Μία πρόταση για την βελτίωση της πλαστιμότητας των αντισεισμικών τοιχωμάτων των πολυωρόφων οικοδομών

Transcript

1 Μία πρόταση για την βελτίωση της πλαστιμότητας των αντισεισμικών τοιχωμάτων των πολυωρόφων οικοδομών Θεόδωρος Χρυσανίδης Δρ. Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., MSc DIC, Αναστάσιος Βαφειάδης Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Αλέξανδρος Νικολαΐδης Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Κωνσταντίνος Μαστρονικολάου Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Ιωάννης Τέγος Ομότιμος Καθηγητής Α.Π.Θ., 1. Εισαγωγή Τοιχώματα και πλαίσια συνήθως χρησιμοποιούνται σαν συστήματα προστασίας στους σεισμούς σε κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος συνήθους ύψους. Τα συστήματα τοιχωμάτων παρέχουν πλεονεκτήματα στον αντισεισμικό σχεδιασμό και η αποτελεσματικότητα τους δοκιμάστηκε σε πολλές περιπτώσεις. Εξαιτίας της μεγάλης καμπτικής αντίστασης μερικά τοιχώματα σε ένα κτήριο είναι αρκετά για να παραλάβουν το σύνολο των οριζόντιων σεισμικών δράσεων απλοποιώντας και μειώνοντας σε μέγεθος διατομών τα άλλα δομικά στοιχεία, τα οποία μπορούν οιονεί να σχεδιασθούν μόνο για φορτία βαρύτητας. Βεβαίως, μαζί με αυτά τα οφέλη μπορεί να εγερθούν μερικά προβλήματα θεμελίωσης και ορθής κατανομής των τοιχωμάτων στο σχεδιασμό των χωρικών συστημάτων. Όσον αφορά τα προβλήματα των θεμελίων το αξονικό φορτίο στη βάση του τοιχώματος έχει συνήθως μεγάλη εκκεντρότητα εξαιτίας της μεγάλης ροπής ανατροπής. Όντας ανεπαρκή τα μεμονωμένα πέδιλα, συχνά απαιτούνται ειδικές θεμελιώσεις, όπως σχάρες πεδιλοδοκών και γενικές κοιτοστρώσεις. Μεγάλη έμφαση πρέπει να δοθεί στην πλαστιμότητα κατά το σχεδιασμό τοιχωμάτων. Τα τοιχώματα χαρακτηρίζονται από μεγάλες ανελαστικές παραμορφώσεις και διάχυση ενέργειας μιας πλαστικής άρθρωσης που σχηματίζεται στη βάση. Αυτό το προνόμιο απαιτεί μεγάλη τοπική πλαστιμότητα, που ο συνήθης σχεδιασμός δεν εξασφαλίζει πάντα. Η εκτίμηση της πραγματικής πλαστιμότητας απαιτεί την εκτίμηση του ύψους της πλαστικής άρθρωσης. Η επιλογή αυτού του μεγέθους είναι σημαντική όχι μόνο για τη διαμόρφωση αλλά επίσης επειδή έχει άμεσες επιπτώσεις στην εκτίμηση της απόκρισης του τοιχώματος. Η εκτίμηση του ύψους της πλαστικής άρθρωσης είναι ακόμη ένα ανοικτό πρόβλημα και τούτο γιατί τα αποτελέσματα πειραμάτων είναι προς το παρόν πολύ λίγα. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1960 διεξήχθη ένας αριθμός πειραματικών δοκιμών σε μειωμένης κλίμακας χαμηλών τοιχωμάτων με άνοιγμα διατμήσεως που κυμαίνεται από 0,5 έως 2,5. Ανασκόπηση αυτών μέχρι το 1990 μπορεί να ευρεθεί στις παραπομπές. Πιο πρόσφατα προγράμματα πειραμάτων έχουν αναπτυχθεί με παρόμοια στοιχεία και έχουν μελετηθεί μηχανισμοί αστοχίας. Πειραματικά αποτελέσματα για την συμπεριφορά τοιχωμάτων πλήρους κλίμακας είναι ακόμη πιο σπάνια.

2 Σχ. 1 Εντατική κατάσταση εσωτερικού τοιχώματος οικοδομής εντός του υπογείου υπό σεισμική φόρτιση Όλα τα διαθέσιμα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ανελαστική απόκριση των συνήθων τοιχωμάτων, με τιμές σχετικού ανοίγματος διατμήσεως μεγαλύτερες του 2 χαρακτηρίζονται από καμπτικές παραμορφώσεις στη βάση του τοιχώματος, οπότε μια πλαστική άρθρωση σχηματίζεται στη βάση του τοιχώματος και κυριαρχεί στην δομική αντίσταση και πλαστιμότητα. Πρόσφατες πλήρους κλίμακας πειραματικές δοκιμές έδειξαν, ότι η ικανότητα πλαστιμότητας εξαρτάται από την ικανότητα της πλαστικής άρθρωσης της βάσης να αντισταθεί στην τέμνουσα δύναμη για να αποφύγει μια ψαθυρή διατμητική αστοχία. Αυτή η αστοχία εμποδίζει την ανάπτυξη της πλήρους καμπτικής ικανότητας παραμόρφωσης. Επίσης ο Bachman τόνισε την ανάγκη επαρκούς ολκιμότητας του χαλύβδινου οπλισμού για να επιτρέψει την ανελαστική παραμόρφωση να επεκταθεί πέρα από τις ρωγμές σκυροδέματος και έτσι (να επιτρέψει) την ανάπτυξη μιας επαρκούς στροφής της πλαστικής άρθρωσης. Ο κίνδυνος της διατμητικής ολίσθησης στη βάση των τοιχωμάτων διερευνήθηκε και προέκυψε το ευεργετικό αποτέλεσμα του διαγώνιου οπλισμού στην κρίσιμη περιοχή. Ο διαγώνιος οπλισμός έδειξε ότι μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματικός στο να εξασφαλίσει διατμητική αντίσταση και στο να εξαλειφθεί ή να περιοριστεί η διατμητική ολίσθηση περιορίζοντας το «τσίμπημα» (pinching) των υστερητικών βρόχων και ενισχύοντας την έναντι καταπονήσεων εναλλασσομένου προσήμου απόδοση των τοιχωμάτων με όρους κατανάλωσης σεισμικής ενέργειας. Ερευνήθηκαν επίσης οι επιρροές των διαμήκων και εγκάρσιων οπλισμών, καθώς και του αξονικού. Ιδιαιτέρως αναγνωρίζεται ότι το αυξημένο αξονικό φορτίο μειώνει το «τσίμπημα» και τις απευκτέες ολισθήσεις, ενώ το ποσό του εγκάρσιου οπλισμού δεν αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στην συμπεριφορά των τοιχωμάτων και δεν είναι επαρκές για να εμποδίσει πρώιμη διατμητική αστοχία προερχόμενη από ολίσθηση.

3 Ο διαμήκης οπλισμός τοποθετημένος κυρίως στα ακραία τμήματα της διατομής του τοιχώματος έδειξε ότι είναι ανεπαρκής στο να ελέγξει την ολίσθηση, καθώς μέχρις ένα επίπεδο πλαστιμότητας μετακινήσεως περίπου μ Δ =4, επαρκής ικανότητα διατμητικής αντίστασης κατά της ολίσθησης, φαίνεται να αναπτύσσεται από τον συνδυασμό των δράσεων βλήτρου του διαμήκους οπλισμού και της τριβής στη θλιβόμενη ζώνη του σκυροδέματος. Οι Paulay et al έδειξαν ότι ο κατακόρυφος οπλισμός σχάρας και ο λόγος των πλευρών των διατομών των τοιχωμάτων είναι κρίσιμες παράμετροι της διατμητικής ολίσθησης κατά την διάρκεια ανελαστικής σεισμικής απόκρισης, και έδωσε ακριβή περιγραφή του φαινομένου υπό εναλλασσομένου προσήμου φόρτιση. Ένα ερευνητικό πρόγραμμα στην πλαστιμότητα πλήρους κλίμακας τοιχωμάτων μεγάλων τιμών σχετικού ανοίγματος διατμήσεως έλαβε χώρα λίγα χρόνια πριν στο Πανεπιστήμιο της Brescia, στην Ιταλία. Ο προφανής στόχος του προγράμματος ήταν να πετύχει μια πειραματική επικύρωση της μεγάλης ικανότητας πλαστιμότητας των τοιχωμάτων που προκύπτει από θεωρητικές αναλύσεις. Στο πλαίσιο της παρούσας εξετάστηκε πειραματικώς η απόδοση της χρησιμοποίησης κοιλοδοκών διατρεχουσών τα δύο πέλματα των τοιχωμάτων με απώτερο στόχο την παρεμπόδιση της ανεπιθύμητης και ένεκα σχηματισμού διαμπερούς ρωγμής στην βάση των τοιχωμάτων, ολίσθηση, η οποία ουσιαστικώς εξουδετερώνει την αντίσταση των τοιχωμάτων έναντι των ασκουμένων σεισμικών δράσεων. Οι προσδοκίες όμως από αυτές τις κοιλοδοκούς δεν περιορίζονται εις αυτό, αλλά καθώς κατά την σκυροδέτηση γεμίζουν με σκυρόδεμα αναμένεται να συνεισφέρουν τα μέγιστα αφενός ως οπλισμοί και αφετέρου ως περισφιγμένο σκυρόδεμα. Η εξέταση της συνεισφοράς αυτών των κοιλοδοκών έγινε δια της regina probationum (βασίλισσα των αποδείξεων). Εις δύο φάσεις έγινε. Στην πρώτη φάση εξετάστηκε η απόδοση έναντι παρεμπόδισης ολίσθησης υπό ασκουμένης καθαρής τέμνουσας για διάφορες περιπτώσεις συμβατικών οπλισμών, καθώς και για την περίπτωση κοιλοδοκού. Στη δεύτερη φάση εξετάστηκε η απόδοση της κοιλοδοκού εντεταγμένης σε θλιβόμενο πέλμα δοκού-υποκαταστάτου τοιχώματος φέροντος εις αμφότερα τα πέλματά του αντίστοιχο stopper προς έτι περαιτέρω παρεμπόδιση τυχόν ολίσθησης της πακτωμένης βάσης των. Εις τα επόμενα περιγράφονται οι δύο φάσεις της πειραματικής έρευνας και εξάγονται ενδιαφέροντα συμπεράσματα. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ 2. Φάση 1 η 2.1. Σημασία της έρευνας Η ένταξη, κατακορύφως, κοιλοδοκών κατάλληλης διατομής εντός των ακραίων ενισχυμένων ζωνών στην κρίσιμη περιοχή των τοιχωμάτων των αντισεισμικών χωρικών συστημάτων αναμένεται να συνεισφέρει στη δραστική ανάσχεση της διατμητικής ολίσθησης κατά μήκος της ακραίας διατομής εξαιτίας των εμφανιζομένων καμπτικών διαμπερών ρωγμών στη βάση του τοιχώματος. Η παρούσα έρευνα είναι πειραματική και είναι δυνατόν να χαρακτηρισθεί ως προκαταρκτική, καθόσον στα πλαίσιά της εξετάζονται θέματα διατμητικής ολίσθησης μέσω των οποίων επιδιώκεται η εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικώς με την αποδοτικότητα των κοιλοδοκών, συγκριτικώς με συμβατικές διατάξεις του Κανονισμού. Την ολοκλήρωση της προκαταρκτικής έρευνας (1 η φάση), θα ακολουθήσει η πειραματική διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς τοιχωμάτων υπό εναλλασσομένου προσήμου φόρτιση (2 η φάση).

4 2.2. Δοκίμια (περιγραφή, κατασκευή) Το πειραματικό πρόγραμμα που εξετάζει, για λόγους σύγκρισης, την αντίσταση διαφόρων διατάξεων συμβατικών οπλισμών, καθώς και εκείνη πεπληρωμένων με σκυρόδεμα κοιλοδοκών έναντι καθαρής τέμνουσας (interface shear transfer) περιλαμβάνει 6 δοκίμια. Τα 4 από αυτά έχουν διαστάσεις 300x300x150 mm με μήκη προβόλων φόρτισης 150 mm, Σχ. 1(α), και τα 2 δοκίμια διαφέρουν μόνον κατά τα μήκη των προβόλων φόρτισης, που είναι 75 mm, Σχ. 1(β). Οι πρόβολοι βρίσκονται στο άνω και κάτω πέλμα του δοκιμίου και ο λόγος της διαφοροποίησης των μηκών τους είναι η αποτροπή του κλεισίματος του αφιεμένου αρμού κατά τη φόρτιση των δοκιμίων, καθώς τα 2 δοκίμια αναμένεται να δεχθούν μεγαλύτερα φορτία. Η «ενεργός διεπιφάνεια» όλων των δοκιμίων έχει διαστάσεις 150x150 mm. Πριν από τη σκυροδέτηση στην «ενεργό διεπιφάνεια» τοποθετήθηκαν φύλλα μονωτικής ταινίας, με στόχο την κατάργηση της συνάφειας μεταξύ των εκατέρωθεν παρειών, ούτως ώστε κατά τη διάρκεια της φόρτισης να υπάρξουν συνθήκες ρηγμάτωσης και η «ενεργός διεπιφάνεια» να αντιστοιχεί σε ρωγμή, διευρυνόμενη διαρκώς υπό την αύξηση της φόρτισης. Εκατέρωθεν αυτής της προκαθορισμένης ρωγμής τοποθετήθηκαν δύο συνδετήρες, οι οποίοι απέχουν μεταξύ των 4Ø L, όπου Ø L η διάμετρος των ράβδων της κύριας όπλισης. Οι εν λόγω συνδετήρες αποτελούν τα οιονεί «στηρίγματα» των αντιστεκομένων στη φόρτιση βλήτρων και εκπροσωπούν τους πυκνούς συνδετήρες των άκρων των διατομών των τοιχωμάτων Χαρακτηριστικά δοκιμίων Τα κατασκευασθέντα έξι δοκίμια διέφεραν μεταξύ τους ως προς την όπλιση της ενεργού διατομής και την ποιότητα του σκυροδέματος. Η μορφή των δοκιμίων φαίνεται στο Σχ. 1. Η όπλιση των δοκιμίων ήταν διαφορετική τόσο στην κεντρική ζώνη, όσο και στην περιοχή των προβόλων. Στα δύο πρώτα δοκίμια που ήταν ελαφρώς οπλισμένα (Ι+ΙΙ) χρησιμοποιήθηκε συμβατικό σκυρόδεμα. Τα ισχυρά οπλισμένα (ΙΙΙ+ΙV) έγιναν με μη συρρικνούμενη κονία υψηλής αντοχής ΕΜΑCO, ενώ δύο ακόμη ισχυρά οπλισμένα (V+VI) έγιναν με συνδυασμό συρρικνούμενης κονίας υψηλής αντοχής ΕΜΑCO στους προβόλους και συμβατικό σκυρόδεμα στην κεντρική ζώνη. Επισημαίνεται επίσης ότι στα τελευταία οι πρόβολοι είχαν μικρότερο μήκος ώστε να αποτραπεί η πρόωρη αστοχία τους. (α) (β) Σχ. 1 Γεωμετρία (α) ασθενούς και (β) ισχυρώς οπλισμένων δοκιμίων (πάχος 150 mm).

5 2.4. Περιγραφή δοκιμίων Το πρώτο δοκίμιο (Ι) κατασκευάστηκε από συμβατικό σκυρόδεμα και οπλίστηκε μόνο στην περιοχή των προβόλων. Για τη δημιουργία των προβόλων τοποθετήθηκαν πριν τη σκυροδέτηση δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 150x150x12,5 mm. Για την όπλισή του χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι διαμέτρου 4,2mm. Η διάταξη τους φαίνεται στο Σχ. 2(ΔΟΚΙΜΙΟ Ι). Το δεύτερο δοκίμιο (ΙΙ) κατασκευάστηκε από συμβατικό σκυρόδεμα και οπλίστηκε στην κεντρική ζώνη και στην περιοχή των προβόλων. Για τη δημιουργία των προβόλων τοποθετήθηκαν πριν τη σκυροδέτηση δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 150x150x12,5 mm. Η διάταξή του οπλισμού φαίνεται στο Σχ. 2(ΔΟΚΙΜΙΟ ΙΙ). Για την όπλιση του χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι διαμέτρου 4,2 mm και 8 mm στους προβόλους. Στην κεντρική ζώνη τοποθετήθηκαν 16 ράβδοι διαμέτρου 4,2 mm που αντιστοιχούν σε ποσοστό οπλισμού 1%. Το τρίτο δοκίμιο (ΙΙΙ) κατασκευάστηκε από μη συρρικνούμενη κονία υψηλής αντοχής EMACO και οπλίστηκε στην κεντρική ζώνη και στην περιοχή των προβόλων. Για τη δημιουργία των προβόλων τοποθετήθηκαν πριν τη σκυροδέτηση δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 150x150x12,5 mm. Η διάταξη του οπλισμού φαίνεται στο Σχ. 2(ΔΟΚΙΜΙΟ ΙΙΙ). Για την όπλιση του χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι διαμέτρου 4,2 mm και 8 mm στους προβόλους. Στην κεντρική ζώνη τοποθετήθηκαν 16 ράβδοι διαμέτρου 8 mm που αντιστοιχούν σε ποσοστό οπλισμού 3,56%. Το τέταρτο δοκίμιο (ΙV) κατασκευάστηκε από μη συρρικνούμενη κονία υψηλής αντοχής EMACO και οπλίστηκε στην κεντρική ζώνη και στην περιοχή των προβόλων. Για τη δημιουργία των προβόλων τοποθετήθηκαν πριν τη σκυροδέτηση δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 150x150x12,5 mm. Η διάταξη του οπλισμού φαίνεται στο Σχ. 2(ΔΟΚΙΜΙΟ ΙV). Για την όπλιση του χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι διαμέτρου 4,2mm και 8mm στους προβόλους. Στην κεντρική περιοχή τοποθετήθηκαν 12 ράβδοι διαμέτρου 8mm και μια κοιλοδοκός διαστάσεων 40x40x0,3mm που αντιστοιχούν σε ποσοστό οπλισμού 3,69%. Για την κατασκευή του πέμπτου δοκιμίου (V) χρησιμοποιήθηκε μη συρρικνούμενη τσιμεντοκονία υψηλής αντοχής ΕΜΑCO για τους προβόλους και συμβατικό σκυρόδεμα για την κεντρική ζώνη. Το δοκίμιο οπλίστηκε στην κεντρική ζώνη και στην περιοχή των προβόλων. Για τη δημιουργία των προβόλων τοποθετήθηκαν πριν τη σκυροδέτηση δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 150x150x12,5 mm. Επίσης τοποθετήθηκαν και δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 75x150x62,5 mm για να προκύψουν μικρότεροι οι πρόβολοι από τα δοκίμια ΙΙΙ και ΙV. Η διάταξη του οπλισμού φαίνεται στο Σχ. 2(ΔΟΚΙΜΙΟ V). Για την όπλιση του χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι διαμέτρου 8 mm στους προβόλους. Επίσης κατά τη φάση της σκυροδέτησης και πριν σκληρυνθεί η κάθε στρώση τοποθετήθηκαν έξι ράβδοι διαμέτρου 4,2 mm μεταξύ των στρώσεων για την αποφυγή ρηγματώσεων κοντά στους προβόλους. Στην κεντρική ζώνη τοποθετήθηκαν 16 ράβδοι διαμέτρου 8 mm που αντιστοιχούν σε ποσοστό οπλισμού 3,56%. Για την κατασκευή του έκτου δοκιμίου (VI) χρησιμοποιήθηκε μη συρρικνούμενη τσιμεντοκονία υψηλής αντοχής ΕΜΑCO για τους προβόλους και συμβατικό σκυρόδεμα για την κεντρική ζώνη. Το δοκίμιο οπλίστηκε στην κεντρική ζώνη και στην περιοχή των προβόλων. Για τη δημιουργία των προβόλων τοποθετήθηκαν πριν τη σκυροδέτηση δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 150x150x12,5 mm. Επίσης τοποθετήθηκαν και δύο κομμάτια φελιζόλ διαστάσεων 75x150x62,5 mm για να προκύψουν μικρότεροι οι πρόβολοι από τα δοκίμια ΙΙΙ και ΙV. Η διάταξη του οπλισμού φαίνεται στο Σχ. 2(ΔΟΚΙΜΙΟ VΙ). Για την όπλιση του χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι διαμέτρου 8mm στους προβόλους. Επίσης κατά τη φάση της σκυροδέτησης και πριν σκληρυνθεί η κάθε στρώση τοποθετήθηκαν έξι ράβδοι διαμέτρου 4,2 mm μεταξύ των στρώσεων για την αποφυγή ρηγματώσεων

6 κοντά στους προβόλους. Στην κεντρική ζώνη τοποθετήθηκαν 12 ράβδοι διαμέτρου 8 mm και μια κοιλοδοκός διαστάσεων 40x40x0,3 mm που αντιστοιχούν σε ποσοστό οπλισμού 3,69%. ΔΟΚΙΜΙΟ Ι ΔΟΚΙΜΙΟ ΙΙ ΔΟΚΙΜΙΟ ΙΙΙ ΔΟΚΙΜΙΟ ΙV

7 ΔΟΚΙΜΙΟ V Σχ. 2 Οπλίσεις δοκιμίων ΔΟΚΙΜΙΟ VΙ Στα Σχ. 3(α) και 3(β) παρέχονται τυπικές οπλίσεις αντιπροσωπευτικών δοκιμίων. (α) (β) Σχ. 3 Εγκάρσιοι οπλισμοί ενεργών διατομών δοκιμίων (α) ΙΙΙ και (β) V.

8 Φορτίο V (kn) ΕΠΕΣ 2.5. Διάταξη φόρτισης Για την φόρτιση των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε η διάταξη μονοαξονικής. Η επιβολή της φόρτισης στα δοκίμια γινόταν μέσω μεταλλικών πλακών πάχους 1cm και διαστάσεων 15x15 cm που τοποθετούνταν στο κεντρικό τμήμα του δοκιμίου. Οι μετρήσεις ελαμβάνοντο μέσω αναλογικών βελομέτρων, Σχ. 4(α), 4(β). (α) (β) Σχ. 4 (α) Ενεργοποίηση οπλισμών στην ενεργό διατομή και (β) Φόρτιση και μετρήσεις σε Δοκίμιο Πειραματικά αποτελέσματα Σχτο Σχ. 5 δίνονται τα πειραματικά αποτελέσματα υπό μορφή καμπυλών φορτίου V [kn] παραμορφώσεων U [mm] Δοκίμιο Ι Δοκίμιο ΙΙ Δοκίμιο ΙΙΙ Δοκίμιο IV Δοκίμιο V Δοκίμιο VI ,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Μετακίνηση U (mm) Σχ. 5 Καμπύλες φορτίου-παραμορφώσεων όλων των δοκιμίων που εξετάστηκαν.

9 2.7. Συμπεράσματα Εξετάστηκε πειραματικώς στην παρούσα πρώτη φάση των πειραμάτων της εν λόγω εργασίας η βελτίωση της σεισμικής απόκρισης των κρισίμων περιοχών των τοιχωμάτων με την ένταξη κοιλοδοκών στα ενισχυμένα άκρα αυτών. Η εξέταση αυτή πραγματοποιήθηκε με την κατασκευή έξι δοκιμίων τα οποία αποτελούν προκαταρκτικά δοκίμια βάσης για ψηλάφηση της μηχανικής συμπεριφοράς των τοιχωμάτων με ενσωματωμένες στα άκρα τους κοιλοδοκούς και τα αποτελέσματά τους αποτελούν πρελούδιο για την περαιτέρω δεύτερη φάση της έρευνας. Πιο αναλυτικά μελετήθηκε το φαινόμενο της διατμητικής ολίσθησης το οποίο και αποτελεί την αχίλλειο πτέρνα των τοιχωμάτων. Διατυπώνεται το εξής συμπέρασμα: Η ένταξη κοιλοδοκών στα ενισχυμένα άκρα των τοιχωμάτων αναμένεται να βελτιώσει την αντισεισμική τους συμπεριφορά σε σχέση με το φαινόμενο της διατμητικής ολίσθησης γιατί αποκλείει οποιαδήποτε ολίσθηση λόγω της ισχυρής αντίστασης που προβάλλουν οι κοιλοδοκοί έναντι σεισμικής τέμνουσας. 3. Φάση 2 η 3.1. Σημασία της έρευνας Η ενσωμάτωση κατάλληλης διατομής κατακόρυφων κοιλοδοκών στα περισφιγμένα άκρα της κρίσιμης περιοχής των αντισεισμικών τοιχωμάτων αναμένεται να συνεισφέρει στη δραστική ανάσχεση της διατμητικής ολίσθησης κατά μήκος της ακραίας διατομής εξαιτίας των εμφανιζόμενων καμπτικών διαμπερών ρωγμών στη βάση του τοιχώματος. Στα πλαίσια της δεύτερης φάσης πειραμάτων της παρούσας εργασίας επιδιώκεται η εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με την αποδοτικότητα των κοιλοδοκών σε σχέση με τις συμβατικές διατάξεις όπλισης του Κανονισμού. Η εξέταση αυτή λαμβάνει χώρα μέσω της πειραματικής διερεύνησης της μηχανικής συμπεριφοράς τοιχωμάτων υπό εναλλασσομένου προσήμου φόρτιση Δοκίμια (περιγραφή, κατασκευή) Το πειραματικό πρόγραμμα της παρούσας περιλαμβάνει, για λόγους σύγκρισης, δύο δοκίμια. Τα δοκίμια, η κλίμακα των οποίων είναι 1:2.5, έχουν διαστάσεις 200 x 600 x 4000 mm. Πρέπει να σημειωθεί ότι κάθε ένα από τα δοκίμια της εργασίας, ως υποκατάστατο τοιχώματος οπλισμένου σκυροδέματος, ανταποκρίνεται σε διπλό τοίχωμα διατομής 100 x 600 mm καθ όσον το πλάτος των 200 mm δε συσχετίζεται με την κλίμακα 1:2.5. Η συγκεκριμένη επιλογή για το πλάτος των δοκιμίων είχε σαν στόχο να αποτραπούν πιθανά φαινόμενα στρέβλωσης και εκτός επιπέδου παραμόρφωσης κατά την διαδικασία φόρτισής τους. Το πρώτο δοκίμιο, το οποίο αποτελεί το δοκίμιο αναφοράς, αντιπροσωπεύει ένα συμβατικά οπλισμένο τοίχωμα, ενώ το δεύτερο αντιπροσωπεύει ένα τοίχωμα στου οποίου τα περισφιγμένα άκρα έχουν ενσωματωθεί κοιλοδοκοί. Το εσωτερικό των κοιλοδοκών στο δεύτερο δοκίμιο πληρώθηκε με σκυρόδεμα υψηλής αντοχής Χαρακτηριστικά δοκιμίων Η μορφή και η όπλιση του συμβατικά οπλισμένου δοκιμίου φαίνεται στο σχήμα 6. Η μορφή και η όπλιση του δοκιμίου με τις κοιλοδοκούς φαίνεται στο σχήμα 7.

10 Σχ. 6 Μορφή και όπλιση του συμβατικά οπλισμένου δοκιμίου Σχ. 7 Μορφή και όπλιση του δοκιμίου με κοιλοδοκούς 3.4. Πειραματική διάταξη φόρτισης Ο έλεγχος της μηχανικής συμπεριφοράς των δύο δοκιμίων της παρούσας εργασίας έγινε με τη διάταξη φόρτισης των 6000 ΚΝ η οποία βρίσκεται στο Εργαστήριο Πειραματικής Αντοχής Υλικών και Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. (Σχ. 8). Η επιβολή του κατακόρυφου

11 φορτίου στο μέσο του ανοίγματος των δοκιμίων έγινε μέσω μεταλλικής πλάκας πάχους 3cm και διαστάσεων 20 x 20 cm (Σχήμα 9). Η μέτρηση των βυθίσεων στο μέσο του ανοίγματος έγινε με τη χρήση ψηφιακού βελόμετρου το οποίο είχε τη δυνατότητα μέτρησης βυθίσεων έως και 100 mm. Σχ. 8 Πειραματική διάταξη φόρτισης δοκιμίων Σχ. 9 Σκαρίφημα πειραματικής διάταξης φόρτισης δοκιμίων 3.5. Ανάλυση πειραματικών αποτελεσμάτων Οι μορφές αστοχίας των δοκιμίων φαίνονται στο Σχ. 10(α) και 10(β). (α) (β) Σχ. 10 Ρηγματώσεις μετά την αστοχία: (α) Συμβατικά οπλισμένου Δοκιμίου Ι και (β) Οπλισμένου με κοιλοδοκούς Δοκιμίου ΙΙ. Από τη σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων των δύο δοκιμίων προκύπτει ότι η τοποθέτηση των κοιλοδοκών στα περισφιγμένα άκρα του Δοκιμίου ΙΙ είχε σαν αποτέλεσμα την αύξηση της αντοχής του και τη βελτίωση, σε σημαντικό βαθμό, της πλαστιμότητάς του. Η φέρουσα ικανότητα του δοκιμίου με τις κοιλοδοκούς ήταν υπερδιπλάσια αυτής του συμβατικά οπλισμένου δοκιμίου. Όπως φαίνεται και από τους βρόχους υστέρησης των δύο δοκιμίων (Σχ. 11 και 12), το Δοκίμιο ΙΙ παρουσίασε σημαντικά αυξημένη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας και ανέπτυξε μεγαλύτερη οριακή μετατόπιση σε σχέση με το Δοκίμιο Ι.

12 Σχ. 11 Διάγραμμα φορτίου παραμορφώσεων του Δοκιμίου Ι Σχ. 12 Διάγραμμα φορτίου παραμορφώσεων του Δοκιμίου ΙΙ 3.6. Συμπεράσματα Ως βασικότερα συμπεράσματα της δεύτερης φάσης της έρευνας είναι δυνατόν να διατυπωθούν τα εξής:

13 1. Προέκυψαν πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα όσον αφορά τη διαθέσιμη πλαστιμότητα όταν χρησιμοποιούνται τα εν λόγω stoppers. Αυτό απεικονίζεται στην ανυπαρξία «τσιμπήματος» (pinching) στους πειραματικούς βρόχους υστέρησης οι οποίοι προέκυψαν από την εναλλασσομένου προσήμου φόρτιση του τοιχώματος. 2. Το διαμπερές ευρύ ρήγμα στη βάση του υποκαταστάτου τοιχώματος και δεν εκδηλώθηκε, ως αναμένετο στις παρειές της δύσκαμπτης πλάκας που παρενεβάλλετο μεταξύ της κεφαλής του εμβόλου και του άνω πέλματος της φορτιζομένης δοκού παρά την παρουσία των stoppers, τα οποία εις το πείραμα προσομοιώνονταν από την παρεμβαλλόμενη μεταλλική πλάκα, ωστόσο, παρά την έντονη παρουσία του η πλαστιμότητα του τοιχώματος έμεινε αλώβητη χωρίς «τσίμπημα». 3. Παρά τη μη αλλοίωση των βρόχων και την απουσία «τσιμπήματος», ως αίτιο της αστοχίας προέκυψε η θραύση αφενός μεν των οπλισμών και αφετέρου δε των κοιλοδοκών. Το γεγονός αυτό πλην ότι εδικαίωσε τις ανησυχίες του Bachman προκάλεσε εντύπωση και κλόνισε προς στιγμήν τις υπάρχουσες διαβεβαιώσεις περί της μεγάλης ολκιμότητας των χαλύβων που σήμερον χρησιμοποιούνται εν Ελλάδι. Η εικόνα της αστοχίας των ράβδων και των κοιλοδοκών παραπέμπει σε «ψαλιδισμό» και απαιτούνται, ασφαλώς, και άλλες δοκιμές για την εξιχνίαση της αιτίας που προκάλεσε την μη αναμενόμενη θραύση των καμπτικών οπλισμών, πριν το είδος της αστοχίας οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι παρά την παράταση και, ίσως, την υπερκάλυψη των κανονιστικώς επαρκών μεγεθών δείκτου πλαστιμότητας, πάντοτε η τελική αστοχία εκδηλώνεται, ιδίως εάν επιβληθούν καταπονήσεις πέραν του σεισμού σχεδιασμού, ως αστοχία διαμήκων ράβδων από ψαλιδισμό στο πλαίσιο της παραλαβής τέμνουσας από ένα επίπεδο (interface shear transfer) γυμνό σκυροδέματος. 4. Συμπεράσματα ερευνητικής εργασίας Η ανάγκη της παρούσας ερευνητικής εργασίας προέρχεται από την μη ικανοποιητική, μέχρι σήμερα, αντιμετώπιση του ενδεχομένου της εμφάνισης διαμπερούς ρωγμής στη βάση πάκτωσης των τοιχωμάτων των κατασκευών. Στα πλαίσια της παρούσας εξετάστηκε, μεταξύ άλλων, μια περίπτωση αντιμετώπισης, η οποία συνίσταται στη χρήση ανασχετήρων (stoppers) προς αποτροπή της ολίσθησης, η οποία απειλεί δραματικά την πλαστιμότητα του δομικού στοιχείου. Τα αποτελέσματα της πειραματικής μελέτης με την χρήση κοιλοδοκών στα άκρα των τοιχωμάτων ήταν πολύ ενθαρρυντικά σχετικά με την βελτίωση, εν γένει, που παρέχεται από την χρήση των κοιλοδοκών αυτών. Βιβλιογραφία Σαλονικιός Θ., Τέγος Ι., Κάππος Α., Πενέλης Γ., «Συμπεριφορά τοιχωμάτων Ο/Σ μέσης λυγηρότητας με συμβατικές και μη συμβατικές διατάξεις όπλισης υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση», Πρακτικά 12 ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέματος, Τ.Ε.Ε., Λεμεσός 1996 Σαλονικιός Ν. Θωμάς, Κάππος Ι. Ανδρέας, Τέγος Α. Ιωάννης, Πενέλης Γ. Γεώργιος, «Πειραματική έρευνα της συμπεριφοράς σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση τοιχωμάτων με λόγο διατμήσεως 1.0 και 1.5 βελτίωση ανελαστικών χαρακτηριστικών», Πρακτικά 13 ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέματος, Τ.Ε.Ε., Ρέθυμνο 1999 Σαλονικιός Ν. Θωμάς, Κάππος Ι. Ανδρέας, Τέγος Α. Ιωάννης, Πενέλης Γ. Γεώργιος, «Προσδιορισμός παραμορφώσεων τοιχωμάτων υπό σεισμική φόρτιση αντοχή σε διατμητική ολίσθηση», Πρακτικά 13 ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέματος, Τ.Ε.Ε., Ρέθυμνο 1999 Σπυράκος Κ., «Ενίσχυση κατασκευών για σεισμικά φορτία», Τ.Ε.Ε., Αθήνα 2004

14 Σαλονικιός Θ., Δημητρακόπουλος Η., «Προσομοίωση της Αλληλεπίδρασης Μεταξύ Κάμψης και Διάτμησης στις Κρίσιμες Περιοχές Τοιχωμάτων», Πρακτικά 15 ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέματος, Τ.Ε.Ε., Αλεξανδρούπολη 2006 Marco Pretti, Ezio Giurani, «Μια πλήρους κλίμακας δοκιμή της πλαστιμότητας τοιχωμάτων υπό περιοδική φόρτιση» Τέγος Ι., «Διεπιφανειακή μεταφορά τέμνουσας στο ινοπλισμένο σκυρόδεμα» Μαστρονικολάου Κ., «Βελτίωση της σεισμικής απόκρισης κρισίμων περιοχών τοιχωμάτων με την ένταξη κοιλοδοκών στα ενισχυμένα άκρα των διατομών τους», Θεσσαλονίκη 2009 Τραγάρης Ν., «Ανάσχεση της λόγω τέμνουσας ολίσθησης σε αντισεισμικά τοιχώματα με την ενσωμάτωση κοιλοδοκών στα ενισχυμένα άκρα», Θεσσαλονίκη 2010