοχία εμφανίστηκε σε φορτίο 5.4 ΚN, ως κατακόρυφη διαμπερής ρωγμή, διαμέσου αρμού, στη μέση του δοκιμίου (Σχ. 6.60). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Παρατήρηση: Το φορτίο μειώθηκε από 9.73 ΚN σε 8 ΚN, γιατί η πλευρική πίεση, κατά την διάρκεια του πειράματος, παρουσίασε απότομη πτώση από 44 σε 34 bar Control 10% 60 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο PILLASTER_10%_R1 (big) Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον - 3 και τον +4 κύκλο, με τιμές ΚΝ και ΚΝ, αντίστοιχα.

197 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 183 Στον -3 κύκλο και με μέγιστο φορτίο KN παρουσιάστηκε καμπτική ρωγμή στο ύφασμα, στη πίσω όψη του δοκιμίου (Σχ. 6.6). Σχ. 6.6 Στον +4 κύκλο και με μέγιστο φορτίο ΚN, εμφανίστηκε καμπτική ρωγμή και στην πρόσθια όψη του δοκιμίου. Στον -4 κύκλο αποκολλήθηκε ο μανδύας, κοντά στη μεσαία στήριξη, στη μπροστινή πλευρά του δοκιμίου (Σχ. 6.63). Σχ Σχ Στον +5 και στον -5 κύκλο υποχώρησαν η άνω και η κάτω μεσαία στήριξη, αντίστοιχα (Σχ.6.64.)

198 184 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 80 R1 10% Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Παρατηρήσεις : 1. Από τους πρώτους κύκλους εμφανίστηκαν μικρορηγματώσεις στους οπτοπλίνθους.. Στο τέλος του πειράματος αποκολλήθηκε ο μανδύα,ς καθ όλο το ύψος του δοκιμίου, στο κεντρικό τμήμα του. Δοκίμιο PILLASTER_10%_R1 (small) Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +4 και τον -4 κύκλο, με μέγιστα φορτία KN και KN, αντίστοιχα. Οι πρώτες αστοχίες εμφανίστηκαν από τον πρώτο κιόλας κύκλο με τη μορφή μικρορωγμών στους οπτοπλίνθους, εκατέρωθεν της μεσαίας πάνω στήριξης.

199 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 185 Στον +3» κύκλο σημειώθηκε η αρχή της αποκόλλησης και του λυγισμού του μανδύα (Σχ. 6.66). Σχ Στον +4 παρατηρήθηκε εισχώρηση της μεσαίας πάνω στήριξης, εξαιτίας της σύνθλιψης των υποκείμενων οπτοπλίνθων, με αποτέλεσμα την περαιτέρω πλευρική αποκόλληση και τον σημαντικό λυγισμό του μανδύα (Σχ. 6.67). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 60 R1 10% 40 0 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

200 186 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δοκίμιο PILLASTER_10%_Μ1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +4 και τον -5 κύκλο, με τιμές ΚΝ και ΚΝ,αντίστοιχα. Κατά τον 4 o εμφανίστηκαν καμπτικές ρωγμές, διαμέσου των αρμών, σε φορτίο +41. ΚN και ΚN (Σχ. 6.69). Σχ Κατά τον -5 κύκλο παρατηρήθηκε το μέγιστο φορτίο της διεύθυνσης αυτής, που ήταν ίσο με 31 ΚN. Στη διάρκεια των επόμενων κύκλων άρχισε η αποκόλληση του μανδύα από την επιφάνεια του δοκιμίου (Σχ. 6.70). Σχ. 6.70

201 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 187 Σχ Στον +7 κύκλο εισχώρησε η μεσαία άνω στήριξη, που απετέλεσε και την κύρια αστοχία του δοκιμίου (Σχ. 6.71). Στο Σχ. 6.7 παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 80 M1 10% Load (kn) Displacement (mm) Σχ. 6.7 Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Παρατήρηση: Στον -5 κύκλο είχαμε πτώση της πίεσης, η οποία όμως παρέμεινε εντός των επιτρεπομένων ορίων. Δοκίμιο PILLASTER_10%_Μ Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +4 και τον -5» κύκλο.

202 188 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Οι πρώτες αστοχίες εμφανίστηκαν από τον πρώτο κιόλας κύκλο, με τη μορφή μικρών κατακόρυφων (καμπτικών) ρωγμών, διαμέσου των αρμών (Σχ. 6.73). Σχ Στον +4 κύκλο και με μέγιστο φορτίο ΚN, παρατηρήθηκε σημαντικό άνοιγμα ενός αρμού. Στον -5 κύκλο παρουσιάστηκε το μέγιστο φορτίο αυτής της διεύθυνσης, με τιμή 47.9 ΚN. Στον +6 κύκλο παρατηρήθηκαν λοξές ρωγμές στον μανδύα και εισχώρηση της μεσαίας πάνω στήριξης, με αποτέλεσμα την πλευρική αποκόλληση του μανδύα. (Σχ α, β). Στον -6 κύκλο υποχώρησε η κάτω μεσαία στήριξη (Σχ. 6.75). Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Σχ α Σχ β

203 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 189 Σχ M 10% 40 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Β) Αξονικό φορτίο 5% Δοκίμιο PILLASTER_5%_C Το μέγιστο φορτίο που παρατηρήθηκε ήταν 0.07 KN.

204 190 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η πρώτη αστοχία εμφανίστηκε σε φορτίο KN, ως κατακόρυφη διαμπερής ρωγμή, διαμέσου αρμού (αποκόλληση αρμού), στη μέση του δοκιμίου (Σχ. 6.77). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 80 Control 5% 60 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Δοκίμιο PILLASTER_5%_R1 (big) Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον τέταρτο κύκλο.

205 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 191 Στον +4 κύκλο και με μέγιστο φορτίο KN, παρουσιάστηκε τοπικός λυγισμός του μανδύα, στην πίσω όψη του δοκιμίου, στο μέσο τμήμα της θλιβόμενης περιοχής. Στον -4 κύκλο και με μέγιστο φορτίο 5.49 KN, εμφανίστηκε μικρή υποχώρηση της κάτω μεσαίας στήριξης και μικρός, τοπικός, λυγισμός του μανδύα (Σχ. 6.79). Σχ Στον +5 κύκλο υποχώρησε η άνω μεσαία στήριξη, με αποτέλεσμα τον περαιτέρω λυγισμό του μανδύα (Σχ. 6.80). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου R1 5% 40 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

206 19 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δοκίμιο PILLASTER_5%_Μ1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον 4 o με τιμές KΝ και KN. Στον τρίτο κύκλο παρατηρήθηκε καμπτική αστοχία των αρμών. Στον «+5» κύκλο εμφανίστηκε αποκόλληση του μανδύα στην θλιβόμενη ζώνη, κοντά στη μεσαία στήριξη και παράλληλα μια ελαφριά εφελκυστική αστοχία του υφάσματος, στην εφελκυόμενη περιοχή. Επίσης παρατηρήθηκε ιδιαίτερα σημαντική θλιπτική αστοχία των οπτοπλίνθων (Σχ. 6.8 α,β). Σχ. 6.8 α Σχ. 6.8 β Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου M1 5% 40 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

207 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 193 Παρατήρηση: Καθ όλη την διάρκεια του πειράματος παρατηρούνταν συνεχείς ρηγματώσεις στους οπτοπλίνθους. Δοκίμιο PILLASTER_5%_Μ Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +3 και τον -4 κύκλο. Στον +3 κύκλο και με μέγιστο φορτίο ΚN κατέρρευσαν τα τοιχώματα των οπτοπλίνθων, κοντά στη μεσαία στήριξη (Σχ. 6.84). Σχ Στον +4 κύκλο, παρατηρήθηκε υποχώρηση της άνω μεσαίας στήριξης, με αποτέλεσμα την πλευρική αποκόλληση του μανδύα.. Στον «-4» κύκλο εμφανίστηκε το μέγιστο φορτίο αυτής της διεύθυνσης, με τιμή 43.1 ΚN (Σχ. 6.85). Σχ. 6.85

208 194 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στον -5 κύκλο υποχώρησε και η κάτω μεσαία στήριξη, με συνακόλουθο την αποκόλληση του μανδύα (Σχ. 6.86). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου M 5% 40 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

209 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση tttttttttτάσεων παράλληλα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες P h l t w Σχ τττττττττττ Τοιχοποιία σε κάμψη εντός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Θεωρούμε ότι στο επίπεδο στοιχείο τοιχοποιίας του Σχ με ύψος h, μήκος l και πάχος t, αναπτύσσεται, κατά την οριακή κατάσταση αντοχής, εντός επιπέδου ροπή κάμψης M Rd,i.Ο οπλισμός των συνθέτων υλικών θεωρείται ομοιόμορφα κατανεμημένος στην εφελκυόμενη και θλιβόμενη περιοχή, με συνολικό εμβαδόν Α f, σε μήκος τοίχου l Θεωρητικοί υπολογισμοί Το ενισχυμένο στοιχείο θα μελετηθεί ως ένα σύμμικτο στοιχείο με πλήρη συνεργασία μεταξύ της τοιχοποιίας και του σύνθετου υλικού. Από την ανάλυση τάσεων και παραμορφώσεων της διατομής (Σχ. 6.89), με επιθυμητό μηχανισμό αστοχίας την θραύση της τοιχοποιίας (στη θλιβόμενη ζώνη) πριν την αστοχία των συνθέτων υλικών, προκύπτουν οι παρακάτω σχέσεις για την θέση του ουδέτερου άξονα, τη ροπή αντοχής και το φορτίο αντοχής.

210 196 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ενίσχυση με οργανική μήτρα &μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα tr tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t : r ' E r t r = t r (6.14) E f με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = ( t + tf ) x (6.15) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f (h-x) (6.16) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.17) ' r Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.18) h x ε 1 = εwu (6.19) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w = 0

211 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w =0 ' ( E t + 4E t ) x + ( 4hE t ) x h E t 0 w w f r f f f f = με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 4hE x = f t f N + + ε wu ' ( 4hE t ) + 8h E t ( E t + 4E t ) ' ( E t + 4E t ) w f f w Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = f r f f w w f r (6.130) h f (6.131) 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.13) Ενίσχυση οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα tr tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ

212 198 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t : r ' E r t r = t r (6.133) E f με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = (3 t + tf ) x (6.134) Εμβαδόν υφάσματος : A f = 4 t f (h-x) (6.135) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.136) ' r Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.137) h x ε 1 = εwu (6.138) x με ε uw την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w =0 ' ( E t + 6E t ) x + ( 8E t h ) x 4E t h 0 w w f r f f f f = με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 8hE x = f t f N + + ε wu ' ( 8hE t ) + 16h E t ( E t + 6E t ) f ' ( E t + 6E t ) w f w f r f f w w f r (6.139) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = h f (6.140) 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M R.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.141)

213 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 199 Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα tm tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t m : ' E m t m = t m (6.14) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = ( t + tf ) x (6.143) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f (h-x) (6.144) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = x t w (6.145) Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.146) h x ε 1 = εwu (6.147) x ' m με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w = 0

214 00 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w =0 ' ( E t + 4E t ) x + ( 4hE t ) x h E t 0 w w f m f f f f = με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 4hE x = f t f N + + ε wu ' ( 4hE t ) + 8h E t ( E t + 4E t ) ' ( t + 4E t ) E w f f w f m f f w w f m (6.148) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = h f (6.149) 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.150) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα tm tf εwu x εwu Εw εwu Εf h w ε1 ε1 Εf Σχ. 6.9 (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ. 6.9.

215 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 01 Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t m : ' E m t m = t m (6.151) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = (3 t + tf ) x (6.15) Εμβαδόν υφάσματος : A f = 4 t f (h-x) (6.153) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.154) ' m Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.155) h x ε 1 = εwu (6.156) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w =0 ' ( E t + 6E t ) x + ( + E t h) x 4E t h 0 w w f m f f f f = με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : 8hE x = f t f N + + ε wu ' ( 8hE t ) + 16h E t ( E t + 6E t ) f ' ( E t + 6E t ) w f w f m f f w w f m (6.157) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = h f (6.158) 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P Rd. i l PRd.i = 4 4M Rd.i l (6.159)

216 0 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εφαρμογή Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας // E w = 1.4 GPa // οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm 5 x = ( ) + ( ) ( ) ( ) = = mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = o / oo // Η παραμόρφωση ε είναι : ε = ε wu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= o / oo ( ) = KN

217 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η δύναμη F f είναι : F f = Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : 5 ( ) = 3.75 KN = KN MRd.i = = 3 Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M 6.69 KNm Rd.i P = 4 Rd.i l P Rd.i = = KN Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας // E w = 1.4 GPa // οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = 0mm 5 ( ) + ( ) ( ) ( ) = = mm

218 04 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = o / oo Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu// = Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : o / oo ( ) = KN 5 ( ) = 9.08 KN = KN MRd.i = = 9.36 KNm 3 Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i P = 4 Rd.i l P Rd.i = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας // E w = 1.4 GPa // οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε :

219 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 05 Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = 5 3 = 0.067mm 5 ( ) + ( ) ( ) ( ) = mm Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = o / oo = // Η παραμόρφωση ε είναι : ε = ε wu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : o / oo MRd.i = = KNm 3 Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M ( ) = KN Rd.i 5 ( ) = KN = KN P = 4 Rd.i l P Rd.i = = KN 1.15 Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : μήκος στοιχείου l = 1.15 m ύψος στοιχείου h = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa

220 06 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας // E w = 1.4 GPa // οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= 3.17 θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : 5 3 = mm x = ( ) + ( ) + ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = mm // Η παραμόρφωση ε είναι : ε = ε wu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = Η δύναμη F w είναι : F w = 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : o / oo MRd.i = = KNm 3 Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i = o / oo ( ) = KN 5 ( ) =4.469 KN = KN P = 4 Rd.i l P Rd.i = = KN 1.15

221 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πειραματική διάταξη Σχ Πειραματική διάταξη εντός επιπέδου κάμψης Σε αυτού του τύπου τα δοκίμια πραγματοποιήθηκε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, με την μορφή κάμψης τριών σημείων, όπως φαίνεται και στο Σχ Στις δύο άκρες του δοκιμίου τοποθετήθηκαν αρθρώσεις, άνω και κάτω, έτσι ώστε να υπάρχει δυνατότητα στροφής του στοιχείου. Στο κέντρο του δοκιμίου τοποθετήθηκαν επίσης αρθρώσεις, πάνω και κάτω, ώστε να επιβάλλεται το ανακυκλιζόμενο φορτίο, μέσω του κατακόρυφου εμβόλου, του πλαισίου δοκιμών. Όλες οι αρθρώσεις εφάπτονταν με το στοιχείο, μέσω επιπεδωτικής στρώσης, ινοπλισμένου κονιάματος, για την όσο το δυνατόν καλύτερη και πιο ομοιόμορφη μεταφορά των φορτίων, είτε από το έμβολο προς το δοκίμιο, είτε από το δοκίμιο προς τις στηρίξεις. Στο μέσο του στοιχείου, στην πρόσθια όψη του, ανάμεσα στα σημεία επιβολής του φορτίου, τοποθετήθηκε η βάση σύνδεσης του μηκυνσιομέτρου, για την μέτρηση της μετατόπισης στο μέσο του δοκιμίου. Επειδή το βάρος των δύο αυτών λαμών καθώς και αυτό της μεσαίας άνω άρθρωσης, το οποίο ήταν 0.18 ΚN, επιβαλλόταν στο δοκίμιο και δημιουργούνταν τάσεις και βέλη κάμψης (προς τα κάτω), πριν από την κανονική φόρτιση, αφαιρέθηκε με την ανασήκωση του στοιχείου μέσω του εμβόλου, το βάρος αυτό. Δηλαδή, μέχρι του σημείου, στο οποίο ο ηλεκτρονικός έλεγχος του εμβόλου έδειξε ότι αυτό είχε παραλάβει τα 0.18 ΚN. Η τελική ένδειξη για το φορτίο του εμβόλου ήταν περίπου 0.40 kn. Το 0. ΚN επιπρόσθετης φορτίσεως αντιστοιχούσε στο βάρος της κάτω μεσαία άρθρωσης,

222 08 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ συμπεριλαμβανομένου και του συστήματος ανάρτησης της τελευταίας, το οποίο αποτελούνταν από την δοκό, τύπου διπλού Τ και ντίζες (όπως φαίνονται στο Σχ. 6.93) Ονοματολογία δοκιμίων Τα ονόματα των δοκιμίων, που ελέγχθηκαν σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο και με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς, παρουσιάζονται στο ακόλουθο διάγραμμα : Δοκίμιο ελέγχου LINTEL_PAR_C Εντός επιπέδου κάμψη - χωρίς αξονικό φορτίο - διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς Ενίσχυση με Οργανική μήτρα Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα LINTEL_PAR_R1 LINTEL_PAR_R LINTEL_PAR_M1 LINTEL_PAR_M Όπου : C : δοκίμιο ελέγχου (επιχρισμένο με κονίαμα σοβά μη ενισχυμένο) R1 : χρήση οργανικής μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος R : χρήση οργανικής μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος Μ1: χρήση ανόργανης μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος M: χρήση ανόργανης μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος

223 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πειράματα Δοκίμιο LINTEL_PAR_C Το μέγιστο φορτίο που παρατηρήθηκε είναι 8.4 ΚN. Η αστοχία παρατηρήθηκε ως διαμπερής καμπτική ρωγμή, περίπου στο μέσο του δοκιμίου, δια μέσου των αρμών (Σχ. 6.94). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

224 10 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δοκίμιο LINTEL_PAR_R1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +3 και τον -4 κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και ΚN, αντίστοιχα. Οι πρώτες αστοχίες παρατηρήθηκαν εκατέρωθεν της μεσαίας στήριξης, άνω και κάτω, κατά τη διάρκεια του πρώτου κύκλου, με τη μορφή καμπτικών ρωγμών. Στον +4 κύκλο σημειώθηκε εγκάρσια αποκόλληση του μανδύα, στο άνω μέρος, εκατέρωθεν του δοκιμίου. Η ίδια ακριβώς συμπεριφορά παρατηρήθηκε και κατά τον -4 κύκλο στο κάτω μέρος (Σχ. 6.96). Σχ Κατά τον επόμενο κύκλο εισχώρησαν οι μεσαίες στηρίξεις, άνω και κάτω, εξαιτίας της καταστροφής των αντίστοιχων οπτοπλίνθων (Σχ. 6.97). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

225 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ R Load (kn) Midspan displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο LINTEL_PAR_R Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +3 και τον -5 κύκλο, με μέγιστα φορτία +6.6 ΚN και ΚN, αντίστοιχα. Οι πρώτες αστοχίες παρατηρήθηκαν από τον πρώτο κιόλας κύκλο, ως μικρές καμπτικές ρωγμές, στο άνω μέρος του δοκιμίου, εκατέρωθεν της μεσαίας στήριξής του. Στον o κύκλο σημειώθηκε αποκόλληση του μανδύα στη μία ακραία στήριξη, ενώ στον επόμενο κύκλο +3 καταστράφηκε η αυτή στήριξη (Σχ. 6.99). Σχ Στον +5 κύκλο υποχώρησε σημαντικά, περίπου 1 cm, η προανεφερθήσα κατεστραμμένη στήριξη. Επίσης εμφανίστηκε καμπτική ρωγμή, πολύ κοντά στην ακραία στήριξη.

226 1 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στον -6 κύκλο εισχώρησε η μεσαία στήριξη, με επακόλουθο την αποκόλληση του μανδύα, στη θέση αυτή (Σχ ). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου R Load (kn) Midspan displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Παρατήρηση: Από τον πρώτο κύκλο και έπειτα παρουσιάστηκαν και αποκολλήσεις του μανδύα και στις δυο όψεις του δοκιμίου. Δοκίμιο LINTEL_PAR_Μ1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +5 και τον -6 κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚΝ και 3.98 ΚN, αντίστοιχα.

227 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 13 Σχ Η πρώτη αστοχία σημειώθηκε κατά τον δεύτερο κύκλο, με μικρές καμπτικές ρωγμές, στην άνω μεριά του δοκιμίου, κοντά στη μεσαία στήριξη (Σχ. 6.10). Στον +4 κύκλο παρατηρήθηκαν οι πρώτες αστοχίες στο ύφασμα (ολίσθηση ινών Σχ ). Σχ Στον +6 κύκλο σημειώθηκαν οι πρώτες πλευρικές αποκολλήσεις, μικρής εκτάσεως. Κατά τους επόμενους κύκλους, έβδομο και όγδοο, συνεχίστηκε η αποκόλληση του υφάσματος, έως και τον ένατο κύκλο, όπου εμφανίστηκε λυγισμός του υφάσματος και ρηγμάτωση των οπτοπλίνθων. Επίσης παρατηρήθηκε, σε μικρή έκταση, εφελκυστική αστοχία του υφάσματος (Σχ α, β). Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Σχ α Σχ β

228 14 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ M Load (kn) Midspan displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Παρατηρήσεις: 1. Στον πρώτο κύκλο, το δοκίμιο ολίσθησε ως προς τις στηρίξεις του.. Το δοκίμιο εμφάνισε διγραμμική περιβάλλουσα, παρότι και τα δύο υλικά, που το ααααποτελούν, είναι ψαθυρά. 3. Με δοκιμή τοπικής επαναλαμβανόμενης κρούσης στην περιοχή, επιβεβαιώθηκε οοοότι το εύρος της αποκόλλησης του υφάσματος ήταν σημαντικό (ακούστηκε θθθυπόκωφος ήχος στο εύρος της αποκόλλησης). Δοκίμιο LINTEL_PAR_Μ Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον - 3 και +4, με μέγιστα φορτία ΚN και ΚN, αντίστοιχα. Οι πρώτες αστοχίες παρατηρήθηκαν στον δεύτερο κύκλο, ως καμπτικές ρωγμές, κυρίως στην άνω μεριά, στο κεντρικό τμήμα του δοκιμίου.

229 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 15 Στον -4 κύκλο κατέρρευσε ο μεσαίος οπτόπλινθος, στο κάτω μέρος του δοκιμίου, ενώ στον επόμενο κύκλο, τον πέμπτο, υποχώρησε η στήριξη στο ίδιο σημείο. Επίσης παρατηρήθηκε και αποκόλληση του μανδύα (Σχ ). Σχ Στον έκτο κύκλο συνθλίφτηκε ο οπτόπλινθος της μίας ακραίας στήριξης (Σχ ). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου M Load (kn) Midspan displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

230 16 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Παρατήρηση: Επειδή σημειώθηκε τοπική αστοχία στους οπτοπλίνθους, αυτό το πείραμα μας παράσχει μόνο ένα κάτω όριο της μέγιστης τιμής του φορτίου. Γι αυτό αποφασίστηκε η αύξηση του μεγέθους των στηρίξεων ( από τα 10 cm σε 5 cm).

231 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τοιχοποιία σε διάτμηση εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση τττττττtτάσεων κάθετα στους αρμούς Διαστασιολόγηση ενισχύσεων σε τοιχοποιίες N V h b t w Σχ. 109 Τοιχοποιία σε διάτμηση εντός επιπέδου, με αξονικό φορτίο, με διεύθυνση ττττττττττ τάσεων κάθετα στους αρμούς Θεωρούμε ότι στο επίπεδο στοιχείο τοιχοποιίας του Σχ με ύψος h, πλάτος b και πάχος t, αναπτύσσεται, κατά την οριακή κατάσταση αντοχής, εντός επιπέδου ροπή κάμψης M Rd,i.Ο οπλισμός των συνθέτων υλικών θεωρείτα ότι δρα ως οπλισμός διάτμησης, ομοιόμορφα κατανεμημένος στην εφελκυόμενη και θλιβόμενη περιοχή, με συνολικό εμβαδόν Α f, σε μήκος τοίχου l Θεωρητικοί υπολογισμοί Ενίσχυση με οργανική μήτρα &μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος της ρητίνης, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ

232 18 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ tr tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t : r ' E r t r = t r (6.160) E f με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = ( t + tf ) x (6.161) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f (h-x) (6.16) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.163) ' r Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.164) h x ε 1 = εwu (6.165) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0 ' N ( E t + 4E t ) x + 4hE t + x h E t 0 w w f r f f f f = ε wu

233 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 19 με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : N 4hEf tf + + εwu x = 4hE f t f ' ( E t + 4E t ) w N + εwu w f + 8h r E f t f ' ( E t + 4E t ) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = w w f r (6.166) h h x f N (6.167) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P 4 h Rd. i PRd.i = 4M Rd. i h (6.168) Ενίσχυση οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα tr tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t r το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t : r ' E r t r = t r (6.169) E f

234 0 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ με E r και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = (3 t + tf ) x (6.170) Εμβαδόν υφάσματος : A f = 4 t f (h-x) (6.171) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.17) ' r Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.173) h x ε 1 = εwu (6.174) x με ε uw την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0 ' N ( E t + 6E t ) x + 8E t h + x 4E t h 0 w w f r f f f f = ε wu με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x = N 8hEf tf + + εwu 8hE f t f ' ( E t + 6E t ) w N + εwu w + 16h f r E f t f ' ( E t + 6E t ) w w f r (6.175) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = h h x f N (6.176) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P 4 h Rd. i PRd.i = 4M Rd. i h (6.177) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα

235 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 1 tm tf εwu x εwu Εw εwu Εf h tw ε1 ε1 Εf Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t m : ' E m t m = t m (6.178) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = ( t + tf ) x (6.179) Εμβαδόν υφάσματος : A f = t f (h-x) (6.180) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = x t w (6.181) ' m Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.18) h x ε 1 = εwu (6.183) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = 0

236 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0 ' N ( E t + 4E t ) x + 4hE t + x h E t 0 w w f m f f f f = ε wu με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x = N 4hEf tf + + εwu 4hE f t f ' ( E t + 4E t ) w N + εwu w f + 8h m E f t f ' ( E t + 4E t ) w w f m (6.184) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι : M Rd.i = h h x f N (6.185) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P 4 h Rd. i PRd.i = 4M Rd. i h (6.186) Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα tm tf εwu x εwu Εw εwu Εf h ε1 ε1 Εf w Σχ (α) Διατομή δοκιμίου, (β) Κατανομή παραμορφώσεων, (γ) Κατανομή τάσεων Έστω x η θέση του ουδέτερου άξονα, t m το πάχος του κονιάματος, t f το πάχος του

237 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 3 υφάσματος, t w το πάχος και h το ύψος του στοιχείου, όπως φαίνονται στο Σχ Θα μετατρέψουμε τη διατομή του μανδύα σε μία ισοδύναμη διατομή υφάσματος, ' πάχους t m : ' E m t m = t m (6.187) E f με E m και E f το μέτρο ελαστικότητας του κονιάματος και του υφάσματος, αντίστοιχα. Εμβαδόν ισοδύναμης διατομής : Α ισοδ = (3 t + tf ) x (6.188) Εμβαδόν υφάσματος : A f = 4 t f (h-x) (6.189) Εμβαδόν τοιχοποιίας : Α w = t w x (6.190) ' m Σύμφωνα με το συμβιβαστό των παραμορφώσεων έχουμε : ε = ε wu (6.191) h x ε 1 = εwu (6.19) x με ε wu την οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας Ισορροπία δυνάμεων : F f1 - F f - F w N = ε1 E f A f - εwu E f A ισοδ - εwu E w A w N =0 ' N ( E t + 6E t ) x + + E t h + x 4E t h 0 w w f m f f f f = ε wu με Ν το αξονικό φορτίο Η ρίζα της παραπάνω εξίσωσης είναι : x = N 8hEf tf + + εwu 8hE f t f ' ( E t + 6E t ) w N + εwu w + 16h f m E f t f ' ( E t + 6E t ) w w f m (6.193) Η ροπή αντοχής M Rd.i, ως προς το επίπεδο της F f και F w είναι :

238 4 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ M Rd.i = h h x f N (6.194) 3 3 F 1 Το φορτίο αντοχής, για αμφιέρειστο δοκίμιο, είναι : M Rd.i = P 4 h Rd. i PRd.i = 4M Rd. i h (6.195) Εφαρμογή A) Αξονικό φορτίο 10% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 800 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = =1.513 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm 5

239 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ x = ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= ( ) ( ) ( ) Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 = mm o / oo = o / oo ( 16.96) = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : KNm M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN 1.11 Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 400 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa

240 6 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = =1.513 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm x = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = mm =.754 o / oo Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 o / oo ( 15.77) 400 = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : KNm M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN 1.11

241 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 7 Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 800 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = =1.513 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : 5 3 = mm x = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = mm = 4.41 o / oo Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= o / oo

242 8 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 1 Η δύναμη F f1 είναι : F f1= ( ) Η δύναμη F f είναι : F f = = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : KNm M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN 1.11 Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 800 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.10 = 0.10 f wc b t w = =1.513 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m 5 3 = mm

243 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 9 Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 = mm o / oo = o / oo ( ) 400 = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : KNm M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN 1.15 Β) Αξονικό φορτίο.5% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Ενίσχυση με οργανική μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 800 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm

244 30 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.05 = 0.05 f wc b t w = =3.18 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm 5 x = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = = = o / oo mm ε = εwu= o / oo 1 Η δύναμη F f1 είναι : F f1= ( ) Η δύναμη F f είναι : F f = = KN 5 ( ) =.085 KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι :

245 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 31 M = Rd.i = KNm Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN 1.11 Ενίσχυση με οργανική μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 800 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος ρητίνης t r 0 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας ρητίνης Ε r = 3.8 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.05 = 0.05 f wc b t w = =3.18 KN Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = r Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : = 0mm 5 x = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = mm

246 3 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = =.36 o / oo Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 o / oo ( ) = KN 5 ( ) = 5.34 KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : KNm M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN 1.11 Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & μία στρώση υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 800 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= o / oo θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa Αξονικό φορτίο Ν 0.05 = 0.05 f wc b t w = =3.18 KN

247 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 33 Σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία έχουμε : Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : x = = mm ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = o / oo = = mm o / oo ( ) 400 = KN 5 ( ) = 7.41 KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : KNm M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα & δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα Σύμφωνα με τα στοιχεία τοιχοποιίας των πειραμάτων έχουμε : ύψος στοιχείου h = 1.11 m πλάτος στοιχείου b = 800 mm πάχος στοιχείου t w = 85 mm πάχος κονιάματος (κάθε στρώσης) t m = 3 mm

248 34 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ πάχος υφάσματος t f = mm μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ε m = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας υφάσματος Ε f = 5 GPa μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας E w = GPa οριακή θλιπτική παραμόρφωση της τοιχοποιίας εwu= θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας f wc = KPa o / oo Αξονικό φορτίο Ν 0.05 = 0.05 f wc b t w = =3.18 KN Το ισοδύναμο πάχος του μανδύα είναι: t ' = m Το ύψος του ουδέτερου άξονα είναι : 5 3 = mm x = ( ) ( ) ( ) Η παραμόρφωση ε 1 είναι : ε 1 = ( ) ( ) =.776 = o / oo mm Η παραμόρφωση ε είναι : ε = εwu= Η δύναμη F f1 είναι : F f1= Η δύναμη F f είναι : F f = 1000 o / oo ( ) 400 = KN 5 ( ) = KN Η δύναμη F w είναι : F w = = KN 1000 Η ροπή αντοχής M Rd.i είναι : M = Rd.i = Το φορτίο P Rd.i αντοχής είναι : KNm M Rd.i = PRd. i h P Rd.i = = KN 1.11

249 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πειραματική διάταξη Σχ Πειραματική διάταξη για εντός επιπέδου διάτμηση Αυτού του τύπου τα δοκίμια, έχοντας την μορφή προβόλου, υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση δύο σημείων (στήριξη και σημείο φόρτισης), σε συνδυασμό με αξονικό φορτίο. Στη βάση του στοιχείου δημιουργήθηκαν συνθήκες πάκτωσης, αφ ενός με την κόλλησή του με εποξειδική ρητίνη σε κοιλοδοκούς, στερεωμένες με συγκολλημένες ντίζες στο πλαίσιο δοκιμών (Σχ ) κατά μήκος του και αφ ετέρου με σφήνωσή του, μεταξύ δύο άκαμπτων μεταλλικών πλακών, συγκολλημένων σε κοιλοδοκούς, οι οποίες είτε ήταν συγκολλημένες, είτε στερεωμένες με συγκολλημένες ντίζες στο πλαίσιο δοκιμών, κατά το πάχος του δοκιμίου (δεξιά και αριστερά αντίστοιχα όπως φαίνονται στo Σχ , στο κάτω μέρος). Επίσης για την καλύτερη σφήνωση του δοκιμίου ασκήθηκε οριζόντια προένταση, μεταξύ των κοιλοδοκών των άκαμπτων πλακών, με χρήση ντιζών (Σχ ). Για την επιβολή του οριζόντιου ανακυκλιζομένου φορτίου, χρησιμοποιήθηκε το οριζόντιο έμβολο του πλαισίου δοκιμών. Για την όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφη κατανομή της φόρτισης, τοποθετήθηκε, στην κορυφή του δοκιμίου, μια μεταλλική δοκός, μορφής διπλού Τ, η οποία στερεωνόταν με εποξειδική ρητίνη. Πάνω σε αυτήν και κατά μήκος του στοιχείου στερεώθηκαν, με κοχλίες, δύο λάμες τύπου L, εκατέρωθεν του δοκιμίου, οι οποίες επαλείφονταν με εποξειδική ρητίνη, για την κόλλησή τους με το δοκίμιο. Επίσης, υπήρχαν και δύο μικρότερες δοκοί, μορφής διπλού Τ, οι οποίες

250 36 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ στερεώνονταν στην κύρια δοκό με κοχλίες, στη διεύθυνση του πάχους του στοιχείου και σφήνωναν του δοκίμιο μεταξύ τους, δημιουργώντας μια εγκιβωτισμένη περιοχή στο στοιχείο, η οποία μετέφερε και κατένεμε τα φορτία στον υπόλοιπο όγκο, μειώνοντας την πιθανότητα τοπικής αστοχίας. Για την καλύτερη σφήνωση και εγκιβωτισμό, χρησιμοποιήθηκε και εδώ οριζόντια προένταση μέσω ντιζών. Οι άκαμπτες μεταλλικές πλάκες, στη βάση του δοκιμίου, όπως και οι μικρές δοκοί, στην κορυφή του, εφάπτονταν με το στοιχείο μέσω επιπεδωτικής στρώσης, ινοπλισμένου κονιάματος, για την όσο το δυνατόν καλύτερη και πιο ομοιόμορφη μεταφορά των φορτίων, είτε από το έμβολο προς το δοκίμιο, είτε από το δοκίμιο προς τη στήριξη. Τα μηκυνσιόμετρα, για τον έλεγχο των μετακινήσεων, τοποθετήθηκαν σε τρία διαφορετικά ύψη του δοκιμίου, πάνω από την άκαμπτη πλάκα στη βάση, κάτω από τη μια μικρή δοκό και στο μέσο του ελεύθερου ύψους, ενώ τα μηκυνσιόμετρα, για τον έλεγχο των ανασηκώσεων, τοποθετήθηκαν εκατέρωθεν του δοκιμίου, πάνω από τις άκαμπτες πλάκες στη βάση του. Για την επιβολή του αξονικού φορτίου χρησιμοποιήθηκε, αφ ενός υδραυλικό σύστημα, επεκτεινομένου εμβόλου, το οποίο τοποθετήθηκε πάνω από την δοκό στην κορυφή του δοκιμίου, αφ ετέρου σταθερά βάρη, τα οποία στερεώθηκαν στην μεταλλική κατασκευή, στην κορυφή του δοκιμίου (Σχ ). Στο φορτίο αυτό συνυπολογίστηκαν το βάρος της μεταλλικής κατασκευής της κορυφής, καθώς και το μισό βάρος του οριζόντιου εμβόλου (του πλαισίου δοκιμών), το οποίο στερεώνονταν με κοχλίες στη μια μικρή δοκό της αριστερής πλευράς του δοκιμίου (Σχ ). Για την περίπτωση, μάλιστα, του μικρού αξονικού φορτίου δεν χρησιμοποιήθηκε το υδραυλικό σύστημα, αλλά προσαυξήθηκαν τα σταθερά βάρη με τοποθέτηση μεταλλικών πλακών στη θέση του υδραυλικού συστήματος. Σχ Διάταξη ντιζών στερέωσης στη βάση του πλαισίου

251 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 37 Τα μηνυνσιόμετρα (LVDT), χρησιμοποιήθηκαν για τη μέτρηση των μετακινήσεων τοποθετήθηκαν σύμφωνα με τη διάταξη, που παρουσιάζεται στο Σχ POT 5 POT POT 4 POT 3 POT 1 Σχ Διάταξη μηκυνσιομέτρων (LVDT) Ονοματολογία δοκιμίων Τα ονόματα των δοκιμίων, που ελέγχθηκαν σε κάμψη εκτός επιπέδου, χωρίς αξονικό φορτίο και με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς, παρουσιάζονται στο ακόλουθο διάγραμμα : Δοκίμιο ελέγχου SHEAR_10%_C Διάτμηση εντός επιπέδου - με αξονικό φορτίο 10% - διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Ενίσχυση με Οργανική μήτρα SHEAR_10%_R1 SHEAR_10%_R Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα SHEAR_10%_M1 SHEAR_10%_M

252 38 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Διάτμηση εντός επιπέδου - με αξονικό φορτίο.5% - διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς Δοκίμιο ελέγχου Ενίσχυση με Οργανική μήτρα SHEAR_.5%_C SHEAR_.5%_R1 SHEAR_.5%_R Ενίσχυση με ανόργανη μήτρα SHEAR_.5%_M SHEAR_.5%_M1 Όπου : C : δοκίμιο ελέγχου (επιχρισμένο με κονίαμα σοβά μη ενισχυμένο) R1 : χρήση οργανικής μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος R : χρήση οργανικής μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος Μ1: χρήση ανόργανης μήτρας και μιας στρώσης υφάσματος M: χρήση ανόργανης μήτρας και δύο στρώσεων υφάσματος Πειράματα Α) Αξονικό φορτίο 10% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Δοκίμιο SHEAR_10%_C Σχ Το μέγιστο φορτίο που παρατηρήθηκε είναι KN, στο +3 κύκλο Κατά των δεύτερο κύκλο δημιουργήθηκε ρωγμή στον πρώτο αρμό, πάνω από την στήριξη, ενώ κατά τον τέταρτο κύκλο εμφανίστηκε ρωγμή και σε άλλο αρμό (Σχ ).

253 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 39 Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 0 Control 10% 10 Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης. Παρατηρήσεις: 1. Λόγω της ρωγμής, κοντά στη στήριξη, το δοκίμιο ήταν ελεύθερο να ανασηκωθεί. Κατά την διάρκεια των τελευταίων κύκλων τα έμβολα, που ασκούσαν την πλευρική πίεση στο σύστημα, τερμάτισαν και υπήρχε έλλειψη ελέγχου της πλευρικής πίεσης, με συνέπεια την ψευδή αύξηση του φορτίου. Δοκίμιο SHEAR_10%_R1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον - 8 και τον +9 κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και ΚN. Η πρώτη εμφανής αστοχία σημειώθηκε κατά τον πέμπτο κύκλο και ήταν διατμητικού τύπου. Στον επόμενο, έκτο, κύκλο έγινε η πρώτη αποκόλληση του υφάσματος, λόγω ολίσθησης. Επίσης άνοιξαν οι οριζόντιοι αρμοί, κοντά στη στήριξη του δοκιμίου. Στον όγδοο κύκλο παρουσιάστηκε εφελκυστική αστοχία του υφάσματος και ρηγματώσεις στην επιφάνεια της ρητίνης (Σχ α). Κατά τον ενδέκατο κύκλο, σημειώθηκε πλευρική αποκόλληση του μανδύα, κοντά στην στήριξη (Σχ β).

254 40 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Σχ α Σχ β Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου R1 10% Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Παρατήρηση: Από τον όγδοο κύκλο και μετά, το 4 ο μηκυνσιόμετρο δεν έδινε αξιόπιστες τιμές, λόγω του ανοίγματος του υποκείμενου αρμού.

255 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 41 Δοκίμιο SHEAR_10%_R Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +6 και -8 κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και 43.1 ΚN. Η πρώτη αστοχία σημειώθηκε κατά τον τέταρτο κύκλο με την μορφή αποκόλλησης αρμού κοντά στην στήριξη. Μετά τον έκτο κύκλο υπήρξε πτώση του φορτίου, χωρίς εξωτερική εμφάνιση ιδιαίτερης αστοχίας, αλλά με σημαντική ανασήκωση του δοκιμίου (Σχ. 6.11). Σχ στήριξης. Στον όγδοο κύκλο παρουσιάστηκε μια μικρή ρηγμάτωση του κονιάματος στης Στο Σχ. 6.1 παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου R 10% Load (kn) Displacement (mm) Σχ. 6.1 Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης

256 4 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Παρατηρήσεις: 1. Η ανασήκωση του δοκιμίου κατά τον 4 κύκλο ήταν της τάξης του 1 mm.. Η ανασήκωση του δοκιμίου κατά τον 8 κύκλο ήταν 3.69 mm, όπως έδειχνε τον μηκυνσιόμετρο Μετά το τέλος του πειράματος, κατά την αφαίρεση του δοκιμίου από το πλαίσιο δοκιμών, διαπιστώθηκε ότι η αστοχία ήταν σύνθλιψη των οπτοπλίνθων, οι οποίοι βρίσκονταν στο τμήμα του δοκιμίου μέσα στη στήριξη. Δοκίμιο SHEAR_10%_Μ1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον 9 o κύκλο, με μέγιστα φορτία +3.3 ΚN και 30.5 ΚN. Σε αυτόν το κύκλο, τον δέκατο, δημιουργήθηκε οριζόντια ρωγμή στη βάση της πρόσθιας όψης του δοκιμίου. Επίσης, στη θλιβόμενη ζώνη, σημειώθηκε σύνθλιψη της γωνίας του δοκιμίου (Σχ α, β). Σχ α Σχ β Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

257 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ M1 10% Load (kn) Displacement (mm) Σχ. 6.1 Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Παρατηρήσεις: 1. Μετά την αστοχία, τα μηκυνσιόμετρα 1, 3 και 4 έδιναν αναξιόπιστες τιμές, λόγω της σύνθλιψης των οπτοπλίνθων, στους οποίους στηρίζονταν.. Μετά την αστοχία, λόγω της μείωσης της διατομής της βάσης, υπήρχε μεγάλος κίνδυνος λυγισμού. Δοκίμιο SHEAR_10%_Μ Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον ένατο κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και N. Η πρώτη αστοχία παρουσιάστηκε κατά τον +8 κύκλο ως οριζόντια ρωγμή κοντά στη στήριξη.

258 44 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Κατά τον -10 κύκλο, σημειώθηκε πλευρική αποκόλληση του μανδύα και σύνθλιψη των οπτοπλίνθων, κοντά στις γωνίες του δοκιμίου, ενώ στον επόμενο κύκλο, «+11», αποκολλήθηκε και λύγισε ο μανδύας και στην άλλη διεύθυνση (Σχ. 6.15). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου M 10% Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

259 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 45 Β) Αξονικό φορτίο.5% της θλιπτικής αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας Δοκίμιο SHEAR_.5%_C Το μέγιστο φορτίο που παρατηρήθηκε ήταν ΚN, στον + κύκλο, όπου και άνοιξε διαμπερής ρωγμή καθ όλο το μήκος του δοκιμίου, δια μέσου του πρώτου αρμού, πάνω από την στήριξη (Σχ. 6.17). Σχ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 10 Control.5% Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο SHEAR_.5%_R1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον δέκατο κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και 39.9 ΚN. Κατά τη διάρκεια των πρώτων εφτά κύκλων υπήρχαν μόνο ακουστικές ενδείξεις για τις μικρορηγματώσεις της τοιχοποιίας.

260 46 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στον +9 κύκλο εμφανίστηκε ρωγμή στη ρητίνη, κοντά στη στήριξη, ενώ κατά τον -9 κύκλο σημειώθηκε θλιπτική αστοχία στη μία γωνία του δοκιμίου. Στον -10 κύκλο παρουσιάστηκε εφελκυστική αστοχία του μανδύα, στην πρόσθια όψη του δοκιμίου. Κατά τον +11 κύκλο, σημειώθηκε θλιπτική αστοχία των οπτοπλίνθων και λυγισμός του υφάσματος και στις δυο όψεις του δοκιμίου, ενώ στον -11 κύκλο παρατηρήθηκε εφελκυστική αστοχία του μανδύα και στην άλλη πλευρά του στοιχείου. Το μήκος της ρωγμής του μανδύα ήταν περίπου cm (Σχ α, β, γ). Σχ α Σχ β Σχ γ Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

261 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ R1.5% Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο SHEAR_.5%_R Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον +10 o και -1 o, με μέγιστα φορτία ΚN και ΚN. Σε αυτό τον κύκλο παρουσιάστηκαν οι πρώτες αστοχίες στους οπτοπλίνθους, πάνω από την στήριξη. Στον ενδέκατο κύκλο αποκολλήθηκε και λύγισε ο μανδύας στην πίσω όψη, κοντά στην περιοχή που είχαν σημειωθεί οι προαναφερθείσες ρωγμές (Σχ α). Στον +1 κύκλο καταστράφηκαν οι οπτόπλινθοι, εξαιτίας της συνθλίψεώς τους πάνω από την στήριξη, με συνέπεια τον σημαντικό λυγισμό του μανδύα (Σχ β). Σχ α Σχ β

262 48 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Παρατηρήσεις: 1. Στον -8 κύκλο συνέβη αποκόλληση της μιας ντίζας, στη δοκό στήριξης της βάσης του δοκιμίου. Γι αυτό το λόγω αποφασίστηκε η συγκόλληση της στήριξης κατά τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας, η οποία πραγματοποιήθηκε κατά τον δέκατο και ενδέκατο κύκλο.. Στον -1 κύκλο παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου, λόγω της συγκόλλησης. Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. 60 R.5% 40 Load (KN) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Δοκίμιο SHEAR_.5%_Μ1 Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον - 9 και τον +11 κύκλο, με μέγιστα φορτία 4.9 ΚN και +5.7 ΚN, αντίστοιχα. Οι πρώτες αστοχίες εμφανίστηκαν στον πέμπτο κύκλο ως τριχοειδής ρωγμές στους αρμούς. Στον επόμενο, έκτο, κύκλο παρουσιάστηκαν ρωγμές, εκτός από τους αρμούς και στους οπτοπλίνθους.

263 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 49 Στους δύο επόμενους κύκλους, έβδομο και όγδοο, σημειώθηκαν σημαντικές ηχητικές ενδείξεις, που υποδήλωναν αστοχίες στο εσωτερικό του δοκιμίου. Κατά τον ένατο και +10 κύκλο, συνέβη σύνθλιψη οπτοπλίνθων, στο εσωτερικό της στήριξης, με συνέπεια τον τοπικό λυγισμό του υφάσματος και στις δυο όψεις του δοκιμίου. Στον δωδέκατο κύκλο παρουσιάστηκαν ιδιαίτερα σημαντικές βλάβες στη γωνία που είχε παρατηρηθεί σύνθλιψη. Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου M1.5% Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου. Δοκίμιο SHEAR_.5%_Μ Κατά την διάρκεια του πειράματος, παρατηρήθηκε αύξηση του φορτίου μέχρι τον δέκατο κύκλο, με μέγιστα φορτία ΚN και 36.5 ΚN, αντίστοιχα. Στον +8 κύκλο παρουσιάστηκαν ρηγματώσεις στους οπτοπλίνθους, εξαιτίας της συνθλίψεώς τους (Σχ α). Στον -11 κύκλο σημειώθηκαν σημαντικές θλιπτικές αστοχίες και στις δυο πλευρές του δοκιμίου, με συνέπεια να λυγίσει ο μανδύας (Σχ β). Στο Σχ παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης του δοκιμίου.

264 50 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Σχ α Σχ β M.5% Load (kn) Displacement (mm) Σχ Διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης Παρατηρήσεις: 1. Η ρητίνη στήριξης δεν είχε πολυμεριστεί πλήρως, παρά την διέλευση των 4 ημερών από την τοποθέτηση.. Όταν παρουσιάστηκαν οι πρώτες ρηγματώσεις στους οπτοπλίνθους, δεν είχαν εμφανιστεί ακόμα ρωγμές στο κονίαμα του μανδύα. Κατά τον +11 το μηκυνσιόμετρο (LVDT) 1 αποκολλήθηκε.