Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ (Σ.Τ.ΕΦ.) ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. (ΤΡΙΚΑΛΑ) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ Η/Υ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ (Σ.Τ.ΕΦ.) ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. (ΤΡΙΚΑΛΑ) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ Η/Υ Δημήτριος Ν. Χριστοδούλου Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, M.Sc.

2 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Κωνσταντινίδης Α., (2009), Αντισεισμικά Κτίρια από Οπλισμένο Σκυρόδεμα Τόμος Α : Η Τέχνη της Κατασκευής και η Μελέτη Εφαρμογής, Εκδότης π-systems 2. Κωνσταντινίδης Α. (2009), Αντισεισμικά Κτίρια από Οπλισμένο Σκυρόδεμα Ειδική Έκδοση, Εκδότης π-systems 3. Κωνσταντινίδης Α., Εφαρμογές Οπλισμένου Σκυροδέματος Τόμος Α, Εκδότης π-systems 4. Κωνσταντινίδης Α., Εφαρμογές Οπλισμένου Σκυροδέματος Τόμος Β, Εκδότης π-systems 5. Κωνσταντινίδης Α., Εφαρμογές Οπλισμένου Σκυροδέματος Τόμος Πίνακες, Εκδότης π-systems 6. Πενέλης Γ., Μαθήματα Σιδηροπαγούς Σκυροδέματος Τόμος Ι, Α.Π.Θ.

3 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 7. Καλευράς Β. (1997), Μαθήματα Ωπλισμένου Σκυροδέματος, Τόμος Ι, Δ.Π.Θ. 8. F.Leonhardt & E.Monnig, Ολόσωμες Κατασκευές: Η τέχνη του οπλισμού 9. Νέος Ελληνικός Κανονισμός Ωπλισμένου Σκυροδέματος 2000 (ΝΕΚΩΣ 2000), ΟΑΣΠ-ΣΠΜΕ (ΦΕΚ 1329/Β/ ) 10. Νέος Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (ΝΕΑΚ 2000) ΟΑΣΠ- ΣΠΜΕ (ΦΕΚ 2184/Β/ ) 11. Ελληνικός Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος (ΚΤΣ 1997) (ΦΕΚ 315/Β/ ) 12. Ο Η/Υ στο χώρο των Κατασκευών, Παιδαγωγικό Ινστιτούτο ΥΠ.Ε.Π.Θ., ISBN Εγχειρίδιο Χρήσης Παραδοχές Τεκμηρίωση Λογισμικού π- systems.

4 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Ο σχεδιασμός των έργων αυτών, τα οποία είναι κοινωνικά αγαθά, πρέπει να ικανοποιεί ορισμένες απαιτήσεις: Ασφάλεια Υπό την επίδραση των μεγαλύτερων πιθανών τιμών των δράσεων (φορτίων ή επιβαλλόμενων παραμορφώσεων), η κατασκευή δεν πρέπει να παρουσιάζει βλάβες. Λειτουργικότητα Υπό στην επίδραση των συνήθως δράσεων, η κατασκευή δεν πρέπει να εμποδίζει τη λειτουργία για την οποία προορίζεται. Οικονομία Το συνολικό κόστος κατασκευής ενός έργου πρέπει να είναι το ελάχιστο δυνατό, ενώ παράλληλα πρέπει να ικανοποιούνται όλες οι υπόλοιπες απαιτήσεις του σχεδιασμού. Αισθητική Ένα τεχνικό έργο πρέπει να εντάσσεται αισθητικά και αρμονικά στο περιβάλλον, στο οποίο κατασκευάζεται και να το προάγει.

5 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΡΕΩΝ Ο.Σ. Η διαδικασία για την αντιμετώπιση των προβλημάτων διαστασιολόγησης των δομικών στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα είναι: 1. Μόρφωση και προδιαστασιολόγηση του φορέα, λαμβάνοντας υπόψη τις ελάχιστες διαστάσεις των δομικών στοιχείων σκυροδέματος που προβλέπονται από τον κανονισμό. 2. Καθορισμός του στατικού συστήματος και της καταπόνησής του από τα εξωτερικά φορτία. 3. Στατική επίλυση και υπολογισμός των μέγιστων εντατικών μεγεθών N, Q, M. 4. Εφαρμογή θεωρίας σκυροδέματος, υπολογισμός της απαιτούμενης ποσότητας του οπλισμού του φορέα για τα μέγιστα αυτά εντατικά μεγέθη και επιλογή των ράβδων του οπλισμού. 5. Έλεγχος τήρησης των διατάξεων του κανονισμού. 6. Σχεδίαση του ξυλότυπου του φορέα (διαστάσεις στοιχείων, ποσότητα και διάταξη του οπλισμού).

6 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Σκυρόδεμα είναι μία τεχνητή πέτρα που σχηματίζεται με την ανάμιξη σε κατάλληλες αναλογίες τσιμέντο, αδρανών και νερού. Αυτό αποκτά τις τελικές του ιδιότητες με την σκλήρυνση του τσιμεντοπολτού (μίγμα τσιμέντου νερού). Μπορεί να περιέχει και ορισμένα άλλα πρόσθετα υλικά. Οπλισμένο σκυρόδεμα είναι σκυρόδεμα ενισχυμένο με χαλύβδινες ράβδους. Είναι ένα σύμμικτο υλικό δόμησης, στο οποίο τις θλιπτικές τάσεις αναλαμβάνει το σκυρόδεμα και τις εφελκυστικές αποκλειστικά ο χάλυβας. Η συνεργασία των δύο αυτών υλικών είναι αναγκαία προϋπόθεση για την παραλαβή των εντατικών μεγεθών. Τσιμεντοκονίαμα είναι τεχνητή πέτρα που προκύπτει από την ανάμιξη τσιμέντου, άμμου κόκκου μέχρι 4 mm και νερού. Αδρανή είναι τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην παρασκευή σκυροδεμάτων και τσιμεντοκονιαμάτων. Προέρχονται από πετρώματα ή τεχνητά υλικά που έχουν τεμαχιστεί φυσικά ή τεχνητά.

7 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Κονία ονομάζεται κάθε συγκολλητικό υλικό σε κατάσταση στερεή ή ρευστή, σε μορφή διαλύματος ή αιωρήματος, το οποίο όταν αναμιχθεί και κατεργαστεί, υπό ορισμένες αναλογίες με νερό, μεταβάλλεται σε εύπλαστο πολτό. Ο πολτός αυτός αποτελεί μετά την πήξη και σκλήρυνσή του το συγκολλητικό υλικό των κονιαμάτων και των σκυροδεμάτων (π.χ. ασβεστοκονίαμα, τσιμεντοκονίαμα). Η κονία του σκυροδέματος είναι το τσιμέντο. Πρόσθετα υλικά είναι διάφορα υλικά που προστίθενται στο σκυρόδεμα για να μεταβάλλουν ορισμένες ιδιότητές του. Οπλισμός είναι οι χαλύβδινες ράβδοι που τοποθετούνται στο σκυρόδεμα ανάλογα με τον τρόπο που καταπονείται το δομικό στοιχείο. Φορτίο λειτουργίας ονομάζεται το φορτίο εκείνο που προκύπτει από τις φορτίσεις, οι οποίες καταπονούν ένα στοιχείο κατά την προβλεπόμενη λειτουργία του.

8 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΕΙΔΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Σύμφωνα με τον κανονισμό, το σκυρόδεμα λαμβάνεται στους υπολογισμούς ως εξής: Ειδικό βάρος άοπλου σκυροδέματος = 24 kn/m 3 Ειδικό βάρος οπλισμένου σκυροδέματος = 25 kn/m 3 Διακρίνονται τα παρακάτω είδη σκυροδέματος: Ανάλογα με την κατάσταση σκλήρυνσης Νωπό (1-3 ώρες μετά την παρασκευή του) Σκληρυμένο (τελικό προϊόν, 6-12 ώρες τουλάχιστον μετά την παρασκευή) Ανάλογα με το φαινόμενο ειδικό βάρος Ελαφρύ (ξηρό φ.ε.β. < 20 kn/m 3 ) Σύνηθες (ξηρό φ.ε.β. < kn/m 3 ) Βαρύ (ξηρό φ.ε.β. > 28 kn/m 3 )

9 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΕΙΔΗ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Ανάλογα με τη θέση ανάμιξης και χρήσης Εργοταξιακό (παρασκευή και ανάμιξη μέσα στο εργοτάξιο) Έτοιμο (παραδίδεται νωπό αλλά αναμεμιγμένο στο εργοτάξιο) Προκατασκευασμένο (παραδίδεται σκληρυμένο, συνήθως με μορφή έτοιμων δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος στο εργοτάξιο) Ανάλογα με τον τρόπο μεταφοράς και έγχυσης Σύνηθες (μεταφέρεται σε δοχεία και χύνεται με τη βαρύτητα μέσα σε καλούπια) Αντλούμενο (μεταφέρεται διαμέσου σωληνώσεων με άντληση στη θέση χρήσης) Εκτοξευόμενο ή Gunite (εκτοξεύεται στην τελική θέση χρήσης με ειδικά μηχανήματα)

10 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΜΕΡΟΣ Α ΟΔΗΓΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΜΕ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΕΣ Τα πλεονεκτήματα των Ευρωκωδίκων Ασφαλέστερα δομήματα Οικονομικότερα δομήματα Λειτουργικότερα δομήματα Οι κρίσιμες απαιτήσεις του EC8 και οι μέθοδοι χειρισμού τους Το μέγεθος των σεισμικών δυνάμεων Τα κτίρια πρέπει να είναι στρεπτικώς δύσκαμπτα Νέοι έλεγχοι και περιορισμοί

11 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΤΑ ΒΗΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΜΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΜΕ ΤΟΥΣ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΕΣ Επιλογή κανονισμών EC2 - EC8 Επιλογή υλικού κτιρίου Εισαγωγή δεδομένων κτιρίου Επιλογή σεισμικής ζώνης και εδαφικού τύπου Προσδιορισμός συντελεστή q Επιλογή κατηγορίας πλαστιμότητας Επιλογή στατικού συστήματος Κανονικότητα σε κάτοψη Καθορισμός κανονικότητας καθ ύψος Φορτία Καθορισμός χρήσης ορόφων και συντελεστή φ Κτίρια με Pilotis Ανακατανομή ροπών δοκών

12 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΤΑ ΒΗΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΜΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΜΕ ΤΟΥΣ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΕΣ Παραγωγές Εντολή των παραγωγών Όλοι οι όροφοι Παραγωγές δυσμενών φορτίσεων και συνδυασμός δράσεων Επίλυση Αποτελέσματα Γενικοί έλεγχοι δομήματος Ικανοτικός έλεγχος κόμβων Αποτελέσματα δοκών - έλεγχοι Αποτελέσματα διαστασιολόγησης τοιχωμάτων Έλεγχος Pushover Επιλογή κόμβου ελέγχου Δημιουργία διαγραμμάτων ροπών στροφών χορδής Στόχοι και αποτελέσματα της ανάλυσης Pushover

13 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΜΕΡΟΣ Β ΕΙΔΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΩΝ Προσδιορισμός συντελεστή q Στατικά συστήματα Κανονικότητα σε κάτοψη Στρεπτικά δύσκαμπτο κτίριο Κανονικά καθ ύψος Κατηγορίες πλαστιμότητας Φορτίσεις Οριακής Κατάστασης Αστοχίας (ΟΚΑ) και Οριακής Κατάστασης Λειτουργικότητας (ΟΚΛ) Τοιχοπληρώσεις Pilotis Έλεγχος συνάφειας κόμβου Έλεγχος διάτμησης εσωτερικού ή εξωτερικού κόμβου στην ανωδομή Ακτίνα αδρανείας I s Έλεγχος διάτμησης σε τοιχώματα Συνεργαζόμενος οπλισμός πλάκας κατά τους ελέγχους της δοκού Δυσμενείς φορτίσεις

14 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΜΕΡΟΣ Β ΕΙΔΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΩΝ Γεωμετρικοί περιορισμοί δοκών υποστυλωμάτων Μη γραμμική στατική ανάλυση Επικαλύψεις Τοπική επίδραση τοιχοπληρώσεων Δευτερεύοντα σεισμικά μέλη Ανακατανομή ροπών δοκών Ικανοτικός έλεγχος κόμβου EC8 Κανόνες διαστασιολόγησης δοκών EC8 Κανόνες διαστασιολόγησης υποστυλωμάτων EC8 Κανόνες διαστασιολόγησης τοιχωμάτων

15 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΟΡΙΑΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Οριακές καταστάσεις αστοχίας Ως οριακές καταστάσεις αστοχίας χαρακτηρίζονται εκείνες, οι οποίες σχετίζονται με κατάρρευση ή με άλλες μορφές κατασκευαστικής αστοχίας που μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο την ασφάλεια των χρηστών. Οριακές καταστάσεις αστοχίας θεωρούνται οι ακόλουθες: 1. Απώλεια της στατικής ισορροπίας ενός στοιχείου ή του συνόλου της κατασκευής θεωρούμενης ως στερεού σώματος. Στην κατηγορία αυτή υπάγονται: Η ανατροπή Η ολίσθηση Η άνωση

16 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΟΡΙΑΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ 2. Μετατροπή του φορέα σε μηχανισμό. Για να φτάσει ο φορέας στην οριακή αυτή κατάσταση θα πρέπει: Να αστοχήσει σε τόσα σημεία ώστε να μετατραπεί σε κινηματική άλυσο μίας ελευθερίας κίνησης Τα σημεία αστοχίας μετά την υπέρβαση της αντοχής τους να διαθέτουν τόση ανελαστική παραμορφωσιμότητα (πλαστιμότητα) ώστε να μπορούν να λειτουργήσουν ως πλαστικές αρθρώσεις. 3. Οριακές καταστάσεις αντοχής σε κρίσιμες διατομές Έναντι ορθών εντατικών μεγεθών (ροπή κάμψης και/ή αξονική δύναμη) Έναντι διατμητικών καταπονήσεων (τέμνουσα, στρέψη, διάτμηση, συνάφεια αγκύρωσης)

17 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΟΡΙΑΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ 4. Οριακές καταστάσεις λυγισμού και ύβωσης Πρόκειται για οριακές καταστάσεις ελαστοπλαστικής ευστάθειας γραμμικών και επιφανειακών φορέων αντίστοιχα. Το σύστημα θεωρείται ότι έχει φτάσει στην οριακή αυτή κατάσταση όταν για τυχούσα μετατόπισή του από την αρχική θέση ισορροπίας, οι δημιουργούμενες εντατικές καταστάσεις λόγω μεγεθών δευτέρας τάξης είναι σε θέση να διατηρήσουν το σύστημα στη μετατοπισμένη θέση, έστω και αν εξέλειπαν τα αίτια που προκάλεσαν τη μετατόπιση. Η οριακή αυτή κατάσταση αφορά κυρίως κατασκευές εύκαμπτες που έχουν κόμβους εύκολα μετατοπιζόμενους. 5. Οριακές καταστάσεις κόπωσης Η κόπωση είναι φαινόμενο που επηρεάζει την αντοχή των υλικών και φορέων υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, είναι δηλαδή το αποτέλεσμα των πολλαπλών κυκλικών επαναλήψεων των φορτίων λειτουργίας.

18 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΟΡΙΑΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας Οι οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας χαρακτηρίζουν τα όρια πέραν των οποίων υπάρχει υπέρβαση των προδιαγεγραμμένων λειτουργικών απαιτήσεων. Οι οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας που προδιαγράφουν οι Κανονισμοί είναι: Παραμορφώσεις ή βέλη Η υπέρβαση ορισμένων ορίων στα βέλη κάμψης επιδρά στην αισθητική ή στη χρήση της κατασκευής ή προκαλεί βλάβες στα τελειώματα ή στα μη φέροντα στοιχεία. Ρηγμάτωση του σκυροδέματος από εφελκυσμό Το οπλισμένο σκυρόδεμα από τη φύση του θεωρείται αναξιόπιστο υλικό στην παραλαβή εφελκυστικών τάσεων, γι αυτό και κατά τη διαστασιολόγηση των διατομών θεωρείται ως ρηγματωμένο στην εφελκυόμενη περιοχή (αδρανής περιοχή).

19 Μάθημα: Εφαρμογές σκυροδέματος με χρήση Η/Υ ΟΡΙΑΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑΣ Ταλαντώσεις Οι ταλαντώσεις της κατασκευής για ορισμένο εύρος και συχνότητα, ιδίως όταν συντίθενται σε διακροτήματα, μπορούν να προκαλούν δυσάρεστο συναίσθημα ή και αίσθημα ανασφάλειας στους χρήστες. Πρόκειται για οριακή κατάσταση ειδικών έργων, κυρίως κτιριακών που υπόκεινται σε τέτοιου είδους ταλαντώσεις, όπως βιομηχανικά κτίρια με μεγάλες μηχανές με ταλαντούμενες μάζες, πολύ μεγάλου ύψους κτίρια υπό ανεμοφόρτιση κλπ. Μικρορηγμάτωση του σκυροδέματος από σύνθλιψη Το σκυρόδεμα υπό συνεχή τάση λειτουργίας άνω ορισμένου ορίου οδηγείται σε μικρορηγματώσεις παράλληλες προς τις τάσεις σύνθλιψης που οδηγούν σε μείωση της ανθεκτικότητας (αντοχή στο χρόνο) του σκυροδέματος. Επίσης, οδηγείται σε υπερβολικά μεγάλες ερπυστικές παραμορφώσεις.