ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Κ. ΑΝΤΩΝΙΑΔΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΥΧΟΣ ΠΟΛΙΤΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ Α.Π.Θ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΟΙΧΩΜΑΤΩΝ ΑΠΌ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΕΠΙΣΚΕΥΑΣΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΩΝ ΜΕ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΟΥ ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΟ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΤΟΥ Α.Π.Θ. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2005

2 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Α. ΚΑΠΠΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Α. ΚΑΠΠΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Κ. ΣΤΥΛΙΑΝΙΔΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ. ΜΑΝΩΛΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Α. ΚΑΠΠΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Κ. ΣΤΥΛΙΑΝΙΔΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ. ΜΑΝΩΛΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ. ΠΕΝΕΛΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΣΤ. ΠΑΝΤΑΖΟΠΟΥΛΟΥ, ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Δ.Π.Θ. Α. ΤΣΩΝΟΣ, ΑΝ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Θ. ΣΑΛΟΝΙΚΙΟΣ, ΕΡΕΥΝΗΤΗΣ Γ ΙΤΣΑΚ. Η έγκριση της διδακτορικής διατριβής από το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέα. (Νόμος 5343/1932, αρθρ. 202, παράγρ. 2)

3 Αφιερώνεται: στη σύζυγό μου, Ευφροσύνη στα παιδιά μου, Δημήτρη, Κωνσταντίνο, Αικατερίνη

4 Πρόλογος Πρόλογος Μια από τις πιο ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων δεκαπέντε ετών στον κατασκευαστικό κλάδο ήταν η χρήση σύνθετων υλικών όπως τα ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ) στην επισκευή και ενίσχυση στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος (Ο/Σ) σε κατασκευές όπως κτίρια και γέφυρες. Η τεχνική των σύνθετων υλικών εξαπλώθηκε και στην Ελλάδα, ιδιαίτερα μετά το σεισμό της Αθήνας του 1999, για την ενίσχυση του φέροντος οργανισμού κτιρίων που υπέστησαν βλάβες. Σε μια κατασκευή Ο/Σ που υπόκειται σε σεισμό, τα τοιχώματα (εφόσον υπάρχουν) είναι τα στοιχεία που παραλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της σεισμικής έντασης. Μετά από έναν ισχυρό σεισμό οι βλάβες σε τοιχώματα είναι εξίσου συχνές όπως και οι βλάβες σε υποστυλώματα. Ένα σημαντικό ποσοστό των κατασκευών που παρουσίασαν βλάβες στο φέροντα οργανισμό κατά το σεισμό της Θεσσαλονίκης τον Ιούνιο 1978, είχαν παρουσιάσει βλάβες στα τοιχώματα. Από την άλλη, τα τοιχώματα είναι από τα δομικά στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος που έχουν μελετηθεί ελάχιστα, στο διεθνή χώρο, αναφορικά με την αποδοτικότητα της ενίσχυσής τους με σύνθετα υλικά. Εκκινώντας από τις παραπάνω σκέψεις, στην παρούσα διατριβή αναπτύσσεται μια μεθοδολογία για τη χρήση συνθέτων υλικών (ΙΟΠ) στην επισκευή και ενίσχυση υφιστάμενων δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, όπως τα τοιχώματα, τα οποία έχουν υποστεί βλάβες, και αξιολογείται η αποδοτικότητα της ενίσχυσής τους με τα υλικά αυτά. Για το σκοπό αυτόν σχεδιάστηκε πειραματικό πρόγραμμα, τμήμα ευρύτερου ερευνητικού προγράμματος σχετικού με την ενίσχυση στοιχείων Ο/Σ με ΙΟΠ, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας, στα πλαίσια του προγράμματος ΠΕΝΕΔ 1999, και περιελάμβανε την επισκευή και ενίσχυση ένδεκα δοκιμίων τοιχωμάτων, με ινοϋφάσματα (υφάσματα από ΙΟΠ). Τα δοκίμια αυτά, που αποτελούν δύο σειρές (σειρά LSW με λόγο όψης 1 και MSW με λόγο όψης 1.5) σχεδιάστηκαν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Ευρωκώδικα 8. Τα ένδεκα δοκίμια, κλίμακας 1:2.5, είχαν υποβληθεί σε πρώτη σειρά δοκιμών (στο Εργαστήριο Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιïας του Α.Π.Θ) σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση μέχρι πλήρους αστοχίας για υψηλό βαθμό ανελαστικής παραμόρφωσης (στα πλαίσια προηγούμενης διατριβής). Η επισκευή έγινε με αφαίρεση και επανασκυροδέτηση του έντονα ρηγματωμένου σκυροδέματος με επισκευαστικό κονίαμα. Για την ενίσχυσή τους χρησιμοποιήθηκαν υαλοϋφάσματα (ινοϋφάσματα με βάση την ύαλο) και ανθρακοϋφάσματα (ινοϋφάσματα με βάση τον άνθρακα) για την αύξηση της καμπτικής και διατμητικής αντοχής. Βασική παράμετρος ήταν ο διαφορετικός τρόπος αγκύρωσης του σύνθετου υφάσματος που τοποθετήθηκε έναντι κάμψης. Τα επισκευασμένα ενισχυμένα δοκίμια (FRPLSW με λόγο όψης 1 και FRPMSW με λόγο όψης 1.5) υποβλήθηκαν εκ νέου σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση μέχρι πλήρους αστοχίας, προκειμένου να εκτιμηθεί η αποδοτικότητα των μεθόδων επισκευής και ενίσχυσης. 4

5 Πρόλογος Η εκπόνηση του πειραματικού μέρους της εργασίας έγινε εξ ολοκλήρου στο Εργαστήριο Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιïας του Α.Π.Θ σε διάστημα δύο περίπου ετών. Ευχαριστώ θερμά τον επιβλέποντα Καθηγητή μου κ. Α. Κάππο, για την συνεχή επίβλεψη και συμβολή στο σχεδιασμό, εκπόνηση, αξιολόγηση και αξιοποίηση της διατριβής, χωρίς την συμβολή του οποίου θα ήταν αδύνατη η ολοκλήρωση της παρούσας διατριβής. Ευχαριστώ θερμά τους Καθηγητές του Α.Π.Θ. κ. Κ. Στυλιανίδη και Γ. Μανώλη μέλη της τριμελούς επιτροπής επίβλεψης της διδακτορικής διατριβής, για τις πολύτιμες συμβουλές και υποδείξεις τους στη τελική φάση της διατριβής. Ευχαριστώ θερμά τον Δρ. Πολιτικό Μηχανικό, Εντεταλμένο Ερευνητή του ΙΤΣΑΚ, Θ. Σαλονικιό, για την αμέριστη βοήθεια και συμβολή στην εκτέλεση των πειραμάτων του ερευνητικού προγράμματος, αλλά και για την καταλυτική συμβολή του στην υπέρβαση τεχνικών δυσκολιών που προέκυψαν κατά την διεξαγωγή των πειραμάτων. Από την θέση αυτή θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω θερμά: Τον Καθηγητή του Α.Π.Θ κ. Γ. Πενέλη, διευθυντή του Εργαστηρίου Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιïας του Α.Π.Θ. για την εν γένει συμπαράστασή του κατά τη διεξαγωγή του ερευνητικού προγράμματος. Τον Αναπληρωτή Καθηγητή Α.Π.Θ. κ. Α. Τσώνο, για την βοήθειά του στην αναζήτηση αρκετών σημαντικών βιβλιογραφικών αναφορών. Τον τεχνίτη του Εργαστηρίου Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιïας του Α.Π.Θ. κ. Φαίδωνα Τηλκερίδη για τη σημαντική βοήθειά του στην σκυροδέτηση των δοκιμίων. Τέλος, ευχαριστώ τις εταιρείες exeltek A.E. και MAC ΜΠΕΤΟΝ ΕΛΛΑΣ Α.Ε., για την αρωγή τους στη διεξαγωγή του πειραματικού προγράμματος. Θεσσαλονίκη, Δεκέμβριος 2004 Κωνσταντίνος Κ. Αντωνιάδης 5

6 Πίνακας περιεχομένων Περιεχόμενα Πρόλογος...4 Πίνακας περιεχομένων...6 Πίνακας Συμβολισμών Εισαγωγή 1.1. Γενική επισκόπηση Θέση του προβλήματος Στόχοι της διατριβής Διάρθρωση της διατριβής Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 2.1 Τοιχώματα Αύξηση καμπτικής αντοχής Αύξηση διατμητικής αντοχής Αύξηση πλαστιμότητας περίσφιξη Υποστυλώματα Αύξηση διατμητικής αντοχής Αύξηση πλαστιμότητας περίσφιξη Δοκοί Αύξηση καμπτικής αντοχής Αύξηση διατμητικής αντοχής Κόμβοι δοκών υποστυλωμάτων Αύξηση διατμητικής αντοχής Τοιχοποιίες πλήρωσης Αύξηση διατμητικής αντοχής

7 Πίνακας περιεχομένων 3. Περιγραφή της πειραματικής διάταξης 3.1. Πλαίσιο αντίδρασης Εγκατάσταση δοκιμίου Διάταξη επιβολής φόρτισης Ιστορία φόρτισης Μετρήσεις Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων 4.1. Σχεδιασμός (οπλισμοί, υλικά σκυροδέματος) Γεωμετρία και οπλισμοί Υλικά Αποτελέσματα, παρατηρήσεις μετά τα αρχικά πειράματα Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης 5.1. Σχεδιασμός των επεμβάσεων Υλικά των επεμβάσεων (ινοϋφάσματα, ρητίνη) Περιγραφή της διαδικασίας επισκευής και ενίσχυσης Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση 6.1. Αποτελέσματα, παρατηρήσεις μετά τα πειράματα Επισκευασμένο δοκίμιο Δοκίμια με λόγο διάτμησης Βρόχοι υστέρησης των επισκευασμένων-ενισχυμένων δοκιμίων Δοκίμια με λόγο διάτμησης Βρόχοι υστέρησης των επισκευασμένων-ενισχυμένων δοκιμίων Ενδεικτικές φωτογραφίες δοκιμίων μετά τα πειράματα Περιβάλλουσα αντοχής Υστερητική συμπεριφορά Βρόχοι υστέρησης Ανάλυση παραμορφώσεων Δυσκαμψία Έκλυση ενέργειας

8 Πίνακας περιεχομένων 7. Αναλυτικός προσδιορισμός της καμπτικής και διατμητικής αντοχής των ενισχυμένων με ΙΟΠ τοιχωμάτων Πρόβλεψη αντοχής σε κάμψη Πρόβλεψη αντοχής σε τέμνουσα Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Παράρτημα Α Π.1 Διαγράμματα δύναμης διαγώνιας παραμόρφωσης των δοκιμίων (LVTD2) Π.2 Διαγράμματα δύναμης διαγώνιας παραμόρφωσης των δοκιμίων (LVTD3) Π.3 Διαγράμματα δύναμης οριζόντιας μετατόπισης στη θέση πάνω από την επισκευασμένη ζώνη των δοκιμίων (LVTD4) Π.4 Διαγράμματα δύναμης παραμόρφωσης κρυφοκολώνας των δοκιμίων (LVTD5) Π.5 Διαγράμματα δύναμης αξονικής παραμόρφωσης στη θέση πάνω από την επισκευασμένη ζώνη των δοκιμίων (LVTD6) Π.6 Διαγράμματα δύναμης παραμόρφωσης κρυφοκολώνας των δοκιμίων (LVTD7)..262 Π.7 Διαγράμματα δύναμης ολίσθησης των δοκιμίων (LVTD8)

9 Πίνακας συμβολισμών Συμβολισμοί Δίνονται παρακάτω οι κυριότεροι συμβολισμοί που χρησιμοποιούνται στην παρούσα διατριβή. A Ενέργεια που εκλύεται A f Εμβαδόν διατομής συνθέτων υλικών A c Εμβαδόν διατομής στοιχείου από σκυρόδεμα b Πλάτος διατομής σκυροδέματος b f Πλάτος λωρίδων συνθέτων υλικών b w Πλάτος τοιχώματος c 1,c 2 Σταθερές d Στατικό ύψος / πλευρά ορθογωνικής διατομής d f Ύψος του μανδύα που διαπερνάται από τη ρωγμή, μετρούμενο από τη στάθμη του διαμήκους οπλισμού E Μέτρο ελαστικότητας E c Μέτρο ελαστικότητας σκυροδέματος E f Μέτρο ελαστικότητας συνθέτων υλικών (παράλληλα στις ίνες) E s Μέτρο ελαστικότητας χάλυβα f c Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος κατά A.C.I. f c Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος f cd Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος σχεδιασμού f f Εφελκυστική αντοχή συνθέτων υλικών (παράλληλα στις ίνες) f y Όριο διαρροής χάλυβα f y,d Αντοχή χάλυβα σχεδιασμού f y,h Όριο διαρροής οριζόντιου οπλισμού f y,k Χαρακτηριστική αντοχή χάλυβα f y,v Όριο διαρροής κατακόρυφου οπλισμού G Μέτρο διάτμησης σκυροδέματος G cr Μέτρο διάτμησης ρηγματωμένου σκυροδέματος h Ύψος διατομής H Ύψος δοκιμίου H w Ύψος δοκιμίου K 0 Αρχική δυσκαμψία k b Συντελεστής γεωμετρίας k c Συντελεστής συμπύκνωσης του σκυροδέματος K i Δυσκαμψία στοιχείου για το i σημείο φόρτισης k ν Συντελεστής κατανομής παραμορφώσεων κατά μήκος της κρίσιμης λοξής ρωγμής L Ύψος διατομής 9

10 Πίνακας συμβολισμών l b,max Μέγιστο μήκος επικόλλησης l b Μήκος επικόλλησης l s Μήκος μάτισης L w Ύψος διατομής τοιχώματος l w Μήκος διατομής τοιχώματος M Ροπή M R Ροπή αντοχής M Rd Ροπή αντοχής σχεδιασμού M Sd Δρώσα ροπή σχεδιασμού n Αριθμός στρώσεων N c Δύναμη στο σκυρόδεμα N f Εφελκυστική δύναμη στα σύνθετα υλικά N fa,max Μέγιστη δύναμη αγκύρωσης συνθέτων υλικών N fa Δύναμη αγκύρωσης συνθέτων υλικών N sd Δρώσα αξονική φόρτιση σχεδιασμού q Συντελεστής συμπεριφοράς r c Ακτίνα καμπυλότητας στις γωνίες ορθογωνικής διατομής s f Ολίσθηση στα σύνθετα υλικά t f Πάχος συνθέτου υλικού (π.χ. συνολικό πάχος μανδύα) t j Πάχος στρώσης υφάσματος V Τέμνουσα δύναμη V c Διατμητική αντοχή σκυροδέματος V cd Τέμνουσα δύναμη σχεδιασμού που παραλαμβάνεται από το σκυρόδεμα V f Τέμνουσα που παραλαμβάνεται από τα σύνθετα υλικά V n Ονομαστική διατμητική αντοχή κατά A.C.I. V Rd Τέμνουσα δύναμη αντοχής σχεδιασμού V sd Δρώσα τέμνουσα δύναμη σχεδιασμού V w Τέμνουσα που παραλαμβάνεται από τους οπλισμούς του κορμού z Μοχλοβραχίονας α fl Συντελεστής β Γωνία διεύθυνσης ινών ως προς τον άξονα του μέλους γ b Συντελεστής ασφαλείας για τα σύνθετα υλικά στην περίπτωση αποκόλλησης δ ax Αξονική παραμόρφωση δ dg Διαγώνια παραμόρφωση δ fl Καμπτική οριζόντια μετατόπιση σε ύψος ίσο με το πλάτος του δοκιμίου δ sh Διατμητική οριζόντια μετατόπιση σε ύψος ίσο με το πλάτος του δοκιμίου δ sl Διατμητική ολίσθηση σε ύψος ίσο με το πλάτος του δοκιμίου δ top Οριζόντια μετατόπιση στη κορυφή του δοκιμίου δ tot Συνολική οριζόντια μετατόπιση σε ύψος ίσο με το πλάτος του δοκιμίου διαμήκους οπλισμού. ε c Παραμόρφωση στο σκυρόδεμα Οριακή παραμόρφωση σκυροδέματος ε cu 10

11 Πίνακας συμβολισμών ε f,lim ε f ε fe ε fu ε sy θ μ δ ρ ρ f ρ h ρ η ρ ν σ f σ jd τ τ 0 τ Rd Φ Φ f Οριακή παραμόρφωση στα σύνθετα υλικά Παραμόρφωση στα σύνθετα υλικά Ενεργή παραμόρφωση συνθέτων υλικών Παραμόρφωση αστοχίας συνθέτων υλικών Παραμόρφωση διαρροής χάλυβα Γωνία ρωγμής ως προς τον άξονα του μέλους Πλαστιμότητα μετατοπίσεων Ποσοστό οπλισμού Ογκομετρικό ποσοστό διαμήκους οπλισμού συνθέτων υλικών Ποσοστό οριζόντιου οπλισμού κορμού Ποσοστό οπλισμού Ποσοστό κατακόρυφού οπλισμού κορμού Τάση στα σύνθετα υλικά Τάση σχεδιασμού στα σύνθετα υλικά Διατμητική τάση Ελαστική διατμητική τάση Διατμητική αντοχή σχεδιασμού Συντελεστής υπεραντοχής Μειωτικός συντελεστής της αντοχής των ΙΟΠ 11

12 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή 1.1 Γενική επισκόπηση Το πεδίο των επισκευών και ενισχύσεων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος απασχολεί σε σημαντικό βαθμό τον τεχνικό κόσμο της χώρας, για λόγους που σχετίζονται αφενός με τη μείωση της σεισμικής τρωτότητας και αφετέρου με την αναβάθμιση κατασκευών λόγω παλαιότητας, φθοράς, αλλαγής χρήσης κλπ. Τα τελευταία 15 χρόνια έχει αναπτυχθεί μια νέα τεχνική ενίσχυσης, η οποία βασίζεται στη χρήση προηγμένων υλικών που προκύπτουν από το συνδυασμό ινών (π.χ. άνθρακα, γυαλιού, αραμιδίου) με μήτρα εποξειδικής ρητίνης. Τα υλικά αυτά, γνωστά ως ινοπλισμένα πολυμερή (Fibre Reinforced Polymers FRP) ή και απλώς σύνθετα υλικά, χαρακτηρίζονται από εξαιρετικές ιδιότητες, που κάνουν την εφαρμογή τους στα τεχνικά έργα, και ειδικά στο πεδίο των ενισχύσεων - επισκευών ιδιαίτερα ελκυστική. Η εφαρμογή τους ως οπλισμός ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος συνίσταται στην μέσω εποξειδικών ρητινών επικόλλησή τους σε εξωτερικές επιφάνειες δομικών στοιχείων, με προσανατολισμό ινών τέτοιον ώστε να παραλαμβάνουν σημαντικές εφελκυστικές δυνάμεις [Τριανταφύλλου, 2003]. Διάφορα Αεροναυπηγική Αυτοκινητοβιομηχανία Συσκεύες Καταναλωτικά είδη Ηλεκτρονικά μέρη Τεχνικά έργα Ναυσιπλοϊα Σχήμα 1.1 Παγκόσμια χρήση συνθέτων υλικών το έτος 2002 [Τριανταφύλλου, 2003]. Τα σύνθετα υλικά έχουν τύχει ευρείας εφαρμογής κατά τις τελευταίες δεκαετίες στην παραγωγή μεγάλης ποικιλίας προϊόντων, που σχετίζονταν σε μεγάλο ποσοστό με την αυτοκινητοβιομηχανία, τη ναυσιπλοΐα, την αεροναυπηγική, τα είδη σπορ, μέρη ηλεκτρικών συσκευών κλπ. Γι αυτό, παραδοσιακά, η μελέτη των συνθέτων υλικών αποτελούσε ένα από τα γνωστικά πεδία των μηχανολόγων μηχανικών, αεροναυπηγών, χημικών μηχανικών, ηλεκτρολόγων κλπ. Η εικόνα αυτή έχει αλλάξει θεαματικά τα τελευταία λίγα χρόνια, κατά τα οποία ένα μεγάλο τμήμα της παγκόσμιας παραγωγής σύνθετων υλικών (το 25% περίπου το έτος 2002, Σχ 1.1) απορροφάται στο πεδίο των τεχνικών έργων [Τριανταφύλλου, 2003]. 12

13 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Τα ΙΟΠ έχουν χρησιμοποιηθεί από 20ετίας περίπου για την παραγωγή ράβδων οπλισμού, τενόντων προέντασης σκυροδέματος και αγκυρίων εδάφους, για την κατασκευή κτιρίων ειδικής χρήσης, ελαφρών γεφυρών (πεζογεφυρών), δεξαμενών, σιλό, και γενικά σε εφαρμογές όπου βασικό κριτήριο επιλογής των υλικών είναι η ανθεκτικότητα σε διάρκεια, το χαμηλό βάρος και η υψηλή αντοχή (ή συνδυασμός αυτών). Το πεδίο όμως στο οποίο τα σύνθετα υλικά έχουν τύχει εξαιρετικά ευρείας χρήσης σε όλο τον κόσμο σήμερα είναι αυτό των ενισχύσεων. Στο πεδίο αυτό, βασικά πλεονεκτήματα των σύνθετων υλικών είναι: η ανθεκτικότητα σε διάβρωση, το χαμηλό βάρος (περίπου 1/5 ως1/4 του χάλυβα ), η εξαιρετικά υψηλή (εφελκυστική) αντοχή (πολλαπλάσια του κοινού χάλυβα), η διαθεσιμότητα των υλικών σε πολύ μεγάλα μήκη και η μεγάλη «ευελιξία» τους, με αποτέλεσμα η αντίστοιχη τεχνική ενίσχυσης να χαρακτηρίζεται από μεγάλη ευκολία και ταχύτητα εφαρμογής, ακόμα και σε δύσκολα προσβάσιμα τμήματα των κατασκευών. Μειονέκτημα τους είναι η πτωχή συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες, το σχετικά υψηλό κόστος, και η έλλειψη πλαστιμότητας (όχι όμως και παραμορφωσιμότητας δηλαδή μεγάλη ανηγμένη παραμόρφωση αστοχίας, αποτέλεσμα της οποίας μπορεί να είναι η σημαντική αύξηση της πλαστιμότητας στοιχείων σκυροδέματος σε πολλές περιπτώσεις) [Τριανταφύλλου, 2003]. Στις κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος (Ο/Σ) τα τοιχώματα, είτε σε συνδυασμό με άλλα δομικά στοιχεία, είτε ανεξάρτητα, αποτελούν την κύρια γραμμή άμυνας των κατασκευών έναντι εξωτερικών δράσεων και ιδιαίτερα των σεισμικών δράσεων. Λόγω της ικανότητάς τους να ανθίστανται σε φορτίσεις παράλληλα στο επίπεδό τους έχουν τύχει ευρείας εφαρμογής ιδιαίτερα κατά τη λειτουργία τους μαζί με πλαίσια δοκών και υποστυλωμάτων αποτρέποντας την ανάπτυξη μεγάλων μετατοπίσεων των πλαισίων. Τα τοιχώματα οπλισμένου σκυροδέματος, λοιπόν, είναι τα δομικά στοιχεία που παραλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος των σεισμικών δυνάμεων που αναπτύσσονται λόγω της διέγερσης της βάσης της κατασκευής της οποίας αποτελούν μέλος. Τέτοια τοιχώματα χρησιμοποιήθηκαν και σε παλαιότερα κτίρια (κατασκευαστικά) πριν ακόμη ο σημαντικός ρόλος τους γίνει αντιληπτός. Η άγνοια αυτή έχει ως αποτέλεσμα τέτοια τοιχώματα να έχουν μικρότερη δυσκαμψία, πλαστιμότητα, καμπτική και διατμητική αντοχή από αυτή που έπρεπε να τους είχε προσδοθεί σύμφωνα με τις σύγχρονες μεθόδους υπολογισμού. Έτσι είναι πολύ πιθανό να αναπτυχθούν βλάβες σε αυτά τα τοιχώματα σε ενδεχόμενο ισχυρό σεισμό καθώς αφενός μεν έχουν την αρχική δυσκαμψία για να παραλάβουν υψηλή ένταση αφετέρου δε έχουν μικρή αντοχή. Για αυτόν το λόγο έχουν αναπτυχθεί μια σειρά από τεχνικές ενίσχυσης τοιχωμάτων σύμφωνα με τις οποίες αυξάνεται η δυσκαμψία, η αντοχή και η πλαστιμότητά τους. Αυτές οι τεχνικές είναι η ενίσχυση υφισταμένων τοιχωμάτων με τοπικές επεμβάσεις (κατασκευή νέων ακραίων υποστυλωμάτων, ενίσχυση του κορμού με μη συρρικνούμενα κονιάματα) και η κατασκευή μανδυών με σκυρόδεμα υψηλής αντοχής ή με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Η ενίσχυση των τοιχωμάτων με μία από τις προηγούμενες μεθόδους απαιτεί 13

14 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή σημαντική έκταση εργασιών και τη διακοπή της λειτουργίας του κτιρίου. Την τελευταία δεκαετία έχει αναπτυχθεί η μέθοδος ενίσχυσης τοιχωμάτων και δομικών στοιχείων γενικότερα με τη χρήση συνθέτων υλικών. Αυτή η μέθοδος τυγχάνει ευρείας εφαρμογής λόγω της σχετικής ευκολίας της. Η χρήση συνθετικών υφασμάτων στην ενίσχυση και επισκευή δομικών στοιχείων από σκυρόδεμα έχει αποτελέσει το αντικείμενο εκτεταμένης έρευνας, διεθνώς, κυρίως πειραματικής, αλλά και αναλυτικής. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από ίνες (fibers) υάλου (Glass) ή αραμιδίου (Aramid) ή άνθρακα (Carbon) συρραμμένες ή πλεγμένες σε μορφή υφάσματος. Τα ινοϋφάσματα, αφού εμποτιστούν με ειδικές εποξειδικές ρητίνες (epoxy resin), σχηματίζουν ένα σύνθετο υλικό υψηλής αντοχής το οποίο επικολλάται στις κατάλληλα προετοιμασμένες επιφάνειες του δομικού στοιχείου, αποτελώντας μόνιμη επένδυση επισκευής και ενίσχυσής του. Οι ίνες στα σύνθετα υλικά, διαμέτρου 5-25 μm, αποτελούν το φορέα ανάληψης δυνάμεων (κατά κανόνα εφελκυστικών), παράλληλα στη διεύθυνσή τους. Κύρια χαρακτηριστικά τους είναι η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή τους και η γραμμικά ελαστική συμπεριφορά μέχρι τη θραύση τους (Σχήμα 1.2). Γυαλί S 4000 Άνθρακας υψηλής ft Γυαλί Ε Τάση (MPa) 3000 Άνθρακας υψηλού Ε 2000 Κέβλαρ 49 Κέβλαρ 29 Χάλυβας προέντασης 1000 Κοινός Παραμόρφωση (%) Σχήμα 1.2 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης παραμόρφωσης για διαφόρους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες χάλυβα [Τριανταφύλλου, 2003]. 14

15 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 1.2 Θέση του προβλήματος Τα τελευταία χρόνια λόγω των πλεονεκτημάτων που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη ενότητα, η χρήση των υφασμάτων από ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ) για την ενίσχυση υφισταμένων κτιρίων κερδίζει ολοένα έδαφος. Από τη θεώρηση της μηχανικής συμπεριφοράς τους που συνίσταται στη γραμμικά αυξανόμενη (μέχρι την αστοχία) αντοχή σε εφελκυσμό δημιουργούνται μια σειρά από ερωτηματικά σχετικά με την αποτελεσματικότητά τους στην ενίσχυση δομικών στοιχείων που υπόκεινται σε σεισμική καταπόνηση. Η απορρόφηση και έκλυση (απόσβεση) της σεισμικής ενέργειας που εισάγεται σε ένα δομικό σύνολο είναι κυρίως αποτέλεσμα της ανελαστικής παραμόρφωσης του χάλυβα τόσο σε εφελκυσμό όσο και σε σύνθλιψη. Στους βρόχους υστέρησης καλοσχεδιασμένων δομικών στοιχείων απεικονίζεται η υστερητική συμπεριφορά που αναπτύσσεται κυρίως στο πρώτο και τρίτο τεταρτημόριο των βρόχων υστέρησης με την αύξηση της τεταγμένης (δύναμης) κατά τη διέλευση του δοκιμίου από τη θέση ισορροπίας, τον έντονο προσανατολισμό των κοίλων της καμπύλης συμπεριφοράς προς τα κάτω και τη μεγάλη μεταβολή της κλίσης κατά την φόρτιση και αποφόρτιση. Αυτή η συμπεριφορά οφείλεται στο πρώτο τμήμα της στην επιμήκυνση και βράχυνση του χάλυβα μετά από αντίστοιχη ανελαστική βράχυνση και επιμήκυνσή του και κατά δεύτερο λόγο στις ιδιότητες του χάλυβα υπό εφελκυσμό και θλίψη που είναι στην απλούστερη μορφή της έντονα διγραμμική με μικρή σχετικά κλίση του δεύτερου κλάδου. Αυτή η ευεργετική για τις κατασκευές συμπεριφορά που οφείλεται στις ιδιότητες του οπλισμένου σκυροδέματος δεν δείχνει ότι μπορεί να αναπτυχθεί από δομικό στοιχείο στο οποίο έχουν εφαρμοσθεί ΙΟΠ. Πράγματι υπό σύνθλιψη τα υλικά αυτά δεν παρουσιάζουν ουσιαστική αντίσταση, ενώ υπό εφελκυσμό, όπως έχει τονισθεί, παρουσιάζουν αύξουσα γραμμική συμπεριφορά μέχρι την αστοχία. Κατά τη ρηγμάτωση της εφελκυόμενης παρειάς σκυροδέματος όπου έχει εφαρμοσθεί σύνθετο ύφασμα αναπτύσσεται σημειακά αποκόλληση του υφάσματος εκατέρωθεν της ρωγμής. Σε αυτή τη θέση παύει να λειτουργεί το σύνθετο υλικό τόσο σε ότι αφορά την εφελκυστική αντοχή όσο και σε ότι αφορά τη λειτουργία βλήτρου. Αντίθετα, σε ρήγματα εφελκυσμού από τα οποία διέρχονται διαμήκεις οπλισμοί, υπάρχει η δυνατότητα ανάπτυξης νέας εφελκυστικής αντοχής μετά την ανελαστική βράχυνση και η δυνατότητα ανάπτυξης λειτουργίας βλήτρου, από τις ράβδους οπλισμού, η οποία βοηθά σημαντικά στη μείωση των διατμητικών παραμορφώσεων εντός της περιοχής της καμπτικής πλαστικής άρθρωσης. Επίσης η συνάφεια και η αγκύρωση των σύνθετων υφασμάτων έχει διαφορετικό χαρακτήρα και ιδιότητες από ότι το οπλισμένο σκυρόδεμα. Πράγματι στο οπλισμένο σκυρόδεμα μετά την απώλεια της φυσικοχημικής συνάφειας μεταξύ σκυροδέματος και χάλυβα υπάρχει η συνεισφορά της μηχανικής εμπλοκής του σκυροδέματος με τις νευρώσεις του χάλυβα με αποτέλεσμα την περαιτέρω αύξηση της τάσης συνάφειας [Penelis & Kappos, 1997]. Αντίθετα μετά την αποκόλληση του σύνθετου υφάσματος η αστοχία της αγκύρωσης συμβαίνει ακαριαία, γεγονός ανεπιθύμητο σε αντισεισμική κατασκευή. Κατά τη χρήση υφασμάτων από ΙΟΠ για ενίσχυση έναντι διάτμησης ή περίσφιξης, η εφαρμογή είναι συνεχής σε αντίθεση με το οπλισμένο σκυρόδεμα όπου στις αντίστοιχες περιπτώσεις υπάρχει απόσταση μεταξύ των οπλισμών, είτε αυτοί είναι οπλισμοί περίσφιξης είτε είναι οπλισμοί διάτμησης. Σε αυτή την περίπτωση, λόγω και της συνέχειας, 15

16 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή αναμένεται θετική συνεισφορά των συνθέτων υλικών στα ενισχυμένα δομικά στοιχεία. Η αναμενόμενη συνεισφορά αφορά την αύξηση της ικανότητας βράχυνσης του σκυροδέματος στο τμήμα της διατομής που είναι υπό σύνθλιψη, λόγω περίσφιξης με σύνθετο ύφασμα, και στη βελτίωση της εικόνας ρηγμάτωσης από διαγώνιο εφελκυσμό των δομικών στοιχείων. Η έρευνα για τη συμπεριφορά των δομικών στοιχείων Ο/Σ που ενισχύονται με μανδύες ΙΟΠ έχει εστιάσει κυρίως στα υποστυλώματα ή στα βάθρα γεφυρών όπου η χρήση τους είναι περισσότερο συνηθισμένη. Η εφαρμογή των φύλλων ΙΟΠ σε τοιχώματα Ο/Σ, παρόλο που φαίνεται ότι είναι ένας πρακτικός τρόπος αύξησης της αντοχής των τοιχωμάτων, έχει προσελκύσει πολύ λιγότερη προσοχή από τους ερευνητές. Όπως προκύπτει από την επισκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας (Κεφ.2 της παρούσας διατριβής), οι μόνες πειραματικές μελέτες που περιλαμβάνουν ενισχυμένα με ΙΟΠ τοιχώματα Ο/Σ είναι εκείνες των [Lombard et al, 2000] οι οποίοι μελετούν την επισκευή και ενίσχυση των τοιχωμάτων Ο/Σ μέσης λυγηρότητας (h w /l w = 1.33) με ανθρακοϋφάσματα (CFRPs) δηλ. ΙΟΠ με βάση τον άνθρακα. Οι μελετητές εφάρμοσαν φύλλα ΙΟΠ με τις ίνες στην κατακόρυφη διεύθυνση. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων συμπεραίνουν ότι ο νέος τρόπος ενίσχυσης είναι σε θέση να αποκαταστήσει και να αυξήσει την αρχική ακαμψία, την καμπτική και τη διατμητική αντοχή τους. Στην εργασία των [Neale et al, 1997] εξετάσθηκαν «τοιχοειδή» υποστυλώματα (λόγος μήκους διατομής προς πλάτος διατομής ίσος με 6). Δοκιμάσθηκαν δοκίμια με διάφορους τύπους ενισχύσεων με ΙΟΠ, υπό αξονική σύνθλιψη μόνο. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων τους αποδεικνύουν ότι ο τύπος ενίσχυσης με ινοπλισμένα υφάσματα διατομής κατά μήκος των άκρων του στύλου (μορφής τοιχώματος), είναι πολύ αποτελεσματικός για την αύξηση της θλιπτικής αντοχής στύλων οπλισμένου σκυροδέματος υφισταμένων κατασκευών. Σε άλλες σχετικές ερευνητικές εργασίες [Iso et al, 2000], για παρόμοια δοκίμια, αντικείμενο ήταν η διερεύνηση της συμπεριφοράς υποστυλωμάτων Ο/Σ με πτερύγια μορφής τοιχωμάτων (μικρά επιμήκη μέλη που ενώνονται μονολιθικά με το υποστύλωμα) σε σεισμική φόρτιση. Επίσης δοκιμάσθηκαν τοιχοποιίες πλήρωσης από άοπλο σκυρόδεμα [Sugiyama et al, 2000], μια περίπτωση κοντά σε αυτή των τοίχων από οπτοπλινθοδομή, για τους οποίους η εφαρμογή των φύλλων ΙΟΠ, σε μία ή τις δύο πλευρές των τοίχων, είναι πιο συνήθης απ' ότι σε τοιχώματα Ο/Σ. Από την επισκόπηση (Κεφ.2) της διεθνούς και ελληνικής βιβλιογραφίας βρέθηκε ότι δεν έχει γίνει ερευνητική πειραματική εργασία με αντικείμενο την πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς τοιχωμάτων που έχουν υποστεί βλάβη υπό ανακυκλιζόμενη (σεισμική) φόρτιση και κατόπιν αφού επισκευάσθηκαν και ενισχύθηκαν, επαναδοκιμάσθηκαν υπό παρόμοια φόρτιση. Επίσης, δεν έχει μέχρι στιγμής διερευνηθεί η συμπεριφορά τοιχωμάτων ενισχυμένων με κλειστό μανδύα από ΙΟΠ, ούτε η καμπτική ενίσχυση των στοιχείων αυτών με ΙΟΠ. Αυτά τα ζητήματα οριοθετούν τους στόχους της παρούσας διδακτορικής διατριβής, όπως περαιτέρω αναλύεται στην επόμενη ενότητα. 16

17 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 1.3 Στόχοι της διατριβής Κατά τη χρήση υφασμάτων από ΙΟΠ στην ενίσχυση δομικών στοιχείων σε αντισεισμικές κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα υπάρχουν περιπτώσεις θετικής και αρνητικής συνεισφοράς των ινοϋφασμάτων, ήτοι δεν είναι σαφής η επιρροή κάθε μιας από τις παραμέτρους που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη ενότητα, ιδιαίτερα στην περίπτωση της ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Για αυτούς τους λόγους η παρούσα διατριβή στοχεύει στο να δώσει απαντήσεις σε ερωτήματα που αφορούν την ανελαστική συμπεριφορά υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση τοιχωμάτων Ο/Σ ενισχυμένων με ΙΟΠ και συγκεκριμένα Τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας κλειστών μανδυών από ινοΰφασμα αναφορικά με την αύξηση της αντοχής και πλαστιμότητας τοιχωμάτων Ο/Σ που έχουν υποστεί σεισμική βλάβη, και συγκεκριμένα τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της ανελαστικής τους συμπεριφοράς, όπως είναι η πλαστιμότητα, η δυσκαμψία πριν και μετά την ανάπτυξη της μέγιστης αντοχής, και η ικανότητα απόσβεσης της σεισμικής ενέργειας. Τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας των υλικών αυτών όταν χρησιμοποιούνται για ενίσχυση όχι μόνο έναντι διάτμησης (που είναι το σύνηθες στην περίπτωση των τοιχωμάτων) αλλά και έναντι κάμψης (υπό μορφή λωρίδων επικολλημένων στα άκρα των τοιχωμάτων). Την ανάπτυξη νέων κατασκευαστικών διατάξεων για την εξασφάλιση ικανοποιητικών συνθηκών αγκύρωσης του σύνθετου υλικού όταν εφαρμόζεται με απλή επαφή ή με την άσκηση εξωτερικής πίεσης στην περιοχή αγκύρωσης (σε όλη την περίοδο σκλήρυνσης της ρητίνης), ή και με τη χρήση μηχανικών μέσων. Τον έλεγχο της αξιοπιστίας των διαθέσιμων αναλυτικών προσομοιωμάτων για την πρόβλεψη της καμπτικής και διατμητικής αντοχής τοιχωμάτων Ο/Σ ενισχυμένων με ΙΟΠ. 1.4 Διάρθρωση της διατριβής Αρχικά στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται, μετά από ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, πειραματικές μελέτες με αντικείμενο την ενίσχυση τοιχωμάτων Ο/Σ με ΙΟΠ, όπως επίσης πειραματικές μελέτες με αντικείμενο την ενίσχυση υποστυλωμάτων, δοκών, κόμβων και τοιχοποιίας πλήρωσης, με ΙΟΠ. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται η περιγραφή της πειραματικής διάταξης που χρησιμοποιήθηκε στο Εργαστήριο Κατασκευών Ο/Σ και Φέρουσας Τοιχοποιίας του Α.Π.Θ., για τη διεξαγωγή των πειραμάτων. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφονται ο οπλισμός και τα υλικά των παρθενικών δοκιμίων, καθώς και τα κυριότερα αποτελέσματα και παρατηρήσεις μετά την πρώτη σειρά δοκιμών (Σαλονικιός 1998) υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση μέχρι πλήρους αστοχίας. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφεται η φιλοσοφία των επεμβάσεων, τα υλικά των επισκευών και ενισχύσεων καθώς και ο τρόπος της επισκευής και ενίσχυσης των δοκιμίων. 17

18 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Στο κεφάλαιο 6 αναφέρονται τα αποτελέσματα και οι παρατηρήσεις μετά τη δεύτερη σειρά δοκιμών υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση μέχρι πλήρους αστοχίας των επισκευασμένων ενισχυμένων δοκιμίων. Στο κεφάλαιο 7 γίνεται ο αναλυτικός προσδιορισμός της καμπτικής και διατμητικής αντοχής των ενισχυμένων με ΙΟΠ τοιχωμάτων και η σύγκρισή τους με τις αντίστοιχες μετρηθείσες τιμές. Στο κεφάλαιο 8 αναφέρονται τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από το πειραματικό και αναλυτικό μέρος της παρούσας διατριβής και επισημαίνονται ορισμένα θέματα στα οποία απαιτείται περαιτέρω έρευνα. Τέλος στο παράρτημα βρίσκονται όλα τα διαγράμματα δύναμης παραμόρφωσης (των επισκευασμένων ενισχυμένων δοκιμίων) για τις διάφορες θέσεις, επτά εξωτερικών οργάνων (L.V.D.T.2 έως L.V.D.T.8) πάνω στα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν για την καταγραφή των παραμορφώσεων και μετατοπίσεων. Τα διαγράμματα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου (L.V.D.T.1) παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 6. 18

19 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μια κριτική επισκόπηση των πειραματικών μελετών με αντικείμενο την ενίσχυση στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος με ινοπλισμένα πολυμερή, (ΙΟΠ). Η έμφαση της επισκόπησης είναι στα τοιχώματα (που αποτελούν και το αντικείμενο της διατριβής) αλλά παρουσιάζονται σύντομα και πειραματικές μελέτες με αντικείμενο την ενίσχυση υποστυλωμάτων, δοκών, και κόμβων οπλισμένου σκυροδέματος, καθώς και τοιχοποιίας πλήρωσης με σύνθετα υλικά (ΙΟΠ). Πρέπει να αναφερθεί εξαρχής ότι τα τοιχώματα είναι από τα δομικά στοιχεία Ο/Σ που έχουν μελετηθεί ελάχιστα στο διεθνή χώρο αναφορικά με την αποδοτικότητα της ενίσχυσής τους με σύνθετα υλικά. 2.1 Τοιχώματα Οι ολιγάριθμες πειραματικές εργασίες που αναφέρονται στην ενίσχυση τοιχωμάτων με ΙΟΠ παρουσιάζονται παρακάτω ταξινομημένες ανάλογα με τον κύριο στόχο της επέμβασης (αύξηση της καμπτικής ή/και διατμητικής αντοχής, ή της πλαστιμότητας / περίσφιξης). Σημειώνεται, πάντως, ότι κάθε τύπος ενίσχυσης επηρεάζει, ενγένει, περισσότερες από μία παραμέτρους αντίστασης Αύξηση καμπτικής αντοχής Οι Lombard et al (2000) μελέτησαν πειραματικά την αντισεισμική ενίσχυση και επισκευή τοιχωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στόχος αυτής της πειραματικής έρευνας είναι η εκτίμηση της αποτελεσματικότητας και της ευκολίας στη χρήση εξωτερικά κολλημένων ανθρακοϋφασμάτων για την επισκευή και ενίσχυση τοιχωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος. Συγκεκριμένα κατασκευάστηκαν τέσσερα τοιχώματα οπλισμένου σκυροδέματος, το ένα ήταν δοκίμιο αναφοράς (ελέγχου και σύγκρισης), το δεύτερο επισκευάστηκε, και το τρίτο και τέταρτο ενισχύθηκαν. Οι διαστάσεις των δοκιμίων ήταν : 2000x1500x10mm (βλ. σχ.2.1). Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: σκυρόδεμα 40MPa, χάλυβας 400MPa. Ο οπλισμός που τοποθετήθηκε ήταν: κατακόρυφος 6 ράβδοι, ανά παρειά, Φ10mm/280mm ποσοστό οπλισμού 0,8% και οριζόντιος, 5 ράβδοι, ανά παρειά, Φ10mm/400mm ποσοστό οπλισμού 0,5%. Τα υλικά επισκευής και ενίσχυσης ήταν: ανθρακοϋφάσματα, με μέτρο ελαστικότητας 230 GPa, εφελκυστική αντοχή 3480 MPa και επιμήκυνση αστοχίας 1,5%. 19

20 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Πλαίσιο αντίδρασης 1795 Τοίχωμα Υδραυλικό έμβολο 435 Ισχυρή πλάκα δαπέδου του εργαστηρίου Σχήμα 2.1. Διαστάσεις του δοκιμίου και διάταξη φόρτισης των Lombard et al. Το πρώτο δοκίμιο ήταν πιλοτικό, αφού δοκιμάστηκε μέχρις αστοχίας, επισκευάστηκε με την τοποθέτηση μιας στρώσης (ενός φύλλου) ανθρακοϋφάσματος με τις ίνες κατακόρυφα σε κάθε πλευρά του τοιχώματος, δημιουργώντας έτσι το δεύτερο δοκίμιο. Το τρίτο δοκίμιο ήταν ένα τοίχωμα ενισχυμένο με μια στρώση ανθρακοϋφάσματος με τις ίνες κατακόρυφα, σε κάθε πλευρά του τοιχώματος. Το τέταρτο δοκίμιο ήταν ενισχυμένο με μια στρώση ανθρακοϋφάσματος με τις ίνες οριζόντια και δύο στρώσεις φύλλα ανθρακοϋφάσματος με τις ίνες κατακόρυφα σε κάθε πλευρά του τοιχώματος. Προκειμένου να αγκυρωθούν τα κατακόρυφα φύλλα ανθρακοϋφάσματος στη βάση θεμελίωσης των δοκιμίων, αναπτύχθηκε ένα σύστημα αγκύρωσης που αποτελούνταν από μια μεταλλική γωνιά 150x150x10mm που κολλήθηκε με εποξειδική ρητίνη πάνω στο ύφασμα και αγκυρώθηκε με μεταλλικά αγκύρια Μ35 στη θεμελίωση του δοκιμίου (σχ.2.2). Η γωνιά τοποθετήθηκε σε όλο το μήκος του τοιχώματος (πλευρά 1500mm). Ανθρακοΰφασμα Μεταλλικά αγκύρια Σχ.2.2 Σύστημα αγκύρωσης του ανθρακοϋφάσματος στα δοκίμια των Lombard et al. 20

21 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Στο πρώτο πιλοτικό δοκίμιο (Σχ. 2.3α) εμφανίσθηκαν αρχικές ρηγματώσεις στο σκυρόδεμα για δύναμη +/- 55 kn. Οι ρωγμές εμφανίσθηκαν στις άκρες κοντά στη βάση του τοιχώματος και ήταν οριζόντιες. Καθώς η φόρτιση αυξανόταν οι ρωγμές μεγάλωναν και προχωρούσαν προς το κέντρο του τοιχώματος με κλίση. Φόρτιση αστοχίας 178 kn, όπου και το πείραμα σταμάτησε εξαιτίας της θραύσης του σκυροδέματος λόγω σύνθλιψης. (α) Πιλοτικό δοκίμιο (β) Επισκευασμένο δοκίμιο (δ) Ενισχυμένο δοκίμιο #2 (γ) Ενισχυμένο δοκίμιο #1 Σχήμα 2.3 Διαγράμματα δύναμης μετατόπισης των δοκιμίων των Lombard et al. Στο δεύτερο δοκίμιο (επισκευασμένο δοκίμιο ελέγχου) οι ακραίες ράβδοι διέρρευσαν για φόρτιση 29% υψηλότερη της φόρτισης διαρροής του αρχικού (Πιν. 2.1). Η φόρτιση αστοχίας ήταν 80% υψηλότερη της φόρτισης αστοχίας του αρχικού. Ο τρόπος αστοχίας του επισκευασμένου δοκιμίου ήταν πλάστιμος, καμπτικού τύπου (Σχ. 2.3β). Στο τρίτο δοκίμιο (ενισχυμένο) η χρήση του ανθρακοϋφάσματος αύξησε τη δύναμη που αντιστοιχεί στην εμφάνιση ρωγμών κατά 82% (Σχ. 2.3γ). Οι ρωγμές ήταν οριζόντιες και παρουσιάστηκαν κοντά στη βάση του τοιχώματος. Το φορτίο όπου παρουσιάστηκε διαρροή των ακραίων ράβδων ήταν αυξημένο κατά 25% σε σχέση με το αρχικό δοκίμιο ελέγχου. Επιπλέον, τα φύλλα ανθρακοϋφάσματος αύξησαν τη διατμητική αντοχή του τοιχώματος κατά την διαρροή κατά 190%. Η τελική αστοχία του ενισχυμένου τοιχώματος επήλθε για φόρτιση, 46% υψηλότερη απ ότι στο δοκίμιο ελέγχου. Η τελική αστοχία επήλθε από συντριβή του 21

22 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή σκυροδέματος στην άκρη της διατομής του τοιχώματος κοντά στη βάση του, και από θραύση μιας ακραίας κατακόρυφης ράβδου οπλισμού. Όμως αν συγκριθούν τα αποτελέσματα του ενισχυμένου δοκιμίου (3 ο δοκίμιο), με αυτά του επισκευασμένου δοκιμίου (2 ο δοκίμιο), η δύναμη αστοχίας του ενισχυμένου είναι μόνο το 80% αυτής που ανέπτυξε το επισκευασμένο, παρ όλο που έχει το ίδιο ποσοστό οπλισμού, συν το ανθρακούφασμα. Αυτό όμως ήταν αποτέλεσμα της αστοχίας του συστήματος αγκύρωσης που προκλήθηκε από την πρόωρη ολίσθηση των μεταλλικών αγκυρίων που χρησιμοποιήθηκαν στο ενισχυμένο τοίχωμα. Εξαιτίας της ολίσθησης των αγκυρίων δεν αναπτύχθηκε πλήρως η αντοχή του ανθρακοϋφάσματος. Στο τέταρτο δοκίμιο (Σχ. 2.3δ) παρατηρήθηκε ότι, σε σχέση με το τρίτο δοκίμιο (1 ο ενισχυμένο), η παραπάνω δεύτερη κατακόρυφη στρώση ΙΟΠ δεν πρόσφερε τίποτα στην αντοχή του τοιχώματος. Οι ρωγμές και εδώ, ήταν οριζόντιες και παρουσιάστηκαν κοντά στη βάση του τοιχώματος. Η φόρτιση κατά την διαρροή των ακραίων ράβδων αντιστοιχεί σε 39% αύξηση της δύναμης διαρροής και 54% αύξηση της ακαμψίας του τοιχείου, ενώ η φόρτιση αστοχίας αυξήθηκε κατά 132%. Η αστοχία επήλθε σε τρία στάδια: Αρχικά υπήρξε συντριβή του σκυροδέματος του θλιβόμενου πέλματος, μετά ακολούθησε η θραύση των ακραίων κατακόρυφων ράβδων οπλισμού και τέλος σχίστηκε το ανθρακοϋφασμα στη βάση του τοιχώματος. Η θραύση του ανθρακοϋφάσματος είχε ως αποτέλεσμα την πτώση της αντίστασης του τοιχώματος κατά περίπου 55%. Συγκριτικά η θραύση των εξωτερικών ράβδων είχε ως αποτέλεσμα απώλεια μόνο 22%. Τα αγκύρια σ αυτό το δοκίμιο δεν παρουσίασαν καμία ολίσθηση έως το τέλος του πειράματος. Δοκίμιο Δύναμη κατά την αρχική ρηγμάτωση Δύναμη κατά την διαρροή των ακραίων ράβδων Μετατόπιση στη διαρροή Δύναμη κατά την αστοχία 1 ο δοκίμιο ελέγχου 55 KN 122 KN 3,7 mm 178 KN 2 ο επισκευασμένο 158 KN 5,4 mm 321 KN 3 ο ενισχυμένο 100 KN 153 KN 1,6 mm 258 KN 4 ο ενισχυμένο 102 KN 201 KN 2,4 mm 413 KN Πίνακας 2.1 Φορτία διαρροής και αστοχίας για τα δοκίμια των Lombard et al. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων φαίνεται ότι ο τρόπος ενίσχυσης που εφήρμοσαν οι Lombard et al. (2000) είναι σε θέση να αποκαταστήσει και να αυξήσει την αρχική δυσκαμψία τοιχωμάτων που είχαν αστοχήσει, καθώς και την καμπτική και διατμητική αντοχή τους, εφόσον δεν αστοχήσει πρόωρα το σύστημα αγκύρωσης των ΙΟΠ (μεταλλικά αγκύρια). Σε κάθε περίπτωση στα δοκίμια που εφαρμόστηκαν τα ΙΟΠ, η φόρτιση αστοχίας ήταν μεγαλύτερη από αυτή του αρχικού, πιλοτικού δοκιμίου (πίν 2.1). Συγκεκριμένα φαίνεται ότι η αποφυγή της αστοχίας του κορμού (διατμητική αστοχία) επιτυγχάνεται με σχετικώς χαμηλό ποσοστό ΙΟΠ. Τότε η αστοχία συμβαίνει λόγω κάμψεως, καθώς η ενίσχυση των όψεων του τοιχώματος δεν βελτιώνει τα χαρακτηριστικά των πελμάτων, τα οποία κυρίως αναλαμβάνουν την ορθή ένταση. Μάλιστα, σε αυτήν την περίπτωση, η αστοχία είναι ψαθυρή δεδομένου ότι αστοχεί η θλιβόμενη ζώνη του σκυροδέματος στην βάση του τοιχώματος. Επομένως, η 22

23 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή αποφυγή αυτής της αστοχίας θα απαιτούσε ενίσχυση των πελμάτων του τοιχώματος (κάτι που επιχειρήθηκε στην παρούσα διατριβή). Επίσης αποδεικνύεται ότι κρίσιμη παράμετρος είναι η αγκύρωση του ΙΟΠ στο σκυρόδεμα. Η πλήρης αξιοποίηση του ΙΟΠ εξασφαλίζει πράγματι σημαντική αύξηση της μέγιστης αντιστάσεως, καθώς και της μετατοπίσεως που αντιστοιχεί σ αυτήν. Όμως, η θραύση του ΙΟΠ συνεπάγεται απότομη μείωση της αποκρίσεως. Άρα, η αποτελεσματικότητα της επεμβάσεως κρίνεται απ το μέγεθος της μετατοπίσεως που αναμένεται να επιβληθεί στο τοίχωμα [ Βιντζηλαίου, 2004]. Οι Lee et al, (2003) μελέτησαν πειραματικά την μέθοδο καμπτικής ενίσχυσης για τοιχώματα με βλάβες, σχήματος Τ ή Ι. Τρία δοκίμια τοιχωμάτων Ο/Σ, μεγάλης κλίμακας, μορφής Ι ή Τ φορτίστηκαν μέχρι την αστοχία τους. Οι οπλισμοί που διέρρευσαν και το σκυρόδεμα σε μία ζώνη 1m από τη βάση, αντικαταστάθηκαν με νέο οπλισμό και με σκυρόδεμα οπλισμένο με ίνες χάλυβα, αντίστοιχα. Προκειμένου να εκτιμηθεί η αποτελεσματικότητα των υφασμάτων με ίνες αραμιδίου, σε ένα από τα δοκίμια (TWO-a-R) τοποθετήθηκε ύφασμα με τις ίνες αραμιδίου σε οριζόντια και κατακόρυφη διεύθυνση. Στα δοκίμια εφαρμόστηκε οριζόντια ανακυκλιζόμενη φόρτιση υπό σταθερή αξονική δύναμη (περίπου 0,1 f c A g ). Τα δοκίμια ήταν ένα ορθογωνικής διατομής (IW-R) και δύο με διατομή μορφής Τ (TWC-R, TWO-a-R). Στο σχήμα 2.4 φαίνονται οι διαστάσεις αλλά και οι λεπτομέρειες των τοιχωμάτων. Μεταβλητές του πειράματος ήταν ο τύπος της περίσφιξης και ο λόγος της περισφιγμένης περιοχής προς την συνολική επιφάνεια του σκυροδέματος στην οριζόντια διατομή του τοιχώματος, ενώ ύψος, πάχος και πλάτος είναι σταθερά και φαίνονται στο σχήμα 2.4 Σχήμα 2.4 Διαστάσεις και λεπτομέρειες τοιχωμάτων των Lee et al: (α) Ορθογωνικής διατομής τοίχωμα (IW-R) (β) Τοίχωμα διατομής μορφής Τ (ΤWC-R) 23

24 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ενίσχυση με ινοσκυρόδεμα και η αντικατάσταση του οπλισμού, δεν εξασφαλίζει 100% αποκατάσταση της ικανότητας του τοιχώματος. Η αύξηση της οριζόντιας δύναμης που εφαρμόζεται στα δοκίμια αυξάνει βαθμιαία τις ρηγματώσεις στην κάθε περιοχή του τοιχώματος προκαλώντας τελικά την θραύση του τοιχώματος. Αυτή είναι και η τελική μορφή αστοχίας των δοκιμίων IW-R και TWC-R. Στο δοκίμιο TWO-a-R που ενισχύθηκε με ινοϋφάσματα αραμιδίου παρατηρήθηκε μια διόγκωση του υφάσματος στο τελικό στάδιο αστοχίας. Για το δοκίμιο IW-R η αντοχή μετά την ενίσχυση μειώθηκε στο 80% της αντοχής πριν την ενίσχυση. Το δοκίμιο TWO-a-R έδειξε την μεγαλύτερη αύξηση στην αντοχή. Η αντοχή αστοχίας των τοιχωμάτων σχήματος Τ επηρεάζεται πολύ από το κάτω τμήμα του τοιχώματος, και τα ινοϋφάσματα αραμιδίου φαίνεται ότι είναι αποτελεσματικά στην περίσφιξη του σκυροδέματος. Σε όλα τα δοκίμια, η δυσκαμψία στο σημείο διαρροής μειώθηκε μετά την ενίσχυση. Αυτό προκάλεσε την πτώση του δείκτη πλαστιμότητας. Γι αυτό, για αύξηση της δυσκαμψίας είναι απαραίτητη η προσθήκη οπλισμού. Για να βελτιωθεί η πλαστιμότητα μετατοπίσεων των δοκιμίων που ενισχύθηκαν με ινοϋφάσματα αραμιδίου, πρέπει να αναπτυχθούν κατάλληλες λεπτομέρειες αγκύρωσης του υφάσματος. Έτσι λοιπόν, η μέθοδος ενίσχυσης όπου οι οπλισμοί που διέρρευσαν και το ρηγματωμένο σκυρόδεμα αντικαταστάθηκαν με νέο οπλισμό και με ινοσκυρόδεμα, μπορεί να πετύχει το 90% της αρχικής αντοχής. IW-R (πριν την ενίσχυση) IW-R (μετά την ενίσχυση) TWC-R (πριν την ενίσχυση) TWC-R (μετά την ενίσχυση) Σχήμα 2.5α Βρόχοι υστέρησης δοκιμίων των Lee et al πριν και μετά την ενίσχυση. 24

25 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή TWO-a-R (πριν την ενίσχυση) TWO-a-R (μετά την ενίσχυση) Σχήμα 2.5β Βρόχοι υστέρησης δοκιμίων των Lee et al πριν και μετά την ενίσχυση. Η μέθοδος ενίσχυσης με ινοϋφάσματα αραμιδίου φαίνεται να ήταν πολύ αποτελεσματική στην αύξηση της αντοχής, αλλά όχι και της πλαστιμότητας. Για την αύξηση της πλαστιμότητας πρέπει να αναπτυχθούν λεπτομέρειες αγκύρωσης του υφάσματος. Σε όλα τα δοκίμια, η δυσκαμψία στο σημείο διαρροής μειώθηκε μετά την ενίσχυση, αυτό προκάλεσε την πτώση του δείκτη πλαστιμότητας. Γι αυτό για αύξηση της δυσκαμψίας είναι απαραίτητη η πρόσθεση οπλισμού Αύξηση διατμητικής αντοχής Οι Iso et al (2000) διερεύνησαν πειραματικά την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης υποστυλωμάτων Ο/Σ με προεξοχές μορφής τοιχωμάτων-πτερύγων (μικρά επιμήκη μέλη που επεκτείνονται από το υποστύλωμα) ενισχυμένα με συνεχή υφάσματα από ΙΟΠ. Τα δοκίμια σχεδιάστηκαν με τον παλιό ιαπωνικό αντισεισμικό κανονισμό πριν το δοκίμια κατασκευάστηκαν και δοκιμάστηκαν με προσομοίωση σεισμικής φόρτισης. Μεταβλητές του πειράματος ήταν η διαμόρφωση των προεξοχών μορφής τοιχωμάτων, η μέθοδος συγκόλλησης των υφασμάτων από ΙΟΠ, το είδος των ινών και το ποσοστό των υφασμάτων ΙΟΠ ως οπλισμός διάτμησης, καθώς και η θέση των τοιχωμάτων που εφάπτονται με το υποστύλωμα. Στο πίνακα 2.2 και στο σχήμα 2.6 φαίνονται όλα τα στοιχεία των δοκιμίων (υποστυλώματα Ο/Σ με πτερύγια). Τα πτερύγια τοποθετήθηκαν και στις δύο πλευρές των υποστυλωμάτων κατά τη διεύθυνση της φόρτισης, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.6. Η διατομή του υποστυλώματος ήταν 300(mm) πλάτος x 300(mm) βάθος και αναλογία ανοίγματος διάτμησης a προς ύψος διατομής στύλου D a/d=1.5. Τα δοκίμια οπλίστηκαν με κατακόρυφους ράβδους χάλυβα Φ16 ενώ για συνδετήρες αλλά και για οριζόντιο οπλισμό χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι Φ6. Η αξονική φόρτιση που εφαρμόσθηκε ήταν το 1/6 της οριακής αντοχής του υποστυλώματος. Στις γωνίες των υποστυλωμάτων έγινε λείανση των ακμών ακτίνας 30mm. Το δοκίμιο Νο 7 προέκυψε από την επισκευή και ενίσχυση του δοκιμίου Νο 2 που καταστράφηκε κατά την διάρκεια των πειραμάτων. 25

26 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Πίνακας 2.2 Λίστα των δοκιμίων των Iso et al. Σείρα T U Ινουφάσματα Νο Δοκίμια Τύπος Ενίσχυσης Είδος υφάσματος (βάρος g/m 2 ) Στρώσεις υφάσματος 1 RC-012-W1 2 RC-012-W2 RC 3 CF-127-W1 1 4 CF-241-W1 2 Ενισχυμένα Άνθρακας 5 CF-127-W2 1 (στύλο) (300) 6 CF-241-W2 2 (στύλο) 7 CFR-127-W2 Επισκευασμένα & Ενισχυμένα 1 8 RC-012-W1 9 RC-012-W1 RC 10 CF-239-W2 Άνθρακας (300) 2 11 CF-083-W1 Άνθρακας 1 12 CF-155-W1 (200) 2 13 AF-123-W1 Ενισχυμένα 1 14 AF-235-W1 Αραμίδιο 2 15 AF-428-W1 (415) 3 16 AF-567-W1 4 Διεύθυνση φόρτισης Διεύθυνση φόρτισης Διεύθυνση φόρτισης Διεύθυνση φόρτισης Σχήμα 2.6 Λεπτομέρειες τοποθέτησης ΙΟΠ στα δοκίμια των Iso et al, διάταξη τοιχωμάτων. Στο σχήμα 2.7 φαίνονται οι μορφές αστοχίας μερικών δοκιμίων. Αν και όλα τα δοκίμια παρουσίασαν διατμητική αστοχία, το δοκίμιο Νο 7 παρουσίασε διαφορετικούς τρόπους αστοχίας ανάλογα με το πλάτος των προεξοχών μορφής τοιχωμάτων, το είδος και το ποσοστό των ινοϋφασμάτων. Τα δοκίμια Νο1, Νο2, Νο8 και Νο9 ήταν τα αρχικά πιλοτικά, χωρίς ενισχύσεις (Σχ.2.6). Όσο η εγκάρσια δύναμη αυξανόταν, διαγώνιες εφελκυστικές ρωγμές σχηματίζονταν και διευρύνονταν. Όταν αναπτύχθηκαν οι οριακές διατμητικές αντοχές, το πλάτος της διατμητικής ρωγμής μεγάλωσε και οι εγκάρσιες ράβδοι διέρρευσαν. Αμέσως μετά τα δοκίμια αστόχησαν από διατμητικό εφελκυσμό. Μετά την ανάπτυξη της μέγιστης διατμητικής αντοχής, τα Νο1, Νο2 και Νο9 που είχαν προεξοχές μορφής τοιχωμάτων με πλάτος 2D 26

27 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή έδειξαν ψαθυρή συμπεριφορά. Το Νο8 που είχε προεξοχές μορφής τοιχωμάτων με πλάτος 1D έδειξε σταθερή καμπτική συμπεριφορά με αστοχία από συντριβή του σκυροδέματος στη θλιβόμενη ζώνη των προεξοχών μορφής τοιχωμάτων. Τα δοκίμια Νο11 και Νο12 που έχουν πλάτος προεξοχών μορφής τοιχωμάτων 1D, ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα. Όσο η εγκάρσια φόρτιση αυξανόταν, τα ινοϋφάσματα αποκολλούνταν βαθμιαία. Στην φόρτιση αστοχίας, η περιοχή της αποκόλλησης επεκτάθηκε και τα δοκίμια αστόχησαν από θραύση του σκυροδέματος στη θλιβόμενη ζώνη των προεξοχών μορφής τοιχωμάτων. Τα δοκίμια Νο3 και Νο4 που είχαν προεξοχές μορφής τοιχωμάτων με πλάτος 2D, ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα. Όταν επιτεύχθηκε η οριακή διατμητική αντοχή τα ινοϋφάσματα αποκολλήθηκαν ξαφνικά, και αυτά τα δοκίμια αστόχησαν ψαθυρά (Σχ.2.7). Ο τρόπος αστοχίας ήταν πιο απότομος από αυτόν των δοκιμίων Νο11 και Νο12. Τα δοκίμια Νο5, Νο6, Νο7 και Νο10 που είχαν τις προεξοχές μορφής τοιχωμάτων τοποθετημένες έκκεντρα με πλάτος 2D, ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα. Τα Νο5, Νο6, και Νο10 (Σχ. 2.7) έδειξαν όμοιο τρόπο αστοχίας με αυτόν των δοκιμίων Νο3 και Νο4. Από την άλλη μεριά, ο τρόπος αστοχίας του επισκευασμένου δοκιμίου Νο7 παρουσίασε σταθερή συμπεριφορά εξαιτίας του επισκευαστικού κονιάματος στη θλιβόμενη ζώνη των πτερύγων που παρουσίασαν θλιπτική αστοχία. Τα δοκίμια Νο13, Νο14, Νο15 και Νο16 που είχαν τις προεξοχές μορφής τοιχωμάτων με πλάτος 2D, είχαν ενισχυθεί με υφάσματα αραμιδίου (AFSs). Το Νο13 και Νο14 ενισχύθηκαν με 1 και 2 στρώσεις υφάσματος αραμιδίου, αντίστοιχα, έδειξαν σταθερή συμπεριφορά επειδή τα υφάσματα ΙΟΠ αποκολλήθηκαν σταδιακά. Παρόλα αυτά η αστοχία των δοκιμίων Νο15 και Νο16 που ενισχύθηκαν με 3 και 4 στρώσεις υφάσματος, αντίστοιχα, έδειξαν απότομη (ψαθυρή) συμπεριφορά διότι τα ινοϋφάσματα αποκολλήθηκαν ξαφνικά αμέσως μετά την ανάπτυξη της μέγιστης διατμητικής αντοχής. No.8 RC-012-W1 Διατμητική αστοχία No.1 RC-012-W1 Διατμητική αστοχία Αποκόλληση ΙΟΠ No.11 CF-083-W1 Διατμητική αστοχία No.3 CF-127-W1 Διατμητική αστοχία Σχήμα 2.7α Μορφές αστοχίας αρχικών και επισκευασμένων δοκιμίων των Iso et al. 27

28 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή No.2 RC-012-W2 Διατμητική αστοχία No.13 AF-123-W1 Διατμητική αστοχία Αποκόλληση ΙΟΠ No.5 CF-127-W2 Διατμητική αστοχία No.10 CF-239-W2 Διατμητική αστοχία Σχήμα 2.7β Μορφές αστοχίας αρχικών και επισκευασμένων δοκιμίων των Iso et al. Στο δοκίμιο Νο8 που είχε πλάτος προεξοχών μορφής τοιχωμάτων 1D, μετά την μέγιστη διατμητική αντοχή, η τέμνουσα δύναμη μειώθηκε βαθμιαία. Παρ όλα αυτά, η μέγιστη διατμητική αντοχή των δοκιμίων Νο1, Νο2 και Νο9, που έχουν πλάτος προεξοχών μορφής τοιχωμάτων 2D, ήταν μεγαλύτερη από αυτή του Νο8, ενώ η τέμνουσα δύναμη μειώθηκε αρκετά πιο γρήγορα μετά την μέγιστη διατμητική αντοχή. Στο σχήμα 2.8α φαίνονται οι καμπύλες δύναμης Q- μετακίνησης δ των δοκιμίων Νο1, Νο3 και Νο4 που έχουν προεξοχές μήκους 2D. Όσο το ποσοστό του ανθρακοϋφάσματος αυξάνεται, η μέγιστη διατμητική αντοχή αυξάνεται. Παρ όλα αυτά η τέμνουσα δύναμη αφού αναπτυχθεί η μέγιστη διατμητική αντοχή, μειώνεται γρήγορα, επιδεικνύοντας ψαθυρή συμπεριφορά. Στο σχήμα 2.8β φαίνονται οι καμπύλες Q-δ των δοκιμίων που έχουν τις προεξοχές μορφής τοιχωμάτων έκκεντρα. Η τέμνουσα δύναμη των Νο2, Νο5, Νο6 και Νο10, μειώνεται απότομα μετά την μέγιστη διατμητική αντοχή. Μικρή αύξηση της μέγιστης διατμητικής αντοχής παρατηρήθηκε με την αύξηση του ποσοστού του ανθρακοϋφάσματος. Από την άλλη μεριά, το δοκίμιο Νο7, που είναι το επισκευασμένο και ενισχυμένο Νο2, έδειξε υστερητική συμπεριφορά χωρίς απότομη πτώση της τέμνουσας δύναμης μετά την επίτευξη της μέγιστης διατμητικής αντοχής. Στο σχήμα 2.8γ φαίνονται οι καμπύλες Q-δ των δοκιμίων που έχουν πλάτος προεξοχών μορφής τοιχωμάτων 1D. Όσο το ποσοστό του ανθρακοϋφάσματος αυξάνεται η μέγιστη διατμητική αντοχή αυξάνεται, και η μείωση της τέμνουσας δύναμης μετά την επίτευξη της μέγιστης διατμητικής δύναμης γίνεται μικρότερη. Στο σχήμα 2.8δ φαίνονται οι καμπύλες Q-δ των δοκιμίων που ενισχύθηκαν με ινοϋφάσματα αραμιδίου. Όσο το ποσοστό των ινοϋφασμάτων αραμιδίου αυξάνεται, η μέγιστη διατμητική αντοχή αυξάνεται. Παρ όλα αυτά η μέγιστη διατμητική αντοχή του Νο15 (3 στρώσεις) και του Νο16 (4 στρώσεις), ήταν περίπου ίδια, δείχνοντας ότι υπάρχει κάποιο όριο στην ενίσχυση 28

29 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή με υφάσματα από ΙΟΠ. Τα δοκίμια Νο13 και Νο14 που ενισχύθηκαν με 1 και 2 στρώσεις ινουφάσματος αραμιδίου αντίστοιχα, έδειξαν υστερητική συμπεριφορά χωρίς απότομη πτώση της τέμνουσας δύναμης μετά την επίτευξη της μέγιστης διατμητικής αντοχής. Από την άλλη μεριά, τα δοκίμια Νο15 και Νο16 που ενισχύθηκαν με 3 και 4 στρώσεις αραμιδίου αντίστοιχα, έδειξαν υστερητική συμπεριφορά με απότομη πτώση της τέμνουσας δύναμης μετά την επίτευξη της μέγιστης διατμητικής αντοχής. Όσο το ποσοστό ινοϋφασμάτων αραμιδίου αυξανόταν, η υστερητική συμπεριφορά γινόταν όλο και πιο ψαθυρή. (α) Καμπύλες Q-δ δοκιμίων (Άνθρακας) (β) Καμπύλες Q-δ δοκιμίων (Άνθρακας) (γ) Καμπύλες Q-δ δοκιμίων (Άνθρακας) (δ) Καμπύλες Q-δ δοκιμίων (Αραμίδιο) Σχήμα 2.8 Διαγράμματα δύναμης μετατόπισης των ενισχυμένων δοκιμίων των Iso et al. Η μελέτη των Iso et al. (2000) δείχνει ότι η μέθοδος ενίσχυσης που χρησιμοποιεί υφάσματα άνθρακα και αραμιδίου μπορεί να βελτιώσει την αντισεισμική συμπεριφορά (με την έννοια της αύξησης της διατμητικής αντοχής) των υποστυλωμάτων με προεξοχές μορφής τοιχωμάτων. Η διατμητική αντοχή φαίνεται να αυξάνει γραμμικά ανάλογα με το ποσοστό ινών που χρησιμοποιούνται για την διατμητική ενίσχυση, ωστόσο βρέθηκε ένα όριο της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης με υφάσματα ΙΟΠ αναφορικά με την μέγιστη διατμητική αντοχή. Σε σχέση με το μήκος των πτερύγων τοιχωμάτων, επιβεβαιώθηκε η αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης με ανθρακοϋφάσματα των υποστυλωμάτων με προεξοχές μήκους 1D και 2D. 29

30 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι Yoshida et al (1998) μελέτησαν πειραματικά την ενίσχυση τοιχωμάτων με συνεχή ινοϋφάσματα. Συγκεκριμένα δοκιμάστηκαν πέντε τοιχώματα Ο/Σ (τοιχώματα Ο/Σ με υποστυλώματα και στα δύο άκρα). Η οριζόντια δύναμη εφαρμόστηκε στην κεφαλή του τοιχώματος σε συνδυασμό με σταθερή αξονική δύναμη. Τα δοκίμια ήταν τα ακόλουθα: Νο 1: δοκίμιο Ο/Σ ελέγχου (πιλοτικό) Νο 2: ήταν σαν το δοκίμιο Νο 1 με ανθρακούφασμα (μια στρώση σε κάθε διεύθυνση, κατακόρυφη και οριζόντια) και στις δύο πλευρές χωρίς μηχανικές αγκυρώσεις των υφασμάτων στα άκρα. Νο 3: ήταν σαν το δοκίμιο Νο 2 με μηχανικές αγκυρώσεις στις τέσσερις γωνίες του τοιχώματος (στερέωση με περικόχλιο μεταλλικού ελάσματος που συγκολλήθηκε στο ανθρακούφασμα) Νο 4: ήταν σαν το δοκίμιο Νο 3, συν ενισχύσεις των υποστυλωμάτων με περιτύλιξη ανθρακοϋφάσματος στη κορυφή και στη βάση των στύλων για να αποτραπεί η διατμητική αστοχία. Νο 5: ήταν σαν το δοκίμιο Νο 4 συν μια στρώση διαγώνιων ανθρακοϋφασμάτων (σχήματος X ). Το δοκίμιο Νο 1 επισκευάστηκε και ενισχύθηκε για να γίνει το δοκίμιο Νο 5. Όλα τα τοιχώματα αστόχησαν από διάτμηση. Παρατηρήθηκε ολίσθηση στη βάση του τοιχώματος ή αστοχία από συντριβή του σκυροδέματος. Οι φορτίσεις αστοχίας των δοκιμίων ήταν : Νο 1, 920 kn, και για τα δοκίμια Νο 2 έως Νο 5 : kn. Δηλαδή η αντοχή αυξήθηκε μόνο κατά 14-16%. Αυτό συνέβη επειδή το ποσοστό οπλισμού των τοιχωμάτων ήταν αρκετά υψηλό και η τελική αστοχία καθορίστηκε από την αστοχία του σκυροδέματος ή από την ολίσθηση του τοιχώματος. Τελικά φαίνεται δύσκολο να αυξηθεί η διατμητική αντοχή αυτού του τύπου τοιχωμάτων, που είναι πολύ δημοφιλή στην Ιαπωνία, με συγκόλληση ανθρακοϋφασμάτων Αύξηση πλαστιμότητας περίσφιξη (θλιπτικής αντοχής) Οι Neale et al, (1997) μελέτησαν πειραματικά την ενίσχυση υποστυλωμάτων μορφής (ορθογωνικού) τοιχώματος οπλισμένου σκυροδέματος, με σύνθετα υφάσματα από ινοπλισμένα πολυμερή. Ο κύριος στόχος αυτής της πειραματικής εργασίας ήταν να αναπτυχθεί ένα αποτελεσματικό σχήμα ενίσχυσης των υποστυλωμάτων τύπου τοιχώματος χρησιμοποιώντας συστήματα με σύνθετα υφάσματα. Για το πειραματικό πρόγραμμα κατασκευάστηκαν οκτώ δοκίμια υπό κλίμακα, ήτοι υποστυλώματα τύπου τοιχώματος, ορθογωνικής διατομής με λόγο περίπου πέντε έως έξι. Δύο από τα δοκίμια δεν ενισχύθηκαν με σύνθετα υφάσματα για να χρησιμοποιηθούν για σύγκριση των αποτελεσμάτων. Τα δοκίμια είχαν διαστάσεις: πλάτος 30

31 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 750mm, πάχος 125mm, και ύψος 1565mm. Ο οπλισμός των υποστυλωμάτων αποτελείται από 18 διαμήκεις ράβδους Φ11,3mm, και από 15 συνδετήρες Φ 3,2mm σε απόσταση 70mm στο κέντρο του στύλου ενώ στη βάση και στην κορυφή οι συνδετήρες ήταν Φ4,75mm σε αποστάσεις 40mm μεταξύ τους, αυτό έγινε για να εξασφαλιστεί η πρόωρη αστοχία που μπορεί να συμβεί στα άκρα των δοκιμίων κατά την διάρκεια των πειραμάτων. Τα δοκίμια σκυροδετήθηκαν σε δύο φάσεις, στη πρώτη 5 δοκίμια και στη δεύτερη 3 δοκίμια. Για αυτό χρησιμοποιήθηκαν δύο δοκίμια «πιλότοι», το WC-01 & WC-06. Τα υπόλοιπα δοκίμια ενισχύθηκαν όπως φαίνεται στο σχήμα 2.9 και περιγράφεται στον πίνακα στρώσεις υαλουφάσματος - κατακόρυφα 2 στρώσεις υαλουφάσματος - οριζόντια Μεταλλικές λάμες 9.5 x mm 3 στρώσεις υαλουφάσματος - οριζόντια Μεταλλικές λάμες με φάλτσο 9.5x126.5 mm 3 στρώσεις υαλουφάσματος - οριζόντια 2 στρώσεις ανθρακουφάσματος - κατακόρυφα 2 στρώσεις ανθρακουφάσματος - κατακόρυφα 1 στρώση υαλουφάσματος - κατακόρυφα L1=187.5mm - L2=125mm - Lp=370mm 2 στρώσεις υαλουφάσματος - οριζόντια 3 στρώσεις ανθρακουφάσματος - κατακόρυφα 3 στρώσεις ανθρακουφάσματος - κατακόρυφα 2 στρώσεις υαλουφάσματος - κατακόρυφα L1=191.5mm - L2=140.5mm - Lp=360mm 2 στρώσεις υαλουφάσματος - οριζόντια 4 στρώσεις υαλουφάσματος - κατακόρυφα 4 στρώσεις υαλουφάσματος - κατακόρυφα L1=185mm - L2=125mm Σχήμα 2.9 Σκαριφήματα των διαφορετικών τρόπων ενίσχυσης των δοκιμίων των Neale et al. 31

32 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Πίνακας 2.3 Λεπτομέρειες ενίσχυσης κάθε δοκιμίου (Neale et al, 1997). Σχήμα Υποστύλωμα Φάση Λεπτομέρειες ενίσχυσης σκυροδέτησης WC-1 A Δοκίμιο ελέγχου WC-2 A 4 στρώσεις κατακόρυφα υαλουφάσματος 2.9, a WC-3 A 1 μεταλλική λάμα σε κάθε άκρο συν 2 στρώσεις οριζόντια υαλουφάσματος 2.9, b WC-4 A 1 μεταλλική λάμα με φάλτσο σε κάθε άκρο συν 3 στρώσεις οριζόντια υαλουφάσματος 2.9, c WC-5 A 2 και 4 στρώσεις κατακόρυφα ανθρακουφάσματος σε κάθε άκρο συν 1 κεντρική στρώση κατακόρυφα υαλουφάσματος 2.9, d συν 3 στρώσεις οριζόντια υαλουφάσματος WC-6 B Δοκίμιο ελέγχου WC-7 B 3 και 6 στρώσεις κατακόρυφα ανθρακουφάσματος σε κάθε άκρο συν 2 κεντρικές στρώσεις κατακόρυφα υαλουφάσματος 2.9, e συν 2 στρώσεις οριζόντια υαλουφάσματος WC-8 B 4 έως 8 στρώσεις κατακόρυφα υαλουφάσματος σε κάθε άκρο συν 2 στρώσεις οριζόντια υαλουφάσματος 2.9, f Τα σύνθετα υφάσματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν υαλοϋφάσματα TYFO (SEH1) και ανθρακοϋφάσματα (SCH41), με εποξειδική ρητίνη TYFO S. Τα διαγράμματα αξονικής δύναμης αξονικής παραμόρφωσης για τα δοκίμια φαίνονται στο σχήμα WC-06 (Control) WC-07 WC WC-04 WC-05 Axial load (kn) Axial load (kn) Axial strain (%) Σχήμα 2.10 Διαγράμματα αξονικής δύναμης αξονικής παραμόρφωσης (Neale et al, 1997). Εξαιτίας του υψηλού λόγου όψεως (πάχος /πλάτος) της διατομής των υποστυλωμάτων μορφής τοιχώματος που εξετάζονται, μειώθηκε δραστικά η πιθανότητα αύξησης της θλιπτικής αντοχής με την έννοια της περίσφιξης του σκυροδέματος, έτσι τα σχήματα ενίσχυσης που εξετάστηκαν είχαν στόχο κυρίως την αύξηση του θλιπτικού οπλισμού των υποστυλωμάτων μορφής τοιχώματος. Στην πρώτη λύση που δοκιμάστηκε τοποθετήθηκαν υαλοϋφάσματα με τις κύριες ίνες κατακόρυφα για την αύξηση της θλιπτικής αντοχής (δοκίμιο WC-02) οδήγησε σε αύξηση της αντοχής 13% σε σχέση με το πιλοτικό δοκίμιο WC-01. Μια εναλλακτική λύση ήταν η αντικατάσταση των ινών ύαλου στα άκρα του στύλου με μεταλλικές λεπίδες και η περιτύλιξη των δοκιμίων (δοκίμια WC-03 & WC-04) με υαλοϋφάσματα όπου οι κύριες ίνες ήταν οριζόντια για να αποτρέψουν τον λυγισμό των μεταλλικών λεπίδων κατά την θλίψη. Παρ όλα αυτά ο λυγισμός των λεπίδων δεν μπορούσε να αποτραπεί και αυτό οδήγησε σε πρόωρο σχίσιμο του υφάσματος περιτύλιξης στα άκρα των λεπίδων κατά τον λυγισμό. Η διαμόρφωση καμπύλων άκρων στις λεπίδες, «φάλτσο» (Σχ.2.9), δεν βελτίωσε το πρόβλημα του σχισίματος Axial strain (%)

33 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή (δοκίμιο WC-04). Ως αποτέλεσμα, η μέγιστη αύξηση της θλιπτικής αντοχής του δοκιμίου με τις κολλημένες μεταλλικές λεπίδες ήταν 14,5%. Επίσης παρατηρήθηκε ότι η χρήση των βαριών μεταλλικών λεπίδων δεν είναι πρακτική στο εργοτάξιο γι αυτό αποφασίστηκε να απορριφθούν τα σχέδια ενίσχυσης με μεταλλικές πλάκες και να χρησιμοποιηθούν μόνο συστήματα με σύνθετα υλικά. Όσο τα φύλλα με σύνθετα υλικά είναι σχετικά λεπτά υπάρχει πρόβλημα αστοχίας από τοπικό λυγισμό, γι αυτό πρέπει να γίνεται πολύ καλή επικόλληση των ινοϋφασμάτων στις πλευρές του υποστυλώματος μορφής τοιχώματος. Σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε μια σχετικά παχειά σύνθετη διατομή μορφής, για θλιπτικός οπλισμός, αντί των μεταλλικών λεπίδων (δοκίμιο WC-05 βλ. σχ.2.9). Η λύση αυτή ενισχύθηκε με την τοποθέτηση υαλοϋφάσματος περίσφιξης ως πρόσθετη αντίσταση στον λυγισμό. Αυτή η λύση οδηγεί σε αύξηση της αντοχής κατά 27,8%. Επειδή τα ανθρακοϋφάσματα έχουν πολύ μεγαλύτερο μέτρο ελαστικότητας από τα υαλοϋφάσματα το δοκίμιο WC-07 δοκιμάστηκε με σύνθετη διατομή μορφής από ανθρακοϋφάσματα. Αυτό οδήγησε σε μια αύξηση της αντοχής 28,6% σε σχέση με το πιλοτικό δοκίμιο WC-06 ή 29,3% συγκριτικά με το πιλοτικό δοκίμιο WC-01. Βεβαίως, τα ανθρακοϋφάσματα (SCH41) είναι αρκετά πιο ακριβά από τα σύνθετα υφάσματα με ίνες ύαλου (SEH51). Οι ιδιότητες των υαλοϋφασμάτων στη θλίψη φαίνονται να είναι ικανοποιητικές για να πετύχουν τα επίπεδα ενίσχυσης που απαιτούνται. Γι αυτό, ένα πιο οικονομικό σχήμα ενίσχυσης με σύνθετα ινοπλισμένα πολυμερή σχεδιάστηκε και δοκιμάστηκε χρησιμοποιώντας μόνο υαλοϋφάσματα (SEH51) στο δοκίμιο WC-08. Αυτό επέδειξε την καλύτερη συμπεριφορά από όλα τα σχήματα ενίσχυσης που δοκιμάστηκαν, η αύξηση αντοχής ήταν 32,6% σε σύγκριση με το πιλοτικό δοκίμιο WC-06 ή 33,4% συγκριτικά με το πιλοτικό δοκίμιο WC-01. Η σχετική αύξηση αντοχής που αναφέρθηκε πιο πάνω σχετίζεται με τα υποστυλώματα μορφής τοιχώματος που έχουν θλιπτική αντοχή σκυροδέματος περίπου MPa. Παρ όλα αυτά πρέπει να αναφερθεί ξανά ότι, για να είναι σκόπιμη η εργοταξιακή εφαρμογή, τα υποστυλώματα πρέπει να έχουν σκυρόδεμα ποιότητας κάτω από 15 MPa. Με βάση την χαμηλή θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος οι σχετικές αυξήσεις αντοχών που επιτυγχάνονται για τα διαφορετικά σχήματα ενίσχυσης με σύνθετα υλικά φαίνονται στην τελευταία στήλη του πίνακα 2.4. Έτσι για παράδειγμα η μέθοδος ενίσχυσης που χρησιμοποιήθηκε στο δοκίμιο WC-08 αύξησε την μέγιστη φόρτιση κατά 45,2% σε σχέση με το παρθενικό δοκίμιο. Πίνακας 2.4 Αύξηση αντοχών για διαφορετικά σχήματα ενίσχυσης (Neale et al, 1997). Υποστύλωμα Αύξηση αντοχής (kn) Αύξηση αντοχής (%) Αύξηση αντοχής (%) εάν f c =15 MPa WC-1 N/A N/A N/A WC WC WC WC WC-6 N/A N/A N/A WC (29.3) 39.7 WC (33.4)

34 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σύμφωνα με τους Neale et al, από τα αποτελέσματα των πειραμάτων που επιτεύχθηκαν στα δοκίμια WC-05, WC-07 και WC-08 φαίνεται ότι αυτός ο τύπος ενίσχυσης με ινοϋφάσματα διατομής κατά μήκος των άκρων του υποστυλώματος μορφής τοιχώματος, είναι αποτελεσματικός για την αύξηση της θλιπτικής αντοχής των υπαρχόντων υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος. Στο πείραμα για το δοκίμιο WC-08 όπου στο αντίστοιχο σχήμα ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκαν μόνο υαλοϋφάσματα, η δυναμική αύξηση της αντοχής ήταν 45% για σκυρόδεμα 15 MPa. Επίσης, σύμφωνα με τους, Neale et al μπορεί να επιτευχθεί περαιτέρω αύξηση της αντοχής προσθέτοντας έξτρα κατακόρυφα φύλλα στις άκρες των υποστυλωμάτων τοιχωμάτων με τον τρόπο που αναφέρθηκε παραπάνω. Βέβαια, σύμφωνα και με τους [Τριανταφύλλου, 2003], οι ίνες των σύνθετων υλικών αποτελούν τον φορέα ανάληψης δυνάμεων κυρίως εφελκυστικών για αυτό συνήθως αγνοείται η συνεισφορά των σύνθετων υλικών σε θλίψη, δηλαδή συνήθως δεν μπορούν τα ΙΟΠ να χρησιμοποιηθούν ως θλιπτικός οπλισμός, αλλά με την περίσφιξη που προσφέρουν, όταν χρησιμοποιούνται με την μορφή μανδύα, αυξάνουν την θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος λειτουργώντας ως εγκάρσιος οπλισμός παρόμοια με τους συνδετήρες. Από την επισκόπηση της διεθνούς και ελληνικής βιβλιογραφίας βρέθηκε ότι δεν έχει γίνει ερευνητική πειραματική εργασία με αντικείμενο την πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς τοιχωμάτων που έχουν υποστεί βλάβη υπό ανακυκλιζόμενη (σεισμική) φόρτιση και κατόπιν αφού επισκευάσθηκαν με συμβατικά υλικά και ενισχύθηκαν με ΙΟΠ, επαναδοκιμάσθηκαν υπό παρόμοια φόρτιση. Επίσης, δεν έχει μέχρι στιγμής διερευνηθεί η συμπεριφορά τοιχωμάτων ενισχυμένων με κλειστό μανδύα από ΙΟΠ, ούτε η καμπτική ενίσχυση των στοιχείων αυτών με ΙΟΠ (ενίσχυση των πελμάτων του τοιχώματος). Στόχος λοιπόν, της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι α) ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας κλειστών μανδυών από ινοϋφασμα αναφορικά με την αύξηση της αντοχής και πλαστιμότητας τοιχωμάτων Ο/Σ που έχουν υποστεί σεισμική βλάβη, β) ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας των υλικών αυτών όταν χρησιμοποιούνται για ενίσχυση όχι μόνο έναντι διάτμησης (που είναι το σύνηθες στην περίπτωση των τοιχωμάτων) αλλά και έναντι κάμψης (υπό μορφή λωρίδων επικολλημένων στα άκρα των τοιχωμάτων), γ) η ανάπτυξη νέων κατασκευαστικών διατάξεων για την εξασφάλιση ικανοποιητικών συνθηκών αγκύρωσης του σύνθετου υλικού, δ) και ο έλεγχος της αξιοπιστίας των διαθέσιμων αναλυτικών προσομοιωμάτων για την πρόβλεψη της καμπτικής και διατμητικής αντοχής τοιχωμάτων Ο/Σ ενισχυμένων με ΙΟΠ. 34

35 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 2.2 Υποστυλώματα Η ενίσχυση υποστυλωμάτων γεφυρών ή κοινών οικοδομικών έργων από οπλισμένο σκυρόδεμα με IOΠ 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 [Σπυράκος,1999]. 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 ΙΟΠ και υποστυλώματος, το οποίο γεμίζει είτε με εποξειδική ρητίνη υπό πίεση, είτε με τσιμεντένεμα υπό πίεση [Priestley,1993,1996, Saadatmanesh,1996,1997]. Η εφαρμογή της μεθόδου σε κυκλικής διατομής στοιχεία δεν παρουσιάζει κανένα πρόβλημα, ενώ εάν εφαρμοστεί σε ορθογωνικής διατομής υποστυλώματα απαιτείται πρώτα λείανση των ακμών τους. Τα μέχρι σήμερα διαθέσιμα πειραματικά αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι οι πραγματοποιούμενες ενισχύσεις με ΙΟΠ στα υποστυλώματα είναι λίαν αποδοτικές για την αύξηση της διατμητικής αντοχής τους, τη βελτίωση της πλαστιμότητας λόγω της ισχυρής περίσφιξης που επιβάλλουν (αλλά και λόγω της αποφυγής διατμητικής αστοχίας), και για τη βελτίωση των συνθηκών συνάφειας σε περιοχές μη επαρκών παραθέσεων των διαμήκων οπλισμών των στύλων στη βάση τους (τυπική περίπτωση σε παλιές οικοδομές) [Τσώνος, 2004]. Επίσης έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι,σε ορισμένες περιπτώσεις, τα σύνθετα υλικά είναι πιο αποδοτικά όσον αφορά στην περίσφιγξη από ότι ο μεταλλικός μανδύας [Καραντζίκης, 1999]. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ο χάλυβας του μανδύα που εισέρχεται στη διαρροή σε κάποια στάθμη ανακυκλιζόμενης φόρτισης, στους επόμενους κύκλους φόρτισης, λόγω παραμενουσών παραμορφώσεων του χάλυβα, απαιτείται συνεχώς μεγαλύτερη παραμόρφωση για να αναπτυχθεί η απαιτούμενη τάση περίσφιγξης από το μεταλλικό μανδύα πρoς το σκυρόδεμα του υποστυλώματος. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει με τους μανδύες σύνθετων υλικών μιας και τα υλικά αυτά λόγω της γραμμικής σχέσης τάσηςπαραμόρφωσης μέχρι την αστοχία τους συμπεριφέρονται ελαστικά και η τάση περίσφιγξης είναι σταθερή σε όλες τις ανακυκλίσεις [Καραντζίκης, 1999] Αύξηση διατμητικής αντοχής Ο Masuo, (1999) εκπόνησε μια πειραματική εργασία για την σεισμική ενίσχυση υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με προεξοχές (πτερύγια) μορφής τοιχωμάτων (μικρά επιμήκη μέλη σε μονολιθική σύνδεση με το υποστύλωμα), χρησιμοποιώντας ινοπλισμένα πλαστικά με ίνες από άνθρακα. Σε αυτήν την πειραματική εργασία οκτώ δοκίμια δοκιμάστηκαν για τέσσερις διαφορετικές περιπτώσεις υποστυλωμάτων : 1 η περίπτωση: τετραγωνικά υποστυλώματα (δοκίμια: C, C+CF) 35

36 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 2 η περίπτωση: υποστυλώματα που ενώνονται μονολιθικά με προεξοχές μορφής τοιχωμάτων (δοκίμια: C+W, C+W+CF) 3 η περίπτωση: υποστυλώματα με προεξοχές μορφής τοιχωμάτων που ρηγματώθηκαν στην επιφάνεια του υποστυλώματος (δοκίμια: C+WS, C+WS+CF) 4 η περίπτωση: διευρυμένα ορθογωνικής διατομής υποστυλώματα, που εμπεριέχουν μαζί υποστυλώματα και προεξοχές μορφής τοιχωμάτων (δοκίμια: C+WR+CF, C+CR+CF) Η κλίμακα των δοκιμίων ήταν 1/2.5. Τα δοκίμια σχεδιάστηκαν με τους κανονισμούς (Ιαπωνικούς) πριν το Επίσης έγινε η υπόθεση ότι η αξονική φόρτιση ήταν 0,15 f c B D όπου f c : η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος και B,D οι διαστάσεις της διατομής του υποστυλώματος. Σε όλα τα δοκίμια εφαρμόστηκαν μανδύες ανθρακοϋφασμάτων όπου έγινε και στρογγύλεμα των ακμών με ακτίνα ~ 30mm, επίσης το μήκος μάτισης ήταν 150 mm. Το ποσοστό των ινών άνθρακα ανά μονάδα επιφανείας υφάσματος ΙΟΠ ήταν 200 ή 300 g/m 2. Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόμενη οριζόντια φόρτιση υπό αξονικό συνεχές φορτίο. Στο σχήμα 2.11 φαίνεται η διαμόρφωση των δοκιμίων του πειράματος, ενώ στα σχήματα 2.12 και 2.13 φαίνονται οι λεπτομέρειες των μη ενισχυμένων και των ενισχυμένων δοκιμίων, αντίστοιχα. 1 η περίπτωση 2 η περίπτωση 3 η περίπτωση 4 η περίπτωση Σχήμα 2.11 Διαμόρφωση των δοκιμίων του Masuo. Δοκίμιο:C Δοκίμιο:C+W Σχήμα 2.12 Λεπτομέρειες των μη ενισχυμένων δοκιμίων του Masuo. 36

37 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σχήμα 2.13 Λεπτομέρειες των ενισχυμένων δοκιμίων του Masuo. Στην 2 η περίπτωση και οι δύο προεξοχές μορφής τοιχωμάτων κόπηκαν στην επιφάνεια του υποστυλώματος για πλάτος περίπου 70mm προκειμένου να γίνει περιτύλιξη του ανθρακοϋφάσματος γύρω από τον στύλο. Μετά την περιτύλιξη, λεπτή άμμος διασκορπίστηκε στην επιφάνεια του ανθρακοϋφάσματος στην θέση των τομών πριν την σκλήρυνση της εποξειδικής ρητίνης, προκειμένου να βελτιωθεί η πρόσφυση μεταξύ της ενισχυμένης τσιμεντοκονίας και του υφάσματος στη θέση της ένωσης. Στη συνέχεια τα ανοίγματα γέμισαν με ενισχυμένο μη συρρικνούμενο κονίαμα (Σχ.2.13). Στην 3 η περίπτωση το μη συρρικνούμενο κονίαμα εκτοξεύθηκε με πίεση στις ρηγματώσεις που δημιουργήθηκαν στην επιφάνεια του στύλου σε επαφή με τα τοιχώματα. Παρέμειναν σχισμές πλάτους 10mm(Σχ.2.13). Στην 4 η περίπτωση σκυροδετήθηκαν οι τέσσερις πλευρές των προεξοχών μορφής τοιχωμάτων ώστε να δημιουργηθεί μια ενιαία διατομή όπου και τυλίχθηκαν ανθρακοϋφάσματα γύρω από το διευρυμένο υποστύλωμα ορθογωνικής διατομής που δημιουργήθηκε (Σχ. 2.13). Στο ενισχυμένο τετραγωνικό υποστύλωμα (1 η περίπτωση) η μέγιστη αντοχή αυξήθηκε λίγο, αλλά η πλαστιμότητα βελτιώθηκε σημαντικά. Τελικώς, η αστοχία από διατμητική, στο παρθενικό δοκίμιο, έγινε καμπτική στο ενισχυμένο δοκίμιο, εξαιτίας της λειτουργίας του ανθρακοϋφάσματος ως οπλισμός διάτμησης, αλλά και ως περίσφιξη του μανδύα ΙΟΠ στην διατομή του στύλου. Το παρθενικό δοκίμιο με προεξοχές μορφής τοιχωμάτων έδειξε ψαθυρή συμπεριφορά μετά την μέγιστη φόρτιση εξαιτίας των διαγώνιων διατμητικών ρωγμών (Σχ.2.14). Στην 2 η περίπτωση, η μέγιστη αντοχή του ενισχυμένου δοκιμίου ήταν περίπου ίση με του παρθενικού, επίσης αυξήθηκε σημαντικά η πλαστιμότητα. Το ενισχυμένο συμπεριφέρθηκε ως πλάστιμο καμπτικό στοιχείο ενώ και τα δύο πτερύγια τοιχείων συμπεριφέρθηκαν ως θλιπτοκαμπτικά στοιχεία (Σχ.2.14). 37

38 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σχήμα 2.14 Διαγράμματα φόρτισης παραμόρφωσης των δοκιμίων του Masuo. Στην 3 η περίπτωση η δυσκαμψία και η μέγιστη φόρτιση προσέγγισαν αυτές του τετράγωνου παρθενικού υποστυλώματος. Η πλαστική παραμόρφωση που παρατηρήθηκε μετά την ανάπτυξη της μέγιστης δύναμης και η συμπεριφορά στη ζώνη μεγάλης παραμόρφωσης ήταν ίδια με το παρθενικό δοκίμιο τετραγωνικής διατομής. Τόσο το υποστύλωμα όσο και τα πτερύγια συμπεριφέρθηκαν ως στοιχεία με προεξάρχουσα κάμψη, επίσης εφόσον η αξονική δύναμη κατανέμεται και στις προεξοχές μορφής τοιχωμάτων η αξονική δύναμη στο υποστύλωμα με πτερύγια ήταν μικρότερη από αυτή στο τετραγωνικής διατομής υποστύλωμα. Γι αυτό θεωρήθηκε ότι η πλαστιμότητα αυτού του δοκιμίου βελτιώθηκε εξαιτίας των σχισμών. Η συμπεριφορά αυτού του τύπου δοκιμίου ενισχυμένου με ΙΟΠ ήταν ίδια με αυτή του ενισχυμένου με ΙΟΠ υποστυλώματος ορθογωνικής διατομής (Σχ.2.14). Στη 4 η περίπτωση (επιμήκης ορθογωνική διατομή του ενισχυμένου στοιχείου) η αντοχή και η πλαστιμότητα διπλασιάστηκαν αφού αυξήθηκε η καμπτική θλιπτική αντοχή των προεξοχών μορφής τοιχωμάτων, αυξήθηκε η διατομή, και η περιτύλιξη με ΙΟΠ αύξησε την περίσφιξη (Σχ.2.14). 38

39 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Φαίνεται, λοιπόν, ότι ο μανδύας από ανθρακούφασμα είναι αποτελεσματικός για την βελτίωση της πλαστιμότητας των υποστυλωμάτων με ή χωρίς προεξοχές μορφής τοιχωμάτων. Στην περίπτωση των υποστυλωμάτων που έχουν προεξοχές μορφής τοιχωμάτων με σχισμή (αρμό) στη διεπιφάνεια πτερυγίων-στύλων η αντοχή και η δυσκαμψία πλησιάζουν αυτές των μεμονωμένων υποστυλωμάτων, η πλαστιμότητα όμως αυξάνεται λόγω των σχισμών. Επίσης όταν αυτού του είδους υποστυλώματα ενισχυθούν με μανδύα από ανθρακοϋφασμα συμπεριφέρονται όμοια με τα μεμονωμένα υποστυλώματα που ενισχύθηκαν. Ο μανδύας από ανθρακοϋφασμα στις διευρυμένες διατομές στύλων με προεξοχές μορφής τοιχωμάτων, φαίνεται να αυξάνει την αντοχή και την πλαστιμότητα τους. Οι Saiidi, et al, (2000) μελέτησαν πειραματικά την αποτελεσματικότητα της σεισμικής ενίσχυσης με ινοϋφάσματα υποστυλωμάτων Ο/Σ γέφυρας. Συγκεκριμένα τα υποστυλώματα της γέφυρας Mission Gothic στο Los Angeles είχαν αρχιτεκτονικές διαπλατύνσεις που οι μελετητές υπέθεσαν ότι θα θρυμματιστούν κατά την διάρκεια ενός μεγάλου σεισμού και θα επιτρέψουν το σχηματισμό πλαστικής άρθρωσης στην άκρη των υποστυλωμάτων. Κατά την διάρκεια όμως του σεισμού (Northridge 1994), οι διαπλατύνσεις ενίσχυσαν την καμπτική αντοχή των άκρων και μετατόπισαν την πλαστική άρθρωση σε ένα σημείο κοντά στο μέσο των υποστυλωμάτων. Η μείωση του ανοίγματος διάτμησης οδήγησε σχεδόν σε διπλασιασμό της αναπτυσσόμενης τέμνουσας και στην αστοχία των στύλων. Κατασκευάστηκαν τρία δοκίμια υπό κλίμακα 30%, ένα παρθενικό πιλοτικό δοκίμιο και δύο όμοια με το παρθενικό που ενισχύθηκαν το ένα με μανδύα υαλοϋφάσματος και το άλλο με ανθρακοϋφάσματος. Συγκεκριμένα επειδή τα υποστυλώματα είχαν μεταβλητή διατομή καθ ύψος (Σχ.2.15), για να μηδενιστούν οι αλλαγές στις διευθύνσεις των ινών, οι μανδύες κατασκευάστηκαν από σειρές λωρίδων ΙΟΠ. Το πάχος και ο αριθμός των λωρίδων μειώθηκε στη ζώνη όπου ήταν επιθυμητό να δημιουργηθεί η πλαστική άρθρωση. διατομή 1-1 διατομή 2-2 διατομή 3-3 διατομή 4-4 Σχήμα 2.15 Διαστάσεις και διατομές των δοκιμίων των Saiidi et al. 39

40 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Ο κύριος στόχος ήταν να αυξηθεί η διατμητική αντοχή των υποστυλωμάτων. Και οι δύο μέθοδοι ενίσχυσης ήταν αποτελεσματικές στο να αλλάξουν τον τρόπο αστοχίας από καμπτοδιατμητικό σε καμπτικό και στο να βελτιώσουν την πλαστιμότητα μετακινήσεων. Σχήμα 2.16 Λεπτομέρειες του μανδύα με ΙΟΠ (Saiidi et al 2000). Κατά την διάρκεια των πειραμάτων το αξονικό φορτίο ήταν 285 kn και αντιστοιχούσε στα ίδια βάρη του πραγματικού υποστυλώματος. Στο αρχικό πιλοτικό δοκίμιο, καμπτικές και διατμητικές ρωγμές άρχισαν να φαίνονται κατά τον τρίτο κύκλο φόρτισης (0,45g). Όσο η επιτάχυνση στη σεισμική τράπεζα αυξανόταν, οι ρωγμές διευρύνονταν και ξεκίνησε η θραύση του σκυροδέματος στην θλιβόμενη ζώνη. Η θραύση του σκυροδέματος ακολουθήθηκε από λυγισμό των ράβδων και θραύση μερικών συνδετήρων. Κατά την διάρκεια της τελευταίας μέγιστης επιτάχυνσης (1g) έγινε θραύση αρκετών διαμήκων ράβδων εξαιτίας βραχυχρόνιας κόπωσης. Τα πειράματα έδειξαν ότι πολλοί συνδετήρες διέρρευσαν κατά τη μέγιστη φόρτιση με αποτέλεσμα την εξάντληση της διατμητικής αντοχής στη ζώνη πλαστικής άρθρωσης. Και τα δύο ενισχυμένα δοκίμια είχαν παρόμοια συμπεριφορά. Μικρές ρωγμές παρατηρήθηκαν κυρίως στη σύνδεση των λωρίδων ΙΟΠ και στη ζώνη πλαστικής άρθρωσης. Ακόμη και όταν αποκολλήθηκαν οι λωρίδες μετά το πείραμα στην πλαστική άρθρωση, δεν εμφανίσθηκαν διατμητικές ρωγμές. Και τα δύο δοκίμια αστόχησαν καμπτικά με τελική θραύση των διαμήκων ράβδων στην προκαθορισμένη περιοχή πλαστικής άρθρωσης. Στο σχήμα 2.17 φαίνεται το διάγραμμα δύναμης μετατόπισης για όλα τα δοκίμια, όπου το δοκίμιo FA είναι παρθενικό πιλοτικό, FRG είναι το ενισχυμένο με μανδύα υαλοϋφάσματος και FRC είναι το ενισχυμένο με μανδύα ανθρακοϋφάσματος. 40

41 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Μετατόπιση (in) Δύναμη (kn) δοκίμιο Δύναμη (kips) δοκίμιο δοκίμιο Μετατόπιση (mm) Σχήμα 2.17 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης για όλα τα δοκίμια των Saiidi et al. Η μέθοδος εφαρμογής λωρίδων ΙΟΠ, σε υποστυλώματα με μεταβλητή καθ ύψος διατομή, με την μορφή μανδύα, φαίνεται ότι είναι αποτελεσματική. Αύξησε την αρχική δυσκαμψία των δοκιμίων, την διατμητική αντοχή, και την πλαστιμότητα μετατοπίσεων. Οι μανδύες άλλαξαν τον τρόπο αστοχίας από καμπτο-διατμητικό σε καμπτικό. Η σεισμική συμπεριφορά των υαλοϋφασμάτων και ανθρακοϋφασμάτων ήταν παρόμοια. Οι Priestley et al, (1992,1993) μελέτησαν πειραματικά τη βελτίωση της σεισμικής συμπεριφοράς των κοντών υποστυλωμάτων με χρήση μανδυών από ΙΟΠ με ίνες υάλου. Κατασκευάστηκαν έξι δοκίμια κοντών υποστυλωμάτων (με ανοίγματα διάτμησης 2.0). Τα τρία δοκίμια είχαν ορθογωνική διατομή 61x40cm, ίδιο ποσοστό διαμήκους οπλισμού ρ l =0.025 και συνδετήρες 6.35/125mm. Τα υπόλοιπα τρία δοκίμια είχαν κυκλική διατομή διαμέτρου 61cm, διαμήκη οπλισμό και συνδετήρες 6.35/125mm. Το όριο διαρροής των οπλισμών και η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος των δοκιμίων ήταν f y = 469MPa και f c = 34.5MPa αντιστοίχως. Οι διαμήκεις οπλισμοί ήταν συνεχείς χωρίς παραθέσεις. Στο σχήμα 2.18 φαίνονται οι διαστάσεις και οι οπλισμοί των δοκιμίων με κυκλική διατομή. Η σεισμική συμπεριφορά των μη ενισχυμένων δοκιμίων (ενός με ορθογωνική διατομή και ενός με κυκλική διατομή), τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ως βάση αξιολόγησης της αποδοτικότητας της ενίσχυσης των άλλων δοκιμίων, χαρακτηριζόταν από διατμητικού τύπου αστοχία κατά τους πρώτους κύκλους φόρτισης η οποία συνοδεύτηκε από ιδιαίτερα έντονη πτώση της αντοχής. 41

42 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σχήμα 2.18 Διαστάσεις και οπλισμοί των δοκιμίων, των Priestley et al, με κυκλική διατομή. Η προσεισμική ενίσχυση των υπολοίπων τεσσάρων δοκιμίων έγινε ως εξής: Ο μανδύας από ΙΟΠ (υαλοϋφάσματος) των υποστυλωμάτων της ορθογωνικής διατομής επέβαλλε μόνον παθητική περίσφιξη ενώ ο μανδύας συνθέτων υλικών των υποστυλωμάτων κυκλικής διατομής επέβαλλε τόσο ενεργό (πλήρωση με εποξειδική ρητίνη ή τσιμεντοκονία) όσο και παθητική περίσφιξη. Η σεισμική συμπεριφορά όλων των ενισχυμένων υποστυλωμάτων ήταν ιδιαίτερα επιτυχής. Ο ψαθυρός τύπος αστοχίας που παρουσιάζουν τα κοντά υποστυλώματα σε σεισμική καταπόνηση μεταβλήθηκε στα αντίστοιχα ενισχυμένα σε πλάστιμο καμπτικό. Στα σχήματα 2.19 και 2.20 φαίνονται οι βρόχοι υστέρησης των δοκιμίων κυκλικής διατομής πριν και μετά την ενίσχυση αντίστοιχα. Σχ Βρόχοι υστέρησης πριν την ενίσχυση Σχ.2.20 Βρόχοι υστέρησης μετά την ενίσχυση Τα ανωτέρω αναφέρονται στις δυνατότητες προσεισμικής ενίσχυσης με σύνθετα υλικά. Οι ίδιοι ερευνητές εξετάζουν την περίπτωση της μετασεισμικής επισκευής-ενίσχυσης των κοντών υποστυλωμάτων γεφυρών με τη χρήση ΙΟΠ(υαλοϋφάσματος). Βασικοί στόχοι ήταν να ανακτηθεί η αρχική δυσκαμψία του στοιχείου και εάν είναι δυνατόν να μεταβληθεί στο ενισχυμένο δοκίμιο ο τύπος αστοχίας από ψαθυρός διατμητικού τύπου σε πλάστιμο καμπτικού τύπου. Όλοι οι ανωτέρω στόχοι επετεύχθησαν πλήρως. Συνεπώς, φάνηκε ότι οι 42

43 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή μανδύες με σύνθετα υλικά είναι αποδοτικοί και για τη μετασεισμική ενίσχυση υποστυλωμάτων γεφυρών. Ο Yamamoto (1992), μελέτησε πειραματικά την σεισμική ενίσχυση υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με ΙΟΠ. Έγιναν δύο ειδών πειράματα για να ξεκαθαριστεί η επιρροή των ΙΟΠ στην ενίσχυση για μονοαξονική φόρτιση και στην καμπτο-διατμητική συμπεριφορά των υποστυλωμάτων. Στον πρώτη σειρά πειραμάτων τρεις τύποι δοκιμίων κατασκευάστηκαν για μονοαξονική φόρτιση, 2 κυλινδρικά δοκίμια : 10cm διάμετρος x 20cm,15cm διάμετρος x 30cm και ένα πρισματικό :10 x 10 x 20. Τα δοκίμια τυλίχθηκαν σ όλες τις πλευρές με μανδύες από ΙΟΠ ή ανά αποστάσεις με λωρίδες ΙΟΠ. Η αντοχή των ενισχυμένων με ΙΟΠ δοκιμίων βρέθηκε 3 φορές μεγαλύτερη από τα παρθενικά δοκίμια. Η αύξηση της αντοχής είναι ανάλογη του ποσοστού του οπλισμού περίσφιξης ΙΟΠ. Σχήμα 2.21Δοκίμιο υποστυλώματος (Yamamoto 1992). Στη δεύτερη σειρά πειραμάτων: (καμπτο-διατμητικά πειράματα) κατασκευάστηκαν πέντε δοκίμια υποστυλωμάτων υπό κλίμακα 1:4. Τα δοκίμια είχαν διαστάσεις και διατομή που φαίνονται στο σχήμα 2.21, είχαν επίσης ανεπαρκή διατμητικό οπλισμό. Από τα 5 δοκίμια το πρώτο ήταν πιλοτικό (παρθενικό), το 2 ο ενισχύθηκε με ΙΟΠ με ίνες άνθρακα, το 3 ο με ΙΟΠ με ίνες υάλου, το 4 ο με συνδετήρες, και το 5 ο με πλέγμα και σκυρόδεμα (Σχ. 2.23). Η ακαμψία του 5 ου δοκιμίου ήταν 1,2 φορές η ακαμψία του 1 ου. Τα υφάσματα τοποθετήθηκαν σε λωρίδες περίσφιξης ανά αποστάσεις (Σχ.2.22). Σχήμα 2.22 Μέθοδος ενίσχυσης με ΙΟΠ (Yamamoto 1992). 43

44 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σχήμα 2.23 Μέθοδος ενίσχυσης με πλέγμα και σκυρόδεμα (Yamamoto 1992). Σχήμα 2.24 Διαγράμματα δύναμης μετατόπισης για τα πέντε δοκίμια του Yamamoto. Τα κυριότερα συμπεράσματα από την πειραματική μελέτη του Yamamoto ήταν: 1. Η ενίσχυση με ΙΟΠ μπορεί να βελτιώσει ικανοποιητικά (και με οικονομικό τρόπο) την αντοχή και την πλαστιμότητα υποστυλωμάτων Ο/Σ. 2. Η μονοαξονική αντοχή του ενισχυμένου με ΙΟΠ σκυροδέματος αυξήθηκε 3 φορές σε σχέση με αυτή του μη ενισχυμένου, (στα συγκεκριμένα πειράματα). 3. Μπορεί να φανεί (από το Σχ.2.24) ότι οι εσωτερικοί συνδετήρες και η εξωτερική ενίσχυση με ΙΟΠ λειτουργούν μαζί. 4. Η αύξηση της αντοχής (ως ένα σημείο) είναι ανάλογη του ποσοστού οπλισμού περίσφιξης με ΙΟΠ. Οι Nagai et al, (1999), μελέτησαν πειραματικά υποστυλώματα οπλισμένου σκυροδέματος κατασκευαστικά διαμορφωμένους με μέσου ύψους τοιχώματα (Σχ. 2.25), που ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα. Τα δοκίμια ήταν 13 υποστυλώματα Ο/Σ με μέσου ύψους τοιχώματα. Κύριοι παράμετροι ήταν: το πάχος και το ύψος των εφαπτόμενων τοιχωμάτων, η αξονική φόρτιση και το ποσό των ινοϋφασμάτων. Η μέθοδος ενίσχυσης ήταν με τύλιγμα του πάνω τμήματος των υποστυλωμάτων με υφάσματα υπό μορφή μανδύα. Επίσης στα μέσου ύψους τοιχώματα ανοίχθηκαν τρύπες για να αγκυρωθεί το ύφασμα του ΙΟΠ στο κάτω τμήμα του στύλου (Σχ.2.25). 44

45 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σχήμα 2.25 Μέθοδοι ενίσχυσης των Nagai et al. Πίνακας 2.5 Λίστα δοκιμίων των Nagai et al. Δοκίμια Διατομή Ράβδοι οπλισμού Αξονική φόρτιση (kn) Ενεργό ύψος h e (cm) Ύψος τοιχωμάτων h w (cm) Πάχος τοιχωμάτων t w (cm) Βάρος υφάσματος (g/m 2 ) X στρώση Νο Νο Χ 1 Νο Χ Χ 1 Νο Χ Χ 1 Νο. 1-C2 μόνο στύλος Νο D Νο Χ 1 Νο Νο Χ 1 Νο Χ 1 Νο Νο Χ Νο Φ Χ 1 Η διατομή των υποστυλωμάτων ήταν 300x300mm και η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος των δοκιμίων 24MPa. Στον πίνακα 2.5 φαίνονται οι διατομές και τα χαρακτηριστικά των δοκιμίων. Από τα 13 δοκίμια το ένα είναι μόνο υποστύλωμα και 4 είναι πιλοτικά δοκίμια για σύγκριση χωρίς ενίσχυση για κάθε διαφορετικό τύπο δοκιμίου. Στα πιλοτικά δοκίμια παρατηρήθηκαν διατμητικές ρωγμές στο πάνω μέρος του υποστυλώματος, οι οποίες εκτείνονταν και στις δύο θλιβόμενες παρειές. Αυτά τα δοκίμια έδειξαν ψαθυρή συμπεριφορά. Η αστοχία ήταν από διαγώνιο εφελκυσμό. Δεν παρατηρήθηκε διαρροή των διαμήκων ράβδων. Στα ενισχυμένα δοκίμια πρώτα αρχίζουν διατμητικά ρήγματα στα μέσου ύψους τοιχεία και στις δύο πλευρές, μετά παρατηρούνται καμπτικά ρήγματα και στα δύο άκρα του στύλου που επεκτείνονται όσο αυξάνει η μετατόπιση. 45

46 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Διαπιστώθηκε μεγάλη βελτίωση της πλαστιμότητας των δοκιμίων με διατμητικού τύπου αστοχία, όταν αυτά ενισχύονται με ανθρακοϋφασμα. Με την αύξηση στην ποσότητα των υφασμάτων η πλαστιμότητα αυξάνεται περαιτέρω. Τα δοκίμια που ενισχύονται χρησιμοποιώντας και αγκυρώσεις (με αγκύρια άνθρακα) δείχνουν μεγαλύτερη πλαστιμότητα από τα δοκίμια στα οποία ενισχύεται μόνο το πάνω τμήμα του υποστυλώματος. Από τα δοκίμια που δεν ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα (πιλοτικά) παρατηρήθηκε ότι η ανθεκτικότητα των υποστυλωμάτων μειώνεται όσο αυξάνει το πάχος του τοιχώματος, το ύψος, και η εκκεντρότητα. Για τα δοκίμια που ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα παρατηρήθηκε επίσης μείωση της αντοχής των υποστυλωμάτων όσο αυξανόταν το πάχος και το ύψος των τοιχωμάτων. Δηλαδή η αύξηση των διαστάσεων των τοιχωμάτων επηρεάζει αρνητικά την αντοχή των υποστυλωμάτων σε κάθε περίπτωση. Υπήρξε όμως μια αύξηση στην αντοχή όσο αυξανόταν η εκκεντρότητα των τοιχωμάτων. Γενικά η συμπεριφορά των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν καλή. Οι Zhang et al, (1999) μελέτησαν πειραματικά την σεισμική συμπεριφορά υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος που ενισχύθηκαν με μανδύες ΙΟΠ. Οκτώ δοκίμια υποστυλωμάτων τετραγωνικής διατομής 250x250mm εξετάστηκαν υπό ανακυκλιζόμενη εγκάρσια φόρτιση με ταυτόχρονη επιβολή σταθερής αξονικής φόρτισης. Ένα από τα δοκίμια χρησιμοποιήθηκε ως πιλοτικό. Ο τρόπος αστοχίας ήταν διατμητική αστοχία μετά την διαρροή των διαμήκων ράβδων από εφελκυσμό. Οι διαστάσεις και ο οπλισμός φαίνονται στον πίνακα 2.6. Τα υπόλοιπα δοκίμια ενισχύθηκαν με μανδύες ινουφασμάτων άνθρακα ή αραμιδίου. Υπήρχαν δύο δοκίμια όπου οι στρώσεις των ινουφασμάτων στις περιοχές πλαστικών αρθρώσεων ήταν διαφορετικές από το άλλο τμήμα. Το μήκος πλαστικής άρθρωσης καθορίζεται σε 1,5 D. Οι γωνίες των υποστυλωμάτων στρογγυλέφθηκαν για να αποφύγουν τις συγκεντρώσεις εφελκυστικών τάσεων των υφασμάτων. Πίνακας 2.6 Διαστάσεις και οπλισμοί δοκιμίων, αριθμός στρώσεων ινοϋφασμάτων Δοκίμια Μεθοδοι ενίσχυσης Ζώνη πλαστκής Άλλα τμήματα άρθρωσης Ατένεια ινουφασμάτων (GPa*mm) CR97A-S CF μία στρώση CFRP μία στρώση CFRP 25.6 CF τέσσερις στρώσεις CFRP τέσσερις στρώσεις CFRP AF τέσσερις στρώσεις ΑFRP τέσσερις στρώσεις ΑFRP 90.8 AF4S-2-97 τέσσερις στρώσεις ΑFRP τέσσερις στρώσεις ΑFRP 90.8 R98F-A11 μία στρώση ΑFRP μία στρώση ΑFRP 22.7 R98F-A20 δύο στρώσεις ΑFRP R98F-A21 δύο στρώσεις ΑFRP μία στρώση ΑFRP 45.4 Άνοιγμα διάτμησης : Μ/(VD)=2.0 Διαμήκης ράβδοι : 12-D13(SD346) P g =2.44% Εγκάρσιος 60(SD295A) P w =0.43% 46

47 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Δείκτης πλαστιμότητας Ατένεια Ε*t (GPa*mm) Σχήμα 2.26 Σχέση μεταξύ πλαστιμότητας και ατένειας ινοϋφάσματος (Zhang et al, 1999) Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων φαίνεται ότι οι μανδύες από σύνθετα υλικά μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο αστοχίας από διατμητικό σε καμπτικό. Όμως όταν οι στρώσεις των ινοϋφασμάτων ενίσχυσης δεν είναι αρκετές τα υποστυλώματα αστοχούν στη θλιβόμενη (από κάμψη) ζώνη και η πλαστιμότητα είναι φτωχή. Για να έχουν καλή πλαστιμότητα τα ενισχυμένα υποστυλώματα Ο/Σ πρέπει τα ινουφάσματα να έχουν ορισμένη ατένεια. Συγκεκριμένα η πλαστιμότητα των υποστυλωμάτων αυξανόταν ανάλογα με την αύξηση της ατένειας των ινουφασμάτων (Σχ.2.26). Τέλος, οι Seible et al, (1999) μελέτησαν πειραματικά την σεισμική ενίσχυση υποστυλωμάτων τοξοτών γεφυρών με χρήση μανδυών από ΙΟΠ. Κατασκευάστηκαν 5 μεγάλης κλίμακας (80%) δοκίμια, 1 πιλοτικό και 4 ενισχυμένα με μανδύες. Τα δοκίμια ήταν τετραγωνικής διατομής υποστυλώματα τοξοτών γεφυρών. Εξετάστηκαν διάφορα σχήματα ενίσχυσης με χρήση μανδυών ινοπλισμένων πολυμερών. Τα προβλήματα για την ενίσχυση ήταν: Η άγνωστη απόκριση της κεκλιμένης εσωτερικής επιφάνειας μεταξύ του υποστυλώματος και της τοξωτής δοκού (Σχ. 2.27). Η συμπεριφορά των παραθέσεων του διαμήκους οπλισμού του υποστυλώματος στην κορυφή των τοξοτών γεφυρών. Χρησιμοποιήθηκαν 4 σχήματα ενίσχυσης, ένα με υαλοϋφάσματα με εποξειδική ρητίνη και τρία με ανθρακοϋφάσματα τα οποία εφαρμόστηκαν με την μορφή μανδύα. Το πιλοτικό δοκίμιο έδειξε σταθερή υστερητική απόκριση για επίπεδο πλαστιμότητας μετατοπίσεων μ Δ =4, για μεγαλύτερα επίπεδα μετατόπισης ακολουθεί αστοχία της πρόσφυσης των παραθέσεων του διαμήκους οπλισμού του υποστυλώματος με την δημιουργία κατακόρυφων ρωγμών στην περιοχή των παραθέσεων και ακολούθως θραύση του σκυροδέματος επικάλυψης. Τρία (Α,C,D) από τα 4 συστήματα ενίσχυσης ΙΟΠ (μανδύες) επικεντρώθηκαν στον κόμβο προσαρμογής (λοξό τμήμα υποστυλώματος) και ένα σύστημα (Β) ένωσε τον μανδύα από 47

48 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή ΙΟΠ του υποστυλώματος, με το τόξο της δοκού για να βελτιώσει την απόκριση της διεπιφάνειας στύλου τοξωτής δοκού (βλ σχήμα 2.27). αρμός Σύστημα ενίσχυσης (A) Σύστημα ενίσχυσης (B) Σύστημα ενίσχυσης (C) Σύστημα ενίσχυσης (D) Σχήμα 2.27 Λεπτομέρειες των τεσσάρων συστημάτων ενίσχυσης των Seible et al. Πιλοτικό δοκίμιο Σύστημα ενίσχυσης (Α) Σύστημα ενίσχυσης (B) Σύστημα ενίσχυσης (C) Σύστημα ενίσχυσης (D) Σχήμα 2.28 Βρόχοι υστέρησης των δοκιμίων των Seible et al. Μόνο το τελευταίο σύστημα ενίσχυσης (Β) βρέθηκε ότι βελτίωσε την σεισμική απόκριση. Τα τρία άλλα συστήματα δεν βελτίωσαν την συμπεριφορά στο σεισμό και αστόχησαν στην 48

49 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή κεκλιμένη διεπιφάνεια μεταξύ υποστυλώματος και τοξωτής δοκού. Μόνο το σχήμα ενίσχυσης (Β) που ένωσε τον μανδύα ΙΟΠ με την τοξωτή δοκό και άφησε μια μη ενισχυμένη περιοχή (κατασκευαστικός αρμός), απέτρεψε την αστοχία ολίσθησης και πέτυχε πλάστιμη καμπτική απόκριση. Όλα τα συστήματα ενίσχυσης στερέωσαν το τμήμα προσαρμογής του στύλου, ένα όμως σύστημα άλλαξε τον τρόπο αστοχίας στον επιθυμητό πλάστιμο καμπτικό. Πρέπει να δοθεί έμφαση κατά την ανάπτυξη ενός σχήματος ενίσχυσης στον τρόπο με τον οποίο το σύστημα μπορεί να αλλάξει τον τρόπο αστοχίας Αύξηση πλαστιμότητας (περίσφιξη) Ένας τρόπος αστοχίας είναι η αστοχία περίσφιξης στις περιοχές καμπτικών πλαστικών αρθρώσεων όπου μετά τις καμπτικές ρηγματώσεις έχουμε θραύση και αποκόλληση του σκυροδέματος επικάλυψης, λυγισμό των διαμήκων ράβδων, αστοχία από θλίψη του πυρήνα σκυροδέματος που οδηγεί σε καταστροφή της πλαστικής άρθρωσης. Η αστοχία στις πλαστικές αρθρώσεις τυπικά εμφανίζεται με κάποια πλαστιμότητα μετατοπίσεων και περιορίζεται στις κοντύτερες περιοχές του υποστυλώματος. Επειδή αυτές οι αστοχίες είναι λιγότερο καταστρεπτικές και εξαιτίας της μεγάλης καμπτικής ανελαστικής παραμόρφωσης, είναι περισσότερο επιθυμητές από τις ψαθυρές διατμητικές αστοχίες των υποστυλωμάτων. Σκοπός της περίσφιξης είναι να εμποδίσει την θραύση και αποκόλληση του σκυροδέματος επικάλυψης, να στηρίξει εγκάρσια τον διαμήκη οπλισμό και να ενισχύσει την αντοχή του σκυροδέματος και την ικανότητα παραμόρφωσης [Seible 1997]. Ένας άλλος τρόπος αστοχίας είναι στα υποστυλώματα με ματίσεις όπου για την ευκολία της κατασκευής αναμονές υπάρχουν στη βάση του υποστυλώματος για να συνδεθούν και να αποτελέσουν την συνέχεια των διαμήκων ράβδων. Αυτές οι ματίσεις όμως γίνονται σε περιοχές μέγιστων καμπτικών απαιτήσεων του υποστυλώματος π.χ. στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης. Εφόσον λοιπόν η περίσφιξη δεν είναι επαρκής, η καμπτική αντοχή του υποστυλώματος μπορεί να αναπτυχθεί και να διατηρηθεί όταν αποτραπεί η αποκόλληση των ματισμένων ράβδων. Όταν λοιπόν συμβαίνει αποκόλληση των ματισμένων ράβδων με παράθεση, κατακόρυφα ρήγματα αναπτύσσονται στο σκυρόδεμα επικάλυψης και με την πρόοδο της αποκόλλησης αυξάνεται η διαστολή και η θραύση του σκυροδέματος επικάλυψης. Στις περιπτώσεις κοντών αναμονών καθώς και με λίγο εγκάρσιο οπλισμό μπορεί να συμβεί γρήγορα μείωση της καμπτικής αντοχής και χαμηλή καμπτική πλαστιμότητα. Με περίσφιξη (μανδύες μεταλλικούς ή ΙΟΠ) ενισχύουμε και αποτρέπουμε τους προηγούμενους τρόπους αστοχίας [Seible 1997]. Οι Priestley et al, (1991,1995 & 1996) εξετάζουν την αποδοτικότητα των μανδυών από σύνθετα υλικά στην αποτροπή της αστοχίας των ανεπαρκών παραθέσεων των διαμήκων οπλισμών υποστυλωμάτων παλαιών γεφυρών και στη βελτίωση της σεισμικής συμπεριφοράς των δομικών αυτών στοιχείων. Επίσης, συγκρίνουν την αποδοτικότητα των μανδυών με σύνθετα υλικά με την αποδοτικότητα μεταλλικών μανδυών (συνήθης τρόπος ενίσχυσης 49

50 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή υποστυλωμάτων γεφυρών στις Η.Π.Α.). Για το σκοπό αυτό κατασκευάζονται πέντε δοκίμια υποστυλωμάτων γεφυρών υπό κλίμακα 1:2.4, τα οποία ήταν αντιπροσωπευτικά των υποστυλωμάτων των γεφυρών που κατασκευάστηκαν στις δεκαετίες του 1950 και Τα δοκίμια ανοίγματος διάτμησης 6.0 και κυκλικής διατομής διαμέτρου 6.1cm είχαν διαμήκη οπλισμό 26 19mm και συνδετήρες 6.35/125mm. Το όριο διαρροής των οπλισμών και η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος ήταν f y = 315MPa και f c = 34.5MPa αντιστοίχως. Οι διαμήκεις οπλισμοί των υποστυλωμάτων αυτών παρετίθεντο στη βάση με ανεπαρκές μήκος παράθεσης 20 ( =διάμετρος διαμήκους οπλισμού). α) παρθενικό δοκίμιο β) ενισχυμένο δοκίμιο Σχήμα 2.29 Βρόχοι υστέρησης παρθενικού και ενισχυμένου δοκιμίου των Priestley et al. Το ένα από τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκε ως δοκίμιο ελέγχου υποβλήθηκε σε ισχυρή σεισμική καταπόνηση και παρουσίασε από τους πρώτους κύκλους φόρτισης αστοχία πρόσφυσης των διαμήκων οπλισμών κατά μήκος της παράθεσης, η οποία οδήγησε σε ραγδαία επιδείνωση των μηχανικών αντισεισμικών ιδιοτήτων του δοκιμίου. Τα υπόλοιπα τέσσερα δοκίμια ενισχύονται προσεισμικά είτε με μεταλλικό μανδύα είτε με μανδύα από ανθρακοϋφάσματα, ο οποίος περιελάμβανε τόσο ενεργό όσο και παθητική περίσφιξη και υποβάλλονται σε σεισμική φόρτιση. Η ενεργητική περίσφιξη επιτυγχάνεται είτε με προένταση των οριζόντιων ταινιών περιτύλιξης, είτε αφήνοντας ένα κενό μεταξύ μανδύα από ΙΟΠ και υποστυλώματος, το οποίο γεμίζει είτε με εποξειδική ρητίνη υπό πίεση, είτε με τσιμεντένεμα υπό πίεση. Η σεισμική συμπεριφορά όλων των ενισχυμένων δοκιμίων μπορεί να χαρακτηρισθεί ως ιδιαίτερα επιτυχής. Οι υστερητικοί βρόχοι και των τεσσάρων ενισχυμένων δοκιμίων ήταν εξαιρετικά βελτιωμένοι συγκριτικά με αυτούς του δοκιμίου ελέγχου (Σχ2.29). Και οι δύο τύποι ενίσχυσης αποτρέπουν τον κίνδυνο πρόωρης αστοχίας πρόσφυσης στις ανεπαρκείς παραθέσεις των διαμήκων οπλισμών των στύλων. Η σεισμική συμπεριφορά δοκιμίου ενισχυμένου με χαλύβδινο μανδύα ήταν εφάμιλλη αυτής δοκιμίου ενισχυμένου με σύνθετα υλικά. 50

51 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι Saadatmanesh et al, (1996 & 1997) εκπόνησαν μία πειραματική εργασία όπου βελτιώνουν τις μηχανικές αντισεισμικές ιδιότητες των υποστυλωμάτων γεφυρών που κατασκευάστηκαν προ του 1970 με τη χρήση μανδυών από ανθρακοϋφάσματα, που προσδίδουν ενεργό και παθητική περίσφιξη. Χρησιμοποιήθηκαν δοκίμια υπό κλίμακα 1:5 τόσο ορθογωνικής διατομής όσο και κυκλικά. Στο σχήμα 2.30 φαίνονται τα υποστυλώματα των γεφυρών καθώς και τα σχήματα ενεργητικής και παθητικής ενίσχυσης για τα κυκλικής διατομής υποστυλώματα. Επίσης φαίνονται τα σχήματα ενίσχυσης για τα ορθογωνικής διατομής υποστυλώματα. Χρησιμοποιήθηκαν δοκίμια υποστυλωμάτων με ματίσεις, όπου για την ευκολία της κατασκευής αναμονές υπάρχουν στη βάση του στύλου για να συνδεθούν και να αποτελέσουν την συνέχεια των διαμήκων ράβδων, καθώς και δοκίμια με συνεχείς διαμήκης ράβδους. Ενισχυμένο με ΙΟΠ υποστύλωμα Μη ενισχυμένο υποστύλωμα Συνθετικό ύφασμα Συνθετικό ύφασμα Τσιμεντένεμα υπό πίεση Οπλισμένο σκυρόδεμα υποστλώματος Παθητική περίσφιξη Ενεργητική περίσφιξη Συνθετικό ύφασμα Συνθετικό ύφασμα Παρθενικό υποστύλωμα Τσιμεντένεμα Παρθενικό υποστύλωμα Παθητική περίσφιξη Ενεργητική περίσφιξη Σχήμα 2.30 Υποστυλώματα των γεφυρών και σχήματα ενεργητικής και παθητικής ενίσχυσης. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι οι μανδύες αυτοί ήταν ικανοί, με την περίσφιξη που προσδίδουν, να βελτιώσουν σημαντικά τις συνθήκες πρόσφυσης των ανεπαρκών παραθέσεων των διαμήκων οπλισμών των υποστυλωμάτων στη βάση τους. Στο σχήμα 2.31 φαίνονται ενδεικτικά οι βρόγχοι υστέρησης για παρθενικό καθώς και για ενισχυμένο δοκίμιο υποστυλώματος κυκλικής διατομής με ενεργητική και παθητική περίσφιξη αντίστοιχα. 51

52 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σχήμα 2.31 Βρόχοι υστέρησης για παρθενικό, με ενεργητική και παθητική περίσφιξη αντίστοιχα των Saadatmanesh et al. Η σεισμική συμπεριφορά όλων των ενισχυμένων δοκιμίων μπορεί να χαρακτηρισθεί ως ιδιαίτερα επιτυχής. Οι υστερητικοί βρόχοι των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν εξαιρετικά βελτιωμένοι συγκριτικά με αυτούς του δοκιμίου ελέγχου (Σχ. 2.31). Η Πανταζοπούλου, (2000 β) μελέτησε πειραματικά την αποτελεσματικότητα μανδυών ΙΟΠ ως μέσων επισκευής στοιχείων Ο/Σ, τα οποία έχουν υποστεί σημαντική μείωση αντοχής και πλαστιμότητας λόγω διάβρωσης του μεταλλικού οπλισμού και ρηγμάτωσης της επικάλυψης. Βασική επιδίωξη των μεθόδων επισκευής ήταν η ταυτόχρονη αύξηση των δεικτών μηχανικής συμπεριφοράς μέσω περίσφιγξης και η μείωση του ρυθμού διάβρωσης μέσω ανακοπής της τροφοδοσίας του συστήματος από τα βασικά συστατικά της αντίδρασης (Ο 2,Η 2 0,Cl - ). Αυτό επιτεύχθηκε με συνδυασμό του μανδύα που είναι αδιαπέρατος με πρόσθετες στεγανοποιητικές επεμβάσεις για ανακοπή της έξωθεν και έσωθεν διάχυσης χλωριόντων και αλκαλοειδών. Στο σχήμα 2.32 φαίνεται η διάταξη των οπλισμών και ενδεικτικά η ρηγμάτωση των δοκιμίων πριν την επισκευή. Και στο σχήμα 2.33 φαίνεται η λειτουργία του μανδύα. Σχήμα 2.32 Διάταξη οπλισμών και ρηγμάτωση δοκιμίων Σχήμα 2.33 Λειτουργία μανδύα Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους επισκευής (αντικατάσταση της επικάλυψης) όλες οι μέθοδοι που συνδύαζαν μανδύα ΙΟΠ, έδειξαν βελτιωμένη συμπεριφορά ως προς όλους τους δείκτες μηχανικής συμπεριφοράς. Προένταση του μανδύα με χρήση ενέσιμων διογκούμενων κονιαμάτων μεταξύ μανδύα και στοιχείου δεν βελτίωσε τη συμπεριφορά, λειτούργησε μάλιστα αρνητικά επειδή μείωσε τη διαθέσιμη παραμορφωσιμότητα του μανδύα. Σημαντικό στοιχείο για την επιτυχία της επισκευής ήταν η χρήση επαρκούς μήκους 52

53 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή αγκύρωσης στο τέλος κάθε στρώσης. Λύσεις με μεγαλύτερο δείκτη δυσκαμψίας του ΙΟΠ (ο οποίος αυξάνεται με τον αριθμό των στρώσεων) και ΙΟΠ με μεγαλύτερη ικανότητα παραμόρφωσης ήταν οι βέλτιστες επιλογές. Καμία ιδιαίτερη προετοιμασία (πλην καθαρισμού και επίχρισης με ειδική υδατοστεγανή βαφή για προστασία από αλκαλοειδή στην ειδική περίπτωση μανδύα ανθρακοϋφάσματος) δεν απαιτείται προ του εγκιβωτισμού του στοιχείου σε μανδύα ΙΟΠ - η διαδικασία τοποθέτησης είναι σύντομη και δεν απαιτεί χρήση ικριωμάτων ή εκτενή διακοπή της ωφέλιμης λειτουργίας του στοιχείου. Ο δείκτης περίσφιγξης των μανδυών ΙΟΠ ως μέσων αύξησης της αντοχής του σκυροδέματος είναι 2.5<λ<3.5 (εφόσον έχει εξασφαλισθεί η επισκευή από άλλες μορφές αστοχίας), δηλ. η αντοχή του περισφιγμένου πυρήνα υπερβαίνει αυτήν του απερίσφικτου σκυροδέματος κατά φορές την εγκάρσια θλιπτική πίεση περίσφιγξης που εισάγει ο μανδύας. Οι Mirmiran et al, (1997) μελέτησαν πειραματικά την χρησιμότητα των συνθέτων ινών για την ενίσχυση των υποστυλωμάτων των βάθρων γεφυρών και των πασσάλων. Χαρακτηριστικά της διαστολής (διόγκωσης) του περισφιγμένου σκυροδέματος ερευνούνται χρησιμοποιώντας πειράματα μονοαξονικής θλίψης σε ένα σύνολο 54, 152.5mm x 305mm (6in x12in) κυλινδρικών δοκιμίων, από τα οποία 42 κατασκευάστηκαν με σκυροδέτηση μέσα σε σωλήνες από ίνες ύαλου, και 12 ήταν δοκίμια ελέγχου (άοπλο, απερίσφικτο σκυρόδεμα). Όλα τα συνθετικά δοκίμια αποτελούνταν από υαλοϋφάσματα με πολυεστερική ρητίνη με διαφορετικής κατεύθυνσης ίνες (Ε-glass). Η εφελκυστική αντοχή αστοχίας των ινών δίνεται από των κατασκευαστή των υαλοϋφασμάτων 1414MPa με βάση πειράματα εφελκυσμού ελασμάτων που περιέχουν 75,6% ίνες σε μια εποξειδική υβριδική ρητίνη (DER 383 / ECA 101). Το ποσοστό των ινών στα υαλοϋφάσματα των σωλήνων για αυτό το σχέδιο δόθηκαν από τον κατασκευαστή 63%-65%. Έξι διαφορετικά πάχη δοκιμάστηκαν (1.3,1.9,2.1,3.0,3.3,και 6.0 mm ή 6,9,10,14,16 και 28 στρώσεις). Διαφορετικά μείγματα σκυροδέματος με μέσο όρο αντοχών μεταξύ 20.7MPa και 46.9MPa δοκιμάστηκαν. Εκτός από την πρώτη σειρά των 12 δοκιμίων που δοκιμάστηκαν υπό φορτίο με ελεγχόμενο τρόπο, όλα τα άλλα δοκίμια φορτίστηκαν με ελεγχόμενες μετατοπίσεις σε σταθερή αναλογία 5.6mm το λεπτό. Στο σχήμα 2.34 φαίνονται οι τυπικοί τρόποι αστοχίας για δύο δοκίμια που σκυροδετήθηκαν σε σωλήνες ΙΟΠ με έξι στρώσεις. Σχήμα 2.34 Μορφές αστοχίας δύο δοκιμίων που σκυροδετήθηκαν σε σωλήνες έξι στρώσεων ΙΟΠ, των Mirmiran et al. 53

54 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Ενώ τα δοκίμια ελέγχου (πιλοτικά) αστόχησαν με διατμητικό κωνικό τρόπο, για τα συνθετικά δοκίμια η τυπική αστοχία γενικά σημαδεύτηκε από την θραύση των υαλοϋφασμάτων των σωλήνων κοντά στο μέσο ύψος του δοκιμίου. Θραύση (σχίσιμο) των εσωτερικών στρώσεων του υαλοϋφάσματος ακούστηκαν κοντά στο τέλος της διαδικασίας φόρτισης. Περίπου στο 60%-70% της φόρτισης αστοχίας, άσπρα μπαλώματα άρχισαν να φαίνονται κοντά στο μέσο ύψος του σωλήνα. Αυτό υποδεικνύει μια πλαστική ροή της ρητίνης που αφήνει μόνο άσπρες ίνες ύαλου να παραλάβουν την εγκάρσια δύναμη. Τα άσπρα μπαλώματα συνεχίζουν να μεγαλώνουν προς τα πάνω και κάτω άκρα. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων δείχνουν ότι η περίσφιξη με ΙΟΠ μπορεί ικανοποιητικά να αυξήσει την συμπεριφορά του σκυροδέματος δηλαδή και αντοχή και πλαστιμότητα. Η αποτελεσματικότητα της περίσφιξης για την αντοχή ποικίλει μεταξύ δύο και τρία, ανάλογα με το πάχος των μανδυών. Η αποτελεσματικότητα της περίσφιξης προσδιορίζεται ως ο λόγος της μέγιστης αντοχής του περισφιγμένου σκυροδέματος προς το απερίσφικτο σκυρόδεμα. Η αύξηση στην πλαστιμότητα είναι εντονότερη, δεδομένου ότι η τάση αστοχίας είναι 10 έως 15 φορές μεγαλύτερη από το απερίσφικτο σκυρόδεμα. Η αποτελεσματικότητα της περίσφιξης, εντούτοις, δεν είναι γραμμική συνάρτηση του πάχους των μανδυών, αφού η διαφορά μεταξύ των 10 και 14 στρώσεων στις σωλήνες δεν όπως αυτή μεταξύ των 6 και 10 στρώσεων στις σωλήνες. Αντίθετα από το εγκιβωτισμένο σκυρόδεμα με χάλυβα, η ανταπόκριση των εγκιβωτισμένων με ΙΟΠ, είναι διγραμμική χωρίς τον κατερχόμενο κλάδο. Η ανταπόκριση αποτελείται από τρεις διακριτές περιοχές. Στην πρώτη περιοχή, η συμπεριφορά είναι ίδια με το απερίσφικτό σκυρόδεμα, αφού η εγκάρσια διόγκωση του πυρήνα είναι ασήμαντη. Με την αύξηση των μικρορωγμών, μια ζώνη συναρμογής εισάγεται στην οποία ο σωλήνας ασκεί εγκάρσια πίεση στον πυρήνα αντιδρώντας στην τάση του πυρήνα, για μείωση της ακαμψίας. Τέλος, μια τρίτη περιοχή αναγνωρίζεται στην οποία ο σωλήνας είναι πλήρως ενεργοποιημένος, και η ακαμψία γενικά σταθεροποιείται περίπου σε ένα σταθερό ποσοστό. Η ανταπόκριση σε αυτή την περιοχή είναι κυρίως ανάλογη με την ακαμψία του σωλήνα. Τα ΙΟΠ, αντίθετα από τον χάλυβα, παρέχουν μια γραμμικά αυξανόμενη πίεση περίσφιξης που μπορεί αποτελεσματικά να περιέχει την τάση διαστολής του σκυροδέματος. Αφ ετέρου, στο εγκιβωτισμένο με χάλυβα σκυρόδεμα, μόλις διαρρεύσει ο χάλυβας, η πίεση περίσφιξης γίνεται σταθερή και ο σωλήνας καθίσταται ατελέσφορος στον περιορισμό της διαστολής. Το ποσοστό διαστολής καθορίζεται ως η εφαπτομένη του λόγου Poisson ή το ποσοστό της μεταβολής των εγκάρσιων παραμορφώσεων όσον αφορά τις αξονικές πιέσεις. Αποδεικνύεται ότι το ποσοστό διαστολής του εγκιβωτισμένου με ΙΟΠ σκυροδέματος φθάνει σε μία μέγιστη τιμή που αντιστοιχεί σε μια αντιστροφή της απόκρισης της ογκομετρικής παραμόρφωσης. Το ποσοστό διαστολής τελικά σταθεροποιείται σε μια τιμή αστοχίας που είναι μια λειτουργία της ακαμψίας του μανδύα. Ο Sheikh, (2002) μελέτησε πειραματικά την τοποθέτηση ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ) προκειμένου την ενίσχυση και επισκευή κατεστραμμένων δομικών στοιχείων σκυροδέματος, όπου είναι μια σχετικά νέα τεχνική. Η εφαρμογή ΙΟΠ στα δομικά στοιχεία σκυροδέματος εξετάζεται για την αποτελεσματικότητα ενίσχυσης των δομικών στοιχείων από την άποψη 54

55 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή της αντοχής και της πλαστιμότητας. Η έρευνα για τα υποστυλώματα έχει ιδιαίτερα εστιάσει στην βελτίωση της σεισμικής αντίστασης με την περίσφιξης τους με ΙΟΠ. Όλα τα δοκίμια που εξετάστηκαν μπορούν να θεωρηθούν ως πραγματικού μεγέθους στα δύο-τρίτα κλίμακας μοντέλα δομικών στοιχείων που χρησιμοποιούνται γενικά στην πράξη. Κατασκευάστηκαν οκτώ δοκίμια. Κάθε ένα από τα οκτώ δοκίμια αποτελείται από σκυροδετημένο υποστύλωμα μαζί με την κεφαλή με διαστάσεις: διάμετρος στύλου 356mm μήκος 1470mm και κεφαλή 510x760x810mm (Σχ.2.35). Όλα τα υποστυλώματα δοκιμάστηκαν υπό εγκάρσια ανακυκλιζόμενη φόρτιση ενώ ταυτόχρονα υποβάλλονταν σε σταθερή αξονική δύναμη κατά την διάρκεια του πειράματος. Κάθε υποστύλωμα περιείχε έξι διαμήκης ράβδους χάλυβα Φ25 και οι σπείρες αποτελούνταν από Φ10 ράβδους. Ο οπλισμός για την κεφαλή αποτελούνταν από Φ12 οριζόντιους και κατακόρυφους συνδετήρες ανά διαστήματα 64mm. Ο σχεδιασμός των δοκιμίων στόχευε να εξασφαλίσει ότι η αστοχία θα εμφανιστεί στην πλαστική περιοχή αρθρώσεων του υποστυλώματος (δηλ σε μια απόσταση 800mm από την επιφάνεια της κεφαλής), με την μείωση της κλίσης της σπείρας έξω από την περιοχή δοκιμής. Όλα τα δοκίμια σκυροδετήθηκαν μαζί σε κατακόρυφη θέση. Σχήμα 2.35 Διαστάσεις και οπλισμοί των δοκιμίων (Sheikh, 2002). Η πρώτη ομάδα των δοκιμίων αποτελούνταν από υποστυλώματα με οπλισμό χάλυβα και τα δοκίμια ήταν S-1NT, S-2NT, S-3NT και S-4NT. Τα δοκίμια S-1NT και S-2NT περιείχαν το ποσό του σπειροειδούς οπλισμού που ικανοποιούσε τον ACI και τις διατάξεις του Καναδικού κώδικα για την σεισμική αντίσταση, ενώ τα δοκίμια S-3NT και S-4NT περιείχαν πολύ λιγότερό σπειροειδή οπλισμό. Αυτά τα τέσσερα υποστυλώματα ελέγχου εξετάστηκαν έως την αστοχία για να καθιερώσουν την πρότυπη συμπεριφορά με βάση την οποία τα ενισχυμένα υποστυλώματα με ΙΟΠ θα μπορούν να συγκριθούν. Η δεύτερη ομάδα αποτελούνταν από τέσσερα υποστυλώματα ST-2NT έως ST-5NT που περιέχουν τον ίδιο σπειροειδή οπλισμό με τα δοκίμια S-3NT και S-4NT, αλλά ενισχύθηκαν με υαλοϋφάσματα ή ανθρακοϋφάσματα πριν το πείραμα. Σε όλα τα δοκίμια της σειράς S η πιο εκτενής ζημιά συγκεντρώθηκε στο υποστύλωμα σε περίπου mm από το πρόσωπο της κεφαλής. Κατά την διάρκεια του τελευταίου κύκλου, παρατηρήθηκε λυγισμός των διαμήκων ράβδων, υποδεικνύοντας την αρχή της αστοχίας. Στα δοκίμια S-1NT και S-2NT παρατηρήθηκε θραύση των σπείρων χάλυβα κατά το τέλος του πειράματος. Εντούτοις, στα δοκίμια S-3NT και S-4NT ο οπλισμός σπείρας δεν 55

56 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή διέρρευσε. Για τα δοκίμια της σειρά ST παρατηρήθηκε μια αποκόλληση του υφάσματος από το σκυρόδεμα κατά μήκος της περιφέρειας μέσα στη ζώνη της πλαστικής άρθρωσης, όπως υποδεικνύεται από την αλλαγή χρώματος του ΙΟΠ, κατά την διάρκεια του τέταρτου ή πέμπτου κύκλου όπου έχουμε θραύση του σκυροδέματος. Όσο αυξάνεται η εφαρμοζόμενη μετατόπιση, αυτή η αποκόλληση των τυλιγμένων ΙΟΠ επεκτείνεται σε μια απόσταση mm από την κεφαλή. Η πιο εκτενής ζημία για όλα τα δοκίμια που τυλίχθηκαν με ΙΟΠ εμφανίστηκε σε περίπου mm από την επιφάνεια της κεφαλής, το οποίο είναι η θέση της πρώτης θραύσης ινών. Η αστοχία σε όλα τα δοκίμια ήταν καμπτική. Καμία ρωγμή δεν εμφανίστηκε στην κεφαλή σε οποιοδήποτε δοκίμιο. Η πρόσθετη περίσφιξη που παρείχε η κεφαλή ενίσχυσε την κρίσιμη διατομή, έτσι ώστε η αστοχία πραγματοποιήθηκε σε μια θέση μικρότερης ροπής μακριά από τη κεφαλή. Μία αύξηση του αξονικού φορτίου από 0,27P o στο δοκίμιο S-2NT σε 0,54P o στο δοκίμιο S-1NT, οδήγησε στην μείωση της πλαστιμότητας και της παραμορφωσιμότητας του υποστυλώματος. Η ικανότητα διάχυσης ενέργειας (απόσβεση ) της διατομής υπό χαμηλότερο αξονικό φορτίο ήταν περίπου επτά φορές αυτή της διατομής υπό υψηλό αξονικό φορτίο. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα δοκίμια S-1NT και S-2NT σχεδιάστηκαν σύμφωνα με τις αντισεισμικές διατάξεις του ACI και του Καναδικού κώδικα. Μια αύξηση στο ποσό του σπειροειδούς οπλισμού παρέχει υψηλότερη πίεση περίσφιξης, και η μειωμένη κλίσης της σπείρας βελτιώνει την σταθερότητα των διαμήκων ράβδων, με συνέπεια την πιο πλάστιμη συμπεριφορά των υποστυλωμάτων. Τα αποτελέσματα σαφώς δείχνουν ότι ένα υποστύλωμα που σχεδιάστηκε για μη σεισμική απόκριση μπορεί να αναβαθμιστεί με σχετική ευκολία με περιτύλιξη ΙΟΠ και έχει παρόμοια ή και καλύτερη συμπεριφορά από υποστυλώματα σχεδιασμένα σύμφωνα με τις αντισεισμικές διατάξεις των κωδίκων. Η χρήση περιτυλίξεων από ανθρακοϋφάσματα και υαλοϋφάσματα βελτίωσε την σεισμική αντίσταση των υποστυλωμάτων κατά τρόπο πολύ σημαντικό. Η συμπεριφορά των περισφιγμένων με ΙΟΠ υποστυλωμάτων υπό προσομοιωμένα σεισμικά φορτία ήταν παρόμοια ή καλύτερη από αυτή των υποστυλωμάτων που σχεδιάστηκαν σύμφωνα με τις διατάξεις κωδικών της Βόρειας Αμερικής. Τα υποστυλώματα που σχεδιάστηκαν με τις χαρακτηριστικές μη αντισεισμικές λεπτομέρειες μπορούν επομένως να αναβαθμιστούν οικονομικά με σχετική ευκολία. Ο οπλισμός ΙΟΠ που απαιτήθηκε υπό αξονικό φορτίο 0.54P o ήταν ελαφρώς περισσότερο από δύο φορές από αυτόν που απαιτήθηκε υπό αξονικό φορτίο 0.27P o για παρόμοια αύξηση απόδοσης. Από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι η ενίσχυση με ΙΟΠ προσφέρει μια ελκυστική εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές τεχνικές. Σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να παρέχει την πιο οικονομική (και ανώτερη) λύση για ένα δομικό πρόβλημα αποκατάστασης. 56

57 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι Chang et al, (2001) μελέτησαν πειραματικά την σεισμική ενίσχυση υπαρχόντων υποστυλωμάτων Ο/Σ γεφυρών, που σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν στην Taiwan πριν το Περισσότερα από 60 μεγάλης κλίμακας δοκίμια εξετάστηκαν, περιλαμβάνοντας 24 δοκίμια σαν σημεία αναφοράς τα οποία σχεδιάστηκαν για να παρουσιάσουν τυπικά υποστυλώματα γεφυρών πριν και μετά το 1987 στην Taiwan. Οι διαστάσεις των ορθογωνικών και κυκλικών διατομών των υποστυλωμάτων ήταν 600mm x 750mm και 760mm διάμετρος, αντίστοιχα, κατά προσέγγιση 2/5 κλίμακα των πρωτότυπων υποστυλωμάτων. Οι χειρότερες κατασκευαστικές λεπτομέρειες που θα μπορούσαν να υπάρξουν στις πραγματικές γέφυρες εφαρμόστηκαν στα δοκίμια, όπως ο διπλός σχήματος U εγκάρσιος οπλισμός με μεγάλα διαστήματα (αποστάσεις) και η αλληλοεπικάλυψη των διαμήκων ράβδων του κύριου οπλισμού στην ζώνη πλαστικής άρθρωσης. Τεχνικές ενίσχυσης που χρησιμοποιήθηκαν στα δοκίμια περιλαμβάνουν μανδύες χάλυβα, περιτύλιξη με ΙΟΠ, και μανδύες Ο/Σ. Μετά τα πειράματα παρατηρήθηκαν για τα ΙΟΠ κυρίως τα εξής: Ψαθυρή διατμητική αστοχία που συμβαίνει εξαιτίας του ανεπαρκούς διαστήματος του εγκάρσιου οπλισμού. Η ενίσχυση με περιτύλιξη ΙΟΠ δείχνει πολύ καλή συμπεριφορά στην βελτίωση των διατμητικών αντοχών και μετατρέπει την αστοχία σε καμπτικό-διατμητικού τύπου. Αστοχία της αλληλοεπικάλυψης των οπλισμών. Χωρίς αρκετή πίεση περίσφιξης, συμβαίνει ολίσθηση της σύνδεσης μεταξύ της αλληλοεπικάλυψης των διαμήκων ράβδων οπλισμού και έχει σαν αποτέλεσμα τον ψαθυρό τρόπο αστοχίας. Εφαρμόζοντας απευθείας ανθρακοϋφάσματα μπορεί να παραχθεί αρκετή πίεση περίσφιξης για να αύξηση την δύναμη τριβής μεταξύ της αλληλοεπικάλυψης των διαμήκων ράβδων οπλισμού. Μια καινούρια μέθοδος με τοποθέτηση μεταλλικών πλακών πριν την περιτύλιξη με ΙΟΠ δείχνει καλή δυνατότητα στην αύξηση της πίεσης περίσφιξης και της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας των ορθογωνικών μελών. Επίσης βελτιώνονται η αντοχή, πλαστιμότητα, και η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας. Οι Hayashida et al, (1998) εκπόνησαν ένα πείραμα για την πλαστιμότητα των υποστυλωμάτων τα οποία ενισχύονται από ινοϋφάσματα, και η αναλογία αξονικής φόρτισης είναι σε μια κανονική περιοχή 0,1 έως 0,3 σ β (σ β είναι η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος), βασιζόμενοι στα αποτελέσματα αναφέρθηκε ότι η πλαστιμότητα αυτών των υποστυλωμάτων μπορεί να αξιολογηθεί σχεδόν με όμοιο τρόπο με την πλαστιμότητα των κανονικών υποστυλωμάτων τα οποία ενισχύονται με διατμητικό οπλισμό χάλυβα. Από τα αποτελέσματα της ενίσχυσης υποστυλωμάτων Ο/Σ υπό αξονική φόρτιση που ξεπερνά τα 0,3 σ β δηλαδή είναι στην περιοχή 0,4 έως 0,6 σ β οι ερευνητές συμπεραίνουν ότι ακόμη και για αναλογία αξονικής φόρτισης σε μια περιοχή 0,35 έως 0,6 σ β μπορεί να αποτραπεί η αστοχία (γωνία στροφής 1/30) ενισχύοντας το υποστύλωμα με το απαραίτητο ποσό ινοϋφάσματος. 57

58 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι Kataoka et al, (1997) δείχνουν, με βάση τα αποτελέσματα από τα πειράματα που έκαναν, ότι σε ένα κανονικό υποστύλωμα, το οποίο ενισχύεται σε διάτμηση από ινοϋφάσματα, ο τρόπος αστοχίας αλλάζει από διατμητική αστοχία σε καμπτική αστοχία και εμφανώς βελτιώνεται η πλαστιμότητα του, όσο το ποσό του διατμητικού οπλισμού αυξάνεται. Όλα τα δοκίμια ενισχύθηκαν με συνεχόμενα υφάσματα και είχαν την ίδια αναλογία διατμητικού οπλισμού [(ρw)r=0,13%], με το ποσό της συγκολλητικής ρητίνης να ποικίλει. Η εφαρμογή της φόρτισης ήταν αντισυμμετρική ροπή με συνεχή αξονική φόρτιση. Από την επισκόπηση της διεθνούς και Ελληνικής βιβλιογραφίας φαίνεται ότι τα ΙΟΠ, κυρίως με την μορφή μανδύα, μπορούν να αυξήσουν σημαντικά την διατμητική αντοχή και πλαστιμότητα των υποστυλωμάτων (ιδιαίτερα των υποστυλωμάτων κυκλικής διατομής), καθώς επίσης να βελτιώσουν τις συνθήκες πρόσφυσης των μη επαρκών παραθέσεων των διαμήκων οπλισμών των υποστυλωμάτων στη βάση τους. 58

59 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 2.3 Δοκοί οπλισμένου σκυροδέματος Η ενίσχυση των δοκών με σκοπό της αύξηση της καμπτικής τους αντοχής σε σεισμική δράση δεν φαίνεται να είναι δυνατή, διότι στην περίπτωση αυτή θα χρειαζόταν να διέλθουν τα καμπτικά στρώματα των ΙΟΠ τόσο του εφελκυόμενου όσο και του θλιβόμενου πέλματος δια του κόμβου ώστε να αγκυρωθούν, γεγονός που είναι πρακτικά αδύνατο. Δεν ευρέθησαν πειραματικές ερευνητικές εργασίες στη διεθνή βιβλιογραφία που να ασχολούνται με την αποδοτικότητα της ενίσχυσης δοκών με ΙΟΠ για παραλαβή σεισμικών φορτίων [Τσώνος, 2004]. Οι ενισχύσεις των δοκών Ο/Σ με σύνθετα υλικά για την παραλαβή φορτίων βαρύτητας διακρίνονται σε ενισχύσεις σε κάμψη και ενισχύσεις σε διάτμηση. Η ενίσχυση δοκών Ο/Σ σε κάμψη επιτυγχάνεται δια της επικολλήσεως των συνθέτων υλικών στο εφελκυόμενο πέλμα. Η ενίσχυση των δομικών αυτών στοιχείων σε τέμνουσα επιτυγχάνεται επικολλώντας λωρίδες ή υφάσματα από σύνθετα υλικά στις κρίσιμες σε διάτμηση περιοχές, θεωρώντας ότι η συνεισφορά των υλικών αυτών στην ανάληψη τέμνουσας επιτυγχάνεται με τη μεταφορά ορθών τάσεων στη διεύθυνση των ινών [Τσώνος, 2004]. Στις δοκούς, το σύστημα των συνθέτων υλικών χρησιμεύει σαν πρόσθετο εφελκυστικό μέλος που αναπτύσσει κάμψη και διάτμηση. Ο σχεδιαστής πρέπει να αναλύσει την κατασκευή και να θέσει όρια τάσεων για να σχεδιαστεί σωστά το σύστημα. Σχεδιάζοντας για οριακές αντοχές αυτών των υλικών μπορεί να έχει αποτέλεσμα υπερβολικές παραμορφώσεις ή μπορεί να οδηγηθεί σε άλλους τρόπους αστοχίας όπως σύνθλιψη σκυροδέματος ή διατμητική θραύση στη δοκό. Ο τρόπος αστοχίας είναι κρίσιμος στις εφαρμογές καμπτικών ενισχύσεων. Ανεπιθύμητη ψαθυρή διατμητική αστοχία της δοκού μπορεί να αποφευχθεί με την χρήση περιτυλιγμένων υαλουφασμάτων με μορφή συνδετήρα. Τρόποι αστοχίας που πρέπει να ελεγχθούν είναι: σύνθλιψη σκυροδέματος, σχίσιμο ελάσματος, θραύση του χάλυβα, διατμητική αστοχία της διατομής, υπερβολική επιτρεπτή τάση κόλλησης, σχίσιμο του σκυροδέματος στη γραμμή κόλλησης και αστοχία της εποξειδικής κόλλας. Ο αδύναμος κρίκος στη μεταφορά των εφελκυστικών τάσεων είναι το σκυρόδεμα επικάλυψης. Η χρήση μηχανικών αγκυρίων προτείνεται για τη μείωση των απαιτήσεων κόλλησης και για να μεταφέρει τις δυνάμεις μεταξύ της διατομής σκυροδέματος και του κολλημένου ελάσματος. Έλασμα ή υφάσματα σύνθετα με τη μορφή συνδετήρων επίσης συνεισφέρουν στην αγκύρωση των άκρων του εφελκυστικού ελάσματος [Fyfe, 1998] Αύξηση καμπτικής αντοχής Οι Saadatmanesh et al (1991,1996) μελέτησαν πειραματικά την ενίσχυση πέντε δοκών φυσικής κλίμακας ορθογωνικής διατομής (δοκοί Α Ε) και μίας δοκού διατομής αμφίπλευρης πλακοδοκού (δοκός F), με ελάσματα ΙΟΠ ινών άνθρακα. Στο σχήμα 2.36 φαίνονται οι διατομές των δοκών και η διάταξη φόρτισης. 59

60 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Ορθογωνική διατομή Διατομή πλακοδοκού (Τ) Πειραματική διάταξη Σχήμα 2.36 Διατομές των δοκών και η διάταξη φόρτισης των Saadatmanesh et al. Η δοκός Α ήταν υποοπλισμένη έναντι τέμνουσας, ενώ οι δοκοί Β F ήταν ελαφρώς υπεροπλισμένες έναντι τέμνουσας ώστε να αστοχούν από κάμψη. Τοποθετήθηκε έλασμα ινών υάλου στο εφελκυόμενο πέλμα. Οι ερευνητές αυτοί παρατήρησαν αύξηση της καμπτικής αντοχής των δοκών, κυρίως στις περιπτώσεις με το μικρότερο ποσοστό διαμήκους οπλισμού, μείωση του ανοίγματος ρωγμών, μείωση της πλαστιμότητας των ενισχυμένων δοκών συγκριτικά με αυτή των μη ενισχυμένων. Διαπιστώθηκε ότι η συνήθης θεωρία κάμψεως επιτρέπει τον υπολογισμό της φέρουσας ικανότητας του ενισχυμένου στοιχείου εκτός των περιπτώσεων πρόωρης αστοχίας λόγω της αποκόλλησης της επικάλυψης στο εφελκυόμενο πέλμα. Στην περίπτωση της υποοπλισμένης έναντι τέμνουσας δοκού Α, παρατηρήθηκε αύξηση της διατμητικής αντοχής και μεταβολή του τύπου αστοχίας από διατμητικό σε καμπτικό. Επίσης, τονίζεται η ανάγκη ανάπτυξης προσομοιωμάτων τα οποία θα επιτρέπουν τον υπολογισμό του κρίσιμου φορτίου που προκαλεί την αποκόλληση της επικάλυψης στο εφελκυόμενο πέλμα. Οι Ross et al, (1999) μελέτησαν πειραματικά την καμπτική ενίσχυση δοκών Ο/Σ με ελάσματα ΙΟΠ ινών άνθρακα. Χρησιμοποιήθηκαν 24 δοκίμια αμφιέρειστων δοκών τετραγωνικής διατομής φυσικής κλίμακας. Παρατήρησαν ότι επετεύχθη σημαντική καμπτική ενίσχυση σε καμπτικά ασθενώς οπλισμένες δοκούς όταν ενισχύθηκαν με μικρό ποσοστό ΙΟΠ στην εφελκυόμενη ζώνη. Από τα πειραματικά αποτελέσματα κατέστη προφανές ότι η αντοχή πρόσφυσης μεταξύ σύνθετων υλικών και του σκυροδέματος ήταν ο κυριότερος παράγων που ελέγχει τη συμπεριφορά των ενισχυμένων με ΙΟΠ δοκών, οι οποίες υποβλήθηκαν σε δοκιμές κάμψης μέχρις αστοχίας. Επίσης, φαίνεται ότι είναι επιτακτική η χρήση μηχανικών αγκυρώσεων στα ελάσματα ΙΟΠ ινών άνθρακα [Τσώνος, 2004]. 60

61 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι Tumialan et al, (1999) μελέτησαν πειραματικά το μηχανισμό αποκολλήσεως της επικάλυψης σκυροδέματος με τη βοήθεια 16 αμφιέρειστων δοκών φυσικής κλίμακας ορθογωνικής διατομής. Η ενίσχυση πραγματοποιήθηκε μέσω υφάσματος με ανθρακονήματα. Σε ορισμένες δοκούς τοποθετήθηκε ύφασμα σε μορφή U με σκοπό την αποφυγή της αποκόλλησης. Παρατήρησαν ότι η ενίσχυση μέσω του υφάσματος οδήγησε σε σημαντική αύξηση της ροπής αστοχίας κατά 30% έως 60%. Η αύξηση της αντοχής συνοδεύτηκε από μείωση των βελών και μείωση της πλαστιμότητας των δοκών. Σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρήθηκε πρόωρη αστοχία είτε λόγω αποκόλλησης της επικάλυψης στα άκρα της δοκού, είτε λόγω αποκόλλησης του υφάσματος στην περιοχή των μεγάλων καμπτικών ρωγμών. Η χρήση υφάσματος με μεγαλύτερο πλάτος (δηλαδή, η αύξηση της επιφάνειας αγκύρωσης για σταθερό μήκος αγκύρωσης), δεν οδήγησε σε βελτίωση της συμπεριφοράς. Η απόσταση των συνδετήρων των δοκών δεν επηρέασε τη συμπεριφορά τους έναντι του υπό μελέτη μηχανισμού αστοχίας [Τσώνος, 2004]. Οι Takahashi et al, (1999) μελέτησαν πειραματικά την καμπτική ενίσχυση δοκών Ο/Σ με τη βοήθεια υφάσματος ΙΟΠ με ανθρακονήματα. Χρησιμοποιήθηκαν έξι δοκοί φυσικής κλίμακας ορθογωνικής διατομής, οι οποίες είχαν πυκνούς συνδετήρες ώστε να αστοχούν από κάμψη. Σε ορισμένες δοκούς, στο ύφασμα τοποθετήθηκε πρόσθετη ενίσχυση υπό μορφή U για την αποφυγή της αποκόλλησης. Παρατηρήθηκε αποκόλληση ακόμη και όταν υπήρχαν πολλαπλές στρώσεις σύνθετου υλικού με συνέπεια τη μηδενική αύξηση της καμπτικής αντοχής αυτών των δοκών. Αντιθέτως, η παρουσία της πρόσθετης ενίσχυσης (μορφής U) επιβράδυνε την αστοχία και οδήγησε σε αύξηση της καμπτικής αντοχής μέχρι και 30% περίπου [Τσώνος, 2004]. Οι Grace et al, (1999a), εκπόνησαν μια πειραματική εργασία όπου ενισχύουν με πέντε διαφορετικούς τρόπους ενίσχυσης με ΙΟΠ δοκούς Ο/Σ. Χρησιμοποιήθηκαν 14 δοκίμια αμφιέρειστων δοκών ορθογωνικής διατομής φυσικής κλίμακας. Οι δοκοί ενισχύθηκαν είτε μόνο σε κάμψη είτε σε κάμψη και διάτμηση. Από τη μελέτη αυτή εξήχθησαν σημαντικά συμπεράσματα για την παρουσία των κατακόρυφων στρωμάτων ενίσχυσης από ΙΟΠ των δοκών. Έτσι, παρατηρούν ότι η χρήση σύνθετων υλικών στις τρεις πλευρές των δοκών αύξησε περισσότερο τη φέρουσα αντοχή των δοκών συγκριτικά με την αύξηση της φέρουσας ικανότητας που προκαλείται από την παρουσία στρωμάτων μόνο στο εφελκυόμενο πέλμα και ότι η φέρουσα ικανότητα αστοχίας των δοκών μπορεί να διπλασιαστεί με τη χρήση κατάλληλου συνδυασμού οριζόντιων και κατακόρυφων στρωμάτων σύνθετων υλικών με την κατάλληλη εποξειδική κόλλα. Η παρουσία των κατακόρυφων στρωμάτων σε όλο το μήκος της δοκού μειώνει τα λοξά διατμητικά ρήγματα με συνέπεια να χρησιμοποιούνται επαρκώς τα διαμήκη καμπτικά στρώματα ενίσχυσης αυξάνοντας αξιοσημείωτα τη φέρουσα ικανότητα των δοκών [Τσώνος, 2004]. 61

62 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι Nguyen et al, (2001) εκπόνησαν μια πειραματική εργασία όπου κατασκευάστηκαν δέκα δοκοί διατομής 120 x150 mm και μήκους 1500 mm. Ο οπλισμός και οι λεπτομέρειες φαίνονται στο σχήμα Οι δοκοί υπερδιαστασιολογήθηκαν για διάτμηση για να αποφευχθεί η συνήθης διατμητική αστοχία. Σχήμα 2.37 Λεπτομέρειες των δοκών των Nguyen et al, a) κατά μήκος τομή b) διατομή δοκού c) θέσεις των μετρητών παραμόρφωσης Στάδιο ΙΙ :ρωγμές στη διατμητική ζώνη Στάδιο ΙΙΙ :διατμητικές ρωγμές Στάδιο Ι :ομοιόμορφες ανα αποστάσεις ρωγμές Στάδιο ΙV :αποκόλληση της επικάλυψης Σχήμα 2.38 Αποκόλληση του σκυροδέματος επικάλυψης (Nguyen et al, 2001). Εννέα από τους δοκούς ενισχύθηκαν με ελάσματα ΙΟΠ άνθρακα που κολλήθηκαν στις κάτω επιφάνειες των δοκών. Μια δοκός χρησιμοποιήθηκε ως δοκός ελέγχου (πιλότος). Τα συμπεράσματα από τα πειράματα ήταν ότι η προσθήκη των ελασμάτων ΙΟΠ άνθρακα έδειξε ικανοποιητική αύξηση της αντοχής της δοκού. Τρεις ψαθυροί τρόποι αστοχίας παρατηρήθηκαν 1) σχίσιμο του σκυροδέματος (θραύση του σκυροδέματος επικάλυψης) 2) πρόωρη διατμητική αστοχία και 3) ένας υβριδικός τρόπος, που ήταν συνδυασμός των δύο πρώτων τρόπων. Όλες αυτές οι αστοχίες συνέβησαν ή άρχισαν εξαιτίας εγκάρσιων διατμητικών ρωγμών που αναπτύχθηκαν στο τέλος (άκρη) των ελασμάτων ενίσχυσης (Σχ. 2.38). 62

63 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή διατμητική ρωγμή παραμόρφωση ΙΟΠ άνθρακα, ε ρ Σημείο μετάβασης αποφορτισμένη ζώνη ζώνη μήκους αγκύρωσης ζώνη πλήρους συνεργασίας Σχήμα 2.39 Μηχανισμός απώλειας της πλήρους συνεργασίας (Nguyen et al, 2001). Τα πειράματα έδειξαν ότι η συμπεριφορά των δοκών, που ενισχύθηκαν με ΙΟΠ και που αστόχησαν από αποκόλληση (σχίσιμο) του σκυροδέματος επικάλυψης των οπλισμών κοντά στην ακραία ρωγμή, μπορεί να χωριστεί σε τρεις ευδιάκριτες ζώνες (βλ. Σχ.2.39) (1) αποφορτισμένη ζώνη στα άκρα του ελάσματος (2) ζώνη του μήκους αγκύρωσης όπου οι τάσεις αυξάνονται γραμμικά (3) ζώνη πλήρους συνεργασίας ελάσματος ΙΟΠ άνθρακα με τη δοκό. Το μήκος αγκύρωσης βρέθηκε να είναι περίπου σταθερό. Παρ όλα αυτά οι δοκοί ενισχύθηκαν με διαφορετικά μήκη ελασμάτων ΙΟΠ. Προτείνεται από τους ερευνητές μείωση στην τιμή της παραμόρφωσης, στο σημείο μετάβασης από την ζώνη πλήρους συνεργασίας (3) στην ζώνη όπου αναπτύσσονται οι δυνάμεις αγκύρωσης (2) για να εμποδιστεί η αστοχία από αποκόλληση. Το όριο αυτό της παραμόρφωσης μπορεί να καθοριστεί με βάση απλά πειράματα επικόλλησης με διαφορετικά μήκη αγκύρωσης για συγκεκριμένα ΙΟΠ άνθρακα. Οι Rahimi et al, (2001) μελέτησαν πειραματικά δοκούς οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένους με εξωτερικά κολλημένα ελάσματα ΙΟΠ. Τα δοκίμια ήταν δοκοί διαστάσεων (B x H x L) 200x150x2300mm. Χρησιμοποιήθηκαν τρεις τύποι δοκιμίων (A-C) από 10 δοκίμια ο καθένας. Για την ενίσχυση χρησιμοποιήθηκαν ελάσματα ΙΟΠ ινών άνθρακα, ελάσματα ΙΟΠ ινών υάλου και μεταλλικές λάμες. Μεταβλητές ήταν το είδος, το πλάτος, το πάχος και ο αριθμός των στρώσεων των ελασμάτων. Δύο ίδιες δοκοί φορτίστηκαν μέχρι να προκληθούν ρωγμές στο σκυρόδεμα και να διαρρεύσει ο οπλισμός και στη συνέχεια ενισχύθηκαν με εξωτερικά ελάσματα ΙΟΠ άνθρακα πάχους 0,8mm. Η αντοχή και η ακαμψία των δοκών που ενισχύθηκαν με σύνθετα υφάσματα ουσιαστικά αυξήθηκε. Η φόρτιση αστοχίας των δοκών αυξήθηκε περισσότερο από 230% των αντίστοιχων μη ενισχυμένων. 63

64 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι δοκοί που φορτίστηκαν, ρηγμάτωσαν και ενισχύθηκαν με εξωτερικά ελάσματα ΙΟΠ άνθρακα έδειξαν παρόμοια συμπεριφορά με τα άλλα δοκίμια. Αυτό αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα της τεχνικής των εξωτερικά κολλημένων συνθέτων ελασμάτων για επισκευή. Γενικά η αντοχή και η ακαμψία των δοκών αυξανόταν ανάλογα με την αντοχή και την ποσότητα του εξωτερικού οπλισμού. Βέβαια για κάθε τύπο δοκού που ενισχύθηκε με κολλημένα ελάσματα υπάρχει ένα όριο πέρα από το οποίο δεν μπορεί να αυξηθεί άλλο η αντοχή και η ακαμψία της δοκού. Στο σχήμα 2.40 φαίνονται σχηματικά οι τρόποι αστοχίας για δοκό (δοκίμιο τύπου Β) που ενισχύθηκε με σύνθετα ελάσματα. 2 στρώσεις έλασματων ΙΟΠ 6 στρώσεις έλασματων ΙΟΠ άνθρακα εφελκυόμενος χάλυβας εξωτερικός οπλισμός Σχήμα 2.40 Σχηματικά, μορφή αστοχίας, για ενισχυμένη με ελάσματα ΙΟΠ, δοκό τύπου Β (Rahimi et al, 2001). Η θέση αστοχίας στις δοκούς που ενισχύθηκαν εξωτερικά με λεπτά ελάσματα ήταν στο σκυρόδεμα επικάλυψης κοντά στο σημείο εφαρμογής των δυνάμεων (αποκόλληση λόγω λοξών ρωγμών). Με την αύξηση του πάχους των ελασμάτων η θέση αστοχίας μετατοπίστηκε στα άκρα των ελασμάτων (αποκόλληση κοντά στην ακραία ρωγμή). Αυτή η διατμητική ένταση στα άκρα των ελασμάτων αυξανόταν με την αύξηση της αντοχής και του πάχους των ελασμάτων. Οι Buyukozturk et al (1998), μελέτησαν πειραματικά τους μηχανισμούς αστοχίας δοκών που ράγισαν επισκευάστηκαν και ενισχύθηκαν με ΙΟΠ. Με την πρόσθεση εξωτερικά στην εφελκυόμενη επιφάνεια, ως οπλισμό, συνθέτων ελασμάτων ΙΟΠ αυξάνεται η καμπτική αντοχή των δοκών, όμως ο τρόπος αστοχίας του συστήματος γίνεται πιο ψαθυρός, εμπλέκοντας συχνά την αποκόλληση του σύνθετου ελάσματος και την διατμητική αστοχία της δοκού. Δοκίμια δοκών οπλισμένου σκυροδέματος με μεταβλητές αντοχές, μήκη επικόλλησης ελασμάτων και διαφορετικού τύπου εποξειδικές ρητίνες, φορτίστηκαν ράγισαν και στη συνέχεια ενισχύθηκαν με ΙΟΠ ελάσματα άνθρακα ή υάλου και επαναδοκιμάσθηκαν. 64

65 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Οι αντοχές αυξήθηκαν με την προσθήκη των ΙΟΠ όμως τα δοκίμια αστόχησαν με ποικίλους τρόπους. Στο σχήμα 2.41 φαίνονται οι οπλισμοί και οι διαστάσεις των δοκιμίων, ενώ στο σχήμα 2.42 φαίνονται οι τρόποι αστοχίας των δοκών Ο/Σ που ενισχύθηκαν με ΙΟΠ. αποστάσεις συνδετήρων μήκος ελάσματος Σχήμα 2.41 Οπλισμοί και οι διαστάσεις των δοκιμίων των Buyukozturk et al. (a) Διαρροή του χάλυβα και θραύση σύνθετων υλικών (b) Σύνθλιψη σκυροδέματος (c) Διατμητική αστοχία (d) Αποκόλληση κατά μήκος του εφελκυόμενου χάλυβα (e) Αποκόλληση του ελάσματος ΙΟΠ (f) Αποκόλληση εξαιτίας διατμητικής ρωγμής Σχήμα 2.42 Τρόπος αστοχίας Ο/Σ που ενισχύθηκαν με ελάσματα ΙΟΠ (Buyukozturk et al 1998). Συγκεκριμένα δοκίμια δοκών με διαστάσεις b x H x L : 7,6 x 13 x 90 cm (βλ. Σχ.2.41) ράγισαν για μέγιστη εκτροπή L/240 και μετά ενισχύθηκαν με δύο τύπους σύνθετων ελασμάτων (άνθρακα και υάλου). Οι αποστάσεις του διατμητικού οπλισμού κυμαινόταν από 13 έως 18cm προκειμένου να εξεταστούν διαφορετικές διατμητικές αντοχές των δοκών. Υψηλής αλλά και χαμηλής αντοχής εποξειδικές ρητίνες χρησιμοποιήθηκαν για δύο διαφορετικά μήκη ελασμάτων 90 και 70 cm, για να ερευνηθούν και οι διατάξεις ενίσχυσης. Το πάχος των σύνθετων ελασμάτων κυμαινόταν από 0,5 έως 2mm. Όλες αυτές οι μεταβλητές προκάλεσαν και διαφορετικό τρόπο αστοχίας στις δοκούς. Οι τρόποι αστοχίας που παρατηρήθηκαν μετά τα πειράματα ήταν (βλ. Σχ. 2.42) : σύνθλιψη σκυροδέματος από κάμψη διατμητική αστοχία της δοκού 65

66 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή αποφλοίωση αποκόλληση του ελάσματος ΙΟΠ αποκόλληση του σκυροδέματος επικάλυψης του καμπτικού διαμήκους οπλισμού. Οι αντοχές αυξήθηκαν κατά μέσο όρο 23% περίπου. Επίσης αυξήθηκαν και οι δυσκαμψίες των δοκών. Η καμπτική αστοχία της ενισχυμένης διατομής που περιλαμβάνει θραύση (σχίσιμο) από ελκυσμό του ελάσματος καθώς και η σύνθλιψη του σκυροδέματος είναι δύο ψαθυροί τρόποι αστοχίας με απότομη και εκρηκτική αστοχία. Οι Spadea et al, (1998) μελέτησαν πειραματικά τη συμπεριφορά δοκών Ο/Σ που ενισχύθηκαν με εξωτερικά κολλημένα ΙΟΠ ινών άνθρακα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν 4 δοκίμια δοκών διαστάσεων 140x300x5000mm. Τα δοκίμια δοκοί είχαν όλα τον ίδιο διαμήκη οπλισμό και τον ίδιο εγκάρσιο οπλισμό. Το ένα δοκίμιο ήταν δοκίμιο ελέγχου (Α3), το οποίο σχεδιάστηκε να αστοχήσει καμπτικά. Τα υπόλοιπα 3 δοκίμια ενισχύθηκαν με επικόλληση ελάσματος ΙΟΠ ινών άνθρακα στην εξωτερική εφελκυόμενη επιφάνεια των δοκών. Στα δύο από τα τρία ενισχυμένα δοκίμια χρησιμοποιήθηκαν και διάφορες εξωτερικές αγκυρώσεις του ΙΟΠ άνθρακα στα άκρα του με εξωτερικά κολλημένες μεταλλικές λεπίδες με την ίδια κόλλα που χρησιμοποιήθηκε και για τα ΙΟΠ. Το τρίτο δοκίμιο δοκού είχε μόνο το έλασμα ΙΟΠ κολλημένο στην κάτω εφελκυστική επιφάνεια του. Στα σχήματα 2.43 και 2.44 φαίνονται οι διαστάσεις, ενισχύσεις, αγκυρώσεις και ο τρόπος φόρτισης. 4mm Συνδετήρες 2Φ 16 (mm) 2Φ 16 (mm) 2Φ 16 (mm) 2Φ 16 (mm) Σχήμα 2.43 Διαστάσεις και οπλισμοί των δοκιμίων των Spadea et al. 66

67 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Δόκος Α3 Δόκος Α3.1 Έλασμα ΙΟΠ άνθρακα Δόκος Α3.2 Μεταλλικές αγκυρώσεις Έλασμα ΙΟΠ άνθρακα Μεταλλική λάμα Δόκος Α3.3 Σχήμα 2.44 Διάταξη αγκυρώσεων με εξωτερικά κολλημένα μεταλλικά ελάσματα (Spadea et al, 1998). Να σημειωθεί ότι το έλασμα ΙΟΠ που χρησιμοποιήθηκε και ήταν το ίδιο για όλες τις δοκούς είχε μήκος 4700mm, πλάτος 80mm και πάχος 1,2mm. Μετά το πείραμα τα κυριότερα συμπεράσματα που κατέληξαν οι ερευνητές ήταν: Το κολλημένο έλασμα ΙΟΠ άνθρακα ως εξωτερικός οπλισμός στην εφελκυόμενη επιφάνεια των δοκών χωρίς προσοχή και χωρίς να εκτιμηθούν οι τάσεις που αναπτύσσονται στις άκρες του μήκους αγκύρωσης του ελάσματος έχουν σαν αποτέλεσμα σημαντική ανεπάρκεια στην παραμόρφωση και στην περιστροφική ικανότητα της δοκού. Η αστοχία αυτών των ενισχυμένων δοκών συμβαίνει με ψαθυρό τρόπο, με εκρηκτική αποκόλληση των ελασμάτων ΙΟΠ. Με τέτοια μορφή αστοχίας η δοκός με το επικολλημένο έλασμα ΙΟΠ άνθρακα χωρίς αγκύρωση του, είναι ανίκανη να χρησιμοποίηση όλη τη δυναμική του ελάσματος ΙΟΠ. Η πλαστιμότητα των δοκών με ελάσματα ΙΟΠ άνθρακα που δεν αγκυρώθηκαν είναι πολύ χαμηλή περίπου 20~30% της πλαστιμότητας της δοκού ελέγχου χωρίς ενισχύσεις με ΙΟΠ. Από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι η αγκύρωση των άκρων του ελάσματος ΙΟΠ άνθρακα καθώς και σε διάφορα κρίσιμα σημεία κατά μήκος του ανοίγματος είναι ουσιαστική προϋπόθεση για να επιτευχθούν τα μέγιστα οφέλη των ελασμάτων ΙΟΠ. Προσεκτικός σχεδιασμός αυτών των αγκυρώσεων έδειξε ότι δεν μπορεί καμία δράση ολίσθησης του σύνθετου ελάσματος της δοκού να υπερβεί και να διατηρηθεί πάνω από την φόρτιση αστοχίας. Με τέτοιες αγκυρώσεις η δοκός μπορεί να φέρει μεγαλύτερα από 70% φορτία από ότι η δοκός χωρίς ενίσχυση. Έχουμε αύξηση δηλαδή της αντοχής της δοκού. Οι αγκυρώσεις μετατρέπουν τον ψαθυρό τρόπο αστοχίας σε περισσότερο πλάστιμο τρόπο με βαθμιαία και ελεγχόμενη ολίσθηση του κολλημένου ελάσματος ΙΟΠ. 67

68 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Η πιο σημαντική επιρροή των αγκυρώσεων είναι η αύξηση της πλαστιμότητας των ενισχυμένων δοκών όπου κυμαίνεται από 20~30% έως 30~65% της αρχικής μη ενισχυμένης δοκού. (Η διακύμανση οφείλεται στις διάφορες τεχνικές αγκύρωσης). Γίνεται φανερό ότι οι αγκυρώσεις στα ελάσματα ή υφάσματα ΙΟΠ για τις δοκούς υπό κατακόρυφα φορτία είναι πολύ σημαντικές για την αποτελεσματικότητα των ενισχύσεων και την εν γένει πλάστιμη συμπεριφορά τους ακόμα και αν οι αγκυρώσεις δεν γίνουν με μηχανικά μέσα (αγκύρια, βίδες κλπ) Οι Arduini et al, (1997) μελέτησαν πειραματικά την συμπεριφορά ραγισμένων, επισκευασμένων και ενισχυμένων δοκών Ο/Σ με ανθρακοϋφάσματα ΙΟΠ. Κατασκευάστηκαν δεκαοκτώ δοκίμια δοκών, εννέα ορθογωνικής διατομής δοκοί Ο/Σ κοντού μήκους, διαστάσεων 320x110 mm και εννέα ορθογωνικής διατομής δοκοί Ο/Σ μεσαίου μήκους, διαστάσεων 110x320mm. Τα δοκίμια φορτίστηκαν, ράγισαν και στη συνέχεια ενισχύθηκαν με ανθρακοϋφάσματα. Μεταβλητές του πειράματος ήταν: δύο τύποι συστημάτων υλικών ΙΟΠ που χρησιμοποιήθηκαν με τον αριθμό των στρώσεων να μεταβάλλεται από ένα έως τρία. Η διεύθυνση των ινών ήταν τις περισσότερες φορές παράλληλες με τον άξονα της δοκού (διεύθυνση του διαμήκους οπλισμού 0 0 ). Σε μία περίπτωση το ανθρακούφασμα τυλίχθηκε γύρω από τις τρεις πλευρές τις δοκού (0 0 και 90 0 ) για διατμητικός οπλισμός και αγκύρωση του διαμήκους οπλισμού ενίσχυσης ΙΟΠ. Επίσης εξετάστηκαν δύο τύποι διατομών καθώς και δύο τύποι προετοιμασίας της επιφάνειας του σκυροδέματος για συγκόλληση του ανθρακοϋφάσματος με σκοπό να εξεταστεί η επιρροή αυτής της παραμέτρου στον τρόπο αστοχίας. Τέλος δύο δοκοί ενισχύθηκαν ενώ εφαρμοζόταν φορτίο που αντιπροσώπευε τα φορτία λειτουργίας του μέλους. Στα σχήματα 2.45 και 2.46 φαίνονται οι διαστάσεις τα σχήματα ενισχύσεων και οι μηχανισμοί αστοχίας. Σειρά S 4 Φ12 Συνδετήρες Φ6/100 Ύφασμα ΙΟΠ Σειρά M Συνδετήρες Φ6/100 4 Φ16 Ύφασμα ΙΟΠ Σχήμα 2.45 Διαστάσεις και οπλισμοί των δοκιμίων των Arduini et al. 68

69 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Αποκόλληση στη διεπειφάνεια Διεύθυνση ινών ΙΟΠ 0 0 Καμπτοδιατμητική αστοχία στο άκρο του υφάσματος Διεύθυνση ινών ΙΟΠ 0 0 Εξωτερική διατμητική αστοχία Διεύθυνση ινών ΙΟΠ 90 0 Διεύθυνση ινών ΙΟΠ 0 0 Διεύθυνση ινών ΙΟΠ 0 0 Σχήμα 2.46 Σχήματα ενίσχυσης και μηχανισμοί αστοχίας (Arduini et al, 1997). Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα από τους ερευνητές: Η τεχνολογία ενίσχυσης δοκών με εξωτερική κόλληση υφασμάτων ΙΟΠ άνθρακα είναι εύκολη να εφαρμοστή και έχει σαν αποτέλεσμα σημαντική βελτίωση στην αντοχή και λιγότερο στην καμπτική δυσκαμψία των δοκών. Η περιοχή που χρειάζεται περισσότερο προσοχή και πιθανή βελτίωση, είναι η κόλληση ΙΟΠ-σκυροδέματος. Είναι απαραίτητο να αποφευχθεί ή να περιοριστεί η αποκόλληση του ΙΟΠ με σκοπό την βελτίωση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου ενίσχυσης καθώς και της πλαστιμότητας της δοκού δηλ, της απόκρισης φόρτισης μετατόπισης. Η συμπεριφορά των ραγισμένων δοκιμίων που ενισχύθηκαν δεν είναι σημαντικά διαφορετική από αυτή των ενισχυμένων παρθενικών δοκιμίων (που δεν ήταν ραγισμένα) Η αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης με ΙΟΠ εξαρτάται από την διατομή της δοκού Ο/Σ καθώς και το ποσοστό του χαλύβδινου οπλισμού. Υποθέτοντας ότι η επιφάνεια του σκυροδέματος είναι σε καλή κατάσταση η προετοιμασία της επιφάνειας για κόλληση με αμμοβολή επηρεάζει την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης. 69

70 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Η εφαρμογή και η απόκριση των δύο συστημάτων υλικών ΙΟΠ άνθρακα που χρησιμοποιήθηκαν δηλ προεμποτισμένο ή στεγνό ύφασμα ινών άνθρακα και μετά εφαρμογή της εποξειδικής ρητίνης, δεν έχει σημαντικές διαφορές. Η δυσκαμψία των ανθρακουφασμάτων, η διεύθυνση των ινών και ο αριθμός των στρώσεων επηρεάζουν σημαντικά την αντοχή της ενισχυμένης δοκού. Τυλίγοντας με ύφασμα σε γωνία 90 0 είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος αγκύρωσης των στρώσεων με διεύθυνση 0 0. Επειδή η αστοχία ελέγχεται από την αποκόλληση του ΙΟΠ, η ενίσχυση της δοκού υπό φορτίο με ή χωρίς προένταση δεν ήταν σημαντικά διαφορετική από την ενίσχυση χωρίς την εφαρμογή κατακόρυφου φορτίου. Οι Khalifa et al, (1999) εκπόνησαν μια πειραματική εργασία στην οποία αναπτύχθηκε μια τεχνική αγκύρωσης. Συγκεκριμένα έχει αποδειχθεί ότι η αγκύρωση στα άκρα των υφασμάτων με μεταλλικές λεπίδες και μεταλλικά αγκύρια είναι αποτελεσματική και μπορεί να αυξήσει την διατμητική αντοχή των μελών Ο/Σ. Στην περίπτωση περιτύλιξης μορφής U παρατηρήθηκε αύξηση της διατμητικής αντοχής κατά 20% πάνω από τα δοκίμια που δεν είχαν αγκύρωση. Οι μηχανικές αγκυρώσεις παρ όλο που είναι αποτελεσματικές στο εργαστήριο δεν είναι πολύ πρακτικές στο εργοτάξιο και στην περίπτωση ΙΟΠ ινών άνθρακα η πιθανότητα γαλβανικής διάβρωσης εξαιτίας της επαφής μετάλλου άνθρακα είναι ένα πρόβλημα. Το νέο σύστημα αγκύρωσης λοιπόν, που ανέπτυξαν οι ερευνητές βασίστηκε στην ιδέα της ενσωμάτωσης ενός τμήματος της άκρης του οπλισμού ΙΟΠ μέσα στη μάζα του σκυροδέματος. Στην περίπτωση των ινουφασμάτων η ενσωμάτωση γίνεται κατά την διάρκεια εφαρμογής του υφάσματος στο εργοτάξιο, ενώ στην περίπτωση ελασμάτων η ενσωμάτωση είναι προσχηματισμένη. (Σχ2.47). 70

71 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Μάζα Σκυροδέματος Αυλάκωση Κορεσμός Οπλισμίος ΙΟΠ Πάστα Ράβδος ΙΟΠ α)αγκύρωση σε επιπεδη επιφάνεια Εξωτερική μάτιση Μάζα Σκυροδέματος Εσωτερική μάτιση Εξωτερική μάτιση Μάζα Σκυροδέματος β)αγκύρωση σε γωνία γ)αγκύρωση σε γωνία δ) Εφαρμογή U-αγκύρωσης χωρίς ράβδο ΙΟΠ ε) Εφαρμογή U-αγκύρωσης για συνεχόμενο οπλισμό ΙΟΠ ζ) Τύποι αγκύρωσης για περιτύλιξη μορφής U προκειμένου την διατμητική ενίσχυση δοκών η) Τύποι αγκύρωσης για καμπτική ενίσχυση δοκου/πλάκας και τοιχώματος/στύλων θ) Αγκύρωση σε επίπεδη επιφάνεια για καμπτική ενίσχυση δοκού/ πλάκας Σχήμα 2.47 Διαφορετικά σχήματα της νέας τεχνικής αγκύρωσης που ανέπτυξαν οι ερευνητές Βασικά δημιουργείται μια αυλάκωση κοντά ή στην άκρη του υφάσματος ΙΟΠ και στην συνέχεια προτείνεται η τοποθέτηση με κόλληση μιας ράβδου ΙΟΠ διαμέτρου min 10mm που θα αγκυρώνει το ύφασμα ΙΟΠ και μετά τοποθετείται εποξειδική πάστα (η ασυνέχεια γεμίζει με εποξειδική πάστα). Δοκιμάστηκαν 3 πλήρους κλίμακας δοκοί αμφιέρεστη σχήματος Τ. Οι δοκοί είχαν μόνο διαμήκη οπλισμό, δεν χρησιμοποιήθηκαν συνδετήρες. Μία δοκός ήταν δοκός αναφοράς, η δεύτερη ενισχύθηκε με ανθρακοΰφασμα που τυλίχθηκε στο άνοιγμα της δοκού με μορφή U (ίνες διεύθυνση 90 0 σε σχέση με τον άξονα της δοκού, για αύξηση της διατμητικής αντοχής). Η τρίτη δοκός ενισχύθηκε όμοια με την δεύτερη όμως είχε και αγκύρωση του ανθρακοϋφάσματος όπως το σχήμα 2.47(β). Η ράβδος που χρησιμοποιήθηκε ήταν ΙΟΠ άνθρακα με διάμετρο 10mm. Στο δεύτερο δοκίμιο η διατμητική αντοχή αυξήθηκε όμως η αστοχία κυριαρχήθηκε από την αποκόλληση του ΙΟΠ. Όταν χρησιμοποιήθηκε η αγκύρωση (τρίτο δοκίμιο) η διατμητική αντοχή αυξήθηκε περαιτέρω και δεν παρατηρήθηκε αποκόλληση του ΙΟΠ. Η αστοχία ήταν καμπτική και μετά απ αυτή το ύφασμα ΙΟΠ άνθρακα σχίστηκε στο τέλος της διατμητικής ρωγμής κοντά στη στήριξη. 71

72 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Αύξηση διατμητικής αντοχής Οι Khalifa et al, (2000) μελετούν πειραματικά μόνον τη διατμητική ενίσχυση των δοκών Ο/Σ με τη χρήση ΙΟΠ άνθρακα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούν 27 δοκίμια δοκών φυσικής κλίμακας. Οι δοκοί που εξετάστηκαν ήταν ορθογωνικής διατομής και διατομής αμφίπλευρης πλακοδοκού αμφιέρειστες και δοκοί δύο ανοιγμάτων. Στο πίνακα 2.7 φαίνονται οι διαστάσεις, οι οπλισμοί χάλυβα και ΙΟΠ των δοκιμίων. Πίνακας 2.7 Διαστάσεις, οπλισμοί και τρόπος εφαρμογής των ΙΟΠ. Νο Χαρακτηρισμός δοκιμίου Πειραμική διάταξη Διαστάσεις (mm) Λεπτομέρειες διατομής, διαμήκης οπλισμοί Συνδετήρες στο άνοιγμα ΙΟΠ άνθρακα 1 A-SW3-1 Αμφιέριστη δοκός Φ10/125mm A-SW Φ10/125mm Δύο Στρώσεις (90 ο /0 ο ) 3 A-SW Φ10/125mm A-SW Φ10/125mm Δύο Στρώσεις (90 ο /0 ο ) 5 A-SO A-SO Περιτύλιξη U με λωρίδες, 50 / 125mm 7 A-SO Περιτύλιξη U με λωρίδες, 75 / 125mm 8 A-SO Περιτύλιξη U με μία συνεχόμενη στρώση 9 A-SO Δύο Στρώσεις (90 ο /0 ο ) 10 A-SO A-SO Περιτύλιξη U με λωρίδες, 50 / 125mm 12 A-SO4-3 Σειρές A-SW4 και A-SO4 (a/d=4) Περιτύλιξη U με μία συνεχόμενη στρώση 13 B-WC1 Δοκός δύο ανοιγμάτων Φ10/125mm B-WC Φ10/125mm Δύο Στρώσεις (90 ο /0 ο ) 15 B-CO B-CO Περιτύλιξη U με λωρίδες, 50 / 125mm 17 B-CO Περιτύλιξη U με μία συνεχόμενη στρώση 18 B-CF B-CF Περιτύλιξη U με μία συνεχόμενη στρώση 20 B-CF Δύο Στρώσεις (90 ο /0 ο ) 21 B-CF Πλήρη περιτύλιξη με μία συνεχόμενη στρώση 22 C-BT1 Αμφιέριστη δοκός C-BT Περιτύλιξη U με μία συνεχόμενη στρώση 24 C-BT Δύο Στρώσεις (90 ο /0 ο ) 25 C-BT Περιτύλιξη U με λωρίδες, 50 / 125mm 26 C-BT Στις δύο πλευρές Λωρίδες, 50 / 125mm 27 C-BT Περιτύλιξη U με αγκύρωση στο άκρο λόγος a/d Αντοχή σκυροδ έματος (f c) (MPa) Διατμητικός οπλισμός Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα ΙΟΠ άνθρακα προσέδωσαν στις δοκούς από 22% έως 145% αύξηση στη διατμητική τους αντοχή και ότι τα ΙΟΠ άνθρακα ήταν σε θέση να αυξήσουν τη διατμητική αντοχή των δοκών τόσο στην περιοχή που ασκούνται θετικές ροπές όσο και στην περιοχή που ασκούνται αρνητικές ροπές. Τα ΙΟΠ άνθρακα ήταν αποτελεσματικός τρόπος ενίσχυσης σε διάτμηση τόσο των δοκών ορθογωνικής διατομής όσο και των δοκών διατομής αμφίπλευρης πλακοδοκού. Η αποτελεσματικότητα των ΙΟΠ άνθρακα στην αύξηση της διατμητικής αντοχής των δοκών είχε άμεση σχέση με το λόγο του ανοίγματος διάτμησης προς το στατικό ύψος της διατομής α/d, (ο οποίος κυμαινόταν από 3.0 έως 4.0). Έτσι, η αποτελεσματικότητα των ΙΟΠ άνθρακα αυξανόταν με την αύξηση του λόγου. Τα ΙΟΠ άνθρακα προσέδωσαν μεγαλύτερη αύξηση διατμητικής αντοχής στις δοκούς χωρίς οπλισμό συνδετήρων συγκριτικά με την αύξηση που προσέδωσαν στις δοκούς με συνδετήρες. Τα ΙΟΠ άνθρακα ήταν λιγότερο αποτελεσματικά όταν τοποθετήθηκαν μόνο στις κατακόρυφες πλευρές των δοκών συγκριτικά με την τοποθέτησή τους στις τρεις πλευρές υπό μορφή U. Η αύξηση του ποσοστού των ΙΟΠ άνθρακα δεν αύξησε αναλογικά και την αντοχή 72

73 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή των δοκών, γιατί η διατμητική αντοχή εξαρτάται από την ενδιάμεση συγκόλληση μεταξύ ΙΟΠ και σκυροδέματος, αυτό σημαίνει ότι η αποκόλληση του ΙΟΠ δεν αποτρέπεται, υπάρχει ένα βέλτιστο ποσοστό ΙΟΠ πέρα από το όποίο η αντοχή δεν αυξάνεται με την αύξηση του ποσοστού των ΙΟΠ άνθρακα. Οι ερευνητές αυτοί παρατήρησαν ότι οι μηχανικές αγκυρώσεις των άκρων (βλ. Σχήμα 2.47β) των υπό μορφή U ενισχύσεων των δοκών διατομής αμφίπλευρης πλακοδοκού ήταν ιδιαίτερα αποτελεσματικές. Οι Araki et al, (1997a) μελέτησαν πειραματικά την αύξηση της διατμητικής αντοχής δοκών με χρήση υφασμάτων ΙΟΠ. Τα δοκίμια είχαν όλα την ίδια αναλογία διατμητικού οπλισμού [(ρ w )r=0,19%], με το ποσό των υφασμάτων ενίσχυσης άνθρακα και αραμιδίου να ποικίλει. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι όλα τα ενισχυμένα δοκίμια βελτίωσαν την διατμητική αντοχή. Όπως και οι δοκοί Ο/Σ που οπλίζονται με διαμήκης ράβδους οπλισμού, τα ενισχυμένα δοκίμια δείχνουν μια αύξηση στην μέγιστη διατμητική αντοχή σε αναλογία με την αύξηση του ποσού του διατμητικού οπλισμού, Σ(ρ w f wy )= ρ wr f yr +ρ f f f (ρ wr : όπου ποσοστό οπλισμού διάτμησης χάλυβα, f yr : όριο διαρροής χάλυβα, ρ f : ογκομετρικό ποσοστό οπλισμού σύνθετων υλικών, f f : εφελκυστική αντοχή σύνθετων υλικών). Οι Araki et al, (1997b) μελέτησαν πειραματικά την ενίσχυση με ινοϋφάσματα δοκών σχήματος Τ και μετρούσαν τα αποτελέσματα της ενίσχυσης όταν τα ινοϋφάσματα αγκυρώνονται στις επιφάνειες της δοκού και κάτω από την πλάκα. Μετρήθηκε η σχέση, μεταξύ του αποτελέσματος της ενίσχυσης και της θέσης των κολλημένων - αγκυρωμένων άκρων του υφάσματος. Στο σχήμα 2.48 φαίνονται οι μέθοδοι εφαρμογής και διαμόρφωσης του υφάσματος. Όλα τα δοκίμια έφτασαν την μέγιστη διατμητική αντοχή όταν τα υφάσματα άρχισαν να αποκολλούνται, την στιγμή που άνοιγαν ρωγμές κατά μήκος της ρίζας της δοκού στην πλάκα (σχ.2.49). ΤΥΠΟΣ Ι ΤΥΠΟΣ ΙΙ Ύφασμα χωρίς αγκύρωση στο δάπεδο της πλάκας ΤΥΠΟΣ ΙΙΙ Ύφασμα με αγκύρωση στο δάπεδο της πλάκας ΤΥΠΟΣ ΙV Μεταλλική γωνία 100mm Αγκύρια Μ10/216 Ύφασμα με αγκύρωση στο δάπεδο της πλάκας και μεταλλικά αγκύρια στις άκρες της δοκού Ύφασμα με αγκύρωση στο δάπεδο της πλάκας και μεταλλικά αγκύρια στην πλάκα Σχήμα 2.48 Μέθοδοι ενίσχυσης αγκύρωσης των Araki et al. 73

74 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Σχήμα 2.49 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης δοκών, των Araki et al, διατομής σχήματος Τ (πλακοδοκών). Οι ερευνητές παρατηρούν μετά τα πειράματα ότι η αποτελεσματικότητα των ανωτέρω μηχανικών αγκυρώσεων (βλ. Σχ. 2.48) των ενισχύσεων με ΙΟΠ των δοκών σχήματος Τ (πλακοδοκού), δεν είναι πλήρως εξακριβωμένη, και οι διαφορές στην επίδραση του υφάσματος ενίσχυσης εξαιτίας των διαφορετικών τρόπων διαμόρφωσης και αγκύρωσης δεν είναι ξεκάθαρες. Οι Matsuzaki et al, 2000, τονίζουν ότι είναι δύσκολο να ενισχυθούν δοκοί διατομής αμφίπλευρης πλακοδοκού από Ο/Σ σε διάτμηση με σύνθετα υλικά, διότι δεν είναι εύκολη η αγκύρωση των άκρων των ΙΟΠ στο κάτω μέρος της πλάκας των δοκών διατομής αμφίπλευρης πλακοδοκού. Οι Grace et al, (1999) προβαίνουν στην προσπάθεια ενίσχυσης σε κάμψη και σε διάτμηση πέντε δοκών δύο ανοιγμάτων διατομής αμφίπλευρης πλακοδοκού με ΙΟΠ άνθρακα και υάλου. Παρατήρησαν αύξηση της φέρουσας ικανότητας των δοκών από 33% έως 67%, αύξηση της ακαμψίας και μείωση των βελών. Ο Sheikh, (2002), μελέτησε πειραματικά την ενίσχυση κατασκευών σκυροδέματος με ινοπλισμένα πολυμερή. Όλα τα δοκίμια που εξετάστηκαν μπορούν να θεωρηθούν ως πραγματικού μεγέθους στα δύο-τρίτα κλίμακας μοντέλα δομικών στοιχείων που χρησιμοποιούνται γενικά στην πράξη. Το σχήμα 2.50 παρουσιάζει τις διαστάσεις και τις λεπτομέρειες του οπλισμού των δύο δοκιμίων δοκών στα οποία η διατομή που εξετάστηκε είχε ύψος 1000mm και πλάτος 550mm. 74

75 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή (α) (β) Σχήμα 2.50 α) Διαστάσεις και λεπτομέρειες οπλισμού β) Ζώνη επισκευής και ενίσχυσης με ΙΟΠ, (Sheikh, 2002). Οι δοκοί στα πραγματικά κτίρια πλαισιώνουν τοίχους. Αυτό προσομοιώθηκε οικοδομώντας μια περιοχή αντιστήριξης και αυξάνοντας το ποσοστό οπλισμού για εκείνο το μισό της δοκού. Κατά συνέπεια, η διατμητική αστοχία αναμενόταν στο κάτω τμήμα της δοκού παρόμοια με αυτή που παρατηρήθηκε στο εργοτάξιο. Ένα μοναχικό φορτίο εφαρμόστηκε στο τμήμα της αντιστήριξης της δοκού του πειράματος και παράγει ρωγμές όμοιες με αυτές που μετρήθηκαν στο εργοτάξιο. Εξωτερικά όργανα που αποτελούνταν από LVTDs (μετρητές παραμόρφωσης) χρησιμοποιήθηκαν για να λάβουν πληροφορίες για την διατμητική παραμόρφωση και το προφίλ της μετατόπισης κατά την εξέλιξη του πειράματος. Το πρώτο δοκίμιο, θεωρήθηκε ως δοκίμιο ελέγχου (πιλοτικό), βάση της απόδοσης του οποίου, η ενισχυμένη με ΙΟΠ δοκό επρόκειτο να μετρηθεί. Δεδομένου ότι το φορτίο αυξήθηκε, διάφορες διατμητικές ρωγμές εμφανίστηκαν και ελέγχθηκαν για να καθορίσουν την ομοιότητα του κινδύνου μεταξύ του δοκιμίου και των δοκών στο κτίριο. Για φορτίο 1600 kn, το πλάτος των ρωγμών υπερέβη τα 2mm, και η δοκός αστόχησε με ψαθυρό τρόπο σε φορτίο 1700 kn, με αντίστοιχη απόκλιση 14mm. Αυτός ο τρόπος αστοχίας είναι τυπικός σε μεγάλες δοκούς που είναι κρίσιμες σε διάτμηση και περιέχουν μικρό διατμητικό οπλισμό. Το δεύτερο δοκίμιο φορτίστηκε με 1180 kn όταν παρατηρήθηκαν πέντε διαγώνιες ρωγμές, με πλάτος που κυμαίνεται από 0.2 έως 0.8 mm. Η μέση καμπτική παραμόρφωση στο μέσο του κάτω καμπτικού οπλισμού ήταν περίπου 1.5Χ10-3 σε αυτή την φάση. Το σχέδιο και το πλάτος των ρωγμών εμφανίστηκαν παρόμοια με αυτά που παρατηρήθηκαν στους δοκούς των κτιρίων. Κατά συνέπεια, η μετατόπιση που υποβλήθηκε στην δοκό διατηρήθηκε κατά την διαδικασία επισκευής που ξεκίνησε μετακινώντας όλα τα εξωτερικά όργανα μετρήσεων. Τρεις λουρίδες υφάσματος ΙΟΠ, κάθε μία με πλάτος περίπου 610mm, τυλίχθηκαν γύρω από την περιοχή ζημιών του δοκιμίου. Το δοκίμιο παρέμεινε υπό φορτίο για τρεις ημέρες κατά 75

76 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή την διάρκεια της επισκευής και την σκλήρυνση της εποξειδικής ρητίνης. Το φορτίο σε αυτή τη φάση έπεσε από 1180 kn σε περίπου 1000 kn. Το μέγιστο φορτίο που έφτασε αυτή η δοκός ήταν 2528 kn, με αντίστοιχη απόκλιση 143mm. Η τελική αστοχία προκλήθηκε από την θραύση (σχίσιμο) του ανθρακοϋφάσματος στην πάνω άκρη κοντά στο εφαρμοζόμενο φορτίο. Πριν την εφαρμογή της επισκευής, η αιχμηρότητα των άκρων μειώθηκε με ελαφρά λείανση. Οι ερευνητές θεώρησαν ότι καλά στρογγυλεμένες άκρες πιθανός να μπορούν να εκμηδενίσουν αυτόν τον τρόπο θραύσης του ΙΟΠ ινών άνθρακα. Εκτιμώντας ότι η πρώτη δοκός (πιλοτική) αστόχησε σε διάτμηση για φορτίο 1700 kn, η δεύτερη δοκός που ενισχύθηκε με ΙΟΠ άνθρακα είχε φορτίο αστοχίας 2528 kn και αστόχησε σε κάμψη. Η μέγιστη απόκλιση κατά την αστοχία στο αρχική δοκό ήταν 14mm κάτω από το σημείο φόρτισης, το οποίο αυξήθηκε σε 143mm στην επισκευασμένη ζώνη. Η ικανότητα απόσβεσης ενέργειας ήταν περισσότερη από 2600% από αυτής της αρχικής δοκού. Η δύναμη αστοχίας για την δοκό ελέγχου, βασισμένη στην διατμητική αντοχή υπολογίστηκε από τον Καναδικό κώδικα, και ήταν 1095 kn για την γενική μέθοδο και 1167 kn για την απλουστευμένη μέθοδο. Η αντοχή της δοκού που υπολογίστηκε από τις εξισώσεις του κώδικα του ACI είναι 1561 kn. Οι εκτιμήσεις φορτιών και από τους δύο κώδικες ήταν συντηρητικές. Στην εφαρμογή των εξισώσεων του κώδικα για να προβλεφθεί η διατμητική αντοχή της επισκευασμένης δοκού, το ανθρακοϋφασμα θεωρήθηκε ως σειρά ισοδύναμων συνδετήρων. Η δύναμη για διατμητική αστοχία βασιζόμενη στην Γενική μέθοδο του Καναδικού κώδικα ήταν 5245 kn. Η δύναμη για διατμητική αστοχία για τον κώδικα του ACI και την απλουστευμένη μέθοδο του Καναδικού κώδικα ήταν 4985 kn. Η δοκός, παρόλα αυτά, αστόχησε σε κάμψη για φορτίο 2528 kn. Οι αποκρίσεις των δοκιμίων που ενισχύθηκαν με ΙΟΠ συγκρίθηκαν με αυτά των δοκιμίων χωρίς ΙΟΠ. Από την σύγκριση αυτή οι ερευνητές συνάγουν το συμπέρασμα ότι η ενίσχυση με ΙΟΠ παρέχει μια εφικτή τεχνική αποκατάστασης για επισκευή όπως επίσης και για ενίσχυση. Ο οπλισμός ΙΟΠ ήταν πολύ αποτελεσματικός στη διατμητική αντίσταση των κατεστραμμένων δοκών. Το τύλιγμα του μεγάλου μεγέθους δοκών με μία στρώση ΙΟΠ άνθρακα άλλαξε τον ψαθυρό τρόπο διατμητικής αστοχίας για φορτίο 1700kN σε πολύ πλάστιμο καμπτικό τρόπο αστοχίας για φορτίο 2528kN. 76

77 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 2.4 Κόμβοι δοκών υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος 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 [Τσώνος 2004]. Η σχεδίαση και η διαμόρφωση των κόμβων θα πρέπει να είναι τέτοια ώστε: (1) να προλαμβάνεται η ψαθυρή διατμητική αστοχία τους (2) να διατηρείται η ακεραιότητα τους έτσι ώστε τα μέλη που συνδέουν να μπορούν να αναπτύσσουν τις αντοχές τους, (3) να συγκρατείται η μείωση της δυσκαμψίας τους ελαχιστοποιώντας τις ρηγματώσεις στο σκυρόδεμα και εμποδίζοντας την απώλεια δεσμού μεταξύ σκυροδέματος και οπλισμού. Με τα συνθετικά υλικά μπορεί να αυξηθεί η διατμητική αντοχή του κόμβου, να περισφίξει αποδοτικότερα το σκυρόδεμα και να βελτιώσει έμμεσα το δεσμό μεταξύ σκυροδέματος και οπλισμών. Τα συνθετικά υλικά μπορούν να κοπούν με ένα ψαλίδι σε ότι διαστάσεις είναι απαραίτητες και να τοποθετηθούν πολύ εύκολα, ακόμη και σε περιοχές με περιορισμένο χώρο για σκαλωσιές, αφού δεν χρειάζονται βαριά μηχανήματα ούτε για την τοποθέτηση τους ούτε για την συντήρησή τους. Τέλος δεν αυξάνουν τις διαστάσεις των ενισχυμένων στοιχείων,αφού το πάχος τους είναι της τάξης του χιλιοστού, ούτε και τη δυσκαμψία τους [Αντωνόπουλος, 2000]. Οι πειραματικές ερευνητικές εργασίες με αντικείμενο τη σεισμική συμπεριφορά των κόμβων δοκού-υποστυλώματος είναι ελάχιστες Αύξηση διατμητικής αντοχής Οι Pantelides, et al, 2000 μελέτησαν πειραματικά την αποκατάσταση με ΙΟΠ, κόμβων δοκών υποστυλωμάτων κτιρίων Ο/Σ. Συγκεκριμένα ενισχύουν δοκίμιο εξωτερικού κόμβου με ΙΟΠ και το υποβάλλουν σε σεισμική καταπόνηση. Ένα δίδυμο δοκίμιο χωρίς ενίσχυση υποβάλλεται στην ίδια σεισμική καταπόνηση. Στο σχήμα 2.51 φαίνονται οι διαστάσεις, οι οπλισμοί των δοκιμίων καθώς και ο τρόπος εφαρμογής των ΙΟΠ. 77

78 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Άνω όψη 1 στρώση 2 στρώσεις 4 στρώσεις σε κάθε διαγώνια κατεύθυνση 1 στρώση 51ο 1 στρώση 51 ο Πίσω όψη Κάτω όψη Πρόσοψη Σχήμα 2.51 Διαστάσεις και λεπτομέρειες των οπλισμών, τρόπος εφαρμογής των ΙΟΠ Από τη σύγκριση της συμπεριφοράς των δύο δοκιμίων σε σεισμική καταπόνηση παρατήρησαν ότι η ενίσχυση με ΙΟΠ 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, 2000, εκπόνησαν μια πειραματική εργασία όπου εξετάζουν τη δυνατότητα ενίσχυσης κόμβων υποστυλώματος - δοκού εδράσεως βάθρων γεφυρών με τη χρήση ΙΟΠ άνθρακα, με έξι φυσικής κλίμακας δοκίμια και συμπεραίνουν ότι οι μανδύες από ΙΟΠ άνθρακα, ακόμη και όταν έχουν πολύ μεγάλη εφελκυστική αντοχή, δεν είναι δυνατόν να βελτιώσουν αξιοσημείωτα την αντοχή και ακαμψία ενός δομικού στοιχείου τόσο ογκώδους και άκαμπτου, όπως είναι οι κόμβοι υποστυλώματος - δοκού εδράσεως βάθρων γεφυρών. Οι Τσώνος και Στυλιανίδης (1999,2000,2001), μελέτησαν πειραματικά την αποδοτικότητα της ενίσχυσης εξωτερικών κόμβων πλαισίων Ο/Σ με μανδύες από ΙΟΠ. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν τρία δοκίμια εξωτερικών κόμβων δοκού-υποστυλώματος με κλίμακα 1:2. Στο σχήμα 2.52 φαίνονται οι διαστάσεις, τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού καθώς και οι λεπτομέρειες ενίσχυσης των δοκιμίων. 78

79 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή ΤΟΜΕΣ B-B, C-C Μανδύας ΙΟΠ Σημείο φόρτισης Συνδετήρας Φ8 / 7 cm Σημείο φόρτισης ΤΟΜH A-A ΤΟΜΕΣ B-B, C-C ΤΟΜH A-A Συνδετήρας Φ8 / 10 cm Μανδύας ΙΟΠ Συνδετήρας Φ8 / 7 cm Συνδετήρας Φ8 / 10 cm Σχήμα 2.52 Διαστάσεις, οπλισμοί καθώς και οι λεπτομέρειες ενίσχυσης των δοκιμίων, των Τσώνου και Στυλιανίδη. Μελετήθηκε τόσο η αποδοτικότητα της προσεισμικής ενίσχυσης όσο και η αποδοτικότητα της μετασεισμικής ενίσχυσης των εν λόγω δομικών στοιχείων με ΙΟΠ άνθρακα. Παρατηρήθηκε ότι τα ενισχυμένα με ΙΟΠ άνθρακα δοκίμια 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 30% 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. Στο σχήμα 2.53 φαίνεται η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων. Επειδή τα σύνθετα υλικά εφαρμόζονται ως εναλλακτική λύση αντί των συμβατικών ενισχύσεων (όπως είναι οι μανδύες από Ο/Σ) για την ενίσχυση δομικών στοιχείων και κατ' επέκταση κατασκευών από Ο/Σ, για το λόγο αυτό οι ερευνητές έκαναν σύγκριση της ενίσχυσης που πραγματοποιείται σε εξωτερικούς κόμβους δοκού-υποστυλώματος με ΙΟΠ με ενισχύσεις στο ίδιο δομικό στοιχείο με μανδύες από Ο/Σ. Από τη συγκριτική μελέτη της αποδοτικότητας των ενισχύσεων των κόμβων με σύνθετα υλικά με την αποδοτικότητα των ενισχύσεων των στοιχείων αυτών με μανδύες από Ο/Σ, παρατηρήθηκε ότι οι ενισχύσεις με μανδύες Ο/Σ είναι σαφώς αποδοτικότεροι των ενισχύσεων με σύνθετα υλικά. Αξίζει να αναφερθεί ότι τα ενισχυμένα με συμβατικούς μανδύες δοκίμια αστόχησαν αμιγώς στην περιοχή της δοκού αφήνοντας τον κόμβο ανέπαφο, ενώ τα ίδια δοκίμια σε παρθενική μορφή είχαν αστοχήσει αμιγώς στην περιοχή του κόμβου. Στο σχήμα 2.54 φαίνεται η μηχανική συμπεριφορά του ενισχυμένου δοκιμίου από μανδύα Ο/Σ. 79

80 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Επιβαλλόμενη τέμνουσα V b Επιβαλλόμενη τέμνουσα V b Δοκίμιο FRPL1 Δοκίμιο L1 Σχετική ανηγμένη γωνία R(%) Σχετική ανηγμένη γωνία R(%) Επιβαλλόμενη τέμνουσα V b Επιβαλλόμενη τέμνουσα Vb Δοκίμιο FRPL2 Δοκίμιο L2 Σχετική ανηγμένη γωνία R(%) Σχετική ανηγμένη γωνία R(%) Επιβαλλόμενη τέμνουσα V b Δοκίμιο FRPL3 Σχετική ανηγμένη γωνία R(%) Σχήμα 2.53 Μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων που ενισχύθηκαν με ΙΟΠ (Τσώνος & Στυλιανίδης 1999,2000,2001). Επιβαλλόμενη τέμνουσα V b Επιβαλλόμενη τέμνουσα V b Δοκίμιο RO1 Δοκίμιο O1 Σχετική ανηγμένη γωνία R(%) Σχετική ανηγμένη γωνία R(%) Σχήμα 2.54 Μηχανική συμπεριφορά του ενισχυμένου δοκιμίου από μανδύα Ο/Σ (Τσώνος & Στυλιανίδης 1999,2000,2001). 80

81 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Από τα συμπεράσματα αυτής της συγκριτικής μελέτης αξίζει να αναφερθούν τα εξής: Όπως είναι γνωστό, αποτελεσματική ενίσχυση ενός κόμβου δοκού-υποστυλώματος επιτυγχάνεται όταν βελτιώνονται οι τρεις βασικές παράμετροι συμπεριφοράς του, ήτοι: ο λόγος ικανοτικού σχεδιασμού, το μέγεθος των ασκουμένων διατμητικών τάσεων στην περιοχή αυτή και ο οπλισμός του. Στις παλαιές οικοδομές συχνά οι λόγοι ικανοτικού σχεδιασμού είναι αρκετά μικρότεροι της μονάδας, οι διατμητικές τάσεις των κόμβων είναι πολύ μεγαλύτερες των ορίων της Επιτροπής (π.χ. τ >> 1.0 f c MPa για τους εξωτερικούς κόμβους της παρούσας μελέτης), και λείπουν σχεδόν παντελώς οι οπλισμοί του κόμβου. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να τονισθεί ότι ενώ με τη χρήση συμβατικών μανδυών από Ο/Σ οι ανωτέρω παράμετροι βελτιώνονται αξιοσημείωτα, αντιθέτως με τη χρήση ενισχύσεων με σύνθετα υλικά ΙΟΠ, τόσο ο λόγος ικανοτικού σχεδιασμού όσο και οι διατμητικές τάσεις των κόμβων μένουν πρακτικά αμετάβλητοι. Έτσι, απομένει η βελτίωση που προσφέρουν τα ΙΟΠ ως οπλισμός που θα πρέπει να δράσει εναλλακτικά με τους κλειστούς συνδετήρες των συμβατικών μανδυών από Ο/Σ. Αλλά, όταν υφίστανται συντρέχουσες δοκοί σε όλες τις πλευρές ενός κόμβου δοκού-υποστυλώματος, είναι αρκετά δύσκολο, αν όχι πρακτικά ανέφικτο, να δράσουν τα στρώματα των ΙΟΠ αποτελεσματικά προσφέροντας επαρκή περίσφιξη (τύπου κλειστού συνδετήρα) και επαρκή διατμητική όπλιση στην περιοχή αυτή. Οι Ghobarah et al, 2001 μελέτησαν πειραματικά την σεισμική αποκατάσταση κόμβων δοκών υποστυλωμάτων χρησιμοποιώντας ελάσματα ΙΟΠ. Η πειραματική μελέτη έγινε για να εκτιμηθεί η συμπεριφορά ενός πλήρους κλίμακας εξωτερικού κόμβου δοκού υποστυλώματος από ένα καμπτικό πλαίσιο που σχεδιάστηκε με τους παλαιότερους κανονισμούς. Ο κόμβος δοκού- υποστυλώματος υποβλήθηκε σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση η οποία εφαρμόστηκε στο ελεύθερο άκρο της δοκού ενώ ταυτόχρονα φορτιζόταν το υποστύλωμα με αξονική φόρτιση. Μετά το πείραμα το δοκίμιο επισκευάστηκε και ενισχύθηκε με ελάσματα ινοπλισμένων πολυμερών άνθρακα (CFRP) με σκοπό την αύξηση της διατμητικής αντοχής του κόμβου, και στη συνέχεια επαναφορτίστηκε, ώστε να γίνει σύγκριση για την συμπεριφορά του κόμβου, υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Να σημειωθεί ότι ακολουθώντας την πρακτική των προηγούμενων αντισεισμικών κανονισμών δεν τοποθετήθηκε εγκάρσιος οπλισμός (συνδετήρες) μέσα στον κόμβο. Για την ενίσχυση του κόμβου τοποθετήθηκαν στον κόμβο με την μορφή U ελάσματα ΙΟΠ. Τα ελεύθερα άκρα του U σφίχτηκαν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας μεταλλικά περικόχλια με μεταλλικούς δακτυλίους που περάστηκαν μέσα στον κόμβο (Σχ.2.55). Οι διευθύνσεις των ινών του ελάσματος FRP ήταν αντίστοιχες με τις διευθύνσεις των δυνάμεων του διαγώνιου εφελκυσμού στον κόμβο σε γωνία 45 0 με την κατακόρυφο. 81

82 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή πάχος μεταλλικων λαμών 12mm διάμμετρος περικόχλιων 20mm 1 στρώση ΙΟΠ υάλου Σχήμα 2.55 Σχήμα ενίσχυσης κόμβου με ΙΟΠ των Ghobarah et al. Ενισχύοντας την διατμητική αντίσταση του κόμβου η πιθανότητα να μην συμβεί διατμητική αστοχία δημιουργεί την ευκαιρία για καμπτική πλαστική άρθρωση στη δοκό. Οι Amoury et al, 2002 μελέτησαν πειραματικά την σεισμική ενίσχυση κόμβων δοκών υποστυλωμάτων χρησιμοποιώντας υφάσματα ΙΟΠ υάλου. Οι ερευνητές κατασκεύασαν τρία δοκίμια εξωτερικών κόμβων γιατί οι εξωτερικοί κόμβοι είναι πιο τρωτοί από τους εσωτερικούς που κατά ένα μέρος περισφίγκονται από τις συμβαλλόμενες εφαπτόμενες δοκούς στις τέσσερις πλευρές. Τα δοκίμια για να προσομοιώσουν τους κόμβους που κατασκευαζόταν πριν το 1970, κατασκευάστηκαν χωρίς εγκάρσιο οπλισμό και η αγκύρωση των διαμήκων ράβδων της δοκού ήταν μόνο 150mm από την επιφάνεια του υποστυλώματος. Κατασκευάστηκαν 3 δοκίμια T R0,T R1 και T R2 όπου το T R0 ήταν δοκίμιο ελέγχου αναφοράς, το T R1 ήταν το δοκίμιο T R0 που αφού δοκιμάστηκε και έσπασε επισκευάστηκε αντικαθιστώντας το σκυρόδεμα που ρηγματώθηκε με καινούριο και στη συνέχεια ο κόμβος περιτυλίχθηκε με ΙΟΠ υάλου. Το δοκίμιο T R2 ήταν παρθενικό και ενισχύθηκε με ΙΟΠ υάλου. Στο σχήμα 2.56 φαίνεται ο τρόπος ενίσχυσης. (α) (β) 2 μεταλλικές λάμες 320x100x12mm μεταλλικές λάμες σχήματος U πάχους 3mm 4 μεταλλικά περικόχλια διάμετρος 12 mm 4 στρώσεις ΙΟΠ υάλου 4 αγκύρια Hilti μεταλλικές λάμες 500x200x25mm 4 μεταλλικά περικόχλια διάμετρος 25 mm 8 στρώσεις ΙΟΠ υάλου 8 μεταλλικά αγκύρια διαμέτρου 20mm μεταλλική γωνιά 500x225x225x8mm Σχήμα 2.56 Σχήματα ενίσχυσης, των Amoury et al, α) δοκιμίου T R1, β) δοκιμίου T R2 82

83 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Μετά τα πειράματα προέκυψαν τα εξής αποτελέσματα συμπεράσματα : Το δοκίμιο ελέγχου χωρίς διατμητικό οπλισμό στον κόμβο και με ανεπαρκή αγκύρωση του κάτω οπλισμού της δοκού έδειξε ψαθυρή διατμητική αστοχία που συνοδευόταν με ολίσθηση των κάτω ράβδων της δοκού. Η συνθήκες σύνδεσης των επάνω ράβδων επηρεάστηκαν από την αποσύνθεση του σκυροδέματος του κόμβου ελέγχου και οδήγησαν σε σημαντική μείωση της αντοχής και της πλαστιμότητας του κόμβου. Με την χρήση των μανδυών ΙΟΠ υάλου το σκυρόδεμα παρέμεινε ακέραιο από την περίσφιξη και βελτίωσε σημαντικά την πλαστιμότητα και την αντοχή του επισκευασμένου κόμβου T R1. Συγκρίνοντας μεταξύ του δοκιμίου ελέγχου και του επισκευασμένου όσον αφορά την αποτελεσματικότητα του σχήματος ενίσχυσης, η επισκευή του κόμβου μηδένισε την ψαθυρή διατμητική αστοχία, βελτίωσε τις συνθήκες σύνδεσης των επάνω ράβδων της δοκού και καθυστέρησε την ολίσθηση των κάτω ράβδων της δοκού αυξάνοντας την απορρόφηση ενέργειας του δοκιμίου και μείωσε την υποβάθμιση της ακαμψίας του κόμβου. Στο δοκίμιο T R1 οι ίνες αποκολλήθηκαν από την επιφάνεια του σκυροδέματος της δοκού όταν η παραμόρφωση έφτασε στο 0,004 που είναι περίπου το 25% της προτεινόμενης παραμόρφωσης. Παρ όλα αυτά το δοκίμιο T R1 έφτασε την προτεινόμενη αντοχή, εξαιτίας της συνεισφοράς των υπαρχόντων ράβδων οπλισμού που αγνοήθηκαν κατά τον σχεδιασμό. Στο δοκίμιο T R2 οι μεταλλικές πλάκες σχήματος U που χρησιμοποιήθηκαν στο ΙΟΠ υάλου εξαφάνισαν την αποκόλληση του από την επιφάνεια του σκυροδέματος. Το ΙΟΠ έφτασε σε παραμόρφωση το 1/3 περίπου της παραμόρφωσης αστοχίας για εφελκυσμό και θλίψη χωρίς αστοχία. Ο ενισχυμένος κόμβος πέτυχε 52% υψηλότερη αντοχή και απορρόφησε έξι φορές περισσότερη ενέργεια από το δοκίμιο ελέγχου. Οι Αντωνόπουλος, 2000, μελέτησαν πειραματικά την ενίσχυση κόμβων οπλισμένου σκυροδέματος με σύνθετα υλικά. Κατασκεύασαν 18 δοκίμια μορφής εξωτερικού κόμβου Τ. Οι μεταβλητές που μελετήθηκαν ήταν τα ποσοστά των εξωτερικά επικολλούμενων σύνθετων οπλισμών και η διάταξη τους, το είδος των ινών και η επίδραση του αξονικού φορτίου του υποστυλώματος. Στην παρούσα εργασία αναφέρονται τρία αντιπροσωπευτικά δοκίμια. Για να επικεντρωθεί η αστοχία στην περιοχή του κόμβου δεν τοποθετήθηκε οπλισμός διάτμησης σε αυτή την περιοχή. Το πρώτο δοκίμιο C1 δεν ενισχύθηκε και χρησιμοποιήθηκε σαν δοκίμιο αναφοράς. Τα άλλα δύο δοκίμια ενισχύθηκαν με σύνθετα υλικά πριν υποβληθούν σε δοκιμή. Το δοκίμιο S1 ενισχύθηκε με λωρίδες σύνθετων υλικών από ίνες άνθρακα. Τοποθετήθηκαν τρεις λωρίδες ανά πλευρά στη δοκό και στο υποστύλωμα. Για να βελτιωθεί η αγκύρωση των λωρίδων της δοκού χρησιμοποιήθηκε μεταλλική ανισοσκελής γωνιά. Το τρίτο δοκίμιο F1 ενισχύθηκε με υφάσματα από ίνες άνθρακα μιας διεύθυνσης. Τοποθετήθηκαν δύο στρώσεις σε κάθε πλευρά 83

84 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή υποστυλώματος και δοκού, οι οποίες περιέβαλαν τον κόμβο σε σχήμα U. Στο Σχήμα 2.57 φαίνεται η διάταξη των εξωτερικών οπλισμών και οι κατευθύνσεις των ινών. Η κόλληση τους έγινε με εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών. Σχήμα 2.57 Μορφές ενίσχυσης κόμβων με οπλισμούς σύνθετων υλικών Η αστοχία του δοκιμίου C1 ήταν καθαρά διατμητικού τύπου με κύριο χαρακτηριστικό την ανάπτυξη μεγάλων «χιαστί» ρωγμών στην περιοχή του κόμβου με ταυτόχρονη αποφλοίωση του σκυροδέματος. Οι ρωγμές επεκτάθηκαν στο υποστύλωμα σχεδόν οριζόντια στο επίπεδο του εσωτερικού διαμήκους οπλισμού. Στα ενισχυμένα δοκίμια S1 και F1 παρατηρήθηκε σταδιακή αποκόλληση των σύνθετων υλικών από το σκυρόδεμα. Η μορφή αστοχίας ήταν ίδια με αυτήν του C1 αλλά οι βλάβες που και πάλι επικεντρώθηκαν στο κόμβο εμφανίστηκαν σταδιακότερα. Το μέγιστο φορτίο που παρέλαβαν τα ενισχυμένα δοκίμια ήταν σαφώς μεγαλύτερο σε σχέση με αυτό του C1. Οι λωρίδες αποκολλήθηκαν πιο γρήγορα από ότι τα φύλλα. Η καλύτερη συμπεριφορά προέρχεται από το δοκίμιο F1, του οποίου ακόμα και ο ρυθμός πτώσης της δυσκαμψίας είναι αισθητά μικρότερος από αυτόν του δοκιμίου αναφοράς C1. Η τεχνική ενίσχυσης κόμβων Ο/Σ με οπλισμούς σύνθετων υλικών είναι αποτελεσματική και εύκολα εφαρμόσιμη. Από τα αντιπροσωπευτικά αποτελέσματα πειραματικών δοκιμών φαίνεται ότι βελτιώνονται σημαντικά όλα τα αντισεισμικά χαρακτηριστικά των κόμβων. Η μορφή αστοχίας μετατρέπεται από εντελώς ψαθυρή σε πιο σταδιακή ψευδοπλάστιμη (κυρίως όταν χρησιμοποιούνται οπλισμοί σύνθετων υλικών σε μορφή υφασμάτων), η οποία χαρακτηρίζεται από την σταδιακή αποκόλληση των εξωτερικά επικολλημένων οπλισμών. 84

85 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 2.5 Τοιχοποιίες πλήρωσης Για της τοιχοποιίες πλήρωσης έγιναν κυρίως πειράματα για αύξηση της διατμητικής αντοχής με χρήση ΙΟΠ Αύξηση διατμητικής αντοχής Οι Haroun et al, 1993 μελέτησαν πειραματικά την σεισμική ενίσχυση τοιχοποιίας πλήρωσης πλαισίων (Ο/Σ), με συνθετικά ινοϋφάσματα. Η πειραματική έρευνα έγινε για να μελετηθεί η σεισμική συμπεριφορά τυπικών κτιρίων στο Κάϊρο. Τα περισσότερα κτίρια στο Κάϊρο κατασκευάστηκαν χωρίς ιδιαίτερη μέριμνα για αντίσταση στο σεισμό. Κοινό σύστημα κατασκευής στην Αίγυπτο αποτελεί το πλαίσιο Ο/Σ με τοιχοποιία πλήρωσης από οπτόπλινθους (τούβλα). Μετά τον σεισμό του 1992 οι περισσότερες ρωγμές έγιναν στην τοιχοποιία πλήρωσης η οποία απορρόφησε την σεισμική ενέργεια και απέτρεψε την καταστροφή ή την πλήρη κατάρρευση των κατασκευών. Κατασκευάστηκαν δοκίμια κανονικής κλίμακας. Συγκεκριμένα έγιναν οι εξής τρεις περιπτώσεις πειραμάτων: Ένα παρθενικό πλαίσιο Ο/Σ με τοιχοποιία πλήρωσης από τσιμεντόλιθους (IF). Ένα παρθενικό πλαίσιο Ο/Σ με τοιχοποιία πλήρωσης όπου η τοιχοποιία ενισχύθηκε με ινοπλισμένα υαλοϋφάσματα σε κάθε πλευρά της τοιχοποιίας (IFS1). Το αρχικό πλαίσιο Ο/Σ με τοιχοποιία πλήρωσης επισκευάζεται μετά το πείραμα και επανεξετάζεται. Η ρηγματωμένη τοιχοποιία επικαλύπτεται με ινοπλισμένα υαλοϋφάσματα (RIF). Οι διαστάσεις και ο οπλισμός του πλαισίου των δοκιμίων φαίνεται στο σχήμα Όλα τα δοκίμια εξετάστηκαν υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση εντός επιπέδου. Οι αναμενόμενες αστοχίες είναι: Αστοχία της τοιχοπλήρωσης από θραύση λόγω διαγώνιας σύνθλιψης. Διαγώνιες ρωγμές από εφελκυσμό. Ολίσθηση κατά μήκος της στρώσης τσιμεντοκονίας μεταξύ των οπτόπλινθων. ΤΟΜΗ Α-Α Σχήμα 2.58 Διαστάσεις και ο οπλισμός του πλαισίου των δοκιμίων των Haroun et al 85

86 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Επίσης πραγματοποιήθηκαν πειράματα μόνο της τοιχοποιίας πλήρωσης, κανονική ή ενισχυμένη με υαλουφάσματα, για να διαπιστωθεί η συμπεριφορά μόνο της τοιχοποιίας. Η συμπεριφορά της ενισχυμένης ήταν καλύτερη. Πίνακας 2.8 Χαρακτηριστικά των τοιχοπληρωμένων πλαισίων Ο/Σ. Πλαίσιο με τοιχοπλήρωση (δοκίμια) Μέγιστη αντοχή (kips) Αρχική δυσκαμψία (kips/inch) Πλαστιμότητα IF RIF IFS Για τα πλαίσια Ο/Σ με τοιχοπλήρωση τα αποτελέσματα της αντοχής, της αρχικής δυσκαμψίας και της πλαστιμότητας φαίνονται στο πίνακα 2.8. Είναι ξεκάθαρο ότι τα ινοπλισμένα υαλουφάσματα αύξησαν την αντοχή κατά 35% από το αρχικό δοκίμιο. Αντίθετα δεν επηρέασαν σημαντικά την αρχική δυσκαμψία. Το ενισχυμένο όμως δοκίμιο συμπεριφέρθηκε με πολύ περισσότερο πλάστιμο τρόπο από το αρχικό δοκίμιο. Τα υφάσματα στο επισκευασμένο δοκίμιο αύξησαν την αντοχή αλλά και την δυσκαμψία του κατεστραμμένου τοίχου (σχ.2.59). Μετά την επισκευή Δύναμη (kips) Πριν την επισκευή Μετατόπιση (in) Σχήμα 2.59 Σύγκριση αντοχής δοκιμίου τοιχοπλήρωσης (IF) με επισκευασμένο (RIF), (Haroun et al, 1993). Τα δοκίμια αστόχησαν ως εξής: Στο αρχικό δοκίμιο παρθενικό (IF) ο τρόπος αστοχίας ήταν από διαγώνιο εφελκυσμό και διατμητική ολίσθηση σε κατακόρυφες και οριζόντιες ενώσεις. Στο ενισχυμένο δοκίμιο (IFS1) ο τρόπος αστοχίας ήταν τοπική θραύση της γωνίας της τοιχοπλήρωσης. Η αντοχή του πλαισίου ήταν ελάχιστα μεγαλύτερη από την εκτιμώμενη 86

87 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή διατμητική αντοχή των στύλων. Παρ όλα αυτά η συμπεριφορά ήταν πλάστιμη και διατμητική αστοχία παρατηρήθηκε στους στύλους μόνο. Αξίζει να σημειωθεί ότι το ύφασμα απέτρεψε την αστοχία από διατμητική ολίσθηση και την αστοχία από διαγώνιο εφελκυσμό στην τοιχοπλήρωση. Στο ενισχυμένο δοκίμιο (RIF) ο τρόπος αστοχίας ήταν τοπική θραύση της γωνίας του τοίχου εξαιτίας της διαγώνιας σύνθλιψης αντίγος. Αυτή η αστοχία συμβαίνει για δύναμη μικρότερη από την διατμητική αντοχή των στύλων. Η γενική συμπεριφορά ήταν πλάστιμη και το πλαίσιο αντιστάθηκε σε μεγάλες παραμορφώσεις χωρίς μείωση της αντοχής. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα ινοπλισμένα υαλουφάσματα αποτρέπουν την αστοχία από διαγώνιο εφελκυσμό όπως και τις ρωγμές στην τοιχοποιία. Επίσης αντιστέκονται στην αποκόλληση των οπτόπλινθων και την τελική αστοχία στο πείραμα. Τα υφάσματα αυξάνουν την αντίσταση στην διατμητική ολίσθηση των τοίχων και αποτρέπουν την αστοχία από διατμητική ολίσθηση των πλαισίων με τοιχοπλήρωση. Ο τρόπος αστοχίας των ενισχυμένων πλαισίων Ο/Σ με τοιχοπλήρωση είναι θραύση από διαγώνια σύνθλιψη που συνοδεύεται από διατμητική αστοχία των υποστυλωμάτων. Αυτό εξαρτάται από την αντίσταση της τοιχοπλήρωσης που συγκρίνεται με την διατμητική αντοχή των υποστυλωμάτων. Για να αποτραπεί η ψαθυρή διατμητική αστοχία των υποστυλωμάτων πρέπει η διατμητική αντοχή να είναι μεγαλύτερη από την εγκάρσια αντοχή της τοιχοποιίας. Τα συνθετικά υφάσματα συμπεριφέρονται καλά στην περίπτωση επισκευής κυρίως όταν η τοιχοποιία υποφέρει από σημαντικές ρωγμές. Οι Reinhom et al, 1995 μελέτησαν πειραματικά το σύστημα ινοϋφασμάτων TYFO tm W για ενίσχυση εντός επιπέδου τοιχοποιίας από οπτόπλινθους. Κατασκευάστηκαν δύο δοκίμια τοίχων από οπτόπλινθους οι διαστάσεις των οποίων ήταν πλάτος: 72in~183cm, ύψος: 70in~178cm. Οι οπτόπλινθοι είχαν διαστάσεις: 2,5x4x8in δηλ. 6,35x10,16x20,32cm. Είναι οπτόπλινθοι παλαιού τύπου που χτίζονται με τσιμεντοκονίαμα. Το ένα δοκίμιο οπλίστηκε με δύο λωρίδες (σταυρωτά) πλάτους 6in~15,24cm, ινοπλισμένου υφάσματος (SEH1) οι οποίες συγκολλήθηκαν στην μια πλευρά του τοίχου με εποξειδική ρητίνη (TYFO S) και σε αποστάσεις μεταξύ τους 48in~122cm κέντρο κέντρο. Η άλλη πλευρά καλύφθηκε με συνεχές ύφασμα (TYFO WEB) το οποίο κολλήθηκε με εποξειδική ρητίνη. Κατά συνέπεια το δοκίμιο που προκύπτει έχει μη συμμετρικά ενισχυμένες πλευρές. Τα υφάσματα είναι υαλοϋφάσματα. Οι ρητίνες είναι εποξειδικές δύο συστατικών. Κάθε δοκίμιο μετρήθηκε με 6 όργανα (LVTDs) για να μετρηθούν οι παραμορφώσεις. Τα δοκίμια πρώτα υποβλήθηκαν σε μικρή ημιτονοειδή φόρτιση για να καθοριστεί το φορτίο ρωγμών και οι παραμορφώσεις. Έπειτα τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε push-over φόρτιση υπό των έλεγχο μετατοπίσεων, για να καθοριστεί η αντίσταση τους (αντοχή και πλαστιμότητα) σε μία διεύθυνση. Η φόρτιση έπειτα άλλαξε διεύθυνση για να ολοκληρωθεί ένας κύκλος και να καθοριστεί το πλάτος των ρωγμών. Το πείραμα τερματίστηκε με την θραύση του ινοϋφάσματος επικάλυψης για το οπλισμένο δοκίμιο και τις διαγώνιες ρωγμές για το πιλοτικό αρχικό δοκίμιο. 87

88 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Και στα δοκίμια που εξετάστηκαν ο κυρίαρχος τρόπος αστοχίας ήταν διατμητικός. Στην περίπτωση της άοπλης τοιχοποιίας η αστοχία άρχισε με την διάδοση των ρωγμών κατά μήκος των διαγωνίων του επίπεδου τοίχου. Όσο η εγκάρσια μετατόπιση αυξανόταν, το πλάτος των ρωγμών αυξανόταν, μέχρι που σχηματίστηκαν μεγάλες διαγώνιες ρωγμές και σε αυτό το σημείο η αντίσταση του τοίχου έπεσε απότομα. Στην περίπτωση του οπλισμένου με ινοϋφάσματα δοκιμίου η αστοχία άρχισε με την αποκόλληση του υφάσματος. Η αποκόλληση και στις δύο πλευρές συγκεντρώθηκε κατά μήκος των διαγωνίων όπου είναι και οι περιοχές που υποβάλλονται σε υψηλή εφελκυστική ένταση. Η αποκόλληση συνεχιζόταν μέσα στην μικρή λωρίδα με μέγιστο πλάτος 16in(40cm) κατά μήκος της διαγωνίου, ακολούθως το τυλιγμένο ύφασμα σχιζόταν σταδιακά κατά μήκος της πάνω άκρης της περιοχής αποκόλλησης. Σε αυτό το στάδιο εκτιμήθηκε και η αστοχία του δοκιμίου. Αμέσως μετά οι διαγώνιες ρωγμές στο επίπεδο του τοίχου αυξανόταν με μέγιστο πλάτος 1in(2,54cm) και η εγκάρσια δύναμη αντίστασης του τοίχου έπεσε. Δεν παρατηρήθηκε αποκόλληση στα άκρα του υφάσματος σε κανένα επίπεδο του πειράματος. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων είναι φανερό ότι η αντοχή του οπλισμένου με ινοϋφάσματα δοκιμίου τοίχου είναι 120% μεγαλύτερη από αυτή του παρθενικού δοκιμίου και ικανότητα μετατοπίσεων είναι 150% μεγαλύτερη από αυτή του παρθενικού δοκιμίου. Επίσης το σύστημα του ινοπλισμένου ινοϋφάσματος αύξησε την υστεριτική απόσβεση του δοκιμίου τοιχοποιίας, αυτό αποδεικνύεται από την σεισμική συμπεριφορά. Η αστοχία του υφάσματος (TYFO tm W Epoxy / Resin) συμβαίνει σε τρία στάδια ως εξής: Αποκόλληση του υφάσματος επικάλυψης από την τοιχοποιία στις περιοχές έντασης (κυρίως στο κέντρο της τοιχοποιίας και όχι στις άκρες). Σπάσιμο ή αστοχία θραύσης του υφάσματος (σχίσιμο) στη διεπιφάνεια της συγκολλημένης και της περιοχής αποκόλλησης. Μετά την αστοχία του υφάσματος οι δυνάμεις μεταφέρονται στην τοιχοποιία, αυτό διευρύνει τις διαγώνιες ρωγμές της τοιχοποιίας και οδηγεί σε διατμητική αστοχία. Η συνεισφορά του ινοϋφάσματος στην αντίσταση των ρωγμών της τοιχοποιίας ήταν αμελητέα. Παρ όλα αυτά, ακολουθώντας τον σχηματισμό των ρωγμών τα ινοϋφάσματα αντιστέκονται στις εντάσεις του διαγώνιου εφελκυσμού με την δράση μεμβράνης. Η τοποθέτηση υφάσματος ελέγχει την διάδοση και την διεύρυνση των ρωγμών στην τοιχοποιία γι αυτό καθυστερεί την ψαθυρή διατμητική αστοχία που παρατηρείται στην άοπλη τοιχοποιία. Η εντός επιπέδου φόρτιση της τοιχοποιίας που ενισχύθηκε με διαφορετικό σύστημα οπλισμού ινοϋφάσματος (ινουφάσματα, λωρίδες) σε κάθε πλευρά, δεν οδήγησε σε κάποια ευδιάκριτη μετατόπιση εκτός επιπέδου, αυτό σημαίνει ότι τα δύο συστήματα ενίσχυσαν την τοιχοποιία ίσα ή συμμετρικά. 88

89 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Η επικάλυψη του τοίχου με υφάσματα αποτρέπει την πτώση από τα συντρίμμια που δημιουργούνται μετά την αστοχία, αυτό αποτρέπει και κάποιους πιθανούς τραυματισμούς στους κατοίκους που προσεγγίζουν τους τοίχους στην περίπτωση ενός σεισμού. Οι Sugiyama et al, 2000 μελέτησαν πειραματικά την ενίσχυση με ανθρακοϋφάσματα τοιχείων πλήρωσης (σκυροδετημένα επί τόπου, μη φέροντα), πλαισίων Ο/Σ. Στα κλασικά Γιαπωνέζικα χυτά επί τόπου κτίρια Ο/Σ, πλαίσια Ο/Σ (υποστυλώματα και δοκοί) και τοιχεία πλήρωσης (διάστυλο χώρισμα, ποδιά και πλευρικοί τοίχοι) κατασκευάζονται ταυτόχρονα, γι αυτό και ενώνονται μονολιθικά. Σε παλαιότερους σεισμούς, αρκετές ζημιές παρατηρήθηκαν όχι μόνο στα υποστυλώματα Ο/Σ αλλά και στα χυτά επί τόπου τοιχεία πλήρωσης. Όταν τα τοιχεία πλήρωσης αστοχούν, είναι δύσκολο να ανοίξει η πόρτα, και οι κάτοικοι δεν μπορούν να διαφύγουν από την πόρτα. Προσθετικά, οι μεγάλες διαγώνιες ρωγμές στα τοιχεία πλήρωσης προκαλούν ανησυχία στους κατοίκους για την ασφάλεια της κατασκευής. Παρ όλα αυτά δεν υπάρχουν μέθοδοι υπολογισμού για τον σχεδιασμό της ακαμψίας και της αντοχής των πλαισίων Ο/Σ με τοιχεία πλήρωσης, εξαιτίας της αλλαγής του μηχανισμού της αντίστασης της τέμνουσας όπου με τα τοιχεία πλήρωσης δεν είναι ξεκάθαρη. Παρ όλα αυτά ήταν σύνηθες στη πράξη η απομόνωση των τοιχείων πλήρωσης από τα πλαίσια Ο/Σ, και όπου δεν εφαρμοζόταν κατάλληλα παρατηρούνταν αρκετές ζημίες. Σκοπός αυτής της έρευνας είναι : Η λήψη αποτελεσμάτων από τα πειράματα και την ανάλυση της λειτουργίας των τοιχείων πλήρωσης σε πλαίσια Ο/Σ. Να προταθεί μια τεχνική σεισμικής ενίσχυσης με ανθρακοϋφάσματα για τον έλεγχο του τρόπου αστοχίας των τοιχείων πλήρωσης σε πλαίσια Ο/Σ. Για τους παραπάνω λόγους πραγματοποιήθηκαν πειράματα με τέμνουσα δύναμη και ανάλυση, σε μονώροφα πλαίσια Ο/Σ ενός ανοίγματος με τοιχεία πλήρωσης. Λεπτομέρειες των δοκιμίων φαίνονται στο σχήμα 2.60 (α). Τα δοκίμια, μονώροφα ενός ανοίγματος πλαίσια Ο/Σ με τοιχεία πλήρωσης, υποτίθεται ότι ήταν πλαίσια των διαμερισμάτων των κτιρίων. Οκτώ δοκίμια κατασκευάστηκαν υπό κλίμακα 1/3 (δυο κανονικά και έξι ενισχυμένα δοκίμια). Τα υποστυλώματα και οι δοκοί ήταν ίδια σε όλα τα δοκίμια. Η διατομή των υποστυλωμάτων (BcxDc) ήταν 240mmx240mm και το πάχος του τοιχείου πλήρωσης ήταν 40mm. Το μήκος των τοιχείων πλήρωσης ήταν 1760mm και το ύψος 1100mm. Μια σεισμική ενίσχυση με ανθρακοϋφάσματα εφαρμόστηκε για τον έλεγχο και το περιορισμό των ζημιών του τοιχείου πλήρωσης. Οι παράμετροι του πειράματος ήταν : ο τύπος των ανοιγμάτων στα τοιχεία πλήρωσης και οι μέθοδοι ενίσχυσης των τοιχείων με τα ανθρακοϋφάσματα. Το δοκίμιο με τον Α-τύπο ανοίγματος έχει το κεντρικό άνοιγμα της πόρτας και δύο ανοίγματα παραθύρων εκατέρωθεν του ανοίγματος της πόρτας, στο τοιχείο πλήρωσης. Το δοκίμιο με τον Β-τύπο ανοίγματος έχει δύο ανοίγματα θυρών μέσα στο τοιχείο πλήρωσης. Τα δοκίμια Νο 1-4, 7 και 8 ήταν τύπου Α, ενώ τα δοκίμια Νο5 και Νο6 ήταν τύπου Β. Τα δοκίμια Νο1 και Νο5 κατασκευάστηκαν κανονικά χωρίς ενίσχυση με ανθρακοϋφάσματα. 89

90 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή Στο σχήμα 2.60 (β) φαίνονται οι μέθοδοι ενίσχυσης των τοιχείων πλήρωσης με ανθρακοϋφάσματα. Οι παράμετροι για τα ανθρακοϋφάσματα ήταν η περιοχή ενίσχυσης (Iτύπος και L- τύπος), το ποσοστό των υφασμάτων και η μέθοδος πήξης των υφασμάτων. Στο ενισχυμένο δοκίμιο I-τύπου, τα υφάσματα τοποθετήθηκαν στο διάστυλο χώρισμα και στις δύο πλευρές της πόρτας και στο ενισχυμένο δοκίμιο L-τύπου τα φύλλα τοποθετήθηκαν και στο διάστυλο χώρισμα και ως την ποδιά. Το ποσοστό των υφασμάτων αναφέρεται στις στρώσεις των υφασμάτων. Χρησιμοποιήθηκαν μία ή δύο στρώσεις σε αυτό το πείραμα.τα υφάσματα τοποθετήθηκαν μόνο στη μία πλευρά ή και στις δύο πλευρές των τοιχείων πλήρωσης. Στα Νο7 και Νο8 δοκίμια τα ανθρακοϋφάσματα κολλήθηκαν στην επιφάνεια των τοίχων με θέρμανση των διαποτισμένων με ρητίνη υφασμάτων. Ι-τύπος πρόσοψη 1-στρώση Ι-τύπος πρόσοψη 1-στρώση No.2 CF-AS-I-1 Ι-τύπος πρόσοψη 2-στρώσεις No.6 CF-BS-I-1 Ι-τύπος δύο πλευρές- 2 στρώσεις No.3 CF-AS-I-2 L-τύπος πρόσοψη 1-στρώση No.7 CF-AT-I-2D L-τύπος δύο πλευρές- 2 στρώσεις No.4 CF-AS-L-1 No.8 CF-AT-L-2D (b)μέθοδος ενίσχυσης με ανθρακοϋφάσματα Παντογράφος για εκτός επιπέδου παραμορφώσεις Έμβολο αξονικής φόρτισης Δοκός φόρτισης Έμβολο τέμνουσας δύναμης Έμβολο τέμνουσας δύναμης (a)λεπτομέρειες δοκιμίων Πάνω: Α-τύπος Κάτω: Β- τύπος (C)Διάταξη φόρτισης Σχήμα 2.60 (a)λεπτομέρειες δοκιμίων, (b) Μέθοδοι ενίσχυσης, (c) Διάταξη φόρτισης Ο τρόπος αστοχίας των κανονικών τοιχείων πλήρωσης Ο/Σ των δοκιμίων (Νο1 και Νο5) ήταν ίδιος με τις ζημίες που παρατηρήθηκαν στα υπάρχοντα κτίρια εξαιτίας των σεισμών. Τα παραδείγματα των ρωγμών φαίνονται στο σχήμα Πρώτα διαγώνιες ρωγμές παρατηρούνται από την γωνία των ανοιγμάτων και των δύο δοκιμίων τύπου Α (Νο1) και Β (Νο5). Στο δοκίμιο τύπου Α, οι διατμητικές ρωγμές στο διάστυλο και ως τη ποδιά παρατηρούνται για γωνία στροφής ορόφου περίπου 1/800rad. Τελικά η μείωση της τέμνουσας δύναμης προκαλείται εξαιτίας της διατμητικής αστοχίας του διάστυλου 90

91 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή χωρίσματος και αστοχίας από θλίψη του σκυροδέματος στη σύνδεση του στύλου με το τμήμα του τοιχείου έως την ποδιά. Στο τύπο Β διατμητικές ρωγμές και θλιπτοκαμτική αστοχία του σκυροδέματος των πλευρικών τοίχων παρατηρήθηκε μετά τις πρώτες ρωγμές. Μετά διατμητικές ρωγμές αναπτύχθηκαν κατά μήκος κατακόρυφων ράβδων στους πλαϊνούς τοίχους. Τελικά οι στύλοι και οι πλαϊνοί τοίχοι ολίσθησαν κατακόρυφα, οπότε η μείωση της οριζόντιας φόρτισης προκλήθηκε από αυτό. Παρατηρήθηκαν ρωγμές στα ενισχυμένα δοκίμια από την πίσω πλευρά των δοκιμίων ή μετά την αποκόλληση των υφασμάτων στο τέλος του πειράματος, αφού τα υφάσματα είχαν τοποθετηθεί στην επιφάνεια των τοιχείων πλήρωσης. Το επίπεδο αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν ίδιο με τα κανονικά δοκίμια Ο/Σ. Παρόλα αυτά στα ενισχυμένα δοκίμια ο αριθμός των διατμητικών ρωγμών αυξήθηκε στην ενισχυμένη περιοχή των τοίχων πλήρωσης, όμως το εύρος των ρωγμών μειώθηκε με την χρήση των ανθρακοϋφασμάτων. Στο δοκίμιο τύπου Α η διατμητική αστοχία του διάστυλου χωρίσματος έγινε καμπτική αστοχία με την χρήση ανθρακοϋφασμάτων. Δοκίμιο τύπου Α Δοκίμιο τύπου Β RC-A-O-O (No.1) RC-B-O-O (No.5) CF-AS-1-1 (No.2) CF-BS-1-1 (No.6) Σχήμα 2.61 Μορφές ρωγμών των δοκιμίων τύπου Α και Β Η αρχική ακαμψία των συνηθισμένων τοιχείων πλήρωσης των δοκιμίων (Νο1 και 5) ήταν υψηλότερη από αυτή του πλαισιακού δοκιμίου, και ήταν περίπου ίδια με αυτή του δοκιμίου 91

92 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή που ήταν διατμητικό τοιχείο. Οι τιμές της αρχικής ακαμψίας των Νο1 και Νο5 ήταν 3,4 και 4,5 φορές μεγαλύτερες από εκείνες του πλαισιακού δοκιμίου. Μείωση της ακαμψίας παρατηρήθηκε για γωνία στροφής ορόφου 1/800rad εξαιτίας της αστοχία του τοιχείου πλήρωσης. Αφού παρατηρήθηκε η μέγιστη φόρτιση, η εγκάρσια δύναμη μειωνόταν αργά, αλλά ήταν λίγο υψηλότερη από την καμπτική αντοχή του πλαισιακού δοκιμίου. Παρ όλα αυτά η υστέρηση των δοκιμίων με τοιχεία πλήρωσης ήταν πλάστιμη. Σε όλα τα δοκίμια τύπου Α, παρατηρήθηκε μείωση της ακαμψίας για γωνία (R) στροφής ορόφου μεταξύ 1/800rad 1/400rad. Παρ όλα αυτά η μείωση της ακαμψίας των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν μικρότερη από αυτή των κανονικών δοκιμίων. Επίσης στα ενισχυμένα δοκίμια η μείωση της ακαμψίας ήταν διαφορετική ανάλογα με την μέθοδο ενίσχυσης με τα υφάσματα. Η εγκάρσια δύναμη των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν υψηλότερη από αυτή των κανονικών δοκιμίων για γωνία στροφής (R) ορόφου περίπου 1/200. Για τα ενισχυμένα δοκίμια τύπου Β παρόμοιες βελτιώσεις στην ακαμψία και στην διατμητική αντοχή παρατηρήθηκαν όπως στα ενισχυμένα δοκίμια τύπου Α. Για γωνία στροφής (R) ορόφου πάνω από 1/100rad η καμπύλη των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν ίδια με των κανονικών δοκιμίων και για τους δύο τύπους Α και Β, από την στιγμή της αποκόλλησης των ανθρακοϋφασμάτων από τα τοιχεία, αλλά η υστεριτική συμπεριφορά των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν πλάστιμη. Τα υφάσματα προτείνονται για τον έλεγχο της παραμόρφωσης του ανοίγματος της πόρτας και του εύρους των ρωγμών. Μετά τον σεισμό οι παραμένουσες ανοιχτές ρωγμές προκαλούν πολλά προβλήματα. Οι διατμητικές ρωγμές στο τύπο Α ήταν στο διάστυλο χώρισμα ενώ στον τύπο Β ήταν στους πλαϊνούς τοίχους. Το επιτρεπόμενο εύρος ρωγμών είναι 0,15mm-0.30mm από την πλευρά της λειτουργικότητας και της ανθεκτικότητας. Για αυτό όταν η παραμένουσα ρωγμή είχε εύρος μεγαλύτερο από 0,20mm η γωνία στροφής του ορόφου στον κύκλο αναφερόταν στην οριακή γωνία στροφής. Η οριακή γωνία στροφής ορόφου ήταν 1/400rad στο δοκίμιο τύπου Α και 1/200rad στο δοκίμιο τύπου Β αντίστοιχα. Η οριακή γωνία παραμόρφωσης των ενισχυμένων δοκιμίων διαφέρει αρκετά από τα κανονικά, όμως η οριακή γωνία παραμόρφωσης δεν διαφέρει ανάλογα με το ποσοστό των υφασμάτων. Παρόλα αυτά το εύρος των ρωγμών που παραμένουν ήταν μικρότερο κατά σειρά στα I τύπος 1 στρώση (Νο2), I τύπος 2 στρώσεις (Νο3), L τύπος 1 στρώση (Νο4). Ταυτόχρονα το εύρος των ρωγμών που παραμένουν ελέγχεται από την διαφορετική μέθοδο ενίσχυσης με υφάσματα. Οι ερευνητές συμπεραίνουν ότι: 1. Η αρχική ακαμψία των πλαισίων Ο/Σ με τοιχεία πλήρωσης ήταν μεγαλύτερη από αυτή των πλαισίων χωρίς τοίχο, και ήταν όμοια με πλαίσια που έχουν τοιχώματα διάτμησης. Η αντοχή των πλαισίων Ο/Σ με τοιχεία πλήρωσης ήταν κοντά στην καμπτική αντοχή των μεμονωμένων πλαισίων Ο/Σ εξαιτίας της αστοχίας των τοιχείων πλήρωσης. 92

93 Κεφάλαιο 2 - Ανασκόπηση διεθνούς βιβλιογραφίας για την ενίσχυση δομικών στοιχείων Ο/Σ με ινοπλισμένα πολυμερή 2. Η σεισμική ενίσχυση με την χρήση των ανθρακοϋφασμάτων βελτιώνει το επίπεδο των ζημιών στα τοιχεία πλήρωσης των πλαισίων Ο/Σ. Ιδιαίτερα, η παραμόρφωση του ανοίγματος της πόρτας και το εύρος των ρωγμών που παραμένουν, μπορούν να ελεγχθούν και να μειωθούν με την ενίσχυση με υφάσματα ινοπλισμένων πολυμερών άνθρακα. 93

94 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης Πλαίσιο αντίδρασης Τα πειράματα έγιναν στην αίθουσα δοκιμών που διαθέτει το εργαστήριο Κατασκευών Ο/Σ και Φέρουσας Τοιχοποιίας της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ. Η αίθουσα δοκιμών είναι διαστάσεων μέτρων και διαθέτει προεντεταμένο δάπεδο πάχους ενός μέτρου. Το δάπεδο συνδέεται ολόσωμα στο κάτω μέρος του με τοιχώματα πάχους εξήντα εκατοστών, τα οποία θεμελιώνονται στο έδαφος μέσω ισχυρής κοιτόστρωσης. Στην επιφάνεια του δαπέδου υπάρχει κάνναβος οπών σε δύο διευθύνσεις με διάσταση καννάβου ένα μέτρο. Σε κάθε οπή υπάρχει αγκυρωμένος χαλύβδινος σωλήνας με μεταλλική φλάντζα στην αρχή και στο τέλος του. Για τη στήριξη των εμβόλων και την ανάληψη των κατακόρυφων και οριζόντιων δυνάμεων και ροπών που αναπτύσσονται κατά το πείραμα, χρησιμοποιήθηκε μεταλλικό πλαίσιο αντίδρασης που είχε σχεδιαστεί παλαιότερα από το προσωπικό του Εργ. Κατασκευών Ο/Σ και Φέρουσας Τοιχοποιίας κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να είναι δυνατή και εύκολη η τροποποίησή του [Στυλιανίδης, 1994]. Έτσι υπήρχε η δυνατότητα αποσύνδεσης, μετακίνησης και επανασύνδεσης των μελών του ανάλογα με τις διαστάσεις των δοκιμίων και ανάλογα με τις δυνάμεις που αναμένεται να αναπτυχθούν. Ο φορέας του πλαισίου αποτελείται από τέσσερα υποστυλώματα όπως φαίνονται στα σχήματα 3.1 και 3.2 Τα υποστυλώματα στηρίζονται στο δάπεδο μέσω ειδικού μεταλλικού εδράνου σύνθετης διατομής. Τα έδρανα έχουν τέσσερις οπές ανά μέτρο για την αγκύρωσή τους στο δάπεδο. Η αγκύρωση στο δάπεδο γίνεται με προεντεταμένους κοχλίες μήκους δύο μέτρων και ικανότητας ανάληψης δύναμης προέντασης 600kN (2400 kn δύναμη αγκύρωσης ανά υποστύλωμα). Σε κάθε υποστύλωμα τοποθετείται πρόβολος μήκους ενός μέτρου ο οποίος συνδέεται με το υποστύλωμα μέσω δώδεκα προεντεταμένων κοχλιών με δύναμη προέντασης 250 kn (συνολικά 3000 kn ανά πρόβολο). Από τους προβόλους αναρτώνται δοκοί, οι οποίες συνδέουν τους στύλους ανά δύο μεταξύ τους σχηματίζοντας δύο πλαίσια. Σε αυτές τις εγκάρσιες δοκούς εδράζονται δύο δοκοί, οι οποίες ενώνουν τα δύο πλαίσια μεταξύ τους. Οι συνδέσεις των δοκών μεταξύ τους και με τους προβόλους γίνονται μέσω δύο μεταλλικών προεντεταμένων κοχλιών ανά σύνδεση με δύναμη προέντασης 600 kn ανά κοχλία (1200 kn ανά σύνδεση). Για την ανάρτηση του εμβόλου επιβολής της οριζόντιας δύναμης και την παραλαβή και μεταφορά των αντίστοιχων αντιδράσεων χρησιμοποιείται οριζόντια δοκός (βλ. Σχ. 3.1,3.2) η οποία στηρίζεται στα δύο υποστυλώματα του κάθε πλαισίου. Η σύνδεση της οριζόντιας δοκού με τα υποστυλώματα γίνεται επίσης μέσω προεντεταμένων κοχλιών με δύναμη προέντασης 250ΚΝ ανά κοχλία (500ΚΝ ανά σύνδεση). Όλες οι συνδέσεις γίνονται μέσω προεντεταμένης επαφής προκειμένου να υπάρχει ευελιξία στην τροποποίηση του πλαισίου. Επειδή τα έδρανα των 94

95 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης υποστυλωμάτων δέχονται υψηλή τέμνουσα δύναμη κατά την επιβολή της οριζόντιας δύναμης φόρτισης των δοκιμίων, τοποθετούνται ειδικοί αναστολείς ολίσθησης, οι οποίοι αίρουν την ολίσθηση του εδράνου, λειτουργώντας ως βλήτρα μέσα στην οπή του εδράνου και στην οπή του δαπέδου αντίδρασης (Σχ. 3.1, 3.2), (Φωτ.3.1) [Σαλονικιός, 1998]. Σχήμα 3.1 Κάτοψη πλαισίου αντίδρασης και διάταξης φόρτισης Σχήμα 3.2 Όψη πλαισίου αντίδρασης και διάταξης φόρτισης 95

96 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης μεταλλικό πλαίσιο Φωτ. 3.1 Γενική άποψη της πειραματικής διάταξης 3.2. Εγκατάσταση δοκιμίου Η εγκατάσταση των δοκιμίων έγινε με την ίδια διαδικασία όπως στα αρχικά (παρθενικά) δοκίμια. Συγκεκριμένα τα αρχικά δοκίμια σκυροδετήθηκαν μαζί με τη βάση αγκύρωσης και τη δύσκαμπτη κεφαλή επιβολής της φόρτισης. Η αγκύρωση των δοκιμίων στο δάπεδο αντίδρασης γινόταν μέσω προεντεταμένων κοχλιών με δύναμη προέντασης 400ΚΝ ανά κοχλία (800ΚΝ για το δοκίμιο), οι οποίοι συνέδεαν τη βάση αγκύρωσης του δοκιμίου με το δάπεδο (Σχ. 3.2). Επίσης για την άρση τυχόν ολίσθησης ολόκληρου του δοκιμίου λόγω της οριζόντιας φόρτισης, χρησιμοποιήθηκαν αναστολείς ολίσθησης μεταξύ του δαπέδου και της βάσης αγκύρωσης του δοκιμίου. Η αγκύρωση του οριζόντιου εμβόλου στην κεφαλή έγινε με μεταλλικές λεπίδες μεγάλου πάχους και τέσσερις ράβδους εκ των οποίων οι δύο ήταν προεντεταμένες (συνολική δύναμη προέντασης 2 300kN) (Σχ. 3.2). Για την εκτός επιπέδου ευστάθεια των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε μεταλλικό πλαίσιο το οποίο αντιστήριζε εκτός επιπέδου τα δοκίμια και επέτρεπε την εντός επιπέδου μετακίνηση με κατάλληλο μηχανισμό κυλίσεων (Φωτ. 3.1) [Σαλονικιός,1998] Διάταξη επιβολής φόρτισης Όπως και στα αρχικά δοκίμια, η επιβολή των οριζόντιων μετατοπίσεων έγινε με υδραυλικό έμβολο διπλής ενέργειας, με ικανότητα επιβολής θλιπτικού φορτίου 1013kΝ, ενώ η ικανότητα επιβολής του αντίστοιχου εφελκυστικού είναι 648kΝ. Η συνολική χρήσιμη διαδρομή του εμβόλου είναι είκοσι ίντσες, δηλαδή 508mm (±254mm). Το έμβολο είναι 96

97 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης εφοδιασμένο με αισθητήρα δύναμης (Load cell) κοχλιωμένο στο εμπρόσθιο τμήμα του, ενώ εσωτερικά διαθέτει γραμμικό διαφορικό μετρητή μετατόπισης (LVDT). Η εισαγωγή και εξαγωγή του λαδιού προς και από το έμβολο γίνεται με ελαστικούς αγωγούς υψηλής πίεσης. Πριν την εισαγωγή του λαδιού στο έμβολο παρεμβάλλεται σερβοβαλβίδα, η οποία ρυθμίζει την παροχή του λαδιού στο θάλαμο του εμβόλου. Στους αγωγούς μεταξύ των σερβοβαλβίδων και της υψηλής πίεσης αντλίας λαδιού παρεμβάλλονται αποσβεστήρες και ρυθμιστές πίεσης, οι οποίοι επιπλέον φιλτράρουν το λάδι δεύτερη φορά. Η κύρια λειτουργία τους είναι να απορροφούν λάδι κατά την ανάπτυξη υψηλής πίεσης και να το επιστρέφουν σε περιόδους χαμηλής πίεσης. Η αντλία λαδιού έχει ικανότητα ανάπτυξης πίεσης 21MPa και παροχετευτικότητας 284l/min. Για την ψύξη του λαδιού της αντλίας έχει κατασκευαστεί στο Εργαστήριο υπόγειο σύστημα εν σειρά συνδεδεμένων δεξαμενών (αναπτυγμένων οριζοντίως) με κατάλληλη αντλία για την παροχή του απαιτούμενου νερού ψύξης. Τα έμβολα, οι σερβοβαλβίδες, οι αποσβεστήρες πίεσης καθώς και η αντλία λαδιού συνδέονται με ψηφιακή μονάδα ελέγχου προκειμένου να επιβάλλονται, να ελέγχονται και να διορθώνονται οι εντολές που δίνονται για εκτέλεση μετατόπισης ή επιβολής δύναμης στα έμβολα μέσω του αντίστοιχου λογισμικού. Έτσι η εντολή επιβολής δύναμης έχει ως αποτέλεσμα την κίνηση του εμβόλου με παράλληλο πυκνό έλεγχο (ανά μικρά χρονικά διαστήματα) της ένδειξης του ενσωματωμένου στο έμβολο μετρητή δύναμης. Με την προσέγγιση της εντολής, το πρόγραμμα στέλνει σήμα για μικρή αύξηση ή μείωση της δύναμης ώσπου να επιτευχθεί η προκαθορισθείσα ακρίβεια στο συγκεκριμένο βήμα, οπότε και εκτελείται το επόμενο βήμα. Με όμοιο τρόπο επιβάλλονται και οι μετατοπίσεις οι οποίες μετρούνται, ελέγχονται και διορθώνονται με ενσωματωμένο σε κάθε έμβολο μετρητή μετατοπίσεων. Επίσης, μέσω της παραπάνω ψηφιακής μονάδας, γίνεται η συλλογή και αποθήκευση των μετρήσεων εξωτερικών οργάνων, τα οποία έχουν την δυνατότητα να λειτουργήσουν και ως όργανα ελέγχου του πειράματος. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση των πειραμάτων είναι το πακέτο προγραμμάτων TestStar της M.T.S.. Μέσω του προγράμματος (TestWare application program) καθορίζονται η ιστορία φόρτισης, ο τρόπος επιβολής της φόρτισης (μέσω ελεγχόμενων μετατοπίσεων ή μέσω ελεγχόμενων δυνάμεων), η επιθυμητή ακρίβεια (σε δύο στάδια πέρα από τα οποία γίνεται είτε απλή επισήμανση, είτε διακοπή του πειράματος, είτε κλείσιμο όλου του συστήματος και αναίρεση της πίεσης), οι μετρήσεις πέρα από τις οποίες γίνεται ο τερματισμός του πειράματος, τα κανάλια ελέγχου και καταγραφής (controller definition program) καθώς επίσης οι χρήστες και οι αντίστοιχοι κωδικοί πρόσβασης (system administration program) (Σχ. 3.3) [Σαλονικιός, 1998]. 97

98 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης ΔΟΚΙΜΙΟ ΥΔΡΑΥΛΙΚΟ ΕΜΒΟΛΟ ΓΡΑΜΜΗ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΓΡΑΜΜΗ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΌ ΕΞΩΤΕΡΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΚΑΙ ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΗΣ ΙΣΤΟΡΙΑΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΑΓΩΓΟΣ ΛΑΔΙΟΥ ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑΣ ΠΙΕΣΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΕΛΕΓΧΟΥ-ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ ΓΡΑΜΜΗ ΕΝΤΟΛΗΣ-ΔΙΟΡΘΩΣΗΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΛΑΔΙΟΥ ΗΛ. ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΑΝΤΛΙΑ ΛΑΔΙΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑ ΝΕΡΟΥ ΨΥΞΗΣ Σχήμα 3.3 Σχηματική άποψη της διάταξης φόρτισης καθώς και των διατάξεων προγραμματισμού καταγραφής, άντλησης λαδιού και νερού ψύξης Ιστορία φόρτισης Σύμφωνα με τη συνήθη πρακτική στις πειραματικές δοκιμές στοιχείων Ο/Σ, συμπεριλαμβανομένων και των τοιχωμάτων, εφαρμόσθηκε η μέθοδος της επιβολής οριζόντιας ανακυκλιζόμενης φόρτισης στην κεφαλή των δοκιμίων. Η φόρτιση επιβάλλεται με ελεγχόμενες μετατοπίσεις. Μετά την πτώση της αντοχής δεν είναι δυνατό να επιβληθεί φόρτιση με ελεγχόμενες δυνάμεις καθώς με αυτόν τον τρόπο μετρούνται οι δυνάμεις αλλά οι αντίστοιχες μετατοπίσεις προκύπτουν πολύ υψηλές, με αποτέλεσμα να προκύπτουν μη ρεαλιστικά αποτελέσματα ιδιαίτερα κατά την καταγραφή της ανελαστικής συμπεριφοράς του δοκιμίου. Προκειμένου, λοιπόν, να διερευνηθεί η απόκριση του κάθε δοκιμίου σε σεισμική φόρτιση, επιβάλλονται προκαθορισμένες, ανακυκλιζόμενες, οριζόντιες, αύξουσες μετατοπίσεις στην κεφαλή του. Στο κανάλι που εφαρμόζει και ελέγχει την οριζόντια δύναμη επιλέχθηκε η κύρια παράμετρος ελέγχου να είναι η μετατόπιση. Παρόμοια λοιπόν με τα αρχικά δοκίμια, δόθηκαν προκαθορισμένες μετατοπίσεις στο οριζόντιο έμβολο, οι οποίες εκτελέσθηκαν μέχρι την πτώση της αντοχής του δοκιμίου κάτω από το 50% της μέγιστης αναπτυσσόμενης. Το οριζόντιο έμβολο εκτελεί αρχικά τρεις απλούς κύκλους με εύρος ±2mm, ±4mm, ±6mm, μετά εκτελεί τριπλούς κύκλους αυξανόμενους ανά 2mm σε κάθε τριάδα μέχρι τον κύκλο ±16mm και μετά εκτελεί τριπλούς κύκλους αυξανόμενους ανά 4mm σε κάθε 98

99 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης τριάδα (Σχ. 3.4) μέχρι, όπως αναφέρθηκε, η αντοχή των επισκευασμένων-ενισχυμένων δοκιμίων να πέσει κάτω από το 50% της αντίστοιχης μεγίστης δ top (mm) Σχήμα 3.4 Ιστορία φόρτισης που καταγράφηκε για την μετατόπιση κορυφής του δοκιμίου FRPMSW Μετρήσεις Για την επιβολή των οριζόντιων δυνάμεων χρησιμοποιήθηκε το έμβολο που περιγράφηκε προηγουμένως, το οποίο έχει ενσωματωμένους μετρητές ελέγχου-καταγραφής δύναμης και μετατόπισης. Οι παραπάνω μετρήσεις αποθηκεύονται και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Εκτός από τους παραπάνω μετρητές, για την καταγραφή των παραμορφώσεων και μετατοπίσεων τοποθετήθηκαν 8 εξωτερικά όργανα (L.V.D.T.) σε διάφορες θέσεις πάνω στα δοκίμια. Μετρήθηκε η οριζόντια μετατόπιση στην κεφαλή και η οριζόντια ολίσθηση στη βάση των δοκιμίων πάνω και κάτω από τη ζώνη επισκευής. Μετρήθηκε επίσης η αξονική παραμόρφωση των ακραίων περισφιγμένων περιοχών σε κάθε άκρο, για δύο διαφορετικές θέσεις καθύψος. Επίσης, με δύο χιαστί όργανα (LVDT) μετρήθηκαν οι διαγώνιες παραμορφώσεις των δοκιμίων. Τα οκτώ L.V.D.T., τοποθετήθηκαν στις θέσεις πάνω στα δοκίμια που φαίνονται στα Σχ. 3.5 & Φωτ Σχήμα 3.5 Διάταξη και θέσεις των L.V.D.T. 99

100 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της πειραματικής διάταξης Φωτ. 3.2 Διάταξη και θέσεις των L.V.D.T. Συγκεκριμένα, τοποθετήθηκε ένα L.V.D.T. στην κεφαλή κάθε δοκιμίου, για τη μέτρηση των μετατοπίσεων της κεφαλής. Ένα δεύτερο L.V.D.T. τοποθετήθηκε σε απόσταση ίση με 2b w 20cm από τη βάση του δοκιμίου (περιοχή όπου χρησιμοποιήθηκε το επισκευαστικό κονίαμα Emaco), για τη μέτρηση των ολισθήσεων στη βάση του δοκιμίου. Δύο όργανα τοποθετήθηκαν στις κρυφοκολώνες των δοκιμίων και για ύψος ίσο με το πλάτος του δοκιμίου L w, για τη μέτρηση των αξονικών παραμορφώσεων των ακραίων περισφιγμένων περιοχών υπό σύνθλιψη και κάμψη. Δύο όργανα τοποθετήθηκαν υπό γωνία 45 και από την κάτω θέση της κρυφοκολώνας (σε σταθερό σημείο) μέχρι το άνω μέρος της απέναντι κρυφοκολώνας σε ύψος ίσο με L w. Ένα L.V.D.T. τοποθετήθηκε οριζόντια πάνω από την επισκευασμένη με Emaco ζώνη σε απόσταση ίση με 2b w 20cm για να μετρήσει την οριζόντια μετατόπιση στη θέση αυτή. Τέλος, ένα L.V.D.T. τοποθετήθηκε κατακόρυφα μεταξύ της επισκευασμένης με Emaco ζώνης και του σκυροδέματος, για να μετρηθεί η αξονική παραμόρφωση στη θέση αυτή. Από τις μετρήσεις των οργάνων αυτών έγιναν τα διαγράμματα της τέμνουσας δύναμης και παραμόρφωσης που μετρήθηκε σε κάθε θέση. 100

101 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων 4.1. Σχεδιασμός δοκιμίων Γεωμετρία και οπλισμοί Στα πλαίσια προηγούμενου ερευνητικού προγράμματος στο (τότε) Εργαστήριο Σιδηροπ. Σκυροδέματος (νυν Εργαστήριο Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιïας) είχαν σχεδιαστεί δύο σειρές δοκιμίων: Η μία σειρά αποτελούνταν από δοκίμια με λόγο όψης 1 (σειρά LSW) και η άλλη σειρά από δοκίμια με λόγο όψης 1.5 (σειρά MSW). Στη σειρά δοκιμίων LSW κατασκευάστηκαν 5 δοκίμια με όμοιες διαστάσεις (βλ. Σχ. 4.1) με τις εξής διαφοροποιήσεις: Τα δοκίμια LSW2 και LSW3 είχαν οπλισμό κορμού 2# 4.2/10 που αντιστοιχεί σε ποσοστό 2.77, ενώ στις κρυφοκολώνες το ποσοστό του κύριου διαμήκους οπλισμού ρ cc, ήταν (Πίνακας 4.1.), (6 8 / κρυφοκολώνα) > Οι συνδετήρες είναι από οπλισμό διατομής 4.4mm και τίθενται ανά 24mm. Το δοκίμιο LSW3 ελέγχθηκε σε οριζόντια ιστορία φόρτισης όμοια με αυτή του δοκιμίου LSW2, ενώ καταπονήθηκε επιπλέον σε κατακόρυφο φορτίο Ν = 0.07A c f c προκειμένου να προσδιοριστεί η επιρροή του αξονικού φορτίου στις παραμέτρους που ερευνώνται. Εδώ αξίζει να σημειωθεί ότι στην περίπτωση των πειραμάτων της παρούσας διατριβής τα δοκίμια δεν υποβλήθηκαν σε αξονική φόρτιση, ενώ επίσης, επειδή τα LSW2 και LSW3 ήταν ακριβώς τα ίδια, επιλέχθηκε το LSW3 να είναι το απλώς επισκευασμένο (όχι ενισχυμένο με ΙΟΠ) δοκίμιο αναφοράς. Το δοκίμιο LSW1 ήταν όμοιο με το δοκίμιο LSW2 χωρίς αξονική δύναμη και με ίδια διάταξη οπλισμών με τις εξής διαφοροποιήσεις: Στον κορμό εκτός από το πλέγμα 2# 4.2/10 τέθηκαν και 1# 8/17 (τέσσερις οπλισμοί οριζόντιοι και τέσσερις κατακόρυφοι). Οι παραπάνω οπλισμοί κορμού αντιστοιχούν σε ποσοστό Επίσης, στις ακραίες περισφιγμένες περιοχές τέθηκαν επιπλέον 2 8 (άρα συνολικά 8 8 ανά κρυφοκολώνα) και το ποσοστό διαμήκους οπλισμού έγινε > (Πιν. 4.1). Το δοκίμιο LSW5 σχεδιάστηκε όμοιο με το δοκίμιο LSW2 με μόνη διαφοροποίηση την τοποθέτηση, επιπλέον του 2# 4.2/10, δισδιαγώνιου οπλισμού στο τοίχωμα. Τοποθετήθηκαν 3 8 ανά διεύθυνση με κλίση 45. Η επιλογή των 3 8 με γωνία 45, σύμφωνα με τον αρχικό ερευνητή [Σαλονικιός, 1998] έγινε, διότι, εάν αυτό το ποσοστό προστεθεί στο ποσοστό του 2# 4.2/10, τότε το ποσοστό γίνεται: 2# 4.2/ με γωνία με γωνία 135 = = 5.77, το οποίο είναι περίπου ίσο με το ποσοστό που αντιστοιχεί στον οπλισμό κορμού του δοκιμίου LSW1, δηλαδή :2# 4.2/ κατακόρυφα = = Επίσης, στο δοκίμιο LSW5 οι κύριοι δισδιαγώνιοι οπλισμοί που περιγράφηκαν παραπάνω διέρχονται μέσα από τις κρυφοκολώνες του δοκιμίου στη βάση του (Σχ.4.1), έτσι ώστε ο διαμήκης οπλισμός των ακραίων περισφιγμένων περιοχών, στη θέση της μέγιστης ροπής να 101

102 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων είναι ίσου εμβαδού για τα δοκίμια LSW1 και LSW5, δηλαδή : LSW1 8 8 / κρυφοκολώνα LSW (3 x cos 45 ) /στη βάση της κρυφοκολώνας Το δοκίμιο LSW4 σχεδιάστηκε ίδιο με το δοκίμιο LSW5 με μόνη διαφοροποίηση ότι το σημείο τομής των δισδιαγώνιων οπλισμών βρίσκεται σε ύψος h d = 0 από τη βάση του τοιχώματος, ενώ στο δοκίμιο LSW5 το σημείο τομής των δισδιαγώνιων οπλισμών βρίσκεται σε ύψος h d = l w /2 από τη βάση του τοιχώματος. Η σειρά δοκιμίων MSW1, MSW2, MSW3, MSW4, MSW5 είναι όμοια με τη σειρά δοκιμίων LSW1, LSW2, LSW3, LSW4 και LSW5, που περιγράφηκε παραπάνω με διαφοροποίηση τον λόγο h w /l w που για τη σειρά MSW έχει τιμή 1.5 έναντι της τιμής 1 για τη σειρά LSW (βλ. Πιν. 4.1 & Σχ. 4.2). Επιπλέον, κατασκευάστηκε το δοκίμιο MSW6, το οποίο ήταν όμοιο με το δοκίμιο MSW1, με μόνη διαφοροποίηση την ύπαρξη αρμού σκυροδέτησης στη βάση του τοιχώματος χωρίς καμιά ειδική επεξεργασία του σκυροδέματος και χωρίς πρόσθετο οπλισμό. Στη βάση του δοκιμίου τοποθετήθηκαν οπλισμοί αναμονής τόσο στις κρυφοκολώνες όσο και στον κορμό (Σχ. 4.2). Έγινε η πρώτη σκυροδέτηση της βάσης και μετά 4 ημέρες σκυροδετήθηκε το κυρίως δοκίμιο, αφού μπήκαν οι οπλισμοί στη θέση τους [Σαλονικιός,1998]. Πίνακας 4.1 Συγκεντρωτικός πίνακας αρχικών δοκιμίων όπου παρουσιάζονται οι διαστάσεις και τα διάφορα ποσοστά οπλισμού των δοκιμίων. Νο Δοκίμιο Διατομή Εμβ. Διατ. Ύψος Αν. Διατμ. Α cc ρ h ρ v ρ cc ρ w ρ d Σχόλια b w x l w h w a s =h w /l w l c x b w cm x cm cm 2 cm cm 2 % % % % % 1 LSW1 10 x ,565 0,565 1,7 1, LSW2 10 x ,277 0,277 1,3 1, LSW3 10 x ,277 0,277 1,3 1,7 -- N=0,07A c f c 4 LSW4 10 x ,277 0,277 1,3 1,7 0,416 φ d =45 o l d =0 5 LSW5 10 x ,277 0,277 1,3 1,7 0,416 φ d =45 o l d =0,8l w 6 MSW1 10 x , ,565 0,565 1,7 1, MSW2 10 x , ,277 0,277 1,3 1, MSW3 10 x , ,277 0,277 1,3 1,1 -- N=0,07A c f c 9 MSW4 10 x , ,277 0,277 1,3 1,7 0,416 φ d =45 o l d =0 10 MSW5 10 x , ,277 0,277 1,3 1,7 0,416 φ d =45 o l d =0,8l w 11 MSW6 10 x , ,565 0,565 1,7 1,7 -- Αρμός Σκυρ. ποσοστό οριζόντιου οπλισμού κορμού ποσοστό κατακόρυφου οπλισμού κορμού ποσοστό κύριου διαμήκους οπλισμού στις κρυφοκολώνες ποσοστό οριζόντιου οπλισμού στις κρυφοκολώνες (συνδετήρες) ρ d ποσοστό διασδιαγώνιου οπλισμού στον κορμό ρ h ρ v ρ cc ρ w 102

103 συνδ Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ Σχήμα 4.1 Οπλισμοί και διαστάσεις δοκιμίων με λόγο διάτμησης 1 (LSW) συνδ συνδ 103

104 συνδ συνδ Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ συνδ Σχήμα 4.2 Οπλισμοί και διαστάσεις δοκιμίων με λόγο διάτμησης 1.5 (MSW) συνδ Áñì üò óêõñï äýô. συνδ 104

105 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων Υλικά Για τη σκυροδέτηση των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε τσιμέντο υψηλής αντοχής τύπου Portland. Τα αδρανή που χρησιμοποιήθηκαν ήταν θραυστά (λατομείου). Με την χρησιμοποιηθείσα σύνθεση επιτεύχθηκε μέση θλιπτική αντοχή της τάξης των 25MPa στα δοκίμια που λήφθηκαν για αυτόν το σκοπό. Χρησιμοποιήθηκε χάλυβας με νευρώσεις, ποιότητας S500 για τον οπλισμό διαμέτρου 8 χιλιοστών με όριο διαρροής 585.5MPa και μέγιστη αντοχή 678.2MPa. Ο χάλυβας που χρησιμοποιήθηκε για τον οπλισμό κορμού και τους συνδετήρες είχε όριο διαρροής 575.0MPa και μέγιστη αντοχή 648.0MPa [Σαλονικιός, 1998]. 4.2 Αποτελέσματα, παρατηρήσεις μετά τα αρχικά πειράματα Παρακάτω παρουσιάζονται (για λόγους πληρότητας της παρούσας διατριβής και δυνατότητας καλύτερης σύγκρισης με τη συμπεριφορά των ενισχυμένων τοιχωμάτων του Κεφ. 6) τα αποτελέσματα των αρχικών πειραμάτων (επί των παρθενικών δοκιμίων) και οι κυριότερες σχετικές παρατηρήσεις του υπεύθυνου ερευνητή [Σαλονικιός, 1998]. Συγκεκριμένα, στα δοκίμια της σειράς LSW εμφανίστηκαν αρχικά τριχοειδή καμπτικά ρήγματα για τέμνουσα της τάξης των 120 kn, ενώ στον τρίτο κύκλο για τέμνουσα της τάξης των 190 kn εμφανίστηκαν κύρια διατμητικά ρήγματα. Τα διατμητικά ρήγματα άρχισαν να διευρύνονται μέχρι του σημείου που άρχισε να εφελκύεται έντονα η ακραία περισφιγμένη περιοχή εξαιτίας της κάμψης και εμφανίστηκαν κύρια καμπτικά ρήγματα εφελκυσμού μέχρι ύψους ( )h w από τη βάση στα δοκίμια LSW1, LSW2 και LSW5. Το παραπάνω φαινόμενο εξηγείται από το γεγονός ότι το δοκίμιο LSW1 είχε ισχυρό καμπτικό οπλισμό στις κρυφοκολώνες, έτσι ώστε δημιουργήθηκαν τα διατμητικά ρήγματα στον κορμό από τη θέση (0.6 1)h w μέχρι τη βάση της απέναντι κρυφοκολώνας, και στις δύο διευθύνσεις, λόγω της ανακύκλισης. Τα διατμητικά ρήγματα δεν διευρύνθηκαν καθώς στη θέση των ακραίων περισφιγμένων περιοχών λειτούργησαν οι κρυφοκολώνες με τους διαμήκεις οπλισμούς και τους συνδετήρες ως επιφανειακά στοιχεία οπλισμένα έναντι διάτμησης καθώς, αφενός το πλάτος των κρυφοκολώνων αντιπροσώπευε το 40% του συνολικού πλάτους του τοιχώματος και αφετέρου στο πάνω μέρος των χιαστί ρηγμάτων η διάτμηση ήταν η μόνη ένταση. Στη βάση του δοκιμίου μετά τη διαμόρφωση των αρχικών καμπτικών ρηγμάτων για φόρτιση στη μία διεύθυνση αναπτύχθηκαν κάθετα διατμητικά ρήγματα κατά τη φόρτιση στην άλλη διεύθυνση. Αποτέλεσμα της παραπάνω ρομβοειδούς ρηγμάτωσης της θλιβόμενης ζώνης με διαγώνια ρήγματα και στις δύο διευθύνσεις ήταν η αύξηση των θλιπτικών παραμορφώσεων, η εμφάνιση αντίστοιχων υψηλών διατμητικών παραμορφώσεων, η επιτάχυνση απώλειας της επικάλυψης των οπλισμών και η εμφάνιση υψηλών παραμορφώσεων στις θλιβόμενες ζώνες, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ολισθήσεων στη βάση του δοκιμίου και το λυγισμό διαμήκων ράβδων, λόγω της μη καλής λειτουργίας των συνδετήρων εξαιτίας της απώλειας της επικάλυψης. Δηλαδή, χωρίς την επικάλυψη, οι διαδοχικοί συνδετήρες δεν υποστήριζαν ικανοποιητικά τον διαμήκη οπλισμό, επειδή η υπό λυγισμό ράβδος τους μετακίνησε προς τα πάνω και προς τα κάτω οδηγώντας στη δημιουργία μεγαλύτερου μήκους λυγισμού. Τις 105

106 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων παραπάνω παρατηρήσεις δικαιολογεί και το διαφορετικό εύρος των διατμητικών ρηγμάτων κατά μήκος τους, που ψηλά είναι μικρότερο και προς τα κάτω διευρύνεται. Όμοια κατάσταση παρατηρήθηκε και για το δοκίμιο LSW3 με μόνη διαφορά την εντονότερη καταπόνηση της θλιβόμενης ζώνης και την απώλεια της επικάλυψης της κρυφοκολώνας για μεγαλύτερο ύψος. Τα δοκίμια με τους χιαστί οπλισμούς παρουσίασαν γενικά μικρότερη ρηγμάτωση (LSW4 - LSW5), ενώ τα ρήγματα που αναπτύχθηκαν στον κορμό και στις κρυφοκολώνες είχαν πολύ μικρή παραμένουσα παραμόρφωση. Αντίθετα, στις ακραίες περισφιγμένες περιοχές επήλθε συντριβή του σκυροδέματος, αφενός λόγω του έντονου εφελκυσμού των οπλισμών και αφετέρου λόγω της έντονης θλίψης. Εν κατακλείδι η αστοχία στη σειρά δοκιμίων LSW μπορεί να αποδοθεί στη βλάβη που υπέστησαν οι κρυφοκολώνες σε ένα ύψος το πολύ μέχρι 0.2h w από τη βάση μετά τη διαρροή του διαμήκους οπλισμού και στην έντονη διαμπερή ρηγμάτωση του τοιχώματος στη βάση του. Αυτά αποδίδονται αρχικά στο σχηματισμό καμπτικών και στη συνέχεια διατμητικών ρηγμάτων, εγκάρσια στη διεύθυνση των καμπτικών ρηγμάτων, με συνέπεια την έντονη βράχυνση του σκυροδέματος της θλιβόμενης ζώνης το οποίο ταυτόχρονα καταπονούνταν και σε έντονη τέμνουσα καθώς μαζί με τον κατακόρυφο οπλισμό κορμού ήταν ο μόνος μηχανισμός ανάληψης τέμνουσας. Έτσι, η υψηλή αξονική επιπόνηση της κρυφοκολώνας σε συνδυασμό με την αντίστοιχη διατμητική και τον ανακυκλιζόμενο χαρακτήρα της φόρτισης οδήγησαν μέσα από μία εξομάλυνση της διεπιφάνειας των ρηγμάτων στην αστοχία, τόσο λόγω διατμητικής ολίσθησης, όσο και λόγω μείωσης του ύψους του ουδέτερου άξονα που προήλθε από τον κατακερματισμό της ακραίας περισφιγμένης περιοχής. Τα δοκίμια της σειράς MSW επέδειξαν κυρίως καμπτική συμπεριφορά. Τα δοκίμια MSW1, MSW2, MSW3 και MSW6 με «κλασικού» τύπου οπλισμό ανέπτυξαν έντονη ρηγμάτωση μέχρι ύψος h w l w. Τα δοκίμια MSW4 και MSW5 με χιαστί οπλισμό ανέπτυξαν ρήγματα από πολύ νωρίς σε όλο το ύψος τους, γεγονός που δείχνει ότι γενικά είχαν μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας. Τα ρήγματα ήταν στην αρχή οριζόντια, αλλά με την αύξηση των επιβαλλόμενων μετατοπίσεων συνέχισαν κεκλιμένα με φορά προς τη θλιβόμενη ζώνη. Γενικά τα δοκίμια της σειράς MSW εμφάνισαν καμπτική κυρίως συμπεριφορά με μικρής σημασίας διατμητικά ρήγματα, τα οποία περιορίστηκαν κυρίως ψηλά. Αυτό που αξίζει να τονιστεί είναι ότι αρχικά αναπτύχθηκε έντονος εφελκυσμός του διαμήκους καμπτικού οπλισμού με συνέπεια τον περιορισμό της θλιβόμενης ζώνης σε τόση έκταση, ώστε υπό τον συνδυασμό του αξονικού φορτίου λόγω κάμψης (στην κρυφοκολώνα) και την έντονη διάτμηση, αυτή να ενδώσει αρχικά στις διατμητικές παραμορφώσεις και να λειανθεί το σκυρόδεμα λόγω ανακυκλιζόμενης ολίσθησης, με αποτέλεσμα να απωλεσθεί τελικά και η ικανότητα ανάπτυξης θλιπτικών τάσεων και άρα η ικανότητα ανάληψης ροπής. Επίσης, παρατηρήθηκε, σε μικρότερη όμως κλίμακα, το φαινόμενο της ρομβοειδούς ρηγμάτωσης στην περιοχή θλίψης των κρυφοκολωνών που οφείλονταν καθαρά στη δημιουργία βαθέων καμπτικών ρηγμάτων και στις δύο παρειές, γεγονός που επηρέασε την τελική αντοχή των κρυφοκολωνών. 106

107 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων Παρακάτω παρατίθενται ενδεικτικές φωτογραφίες των αρχικών δοκιμίων στην τελική μορφή αστοχίας καθώς και ενδεικτικά διαγράμματα των βρόχων υστέρησης για δύο δοκίμια κάθε σειράς δοκιμίων. Τα διαγράμματα των βρόχων υστέρησης για όλα τα δοκίμια παρατίθενται στο Κεφ.6 όπου γίνεται και η σύγκριση με τα ενισχυμένα. LSW1 LSW2 LSW3 LSW4 LSW5 Φωτ. 4.1 Τελική μορφή αστοχίας δοκιμίων LSW1-LSW5 107

108 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων MSW1 MSW2 MSW3 MSW4 MSW5 MSW6 Φωτ. 4.2 Τελική μορφή αστοχίας δοκιμίων MSW1-MSW6 108

109 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων 300 V(kN) δ top(mm) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΥΝΑΜΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΚΕΦΑΛΗΣ ΔΟΚΙΜΙΟΥ LSW3 Σχήμα 4.3 Βρόχοι υστέρησης δοκιμίου LSW3 (με αξονικό φορτίο) 300 V(kN) δ top (mm) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΥΝΑΜΗΣ-ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΚΕΦΑΛΗΣ ΔΟΚΙΜΙΟΥ LSW5 Σχήμα 4.4 Βρόχοι υστέρησης δοκιμίου LSW5 109

110 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων 250 V(kN) δ top (mm) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΥΝΑΜΗΣ - ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΚΕΦΑΛΗΣ ΔΟΚΙΜΙΟΥ MSW1 Σχήμα 4.5 Βρόχοι υστέρησης δοκιμίου MSW1 250 V(kN) δ top (mm) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΥΝΑΜΗΣ - ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΚΕΦΑΛΗΣ ΔΟΚΙΜΙΟΥ MSW3 Σχήμα 4.6 Βρόχοι υστέρησης δοκιμίου MSW3 (με αξονικό φορτίο) 110

111 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων Παρακάτω παρατίθενται διαγράμματα μετατόπισης ανηγμένης δυσκαμψίας (σχ.4.7 και 4.8) για τα παρθενικά δοκίμια, καθώς επίσης παρουσιάζονται τα συνολικά ποσά ενέργειας (σχ.4.9) που απορροφήθηκαν από τους μηχανισμούς κάμψης, διάτμησης και ολίσθησης για όλα τα αρχικά δοκίμια. Τα παρακάτω διαγράμματα μαζί με τα αντίστοιχα για τα ενισχυμένα με ΙΟΠ δοκίμια δίνονται στις ενότητες. 6.3, 6.4 της παρούσας διατριβής. Από τα διαγράμματα στα σχήματα 4.7 και 4.8 προκύπτει το συμπέρασμα ότι η μεταβολή της δυσκαμψίας ήταν φθίνουσα συνάρτηση της επιβαλλόμενης μετατόπισης στη κορυφή. Επίσης προκύπτει ότι η ύπαρξη αξονικής δύναμης ελαττώνει το ρυθμό πτώσης της δυσκαμψίας και στις δύο ομάδες δοκιμίων. Από το σχήμα 4.9 παρατηρούμε ότι στα περισσότερα δοκίμια το ποσό της ενέργειας που εκλύθηκε από τους μηχανισμούς διάτμησης και ολίσθησης ήταν κατά πολύ χαμηλότερο από το αντίστοιχο ποσό που εκλύθηκε από το μηχανισμό της κάμψης. Επίσης η ύπαρξη αξονικής δύναμης αυξάνει σημαντικά την ενέργεια που αποσβέννυται ακόμη και για χαμηλά ποσοστά καμπτικού και διατμητικού οπλισμού. Στα δοκίμια με λόγο όψης 1, η ύπαρξη δισδιαγώνιου οπλισμού διερχόμενου από τα άκρα του τοιχώματος (δοκίμιο LSW5), βελτιώνει σημαντικά την ενέργεια που αποσβέννυται. 111

112 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων Ki/Ko LSW1 Ki/Ko LSW ,9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0, ,1 δ top (mm 0 ) 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% δ top (mm) Ki/Ko LSW3 Ki/Ko LSW ,9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0, ,1 0 δ top (mm) 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% 0,1 0 δ top (mm ) 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% Σχήμα 4.7α Διάγραμμα μετατόπισης ανηγμένης δυσκαμψίας για τα παρθενικά δοκίμια LSW1, LSW2, LSW3, LSW4 112

113 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων 1 Ki/Ko LSW5 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, δ top (mm) 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% Σχήμα 4.7β Διάγραμμα μετατόπισης ανηγμένης δυσκαμψίας για το παρθενικό δοκίμιο LSW5. 113

114 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων Ki/Ko MSW1 Ki/Ko MSW ,9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0 0,1 δ top (mm) 0 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% δ top (mm) 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% Ki/Ko MSW4 Ki/Ko MSW ,9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0, ,1 δ top (mm) 0 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% δ top (mm) 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% Σχήμα 4.8α Διάγραμμα μετατόπισης ανηγμένης δυσκαμψίας για τα παρθενικά δοκίμια ΜSW1, ΜSW2, ΜSW3, ΜSW4 114

115 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων Ki/Ko 1 MSW Ki/Ko MSW ,9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0 0,1 δ top (mm) 0 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% δ top (mm) 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% Σχήμα 4.8β Διάγραμμα μετατόπισης ανηγμένης δυσκαμψίας για τα παρθενικά δοκίμια ΜSW5, ΜSW6 115

116 Κεφάλαιο 4 - Περιγραφή και συμπεριφορά των παρθενικών δοκιμίων A tot (Nm) Afl Ash Asl LSW1 LSW2 LSW3 LSW4 LSW5 MSW1 MSW2 MSW3 MSW4 MSW5 MSW6 Σχήμα 4.9 Συνολικά ποσά ενέργειας που εκλύθηκαν από τους μηχανισμούς κάμψης(αfl), διάτμησης (Ash) και ολίσθησης (Asl) για όλα τα αρχικά δοκίμια. 116

117 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης 5.1 Σχεδιασμός των επεμβάσεων Η ιδέα των λωρίδων από ΙΟΠ για την ενίσχυση της καμπτικής αντοχής έχει χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα κυρίως στις δοκούς και τις πλάκες, ενώ στα υποστυλώματα ή τις καπνοδόχους οι λωρίδες χρησιμοποιήθηκαν μόνο ως μορφή συνδετήρα (οι ίνες εγκάρσια στον άξονα των μελών), με σκοπό την αύξηση της δύναμης περίσφιξης ή/ και της τέμνουσας δύναμης (παρόμοια λειτουργία με αυτή των πλήρων μανδυών). Στην παρούσα μελέτη οι λωρίδες ΙΟΠ άνθρακα (κατακόρυφες ίνες) κολλήθηκαν στις άκρες των τοιχωμάτων (δηλ. κατά μήκος της μικρής πλευράς του τοιχώματος ) για να αυξήσουν την καμπτική αντοχή του τοιχώματος. Δεδομένου ότι τα αρχικά τοιχώματα ήταν καλά σχεδιασμένα και συγκεκριμένα σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Ευρωκώδικα 8, η χρήση των λωρίδων ΙΟΠ άνθρακα στόχευε στα εξής: να διερευνηθεί η δυνατότητα αγκύρωσης τέτοιων λωρίδων στις περιοχές όπου είναι πολύ δύσκολο η λωρίδα ΙΟΠ να έχει ευθύγραμμο μήκος αγκύρωσης στο παρακείμενο μέλος. Αυτή η δυσκολία παρουσιάζεται τυπικά στη βάση των τοιχωμάτων Ο/Σ που θεμελιώνονται σε ισχυρά οπλισμένα δομικά στοιχεία (πχ. τοιχεία πλήρωσης υπογείου). να καταστήσει τα τοιχώματα κρισιμότερα έναντι τέμνουσας (ως εκ τούτου να μπορεί να διερευνηθεί η συμβολή του μανδύα ΙΟΠ στην αύξηση της διατμητικής αντοχής του τοιχώματος). να καταγραφεί η απόκριση των τοιχωμάτων στις επιβαλλόμενες μετατοπίσεις και να διερευνηθούν τόσο η ενίσχυση που επέρχεται στην αντοχή των δοκιμίων με τη χρήση αυτών των υλικών όσο και τα χαρακτηριστικά της ανελαστικής παραμόρφωσης των δοκιμίων σε σχέση με την απόκριση των δοκιμίων στην πρώτη σειρά πειραμάτων. Ως εκ τούτου, ένα βασικό ζήτημα στην παρούσα εργασία ήταν η ανάπτυξη και αξιολόγηση εναλλακτικών τεχνικών για μια ικανοποιητική αγκύρωση των λωρίδων ΙΟΠ που τοποθετούνται στα άκρα των τοιχωμάτων για την ενίσχυση της καμπτικής αντοχής. Η λωρίδα του σύνθετου υλικού κάμπτεται υπό γωνία 90 ο και αγκυρώνεται με διάφορες τεχνικές πάνω στη βάση αγκύρωσης των τοιχωμάτων. Η χρήση στην παρούσα μελέτη των υαλοϋφασμάτων (με τις κύριες ίνες οριζόντιες) με τα οποία περιτυλίχθηκε ο κορμός των δοκιμίων, στόχευε στην αύξηση της διατμητικής αντοχής και στον έλεγχο της αποτελεσματικότητας κλειστών μανδυών από ινοΰφασμα αναφορικά με την αύξηση της αντοχής και πλαστιμότητας τοιχωμάτων Ο/Σ που έχουν υποστεί σεισμική βλάβη, και συγκεκριμένα τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της ανελαστικής τους 117

118 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης συμπεριφοράς, όπως είναι η πλαστιμότητα, η δυσκαμψία πριν και μετά την ανάπτυξη της μέγιστης αντοχής, και η ικανότητα απόσβεσης της σεισμικής ενέργειας. Λόγω της βαριάς βλάβης των αρχικών δοκιμίων, πριν την ενίσχυση τους, ήταν απαραίτητο να επισκευασθεί με συμβατικό τρόπο η περιοχή της πλαστικής άρθρωσης, δηλ. μία ζώνη 25cm περίπου πάνω από την βάση των δοκιμίων, όπου έγινε αντικατάσταση των οπλισμών που είχαν κοπεί καθώς και επανασκυροδέτηση αυτής της ζώνης. Για να βελτιωθεί η συνάφεια, συνίσταται η χρήση σκυροδέματος επισκευής με αντοχή υψηλότερη από αυτή του επισκευαζόμενου στοιχείου τουλάχιστον κατά 5MPa και με μικρό υδρομετρικό συντελεστή. Η επιλογή όμως αυτή καθιστά δύσκολη τη συμπύκνωση, με αποτέλεσμα να γίνεται επιτακτική η ανάγκη χρησιμοποίησης υπερπλαστικοποιητών για να αυξηθεί η κάθιση σε 20cm. Η μέγιστη διάσταση κόκκου αδρανών δεν πρέπει να ξεπερνά τα 20mm, ώστε να καθίσταται δυνατή η διέλευση του μίγματος μεταξύ της επιφάνειας του υφιστάμενου σκυροδέματος και του ξυλότυπου. Πρέπει να τονισθεί εδώ ότι δεν διερευνάται η δυνατότητα των μεθόδων επισκευής και ενίσχυσης να προσδώσουν τις αντοχές που προδιαγράφει ο EC8 με βάση τις οποίες σχεδιάστηκαν τα αρχικά δοκίμια άλλα γενικώς η δυνατότητα να προσεγγιστούν με αυτές τις μεθόδους τα χαρακτηριστικά αντοχής και παραμόρφωσης των παρθενικών δοκιμίων που ήταν διαθέσιμα. Επίσης επιχειρήθηκε αύξηση της αντοχής σε κάμψη καθώς εάν δεν γινόταν αυτό θα ήταν «βέβαιο» ότι η αστοχία που θα επέρχονταν θα ήταν καμπτικού τύπου, οπότε και δεν θα ήταν δυνατό να εκτιμηθεί τόσο η αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης έναντι διάτμησης όσο και η δυνατότητα αύξησης της καμπτικής αντοχής μέσω ινολωρίδων. 5.2 Υλικά των επεμβάσεων Οι τύποι ινών που χρησιμοποιήθηκαν στην ενίσχυση των δοκιμίων της παρούσας διατριβής ήταν ίνες άνθρακα και ίνες γυαλιού. Οι ίνες άνθρακα παρασκευάζονται είτε από θερμική κατεργασία του πολυακρυλονιτριλίου (PAN) είτε μέσω απόσταξης πίσσας (pitch). Οι πρώτες χαρακτηρίζονται γενικά από μεγαλύτερες αντοχές και μέτρα ελαστικότητας σε σύγκριση με τις δεύτερες. Οι ίνες γυαλιού (παρασκευάζονται από λειωμένο γυαλί, πυκνότητα kg/m3) μπορεί να είναι : α) τύπου Ε, που είναι ο πλέον συνηθισμένος τύπος γυαλιού (με βασικό μειονέκτημα την μείωση της αντοχής σε αλκαλικό περιβάλλον, όπως είναι αυτό του σκυροδέματος) β) τύπου Ζ, με μεγάλη αντοχή στο αλκαλικό περιβάλλον και γ) τύπου S, με κύρια χαρακτηριστικά την υψηλή αντοχή και το υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Ένα πλεονέκτημα των ινών γυαλιού είναι το αρκετά χαμηλότερο κόστος σε σχέση με τις ίνες από άνθρακα [Τριανταφύλλου, 2003]. Τα σύνθετα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την επισκευή και ενίσχυση των τοιχωμάτων είχαν τις κύριες ίνες σε μια διεύθυνση. Χρησιμοποιήθηκαν υαλοϋφάσματα και 118

119 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης ανθρακοϋφάσματα σε διάφορες θέσεις. Τα υαλοϋφάσματα μετά την εφαρμογή και την πήξη της ρητίνης έχουν, (σύμφωνα με την εταιρεία κατασκευής Hexcel Fyfe Co.), μέτρο ελαστικότητας σε εφελκυσμό 27.5GPa, εφελκυστική αντοχή 550MPa και επιμήκυνση αστοχίας 2% (τύπος XL-Wrap UGK 60,200 ). Τα ανθρακοϋφάσματα μετά την εφαρμογή και την πήξη της ρητίνης έχουν μέτρο ελαστικότητας σε εφελκυσμό 75GPa, εφελκυστική αντοχή 1100MPa και επιμήκυνση αστοχίας 1.5% (τύπος XL-Wrap UCG 45 ). Η συμπεριφορά των συνθέτων υλικών σε εφελκυσμό είναι γραμμική ελαστική μέχρι αστοχίας. Η εποξειδική ρητίνη που χρησιμοποιήθηκε έχει μέτρο ελαστικότητας 3170MPa και εφελκυστική αντοχή 74MPa (XL-POXY ). Με βάση τον στόχο της επέμβασης που περιγράφεται στην 5.1 το σκυρόδεμα που χρησιμοποιήθηκε για την «συμβατική» επισκευή των δοκιμίων, είναι το Emaco S66 που είναι ένα ειδικό παρασκεύασμα για την παραγωγή κονιάματος μη συρρικνούμενου, ρεοπλαστικού ρευστού χωρίς διαχωρισμό. Το υλικό είναι μίγμα τσιμέντου, λεπτόκοκκης άμμου, διογκωτικών και υπερρευστοποιητών σε κατάλληλες αναλογίες ώστε μετά την ανάμιξή τους με νερό σε ποσοστό περίπου 15% κατά βάρος, να παρέχουν κατάλληλης ρευστότητας τσιμεντοκονίαμα που αποκτά σε πολύ μικρό χρόνο υψηλές αντοχές (38MPa σε 24 ώρες, 75MPa σε 28 ημέρες). Το κύριο χαρακτηριστικό και βασικό πλεονέκτημα του υλικού είναι ότι δεν υφίσταται συστολές ξήρανσης. Η απόκτηση υψηλής αντοχής σε μικρό χρόνο οφείλεται στο σχηματισμό ενός ειδικού ένυδρου πυριτικού ασβεστίου από την αντίδραση στο διογκωτικό υλικό και το τσιμέντο. Η σταθερότητα όγκου και η ρευστότητα του υλικού οδηγούν σε πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα επισκευής, χωρίς κενά και χωρίς ρήγματα συστολής. Αυτός είναι και ο λόγος επιλογής του συγκεκριμένου υλικού για την επισκευή των δοκιμίων όπου το πάχος του επισκευαστικού κονιάματος έπρεπε να είναι 100mm (πάχος του κορμού των τοιχωμάτων). Η θλιπτική αντοχή του επισκευαστικού κονιάματος ήταν (Emaco S66), 75MPa με μέτρο ελαστικότητας MPa στις 28 μέρες (συνάφεια με το σκυρόδεμα 6 MPa σε 28 μέρες & συνάφεια με τον χάλυβα 20 MPa σε 28 μέρες ). 5.3 Περιγραφή της διαδικασίας επισκευής και ενίσχυσης Δεδομένου του υψηλού βαθμού βλάβης των αρχικών δοκιμίων, ήταν απαραίτητο (βλ. και ενότητα 5.1) να προηγηθεί η «συμβατική» επισκευή τους. Για την επισκευή των δοκιμίων έγινε καθαίρεση του έντονα ρηγματωμένου σκυροδέματος και αφαιρέθηκε το παλαιό σκυρόδεμα σε ύψος 25cm. Οι διαμήκεις οπλισμοί που αποκαλύφθηκαν κόπηκαν και αντικαταστάθηκαν με άλλους ίδιας ποιότητος οι οποίοι συγκολλήθηκαν. Στο τμήμα αυτό αντικαταστάθηκαν οι οριζόντιοι οπλισμοί κορμού και οι συνδετήρες περίσφιξης. Στο τμήμα όπου αποκαλύφθηκαν οι οπλισμοί μετά την προσθήκη νέων έγινε επανασκυροδέτηση με μη συρρικνούμενο επισκευαστικό κονίαμα (EMACO S66), όπως φαίνεται στις Φωτ. 5.1α,β. 119

120 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης Φωτ. 5.1 α)απομάκρυνση ρηγματωμένου σκυροδέματος, αντικατάσταση και συγκόλληση ράβδων Φωτ. 5.1 β)επανασκυροδέτηση με μη συρρικνούμενο επισκευαστικό κονίαμα (EMACO S66) Στην πρώτη σειρά επισκευασμένων δοκιμίων με λόγο διάτμησης 1 (FRPLSW1-FRPLSW5) ένα από τα δοκίμια (FRPLSW3) επισκευάσθηκε απλώς και δεν τοποθετήθηκε σύνθετο ύφασμα (Σχ.5.1), με σκοπό, να χρησιμεύσει ως δοκίμιο αναφοράς για την αποτίμηση της συμπεριφοράς των υπολοίπων. 120

121 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης Στα υπόλοιπα δοκίμια, πριν τη τοποθέτηση των συνθετικών υφασμάτων έγινε κατάλληλη προεργασία των επιφανειών (τρίψιμο) και των ακμών (στρογγύλεψη ακμών ακτίνας 2cm). Κατόπιν, τα συνθετικά υφάσματα τοποθετήθηκαν ως εξής : Στρώσεις συνθετικού υφάσματος κατά μήκος των ακραίων περισφιγμένων περιοχών (με τις κύριες ίνες κατακόρυφες), με διαφόρους τύπους αγκύρωσης (όπως περιγράφεται παρακάτω), για την αύξηση της καμπτικής αντοχής. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν τρεις λωρίδες ανθρακοϋφάσματος πάχους 0.45mm και πλάτους 10cm με τις κύριες ίνες κατακόρυφα, εκτός από το δοκίμιο FRPLSW5 (Σχ.5.2α), όπου χρησιμοποιήθηκαν τρεις λωρίδες υαλοϋφάσματος πάχους 1.30mm. Στο κάτω μέρος των λωρίδων αυτών έγινε γύρισμα (90 ο ) και κόλληση με ρητίνη στη βάση των δοκιμίων. Επίσης στο κάτω μέρος των ακραίων περισφιγμένων περιοχών τοποθετήθηκαν τμήματα υαλοϋφάσματος μορφής πάχους 1.3mm, όπως φαίνεται στα Σχ. 5.2α,β,γ,δ, για να βελτιώσουν τις συνθήκες πρόσφυσης των λωρίδων. Για την αύξηση της διατμητικής αντοχής, χρησιμοποιήθηκε μία στρώση σύνθετου υφάσματος (με τις κύριες ίνες οριζόντιες) με την οποία περιτυλίχθηκε ο κορμός των δοκιμίων (αλληλοεπικάλυψη υφάσματος 20cm). Συγκεκριμένα όλα τα δοκίμια περιτυλίχθηκαν με υαλοΰφασμα πάχους 0.6mm στον κορμό (Σχ. 5.2α,β,γ,δ). Για την αγκύρωση του σύνθετου υφάσματος που τοποθετήθηκε έναντι της κάμψης στις ακραίες περισφιγμένες περιοχές χρησιμοποιήθηκαν (βλ. Φωτ.5.2α,β) : Αγκύρια από ΙΟΠ παρόμοιο με αυτό του σύνθετου υφάσματος σε διάφορες θέσεις πάνω στο μήκος αγκύρωσης του σύνθετου υφάσματος (στο μέσον και κοντά στη γωνία στροφής του υφάσματος) και εγκάρσιο σύνθετο ύφασμα σχήματος Π στα δοκίμια FRPLSW5 & FRPLSW4 (βλ. Σχήμα 5.2α,β). Συνδυασμός μεταλλικών λεπίδων πάχους 20mm και εγκάρσιου σύνθετου υφάσματος σχήματος Π FRPLSW1 & FRPLSW2. Στο δοκίμιο FRPLSW2 τα σκέλη του υφάσματος σχήματος Π κατασκευάστηκαν μεγαλύτερα έτσι ώστε να επιτευχθεί μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης (βλ. Σχήμα 5.2γ,δ). LSW3 ÌÇ ÓÕÑÑÉÊÍÏÕÌÅÍÏ ÅÐÉÓÊÅÕÁÓÔÉÊÏ ÊÏÍÉÁÌÁ Σχήμα 5.1 Δοκίμιο FRPLSW3 το οποίο επισκευάσθηκε χωρίς να ενισχυθεί. 121

122 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης 1 X GFRP (0.6mm) 3 X GFRP (1.3mm) CFRP ÁÃÊÕÑÉÁ LSW5 1 X GFRP (1.3mm) 2 X GFRP (1.3mm) CFRP ÁÃÊÕÑÉÁ LSW4 (α) (β) Σχήμα 5.2 α,β Τρόπος τοποθέτησης των σύνθετων υφασμάτων στα δοκίμια FRPLSW5 και FRPLSW4 1 X GFRP (0.6mm) 3 X CFRP (0.45mm) 1 X GFRP (1.3mm) (1.3mm) 2 X GFRP 122

123 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης 1 X GFRP (0.6mm) (0.45mm) 3 X CFRP LSW1 1 X GFRP (1.3mm) (1.3mm) 2 X GFRP LSW2 CFRP ÁÃÊÕÑÉÁ ÌÅÔÁËËÉÊÅÓ ËÁÌÅÓ CFRP ÁÃÊÕÑÉÁ ÌÅÔÁËËÉÊÅÓ ËÁÌÅÓ (γ) (δ) Σχήμα 5.2 γ,δ Τρόπος τοποθέτησης των σύνθετων υφασμάτων στα δοκίμια FRPLSW1 και FRPLSW2 1 X GFRP (0.6mm) 3 X CFRP (0.45mm) 1 X GFRP (1.3mm) 2 X GFRP (1.3mm) 123

124 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης Αγκύρια ΙΟΠ άνθρακα Φωτ. 5.2 α) Αγκύρια από σύνθετο υλικό παρόμοιο με αυτό του σύνθετου υφάσματος Μεταλλική λεπίδα Φωτ. 5.2 β) Συνδυασμός μεταλλικών λεπίδων πάχους 20mm και εγκάρσιου σύνθετου υφάσματος σχήματος Π 124

125 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης Στη δεύτερη σειρά δοκιμίων με λόγο διάτμησης 1.5 (FRPMSW1-FRPMSW6), μετά την επισκευή ακολούθησε η ενίσχυση αυτών ως εξής: Κατά μήκος των ακραίων περιοχών τοποθετήθηκαν τρεις λωρίδες ανθρακοϋφάσματος πάχους 0.45mm και πλάτους 10cm με τις κύριες ίνες κατακόρυφα, όπως και στην πρώτη σειρά (FRPLSW). Στο κάτω μέρος των λωρίδων αυτών έγινε γύρισμα και κόλληση στη βάση των δοκιμίων. Η αγκύρωση στο κάτω μέρος των λωρίδων σε αυτή τη θέση έγινε με τρεις διαφορετικούς τρόπους (βλ. Σχ. 5.3α,β,γ,δ). Στα δοκίμια FRPMSW1 FRPMSW3, FRPMSW5 τοποθετήθηκε μεταλλική λεπίδα πάχους 20mm η οποία κολλήθηκε με ρητίνη. Πάνω από αυτή τη λεπίδα τοποθετήθηκαν δύο κομμάτια υαλοϋφάσματος, πάχους 1.3mm, σε κάθε πλευρά, σχήματος Π, το οριζόντιο τμήμα των οποίων κολλήθηκε πάνω στη λάμα ενώ τα κατακόρυφα σκέλη κολλήθηκαν πάνω στη βάση αγκύρωσης του δοκιμίου. Στο δοκίμιο FRPMSW4 χρησιμοποιήθηκαν οι ίδιες λωρίδες ανθρακοϋφάσματος, η αγκύρωση των οποίων έγινε με γωνιακό μεταλλικό έλασμα και με χημικά αγκύρια (Φωτ.5.3). Στο δοκίμιο FRPMSW6 η αγκύρωση των λωρίδων έγινε με μεταλλική πλάκα και με χημικά αγκύρια. Αποφασίσθηκε να χρησιμοποιηθούν οι προαναφερθείσες μεταλλικές λεπίδες και γωνιές, για να αποφευχθεί η πρόωρη αστοχία του οριζόντιου τμήματος του υφάσματος σχήματος Π, στο οποίο ασκείται εφελκυστική δύναμη όταν οι ακραίες λωρίδες είναι σε εφελκυσμό. Θεωρήθηκε ότι η παρουσία των μεταλλικών λεπίδων θα απέτρεπε την πρόωρη αστοχία του παλαιού σκυροδέματος κάτω από το οριζόντιο τμήμα του ΙΟΠ, και θα μετέφερε τις εφελκυστικές δυνάμεις στα κατακόρυφα τμήματα τα οποία είναι κολλημένα με εποξειδική ρητίνη στη βάση στήριξης του δοκιμίου. Δεδομένου ότι η τελική αστοχία μερικών δοκιμίων στη πρώτη σειρά πειραμάτων (FRPLSW) συνέβη από την αποκόλληση ενός από τα κατακόρυφα τμήματα, χρησιμοποιήθηκαν μακρύτερα κατακόρυφα τμήματα του Π για τα δοκίμια της σειράς FRPMSW. Εφαρμόσθηκαν διάφορες τεχνικές αγκύρωσης του σύνθετου υφάσματος που τοποθετήθηκε έναντι κάμψης καθώς όπως προκύπτει από τη βιβλιογραφία [Kanakubo et al, 2000)] αυτή είναι κρίσιμη για την ανάπτυξη της αντίστοιχης αντοχής. Επίσης στο κάτω μέρος των ακραίων περισφιγμένων περιοχών τοποθετήθηκαν, όπως και στην πρώτη σειρά δοκιμίων, τμήματα υαλοϋφάσματος μορφής πάχους 1.3mm. Όλα τα δοκίμια της δεύτερης σειράς περιτυλίχθηκαν με υαλοΰφασμα πάχους 0.6mm στον κορμό (αλληλοεπικάλυψη υφάσματος 20cm), με εξαίρεση το δοκίμιο FRPMSW2 στο οποίο εφαρμόσθηκε το παραπάνω ύφασμα στη μία πλευρά (Σχ.5.3β). Αυτό το κομμάτι υφάσματος δεν εφαρμόσθηκε σε όλο το ύψος των δοκιμίων (1.80m), αλλά μέχρι τα 1.20m. Λόγω του τύπου αστοχίας των επισκευασμένων ενισχυμένων δοκιμίων της πρώτης σειράς πειραμάτων (FRPLSW1 FRPLSW5) που οφείλονταν στην αστοχία του μηχανισμού αγκύρωσης του σύνθετου υφάσματος που τοποθετήθηκε έναντι κάμψης, εφαρμόσθηκε πίεση στα κατακόρυφα σκέλη του σύνθετου υφάσματος σχήματος Π κατά την περίοδο σκλήρυνσης της ρητίνης. Η πίεση εφαρμόσθηκε σε όλο το μήκος των σκελών για το δοκίμιο FRPMSW2 και σημειακά στα υπόλοιπα δοκίμια, προκειμένου να διαπιστωθεί καταπόσο επέρχεται βελτίωση στις συνθήκες συνάφειας (Σχ.5.3β). 125

126 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης 1 X GFRP (0.6mm) GFRP ÁÃÊÕÑÉÁ 1 X GFRP (0.6mm) GFRP ÁÃÊÕÑÉÁ ÌÅÔÁËËÉÊÅÓ ËÁÌÅÓ MSW1 MSW3 MSW5 (0.45mm) 3 X CFRP 1 X GFRP (1.3mm) (1.3mm) 2 X GFRP ÌÇ ÓÕÑÑÉÊÍÏÕÌÅÍÏ ÅÐÉÓÊÅÕÁÓÔÉÊÏ ÊÏÍÉÁÌÁ GFRP ÁÃÊÕÑÉÁ ÌÅÔÁËËÉÊÅÓ ËÁÌÅÓ MSW2 (0.45mm) 3 X CFRP 1 X GFRP (1.3mm) (1.3mm) 2 X GFRP ÌÇ ÓÕÑÑÉÊÍÏÕÌÅÍÏ ÅÐÉÓÊÅÕÁÓÔÉÊÏ ÊÏÍÉÁÌÁ ÅÎÙÔÅÑÉÊÇ ÐÉÅÓÇ ÐÏÕ ÅÖÁÑÌÏÆÅÔÁÉ ÌÅ ÓÖÉ ÔÇÑÁ ÅÉÑÏÓ (α) (β) Σχήμα 5.3 α,β Τρόπος τοποθέτησης των σύνθετων υφασμάτων στα δοκίμια FRPMSW1,3,5 και FRPΜSW2 126

127 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης 1 X GFRP (0.6mm) 1 X GFRP (0.6mm) 3 X CFRP (0.45mm) (0.45mm) 3 X CFRP MSW6 MSW4 1 X GFRP (1.3mm) 1 X GFRP (1.3mm) ÇÌÉÊÁ ÁÃÊÕÑÉÁ ÌÅÔÁËËÉÊÅÓ ËÁÌÅÓ ÌÇ ÓÕÑÑÉÊÍÏÕÌÅÍÏ ÅÐÉÓÊÅÕÁÓÔÉÊÏ ÊÏÍÉÁÌÁ ÇÌÉÊÁ ÁÃÊÕÑÉÁ ÌÅÔÁËËÉÊÇ ÃÙÍÉÁ ÌÇ ÓÕÑÑÉÊÍÏÕÌÅÍÏ ÅÐÉÓÊÅÕÁÓÔÉÊÏ ÊÏÍÉÁÌÁ (γ) (δ) Σχήμα 5.3 γ,δ Τρόπος τοποθέτησης των σύνθετων υφασμάτων στα δοκίμια FRPMSW6 και FRPΜSW4 127

128 Κεφάλαιο 5 - Μεθοδολογία επισκευής και ενίσχυσης Φωτ.5.3 Αγκύρωση με γωνιακό μεταλλικό έλασμα και χημικά αγκύρια (δοκίμιο FRPMSW4). 128

129 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση 6.1 Αποτελέσματα, παρατηρήσεις μετά τα πειράματα Επισκευασμένο δοκίμιο (δοκίμιο RLSW3) Ο βαθμός στον οποίο η αρχική δυσκαμψία και αντοχή θα μπορούσαν να αποκατασταθούν από μία συμβατική επισκευή (όπως περιγράφεται στο κεφ 5.3) μπορεί να προκύψει από τους βρόχους υστέρησης (διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου) που σχεδιάστηκαν (σχ.6.4) για το πιλοτικό δοκίμιο ή δοκίμιο αναφοράς (RLSW3), δηλ. αυτό, σε σχέση με το οποίο αξιολογήθηκε κατόπιν η συμπεριφορά των ενισχυμένων με ΙΟΠ δοκιμίων. Από τα διαγράμματα φάνηκε ότι η αρχική αντοχή επανακτάται σχεδόν πλήρως (μέγιστη δύναμη 94% του αρχικού δοκιμίου), αλλά η αρχική δυσκαμψία του επισκευασμένου δοκιμίου (πιλοτικού) είναι σαφώς χαμηλότερη από αυτή του αρχικού (παρθενικού). Αυτό αποδίδεται στους εξής λόγους: όλα τα αρχικά δοκίμια είχαν φθάσει σε πραγματική αστοχία, χαρακτηριζόμενη από εκτεταμένη συντριβή του σκυροδέματος, θραύση μερικών ράβδων διαμήκους οπλισμού, κ.λπ. δεν πραγματοποιήθηκε καμία έγχυση εποξειδικής ρητίνης στις ρωγμές πάνω από την κατεστραμμένη περιοχή της βάσης του δοκιμίου είναι γνωστό [Penelis & Κappos, 1997] ότι ούτε η έγχυση εποξειδικής ρητίνης δεν μπορεί να αποκαταστήσει πλήρως τη συνέχεια, άρα και την αρχική δυσκαμψία των μελών οπλισμένου σκυροδέματος. Εκτός από τη μείωση της αρχικής δυσκαμψίας, από τους βρόχους υστέρησης φαίνεται και μια μειωμένη ικανότητα για ανελαστική παραμόρφωση του πιλοτικού δοκιμίου που εκδηλώνεται από μια μάλλον πρόωρη μείωση αντοχής για μετατόπιση περίπου 8mm (ή 0,7% του ύψους του τοιχώματος). Αυτό πρέπει να αποδοθεί στους προαναφερθέντες λόγους, ιδιαίτερα στον πρώτο (πλήρης αστοχία αρχικού δοκιμίου), επίσης διαπιστώνεται ότι οι διαμήκεις οπλισμοί που συγκολλήθηκαν (αποκαλύφθηκαν, κόπηκαν και αντικαταστάθηκαν με άλλους ίδιας ποιότητος), ακόμη και όταν η συγκόλληση πραγματοποιείται υπό κατάλληλες συνθήκες εργαστηρίου, δεν μπορούν να αντέξουν έναν μεγάλο αριθμό ανελαστικών κύκλων φόρτισης (ως εκ τούτου δεν προτείνεται συγκόλληση για κατασκευές υψηλής πλαστιμότητας). Περισσότερες λεπτομέρειες για τη συμπεριφορά υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση του δοκιμίου αναφοράς (όπως και των υπολοίπων) δίνονται στις ενότητες 6.2 ως

130 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση Δοκίμια με λόγο διάτμησης 1 (FRPLSW1 FRPLSW5). Τα επισκευασμένα δοκίμια της πρώτης σειράς δοκιμίων (FRPLSW1 ως FRPLSW5, βλ. και Πίν. 6.1) υποβλήθηκαν σε νέα σειρά δοκιμών υπό οριζόντια ανακυκλιζόμενη φόρτιση στην κεφαλή. Οι καταγραφές της συμπεριφοράς των δοκιμίων παρουσιάζονται στα σχήματα 6.2 ως 6.6 (βρόχοι υστέρησης). Στα δοκίμια FRPLSW5, FRPLSW4 και FRPLSW1 αστόχησε ο μηχανισμός αγκύρωσης των σύνθετων υφασμάτων που τοποθετήθηκαν έναντι κάμψης. Στα δύο πρώτα δοκίμια που δεν τοποθετήθηκαν μεταλλικές λεπίδες στη περιοχή αγκύρωσης των σύνθετων υφασμάτων έναντι κάμψης αναπτύχθηκε αντοχή περίπου ίση με αυτή των παρθενικών δοκιμίων. Στα δύο πρώτα δοκίμια η αστοχία επήλθε από την αποκόλληση του οριζόντιου τμήματος του σύνθετου υφάσματος σχήματος Π από καμπτικό εφελκυσμό (Σχήμα 6.1α). Στο δοκίμιο FRPLSW1, με μεταλλική λεπίδα στην περιοχή αγκύρωσης, η αστοχία επήλθε από την αποκόλληση του κατακόρυφου σκέλους του σύνθετου υφάσματος σχήματος Π λόγω των υψηλών δυνάμεων διατμήσεως που μεταβιβάστηκαν εκεί (Σχήμα 6.b). (a) ÌÅÔÁËËÉÊÇ ËÁÌÁ (b) Σχήμα 6.1 Ανάληψη καμπτικού εφελκυσμού μέσω : α)διατάσεως β)διατμήσεως Η τοποθέτηση αγκυρίων από ίνες γυαλιού ακόμη και κοντά στη γωνία γυρίσματος του σύνθετου υφάσματος που τοποθετήθηκε έναντι κάμψης δεν βελτίωσε την ικανότητα ανάληψης έντασης. Για την άρση της εμφάνισης αυτού του τύπου αστοχίας τοποθετήθηκαν μεταλλικές λεπίδες πάχους 20mm σε όλο το μήκος του οριζόντιου τμήματος του υφάσματος σχήματος Π έτσι ώστε να μην κάμπτεται (άρα και αποκολλάται) αυτό το τμήμα υπό καμπτικό εφελκυσμό. Με αυτόν τον τρόπο οι εφελκυστικές δυνάμεις μεταβιβάζονται μέσω 130

131 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση των δύσκαμπτων μεταλλικών λεπίδων στα κατακόρυφα σκέλη του σύνθετου υφάσματος σχήματος Π και αναπτύσσονται δυνάμεις διατμήσης μεταξύ υφάσματος και σκυροδέματος (διατμητικές τάσεις στη διεπιφάνεια) οι οποίες είναι πολύ εύκολο να παραληφθούν καθώς τα κατακόρυφα σκέλη είναι κολλημένα με ρητίνη πάνω στη βάση του δοκιμίου. Τα δοκίμια στα οποία έγινε αγκύρωση των λωρίδων του σύνθετου υφάσματος της καμπτικής ενίσχυσης με συνδυασμό λεπίδων και υφάσματος σχήματος Π (FRPLSW1 και FRPLSW2) επέδειξαν αύξηση αντοχής έναντι αυτής των παρθενικών δοκιμίων μετά την συμβατική επισκευή τους (βλ. δοκίμιο αναφοράς RLSW3) και η αναλαμβανόμενη τέμνουσα δύναμη αυξήθηκε κατά 32% για το δοκίμιο FRPLSW1 ενώ για το δοκίμιο FRPLSW2 η αύξηση ήταν 12% (βλ. Πίν.6.1). Η τελική αστοχία του δοκιμίου FRPLSW1, όπου η αγκύρωση του υφάσματος της καμπτικής ενίσχυσης έγινε με μεταλλική λεπίδα, επήλθε από την αποκόλληση του κατακόρυφου σκέλους του υφάσματος σχήματος Π. Αυτό δείχνει ότι ενδεχομένως απαιτείται μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης των κατακόρυφων σκελών αυτού του υφάσματος, ή έστω η χρήση αγκυρίων διατμήσεως, για την αποφυγή αποκόλλησης. Στο δοκίμιο FRPLSW2 τα σκέλη του υφάσματος σχήματος Π κατασκευάστηκαν μεγαλύτερα, έτσι ώστε να επιτευχθεί μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης. Σε αυτό το δοκίμιο η τελική αστοχία επήλθε από αστοχία των λωρίδων του ανθρακοϋφάσματος της καμπτικής ενίσχυσης σε εφελκυσμό. Πρέπει να τονιστεί εδώ ότι λωρίδες υαλοϋφάσματος πάχους 1.3mm (σκέλη του Π ) δεν εφαρμόζουν καλά στην επιφάνεια όπου επιστρώνονται, ιδίως όταν υπάρχει γωνία (παρά τη στρογγύλευση). Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται η εφαρμογή εξωτερικής πίεσης μέχρι να αρχίσει να λειτουργεί η ρητίνη. Πίνακας 6.1. Μέγιστη αντοχή παρθενικών και επισκευασμένων δοκιμίων σειράς FRPLSW. Δοκίμιo ΠΑΡΘΕΝΙΚΟ ΕΠΙΣΚΕΥΑΣΜΕΝΟ ΑΥΞΗΣΗ ΑΝΤΟΧΩΝ V RO (kn) V meas (kn) (V meas V RO )/0.94 V RO FRPLSW % FRPLSW % RLSW (250.0 N=165kN) (N=0kN) FRPLSW % FRPLSW % Στον παραπάνω πίνακα το επισκευασμένο δοκίμιο RLSW3 είναι συγκρίσιμο με το παρθενικό δοκίμιο LSW2 το οποίο είναι όμοιο με το LSW3 χωρίς αξονική φόρτιση (οι τιμή του πίνακα μέσα στη παρένθεση αφορά το δοκίμιο LSW3 με αξονική φόρτιση). Το υαλοΰφασμα με το οποίο περιτυλίχθηκε ο κορμός του δοκιμίου για την ανάπτυξη διατμητικής αντοχής λειτούργησε ικανοποιητικά μη επιτρέποντας την διεύρυνση των διατμητικών ρηγμάτων. Αντίθετα, παρατηρήθηκε μικρή διεύρυνση κάποιων αρχικών καμπτικών ρηγμάτων με κλίση σχεδόν οριζόντια καθώς το υαλοϋφασμα είχε τις κύριες ίνες οριζόντια. Αρκετές ράβδοι οπλισμού στο κάτω μέρος των τοιχωμάτων αστόχησαν από θραύση. Ο κύριος λόγος για αυτό ήταν ότι αναπτύχθηκε μόνο ένα κύριο ρήγμα στη διεπιφάνεια του 0% 131

132 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση παλαιού σκυροδέματος και του μη συρρικνούμενου ισχυρού κονιάματος (Emaco) και πρακτικά όλη η πλαστική επιμήκυνση των ράβδων οπλισμού (που αντικαταστάθηκαν με καινούριες ράβδους με συγκόλληση) έλαβε χώρα σε αυτή τη ρωγμή και είχε ως αποτέλεσμα την θραύση ή την αστοχία της συγκόλλησης (δεν ήταν ξεκάθαρο τις ακριβώς συνέβη) σε όλα τα δοκίμια όταν υποβλήθηκαν σε μετατόπιση κεφαλής δοκιμίου μεταξύ 0,5 και 1% του ύψους τους. Η αστοχία των διαμήκων οπλισμών κάμψης στα επισκευασμένα δοκίμια επήλθε για μικρότερη μετατόπιση από ότι στα παρθενικά δοκίμια, κάτι που αναμενόταν με βάση τον αριθμό των καμπτικών ρηγμάτων που αναπτύχθηκαν στην κάθε περίπτωση. Λόγω της αφαίρεσης του σκυροδέματος από τη ρηγματωμένη περιοχή των δοκιμίων στο κάτω τμήμα τους και το σκάψιμο της βάσης τους σε βάθος μέχρι και πέντε εκατοστών, το μη συρρικνούμενο κονίαμα που χρησιμοποιήθηκε κατά την επανασκυροδέτηση εισχώρησε στη βάση. Παρά το γεγονός ότι το καμπτικό ρήγμα στη βάση των δοκιμίων ήταν διαμπερές, η ύπαρξη έντονων ανωμαλιών σε βάθος σε αυτή τη θέση λειτούργησε ευεργετικά μη επιτρέποντας την ανάπτυξη διατμητικών ολισθήσεων ακόμη και στα δοκίμια με «κλασσικού» τύπου οπλισμό. Με αυτό τον τρόπο μειώθηκαν οι διατμητικές παραμορφώσεις των επισκευασμένων τοιχωμάτων και αυξήθηκαν οι αντίστοιχες καμπτικές. Ο χάλυβας στο διάγραμμα φόρτισης αποφόρτισης παρουσιάζει αφενός μεν οριζόντιο κλάδο κατά τη φόρτιση αφετέρου δε υστερητική συμπεριφορά κατά την αποφόρτιση. Λόγω της φύσης των σύνθετων υφασμάτων το διάγραμμα της συμπεριφοράς τους (φορτίουμετατόπισης) είναι μια ευθεία δηλ. δεν παρουσιάζεται υστέρηση κατά την αποφόρτιση. Επίσης είναι αμφίβολη η συνεισφορά των σύνθετων υφασμάτων όταν η καταπόνηση είναι θλιπτική. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα στα τοιχώματα που επισκευάστηκαν και ενισχύθηκαν με σύνθετα υφάσματα να απορροφάται και να διαχέεται μικρό ποσοστό από την εισερχόμενη ενέργεια στο δομικό στοιχείο κατά τη φόρτιση και την αποφόρτιση. Αυτό απεικονίζεται στην αντοχή του δοκιμίου κατά τη διέλευσή του από τη θέση ισορροπίας. Πράγματι κατά την ανακύκλιση σε υψηλές ανελαστικές μετατοπίσεις η αντοχή των επισκευασμένων δοκιμίων κατά τη διέλευσή τους από τη θέση ισορροπίας είναι σημαντικά χαμηλότερη από την αντίστοιχη αντοχή των παρθενικών δοκιμίων (βλ. σχ.6.2 έως 6.6). 132

133 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ LSW1 FRP V(kN) , , Σχήμα 6.2 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPLSW1 δ top mm 133

134 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ LSW2 FRP V(KN) , , Σχήμα 6.3 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPLSW2 δtop(mm) 134

135 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ LSW3 250 V(kN) 178, , Σχήμα 6.4 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου RLSW3 δ top (mm) 135

136 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ LSW4 FRP V(kN) , , Σχήμα 6.5 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPLSW4 δ top (mm) 136

137 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ LSW5 FRP V(kN) , , Σχήμα 6.6 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPLSW5 δ top (mm) 137

138 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση Δοκίμια με λόγο διάτμησης 1.5 (FRPMSW1 FRPMSW6). Η συμπεριφορά της δεύτερης σειράς δοκιμίων (FRPMSW1 FRPMSW6) υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση ήταν εν γένει παρόμοια με της πρώτης. Σε όλα τα δοκίμια η αστοχία ήταν από κάμψη, με μικρές διαφοροποιήσεις του τρόπου αστοχίας. Τα δοκίμια επέδειξαν αύξηση αντοχής έναντι αυτής των παρθενικών δοκιμίων μετά τη συμβατική επισκευή τους (βλ. δοκίμιο αναφοράς RLSW3) και η αύξηση της αναλαμβανόμενης τέμνουσας δύναμης κυμαίνεται από 48% για το δοκίμιο FRPMSW2 έως 5% για το δοκίμιο FRPMSW6 (βλ. Πίν.6.2). Στο δοκίμιο FRPMSW6 η αύξηση της τέμνουσας είναι μικρή πιθανόν λόγω πρόωρης αστοχίας ενός χημικού αγκυρίου που χρησιμοποιήθηκε για την αγκύρωση των μεταλλικών λεπίδων σε αυτό το δοκίμιο. Πίνακας 6.2 Μέγιστη αντοχή παρθενικών και επισκευασμένων δοκιμίων σειράς FRPMSW Δοκίμιo ΠΑΡΘΕΝΙΚΟ ΕΠΙΣΚΕΥΑΣΜΕΝΟ ΑΥΞΗΣΗ ΑΝΤΟΧΩΝ V(kN) V(kN) (V meas V RO )/0.94 V RO FRPMSW % FRPMSW % FRPMSW (176.0 N=165kN) (N=0kN) 41% FRPMSW % FRPMSW % FRPMSW % Στο παραπάνω πίνακα το επισκευασμένο δοκίμιο FRPΜSW3 είναι συγκρίσιμο με το παρθενικό δοκίμιο ΜSW2 το οποίο είναι όμοιο με το ΜSW3 χωρίς αξονική φόρτιση (η τιμή του πίνακα μέσα στη παρένθεση αφορά το δοκίμιο ΜSW3 με αξονική φόρτιση). Από την παρατήρηση των πειραμάτων (και για τις δύο σειρές δοκιμίων, LSW και ΜSW) καθορίζονται τρεις κύριες φάσεις, από τις οποίες διέρχονται τα δοκίμια. Αυτές είναι: Στάδιο τριχοειδούς καμπτικής και διατμητικής ρηγμάτωσης Στάδιο κύριας καμπτικής ρηγμάτωσης Στάδιο μείωσης αντοχής και τελικής αστοχίας. Κατά την έναρξη επιβολής των κύκλων φόρτισης τα δοκίμια παρουσίασαν όμοιου τύπου ρηγμάτωση. Τα ρήγματα αυτά ήταν τριχοειδή και κατανέμονταν σε όλο το ύψος των δοκιμίων. Τα ρήγματα αυτά ήταν ορατά στην περίπτωση του δοκιμίου FRPMSW2 όπου ενισχύθηκε με ΙΟΠ μόνο η μία πλευρά του τοιχώματος, στα υπόλοιπα δοκίμια στο τμήμα του κορμού τα ρήγματα αυτά έγιναν αντιληπτά από την πολύ μικρή ρηγμάτωση (ίχνος) της ρητίνης του σκληρυμένου σύνθετου υφάσματος (Φωτ.6.1). Τα ίχνη των ρηγμάτων στην επιφάνεια των ΙΟΠ δεν έδειξαν διεύρυνση των ρηγμάτων, συμπεραίνεται λοιπόν ότι η παρουσία του μανδύα ΙΟΠ απέτρεψε την διεύρυνση των διατμητικών ρηγμάτων που προϋπήρχαν και συνετέλεσε στον έλεγχο των ρωγμών και την ανάπτυξη αντοχής σε διαγώνιο εφελκυσμό μετά τη ρηγμάτωση. Πρέπει να τονισθεί ότι στην πρώτη αυτή φάση τα ρήγματα σχηματίστηκαν πάνω από την επισκευασμένη ζώνη των 25cm. Μέσα στην επισκευασμένη 138

139 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ζώνη δεν παρατηρήθηκαν ίχνη ρηγμάτων στο σύνθετο υλικό εκτός από το κύριο καμπτικό ρήγμα που αναφέρεται παρακάτω. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο βαθμός της ζημίας σε ένα ενισχυμένο με ΙΟΠ τοίχωμα δεν είναι εύκολο να αξιολογηθεί από μια οπτική επιθεώρηση εκτός από την αστοχία αγκύρωσης αν συμβεί. Διαφορετικά τα μόνα ορατά σημάδια της αστοχίας είναι μια χαλάρωση του ινοϋφάσματος στα κρίσιμα τμήματα (βάση τοιχωμάτων) και φυσικά η καμπτική ρωγμή στη διεπιφάνεια μεταξύ παλαιού σκυροδέματος και (υψηλής αντοχής) επισκευαστικού κονιάματος. Κατά το δεύτερο στάδιο, η οριζόντια καμπτική ρωγμή που σχηματίστηκε στην διεπιφάνεια μεταξύ παλαιού σκυροδέματος και επισκευαστικού κονιάματος (βάση τοιχωμάτων), άνοιξε ουσιαστικά και υπήρξε σαφής ένδειξη ότι η περισσότερη ανελαστική συμπεριφορά εμφανίστηκε σε αυτήν τη θέση. Σε αυτό το στάδιο τα διαγώνια διατμητικά ρήγματα δεν διευρύνονται, λόγω της παρουσίας των βαριά οπλισμένων υποστυλωμάτων (κρυφοκολώνες) στα άκρα αυτών των ρωγμών. Η περιβάλλουσα των βρόχων υστέρησης (βλ. σχ.6.7 έως 6.12) σε αυτό το στάδιο, που αντιστοιχούσε σε μία σχετικά μικρή αύξηση στο εύρος των μετατοπίσεων, ήταν σχεδόν οριζόντια δείχνοντας ότι η μέγιστη αντοχή των τοιχωμάτων επιτεύχθηκε. Με τη διεύρυνση του οριζόντιου ρήγματος στη βάση του δοκιμίου αυξάνει η ένταση του σύνθετου υφάσματος και ανακατανέμεται η ένταση μεταξύ καμπτικού οπλισμού και σύνθετου υφάσματος. Η περιβάλλουσα αντοχής βρίσκεται στο σημείο της μέγιστης αντοχής και για πολύ λίγο είναι σχεδόν σταθερή (σχ βλ. σχ.6.7 έως 6.12). Στο τέλος αυτής της κατάστασης αρχίζει να καταπονείται εντονότερα η περιοχή αγκύρωσης του σύνθετου υλικού, γεγονός που συνοδεύεται από μικρούς κρότους θραύσης της ρητίνης. Σε αυτή τη φάση προχωράει η διαρροή του διαμήκους εφελκυόμενου οπλισμού πάνω και κάτω από το ρήγμα με αποτέλεσμα να μεταφέρονται δυνάμεις στο σύνθετο υλικό και άρα στην περιοχή αγκύρωσής του, καθώς η παραπάνω λειτουργία του οπλισμού δεν μπορεί να αναπτυχθεί από το σύνθετο υλικό. Λόγω της έντονης καμπτικής καταπόνησης η θλιβόμενη περιοχή της διατομής του σκυροδέματος περιορίζεται σημαντικά. Δεν παρατηρείται αποφλοίωση της επικάλυψης του σκυροδέματος πιθανώς λόγω της υψηλής αντοχής του επισκευαστικού κονιάματος καθώς και της υποτυπώδους περίσφιξης που επέρχεται μετά την τοποθέτηση τόσο του σύνθετου υφάσματος με το οποίο περιτυλίγεται το τοίχωμα όσο και των τμημάτων σύνθετου υφάσματος σχήματος. Η παρουσία του μανδύα με ΙΟΠ αποτρέπει την θραύση του σκυροδέματος επικάλυψης και τον λυγισμό των ράβδων οπλισμού, ενώ τα πλάτη των ρωγμών είναι γενικά πολύ μικρά μέσα στο μανδύα. Όταν τα δοκίμια εισέρχονται στο τρίτο στάδιο, η αντοχή τους έχει αρχίσει να μειώνεται. Πρέπει να τονιστεί εδώ ότι στα δοκίμια που η αγκύρωση του σύνθετου υφάσματος της κάμψης έγινε με συνδυασμό χημικών αγκυρίων και μεταλλικών λεπίδων η τελική αστοχία επήλθε λόγω καταστροφής των συνθηκών αγκυρώσεως των αγκυρίων (δοκίμια FRPMSW4, FRPMSW6). Στα δοκίμια που η αγκύρωση του σύνθετου υφάσματος έγινε με συνδυασμό μεταλλικής λεπίδας και σύνθετου υφάσματος σχήματος Π η τελική αστοχία επήλθε: για τα δοκίμια FRPMSW1 και FRPMSW3 από αποκόλληση των κατακόρυφων σκελών αυτού του υφάσματος και της λεπίδας αντίστοιχα, ενώ 139

140 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση για τα δοκίμια FRPMSW2 και FRPMSW5 όπου κατά τη διαδικασία σκλήρυνσης της ρητίνης εφαρμόσθηκε εξωτερική πίεση στα κατακόρυφα σκέλη του υφάσματος σχήματος Π η αστοχία επήλθε από θραύση αυτού του υφάσματος στην περιοχή αγκύρωσης (φωτ.6.4). Πριν την αστοχία των αγκυρώσεων έσπασαν ράβδοι του διαμήκους οπλισμού των ακραίων περισφιγμένων περιοχών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ολόκληρη σχεδόν η μετατόπιση στην κορυφή οφειλόταν σε καμπτική παραμόρφωση του τοιχώματος (τα διαγώνια ρήγματα ήταν τριχοειδή και δεν διευρύνθηκαν). Ολόκληρη όμως η καμπτική παραμόρφωση οφειλόταν, όπως προαναφέρθηκε, σε ένα μόνο ρήγμα που δημιουργήθηκε στη βάση του τοιχώματος. Η σχεδόν σημειακή αυτή επιμήκυνση του οπλισμού οδήγησε σε έντονη εφελκυστική παραμόρφωση και τελικώς σε αστοχία τους. Λόγω της θραύσης αυτής των οπλισμών μεταφέρθηκαν δυνάμεις στις αγκυρώσεις του σύνθετου υφάσματος με αποτέλεσμα την αστοχία τους. Σε αυτούς τους παράγοντες οφείλεται η πολύ απότομη κλίση του φθίνοντα κλάδου στους βρόχους υστέρησης των δοκιμίων, (σχήματα 6.7 έως 6.12). Και στις δύο σειρές δοκιμίων, ο μανδύας ΙΟΠ που χρησιμοποιήθηκε για διατμητική ενίσχυση και αύξηση πλαστιμότητας των επισκευασμένων τοιχωμάτων εμφανίστηκε να αποδίδει καλά κατά την διάρκεια των πειραμάτων, αποτρέποντας την διεύρυνση των διατμητικών ρωγμών που υπήρχαν. Πρέπει να τονιστεί ότι τέτοιες προϋπάρχουσες ρωγμές δεν σφραγίστηκαν με εποξειδική ρητίνη, εκτός από το δοκίμιο FRPMSW2, και είναι πιθανό η εποξειδική ρητίνη να γέμισε τις προϋπάρχουσες ρωγμές κατά την διάρκεια της ενίσχυσης με το τύλιγμα του υαλοϋφάσματος. Παρατηρήθηκε μια μικρή διεύρυνση καμπτικών ρωγμών που υπήρχαν (σχεδόν κάθετων στον άξονα των τοιχωμάτων), η οποία οφείλεται στο ότι οι ίνες του μανδύα είναι μόνο οριζόντιες (βλ. Σχ. 5.4). Η χρήση ενός μόνο φύλλου ΙΟΠ για τον κορμό του τοιχώματος (δοκιμίου FRPMSW2) ή μανδύα (για τα υπόλοιπα δοκίμια) δεν επηρέασε την απόκριση που καταγράφηκε, πιθανώς εξαιτίας του γεγονότος ότι η αστοχία καθορίζεται από καμπτικό μηχανισμό και όχι διατμητικό. Επίσης η αποτελεσματικότητα των μανδυών αναφορικά με την πλαστιμότητα σε επιμήκεις ορθογωνικές διατομές είναι ασήμαντη [Neale, et al, 1997]. Τα δοκίμια γενικά, ανέπτυξαν μεγαλύτερη αντοχή από αυτή που ανέπτυξαν τα παρθενικά δοκίμια γεγονός που δείχνει ότι η ενίσχυση είχε κάποιο βαθμό επιτυχίας. Αυτό που πρέπει να δημιουργεί προβληματισμό είναι το γεγονός ότι τα ανελαστικά χαρακτηριστικά όπως παρουσιάζονται στους βρόχους υστέρησης είναι σχετικά φτωχά σε σύγκριση με τα παρθενικά δοκίμια, αλλά και σαφώς καλύτερα σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς όπου έγινε μόνο επισκευή και όχι ενίσχυση (δοκίμιο RLSW3). Πράγματι μετά την διαρροή η δύναμη διατηρείται σταθερή για μικρή μετατόπιση και ο φθίνοντας κλάδος της περιβάλλουσας έχει πολύ απότομη κλίση. Τα αίτια για αυτή τη δυσμενή ανελαστική συμπεριφορά αναλύθηκαν εκτενώς παραπάνω. 140

141 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ MSW1 V(kN) FRP , , Σχήμα 6.7 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPMSW1 δ top(mm) 141

142 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ ΜSW2 FRP 250 V(kN) 172, , Σχήμα 6.8 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPMSW2 δ top(mm) 142

143 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ MSW3 FRP 250 V(kN) 164, , Σχήμα 6.9 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPMSW3 δ top(mm) 143

144 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ MSW4FRP 250 V(kN) 180, , Σχήμα 6.10 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPMSW4 δtop(mm) 144

145 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ MSW5 FRP 250 V(kN) 210, , Σχήμα 6.11 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPMSW5 δ top(mm) 145

146 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση ΔΟΚΙΜΙΟ MSW6 FRP 250 V(kN) 189, , Σχήμα 6.12 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κεφαλής δοκιμίου FRPMSW6 δ top (mm) 146

147 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση Ενδεικτικές φωτογραφίες δοκιμίων μετά τα πειράματα Φωτ. 6.1 Τελική μορφή αστοχίας FRPLSW1(στον κορμό είναι ορατά τα ίχνη των ρωγμών) Φωτ. 6.2 Τελική μορφή αστοχίας FRPLSW5 147

148 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση Αποκόλληση του ΙΟΠ Φωτ. 6.3 Τελική μορφή αστοχίας FRPMSW1 Θραύση του ΙΟΠ Φωτ. 6.4 Τελική μορφή αστοχίας FRPMSW2 148

149 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση Φωτ. 6.5 Τελική μορφή αστοχίας FRPMSW3 Φωτ. 6.6 Τελική μορφή αστοχίας FRPMSW4 149

150 Κεφάλαιο 6 - Αποτελέσματα των πειραμάτων και αξιολόγηση Φωτ. 6.7 Τελική μορφή αστοχίας FRPMSW5 150