Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος

Transcript

1 Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος Κων/νος Γ. Τρέζος, Λάµπρος Μπόµπορης, Αυγερινός Φωτόπουλος, Χρήστος Γεωργίου Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος, Ε.Μ.Π. Λέξεις κλειδιά: Νωπό σκυρόδεµα, σεισµός, συνάφεια ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία προσεγγίζεται το θέµα των επιπτώσεων της σεισµικής δράσης στις κατασκευές από ωπλισµένο σκυρόδεµα, όταν η δράση συντελείται ενώ το σκυρόδεµα είναι ακόµα νωπό. Ειδικότερα, εξετάζεται η ενδεχόµενη µείωση της συνάφειας λόγω της σχετικής µετακινήσεως του οπλισµού εντός της µάζας του νωπού σκυροδέµατος. Για τη µελέτη αυτού του φαινοµένου κατασκευάσθηκαν υποστυλώµατα σε φυσική κλίµακα, στα οποία επιβλήθηκε συγκεκριµένη µετατόπιση κορυφής λίγες ώρες µετά τη σκυροδέτηση. Μετά την ωρίµανση του σκυροδέµατος, τα υποστυλώµατα υποβλήθηκαν εκ νέου σε µετατόπιση κορυφής. Από την µελέτη των σχετικών καµπυλών, εξάγονται συµπεράσµατα για την συµπεριφορά τους σε εναλλασσόµενη καταπόνηση.. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ερώτηµα µείζονος σηµασίας που απασχολεί τους επιβλέποντες µηχανικούς είναι το εάν και κατά πόσο η σεισµική δράση έχει επιπτώσεις στο νωπό ωπλισµένο σκυρόδεµα. Το ερώτηµα ανακύπτει κυρίως επειδή το ίδιο το νωπό σκυρόδεµα δεν έχει αντοχή για την ανάληψη οριζοντίων δυνάµεων, αλλά και τα µεταλλικά ικριώµατα τα οποία στηρίζουν τον ξυλότυπο επίσης δεν είναι αµετάθετα οριζοντίως. Ετσι οι ενδεχόµενες οριζόντιες µετακινήσεις του ξυλοτύπου µπορεί να προκαλέσουν σχετική ολίσθηση του οπλισµού εντός του νωπού ακόµη σκυροδέµατος, κυρίως στην περιοχή των κόµβων (Σχ. ), µε άµεση συνέπεια τη µείωση του βαθµού συνάφειας χάλυβα-σκυροδέµατος. Η µείωση αυτή της συνάφειας επηρεάζει την ελαστοπλαστική συµπεριφορά των κατασκευών µε επιπτώσεις στην φέρουσα ικανότητα, την πλαστιµότητα καθώς και στην καταναλισκόµενη σεισµική ενέργεια. ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΡΩΓΜΩΝ Σχήµα. Ευπαθή σηµεία κατά τη δράση σεισµού σε νωπό σκυρόδεµα Σε προηγούµενη εργασία (Τρέζος et al ) είχε µελετηθεί η επίπτωση που είχε στην συνάφεια η πρώιµη µετατόπιση της ράβδου οπλισµού µέσα στο νωπό σκυρόδεµα. Επρόκειτο για δοκιµές εξολκεύσεως σε δοκίµια διαστάσεων **5cm µε µια διαµπερή ράβδο οπλισµού. Οσο το σκυρόδεµα ήταν ακόµη νωπό επιβαλλόταν στην ράβδο µια διαµήκης µετατόπιση εναλλασσοµένης φοράς. Ακολούθως, µετά από την ανάπτυξη της πλήρους αντοχής του σκυροδέµατος, γινόταν η εξόλκευση της ράβδου και το διάγραµµα της δυνάµεως εξολκεύσεως συναρτήσει της τοπικής ολισθήσεως συγκρινόταν µε το αντίστοιχο διάγραµµα δοκιµίου αναφοράς Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος,

2 στο οποίο η ράβδος δεν είχε υποστεί ουδεµία µετατόπιση στην νωπή φάση. Από την εργασία αυτή είχε φανεί ότι οι καθοριστικές παράµετροι που επηρεάζουν την µορφή της καµπύλης εξολκεύσεως είναι η ηλικία ή ο βαθµός πήξεως του σκυροδέµατος, το µέγεθος και το είδος της επιβαλλόµενης µετατοπίσεως της ράβδου. Η επίπτωση στην καµπύλη εξολκεύσεως συνίστατο στο ότι µειωνόταν η µέγιστη αναπτυσσόµενη τάση συναφείας ενώ παράλληλα το µέγιστο αυτό εµφανιζόταν για όλο και µεγαλύτερες σχετικές ολισθήσεις της ράβδου. Βέβαια τα πειράµατα αυτά έγιναν σε δοκίµια µε µικρό µήκος συνάφειας ( έως cm) από τα οποία δεν µπορεί να φανεί η συνολικότερη συµπεριφορά σε στοιχεία σκυροδέµατος φυσικής κλίµακας. Για την καλλίτερη µελέτη του φαινοµένου αποφασίσθηκε στην εργασία αυτή να µελετηθεί η πρώιµη σεισµική καταπόνηση σε δοµικά στοιχεία µεγάλης κλίµακας. Για τον σκοπό αυτό κατασκευάσθηκαν µεµονωµένα υποστυλώµατα µε θεµέλιο. Ενόσω το σκυρόδεµα του υποστυλώµατος ήταν ακόµη νωπό επιβαλλόταν στην κεφαλή του µια µετατόπιση εναλλασσοµένης φοράς. Μετά την ανάπτυξη της πλήρους αντοχής του σκυροδέµατος (στις 8 ηµέρες) τα υποστυλώµατα δοκιµάζονταν σε επιβαλλόµενη µετατόπιση και οι προκύπτουσες καµπύλες της µετατόπισης κορυφής συναρτήσει της επιβαλλοµένης δυνάµεως συγκρίνονταν µε την αντίστοιχη καµπύλη υποστυλώµατος αναφοράς το οποίο δεν είχε υποστεί µετατόπιση κατά την νωπή φάση του σκυροδέµατος.. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Κάθε σειρά δοκιµίων απαρτιζόταν από τρία δοκίµια εκ των οποίων το ένα ήταν δοκίµιο αναφοράς (µάρτυρας). Συνολικά έγιναν έξι σειρές δοκιµίων. Η πρώτη σειρά, η οποία είχε µόνον δύο υποστυλώµατα (Υ και Υ), και έγινε κυρίως για λόγους βαθµονοµήσεως της διαδικασίας. Το σκυρόδεµα και των τριών δοκιµίων µιας σειράς ήταν εµπορίου και προερχόταν από το ίδιο αυτοκίνητο µεταφοράς. Το δοκίµιο αποτελούταν (βλ. σχήµατα και 3) από ένα θεµέλιο διαστάσεων.*.7*.4m επί του οποίου σκυροδετούταν ένα υποστύλωµα διαστάσεων.5*.5*.m. Οι αναµονές, από τα θεµέλια, του διαµήκους οπλισµού του υποστυλώµατος είχαν µήκος όσο και το υποστύλωµα, δεν υπήρχαν δηλαδή πρόσθετοι οπλισµοί και αντίστοιχες ενώσεις µε υπερκάλυψη οπλισµών. Οι διαµήκεις οπλισµοί του υποστυλώµατος ήταν 4Φ. Οι συνδετήρες ήταν δίτµητοι Φ8/8 στα υποστυλώµατα Υ έως Υ5 και Φ8/6 στα υπόλοιπα Υ6 έως Υ7. Η σκυροδέτηση του υποστυλώµατος γινόταν µια µέρα µετά την σκυροδέτηση του θεµελίου. Το πέδιλο πακτωνόταν στο δάπεδο µε τέσσερα µεταλλικά αγκύρια (ντίζες) Φ38mm. Από τα υποστυλώµατα τα Υ έως Υ8 είχαν ύψος.5m ενώ τα Υ9 έως Υ7 είχαν ύψος.m. Πάντως σε όλα τα υποστυλώµατα η δύναµη επιβαλλόταν σε ύψος.5m από την πάνω επιφάνεια του θεµελίου. Στα δοκίµια επιβλήθηκε, ενώ το σκυρόδεµα ήταν ακόµη νωπό, µετατόπιση εναλλασσοµένης φοράς, προσοµοιώνοντας τοιουτοτρόπως την εναλλασσόµενη σεισµική φόρτιση (Σχ. 4). Το εύρος της µετατόπισης και το πλήθος των κύκλων ήταν µεταβλητό (βλ Πίνακα ). Σε κάθε σκυροδέτηση λαµβάνονταν τρία κυβικά δοκίµια 5cm για τον έλεγχο της θλιπτικής αντοχής καθώς και τρία 8 x Φ8 x 4 x Φ Φ8/6 x Φ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΤΟΜΗ Υ9-Υ7 P Γ 8 x Φ8 B x 4 x Φ Γ A A Φ8/6 x Φ H =. m B x 4 x Φ Σχήµα. Κατασκευαστικά Σχήµα 3. Κατασκευαστικά σχέδια των Σχήµα 4. Θέση επιβολής σχέδια πεδίλων. υποστυλωµάτων. της δύναµης Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος,

3 κυλινδρικά δοκίµια 5/3 cm για τον έλεγχο της εφελκυστικής αντοχής. Η πρόοδος της πήξεως του σκυροδέµατος παρακολουθούταν από την πίεση διεισδύσεως σ pa συµβατικού στελέχους σε ειδικό δοκίµιο το οποίο παρασκευαζόταν µε την διαδικασία του υγρού κοσκινίσµατος (ΥΠΕΧΩ Ε 985). Οι µετρήσεις επαναλαµβάνονταν κατά χρονικά διαστήµατα και έτσι συντασσόταν η µεταβολή της πιέσεως συναρτήσει του χρόνου (Σχ. 6). Με τον τρόπο αυτό ποσοτικοποιείται ο βαθµός πήξεως του σκυροδέµατος κατά την στιγµή της δράσεως του σεισµού. Τέλος, µετά από 8 περίπου µέρες, µε το σκυρόδεµα να έχει αποκτήσει επαρκή αντοχή, ασκούνταν εκ νέου δύναµη στο υποστύλωµα σε ύψος.5m από την άνω επιφάνεια του θεµελίου. Σε κατάλληλες θέσεις πάνω στο υποστύλωµα (Σχ. 5) είχαν τοποθετηθεί επαγωγικά βελόµετρα για την µέτρηση της µετατόπισης κορυφής, των καµπυλοτήτων στην βάση του υποστυλώµατος καθώς και της σχετικής µετακίνησης του συνόλου (υποστύλωµα-θεµέλιο) ως προς την διάταξη επιβολής του φορτίου. Από τα διαγράµµατα των καταγραφών των βελοµέτρων συναρτήσει της επιβαλλόµενης δύναµης (Σχ. 7), υπολογίστηκαν τα σχετικά µεγέθη τα οποία συγκρίθηκαν µε τα αντίστοιχα του δοκιµίου αναφοράς. ΕΠΙΒΟΛΗ ΥΝΑΜΗΣ(+x) ΚΑΤΟΨΗ- ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ ΟΨΕΩΝ Σχήµα 5. Θέσεις βελοµέτρων και ορισµός όψεων ΠΙΕΣΗ ΙΕΙΣ ΥΣΗΣ (MPa) ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΗΞΕΩΣ ΟΛΩΝ ΤΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ Υ Υ3 Υ4 Υ6 Υ7 Υ9-Υ Υ5-Υ ΧΡΟΝΟΣ (min) (kν) Υ9 : ιάγραµµα δύναµηςπαραµόρφωσης βελοµέτρου Προκληθείσα Μετατόπιση στο Βελόµετρο (mm) Σχήµα 6. ιάγραµµα εξέλιξης της Σχήµα 7. Τυπικό διάγραµµα δύναµης- Σχήµα 8. Ορισµός των πήξης για όλα τα υποστυλώµατα παραµόρφωσης βελοµέτρου (Υ9) περιοχών καµπυλοτήτων Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος, 3

4 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα πρωτογενή στοιχεία, τα οποία ελήφθησαν κατά την εκτέλεση των πειραµάτων φαίνονται στον Πίνακα. Επίσης στον Πίνακα φαίνονται οι θεωρητικές ροπές και καµπυλότητες αστοχίας και διαρροής της διατοµής. Η σύγκριση των δοκιµίων µε το δοκίµιο αναφοράς (µάρτυρα) δείχνει κατ αρχάς ότι έχουν την ίδια φέρουσα ικανότητα, µε την έννοια ότι αναπτύσσεται η ίδια µέγιστη δύναµη, αλλά αυτό επιτυγχάνεται για αρκετά µεγαλύτερες µετατοπίσεις (Σχ. 9,,,, 3 και 4). Οι βρόχοι υστερήσεως του δοκιµίου αναφοράς (µάρτυρα) είναι σαφέστατα πιο γεµάτοι (µεγαλύτερη απορρόφηση ενέργειας) σε σύγκριση µε εκείνους των άλλων δύο δοκιµίων. ηλαδή τα δοκίµια φτάνουν στην ίδια τελική µετατόπιση µε εκείνη του µάρτυρα αλλά µε εξαιρετικά µειωµένη όµως ικανότητα απορρόφησης σεισµικής ενέργειας. Αυτό φαίνεται και στον Πίνακα. Η ανηγµένη απορροφούµενη ενέργεια υπολογίστηκε διαιρώντας το εµβαδόν του βρόχου υστερήσεως ενός κύκλου δια του εµβαδού του περιγράψιµου ορθογωνίου που ορίζουν τα µέγιστα των αξόνων x και y (Σχήµα 5). Από τον Πίνακα καθίσταται σαφές ότι οι µάρτυρες, για τον ίδιο κύκλο φόρτισης, απορροφούν περισσότερη ενέργεια σε σχέση µε τα άλλα δύο δοκίµια της σειράς. Η πίεση διείσδυσης σ pa και το εύρος της µετατόπισης του υποστυλώµατος µε το νωπό σκυρόδεµα είναι οι παράµετροι που επηρεάζουν άµεσα την παραπάνω συµπεριφορά. Μάλιστα, όσο µεγαλύτερη είναι η πίεση διεισδύσεως σ pa και όσο µεγαλύτερο το εύρος της µετατόπισης του νωπού σκυροδέµατος, τόσο µειωµένη παρουσιάζεται η απορρόφηση ενέργειας από το δοκίµιο. Σύγκριση Y - Υ Υ Υ(µάρτυρας) -6 Μετατόπιση κορυφής (βελ. ) (mm) Σχήµα 9. ιάγραµµα δύναµης-µετατόπισης κορυφής των Υ, Υ ( η σειρά δοκιµίων) Σύγκριση Y3 - Υ4 - Y Υ3 Υ4-6 Υ5(µάρτυρας) Μετατόπιση κορυφής (βελ. ) (mm) Σχήµα. ιάγραµµα δύναµης-µετατόπισης κορυφής των Υ3, Υ4, Y5 ( η σειρά δοκιµίων) 4 Σύγκριση Y6 - Υ7 - Y Υ6 Υ7-6 Υ8(µάρτυρας) Μετατόπιση κορυφής (βελ. ) (mm) Σχήµα. ιάγραµµα δύναµης-µετατόπισης κορυφής των Υ6, Υ7, Y8 (3 η σειρά δοκιµίων) Σύγκριση Y9 - Υ - Y Υ9 Υ -6 Υ(µάρτυρας) Μετατόπιση κορυφής (βελ. ) (mm) Σχήµα. ιάγραµµα δύναµης-µετατόπισης κορυφής των Υ9, Υ, Y (4 η σειρά δοκιµίων) Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος, 4

5 Σύγκριση Y - Υ3 - Y Υ Υ3-6 Υ4(µάρτυρας) Μετατόπιση κορυφής (βελ. ) (mm) Σχήµα 3. ιάγραµµα δύναµης-µετατόπισης κορυφής των Υ, Υ3, Y4 (5 η σειρά δοκιµίων) Σύγκριση Y5 - Y6 - Υ Υ5 Υ6-6 Υ7(µάρτυρας) -8 Μετατόπιση κορυφής (βελ. ) (mm) Σχήµα 4. ιάγραµµα δύναµης-µετατόπισης κορυφής των Υ5, Υ6, Y7( η σειρά δοκιµίων) δύναµη Τυπικός -6 κύκλος φόρτισης Όρια -8 ορθογωνίου αναγωγής - Παραµ όρφωση βελοµ έτρου (m m ) Σχήµα 5. Τυπικό διάγραµµα για τον ορισµό της ανηγµένης απορροφούµενης ενέργειας Η αυξηµένη πίεση διείσδυσης σ pa έχει συνέπεια την µείωση της συνάφειας χάλυβασκυροδέµατος, αφού η µετακίνηση του οπλισµού προκαλεί θραύση του τσιµεντοπολτού ανάµεσα στις νευρώσεις της ράβδου. Αντίθετα, σεισµική φόρτιση για µηδενικές τιµές της πίεσης διείσδυσης σ pa δεν έχει επιπτώσεις στην συµπεριφορά, όπως φαίνεται από την 5 η σειρά (Υ, Υ3, Υ4 Σχήµα 3), αφού οδηγεί σε µηδενικές διαφορές απορροφούµενης ενέργειας µεταξύ µάρτυρα και δοκιµίων ακόµη και για µεγάλες µετατοπίσεις κορυφής της τάξεως των ±cm σε τρεις κύκλους. Επίσης όµως, επιβολή µετατόπισης για πίεση διείσδυσης σ pa µεταξύ.5-6.mpa δεν φαίνεται να προκαλεί σηµαντικές διαφοροποιήσεις στη συµπεριφορά των δοκιµίων (Σχ., ). Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος, 5

6 Πίνακας. Στοιχεία δοκιµίων Σειρά οκίµιο Ηλικία σκυρ/τος κατά την επίδραση t a (min) Πίεση ιείσδυσης σ Pa (MPa) Μετατόπιση κορυφής e targ (cm) Ηλικία θραύσης t p (h) Θλιπτική αντοχή f cc (MPa) Εφελκυστική αντοχή f ct (MPa) Θεωρητική ροπή διαρροής M y (knm) Θεωρητική ροπή αστοχίας (ε cu =.35 ) M u (knm) Μέγιστο φορτίο κατά +x N max(+x) Μέγιστο φορτίο κατά x N max(-x) Y 95 3,87 ± ,4,3 55,8 59,9 37,83-33,86 Y µάρτ. µάρτ. µάρτ ,96,4 54,9 58,66 4,9-38,7 Y3 35, ± ,56,6 78,3 8,97 54,3-49,55 Y4 45 6, ± ,93,5 77,88 8,6 54,6-49,5 Y5 µάρτ. µάρτ. µάρτ. 557,3,7 77,3 8,84 54,65-5,83 Y6 5,46 ± 559 3,7,48 78,6 8,79 5, -34,5 Y7 9 6,75 ± 55 33,7,4 78,43 8,4 5, -48,8 3 Y8 µάρτ. µάρτ. µάρτ ,78, 78,3 8,6 55,67-5,75 Y9 36,6 3 ± 583 3,6,59 78, 8,84 47,78-48,67 Y 5, ± 58 3,6,59 78, 8,84 5,96-53,8 4 Y µάρτ. µάρτ. µάρτ ,6,59 78, 8,84 5,6-5,8 Y 53, 3 ± 77 33,,77 78,36 8,6 55,6-5,45 Y3 56, 3 ± 53 33,,77 78,36 8,6 53,98-5,36 5 Y4 µάρτ. µάρτ. µάρτ ,,77 78,36 8,6 56,95-53,7 Y ,3 3 ± 75 36,55,56 78,66 8,487 49,55-48,8 Y6 4 5,5 3 ± ,55,56 78,66 8,487 5,55-5, 6 Y7 µάρτ. µάρτ. µάρτ ,55,56 78,66 8,487 5,75-56,75 Πίνακας. Στοιχεία δοκιµίων (συνέχεια) Σειρά οκίµιο Μέγιστη µετατόπ. κορυφής s κορ(+x) (mm) Ελάχιστη µετατόπ. κορυφής s κορ(-x) (mm) Μέγιστη Ελάχιστη καµπυλότητα καµπυλότητα περιοχής * περιοχής * (/R) max (/R) min (m - ) (m - ) Μέγιστη καµπυλότητα περιοχής * (/R) max (m - ) Ελάχιστη καµπυλότητα περιοχής * (/R) min (m - ) Θεωρητική καµπυλότητα αστοχίας (/R) u (m - ) Θεωρητική καµπυλότητα διαρροής (/R) y (m - ) Y 5,46-83,4,5554 -,655,6 -,,,57 Y 44,64-69,76,6937 -,43,55,,3,6 Y3 79,8-99,6,334 -,758,,,9,9 Y4 8, -4,68,3974 -,345,596 -,4,876,94 Y5 95,4-7,8,3638 -,,38 -,37,796, 3 Y6 35,46-56,96,83,8,49 -,8,896,99 Y7,9-75,8,833 -,4955,99 -,55,9,97 Y8 4,4-7,6,344,33,6487 -,,877, 4 Y9 5,36 -,,848 -, ,93,96 Y 89,6-5,8,56 -,4689,8 -,334,93,96 Y 3,4 -,56,7 -,797,78 -,557,93,96 5 Y 46,8-63,8,693 -,6737, -,9,98,9 Y3 46,9-79,56,74 -,3,95 -,,98,9 Y4 83,4-73,48,438 -,67,648 -,4,98,9 6 Y5 4,86-8,6,599 -,598,53 -,575,97,88 Y6 4, -8,66,77 -,48,98 -,48,97,88 Y7 57,58 -,6,934 -,48,53 -,87,97,88 * Επεξήγηση «περιοχών» στο σχήµα 8 Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος, 6

7 Πίνακας. Απορροφούµενη ενέργεια και πλαστιµότητα ανά κύκλο φόρτισης (4 τεταρτηµόρια) Υi µd (+x) Κύκλος Φόρτισης ος ος 3 ος 4 ος µd Ανηγµ. απορρ. (-x) ενέργ. µd (+x) µd Ανηγµ. απορρ. µd (-x) ενέργ. (+x) µd Ανηγµ. απορρ. µd (-x) ενέργ. (+x) Ανηγµ. απορρ. ενέργ. Υ 3,6,,39 Υ (µάρτ.) 5,8,8,53 Υ3 3,9,6,5 4,7,67 Υ4,7,,4 3,7,,5,8,5 Υ5 (µάρτ.) 5,5 4,8,58 3,7,8 Υ6,3,,5 Υ7,,3,44 3,3,6 Υ8 (µάρτ.) 4, 4,4,6 3,6,8 Υ9,,,8,,, 3,,9, 5,3,5 Υ,,,,3,,38 3,6 3,3,37 5,3,68 Υ(µάρτ.),3,,3,4,3,57 3,8 3,3,48 6,3,78 Υ,4,,3,9 3,8,55 3,8 3,9,5 Υ3,,,3,3,,53 3,7,74 Υ4(µάρτ.),,9,5,8,9,48 3,8,73 Υ5,,9,,,9,33,7,8,8 5,,76 Υ6,48,,75 Υ7(µάρτ.),4,4,4,7,5,5 3,9 3,,47 8,,8 Σύγκριση βελοµέτρων κορυφής Y - Υ3(σpa= MPa) 6 Υ(3X(+&-) cm) Υ3(3X(+&-) cm) Μετατόπιση κορυφής (mm) Σχήµα 6. Σύγκριση Υ-Υ3 (σpa= MPa) Σύγκριση βελοµέτρων κορυφής Y4 - Υ 7 - Υ5(σpa=6 MPa) Υ 4(+&-5 cm) -4 Υ 7(+&- cm) -6 Υ5 (3X(+&-) Μ ετατόπιση κορυφής (mm) Σχήµα 8. Σύγκριση Υ4-Υ7-Υ5 (σpa=6 MPa) Σύγκριση βελοµέτρων κορυφής Y3 - Υ6 - Υ9(σpa=,5 6 MPa) Υ3(+&-5 cm) -4 Υ6(+&- cm) -6 Υ9(3X(+&-) Μετατόπιση κορυφής (mm) Σχήµα 7. Σύγκριση Υ3-Υ6-Υ9 (σpa=,5 MPa) Σύγκριση βελοµέτρων κορυφής Y - Υ6 (σpa>=5 MPa) Υ(+&- cm) -4 Υ6(3X(+&-) cm) -6 Μετατόπιση κορυφής (mm) Σχήµα 9. Σύγκριση Υ-Υ6 (σpa 5 MPa) Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος, 7

8 Από την άλλη πλευρά, όπως φαίνεται από τα Σχήµατα 6, 7, 8 και 9, σηµαντικές παράµετροι για την συµπεριφορά είναι το εύρος της µετατόπισης καθώς και το πλήθος των κύκλων που επιβάλλονται όταν το σκυρόδεµα είναι ακόµη νωπό. Για µετατοπίσεις του νωπού σκυροδέµατος ±5 cm ή και ± cm σε ένα κύκλο δεν φαίνεται (Πίν. ) να υπάρχει αισθητή διαφορά κατά την τελική φόρτιση. Αντίθετα, η επιβολή 3 κύκλων φόρτισης των ± cm στο νωπό σκυρόδεµα επιφέρει ουσιαστική µείωση της απορροφούµενης ενέργειας (Πίν. ). Ο υπολογισµός του βέλους κορυφής, κάθε χρονική στιγµή, µέσω ολοκλήρωσης της καµπυλότητας καθύψος συµπίπτει ικανοποιητικά µε το µετρούµενο βέλος. Ο υπολογισµός έγινε µε δύο διαφορετικούς τρόπους και αντίστοιχες παραδοχές (Σχ., ). Κατά την πρώτη παραδοχή δεχόµαστε σταθερή καµπυλότητα στις περιοχές και (Σχ. 8), ενώ από εκεί και πάνω θεωρούµε τριγωνική κατανοµή της καµπυλότητας µε αρχική τιµή τη µισή εκείνης της περιοχής. Κατά τη δεύτερη παραδοχή, και µέχρι στη βάση του υποστυλώµατος να αναπτυχθεί η ροπή διαρροής Μ y, θεωρούµε ότι η καµπυλότητα κατανέµεται γραµµικά καθύψος του υποστυλώµατος. Για µεγαλύτερες ροπές, υποθέτουµε ότι η καµπυλότητα λαµβάνει την µορφή του Σχήµατος, µε καµπυλότητα στη βάση του υποστυλώµατος, ίση προς την καµπυλότητα περιοχής (/R). I III Η: ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΒΕΛΟΜΕΤΡΟΥ ΚΟΡΥΦΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΒΑΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΟΣ /R: ΚΑΜΠΥΛΟΤΗΤΑ ΒΑΣΗΣ Σχήµα. Κατανοµή καµπυλότητας καθύψος κατά την η παραδοχή II Η: ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΒΕΛΟΜΕΤΡΟΥ ΚΟΡΥΦΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΒΑΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΟΣ (/R)y: ΚΑΜΠΥΛΟΤΗΤΑ ΙΑΡΡΟΗΣ (/R): ΚΑΜΠΥΛΟΤΗΤΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ I II Η: ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΣΚΟΥΜΕΝΗΣ ΥΝΑΜΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΒΑΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΟΣ My: ΡΟΠΗ ΙΑΡΡΟΗΣ ΙΑΤΟΜΗΣ M: ΡΟΠΗ ΒΑΣΗΣ ΙΑΤΟΜΗΣ Σχήµα. Κατανοµή καµπυλότητας καθύψος κατά την η παραδοχή Το βέλος κορυφής, ανάλογα µε την παραδοχή, δίνεται από τις σχέσεις και αντιστοίχως: H c d b a = c ( ) + a d ( c) + ( c d) R 3 () a R R c 3 R = c H ( ) + ( ) y ( ) + ( ) y + ( ) y ( c) Όπως προκύπτει από τα σχήµατα και, η η παραδοχή περιγράφει αρκετά καλά την µεταβολή του πραγµατικού βέλους κορυφής συναρτήσει της δυνάµεως, ενώ η η παραδοχή περιγράφει το πραγµατικό µέγεθος έως τη διαρροή περιστασιακά καλά κι έπειτα καθόλου καλά. R 3 R H () Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος, 8

9 Υ : Πραγµατικό-θεωρητικό βέλος κορυφής Πραγµ. βέλος από βελόµετρο Θεωρ. βέλος από καµπυλ.(µέθοδος ) -6 Θεωρ. βέλος από καµπυλ.(µέθοδος ) Μετατόπιση κορυφής (mm) Σχήµα. Σύγκριση πραγµατικού βέλους και θεωρητικών βελών κορυφής για το Υ Υ : Πραγµατικό-θεωρητικό βέλος κορυφής Πραγµ. βέλος από βελόµετρο -6 Θεωρ. βέλος από καµπυλ.(µέθοδος ) -8 Θεωρ. βέλος από καµπυλ.(µέθοδος ) Μετατόπιση κορυφής (mm) Σχήµα 3. Σύγκριση πραγµατικού βέλους και θεωρητικών βελών κορυφής για το Υ Οι µετατοπίσεις και στροφές του θεµελίου (βελόµετρα 9,, και Σχ. 5) ήσαν µικρές και δεν επηρέασαν την ένδειξη του βελοµέτρου κορυφής (Μπόµπορης 3, Μπουρνάς 3). 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εργασία αυτή παρουσιάσθηκαν τα αποτελέσµατα σχετικά µε τις επιπτώσεις στην συνάφεια µιας πρώιµης σεισµικής καταπόνησης του νωπού ωπλισµένου σκυροδέµατος, ενόσω ακόµη είναι καλουπωµένο. Για τον σκοπό αυτό κατασκευάσθηκαν δοκίµια πεδίλου-υποστυλώµατος. Η σεισµική δράση προσοµοιώθηκε µε µια εναλλασσόµενης φοράς µετατόπιση, επιβαλλόµενη στην κορυφή του υποστυλώµατος λίγες ώρες µετά την σκυροδέτηση. Για την παραµετρική διερεύνηση του προβλήµατος σκυροδετήθηκαν 6 σειρές δοκιµίων και κατασκευάσθηκαν συνολικά 7 δοκίµια. Από την µελέτη των πειραµατικών καταγραφών προέκυψαν τα εξής πρώτα συµπεράσµατα: Η µείωση της απαιτούµενης δύναµης για την µέγιστη παραµόρφωση των δοκιµίων τα οποία είχαν υποστεί µετατόπιση όταν το σκυρόδεµα ήταν νωπό, είναι αµελητέα. Ωστόσο, υπάρχει µείωση της δυσκαµψίας στα δοκίµια που υπέστησαν µετατοπίσεις όταν το σκυρόδεµα ήταν ακόµα νωπό. Εκείνο όµως που διαφοροποιεί ουσιαστικά τα δοκίµια από τους αντίστοιχους µάρτυρες, είναι ότι παρουσιάζουν σηµαντικά µειωµένα εµβαδά των βρόχων υστερήσεως. Η µείωση αυτή µεταβάλλεται ανάλογα και µε τους κύκλους φορτίσεως (βλ. Πίν. ) π.χ. για µάρτυρα µε ανηγµένη απορροφούµενη ενέργεια 8% (Υ5) τα αντίστοιχα δοκίµια έχουν µε 67% και 5% ανηγµένη απορροφούµενη ενέργεια (Υ3 και Υ4 αντιστοίχως), ενώ για µάρτυρα µε ανηγµένη απορροφούµενη ενέργεια 57% (Υ) έχουµε δοκίµια µε % και 38% (Υ9 και Υ αντιστοίχως). Καθοριστική παράµετρος της συµπεριφοράς είναι ο βαθµός πήξεως του σκυροδέµατος κατά την ώρα της δράσεως του σεισµού. Η ποσοτικοποίηση του βαθµού αυτού γίνεται µε την πίεση διεισδύσεως. Από τα αποτελέσµατα προκύπτει ότι για πιέσεις διεισδύσεως µικρότερες από. έως 3.MPa οι επιπτώσεις είναι µικρές, για πιέσεις µεταξύ 3. και 6.MPa οι επιπτώσεις είναι µεγαλύτερες, ενώ για πιέσεις της τάξεως των 5MPa και άνω έχουµε εκτεταµένες δυσµενείς συνέπειες στον φορέα. Βέβαια στην πράξη η εξέλιξη της πιέσεως διεισδύσεως είναι µάλλον απίθανο να έχει καταγραφεί πριν από έναν σεισµό ώστε να µπορέσει να συµπεράνει κανείς τις πιθανές επιπτώσεις. Η αντίστοιχη ηλικία του σκυροδέµατος, η οποία στην πράξη είναι το ευχερέστερα µετρούµενο µέγεθος, δεν αντιστοιχεί µονοσήµαντα σε πίεση διεισδύσεως, µιας και η Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος, 9

10 πρόοδος της πήξεως εξαρτάται και από άλλους παράγοντες (θερµοκρασία, σύνθεση σκυροδέµατος κλπ). Εξίσου καθοριστικές παράµετροι αποτελούν το εύρος και κυρίως το πλήθος των κύκλων µετατόπισης του νωπού σκυροδέµατος Η αύξησή τους προκαλεί µείωση της απορροφούµενης ενέργειας από το υποστύλωµα. Μετατοπίσεις µέχρι και cm στην κορυφή των υποστυλωµάτων σε ένα κύκλο φαίνεται να µην έχουν µεγάλες επιπτώσεις, ενώ για 3 κύκλους των cm η µείωση της απόκρισης είναι σηµαντική. Ωστόσο, στην πράξη τέτοιες µετατοπίσεις (θα αντιστοιχούσαν σε µετατόπιση ξυλοτύπου ίση µε cm για ένα ύψος ορόφου 3.m) θα οδηγούσαν πιθανότατα στην κατάρρευση του ξυλοτύπου ήδη από τον πρώτο κύκλο. Τα παραπάνω δεν οδηγούν σε ποσοτικά συµπεράσµατα για τον µηχανικό της πράξης που αντιµετωπίζει το πρόβληµα των ενδεχόµενων συνεπειών ενός σεισµού ενόσω ακόµη το σκυρόδεµα είναι νωπό. Εκείνο όµως το οποίο µπορεί να λεχθεί είναι ότι, αν µετά το ξεκαλούπωµα, δεν παρατηρηθούν ρωγµές κυρίως στις παρειές των κόµβων, τότε δεν υπάρχει λόγος ιδιαίτερης ανησυχίας. Πάντως σε κάθε περίπτωση, µετά από µια πρώιµη σεισµική καταπόνηση του νωπού σκυροδέµατος, η αναβολή ξεκαλουπώµατος και η ιδιαίτερα προσεγµένη συντήρηση (µε άφθονο νερό) θα αµβλύνουν τις συνέπειες. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Γεωργίου, Χ.. Νωπό σκυρόδεµα υπό σεισµική δράση: Επιρροή στη συνάφεια. Αθήνα: µεταπτυχιακή εργασία ΕΜΠ Μπόµπορης, Λ. 3. Νωπό σκυρόδεµα υπό σεισµική δράση: Επιρροή στη συνάφεια. Αθήνα: µεταπτυχιακή εργασία ΕΜΠ Μπόµπορης, Λ. & Φωτόπουλος, Α.. Νωπό σκυρόδεµα υπό σεισµική δράση: Επιρροή στη συνάφεια. Αθήνα: ιπλωµατική εργασία ΕΜΠ Μπουρνάς, Ι. 3. Νωπό σκυρόδεµα υπό σεισµική δράση: Επιρροή στη συνάφεια. Αθήνα: ιπλωµατική εργασία ΕΜΠ Τρέζος Κ., Γεωργίου Χρ.,. Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος: επιπτώσεις στην συνάφεια. ο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής Θεσσαλονίκη ΥΠΕΧΩ Ε, , Μέθοδος ελέγχου ΣΚ-33, Μέθοδος προσδιορισµού του χρόνου πήξεως του σκυροδέµατος. Αθήνα Κ. Τρέζος, Λ. Μπόµπορης, Α. Φωτόπουλος, Χ. Γεωργίου, Σεισµική καταπόνηση νωπού σκυροδέµατος,