Αποδοτικότητα Μανδυών από FRPs στην Ενίσχυση Υποστυλωμάτων και Κόμβων από Ο/Σ - Σύγκριση Αποδοτικότητας των Μανδυών αυτών με τους Συμβατικούς από Ο/Σ

Transcript

1 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 5 Αποδοτικότητα Μανδυών από FRPs στην Ενίσχυση Υποστυλωμάτων και Κόμβων από Ο/Σ - Σύγκριση Αποδοτικότητας των Μανδυών αυτών με τους Συμβατικούς από Ο/Σ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Γ. ΤΣΩΝΟΣ Αναπληρωτής Καθηγητής Α.Π.Θ. Περίληψη Στην εργασία αυτή εξετάζεται η αποδοτικότητα των μανδυών από σύνθετα υλικά FRPs όταν εφαρμόζονται για την ενίσχυση των υποστυλωμάτων και των κόμβων δοκών-υποστυλωμάτων από Ο/Σ. Εξετάζεται η αποδοτικότητα, τόσο της προσεισμικής, όσο και της μετασεισμικής ενίσχυσης. Επίσης, στα πλαίσια της παρούσας εργασίας συγκρίνεται η λυσιτέλεια των ενισχύσεων με σύνθετα υλικά με αυτήν των ενισχύσεων με συμβατικούς μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μετά από έναν ισχυρό σεισμό πραγματοποιούνται στα κτίρια που παρουσίασαν βλάβες επισκευές και ενισχύσεις των στοιχείων του φέροντα οργανισμού. Σε κτίρια με φορέα από οπλισμένο σκυρόδεμα, οι ενισχύσεις αυτές μπορούν να αφορούν σε όλα τα δομικά στοιχεία (πλάκες, δοκούς, στύλους, κόμβους δοκού υποστυλώματος, τοιχώματα). Μέθοδοι που εφαρμόζονται για την ενίσχυση υποστυλωμάτων και κόμβων δοκών στύλων είναι η κατασκευή μανδυών οπλισμένου σκυροδέματος και μανδυών από σύνθετα υλικά FRPs, οι οποίοι κατασκευάζονται, είτε για την επισκευή των βλαβέντων στοιχείων και την ενίσχυση του όλου φορέα κτιρίου που υπέστη βλάβες από έναν ισχυρό σεισμό, είτε για την προσεισμική ενίσχυση κτιρίου από Ο/Σ, που ο φορέας του κρίνεται ανεπαρκής σύμφωνα με τις σύγχρονες απόψεις για τον αντισεισμικό σχεδιασμό. Στo πλαίσιo της εργασίας αυτής ερευνάται η αποδοτικότητα των μανδυών από σύνθετα υλικά FRPs, που εφαρμόζονται για την προσεισμική είτε μετασεισμική ενίσχυση υποστυλωμάτων και κόμβων δοκού υποστυλώματος από Ο/Σ. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά όσον αφορά στην αποδοτικότητα του τύπου αυτού επέμβασης. Η πρωτοτυπία της εργασίας έγκειται στην εμπεριστατωμένη συσχέτιση της αποδοτικότητας της συμβατικής ενίσχυσης υποστυλωμάτων και κόμβων με μαν- Υποβλήθηκε: Έγινε δεκτή: 9..6 δύες Ο/Σ σε σχέση με την εφαρμογή FRPs. Η αποδοτικότητα των μανδυών από Ο/Σ έχει αποδειχθεί και παρουσιάζεται σε πρόσφατη εργασία του συγγραφέα [].. ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΚΟΜΒΩΝ ΔΟΚΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΑΠΟ Ο/Σ ΜΕ FRPS Επειδή για τις ενισχύσεις στύλων και κόμβων από Ο/Σ έχει πραγματοποιηθεί σημαντική αναφορά σε σχετικές μελέτες της διεθνούς βιβλιογραφίας, σε πρόσφατη εργασία [] θεωρήσαμε σωστό να αναφερθούμε μόνο στις εργασίες τις σχετικές με ενισχύσεις με τα σύνθετα υλικά FRPs... Ενισχύσεις υποστυλωμάτων με μανδύες από σύνθετα υλικά FRPs Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί μια νέα τεχνική ενίσχυσης κατασκευών, η οποία βασίζεται στην επικόλληση λωρίδων από ινοπλισμένα, σύνθετα υλικά με τη βοήθεια εποξειδικών ρητινών, σε στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος [], [3], [4], [5], [6]. Η ενίσχυση υποστυλωμάτων γεφυρών ή κοινών οικοδομικών έργων από οπλισμένο σκυρόδεμα με σύνθετα πολυμερή υλικά μπορεί να επιτευχθεί, είτε με περιτύλιξη των υποστυλωμάτων με ταινίες από σύνθετα υλικά, είτε με χρήση μανδυών από τα ίδια υλικά. Τα σύνθετα υλικά μπορούν να εφαρμοστούν πλησίον ή και μέσα στη θάλασσα, αφού εμποτιστούν με τις κατάλληλες εποξειδικές ρητίνες που σκληρύνονται σε υποβρύχιο περιβάλλον.

2 6 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 Οι μανδύες και γενικότερα οι ενισχύσεις με σύνθετα υλικά είναι δυνατόν να επιβάλλουν, τόσο παθητική περίσφιξη, όσο και ενεργητική. Η ενεργητική περίσφιξη επιτυγχάνεται, είτε με προένταση των οριζόντιων ταινιών περιτύλιξης, είτε αφήνοντας ένα κενό μεταξύ μανδύα από FRPs και υποστυλώματος, το οποίο γεμίζει, είτε με εποξειδική ρητίνη υπό πίεση, είτε με τσιμεντένεμα υπό πίεση [], [8], [9], [], []. Η εφαρμογή της μεθόδου σε κυκλικής διατομής στοιχεία δεν παρουσιάζει κανένα πρόβλημα, ενώ εάν εφαρμοστεί σε ορθογωνικής διατομής υποστυλώματα απαιτείται πρώτα καμπύλωση των ακμών τους. Τα υφιστάμενα μέχρι σήμερα πειραματικά αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι οι πραγματοποιούμενες ενισχύσεις με FRPs στα υποστυλώματα είναι λίαν αποδοτικές για την αύξηση της αντοχής τους, την ιδιαίτερη βελτίωση της πλαστιμότητας λόγω της ισχυρής περίσφιξης που επιβάλλουν και για τη βελτίωση των συνθηκών πρόσφυσης των μη επαρκών παραθέσεων των διαμήκων οπλισμών των στύλων στη βάση τους [3], [4], [], [], [3], [4], [5], [6], []... Ενισχύσεις κόμβων δοκού - υποστυλώματος με σύνθετα υλικά δομικού στοιχείου τόσο ογκώδους και άκαμπτου, όπως είναι οι κόμβοι στύλου - δοκού εδράσεως βάθρων γεφυρών. Στον ελληνικό χώρο ασχολήθηκαν με την ενίσχυση κόμβων με σύνθετα υλικά οι Tsonos and Stylianidis [], προσπαθώντας να συμβάλουν στην κάλυψη του κενού αυτού της βιβλιογραφίας. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν τρία δοκίμια εξωτερικών κόμβων δοκού - στύλου με κλίμακα :. Μελετήθηκε, τόσο η αποδοτικότητα της προσεισμικής ενίσχυσης, όσο και η αποδοτικότητα της μετασεισμικής ενίσχυσης των εν λόγω δομικών στοιχείων με GFRPs. Παρατηρήθηκε ότι τα ενισχυμένα με GFRPs παρουσίασαν βελτιωμένο τύπο αστοχίας συγκριτικά με αυτόν που έδειξαν τα δοκίμια σε παρθενική μορφή. Έτσι, στα ενισχυμένα δοκίμια η βλάβη συγκεντρώνεται, τόσο στη δοκό, όσο και στον κόμβο, ενώ σε παρθενική μορφή τα δοκίμια αστόχησαν μόνο στην περιοχή του κόμβου. Τα ενισχυμένα δοκίμια εμφάνισαν κατά 3% περίπου αύξηση της αντοχής και ακαμψίας συγκριτικά με την αντοχή και ακαμψία που ανέπτυξαν τα παρθενικά δοκίμια, ενώ σημαντικά αυξημένη ήταν και η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας σε σχέση με αυτήν των παρθενικών δοκιμίων [], []. Επίσης, στον Ελληνικό χώρο εφαρμόζουν με επιτυχία τη μέθοδο της ενίσχυσης με σύνθετα υλικά εξωτερικών κόμβων δοκού υποστυλώματος, οι Αντωνόπουλος και Τριανταφύλλου [], [3], [4]. Η τεχνική ενίσχυσης δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος με σύνθετα υλικά έχει μελετηθεί από διάφορους ερευνητές. Εντούτοις, οι κόμβοι δοκού - υποστυλώματος είναι ένα δομικό στοιχείο για το οποίο η αποδοτικότητα της ενίσχυσής του με τα εν λόγω υλικά δεν έχει μελετηθεί επαρκώς. Έτσι, οι Priestley et al [8] διερωτώνται το έτος 996 εάν υπάρχει πειραματική ερευνητική εργασία, η οποία να ασχολείται με την αποδοτικότητα της ενίσχυσης των δομικών αυτών στοιχείων με τη χρήση σύνθετων υλικών. Ακόμη και σήμερα οι πειραματικές ερευνητικές εργασίες με αντικείμενο τη σεισμική συμπεριφορά των κόμβων δοκού υποστυλώματος, ενισχυμένου με σύνθετα υλικά, είναι ελάχιστες. Οι Pantelides et al [8] ενισχύουν δοκίμιο εξωτερικού κόμβου με FRPs και το υποβάλλουν σε σεισμική καταπόνηση. Ένα δίδυμο δοκίμιο χωρίς ενίσχυση υποβάλλεται στην ίδια σεισμική καταπόνηση. Παρατήρησαν ότι η ενίσχυση με FRPs προσέφερε στον κόμβο 45% αυξημένη διατμητική αντοχή συγκριτικά με αυτήν που θα είχε χωρίς την ενίσχυση και ότι το ενισχυμένο δοκίμιο παρουσίασε αξιοσημείωτα αυξημένη πλαστιμότητα συγκριτικά με αυτήν του δοκιμίου χωρίς ενισχύσεις. Οι Womach et al [9] εξετάζουν τη δυνατότητα ενίσχυσης κόμβων στύλου - δοκού εδράσεως βάθρων γεφυρών με τη χρήση CFRPs σε έξι φυσικής κλίμακας δοκίμια και συμπεραίνουν ότι οι μανδύες από CFRPs, ακόμη και όταν έχουν πολύ μεγάλη εφελκυστική αντοχή, δεν είναι δυνατόν να βελτιώσουν αξιοσημείωτα την αντοχή και ακαμψία ενός 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΤΥΛΩΝ ΚΑΙ ΚΟΜΒΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΑΠΟ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕ ΜΑΝΔΥΕΣ ΑΠΟ Ο/Σ 3.. Σχεδιασμός αρχικών δοκιμίων Κατασκευάζονται τέσσερα όμοια δοκίμια F, S και P πλαισιακού υποσυνόλου στύλου-δοκού-πλάκας-εγκάρσιας δοκού, υπό κλίμακα :. Στο Σχήμα (a) φαίνονται λεπτομέρειες σχεδιασμού των παρθενικών αυτών δοκιμίων. Τα υποστυλώματα των δοκιμίων (Σχ. (a)) έχουν οπλισμό 4 4 και συνδετήρες 6/5cm (S5), ενώ οι κόμβοι τους δεν έχουν καθόλου οπλισμό συνδετήρων (Πίνακας ). Λεπτομέρεια της περιοχής του κόμβου φαίνεται στο Σχήμα (b). Οι διατμητικές τάσεις στον κόμβο, που λαμβάνονται σύμφωνα με την Επιτροπή ACI-ASCE 35- [5] από την έκφραση τ = γ fc MPa (όπου γ είναι συντελεστής διατμητικών τάσεων κόμβου και fc είναι η κυλινδρική αντοχή του σκυροδέματος), θα πρέπει να έχουν χαμηλές τιμές. Έτσι, οι διατμητικές τάσεις εξωτερικών κόμβων σύγχρονης κατασκευής και με τη μορφή που έχουν οι κόμβοι των δοκιμίων F, S και P θα πρέπει να είναι χαμηλότερες του. fc MPa. Όπως φαίνεται στον Πίνακα, ο συντελεστής

3 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 γ των δοκιμίων F, S και P είναι αρκετά μεγαλύτερος της μονάδος, το οποίο σημαίνει ότι οι κόμβοι των δοκιμίων αυτών σχεδιάστηκαν, ώστε να καταπονούνται με υψηλές διατμητικές τάσεις και δεν έχουν καθόλου οπλισμό, ώστε να αστοχήσουν. Ο λόγος ικανοτικού σχεδιασμού M R (λόγος του αθροίσματος των οριακών καμπτικών αντοχών των στύλων προς την οριακή καμπτική αντοχή της δοκού, M R =ΣΜ στύλων / ΣΜ δοκού ) των δοκιμίων F, S και P είναι μικρότερος της μονάδας, όπως φαίνεται στον Πίνακα. Έτσι, τα δοκίμια αυτά, των οποίων τα υποστυλώματα και οι κόμβοι αντιπροσωπεύουν υποστυλώματα και κόμβους παλαιών οικοδομών, είναι σχεδιασμένα, ώστε να αστοχήσουν στις περιοχές στύλου και κόμβου. 3.. Σχεδιασμός ενισχυμένων δοκιμίων Τα δοκίμια F και Ο υποβλήθηκαν σε σεισμικού τύπου καταπόνηση (ο νόμος της οποίας φαίνεται στο Σχήμα ), η οποία επέφερε σημαντικές βλάβες, κυρίως στην περιοχή του κόμβου (όπως άλλωστε αναμενόταν, εφόσον η τέμνουσα που καταπονεί τον κόμβο είναι πολύ μεγαλύτερη αυτής που καταπονεί τα υποστυλώματα), αλλά και στις κρίσιμες περιοχές των υποστυλωμάτων. Τα δοκίμια αυτά μετά την επισκευή και ενίσχυσή τους ονομάζονται FRPF και SΟ αντίστοιχα (Πίνακας ). Σχήμα (b). Λεπτομέρεια κόμβου των δοκιμίων F, S και P στην oποία διακρίνονται οι οπλισμοί του στύλου και οι αγκυρώσεις των οπλισμών των δοκών Figure (b). Joint region detail of specimens F και O showing column bars and beam bars terminating in a hook Σχήμα. Ιστορία φόρτισης δοκιμίων Ερευνητικού Προγράμματος Figure. Lateral displacement history of specimens Σχήμα (a). Λεπτομέρειες σχεδιασμού των δοκιμίων F, S και P (διαστάσεις σε m) Figure (a). Dimensions and cross-sectional details of original specimens F, S (dimensions in m) Τα ενισχυμένα δοκίμια επανυποβάλλονται στην ίδια σεισμική καταπόνηση, στην οποία υποβλήθηκαν και τα παρθενικά τους (Σχ. ).Τα δοκίμια S και P ενισχύονται προσεισμικά και ως ενισχυμένα ονομάζονται FRPS (Πίνακας ). Τα ενισχυμένα αυτά δοκίμια υποβάλλονται για πρώτη φορά σε σεισμική καταπόνηση, ο νόμος της οποίας φαίνεται στο Σχήμα. Το αξονικό φορτίο των υποστυλωμάτων, τόσο των αρχικών δοκιμίων, όσο και των ενισχυμένων, ήταν σταθερό και ίσο με 5kN (Πίνακας ).

4 8 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 Δοκίμια FRPF και FRPS Το δοκίμιο FRPF δέχτηκε μετασεισμική ενίσχυση στα υποστυλώματά του και στον κόμβο με μανδύα από CFRPs. Επειδή η αποδοτικότητα του τύπου αυτού ενίσχυσης συγκρίνεται με την αποδοτικότητα του τύπου ενίσχυσης με μανδύες από Ο/Σ, με χρήση έτοιμου έγχυτου ειδικού τσιμεντοκονιάματος υψηλής αντοχής, δηλαδή πραγματοποιείται σύγκριση της απόκρισης σε σεισμό των δοκιμίων SO και FRPF, προσπαθήσαμε, ώστε οι ενισχύσεις που παρέχουν οι δύο ανωτέρω τύποι ενίσχυσης να είναι κατά το δυνατόν της αυτής τάξεως. Η προσεισμική ενίσχυση με CFRPs του δοκιμίου FRPS ήταν ακριβώς η ίδια με τη μετασεισμική ενίσχυση του δοκιμίου FRPF. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των σύνθετων υλικών, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν (υφάσματα από CFRPs), είναι τα εξής: μέτρο ελαστικότητας E f = 3GPa, παραμόρφωση θραύσης ε fu =.5 και πάχος t f =.65mm. Λεπτομέρειες που αφορούν τις ενισχύσεις με ανθρακοϋφάσματα των δύο δοκιμίων φαίνονται στον Πίνακα και στο Σχήμα 3. Δοκίμια SO Το δοκίμιο SO δέχτηκε μετασεισμική ενίσχυση με ολόπλευρο μανδύα από Ο/Σ στους στύλους και στον κόμβο με χρήση έτοιμου έγχυτου ειδικού τσιμεντοκονιάματος υψηλής αντοχής. Το δοκίμιο SP δέχτηκε προσεισμική ενίσχυση του ιδίου τύπου με αυτήν του SO. Το Σχήμα 4 και ο Πίνακας δείχνουν τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού των δοκιμίων SO. Σχήμα 4. Λεπτομέρειες σχεδιασμού των δοκιμίων SO (διαστάσεις σε m) Figure4. Dimensions and cross-sectional details of strengthened specimens SO (dimensions in m) στρώσεις CFRP για αύξηση της διατμητικής αντοχής του κόμβου 4 στρώσεις CFRP για εξασφάλιση των αγκυρώσεων των στρώσεων ενίσχυσης του κόμβου Τοπική διάτρηση της πλάκας για τη διέλευση των στρώσεων εξασφάλισης αγκυρώσεων στρώσεις CFRP για αύξηση της διατμητικής αντοχής των υποστυλωμάτων 9 στρώσεις CFRP για αύξηση της καμπτικής αντοχής των υποστυλωμάτων Σχήμα 3. Λεπτομέρειες σχεδιασμού των δοκιμίων FRPF και FRPS (διαστάσεις σε m) Figure 3. Dimensions and cross-sectional details of specimens FRPF and FRPS (dimensions in m) Για το σχεδιασμό των ενισχύσεων των ανωτέρω δοκιμίων χρησιμοποιήθηκαν, στις μεν περιοχές των υποστυλωμάτων ο Ε.Κ.Ω.Σ [6] και ο Ε.Α.Κ. [], ενώ στην περιοχή του κόμβου χρησιμοποιήθηκαν οι συστάσεις της Μικτής Επιτροπής ACI-ASCE 35- [5]. Με την ενίσχυση ελήφθη, επίσης, μέριμνα, ώστε οι χαμηλές τιμές Μ R των δοκιμίων Ο και Ρ να αυξηθούν στα ενισχυμένα δοκίμια SO σε τιμές αρκετά ανώτερες του.4 (Πίνακας ). Οι πρόσθετοι συνδετήρες στην περιοχή των υποστυλωμάτων ικανοποιούν τις απαιτήσεις του Ε.Κ.Ω.Σ [6] και Ε.Α.Κ. []. Για την κατασκευή των συνδετήρων αυτών ακολουθήθηκε η σύσταση που υπάρχει στο σύγγραμμα Σ. Δρίτσου []. Οι τιμές γ των δοκιμίων SO με την ενίσχυση μειώθηκαν σημαντικά, σε τιμές μάλιστα μικρότερες της μονάδας (Πίνακας ). Στην περιοχή του κόμβου, αντί πρόσθετων οπλισμών συνδετήρων, προτιμήθηκε να τοποθετηθούν

5 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 9 δισδιαγώνιοι οπλισμοί 4 4 (Σχήμα 4). Ο δισδιαγώνιος οπλισμός είναι μεγαλύτερος από τον οπλισμό 8/5cm που απαιτεί η Επιτροπή. Οι τάσεις διαρροής των χαλύβων, οι οποίοι είχαν διαμέτρους Φ6, Φ8 και Φ4 και χρησιμοποιήθηκαν, τόσο στα αρχικά δοκίμια F, S, P, όσο και στα ενισχυμένα SO, SP, είναι αντίστοιχα 54MPa, 565MPa και 6MPa. Οι υπολογισμοί των ενισχύσεων των ανωτέρω δοκιμίων FRPF, FRPS, υπάρχουν στην Τελική Έκθεση του Ερευνητικού Προγράμματος που υποβλήθηκε στον Ο.Α.Σ.Π. [8] (δεν συμπεριελήφθησαν στην παρούσα εργασία λόγω περιορισμένης έκτασης κειμένου). 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑ- ΤΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 4. Εικόνες αστοχίας Αρχικά δοκίμια Στο Σχήμα 5 φαίνονται οι εικόνες αστοχίας των παρθενικών δοκιμίων Ο και F αντίστοιχα. Όπως φαίνεται, η αστοχία των παρθενικών δοκιμίων γενικά συγκεντρώθηκε κυρίως στην περιοχή των κόμβων. Σχήμα 5. Εικόνες αστοχίας δοκιμίων F, FRPF, FRPS Figure 5. Cracking configuration of specimens F, FRPF, FRPS

6 3 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 Πίνακας. Χαρακτηριστικά σχεδιασμού δοκιμίων Table. Specimen design details / µ µ µ (MPa) (kn) µ µ µ µ / (MPa) M R (M R ) ( ) F (.4).(.) S (.4).(.) 3 O (.4).(.) 4 P (.4).(.) 5 FRPF. 5 (FRPs) CFRPs -.95(.4).(.) 6 FRPS.8 5 (FRPs) CFRPs -.95(.4).(.) SO 6. 5 ( / ) (.4).54(.) 8 SP 6. 5 ( / ) (.4).65(.) Μ=μετασεισμική ενίσχυση στους στύλους και στον κόμβο, Π=προσεισμική ενίσχυση στους στύλους και στον κόμβο, FRPs=μανδύες από σύνθετα υλικά, (Ο/Σ)=μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα Η όπλιση κόμβου με υφάσματα CFRPs φαίνεται στο Σχήμα 3 Δισδιαγώνιος οπλισμός κόμβου (Σχήμα 4) M R, γ είναι οι ελάχιστες απαιτήσεις της Μικτής Επιτροπής ACI-ASCE 35 Αυτό ήταν αναμενόμενο, εφόσον η τέμνουσα που ασκείται στην περιοχή αυτή είναι πολλαπλάσια αυτής που ασκείται στα υποστυλώματα, ενώ πρακτικά δεν υπάρχει κατάλληλος οπλισμός για να την παραλάβει. Στα δοκίμια Ο και F, που αντιστοιχούν σε γωνιακούς κόμβους και υποστυλώματα, το σκυρόδεμα του πυρήνα του κόμβου είχε πλήρως αποδιοργανωθεί στο τέλος του πειράματος, ενώ μικρότερο τμήμα βλάβης παρουσίασαν και οι κρίσιμες περιοχές των υποστυλωμάτων (Σχ. 5). Ενισχυμένα δοκίμια Στο Σχήμα 5, επίσης, φαίνονται οι εικόνες αστοχίας όλων των ενισχυμένων δοκιμίων FRPF, FRPS, SΟ και SP. Στα δοκίμια FRPF και FRPS, τα οποία ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα, εκτός από τη μερική αποκόλληση των στρώσεων ενίσχυσης του κόμβου, μετά το πέρας του πειράματος, δεν υπήρχε ορατή βλάβη στους κόμβους και τα υποστυλώματα (Σχήμα 5). Μόνον στο δοκίμιο FRPS παρατηρήθηκε στον τελευταίο κύκλο φόρτισης θραύση των CFRPs εξασφάλισης αγκυρώσεων των στρώσεων ενίσχυσης του κόμβου. Με το δεδομένο αυτό και με σκοπό να διαπιστωθεί η πραγματική εικόνα αστοχίας των δοκιμίων, κόπηκαν με τη βοήθεια τροχού και απομακρύνθηκαν τα ανθρακοϋφάσματα από την περιοχή του κόμβου και της δοκού. Μετά την αποκάλυψη, παρατηρήθηκαν τα εξής: Καταρχήν, η δοκός παρουσίασε μικρές βλάβες. Βέβαια, έχουν σχηματιστεί πλαστικές αρθρώσεις στις δοκούς, όπως προέκυψε από τις μετρήσεις με ταινίες παραμόρφωσης που είχαν τοποθετηθεί. Οι επικαλύψεις του σκυροδέματος των κόμβων έχουν αποδιοργανωθεί σε μεγάλο βαθμό. Το σκυρόδεμα όμως των πυρήνων των κόμβων, παρότι παρουσίαζε ρηγματώσεις, εντούτοις δεν ήταν αποδιοργανωμένο. Αυτό μπορεί να αποδοθεί στην ισχυρή περίσφιξη που προσέδιδαν στον κόμβο τα ανθρακοϋφάσματα. Η αστοχία του μετασεισμικά ενισχυμένου με μανδύα από οπλισμένο σκυρόδεμα δοκιμίου, ήταν τελείως διαφορετική από αυτήν του αντίστοιχου παρθενικού δοκιμίου. Στο δοκίμιο αυτό εμφανίζεται, κατά τη διάρκεια των τριών πρώτων κύκλων της σεισμικής φόρτισης, διαμπερές καμπτικό ρήγμα στη δοκό, στη θέση ένωσης με το υποστύλωμα. Ταυτόχρονα, εμφανίζονται χιαστί διατμητικά ρήγματα στη δοκό. Στους επόμενους κύκλους παρατηρείται αύξηση του εύρους του καμπτικού ρήγματος στη δοκό με ελαφρά συντριβή του σκυροδέματος των θλιβόμενων ζωνών στη θέση σχηματισμού πλαστικής άρθρωσης, μικρή διεύρυνση των διατμητικών ρηγμάτων στη δοκό και εμφάνιση χιαστί τριχοειδών διατμητικών ρηγμάτων στον κόμβο, τα οποία διευρύνονται σταδιακά (μετά τον 8 ο κύκλο). Κύριο χαρακτηριστικό των ρωγμών στην περιοχή του κόμβου είναι ότι δεν διευρύνονται ιδιαίτερα, όπως συμβαίνει με τις ρηγματώσεις στη δοκό. Στο τέλος τoυ πειράματος παρατηρείται ότι το μεγαλύτερο μέρος της βλάβης του ανωτέρω ενισχυμένου δοκιμίου βρίσκεται στη δοκό και όχι στον κόμβο. Παρόμοιο τύπο αστοχίας με αυτόν του δοκιμίου SO, επέδειξε και το προσεισμικά ενισχυμένο δοκίμιο SP (Σχήμα 5). 4.. Σύγκριση συμπεριφοράς ενισχυμένων και παρθενικών δοκιμίων Σύγκριση αποδοτικότητας των δυο τύπων επέμβασης Στο Σχήμα 6 φαίνονται οι υστερητικοί βρόχοι επιβαλλομένων τεμνουσών δοκού V b μετατοπίσεων φορτιζομένου

7 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No µ F (mm) µ FRPF (mm) µ µ Vb (k ) µ µ Vb (k ) µ R (%) µ R (%) µ µ Vb (k ) µ O (mm) µ R (%) µ µ Vb (k ) µ SO (mm) µ R (%) µ FRPS (mm) µ SP (mm) µ µ Vb (k ) µ µ Vb (k ) µ R (%) µ R (%) Σχήμα 6. Υστερητικοί βρόχοι φορτίου μετατόπισης δοκιμίων F, FRPF, FRPS,SO Figure 6. Load deflection curves of specimens F, FRPF, FRPS του F ). άκρου Δ για όλα τα δοκίμια του προγράμματος. Στις περιπτώσεις δοκιμίων, που δέχτηκαν προσεισμική ενίσχυση (που σημαίνει ότι τα παρθενικά τους δεν καταπονήθηκαν σε σεισμό), η σύγκριση γίνεται με τα αποτελέσματα παρθενικών δοκιμίων ίδιων με τα δικά τους (π.χ. οι υστερητικοί βρόχοι του δοκιμίου SP συγκρίνονται με τους αντίστοιχους του Ο, εφόσον το P είναι ίδιο με το Ο και οι βρόχοι του FRPS συγκρίνονται με τους βρόχους Από τη σύγκριση των υστερητικών βρόχων αρχικών ενισχυμένων δοκιμίων είναι προφανής η βελτίωση των μηχανικών αντισεισμικών ιδιοτήτων που επετεύχθη με όλους τους τύπους επέμβασης που δοκιμάστηκαν στα πλαίσια του

8 3 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 παρόντος προγράμματος. Σκοπός της παρούσης Ερευνητικής Εργασίας δεν είναι μόνον η διαπίστωση της αποδοτικότητας των διαφόρων τύπων επέμβασης ενίσχυσης που χρησιμοποιήθηκαν σε σχέση με την αρχική αδύναμη κατάσταση του φορέα, αλλά και η σύγκριση της αποδοτικότητας μεταξύ των διαφόρων τύπων ενίσχυσης. Συγκεκριμένα, συγκρίνεται η αποδοτικότητα των εξής τύπων επέμβασης ενίσχυσης:. Σύγκριση αποδοτικότητας μετασεισμικής ενίσχυσης με μανδύα CFRPs σε σχέση με την αντίστοιχη με μανδύα μη συρρικνούμενου σκυροδέματος υψηλής αντοχής (δοκίμια SΟ FRPF ).. Σύγκριση αποδοτικότητας προσεισμικής ενίσχυσης με μανδύα CFRPs σε σχέση με την αντίστοιχη με μανδύα μη συρρικνούμενου σκυροδέματος υψηλής αντοχής (δοκίμια SP FRPS ). 3. Σύγκριση αποδοτικότητας προσεισμικής ενίσχυσης με μανδύα από CFRPs σε σχέση με την αντίστοιχη μετασεισμική (δοκίμια FRPF FRPS ). Όλοι οι παραπάνω έλεγχοι γίνονται με χρήση διαγραμμάτων σύγκρισης αντοχών, ακαμψιών και ικανοτήτων απορρόφησης ενέργειας μεταξύ των διαφόρων ενισχυμένων δοκιμίων. Κατωτέρω παρατίθενται ενδεικτικά τα διαγράμματα σύγκρισης για τα δοκίμια FRPF FRPS στο Σχήμα..6.4 µ FRPF / FRPS µ (kn/mm) µ FRPF / FRPS (mm) FRPF FRPS Σχήμα. (b) Σύγκριση ακαμψίας δοκιμίου FRPF με την ακαμψία του FRPS Figure. (b) Stiffness comparison between specimens FRPF and FRPS µ FRPF / FRPS (kn mm) FRPF FRPS µ µ FRPF / FRPS µ Σχήμα. (a) Σύγκριση αντοχής δοκιμίου FRPF με την αντοχή του FRPS Figure. (a) Strength ratio of specimen FRPF to specimen FRPS Σχήμα. (c) Σύγκριση ικανότητας απορρόφησης ενέργειας μεταξύ των δοκιμίων FRPF και FRPS Figure. (c) Energy dissipation comparison between specimens FRPF and FRPS Στο Σχήμα συγκρίνονται το μετασεισμικά ενισχυμένο με ανθρακοϋφάσματα δοκίμιο FRPF με το αντίστοιχο προσεισμικά ενισχυμένο FRPS. Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν προηγουμένως, θα έπρεπε όλες οι μηχανικές αντισεισμικές ιδιότητες του FRPF να είναι αυξημένες συγκριτικά με αυτές του FRPS, όπως συνέβη και με τα άλλα δοκίμια, λόγω του ότι η καθαίρεση και αποκατάσταση που πραγματοποιήθηκε στον κόμβο του FRPF του αύξησε την αντοχή συγκριτικά με αυτήν του κόμβου του FRPS. Εντούτοις, από το Σχήμα φαίνεται το αντίθετο, δηλαδή οι αντοχές, ακαμψίες και ικανότητες απορρόφησης ενέργειας του FRPF παρουσιάζουν μικρή μείωση συγκριτικά με τα αντίστοιχα μεγέθη του FRPS. Το γεγονός αυτό αποδίδεται στην όχι απόλυτη επιτυχία εφαρμογής των στρώσεων του ανθρακοϋφάσματος στο δοκίμιο FRPF. Σε κάθε περίπτωση, από τα αποτελέσματα της ανάλυσης συμπεραίνεται ότι οι ενισχύσεις, προσεισμικές και μετασεισμικές, υποστυλωμάτων και κόμβων δοκών - υποστυλωμάτων με FRPs είναι αποτελεσματικές.

9 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 33 Από τη σύγκριση του μετασεισμικά ενισχυμένου με ανθρακοϋφάσματα δοκιμίου FRPF με το μετασεισμικά ενισχυμένο με ολόπλευρους μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος δοκίμιο SO φάνηκε καθαρά η υπεροχή της ενίσχυσης με μανδύες σκυροδέματος, ιδιαίτερα στην ικανότητα απορρόφησης ενέργειας. Αντιθέτως, τέτοια τάση δεν φάνηκε κατά τη σύγκριση του προσεισμικά ενισχυμένου με ανθρακοϋφάσματα δοκιμίου FRPS με το προσεισμικά ενισχυμένου με ολόπλευρους μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος δοκιμίου SP. Στην προκειμένη περίπτωση, οι δύο τύποι ενίσχυσης φάνηκε να εμφανίζουν την αυτή αποτελεσματικότητα Ερμηνεία πειραματικών αποτελεσμάτων Από την προηγηθείσα ανάλυση προέκυψε ότι όλα τα ενισχυμένα δοκίμια με τους διάφορους τύπους ενίσχυσης παρουσίασαν ιδιαίτερα βελτιωμένες τις μηχανικές, αντισεισμικές τους ιδιότητες συγκριτικά με τα παρθενικά τους δοκίμια. Η βελτίωση αυτή των μηχανικών αντισεισμικών ιδιοτήτων στα ενισχυμένα με FRPs δοκίμια οφείλεται στο γεγονός ότι αυτά ενισχύθηκαν, τόσο στην περιοχή των υποστυλωμάτων, όσο και στην περιοχή των κόμβων, σύμφωνα με τις Διεθνείς Συστάσεις [], [] και κατά τρόπο ανάλογο ως προς τις παραλαμβανόμενες δυνάμεις (τέμνουσες, ροπές) με τα συμβατικά οπλισμένα δοκίμια. Στα ενισχυμένα δοκίμια με CFRPs τα υποστυλώματα παρέμειναν άθικτα. Οι κόμβοι εμφανίζουν πολύ μικρότερη βλάβη συγκριτικά με αυτή των παρθενικών δοκιμίων, ενώ σημαντικό τμήμα βλάβης παρατηρείται στις δοκούς, οι οποίες στα παρθενικά δοκίμια ήταν άθικτες. Από διαγράμματα επιβαλλόμενης τέμνουσας παραμόρφωσης στρώσεων ανθρακοϋφάσματος ενίσχυσης κόμβου δοκιμίου FRPS, που παρήχθησαν με τη βοήθεια μετρήσεων ταινιών παραμόρφωσης προσαρμοσμένων στα φύλλα ενίσχυσης, φάνηκε καθαρά ότι η μέγιστη παραμόρφωση που μετρήθηκε ήταν περίπου 3., όση θεωρήθηκε και κατά τους υπολογισμούς [8]. Από την άλλη, η βελτίωση στα ενισχυμένα με μανδύες από Ο/Σ δοκίμια συμβαίνει διότι, τόσο τα υποστυλώματα, όσο και οι κόμβοι ενισχύθηκαν, σύμφωνα με τις απαιτήσεις των σύγχρονων κανονισμών. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με τη χαμηλότερη ένταση, που δέχτηκαν τα υποστυλώματα συγκριτικά με τους κόμβους [9], [3] συνετέλεσε, ώστε τα υποστυλώματα όλων των συμβατικά ενισχυμένων δοκιμίων να μην υποστούν σημαντικές βλάβες κατά τη σεισμική καταπόνηση. Οι κόμβοι, επίσης, των ενισχυμένων με μανδύες Ο/Σ δοκιμίων δεν παρουσίασαν ιδιαίτερα σημαντικές βλάβες, διότι είχαν ενισχυθεί κατάλληλα, σύμφωνα με όλες τις απαιτήσεις της Επιτροπής ACI-ASCE 35- [5]. Έτσι, οι λόγοι ικανοτικού σχεδιασμού όλων των ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύες από Ο/Σ είχαν τιμές ανώτερες του.4, ο συντελεστής γ των διατμητικών κομβικών τάσεων ήταν μικρότερος της μονάδας (Πίνακας ) και ο τοποθετηθείς οπλισμός ήταν περισσότερος του απαιτούμενου από την ανωτέρω Επιτροπή. Ο οπλισμός αυτός μάλιστα, που απαρτιζόταν από δισδιαγώνιες ράβδους, παρέμεινε ενεργός καθ όλη τη διάρκεια του πειράματος, όπως έδειξαν δεδομένα ταινιών παραμόρφωσης που είχαν τοποθετηθεί στον οπλισμό αυτόν []. Σε όλα τα ενισχυμένα με τον παραδοσιακό τρόπο δοκίμια παρατηρήθηκε, λόγω της επιτυχούς ενίσχυσης, μεταβολή του τύπου αστοχίας συγκριτικά με αυτόν που επέδειξαν τα παρθενικά δοκίμια. Στα ενισχυμένα δοκίμια παρατηρείται σημαντική αστοχία στις δοκούς, ενώ οι δοκοί των παρθενικών δοκιμίων ήταν άθικτες. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την εκπόνηση της πειραματικής αυτής ερευνητικής εργασίας προέκυψαν τα κάτωθι συμπεράσματα:. Τα αρχικά δοκίμια στύλων κόμβων Ο και F, τα οποία αντιπροσώπευαν δομικά υποσύνολα παλαιών κατασκευών από Ο/Σ, αστόχησαν πρωτίστως στον κόμβο, εφόσον η ένταση στο δομικό αυτό στοιχείο είναι ισχυρότερη αυτής που καταπονεί τα υποστυλώματα [9], [3], ενώ παρουσίασαν μικρότερη βλάβη και στα υποστυλώματα. Στο τέλος του πειράματος στα δοκίμια Ο και F παρατηρήθηκε έλλειψη ικανότητας παραλαβής αξονικού φορτίου.. Η σεισμική συμπεριφορά των ενισχυμένων δοκιμίων υποστυλωμάτων κόμβων εμφανίστηκε εν γένει ιδιαίτερα βελτιωμένη συγκριτικά με εκείνη των αντίστοιχων αρχικών δοκιμίων. 3. Ο τύπος αστοχίας, που έδειξαν τα ενισχυμένα με ανθρακοϋφάσματα δοκίμια υποστυλωμάτων κόμβων, κρίνεται ικανοποιητικός. Πράγματι, ενώ χαρακτηριζόταν από μεγαλύτερη συγκέντρωση βλάβης στον κόμβο και μικρότερη στη δοκό (όπως φάνηκε μετά από κοπή και απομάκρυνση των στρώσεων των CFRPs), εντούτοις, επειδή το σκυρόδεμα του πυρήνα του κόμβου ήταν αρκετά ανθεκτικό, δεν παρατηρήθηκε απώλεια ικανότητας ανάληψης αξονικού φορτίου από τα δοκίμια. 4. Τόσο η προσεισμική, όσο και η μετασεισμική ενίσχυση δοκιμίων στύλων κόμβων με μανδύες από ανθρακοϋφασμα (CFRPs) απεδείχθη ότι είναι λυσιτελής. 5. Όλα τα ενισχυμένα δοκίμια στύλων - κόμβων με ολόπλευρους μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος εμφάνισαν το μεγαλύτερο τμήμα της βλάβης στη δοκό, ενώ ο κόμβος τους είχε πολύ μικρότερη βλάβη σε σύγκριση με αυτήν της δοκού. Τα υποστυλώματα των δοκιμίων αυτών παρουσίασαν σχεδόν ασήμαντες αστοχίες. 6. Τόσο οι προσεισμικές, όσο και οι μετασεισμικές ενισχύσεις στύλων και κόμβων με ολόπλευρους, μανδύες Ο/Σ με χρήση έτοιμου έγχυτου ειδικού μη συρρικνούμενου τσιμεντοκονιάματος υψηλής αντοχής, απεδείχθησαν ότι είναι λυσιτελείς.

10 34 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3. Απεδείχθη για μια ακόμη φορά ότι το ασθενέστερο δομικό στοιχείο μεταξύ υποστυλωμάτων και κόμβου δοκού υποστυλώματος από Ο/Σ είναι ο κόμβος, τόσο στα εξεταζόμενα στην παρούσα μελέτη αρχικά δοκίμια, όσο και στα ενισχυμένα. Τα υποστυλώματα όλων των ενισχυμένων δοκιμίων της μελέτης ή ήταν άθικτα στο τέλος του πειράματος ή είχαν ελαφρές βλάβες. Αντιθέτως, οι κόμβοι των ίδιων δοκιμίων είχαν σε όλες τις περιπτώσεις σημαντικότερες βλάβες συγκριτικά με αυτές των υποστυλωμάτων. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ο συγγραφέας αισθάνεται την ανάγκη να ευχαριστήσει τον Ο.Α.Σ.Π. για τη χρηματοδότηση της παρούσας εργασίας. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ. Τσώνος Α.-Δ.Γ., Εξέταση της αποδοτικότητας των μανδυών Ο/Σ κλειστού και ανοικτού τύπου στην ενίσχυση υποστυλωμάτων και κόμβων από Ο/Σ (Μέρος ο Προσεισμική ενίσχυση Συγκρίσεις αποδοτικότητας προσεισμικής- μετασεισμικής ενίσχυσης, Επιστημονική Έκδοση ΚΤΙΡΙΟ (εγκρίθηκε για δημοσίευση).. ΑCI Committee 44, Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures (ACI 44.R-), American Concrete Institute,, 45pp. 3. Federation International du Beton-fib, Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structures, Bulletin 4, Lausanne,, 3pp. 4. Τριανταφύλλου, Θ. Χ., Ενισχύσεις Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος με Σύνθετα Υλικά (Ινοπλισμένα Πολυμερή), Πάτρα, 3, σελ. 5. Teng, J. G., Chen, J. F., Smith, S. T. and Lam, L., FRP Strengthened RC Structures, John Wiley & Sons, Inc., 44pp. 6. Matsuzaki, Y., Nakano, K., Fujii, S. and Fukuyama, H., Japanese State of the Art on Seismic Retrofit by Fiber Wrapping for Building Structures: Research, SP 88-5, American Concrete Institute, Detroit, 999, pp Δρίτσος, Σ. Η., Επισκευές και Ενισχύσεις Κατασκευών από Οπλισμένο Σκυρόδεμα, 5, Πάτρα, 35σελ. 8. Priestley, M.J., Seible, F. and Calvi, G., Seismic Design and Retrofit of Bridges, John Wiley and Sons, Inc., Priestley, M.J.N., Seible, F., Column Seismic Retrofit using Fiberglass/Epoxy Jackets, Ed. Fyfe Principal, Fyfe Associates, Inc., 994, pp.. Saadatmanesh, H., Ehsani, M.R. and Jin, L., Seismic Strengthening of Circular Bridge Pier Models with Fiber Composites, ACI Structural Journal, Vol. 93, No 6, 996, pp Saadatmanesh, H., Ehsani, M.R. and Jin, L., Seismic Retrofitting of Rectangular Bridge Column with Composite straps, Earthquake Spectra, Vol. 3, No, 99,pp Fyfe, E.R., Gee, D.J. and Milligan, P.B., Composite Systems for Seismic Applications, Concrete International, V., No 6, 998, pp Fyfe, E.R., Column Seismic Retrofitting using High-Strength Fiber Jackets, SP 6-8, American Concrete Institute, Detroit, 996, pp Priestley, M.J.N., Seible, F., High-Strength Fiber Rectangular Column Shear and No-Lap Splice Flexural Tests, Research Project Partially funded by CATRANS, under Contract Number 59P84, 99, pp. 5. Priestley, M.J.N., Seible, F., Repair of Shear Column using Fiberglass/ Epoxy Jacket and Epoxy Injection, Research Project Partially funded by CALTRANS, under Contract Number 59P84, 993, 35pp. 6. Saiidi, M.S., Sanders, D.H., Martinovic, F.M. and McElhaney, B.A., Seismic Retrofit of non-prismatic R/C Bridge Columns with Fibrous Composites, Proceedings of the Twelfth World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, No 43,.. Iso, M., Matsuzaki, Y., Sonobe, Y., Nakamura, H. and Watanabe, M., Experimental Study on Reinforced Concrete Columns having Wing Walls Retrofitted with Continuous Fiber Sheets, Proceedings of the Twelfth World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, No 865,. 8. Pantelides, C.P., Clyde, C. and Reaveley, L., Rehabilitation of R/C Building Joints with FRP Composites, Proceedings of the Twelfth World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, No 36,. 9. Womach, K., Halling, M. and Mayle, R., Full Scale Testing of Concrete Beam-Column Joints using Advanced Carbon-Fiber Composites, Proceedings of the Twelfth World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, No 36,.. Tsonos,A.G.,and Stylianidis,K., Seismic Retrofit of Beam-to-Column Joints with High-Strength Fiber Jackets,Journal of the European Association for Earthquake Engineering, No,, pp 56.. Τσώνος, Α.Γ., Συμπεριφορά Υποστυλωμάτων και Κόμβων δοκών- Υποστυλωμάτων ενισχυμένων με Σύνθετα Υλικά, ΗΜΕΡΙΔΑ : Ενίσχυση Σκυροδέματος με Σύνθετα Πολυμερή, Αθήνα,.. Αντωνόπουλος, Κ. και Τριανταφύλλου Θ., Ενίσχυση Κόμβου Οπλισμένου Σκυροδέματος με Σύνθετα Υλικά, Α Ελληνικό Συνέδριο Συνθέτων Υλικών Σκυροδέματος, Ξάνθη,,σελ Antonopoulos, C. P. and Triantafillou, T. C., Analysis of FRP- Strengthened RC Beam-Column Joints, Journal of Composites for Construction, ASCE, Vol. 6, No,, pp Antonopoulos, C. P. and Triantafillou, T. C., Experimental Investigation of FRP-Strengthened RC Beam-Column Joints, Journal of Composites for Construction, ASCE, Vol., No, 3, pp ACI-ASCE Committee 35 Recommendations for Design of Beamto-Column Joints in Monolithic Reinforced Concrete Structures (ACI 35R-) American Concrete Institute,, 3pp. 6. Ο.Α.Σ.Π., Σ.Π.Μ.Ε., Ελληνικός Κανονισμός Ωπλισμένου Σκυροδέματος (Ε.Κ.Ω.Σ.),.. Ο.Α.Σ.Π., Σ.Π.Μ.Ε., Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (Ε.Α.Κ.),. 8. Τσώνος,Α.-Δ.Γ., Διερεύνηση της Σεισμικής Συμπεριφοράς Επισκευασμένων και Ενισχυμένων Δοκιμίων Στύλων-Κόμβων από Ο/Σ, Τελική Έκθεση Ερευνητικού Προγράμματος Χρηματοδοτηθέντος από τον Ο.Α.Σ.Π., 3, σελ Paulay, T. and Priestley, M.J.N., Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley & Sons, Karayannis, C.G., Sirkelis, G.S., Chalioris, C.E., Effectiveness of RC Beam-Column Connections Strengthening using Carbon-FRP Jackets, th European Conference on Earthquake Engineering ( ECEE), Paper Ref. 549, 3. Αλέξανδρος-Δημήτριος Γ. Τσώνος, Αναπληρωτής καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, Α.Π.Θ., 54 4 Θεσσαλονίκη, τηλ , fax: , tsonosa@civil.auth.gr

11 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 35 Extended summary Effectiveness of CFRP-Jackets in Post-Earthquake and Pre-Earthquake Retrofitting of Columns and Beam- Column Joints ALEXANDER-DIMITRIOS G. TSONOS Associate Professor Α.U.TH. Abstract This paper presents the findings of an experimental study to evaluate methods of retrofit. It addresses particular weaknesses that are often found in reinforced concrete structures, especially older structures: namely the lack of the required flexural and shear reinforcement within the columns and the lack of the required shear reinforcement within the joints. The use of a reinforced concrete jacket and a high-strength fiber jacket for the post-earthquake and pre-earthquake retrofitting of columns and beam-column joints was investigated experimentally. The paper also compares the effectiveness of the two jacket styles. fiber-jacket and by four-sided reinforced concrete-jacket. These jackets were also applied to the columns and b/c joint regions of the subassemblages S. The four repaired and strengthened subassemblages were subjected to the same simulation of earthquake damage as above. A direct comparison of the load deflection envelopes of the original and the retrofitted subassemblages was made. The effectiveness of the two jacket styles was also compared. INTRODUCTION DESCRIPTION OF THE SPECIMENS Original Test Specimens F, S The feasibility and technical effectiveness of the highstrength fiber jacket system and the reinforced concrete jacket system, in both post-earthquake and pre-earthquake retrofitting of columns and beam-column joints was investigated. Four identical reinforced concrete exterior beam-column-slab-transverse beam subassemblages (F, S ) were constructed with non-optimal design parameters: flexural strength ratio, joint shear stress, with less column transverse reinforcement than is required by the modern Codes and without joint transverse reinforcement. These represent the common construction practice of column and beam-column joints of older structures built in the 96s and 9s. The subassemblages F and O were subjected to cyclic lateral load histories so as to provide the equivalent of severe earthquake damage. The damaged specimens were then strengthened by a high-strength fiber jacket and by a four-sided reinforced concrete jacket. These jackets were applied to the columns and b/c joint regions of the damaged subassemblages. The subassemblages S represent parts of an old frame structure, which was upgraded to resist future strong earthquakes. These two subassemblages were tested only after strengthening with a high-strength Submitted: Apr. 5, 5 Accepted: Dec. 9, 6 Four identical test specimens F, S were constructed using normal weight concrete and deformed reinforcement. Both specimens were typical of existing older structures built in the 96s and 9s. As seen in Fig., all the specimens F, S had less column transverse reinforcement than is required by the new Greek Code for the Design of Reinforced Concrete Structures [6]; they also lacked joint transverse reinforcement. The dimensions of the test specimens were primarily dictated by the availability of formwork and laboratory testing capacities, resulting in a beam-to-column subassemblage model of approximately : scale. The concrete compressive strengths of specimens F, S were. MPa,.8MPa, 6. MPa and 6.MPa respectively. Strengthening Technique, Specimens FRPF, FRPS Both original specimens F and O had experienced brittle shear failure at the joint region. The repair measures implemented on specimen F consisted of: () removal and replacement of all loose concrete by a premixed, non-shrink, rheoplastic, flowable, and non segregating mortar of high-

12 36 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 strength; () high-strength fiber jacketing of the joint region and the columns, Fig.. The repaired and strengthened specimen was designated FRPF. Design for the retrofit with carbon fiber-reinforced polymer sheets (CFRPs) was based on E f = 3 GPa, t f =.65mm (t f = layer thickness) and ε fu =.5%. Strengthening of specimen SO involved encasing the original beam-column joint and the columns of O with a four-sided cement grout jacket reinforced with additional collar stirrups in the joint region and additional ties in the columns. As shown in Fig.4, specimen SO, had a four-sided cement grout jacket, plus 4 longitudinal bars at each corner of the column connected by 8 supplementary ties at cm. All longitudinal bars in the jackets extended through the joint region of the subassemblages. Collar stirrups were used in the joint of the strengthened specimen SO to increase its shear strength. These collar stirrups were inclined bars 4 bent diagonally across the joint core of SO, as shown in Fig. 4.The columns of the strengthened specimen SO satisfied all the requirements of the new Greek Code for the Design of Reinforced Concrete Structures [6] and the b/c joint region of this specimen satisfied all the requirements of the ACI- ASCE Committee 35 [5]. The subassemblage SO could therefore be expected to develop flexural hinges in the beams without severe damage concentration in the joint region. The subassemblages S, represent parts of an old frame structure, which was upgraded to resist future strong earthquakes. Specimen S was tested, after strengthening by high-strength fiber jacketing, as specimen FRPS. The strengthening scheme of specimen FRPS was the same as that of specimen FRPF (Fig.3). Specimen P was also tested, after strengthening with reinforced concrete jacketing, as specimen SP. The strengthening scheme of specimen SP was the same as that of specimen SO.The concrete compressive strengths of the jackets of SO were 4.MPa and 4.MPa, respectively. The original specimens F, S and the strengthened SO and SP were constructed using deformed reinforcement (NOTE: 6, 8, 4 = bar with diameter 6mm, 8mm, 4mm). 3 TEST RESULTS The connections of both subassemblages F and O, as expected, exhibited premature shear failure during the early stages of seismic loading. Damage occurred both in the joint area and in the columns critical regions. The beams in both specimens F and O remained intact at the conclusion of the tests. Failure mode of specimens FRPF, FRPS involved, as expected, the formations of a plastic hinge in the beam near the column juncture. A difference between the failure modes of specimens FRPF, FRPS was that more damage was concentrated in the joint region of specimens FRPF and FRPS, as opposed to that of specimens SO (Figure 5). Plots of applied shear-versus-drift angle for all the specimens F, FRPF, FRPS are shown in Figure 6. A comparison of the performance of strengthened specimens FRPF, FRPS with that of the original specimens O and F indicated that the strengthened specimens achieved significantly increased strength, stiffness and energy dissipating capacities compared to the original specimens, even in the large displacement amplitude cycles of drift angle R ratios between 3 percent and 4.5 percent (Figure 6). The seismic performance of specimen FRPS, strengthened in a pre-earthquake case by a high-strength fiber jacket, was almost the same with the performance of specimen SP, strengthened in a pre-earthquake case by a reinforced concrete jacket (Figure 6). To compare the effectiveness between the pre-earthquake and post-earthquake type of strengthening it is interesting to compare the strength, stiffness, and energy dissipation capacity between specimens FRPF and FRPS (Figure ). The peak-to-peak stiffness and the energy dissipated for every load cycle of each specimen FRPF and FRPS are illustrated in Figures (b) and (c) respectively. Figure (a) compares the peak strength observed throughout the tests. The comparison is made by observing the ratio of the peak strengths of FRPF to that of FRPS. From these diagrams it is clearly seen that the seismic behavior of subassemblages FRPF and FRPS was almost the same. 4 CONCLUSIONS Based on the results described in this paper, the following conclusions can be drawn.. Original specimens F and O, representing an existing beam-column subassemblage, performed poorly under reversed cyclic lateral deformations. The connections of these subassemblages exhibited premature shear failure during the early stages of seismic loading, and damage to both subassemblages was concentrated in the joint region.. The retest of failed beam-column subassemblages repaired and strengthened with fiber carbon/epoxy jacketing or with reinforced concrete jacketing showed that both repair and strengthening techniques were effective in transforming the brittle joint shear failure mode of original specimens (F and O ), into a more ductile failure mode of strengthened specimens, which developed flexural hinges in their beams. Damage to the strengthened specimens FRPF, FRPS was concentrated both in the beam critical region and in the joint area. 3. The effectiveness of the reinforced concrete jacket

13 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, I, τεύχ. 3 6, Tech. Chron. Sci. J. TCG, I, No 3 3 system and the high-strength jacket system was demonstrated in cases of both post-earthquake and pre- earthquake retrofitting of reinforced concrete columns and b/c joints. ALEXANDER-DIMITRIOS G. TSONOS Dipl. Civ. Eng. (A.U.Th), Dr. Eng. (A.U.Th.), Associate Professor of Reinforced Concrete Structures, A.U.Th., University Campus, Gr 54 4 Thessaloniki, Greece, tel , fax: , tsonosa@civil.auth.gr