ΧΡΗΣΗ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΩΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΔΥΟ ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΧΡΗΣΗ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΩΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΔΥΟ ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΩΝ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ Από ΜΠΑΛΙΟΥΚΟ ΧΡΗΣΤΟ ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ : ΠΑΠΑΝΙΚΟΛΑΟΥ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ ΣΥΝΕΠΙΒΛΕΠΩΝ : ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ 2008 ΠΑΤΡΑ

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στην παρούσα Διατριβή Διπλώματος Ειδίκευσης, διερευνάται η αύξηση της φέρουσας ικανότητας στοιχείων τύπου πλάκας μέσω πλεγμάτων συνεχών ινών ανόργανης μήτρας. Εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, στην κατεύθυνση του Αντισεισμικού Σχεδιασμού των Κατασκευών. Επιβλέπουσα, διετέλεσε η Λέκτορας Παπανικολάου Αικατερίνη, την οποία θα ήθελα να ευχαριστήσω για το ενδιαφέρον, την ουσιαστική καθοδήγηση και τις υποδείξεις της, τόσο κατά την διάρκεια της προετοιμασίας και της εκτέλεσης των πειραματικών δοκιμών, όσο και κατά την συγγραφή του κειμένου. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Καθηγητή κ. Τριανταφύλλου Αθανάσιο, διευθυντή του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας των Υλικών, για την συνεχή υποστήριξη και τις χρήσιμες συμβουλές του. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω τον υπεύθυνο του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας των Υλικών Κάρλο Κυριάκο, τον υποψήφιο διδάκτορα Παπαντωνίου Ιωάννη, τον μεταπτυχιακό φοιτητή Αλεξόπουλο Αθανάσιο καθώς και τον προπτυχιακό φοιτητή Κούτα Λάμπρο, για την άψογη συνεργασία. Μπαλιούκος Χρήστος Πάτρα, Ιούνιος i-

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης στοιχείων τύπου πλάκας μέσω ενός νέου σύνθετου υλικού. Το νέο αυτό σύνθετο υλικό συντίθενται από ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων σε ανόργανη μήτρα. Τα ινοπλέγματα αποτελούνται από ίνες άνθρακα ή ίνες υάλου, ενώ η ανόργανη μήτρα αποτελείται από κονίαμα. Ο όρος που έχει προταθεί από συγγραφείς για το νέο αυτό υλικό είναι Textile Reinforced Concrete, που στην Ελληνική γλώσσα θα μπορούσε να αποδοθεί ως Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας (ΙΑΜ). Για τον λόγο αυτό, παρασκευάσθηκαν δοκίμια τύπου πλάκας επί τεσσάρων περιμετρικών δοκών. Συνολικά κατασκευάσθηκαν τέσσερα δοκίμια τύπου πλάκας, εκ των οποίων τρία ενισχύθηκαν μέσω ΙΑΜ και ένα ήταν το δοκίμιο αναφοράς. Τα δύο δοκίμια ενισχύθηκαν με μία και δύο στρώσεις πλεγμάτων συνεχών ινών από άνθρακα, ενώ το τρίτο ενισχύθηκε μέσω εφαρμογής τριών στρώσεων πλεγμάτων συνεχών ινών υάλου. Τονίζεται πως τρεις στρώσεις πλέγματος συνεχών ινών υάλου έχουν ισοδύναμη δυστένεια με μία στρώση πλέγματος συνεχών ινών από άνθρακα. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι ιδιότητες των ινών και της ανόργανης μήτρας, καθώς επίσης και η μηχανική συμπεριφορά του σύνθετου υλικού. Τέλος, γίνεται μια ανασκόπηση της έρευνας που έχει διεξαχθεί στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας των Υλικών, γύρω από το πεδίο των ενισχύσεων μέσω ΙΑΜ στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στο δεύτερο κεφάλαιο συνοψίζονται οι ήδη υπάρχουσες τεχνικές επισκευής και ενίσχυσης πλακών. Επίσης, αναφέρονται παραδείγματα ενισχύσεων στοιχείων τύπου πλάκας από την διεθνή βιβλιογραφία. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι εργασίες που πραγματοποιηθήκαν προκειμένου να κατασκευασθούν τα δοκίμια. Το κεφάλαιο αυτό χωρίζεται σε τέσσερις βασικές ενότητες. Στην πρώτη ενότητα παρουσιάζονται οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή και ενίσχυση των δοκιμίων, καθώς και οι διαδικασίες μέσω των οποίων αυτές διακριβώθηκαν. Στην δεύτερη και τρίτη ενότητα, αναφέρονται οι εργασίες που διενεργήθηκαν κατά την φάση της σκυροδέτησης και της ενίσχυσης αντίστοιχα των δοκιμίων, ενώ στην τέταρτη ενότητα αναλύεται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την διεξαγωγή των πειραμάτων. Το κεφάλαιο αυτό χωρίζεται σε τρεις ενότητες. Στην -ii-

4 πρώτη ενότητα περιγράφεται η συμπεριφορά κάθε δοκιμίου ξεχωριστά. Στην δεύτερη ενότητα γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων που εξήχθησαν για όλα τα δοκίμια, ενώ στην τρίτη και τελευταία ενότητα παρουσιάζονται εν συντομία τα βασικότερα συμπεράσματα, που προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι βασικές σχέσεις μέσω των οποίων μπορεί να εκτιμηθεί το φορτίο αστοχίας πλακών δύο διευθύνσεων ενισχυμένων μέσω ΙΑΜ. Για τον λόγο αυτό δίνονται προσομοιώματα και σχέσεις, ενώ στην συνέχεια συγκρίνεται το φορτίο αστοχίας εκ των προτεινόμενων σχέσεων με το καταγραφόμενο φορτίο αστοχίας. Το έκτο και τελευταίο κεφάλαιο, παραθέτει συνοπτικά τα βασικότερα αποτελέσματα της παρούσας Διατριβής Διπλώματος Ειδίκευσης. Γενικά η νέα τεχνική ενίσχυσης, είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική, αφού αυξάνεται σημαντικά το φορτίο αστοχίας των ενισχυμένων δοκιμίων συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς. Παράλληλα η συμπεριφορά του πλέγματος είναι άριστη, αφού μέχρι και την στιγμή της αστοχίας δεν παρατηρείται αποκόλλησή του από την επιφάνεια του σκυροδέματος. Αξίζει να σημειωθεί πως η αστοχία των δοκιμίων συνέβη λόγω διάτρησης. Στο τέλος του κεφαλαίου αναφέρονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. -iii-

5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1 Μηχανικές Ιδιότητες Ινών (Τριανταφύλλου 2006). 6 Σχήμα 1.2 Λεπτομέρειες όπλισης δοκών ενισχυμένων σε διάτμηση (Τριανταφύλλου κ.α. 2006). 13 Σχήμα 1.3 Εφαρμογή πλέγματος σε ελικοειδή διάταξη για ενίσχυση δοκού έναντι διάτμησης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006). 13 Σχήμα 1.4 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο μέσον δοκών ενισχυμένων έναντι διάτμησης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006).. 14 Σχήμα 1.5 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο μέσον δοκών ενισχυμένων έναντι διάτμησης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006).. 14 Σχήμα 1.6 (α) Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο μέσον (β) Αστοχία στο δοκίμιο R4_fl λόγω θραύσης των ινών στο μέσο της δοκού (γ) Αστοχία λόγω αποκόλλησης του οπλισμού ενίσχυσης στο άκρο (Τριανταφύλλου κ.α. 2006).. 15 Σχήμα 1.7 Λεπτομέρειες όπλισης δοκών ενισχυμένων σε διάτμηση (Τριανταφύλλου κ.α. 2006).. 16 Σχήμα 1.8 Διάγραμμα Φορτίου (kn) μετακίνησης (mm) (Τριανταφύλλου κ.α. 2006).. 17 Σχήμα 1.9 Εναλλακτικός τρόπος εφαρμογής της ενίσχυσης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) 18 Σχήμα 1.10 Λεπτομέρειες οπλισμού πρισματικών δοκιμίων από οπλισμένο σκυρόδεμα (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Σχήμα 2.1 Οπλισμός δοκιμίου (Ebead and Marzouk, Σχήμα 2.2 Θέσεις αγκυρίων και διαστάσεις μεταλλικών ελασμάτων (Ebead and Marzouk, 2002) Σχήμα 2.3 Διάγραμμα φορτίου (kn) βύθισης στο μέσο των δοκιμίων (Ebead and Marzouk, 2002) 24 Σχήμα 2.4 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων δύο πρώτων ομάδων (Ebead and Marzouk, 2004) 30 Σχήμα 2.5 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων τρίτης ομάδας (Ebead and Marzouk, 2004) 30 Σχήμα 2.6 Διάγραμμα φορτίου (kn) βύθισης (mm) στο μέσο των δοκιμίων των δύο πρώτων ομάδων (Ebead and Marzouk, iv-

6 Σχήμα 2.7 Διάγραμμα φορτίου (kn) βύθισης (mm) στο μέσο των δοκιμίων της τρίτης ομάδας (Ebead and Marzouk, 2004) 31 Σχήμα 2.8 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων τύπου πλάκας (Κim, 2006) Σχήμα 2.9 Διαφορετικές διατάξεις ενίσχυσης πλακών (Κim, 2006). 33 Σχήμα 2.10 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο των πλακών (Κim 2006).. 34 Σχήμα 2.11 Τυπική διάταξη ενίσχυσης & Λεπτομέρειες όπλισης (Harajli and Soudki, 2003) Σχήμα 2.12 Διαγράμματα φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας (Harajli and Soudki, 2003). 37 Σχήμα 2.13 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων (El Salakawy et al., 2004) Σχήμα 2.14 Εφαρμογή της ενίσχυσης χωρίς μηχανική αγκύρωση σε (α) πλάκες χωρίς οπές (β) πλάκες με οπές (El Salakawy et al., 2004).. 41 Σχήμα 2.15 Εφαρμογή της ενίσχυσης με αγκύρωση σε (α) πλάκες με οπές (β) πλάκες χωρίς οπές (El Salakawy et al., 2004).. 41 Σχήμα 2.16 Διαγράμματα φορτίου - βύθισης σε (α) πλάκες με οπές (β) πλάκες χωρίς οπές (El Salakawy et al., 2004). 42 Σχήμα 2.17 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) 44 Σχήμα 2.18 Λεπτομέρειες ενίσχυσης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006). 45 Σχήμα 2.19 Διάγραμμα φορτίου βύθισης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) 46 Σχήμα 2.20 Διάγραμμα φορτίου βύθισης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) 47 Σχήμα 2.21 Μεταβολή παραμόρφωσης διαμήκους οπλισμού κατά μήκος των δοκιμίων (Sharaf et al, 2006). 48 Σχήμα 3.1 Τομή πλάκας Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων.. 52 Σχήμα 3.2 Κάτοψη δοκιμίου.. 52 Σχήμα 3.3 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης ράβδου πλέγματος (διαμέτρου 4.2 mm). 59 Σχήμα 3.4 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης ράβδου διαμέτρου 8 mm. 60 Σχήμα 3.5 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης ράβδου διαμέτρου 12 mm Σχήμα 3.6 Θέσεις αισθητήρων μετατόπισης, που τοποθετούνταν στο κάτω πέλμα της πλάκας. 84 Σχήμα 3.7 Θέσεις ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων που επικολλήθηκαν επί των -v-

7 εφελκυόμενων χαλύβδινων ράβδων οπλισμού. 84 Σχήμα 4.1 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου CΟΝ 87 Σχήμα 4.2 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο CΟΝ. 88 Σχήμα 4.3 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου CΟΝ Σχήμα 4.4 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου CΟΝ Σχήμα 4.5 Διάγραμμα φορτίου βύθισης του δοκιμίου 2C Σχήμα 4.6 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο 2C Σχήμα 4.7 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου 2C 100 Σχήμα 4.8 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου 2C 100 Σχήμα 4.9 Διάγραμμα φορτίου βύθισης του δοκιμίου 1C Σχήμα 4.10 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο 1C 104 Σχήμα 4.11 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου 1C Σχήμα 4.12 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου 1C Σχήμα 4.13 Διάγραμμα φορτίου - βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου 3G Σχήμα 4.14 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο 3G Σχήμα 4.15 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου 3G. 113 Σχήμα 4.16 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου 3G. 114 Σχήμα 4.17 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο των δοκιμίων Σχήμα 4.18 Συγκριτικό διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα (ε s ) για όλα τα δοκίμια 119 Σχήμα 4.19 Σκαριφήματα ρηγμάτωσης δοκιμίων τύπου πλάκας κατά την αστοχία vi-

8 Σχήμα 5.1 Ανάλυση διατομής στην οριακή κατάσταση αντοχής (Γεωμετρικά χαρακτηριστικά Κατανομή παραμορφώσεων & τάσεων καθ ύψος της διατομής) 127 Σχήμα 5.2 Παραδείγματα συστημάτων γραμμών διαρροής Σχήμα 5.3 Παραμορφωμένο σχήμα στην αστοχία. 131 Σχήμα 5.4 Μορφή αστοχίας λόγω κάμψης και λόγω διάτρησης (Menetrey, 2002) 133 Σχήμα 5.5 Επιρροή ποσοστού εφελκυόμενου οπλισμού από χάλυβα (Menetrey, 2002) Σχήμα 5.6 Η καμπτική αντοχή μιας πλάκας μπορεί να προβλεφθεί από την ευθεία ab, ενώ η αντοχή σε διάτρηση από τον λόγο r/d, όπου r η διάσταση του υποστυλώματος (Yitzhaki D. 1966) Σχήμα 5.7 Αναλυτικό προσομοίωμα για τον προσδιορισμό της αντοχής στοιχείων τύπου πλάκας έναντι διάτρησης (Theodorakopoulos and Swamy, 2002) 138 Σχήμα 5.8 Σχηματική απεικόνιση ρηγμάτωσης (Theodorakopoulos and Swamy 2002). 139 Σχήμα 5.9 Αποτελέσματα από σχέσεις υπολογισμού του φορτίου αστοχίας σύμφωνα με τους Elstner & Hognestad (1956) 145 Σχήμα 5.10 Συμφωνία σχέσεων [Elstner & Hognestad (1956)] με πειραματικές τιμές 146 Σχήμα 5.11 Αποτελέσματα από σχέσεις υπολογισμού του φορτίου αστοχίας σύμφωνα με τον Gesung (1980) 146 Σχήμα 5.12 Συμφωνία σχέσεων [Gesung (1980)] με πειραματικές τιμές. 147 Σχήμα 5.13 Φορτίο αστοχίας δοκιμίων σύμφωνα με το αναλυτικό προσομοίωμα των Theodorakopoulos and Swamy (2002) 149 Σχήμα 5.14 Συμφωνία σχέσεων [Theodorakopoulos and Swamy (2002)] με πειραματικές τιμές Σχήμα 5.15 Συμφωνία προσομοιωμάτων πειράματος vii-

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1 Εφαρμογή πλεγμάτων ινών σε ενισχύσεις τοιχοποιίας. 2 Εικόνα 1.2 Κλώνοι ινών α) Από ένα υλικό β) Συνδυασμός νημάτων ινών. 4 Εικόνα 1.3 Ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων... 5 Εικόνα 1.4 Ινοπλέγματα τριών διευθύνσεων. 5 Εικόνα 1.5 Ινοπλέγματα τριών διαστάσεων.. 5 Εικόνα 1.6 Σχηματική απεικόνιση συνθηκών συνάφειας σε ΙΑΜ (Ohno and Hannant 1994) 8 Εικόνα 1.7 Κατανομή παραμορφώσεων στο επίπεδο ρωγμής (Ohno and Hannant 1994)... 8 Εικόνα 1.8 Πιθανές θέσεις απώλειας συνάφειας (Blaschko et al 1998)... 8 Εικόνα 1.9 Πιθανοί τρόποι απώλειας συνάφειας ( Ortlepp et al 2004). 9 Εικόνα 1.10 (α) Προεμποτισμός ινών με ρητίνη (β) και (γ) πλέγμα χωρίς εμποτισμό των ινών με ρητίνη (Krüger et al. 2002). 10 Εικόνα 1.11 Συμπεριφορά ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα υπό μονοαξονικό εφελκυσμό (Hegger et al 2004) Εικόνα 1.12 (α) Λυγισμός ράβδων δοκιμίου ελέγχου (β) Θραύση ινών μανδύα από ΙΟΠ (γ) Μανδύας από ΙΑM χωρίς βλάβη στο τέλος της δοκιμής (Τριανταφύλλου κ.α. 2006).. 17 Εικόνα 2.1 Αστοχία πλακών με χρήση μεταλλικών ελασμάτων (Ebead and Marzouk, 2002) 25 Εικόνα 2.2 Ενίσχυση πλακών με χρήση ΙΟΠ Εικόνα 2.3 Καμπτική αστοχία πλακών ενισχυμένων με ΙΟΠ (Ebead and Marzouk, 2004) Εικόνα 2.4 Διατρητική αστοχία πλακών ενισχυμένων με ΙΟΠ (Ebead and Marzouk, 2004) Εικόνα 2.5 Διαφορετικοί τύποι αγκυρώσεων (Κim, 2006) Εικόνα 2.6 Ρηγματώσεις δοκιμίων κατά την αστοχία (Κim, 2006). 34 Εικόνα 2.7 Ρηγματώσεις δοκιμίων κατά την αστοχία (Harajli and Soudki, 2003) 39 Εικόνα 2.8 Ρηγματώσεις δοκιμίων χωρίς οπές κατά την αστοχία (El Salakawy et al., 2004) 43 Εικόνα 2.9 Ρηγματώσεις δοκιμίων με οπές κατά την αστοχία (El Salakawy et al., -viii-

10 2004). 43 Εικόνα 2.10 Μορφή ρηγμάτωσης δοκιμίων κατά την αστοχία (Sharaf et al, 2006) 47 Εικόνα 3.1 Λήψη δοκιμίων κατά την φάση της σκυροδέτησης 53 Εικόνα 3.2 Δοκιμή κυβικού δοκιμίου για τον προσδιορισμό της αντοχής του σκυροδέματος σε θλίψη.. 54 Εικόνα 3.3 Δοκιμή κυλινδρικού δοκιμίου για τον προσδιορισμό της αντοχής του σκυροδέματος σε εφελκυσμό λόγω διάρρηξης (α) Διάταξη που χρησιμοποιείται, (β)) Εκκίνηση δοκιμής. 56 Εικόνα 3.4 Διαχωρισμός κυλινδρικού δοκιμίου μετά το πέρας της δοκιμής Εικόνα 3.5 Δοκίμια ράβδων από χάλυβα διαμέτρου (α) 12 mm, (β) 8 mm (γ) 4.2 mm. 58 Εικόνα 3.6 Δοκιμή ράβδου διαμέτρου 4.2 mm υπό μονοαξονικό εφελκυσμό. 58 Εικόνα 3.7 Δοκιμή ράβδου διαμέτρου 12 mm υπό μονοαξονικό εφελκυσμό. 59 Εικόνα 3.8 Ράβδοι οπλισμού (μετά την δοκιμή) διαμέτρου (α) 4.2 mm, (β) 12 mm και (γ) 8mm 59 Εικόνα 3.9 Λήψη δοκιμίων κονιάματος κατά την φάση της ενίσχυσης των στοιχείων 61 Εικόνα 3.10 Μηχανή διεξαγωγής πειραματικών δοκιμών ΜΤS Εικόνα 3.11 Πειραματική διάταξη για τον προσδιορισμό (α) της εφελκυστικής και (β) της θλιπτικής αντοχής του κονιάματος.. 63 Εικόνα 3.12 Ρολά ινοπλεγμάτων (α) από ίνες άνθρακα (β) από ίνες υάλου. 64 Εικόνα 3.13 Ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων που χρησιμοποιήθηκαν για την ενίσχυση των πλακών (α) από ίνες άνθρακα (β) από ίνες υάλου 65 Εικόνα 3.14 Κοπή Ινοπλεγμάτων δύο διευθύνσεων (α) από ίνες άνθρακα (β) από ίνες υάλου.. 65 Εικόνα 3.15 (α) Κάμψη οπλισμού δοκών (β) Τελική τοποθέτησή διαμήκων ράβδων δοκών 68 Εικόνα 3.16 (α) Δημιουργία κλωβού οπλισμών δοκού (β) Οπλισμοί κόμβων δοκών Εικόνα 3.17 Προσθήκη οπλισμών για την ανάρτηση των δοκιμίων Εικόνα 3.18 Κλωβός οπλισμού δοκών.. 69 Εικόνα 3.19 (α) Ξύλινες δοκοί (εξασφάλιση επίπεδης επιφάνειας) (β) Ξυλότυπος 69 Εικόνα 3.20 Τοποθέτηση οπλισμού δοκών εντός των ξυλοτύπων 69 -ix-

11 Εικόνα 3.21 Επικόλληση ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων Εικόνα 3.22 Επικόλληση ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων Εικόνα 3.23 Τοποθέτηση εφελκυόμενου οπλισμού. 72 Εικόνα 3.24 Προσθήκη εγκάρσιου οπλισμού για αποφυγή πρόωρης αστοχίας λόγω διάτρησης. 72 Εικόνα 3.25 Τοποθέτηση θλιβόμενου οπλισμού Εικόνα 3.26 (α) Διάστρωση σκυροδέματος (β) Δόνηση σκυροδέματος. 73 Εικόνα 3.27 (α) Επιφάνειες μετά το πέρας της σκυροδέτησης (β) Εξομάλυνση επιφάνειας. 74 Εικόνα 3.28 Επιφάνειες των δοκιμίων μετά την εξομάλυνση.. 74 Εικόνα 3.29 Αφαίρεση ξυλοτύπων από τις εξωτερικές παρειές των δοκιμίων. 75 Εικόνα 3.30 Δημιουργία πρόσθετης στρώσης κονιάματος (Με αρίθμηση απεικονίζετα η σειρά των εργασιών) 75 Εικόνα 3.31 Δοκίμια τύπου πλάκας.. 75 Εικόνα 3.32 Τοποθέτηση πλακών σε κατακόρυφη θέση. 77 Εικόνα 3.33 Εξομάλυνση του υποστρώματος Εικόνα 3.34 Διαβροχή του υποστρώματος Εικόνα 3.35 Οριοθέτηση της επιφάνειας εφαρμογής της ενίσχυσης 78 Εικόνα 3.36 Παρασκευή κονιάματος. 78 Εικόνα 3.37 Επίστρωση κονιάματος. 78 Εικόνα 3.38 Τοποθέτηση πρώτης στρώσης πλέγματος ασκώντας μικρή πίεση (α) πλέγμα ινών υάλου (β) πλέγμα ινών άνθρακα. 79 Εικόνα 3.39 Τοποθέτηση δεύτερης στρώσης πλέγματος (α) πλέγμα ινών άνθρακα (β) πλέγμα ινών υάλου. 79 Εικόνα 3.40 Τοποθέτηση τρίτης στρώσης πλέγματος από ίνες υάλου. 79 Εικόνα 3.41 Υπερκάλυψη του πλέγματος στα άκρα (Δοκίμιο 1C).. 80 Εικόνα 3.42 Tέλος φάσης ενίσχυσης 80 Εικόνα 3.43 Πειραματική Διάταξη Εικόνα 3.44 (α) Επιβολή φορτίου στο δοκίμιο (β) Στήριξη δοκιμίων. 82 Εικόνα 3.45 Αισθητήρες μεταβλητής αντίστασης (α) στο εφελκυόμενο πέλμα της πλάκας (β) στο θλιβόμενο πέλμα. 83 Εικόνα 3.46 Ο άξονας του εμβόλου διέρχεται από το κέντρο των δοκιμίων Εικόνα 4.1 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου CΟΝ (σημείο επιβολής φόρτισης). 89 -x-

12 Εικόνα 4.2 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου CΟΝ Εικόνα 4.3 Ρηγμάτωση εφελκυόμενου πέλματος δοκιμίου CΟΝ. 90 Εικόνα 4.4 Ρηγμάτωση δοκιμίου CΟΝ στην περιοχή των στηρίξεων.. 90 Εικόνα 4.5 Ρηγμάτωση άνω πέλματος δοκιμίου CΟΝ.. 91 Εικόνα 4.6 Κώνος διάτρησης δοκιμίου CΟΝ 91 Εικόνα 4.7 Κώνος διάτρησης δοκιμίου CΟΝ 91 Εικόνα 4.8 Κώνος διάτρησης δοκιμίου CΟΝ 92 Εικόνα 4.9 Ρηγμάτωση περιμετρικών δοκών δοκιμίου CΟΝ Εικόνα 4.10 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου 2C (σημείο επιβολής φόρτισης).. 97 Εικόνα 4.11 Ρηγμάτωση εφελκυόμενου πέλματος δοκιμίου 2C κατά την αστοχία.. 98 Εικόνα 4.12 Αποκάλυψη ινοπλέγματος δοκιμίου 2C, κατά την αστοχία. 98 Εικόνα 4.13 Ρηγμάτωση άνω πέλματος δοκιμίου 2C κατά την αστοχία.. 98 Εικόνα 4.14 Περίμετρος του κώνου διάτρησης στο εφελκυόμενο πέλμα 99 Εικόνα 4.15 Ρηγμάτωση δοκών δοκιμίου 2C 99 Εικόνα 4.16 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου 1C (σημείο επιβολής φόρτισης) 105 Εικόνα 4.17 Ρηγμάτωση δοκών δοκιμίου 1C 105 Εικόνα 4.18 Ρηγμάτωση δοκιμίου 1C Εικόνα 4.19 Ρηγμάτωση δοκιμίου 1C στην περιοχή των στηρίξεων 106 Εικόνα 4.20 Ρηγμάτωση δοκιμίου 1C, στην περιοχή της περιμέτρου του κώνου διάτρησης (εφελκυόμενο πέλμα) Εικόνα 4.21 Ρηγμάτωση στο άνω πέλμα του δοκιμίου 1C 106 Εικόνα 4.22 Ρηγμάτωση δοκιμίου 3G κατά την διάρκεια του πειράματος (α) Γενική άποψη, (β) κοντά στην περιοχή των στηρίξεων 111 Εικόνα 4.23 Αποκάλυψη πλέγματος συνεχών ινών υάλου μετά την αστοχία (δοκίμιο 3G) 111 Εικόνα 4.24 Ρηγμάτωση δοκιμίου 3G Εικόνα 4.25 Εικόνα ρηγμάτωσης δοκιμίου 3G στην περιοχή των στηρίξεων Εικόνα 4.26 Ρηγμάτωση δοκιμίου 3G, στην περιοχή της περιμέτρου του κώνου διάτρησης Εικόνα 4.27 Ρηγμάτωση στο άνω πέλμα του δοκιμίου 3G xi-

13 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Χαρακτηριστικά δοκιμίων ενίσχυσης (Harajli and Soudki, 2003).. 37 Πίνακας 2.2 Μορφή αστοχίας Φορτίο αστοχίας πλακών (Harajli and Soudki, 2003) Πίνακας 3.1 Ονομασία Τύπος ινών Αριθμός στρώσεων ενίσχυσης Ποσοστό οπλισμού (%).. 52 Πίνακας 3.2 Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος στις είκοσι οκτώ ημέρες (MPa).. 54 Πίνακας 3.3 Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος την ημέρα της δοκιμής (MPa) Πίνακας 3.4 Εφελκυστική αντοχή σκυροδέματος στις 28 ημέρες(mpa) 55 Πίνακας 3.5 Όριο διαρροής οπλισμού από χάλυβα (MPa). 58 Πίνακας 3.6 Θλιπτική αντοχή 28 ημερών κονιάματος (MPa) 63 Πίνακας 3.7 Εφελκυστική αντοχή 28 ημερών κονιάματος (MPa). 64 Πίνακας 3.8 Ιδιότητες πλεγμάτων συνεχών ινών άνθρακα. 65 Πίνακας 3.9 Ιδιότητες πλεγμάτων συνεχών ινών υάλου 66 Πίνακας 3.10 Χαρακτηριστικά ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων 71 Πίνακας 4.1 Συμπεριφορά του δοκιμίου CON 89 Πίνακας 4.2 Συμπεριφορά του δοκιμίου 2C Πίνακας 4.3 Συμπεριφορά του δοκιμίου 1C Πίνακας 4.4 Συμπεριφορά του δοκιμίου 3G Πίνακας 4.5 Σύγκριση της συμπεριφοράς των ενισχυμένων δοκιμίων, ως προς το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο και την τιμή της βύθισης που αντιστοιχεί σε αυτό. 116 Πίνακας 4.6 Σύγκριση της συμπεριφοράς των ενισχυμένων δοκιμίων, ως προς την εμφάνιση της πρώτης ρηγμάτωσης με βάση διάγραμμα φορτίου - βύθισης. 117 Πίνακας 4.7 Ποσοστιαία μεταβολή φορτίου βύθισης, για την οποία εμφανίζεται η πρώτη ρηγμάτωση σε όλα τα δοκίμια, ως προς το δοκίμιο αναφοράς με βάση διάγραμμα φορτίου - βύθισης Πίνακας 4.8 Φορτίο και βύθιση στο κέντρο των δοκιμίων, κατά την διαρροή του διαμήκους οπλισμού και στις δύο διευθύνσεις Πίνακας 4.9 Φορτίο ρηγμάτωσης και διαρροής διαμήκους οπλισμού, σύμφωνα -xii-

14 με τις καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων 120 Πίνακας 4.10 Ποσοστό αύξησης φορτίου διαρροής, σύμφωνα με τις καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων 121 Πίνακας 4.11 Ποσοστιαία διαφορά φορτίου διαρροής, σύμφωνα με τις καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων, ως προς τις πειραματικές τιμές Πίνακας 5.1 Αποτελέσματα για κάθε δοκίμιο, που προέκυψαν από την ανάλυση διατομής πλάτους ενός μέτρου Πίνακας 5.2 Αποτελέσματα για κάθε δοκίμιο, σύμφωνα με τους Elstner. & Hognestad Πίνακας 5.3 Συντελεστές συμφωνίας για κάθε προσομοίωμα (Els. & Hog.) 143 Πίνακας 5.4 Αποτελέσματα για κάθε δοκίμιο, σύμφωνα με τον Gesung Πίνακας 5.5 Συντελεστές συμφωνίας για κάθε προσομοίωμα (Gesung) 143 Πίνακας 5.6 Αποτελέσματα αναλυτικού προσομοιώματος των Theodorakopoulos and Swamy (2002) Συντελεστές συμφωνίας προσομοιώματος πειράματος 147 Πίνακας 5.7 Αποτελέσματα αναλυτικού προσομοιώματος των Theodorakopoulos and Swamy (2002), συντελεστές συμφωνίας προσομοιώματος πειράματος, όταν γίνεται χρησιμοποιείται η εφελκυστική αντοχή λόγω διάρρηξης του σκυροδέματος (f t,sp ) 148 -xiii-

15 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ i ΠΕΡΙΛΗΨΗ ii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ iv ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ viii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ xii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xiv ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ ΙΝΕΣ ΚΛΩΝΟΙ ΠΛΕΓΜΑΤΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΙΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΝΘΕΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΙΑΜ.. 12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΠΙΣΚΕΥΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΩΝ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ ΕΠΙΣΚΕΥΗ ΠΛΑΚΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΩΝ Ενίσχυση με αύξηση της διατομής του στοιχείου Ενίσχυση με επικόλληση μεταλλικών ελασμάτων Ενίσχυση με χρήση σύνθετων υλικών (Ινοπλισμένα πολυμερή - FRP) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ.. 48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΥΛΙΚΑ Σκυρόδεμα xiv-

16 Προσδιορισμός θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος Προσδιορισμός εφελκυστικής αντοχής σκυροδέματος λόγω διάρρηξης Χάλυβας Κονίαμα Προσδιορισμός μηχανικών ιδιοτήτων κονιάματος Ινοπλέγματα ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Εργασίες προ της σκυροδέτησης (Πρώτο Στάδιο) Σκυροδέτηση (Δεύτερο Στάδιο) Εργασίες που πραγματοποιήθηκαν μετά την σκυροδέτηση Ενίσχυση δοκιμίων (Τρίτο Στάδιο) Εργασίες που πραγματοποιήθηκαν μετά την σκυροδέτηση Ενίσχυση των πλακών ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ 81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Περιγραφή συμπεριφοράς δοκιμίου CON (δοκίμιο ελέγχου) Περιγραφή συμπεριφοράς δοκιμίου 2C Συμπεριφορά δοκιμίου 1C Συμπεριφορά δοκιμίου 3G ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΣΥΝΟΨΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΩΝ. 124 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΤΥΠΟΥ ΠΛΑΚΑΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΩΝ ΜΕΣΩ ΙΑΜ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΑΜΨΗ ΠΛΑΚΩΝ ΚΑΜΨΗ ΠΛΑΚΩΝ ΔΥΟ ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΩΝ ΔΙΑΤΡΗΣΗ 133 -xv-

17 5.5 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εκτίμηση Καμπτικής Αντοχής Εκτίμηση φορτίου αστοχίας (P flex ) με βάση την μέθοδο των γραμμών διαρροής Αποτελέσματα Αναλυτικού Προσομοιώματος των Theodorakopoulos and Swamy (2002) ΣΥΝΟΨΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ. 151 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΣΥΝΟΨΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 6.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 156 -xvi-

18 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα 1. ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Οι προκαλούμενες βλάβες από σεισμούς σε κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα, η ενίσχυση λόγω παλαιότητας και φθοράς των κατασκευών (π.χ. λόγω διάβρωσης του ράβδων οπλισμού), και η αλλαγή χρήσης αποτελούν σύγχρονες προκλήσεις για την επιστήμη του Πολιτικού Μηχανικού. Κριτήρια επιλογής της κατάλληλης τεχνικής που τελικά θα εφαρμοσθεί είναι η αποτελεσματικότητα, η ταχύτητα, η ευκολία στην εφαρμογή, η διατήρηση της γεωμετρίας των δομικών στοιχείων καθώς και η μείωση του κόστους. Για τους παραπάνω λόγους, αναπτύχθηκε τα τελευταία είκοσι έτη η τεχνική επεμβάσεων με ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ Fiber Reinforced Polymer), η οποία αξιοποιεί ιδιότητες των υλικών αυτών όπως η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή (πολλαπλάσια του χάλυβα), η ανθεκτικότητα σε διάβρωση, το χαμηλό βάρος και η υψηλή παραμορφωσιμότητα. Δικαιολογημένα λοιπόν, ο αριθμός επεμβάσεων σε υφιστάμενες κατασκευές με χρήση ΙΟΠ, αυξάνεται με γρήγορους ρυθμούς. Παρόλα τα πλεονεκτήματα της, η τεχνική των ινοπλισμένων πολυμερών παρουσιάζει ορισμένες αδυναμίες, για τις οποίες ευθύνεται η χρήση οργανικών συνδετικών υλικών (κατά κανόνα εποξειδικές ρητίνες). Οι αδυναμίες αυτές οφείλονται κυρίως στους παρακάτω λόγους : Στην απομείωση των μηχανικών ιδιοτήτων των ρητινών σε θερμοκρασίες πάνω από την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (της τάξης των ο C) Στο υψηλό κόστος των ρητινών Στην αδυναμία εφαρμογής σε υγρές επιφάνειες (χρειάζονται ρητίνες ειδικού τύπου) Στην αδιαπερατότητα των ρητινών με αποτέλεσμα τον περιορισμό της ικανότητας αναπνοής των δομικών στοιχείων που καλύπτονται από μανδύες ΙΟΠ Στην δυσκολία διεξαγωγής μη καταστροφικής αποτίμησης πιθανών βλαβών χωρίς καταστροφή της ενίσχυσης. Η αντικατάσταση της ρητίνης, που αποτελεί το συνδετικό υλικό των συνεχών ινών και των ινών με το υπόστρωμα από σκυρόδεμα, δηλαδή την μήτρα, είναι δυνατό να αναιρέσει ορισμένα από τα προαναφερθέντα προβλήματα. Τα τελευταία χρόνια -1-

19 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα έχει δοκιμαστεί η αντικατάσταση της ρητίνης με υλικό ανόργανης σύστασης (κονίαμα με βάση το τσιμέντο), χωρίς τα αποτελέσματα να είναι ικανοποιητικά, διότι η κοκκομετρία των κονιαμάτων, ακόμα και των εξαιρετικά λεπτόκοκκων, εμποδίζει τον πλήρη εμποτισμό των ινών. Άμεσο αποτέλεσμα αυτού είναι η κακής ποιότητας συνάφεια, μεταξύ των ινών και του μητρικού υλικού (κονίαμα). Μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική πρόταση, η οποία αναπτύσσεται στο Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι αυτή της αντικατάστασης των συμβατικών υφασμάτων συνεχών ινών (συνήθως) μιας διεύθυνσης με υφάσματα ινών σε μορφή πλέγματος με βροχίδες (βλ Εικ. 1.1). Τα πλέγματα αυτά μπορούν να κατασκευάζονται από κλώνους ινών ανά αποστάσεις σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η καλή συνεργασία ινών μητρικού υλικού (κονίαμα) κυρίως μέσω μηχανικής εμπλοκής του κονιάματος στα κενά μεταξύ των δεσμών (βροχίδες). Το νέο αυτό σύνθετο υλικό αποδίδεται στην διεθνή ορολογία με τον όρο Textile Reinforced Mortar (TRM). Η Ελληνική απόδοση του παραπάνω όρου είναι Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ). Εικόνα 1.1 Εφαρμογή πλεγμάτων ινών σε ενισχύσεις τοιχοποιίας Στην παρούσα διατριβή μελετάται η ενίσχυση δομικών στοιχείων τύπου πλάκας, δύο διευθύνσεων με χρήση ινοπλεγμάτων (από άνθρακα και ύαλο) σε ανόργανη μήτρα. -2-

20 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα 1.2 ΙΝΕΣ ΚΛΩΝΟΙ ΠΛΕΓΜΑΤΑ Οι ίνες, διαμέτρου 5-25 μm, αναλαμβάνουν τις εφελκυστικές δυνάμεις που ασκούνται στα σύνθετα υλικά. Πρέπει να τονιστεί πως ενεργοποιούνται μόνον όταν οι εφαρμοζόμενες δυνάμεις είναι παράλληλες στην διεύθυνσή τους. Η συμπεριφορά τους είναι γραμμικά ελαστική ως την θραύση τους (ψαθυρή αστοχία), ενώ η εφελκυστική αντοχή είναι εξαιρετικά υψηλή. Οι ίνες συνήθως αποτελούνται από άνθρακα, ύαλο και σπανιότερα αραμίδιο. Συνήθως οι ίνες από άνθρακα έχουν υψηλό μέτρο ελαστικότητας ( GPa), η εφελκυστική τους αντοχή κυμαίνεται από 3500 ως 4800 ΜPa, ενώ η οριακή παραμόρφωση αστοχίας τους κατά μέσο όρο είναι περίπου ίση %. Οι ίνες από άνθρακα έχουν θερμοκρασία αποσύνθεσης ίση με 650 ο C, σε συνθήκες υγρασίας είναι σχεδόν απρόσβλητες, ενώ δεν είναι ευπαθείς στην υπεριώδη ακτινοβολία. Επιπρόσθετα, επιβάλλεται να αποφεύγεται η επαφή ινών άνθρακα με χάλυβα, γιατί ο τελευταίος μπορεί να υποστεί γαλβανική διάβρωση. Το μειονέκτημα των ινών από άνθρακα είναι το υψηλό κόστος. Οι ίνες από ύαλο, έχουν μικρότερο μέτρο ελαστικότητας συγκριτικά με τις ίνες άνθρακα (70-90 GPa), η εφελκυστική τους αντοχή κυμαίνεται από 1900 ως 3000 ΜPa, ενώ η οριακή παραμόρφωση αστοχίας τους κατά μέσο όρο είναι περίπου ίση με %. Υπάρχουν τρεις τύποι ινών υάλου : (α) ο τύπος Ε (ο πλέον συνηθισμένος), (β) ο τύπος AR (alkali resistant), ανθεκτικός σε αλκαλικό περιβάλλον και (γ) ο τύπος S με υψηλότερη αντοχή και μέτρο ελαστικότητας. Οι ίνες από ύαλο σαν βασικό τους πλεονέκτημα έχουν το χαμηλό κόστος. Επιπρόσθετα έχουν θερμοκρασία αποσύνθεσης ίση με 1000 ο C, σε συνθήκες υγρασίας υφίστανται μικρή μείωση της αντοχής τους ενώ δεν είναι ευπαθείς στην υπεριώδη ακτινοβολία. Μειονέκτημα αποτελεί η μείωση της αντοχής τους, όταν βρίσκονται υπό μόνιμη τάση. Επίσης, όταν η μήτρα αποτελείται από κονίαμα (ανόργανο συνδετικό υλικό), επιβάλλεται να γίνεται χρήση ινών υάλου τύπου ΑR (alkali resistant). Οι ίνες από αραμίδιο παρουσιάζουν μια ενδιάμεση συμπεριφορά συγκριτικά με τις ίνες από άνθρακα και ύαλο. Υπάρχουν τρεις κατηγορίες από ίνες αραμιδίου. Την πρώτη αποτελούν ίνες με χαμηλό μέτρο ελαστικότητας (Κέβλαρ 29 - Mέτρο Eλαστικότητας GPa), ενώ την δεύτερη ίνες με υψηλό μέτρο ελαστικότητας (Κέβλαρ 49, Twaron Μέτρο Ελαστικότητας GPa). Οι ίνες αυτές προέρχονται από αρωματικό πολυαμίδιο. Οι ίνες που ανήκουν στην τρίτη κατηγορία -3-

21 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα προέρχονται από αρωματικό πολυαιθεραμίδιο. Η εφελκυστική τους αντοχή κυμαίνεται από 3500 ως 4100 ΜPa, ενώ η οριακή παραμόρφωση αστοχίας τους κατά μέσο όρο είναι περίπου ίση 4.3 5%. Το βασικό τους πλεονέκτημα είναι η μεγάλη αντοχή τους σε κρούση. Ένας κλώνος αποτελείται από δέσμες ινών (filaments) οι οποίες συνδυάζονται μεταξύ τους. Στην Εικόνα 1.2 εμφανίζονται διάφορα είδη κλώνων.. (α) (β) Εικόνα 1.2 Κλώνοι ινών α) Από ένα μόνο υλικό β) Συνδυασμός νημάτων ινών. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 1.3, τα πλέγματα δημιουργούνται από τον συνδυασμό κλώνων σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις. Υπάρχουν πλέγματα δύο διαστάσεων (διάταξη κλώνων σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις) και τριών διαστάσεων. Βροχίδα ονομάζεται το κενό μεταξύ των κλώνων. -4-

22 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Εικόνα 1.3 Ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων Εικόνα 1.4 Ινοπλέγματα τεσσάρων διευθύνσεων Εικόνα 1.5 Ινοπλέγματα τριών διαστάσεων -5-

23 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Σχήμα 1.1 Μηχανικές Ιδιότητες Ινών (Τριανταφύλλου 2006) 1.3 ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ Η μήτρα αποτελεί το συνδετικό υλικό μεταξύ των ινών και της επιφάνειας του στοιχείου που προορίζεται να ενισχυθεί. Μέσω αυτής μεταβιβάζονται οι εφελκυστικές δυνάμεις στις ίνες ενώ παράλληλα αυξάνεται η διατμητική και η θλιπτική αντοχή της στρώσης της ενίσχυσης (οι ίνες παραλαμβάνουν μόνο εφελκυστικές τάσεις). Τέλος, προσφέρει προστασία στις ίνες, αφού οι τελευταίες δεν είναι εκτεθειμένες. Όπως έχει προαναφερθεί, είναι δυνατή η εφαρμογή της ενίσχυσης μέσω ανόργανων συνδετικών υλικών, για την άρση των μειονεκτημάτων που προκύπτουν από την χρήση οργανικών υλικών (πτώση αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες, υψηλό κόστος κλπ). Προϋπόθεση για την υλοποίηση των παραπάνω αποτελεί η εφαρμογή πλεγμάτων σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις με βροχίδες. Η ανόργανη μήτρα μπορεί να αποτελείται από μικροσκυροδέματα ή κονιάματα με μέγιστο κόκκο αδρανών τα 2 mm. Με τον τρόπο αυτό το συνδετικό υλικό καλύπτει τα κενά μεταξύ των κλώνων του πλέγματος (βροχίδες). Κατά συνέπεια είναι δυνατή η μεταφορά δυνάμεων μέσω μηχανικής εμπλοκής πλέγματος και κονιάματος. -6-

24 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Αξίζει να αναφερθεί πως σε περίπτωση χρήσης ανόργανων συνδετικών υλικών σε συνδυασμό με πλέγμα από ίνες υάλου επιβάλλεται το τελευταίο να είναι τύπου AR (Alkali Resistant), ή να γίνεται προεμποτισμός των κλώνων του πλέγματος με κάποιο πολυμερές χαμηλού κόστους. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η πρώιμη αστοχία των ινών λόγω της υψηλής αλκαλικότητας των ανόργανων συνδετικών υλικών (Τριανταφύλλου κ.α., 2006). 1.4 ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΙΝΩΝ Πρακτικά, μόνο η περίμετρος του κλώνου ινών, βρίσκεται σε άμεση επαφή με τη ανόργανη μήτρα. Επομένως, οι εσωτερικές ίνες είναι ελεύθερες να ολισθαίνουν μεταξύ τους, αφού δεν έρχονται σε άμεση επαφή με την ανόργανη μήτρα. Αντίθετα, οι ίνες που βρίσκονται στην διεπιφάνεια επαφής κλώνου μήτρας (περιμετρικές ίνες), συγκρατούνται από την τελευταία. Εξαιτίας των παραπάνω, η ενίσχυση αποκτά μια «ψευδοπλάστιμη» συμπεριφορά, αφού στο επίπεδο μιας ρωγμής του σύνθετου υλικού, πρώτα αστοχούν οι ίνες στην διεπιφάνεια επαφής κλώνου μήτρας και μετά σταδιακά οι εσωτερικές. Επιτυγχάνεται δηλαδή με τον τρόπο αυτό ανακατανομή της έντασης. Αν κάτι τέτοιο δεν είναι επιθυμητό, είναι δυνατός ο προεμποτισμός των ινών με ρητίνη. Τότε όλες οι ίνες συμπεριφέρονται ως ένα υλικό. Με τον τρόπο αυτό δεν είναι δυνατή η ανακατανομή της έντασης, ενώ η αστοχία είναι ψαθυρού τύπου. Σύμφωνα με τους Kruger et al. (2003), η ενέργεια θραύσης ενός κλώνου σε δοκιμές εξόλκευσης, είναι ίδια είτε ο κλώνος ινών είναι προεμποτισμένος με πολυμερή είτε όχι. Πιο συγκεκριμένα, όταν ο κλώνος ινών είναι προεμποτισμένος με πολυμερή, η θραύση είναι ξαφνική (ψαθυρή αστοχία), ενώ η πτώση του φορτίου είναι απότομη. Αντίθετα, όταν ο κλώνος ινών δεν είναι προεμποτισμένος με πολυμερή συμβαίνει ανακατανομή της έντασης και παρόλο που το μέγιστο φορτίο είναι μικρότερο, η αστοχία συμβαίνει σε μεγαλύτερη παραμόρφωση, συγκριτικά με την περίπτωση που ο κλώνος ινών είναι προεμποτισμένος με πολυμερή. Τελικώς προκύπτει πως η ενέργεια θραύσης και στις δύο περιπτώσεις είναι ίση. -7-

25 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Εικόνα 1.6 Σχηματική απεικόνιση συνθηκών συνάφειας σε ΙΑΜ (Ohno and Hannant 1994) Εικόνα 1.7 Κατανομή παραμορφώσεων στο επίπεδο της ρωγμής (Ohno and Hannant 1994) (α) (β) (γ) Εικόνα 1.8 (α) Προεμποτισμός ινών με ρητίνη (β) και (γ) πλέγμα χωρίς εμποτισμό των ινών με ρητίνη (Krüger et al. 2002) -8-

26 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Εικόνα 1.9 Πιθανές θέσεις απώλειας συνάφειας (Blaschko et al 1998) Οι πιθανές θέσεις απώλειας συνάφειας μπορεί να είναι οι ακόλουθες (Blaschko et al 1998 Εικ. 1.8): Απώλεια συνάφειας στην αρηγμάτωτη διατομή Απώλεια συνάφειας λόγω δημιουργίας καμπτικών ρωγμών Απώλεια συνάφειας λόγω διατμητικών ρωγμών Απώλεια συνάφειας επειδή το πλέγμα δεν είναι εντελώς επίπεδο Η απώλεια συνάφειας οφείλεται στα εξής (Ortlepp et al 2004) : Αποκόλληση οπλισμού ενίσχυσης Αστοχία λόγω ρηγμάτωσης της διεπιφάνειας ανόργανης μήτρας παλαιού σκυροδέματος Αστοχίας λόγω ανεπάρκειας παλαιού σκυροδέματος να παραλάβει διατμητικές τάσεις Για να αποφευχθούν αστοχίες λόγω απώλειας συνάφειας επιβάλλεται το κενό μεταξύ των δεσμών ινών να είναι μεγάλο. Οι Ortlepp et al (2004), μέσω πειραμάτων διαπίστωσαν πως όσο μεγαλύτερο είναι το κενό μεταξύ των κλώνων (βροχίδες), τόσο βελτιώνονται οι συνθήκες συνάφειας, λόγω της καλύτερης μηχανικής εμπλοκής. Ο Randl (1997) σε πειράματα που διεξήγαγε διαπίστωσε πως όσο αυξάνεται η τραχύτητα του παλαιού σκυροδέματος, τόσο βελτιώνεται η ποιότητα της συνάφειας. Προτείνει μάλιστα το υπόστρωμα πρώτα να καθαρίζεται με νερό υπό πίεση και μετά να εκτραχύνεται με χρήση αμμοβολής (υπό την προϋπόθεση πως αυτή εφαρμόζεται -9-

27 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα σωστά). Επίσης και οι Ortlepp et al (2004), επιβεβαίωσαν τα παραπάνω μέσω πειραμάτων. Εικόνα 1.10 Πιθανοί τρόποι απώλειας συνάφειας (Ortlepp et al 2004) 1.5 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΝΘΕΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ Η μεταβολή των τάσεων συναρτήσει των παραμορφώσεων σε στοιχεία από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα μπορεί να διερευνηθεί μέσω δοκιμών σε εφελκυσμό ή κάμψη. Οι δοκιμές σε εφελκυσμό δίνουν πιο λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες των υλικών, ενώ οι δοκιμές σε κάμψη γίνονται με μεγαλύτερη ευκολία. Κατά τους Hegger et al (2004) η τυπική συμπεριφορά ινοπλέγματος, σε ανόργανη μήτρα υπό μονοαξονικό εφελκυσμό, είναι παρόμοια με αυτή του οπλισμένου σκυροδέματος. Η μη γραμμική καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων μπορεί να διαχωριστεί σε τρία βασικά στάδια. Στο πρώτο στάδιο (Στάδιο I) το σύνθετο υλικό παραμένει αρηγμάτωτο. Η κλίση του διαγράμματος σ-ε ισούται με το μέτρο ελαστικότητας της ανόργανης μήτρας. Το δεύτερο στάδιο αποτελείται από τα εξής δύο μέρη : Η είσοδος στο δεύτερο στάδιο (Στάδιο ΙΙα) γίνεται μόλις ξεπεραστεί η εφελκυστική αντοχή της ανόργανης μήτρας (πρώτη ρηγμάτωση). Στο σημείο που -10-

28 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα εμφανίζεται η πρώτη ρωγμή ενεργοποιούνται οι ίνες του πλέγματος. Οι ίνες που βρίσκονται στην περίμετρο των κλώνων, μεταβιβάζουν μέρος των εφελκυστικών δυνάμεων που καλούνται να παραλάβουν μέσω συνάφειας στην μήτρα, με αποτέλεσμα την δημιουργία επιπρόσθετων ρωγμών. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται ώσπου, αυξανόμενου του φορτίου, να παρατηρηθεί σταθεροποίηση του αριθμού των ρωγμών. Τότε ορίζεται το τέλος του συγκεκριμένου σταδίου. Σε αυτή την χρονική στιγμή (στάδιο ΙΙβ) το σύνολο των εφελκυστικών δυνάμεων παραλαμβάνεται από τις ίνες, δίχως την εμφάνιση νέων ρωγμών. Η κλίση του διαγράμματος τάσεων παραμορφώσεων προσεγγίζει την κλίση του αντίστοιχου διαγράμματος του πλέγματος. Τέλος, στο τρίτο στάδιο (στάδιο ΙΙΙ) πραγματοποιείται η θραύση των ινών, δηλαδή η αστοχία του σύνθετου στοιχείου που συντίθεται από δέσμες ινών σε ανόργανη μήτρα. Αξίζει να σημειωθεί πως μελέτες των Hegger (1998), Hegger (2001), Curbach (2003) απέδειξαν πως η εφελκυστική αντοχή των ινών είναι μεγαλύτερη από αυτή των κλώνων ινών. Επιπρόσθετα, η εφελκυστική αντοχή των κλώνων ινών είναι μεγαλύτερη από αυτή των πλεγμάτων. Εικόνα 1.11 Συμπεριφορά ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα υπό μονοαξονικό εφελκυσμό (Hegger et al 2004) -11-

29 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα 1.6 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΙΑΜ Οι προσπάθειες διερεύνησης της μεθόδου ενίσχυσης δομικών στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα, με χρήση ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα που καταβάλλονται από την επιστημονική κοινότητα, τόσο σε διεθνές όσο και σε εθνικό επίπεδο, είναι όλο και πιο έντονες. Παρακάτω παρουσιάζονται με συντομία πειράματα, που έχουν διεξαχθεί στο Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Τα πειράματα αυτά είχαν ως σκοπό την διερεύνηση της απόκρισης δοκιμίων από οπλισμένο σκυρόδεμα, που είχαν ενισχυθεί με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα. Οι Τριανταφύλλου κ.α. (2006) διερεύνησαν την συμπεριφορά δοκών ενισχυμένων σε κάμψη και διάτμηση και συνέκριναν την απόκρισή τους, όταν το υλικό ενίσχυσης αποτελούταν από οργανική (εποξειδική ρητίνη) και ανόργανη (μικροσκυρόδεμα) μήτρα. Οι διαστάσεις των δοκών που ενισχύθηκαν έναντι διάτμησης ήταν 150x300 mm και το ελεύθερο μήκος τους 2.6 m. Λεπτομέρειες των οπλισμών των δοκιμίων φαίνονται στο Σχήμα 1.2. Τέσσερα δοκίμια υποβλήθηκαν σε μονοτονική ενώ δύο σε ανακυκλιζόμενη κάμψη τεσσάρων σημείων. Το υλικό της ενίσχυσης ήταν ανθρακόπλεγμα ονομαστικού πάχους mm. Δοκιμάστηκε επίσης ένας εναλλακτικός τρόπος εφαρμογής του υλικού, δηλαδή η εφαρμογή του πλέγματος σε ελικοειδή διάταξη όπως στο Σχήμα 1.3. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν είναι τα εξής (βλ. και Σχήμα ): Μια στρώση από μανδύα ΙΑΜ (δοκίμιο Μ1) αύξησε σημαντικά την αντοχή σε διάτμηση ενός δοκιμίου. Εντούτοις το δοκίμιο αστόχησε διατμητικά. Το δοκίμιο που ενισχύθηκε με μια στρώση από ΙΟΠ (δοκίμιο R1), παρουσίασε καλύτερη απόκριση, ενώ αστόχησε καμπτικά. Δύο στρώσεις από μανδύα ΙΑΜ ήταν ικανές να μεταβάλλουν τον μηχανισμό αστοχίας από ψαθυρό σε καμπτικό (δοκίμια Μ2 & Μ2s). To ίδιο συνέβει και για το δοκίμιο με δύο στρώσεις από ΙΟΠ. -12-

30 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Το δοκίμιο, στο οποίο το πλέγμα εφαρμόστηκε υπό ελικοειδή μορφή, παρουσίασε συμπεριφορά ίδια με το δοκίμιο που η ενίσχυση εφαρμόσθηκε με τον συμβατικό τρόπο. Το δοκίμιο με μία στρώση ΙΟΠ (R1), υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση αστόχησε καμπτικά, ενώ το δοκίμιο που ενισχύθηκε με μια στρώση ΙΑΜ αστόχησε διατμητικά, σε μικρότερο φορτίο, αλλά σε μεγαλύτερη παραμόρφωση Σχήμα 1.2 Λεπτομέρειες όπλισης δοκών ενισχυμένων σε διάτμηση (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Σχήμα 1.3 Εφαρμογή πλέγματος σε ελικοειδή διάταξη για ενίσχυση δοκού έναντι διάτμησης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) -13-

31 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Σχήμα 1.4 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο μέσον δοκών ενισχυμένων έναντι διάτμησης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Σχήμα 1.5 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο μέσον δοκών ενισχυμένων έναντι διάτμησης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Οι αμφιέρειστες δοκοί που ενισχύθηκαν από σύνθετα υλικά έναντι κάμψης, είχαν διαστάσεις 150x250 mm και συνολικό μήκος 2.3 m. Δοκιμάστηκαν συνολικά τρία δοκίμια. Το πρώτο ήταν το δοκίμιο ελέγχου. Στα άλλα δύο εφαρμόστηκαν τέσσερις στρώσεις ινοπλεγμάτων σε ανόργανη και οργανική (ρητίνη) μήτρα αντίστοιχα, στο εφελκυόμενο πέλμα τους. Η δοκιμή έγινε υπό μονοτονική κάμψη τεσσάρων σημείων. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται ως εξής : Όταν το συνδετικό υλικό ήταν ρητίνη (δοκίμιο R4_fl), η αστοχία προέκυψε από θραύση των ινών στο μέσον του ανοίγματος. Αξίζει να σημειωθεί πως η φέρουσα ικανότητα του δοκιμίου αυξήθηκε σημαντικά -14-

32 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Όταν το συνδετικό υλικό μεταξύ υποστρώματος και ινοπλεγμάτων ήταν κονίαμα (ανόργανη μήτρα), το δοκίμιο (Μ4_fl) αστόχησε λόγω αποκόλλησης του οπλισμού ενίσχυσης στο ένα άκρο. Τονίζεται πως η αποκόλληση συνέβη διαμέσου του κονιάματος στην διεπιφάνεια μεταξύ δύο στρώσεων ινοπλεγμάτων, και όχι ως συνήθως. Ο συγκεκριμένος τύπος αστοχίας αποκαλείται «διαστρωματική απόσχιση». Ο λόγος που αυτό συνέβη είναι η χαμηλή διατμητική αντοχή του κονιάματος που είναι συγκρίσιμη με αυτήν του σκυροδέματος σε αντίθεση με τους οπλισμούς ενίσχυσης από ΙΟΠ. Η φέρουσα ικανότητα της δοκού πάντως αυξήθηκε ικανοποιητικά, ενώ σε όρους παραμορφωσιμότητας, η συμπεριφορά ήταν καλύτερη συγκριτικά με το δοκίμιο που ενισχύθηκε μέσω ΙΟΠ. Σχήμα 1.6 (α) Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο μέσον (β) Αστοχία στο δοκίμιο R4_fl λόγω θραύσης των ινών στο μέσο της δοκού (γ) Αστοχία λόγω αποκόλλησης του οπλισμού ενίσχυσης στο άκρο (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Οι Τριανταφύλλου κ.α. (2006) μελέτησαν την συμπεριφορά μανδυών από ΙΑΜ για την περίσφιξη υποστυλωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα, που δεν πληρούν τις σύγχρονες ανάγκες πλαστιμότητας. Δοκιμάστηκαν για τον λόγο αυτό υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής 250x250 mm, και ύψους 1.60 m. Λεπτομέρειες φαίνονται στα Σχήματα 1.7 και στην Εικόνα Δοκιμάστηκαν τρία δοκίμια. Το πρώτο ήταν το δοκίμιο ελέγχου, το δεύτερο ήταν ενισχυμένο στον πόδα από δύο στρώσεις μανδύα ινοπλισμένων πολυμερών κάνοντας χρήση υφάσματος ινών άνθρακα μιας διεύθυνσης -15-

33 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα και ονομαστικού πάχους 0.17 mm. και το τρίτο από τέσσερις στρώσεις μανδύα από πλέγμα ινών άνθρακα (ίσης δυστένειας με τον μανδύα από ΙΟΠ). Ο μανδύας είχε ύψος 430 mm. Προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα (βλ. και Σχήμα 1.8 και Εικόνες 1.12): Το δοκίμιο αναφοράς αφού διέρρευσε λόγω κάμψης, εμφάνισε ξαφνική πτώση της αντοχής του φορτίου, λόγω λυγισμού των ράβδων οπλισμού, αφού ο αριθμός των συνδετήρων δεν ήταν επαρκής. Το δοκίμιο που ενισχύθηκε με μανδύα από ΙΟΠ, διέρρευσε στο ίδιο φορτίο, πλην όμως ο μανδύας εμπόδισε σημαντικά τον λυγισμό των ράβδων και έτσι κατέστη εφικτή η ανάπτυξη μεγάλης οριζόντιας μετακίνησης Το δοκίμιο που ενισχύθηκε με μανδύα από ΙΑΜ, είχε την ίδια συμπεριφορά με το δοκίμιο που ενισχύθηκε μέσω μανδύα από ΙΟΠ. Σχήμα 1.7 Λεπτομέρειες όπλισης δοκών ενισχυμένων σε διάτμηση (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) -16-

34 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (α) (β) (γ) Εικόνα 1.12 (α) Λυγισμός ράβδων δοκιμίου ελέγχου (β) Θραύση ινών μανδύα από ΙΟΠ (γ) Μανδύας από ΙΑM χωρίς βλάβη στο τέλος της δοκιμής (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Σχήμα 1.8 Διάγραμμα Φορτίου (kn) μετακίνησης (mm) (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Οι Τριανταφύλλου κ.α. (2006) εξέτασαν την χρήση μανδυών από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα για την περίσφιξη κυλινδρικών και πρισματικών δοκιμίων από άοπλο και οπλισμένο σκυρόδεμα. Επίσης, συνέκριναν την αποτελεσματικότητα του παραπάνω τρόπου ενίσχυσης με την περίπτωση χρήσης μανδυών από ινοπλισμένα πολυμερή. Τα δοκίμια υποβάλλονταν σε δοκιμές κεντρικής θλίψης. Μελετήθηκε η συνεισφορά της αντοχής του κονιάματος στα χαρακτηριστικά της ενίσχυσης, η αποτελεσματικότητα των μανδυών από ΙΑΜ συγκριτικά με αυτή των ΙΟΠ για την περίσφιξη άοπλου σκυροδέματος, η επίδραση του αριθμού των στρώσεων των σύνθετων υλικών, η αποτελεσματικότητα μιας νέας τεχνικής -17-

35 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα εφαρμογής της ενίσχυσης (βλ. Σχήμα 1.9), καθώς και η αποτελεσματικότητα μανδυών από ΙΑΜ και ΙΟΠ ως μέσων περίσφιξης οπλισμένου σκυροδέματος. Οι λεπτομέρειες όπλισης των δοκιμίων από οπλισμένο σκυρόδεμα φαίνονται στο Σχήμα Σχήμα 1.9 Εναλλακτικός τρόπος εφαρμογής της ενίσχυσης (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Σχήμα 1.10 Λεπτομέρειες οπλισμού πρισματικών δοκιμίων (Τριανταφύλλου κ.α. 2006) Για την πειραματική μελέτη χρησιμοποιήθηκαν : (α) Άοπλα κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 150 mm και ύψους 300 mm. (β) Άοπλα πρισματικά δοκίμια τετραγωνικής διατομής 250x250 mm και ύψους 700 mm και (γ) οπλισμένα πρισματικά δοκίμια τετραγωνικής διατομής, διαστάσεων 200x200 mm και ύψους 700 mm. Προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα : -18-

36 Κεφάλαιο 1 : Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα Η αποτελεσματικότητα των μανδυών από ινοπλέγματα ήταν γενικά υψηλή και ελαφρώς μειωμένη, συγκριτικά με τους μανδύες από ΙΟΠ, για τα δοκίμια από άοπλο σκυρόδεμα. Η μείωση αυτή ήταν μικρότερη για τα δοκίμια που ήταν οπλισμένα και στόχος της ενίσχυσης ήταν η καθυστέρηση του λυγισμού των ράβδων οπλισμού. Αύξηση του αριθμού των στρώσεων προκάλεσε αύξηση της αποτελεσματικότητας των μανδυών από ΙΑΜ, όπως και στην περίπτωση μανδυών ΙΟΠ. Η αστοχία των μανδυών από ΙΑΜ (λόγω εγκάρσιας διόγκωσης του σκυροδέματος), ήταν βαθμιαία και όχι τόσο ξαφνική όσο η αστοχία μανδυών από ΙΟΠ. Το γεγονός αυτό οφειλόταν στην παρουσία της ανόργανης μήτρας, που οδήγησε σε βαθμιαία (και όχι ξαφνική) θραύση των ινών, προκαλώντας ανακατανομή της έντασης. Τελικώς ο μανδύας από ΙΑΜ αποκτά μια «ψευδοπλάστιμη» συμπεριφορά σε αντίθεση με τους μανδύες από ΙΟΠ που η αστοχία τους ήταν ψαθυρή. Η περίσφιξη μέσω λωρίδων σε ελικοειδή διάταξη με αγκύρωση μόνο στα δύο άκρα, παρουσίασε ικανοποιητική αποτελεσματικότητα. -19-

37 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών 2. ΕΠΙΣΚΕΥΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΩΝ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Τα τελευταία χρόνια, η ανάγκη για επισκευή ή ενίσχυση υφιστάμενων κατασκευών ή μεμονωμένων δομικών στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα γίνεται ολοένα και πιο επιτακτική. Οι λόγοι σχετίζονται αφενός με την ανάγκη μείωσης της σεισμικής τρωτότητας, αφετέρου με την αναβάθμιση κατασκευών λόγω παλαιότητας, φθοράς, αλλαγής χρήσης κλπ. Ως επισκευή ορίζεται η διαδικασία επέμβασης σε μια κατασκευή με βλάβες, η οποία αποκαθιστά τα προ της βλάβης χαρακτηριστικά των στοιχείων της, με στόχο την επαναφορά της στην αρχική της κατάσταση. Ως ενίσχυση ορίζεται η διαδικασία επέμβασης σε μια κατασκευή με ή χωρίς βλάβες, η οποία επαυξάνει την φέρουσα ικανότητα του φορέα σε επίπεδο υψηλότερο από αυτό του αρχικού σχεδιασμού. Στην παρούσα διατριβή ενδιαφέρον δίδεται στην ενίσχυση πλακών με Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας (ΙΑΜ). Συνεπώς, στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται με συντομία οι σημαντικότερες υπάρχουσες μέθοδοι επισκευής ενίσχυσης πλακών. 2.2 ΕΠΙΣΚΕΥΗ ΠΛΑΚΩΝ Παρακάτω παρουσιάζονται οι βασικές μέθοδοι επισκευής πλακών. Οι πιο δημοφιλείς είναι οι εξής : Επισκευή με χρήση ρητινενέσεων Επισκευή με χρήση τσιμεντενέσεων Επισκευή με καθαίρεση του σκυροδέματος και συγκόλληση νέων ράβδων οπλισμού Οι δύο πρώτες μέθοδοι εφαρμόζονται όταν το εύρος των ρωγμών είναι μικρό, ενώ όταν παρουσιάζονται μεγαλύτερες ρωγμές ή αποδιοργάνωση του σκυροδέματος σε μικρό ποσοστό της διατομής επιλέγεται η τελευταία λύση. Οι Walled et al. διερεύνησαν την αποτελεσματικότητα των παραπάνω τεχνικών σε πλάκα μιας διεύθυνσης, διαστάσεων 2.5x1.0 m 2 και πάχους 0.15 m. Τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε μονοτονική δοκιμή κάμψης τεσσάρων σημείων. Τα δοκίμια (πλην του δοκιμίου ελέγχου) φορτίζονταν μέχρι τα 2/3 της αναμενόμενης φέρουσας ικανότητάς τους ώστε να ρηγματωθούν, κατόπιν επισκευάζονταν και στην συνέχεια -20-

38 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών φορτίζονταν ως την αστοχία. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως τα δοκίμια που επισκευάσθηκαν με βάση τις προαναφερθείσες τεχνικές είχαν παρόμοια απόκριση με το δοκίμιο ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα για το δοκίμιο που επισκευάσθηκε με χρήση ρητινένεσης, το φορτίο που αντιστοιχούσε στην πρώτη ρηγμάτωση, αυξήθηκε κατά 35% ενώ το φορτίο αστοχίας ήταν κατά 8% μειωμένο συγκριτικά με το δοκίμιο ελέγχου. Για το δοκίμιο που επισκευάσθηκε με τσιμεντενέσεις, το φορτίο που αντιστοιχούσε στην πρώτη ρηγμάτωση και στην αστοχία αυξήθηκε κατά 35% και 17% αντίστοιχα, ενώ τέλος το δοκίμιο που επισκευάσθηκε με καθαίρεση του σκυροδέματος ως την στάθμη το οπλισμού και συγκόλληση επί αυτού νέου, το φορτίο πρώτης ρηγμάτωσης μειώθηκε κατά 9%, ενώ το φορτίο αστοχίας ήταν ίδιο με αυτό του δοκιμίου αναφοράς. Προκύπτει συνεπώς, από όσα αναφέρθηκαν προηγουμένως πως η επισκευή πλακών με οποιαδήποτε από τις παραπάνω μεθόδους, επαναφέρει το στοιχείο στην αρχική του κατάσταση. 2.3 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΩΝ Οι πλάκες συνήθως ενισχύονται για να αυξηθεί η καμπτική αντοχή τους, ή η αντοχή τους έναντι διάτρησης (π.χ. έδραση πλάκας επί υποστυλώματος, περίπτωση φυτευτών υποστυλωμάτων κλπ). Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι ενίσχυσης πλακών είναι οι εξής : Ενίσχυση με αύξηση της διατομής του στοιχείου Ενίσχυση με επικόλληση μεταλλικών ελασμάτων Ενίσχυση με χρήση σύνθετων υλικών (Ινοπλισμένα Πολυμερή FRP) Ενίσχυση με αύξηση της διατομής του στοιχείου Όταν επιλέγεται η συγκεκριμένη μέθοδος χρειάζεται να εκτραχυνθεί η υφιστάμενη επιφάνεια της πλάκας. Στην συνέχεια, ανοίγονται διατρήματα εντός των οποίων τοποθετείται οπλισμός από χάλυβα, κάθετος στην επιφάνεια της πλάκας, που δρα ως βλήτρο και παραλαμβάνει τις διατμητικές τάσεις που αναπτύσσονται στην διεπιφάνεια επαφής παλαιού νέου σκυροδέματος. Ακολούθως, τοποθετείται πρόσθετος διαμήκης οπλισμός για την παραλαβή των εφελκυστικών δυνάμεων. Τέλος, γίνεται η σκυροδέτηση με έγχυτο ή εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Η συγκεκριμένη -21-

39 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών μέθοδος είναι αρκετά αποτελεσματική αφού αυξάνεται η δυσκαμψία του στοιχείου και η φέρουσα ικανότητά του υπό την προϋπόθεση ότι τα πρόσθετα φορτία παραλαμβάνονται με ασφάλεια από την κατασκευή επί της οποίας η πλάκα εδράζεται. Η επιτυχία της παραπάνω επέμβασης εξαρτάται από την ενεργοποίηση των μηχανισμών μεταφοράς φορτίων, ώστε να εξασφαλισθεί η μονολιθικότητα της νέας διατομής Ενίσχυση με επικόλληση μεταλλικών ελασμάτων Η ενίσχυση με επικόλληση μεταλλικών ελασμάτων αποτελεί μια τεχνική που εφαρμόζεται όταν είναι αναγκαία η αναβάθμιση της φέρουσας ικανότητας πλάκας κυρίως έναντι διάτρησης (περιπτώσεις έδρασης πλάκας απευθείας σε υποστύλωμα χωρίς παρεμβολή δοκών, φυτευτών υποστυλωμάτων κλπ.). Αρχικά, απαιτείται εκτράχυνση της επιφάνειας του σκυροδέματος και στα δύο πέλματα. Ακολούθως, απομακρύνονται σκόνες ή λάδια εάν υπάρχουν. Έπειτα, γίνεται η επικόλληση των μεταλλικών ελασμάτων με χρήση εποξειδικής ρητίνης στην επιφάνεια του σκυροδέματος, περιμετρικά του υποστυλώματος, ενώ τέλος ανοίγονται διατρήματα εντός των οποίων τοποθετούνται ειδικά μεταλλικά αγκύρια (καρφιά) για την μηχανική στερέωση των μεταλλικών ελασμάτων. Οι Ebead and Marzouk (2002α) διερεύνησαν την αποτελεσματικότητα της παραπάνω μεθόδου, σε κόμβους υποστυλώματος πλάκας δύο διευθύνσεων. Οι διαστάσεις των δοκιμίων τύπου πλάκας ήταν ίσες με 1.9x1.9x0.15 m, με ποσοστό εφελκυόμενου οπλισμού από χάλυβα (ρ s ) 1% ανά διεύθυνση (βλ. Σχήμα 2.1). Επί των υποστυλωμάτων επιβαλλόταν σταδιακά αυξανόμενη δύναμη έως την αστοχία των δοκιμίων. Το δοκίμιο ελέγχου φορτίστηκε μέχρι την αστοχία, ενώ τα υπόλοιπα δοκίμια μέχρι το 50% του φορτίου αστοχίας της πλάκας ελέγχου. Έπειτα τα δοκίμια επισκευάζονταν και στην συνέχεια φορτίζονταν ως την αστοχία. Τα δοκίμια πλακών ήταν συνολικά πέντε τον αριθμό. Λεπτομέρειες γύρω από την όπλιση των δοκιμίων φαίνονται στο Σχήμα 2.2. Τα βασικότερα συμπεράσματα της έρευνας που διεξήχθη συνοψίζονται παρακάτω : Οι διαστάσεις των χαλύβδινων ελασμάτων πρέπει να είναι ίσες με την διάσταση του υποστυλώματος συν τέσσερις φορές το πάχος της πλάκας -22-

40 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Η αύξηση κατά μέσο όρο του φορτίου διαρροής και του φορτίου αστοχίας, ήταν 50% και 53% αντίστοιχα, συγκριτικά με το δοκίμιο ελέγχου (βλ. Σχήμα 2.3) Η αύξηση του αριθμού των αγκυρίων από ένα σημείο και μετά, δεν προσφέρει πρόσθετη αντοχή. Επίσης, προτείνεται τα μισά αγκύρια να τοποθετούνται στην περίμετρο της ενίσχυσης και τα μισά κοντά στο υποστύλωμα Τα δοκίμια που ενισχύθηκαν είχαν βελτιωμένη δυσκαμψία και πλαστιμότητα, ενώ η απορρόφηση ενέργειας αυξήθηκε κατά 100% κατά μέσο όρο, συγκριτικά με την πλάκα ελέγχου Σύμφωνα με τους συγγραφείς, παρατηρήθηκε αλλαγή της μορφής αστοχίας στα δοκίμια των οποίων η ενίσχυση ήταν περισσότερο αποτελεσματική. Δηλαδή τα ενισχυμένα δοκίμια δεν αστόχησαν λόγω διάτρησης αλλά η αστοχία ήταν καμπτική (δοκίμια Α1,Α2 και Α3 βλ. και Σχήμα 2.2). Σχήμα 2.1 Οπλισμός δοκιμίου (Ebead and Marzouk, 2002) -23-

41 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.2 Θέσεις αγκυρίων και διαστάσεις μεταλλικών ελασμάτων (Ebead and Marzouk, 2002) Σχήμα 2.3 Διάγραμμα φορτίου (kn) βύθισης (mm) στο μέσο των δοκιμίων (Ebead and Marzouk, 2002) -24-

42 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Εικόνα 2.1 Αστοχία πλακών με χρήση μεταλλικών ελασμάτων (Ebead and Marzouk, 2002) Ενίσχυση με χρήση σύνθετων υλικών (Ινοπλισμένα πολυμερή - FRP) Όταν επιλέγεται η συγκεκριμένη μέθοδος ενίσχυσης γίνεται επικόλληση των σύνθετων υλικών στο εφελκυόμενο πέλμα της πλάκας. Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατή η παραλαβή πρόσθετων εφελκυστικών δυνάμεων και κατά συνέπεια αυξάνεται η φέρουσα ικανότητά της. Εικόνα 2.2 Ενίσχυση πλακών με χρήση ΙΟΠ -25-

43 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Υπάρχουν πολλοί τρόποι ενίσχυσης με σύνθετα υλικά. Συνήθως χρησιμοποιούνται προκατασκευασμένα ευθύγραμμα ελάσματα (strips) από άνθρακα ή ύαλο, επειδή η εφαρμογή γίνεται σε επίπεδη επιφάνεια. Η επικόλληση των ελασμάτων γίνεται με χρήση εποξειδικής ρητίνης, αν και τα τελευταία χρόνια καταβάλλονται προσπάθειες μηχανικής στερέωσης των ελασμάτων μέσω αγκυρίων. Μια άλλη τεχνική είναι η επικόλληση ελασμάτων ενώ αυτά βρίσκονται υπό τάνυση. Με τον τρόπο αυτό γίνεται αποδοτικότερη η ενίσχυση αφού αξιοποιούνται τα πλεονεκτήματα της προέντασης όπως η αύξηση της δυσκαμψίας, η μείωση του πλάτους των ρωγμών, η αύξηση της καμπτικής αντοχής, η καθυστέρηση ρηγμάτωσης κλπ. Το μειονέκτημα είναι το αυξημένο κόστος αλλά και ο βαθμός πολυπλοκότητας της μεθόδου. Για την εφαρμογή της ενίσχυσης με σύνθετα υλικά απαιτείται η ακόλουθη προεργασία. Αρχικά απαιτείται εκτράχυνση της επιφάνειας του σκυροδέματος για την βελτίωση της συνάφειας στην διεπιφάνεια επαφής σκυροδέματος ενίσχυσης. Ακολούθως, η τραχεία επιφάνεια καθαρίζεται προσεκτικά και γίνεται η επικόλληση των ελασμάτων με χρήση εποξειδικής ρητίνης. Ο συνηθέστερος τρόπος αστοχίας, είναι η αποκόλληση των σύνθετων υλικών από το σκυρόδεμα. Για τον λόγο αυτό επιβάλλεται η εφελκυστική δύναμη που παραλαμβάνουν τα σύνθετα υλικά να αγκυρώνεται επαρκώς ώστε η ενίσχυση να είναι αποδοτική. Πρώτοι οι Erki and Heffernan (1995) μελέτησαν την αποτελεσματικότητα της συγκεκριμένης μεθόδου για την αύξηση της φέρουσας ικανότητας πλακών. Δοκίμασαν οκτώ πλάκες από οπλισμένο σκυρόδεμα διαστάσεων 1000x1000x50 mm. Ο χαλύβδινος οπλισμός τοποθετήθηκε και στις δύο διευθύνσεις, σε έξι από τα δοκίμια, ενώ στα εναπομείναντα δύο τοποθετήθηκε οπλισμός σε μία μόνο διεύθυνση. Οι πλάκες με οπλισμό σε δύο διευθύνσεις στηρίζονταν κατά μήκος των τεσσάρων πλευρών τους, ενώ οι πλάκες με οπλισμό μόνο στην μια διεύθυνση στηρίζονταν κατά μήκος των δύο παράλληλων πλευρών που ήταν κάθετες στην διεύθυνση του χαλύβδινου οπλισμού. Μία πλάκα με οπλισμό μιας διεύθυνσης και δύο με οπλισμό δύο διευθύνσεων χρησιμοποιήθηκαν ως δοκίμια αναφοράς. Οι υπόλοιπες πέντε ενισχύθηκαν με φύλλα από άνθρακα ή ύαλο, μιας διεύθυνσης. Η ενίσχυση εφαρμόσθηκε στο εφελκυόμενο πέλμα. Στο κέντρο των δοκιμίων επιβλήθηκε σταδιακά αυξανόμενη δύναμη, μέχρι την τελική αστοχία τους. Όλα τα δοκίμια αστόχησαν λόγω διάτρησης. Καθώς το φορτίο αυξανόταν, εμφανίστηκαν οι πρώτες -26-

44 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών καμπτικές ρωγμές και για υψηλές τιμές του φορτίου όλα τα δοκίμια αστόχησαν λόγω διάτρησης. Ο επιπρόσθετος εφελκυόμενος οπλισμός που χρησιμοποιήθηκε αύξησε την δυσκαμψία των πλακών, καθυστέρησε την πρώτη ρηγμάτωση και αύξησε το φορτίο αστοχίας λόγω διάτρησης. Ο Τan (1996) μελέτησε την συμπεριφορά πλακών από οπλισμένο σκυρόδεμα ενισχυμένων με ινοπλισμένα πολυμερή. Δοκίμασε δώδεκα πλάκες, με ποσοστό εφελκυόμενου οπλισμού από χάλυβα (ρ s ) 1,28% ανά διεύθυνση. Οι διαστάσεις των πλακών ήταν 1000x1000x35 mm. Τα δοκίμια χωρίστηκαν σε τέσσερις ομάδες. Η πρώτη ομάδα περιελάμβανε πέντε πλάκες ενισχυμένες με προκατασκευασμένα ελάσματα από άνθρακα, με διαφορετικά πάχη και ανά διαφορετικές αποστάσεις. Η δεύτερη ομάδα δοκιμίων, περιελάμβανε τρεις πλάκες ενισχυμένες με φύλλα από άνθρακα σε μια, δύο και τέσσερις στρώσεις. Τέλος, η τρίτη ομάδα συμπεριελάμβανε τρία δοκίμια τύπου πλάκας που ενισχύθηκαν μέσω υφασμάτων υάλου, μίας, δύο και τριών στρώσεων. Το πάχος και η απόσταση μεταξύ των στρώσεων διέφεραν. Μια πλάκα αποτελούσε το δοκίμιο αναφοράς (χωρίς ενίσχυση). Κάθε πλάκα ήταν απλά εδραζόμενη κατά μήκος των τεσσάρων πλευρών της και επί αυτής ασκούταν συγκεντρωμένο φορτίο σε τετραγωνική περιοχή περί του κέντρου της. Τα βασικότερα συμπεράσματα συνοψίζονται ως εξής : Η αστοχία όλων των δοκιμίων τύπου πλάκας, προήλθε από απότομη πτώση του φορτίου, λόγω ισχυρής συγκέντρωσης τάσεων από κάμψη και διάτμηση γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης (αστοχία λόγω διάτρησης). Η συγκεκριμένη μορφή αστοχίας ήταν ψαθυρή. Παράλληλα, παρατηρήθηκε αποκόλληση των στρώσεων της ενίσχυσης, όταν επί αυτής αναπτύσσονταν παραμορφώσεις της τάξης του 20% των μεγίστων παραμορφώσεων που θεωρητικά θα μπορούσαν να αναπτύξουν. Τα δοκίμια που ενισχύθηκαν μέσω στοιχείων ΙΟΠ, μόνο κατά την μια διεύθυνση δεν αύξησαν την αντοχή του στοιχείου σε διάτρηση. Αντίθετα, όταν η ενίσχυση έγινε και στις δύο διευθύνσεις το φορτίο αστοχίας λόγω διάτρησης παρουσίασε αύξηση, ανάλογη του ποσοστού του οπλισμού της ενίσχυσης. Οι Chen and Li (2000) μελέτησαν την συμπεριφορά πλακών ενισχυμένων με ινοπλισμένα πολυμερή (χρήση ινών από ύαλο). Οι διαστάσεις των δοκιμίων ήταν 1000x1000x100 mm. Οι παράμετροι προς διερεύνηση ήταν η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος, το ποσοστό του εφελκυόμενου οπλισμού και το ποσοστό του υλικού της ενίσχυσης. Ο συνολικός αριθμός των δοκιμίων ήταν δεκαοχτώ. Τα δοκίμια χωρίστηκαν σε δύο ομάδες. Η πρώτη ομάδα δοκιμίων συμπεριελάμβανε δέκα δοκίμια, -27-

45 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών (εκ των οποίων τα δύο ήταν δοκίμια ελέγχου) στα οποία διέφερε η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος (16.9 & 34.4 ΜΡα αντίστοιχα), είχαν χαμηλό ποσοστό χαλύβδινου οπλισμού, (ρ s 0,56 % ανά διεύθυνση) ενώ η ενίσχυση αποτελούταν από μια ή δύο στρώσεις. Η δεύτερη ομάδα δοκιμίων συμπεριελάμβανε οκτώ δοκίμια (δύο δοκίμια ελέγχου) με ποσοστό οπλισμού (ρ s ) 1,23% ανά διεύθυνση. Η θλιπτική αντοχή των δοκιμίων διέφερε (16.9 & 34.4 ΜΡα αντίστοιχα), ενώ η ενίσχυση αποτελούταν από μια και δύο στρώσεις. Από τα αποτελέσματα προέκυψε πως η παρουσία της ενίσχυσης βελτίωνει την συμπεριφορά των δοκιμίων έναντι διάτρησης αυξάνοντας το φορτίο αστοχίας. Οι Ebead and Marzouk (2004) διερεύνησαν πειραματικά την συμπεριφορά πλακών δύο διευθύνσεων διαστάσεων 1.9x1.9x0.15 m 3 ενισχυμένων μέσω ΙΟΠ. Τα δοκίμια ήταν απλά εδραζόμενα κατά μήκος των τεσσάρων πλευρών τους. Δημιουργήθηκαν τρεις ομάδες δοκιμίων. Την πρώτη ομάδα αποτελούσαν δοκίμια με ποσοστό εφελκυόμενου χαλύβδινου οπλισμού (ρ s ) 0,35% ανά διεύθυνση, την δεύτερη με ποσοστό (ρ s ) 0,50% ανά διεύθυνση και την τρίτη με ποσοστό (ρ s ) 1%. Οι δύο πρώτες ομάδες δοκιμίων ενισχύθηκαν έναντι κάμψης, ενώ τα δοκίμια της τελευταίας ομάδας ενισχύθηκαν έναντι διάτρησης (βλ. Σχ. 2.4 και 2.5). Σύμφωνα με τους συγγραφείς, πλάκες δύο διευθύνσεων με μικρό ποσοστό εφελκυόμενου οπλισμού ( 0.50%) αστοχούν λόγ ω κάμψης. Αντίθετα πλάκες δύο διευθύνσεων με ποσοστά οπλισμού μεγαλύτερα από 1% συνήθως αστοχούν λόγω διάτρησης. Οι δύο πρώτες ομάδες δοκιμίων ενισχύθηκαν με ελάσματα από άνθρακα και ύαλο. Συγκεκριμένα ενισχύθηκαν με μία στρώση ελασμάτων (το ένα δίπλα στο άλλο) από άνθρακα συνολικού πλάτους 300 mm, με τις εξής ιδιότητες : μέτρο ελαστικότητας 170 GPa, πάχος 1.2 mm και εφελκυστική αντοχή 2800 MPa. Για την περίπτωση ενίσχυσης με προκατασκευασμένα ελάσματα από ύαλο, επικολλήθηκαν δύο στρώσεις με τα εξής χαρακτηριστικά : πλάτος 300 mm, μέτρο ελαστικότητας 26 GPa, πάχος 1.0 mm και εφελκυστική αντοχή ίση με 600 MPa. Το σκυρόδεμα είχε θλιπτική αντοχή εικοσιοκτώ ημερών ίση με 35 MPa. Η τρίτη ομάδα δοκιμίων, ενισχύθηκε μόνο με προκατασκευασμένα ελάσματα από άνθρακα. Δοκιμάστηκαν δύο διαφορετικές διατάξεις των σύνθετων υλικών. Σε όλα τα δοκίμια, επιβαλλόταν στο κέντρο τους σταδιακά αυξανόμενη μετακίνηση, μέχρι την τελική τους αστοχία. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν είναι τα εξής : -28-

46 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Τα δοκίμια των δύο πρώτων ομάδων που ενισχύθηκαν με ελάσματα από άνθρακα παρουσίασαν αύξηση της φέρουσας ικανότητάς τους κατά μέσο όρο 40%, συγκριτικά με τα δοκίμια αναφοράς Τα δοκίμια των δύο πρώτων ομάδων που ενισχύθηκαν με ελάσματα από ύαλο παρουσίασαν αύξηση της φέρουσας ικανότητάς τους κατά 31%, κατά μέσο όρο, συγκριτικά με τα δοκίμια αναφοράς Τα δοκίμια των δύο πρώτων ομάδων είχαν μεγαλύτερη δυσκαμψία συγκριτικά με τα δοκίμια ελέγχου, η βύθιση όμως που αντιστοιχεί στην αστοχία ήταν μειωμένη Η αστοχία των δοκιμίων που ενισχύθηκαν έναντι κάμψης, οφειλόταν στην αποκόλληση των ελασμάτων από την επιφάνεια του σκυροδέματος Τα δοκίμια που ενισχύθηκαν έναντι διάτρησης (τρίτη ομάδα δοκιμίων) παρουσίασαν μικρή αύξηση του φορτίου αστοχίας (9%) συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς Ο τρόπος αστοχίας φαίνεται στις εικόνες 2.2 (καμπτική αστοχία) και 2.3 (αστοχία λόγω διάτρησης) Εικόνα 2.3 Καμπτική αστοχία πλακών ενισχυμένων με ΙΟΠ (Ebead and Marzouk, 2004) Εικόνα 2.4 Διατρητική αστοχία πλακών ενισχυμένων με ΙΟΠ (Ebead and Marzouk, 2004) -29-

47 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Στα παρακάτω σχήματα απεικονίζονται οι λεπτομέρειες ενίσχυσης των τριών ομάδων δοκιμίων με σύνθετα υλικά, καθώς επίσης και τα διαγράμματα φορτίου βύθισης στο κέντρο των πλακών. Σχήμα 2.4 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων δύο πρώτων ομάδων (Ebead and Marzouk, 2004) Σχήμα 2.5 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων τρίτης ομάδας (Ebead and Marzouk, 2004) -30-

48 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.6 Διάγραμμα φορτίου (kn) βύθισης (mm) στο μέσο των δοκιμίων των δύο πρώτων ομάδων (Ebead and Marzouk, 2004) Σχήμα 2.7 Διάγραμμα φορτίου (kn) βύθισης (mm) στο μέσο των δοκιμίων της τρίτης ομάδας (Ebead and Marzouk, 2004) -31-

49 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Ο Kim Y. (2006) στα πλαίσια της διδακτορικής του διατριβής μελέτησε την εφαρμογή σύνθετων υλικών με ή χωρίς προένταση (επικόλληση ελασμάτων υπό τάνυση) για την ενίσχυση κόμβων πλακών υποστυλωμάτων χωρίς την ενδιάμεση παρεμβολή δοκών. Τα δοκίμια τύπου πλάκας είχαν διαστάσεις 2360x2360x150 mm, ήταν απλά εδραζόμενα και το φορτίο αυξανόταν μονοτονικά μέχρι την τελική αστοχία των δοκιμίων. Το σκυρόδεμα είχε θλιπτική αντοχή 32.5 MPa, ενώ το ποσοστό του εφελκυόμενου οπλισμού ήταν (ρ s ) 1,44 % ανά διεύθυνση. Λεπτομέρειες της όπλισης των δοκιμίων φαίνονται στο Σχήμα 2.8. Σχήμα 2.8 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων τύπου πλάκας (Κim, 2006) Συνολικά κατασκευάστηκαν τέσσερα δοκίμια. Το πρώτο (B3-SL1) ήταν το δοκίμιο ελέγχου και κατά συνέπεια δεν ενισχύθηκε. Tο δεύτερο (B3-SL2) ενισχύθηκε με φύλλα από άνθρακα (carbon sheets). Στα υπόλοιπα δύο δοκίμια, η ενίσχυση εφαρμόστηκε υπό τάνυση. Πιο συγκεκριμένα το τρίτο δοκίμιο (B3-SL3) ενισχύθηκε με προεντεταμένα φύλλα από άνθρακα. Επιπρόσθετα, εφαρμόσθηκε αγκύρωση ειδικού τύπου (jacking anchor). Τέλος, το τέταρτο δοκίμιο (B3-SL4) ενισχύθηκε με προεντεταμένα φύλλα από άνθρακα (όπως το τρίτο), αλλά με διαφορετικό σύστημα αγκύρωσης (fixed anchor). Το υλικό ενίσχυσης ήταν φύλλα από άνθρακα πλάτους 150 mm και πάχους mm, σε δύο στρώσεις. Το πρώτο σύστημα αγκύρωσης (jacking anchor) αποτελούταν από δύο μεταλλικά ελάσματα διατομής L, από καλώδια και μια μέγγενη (σφικτήρας clamp). To δεύτερο σύστημα αγκύρωσης (fixed anchor), αποτελούταν από μεταλλικό έλασμα και ειδικά μεταλλικά αγκύρια, που χρησίμευαν στην μηχανική στερέωση της ενίσχυσης. Λεπτομέρειες φαίνονται στην Εικόνα

50 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.9 Διαφορετικές διατάξεις ενίσχυσης πλακών (Κim, 2006) Επίσης έγινε από τον συγγραφέα προσπάθεια σύγκρισης των πειραματικών αποτελεσμάτων, με αποτελέσματα που προέκυψαν από αναλύσεις με χρήση πεπερασμένων στοιχείων. Εικόνα 2.5 Διαφορετικοί τύποι αγκυρώσεων (Κim, 2006) Παρακάτω παρατίθενται τα βασικότερα συμπεράσματα (βλ και Σχήμα 2.10): Με την εφαρμογή προέντασης αυξάνεται η δυσκαμψία της πλάκας, καθυστερεί η πρώτη ρηγμάτωση, καθυστερεί η διαρροή του χάλυβα και η φέρουσα ικανότητα του στοιχείου, υπό την προϋπόθεση πως η προένταση εφαρμόζεται σωστά. -33-

51 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Η αστοχία προέκυψε λόγω αποκόλλησης των ελασμάτων. Η αύξηση των φορτίων αστοχίας κυμάνθηκε από 4% (περίπτωση αγκύρωσης μέσω μεταλλικού ελάσματος και αγκυρίων) έως 18% (με εφαρμογή προέντασης και σύστημα αγκύρωσης τύπου jacking anchor). Στο δοκίμιο B3-SL4 (περίπτωση αγκύρωσης μέσω μεταλλικού ελάσματος και αγκυρίων), το φορτίο αστοχίας αυξήθηκε κατά 4% (μικρότερη αύξηση). Αυτό δείχνει πως η αγκύρωση δεν ήταν τόσο αποτελεσματική. Όλα τα δοκίμια αστόχησαν λόγω διάτρησης. Με την χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων, η συμπεριφορά των πλακών προβλέφθηκε με ικανοποιητική ακρίβεια (βλ. και Σχήμα 2.10). Σχήμα 2.10 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο των πλακών (Κim, 2006) Στην Εικόνα 2.6 απεικονίζεται η μορφή της ρηγμάτωσης κάθε δοκιμίου, ο κώνος της διάτρησης και η αποκόλληση του υλικού της ενίσχυσης. Εικόνα 2.6 Ρηγματώσεις δοκιμίων κατά την αστοχία (Κim, 2006) Οι Harajli and Soudki (2003) μελέτησαν την συμπεριφορά κόμβων πλακών (οπλισμένων σε δύο διευθύνσεις) και υποστυλωμάτων χωρίς την ενδιάμεση -34-

52 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών παρεμβολή δοκών, ενισχυμένων με ινοπλισμένα πολυμερή. Συγκεκριμένα δοκιμάστηκαν δεκαέξι δοκίμια διαστάσεων 670x670 mm. Οι πλάκες ήταν απλά εδραζόμενες στις τέσσερις γωνίες τους. Τα δοκίμια χωρίστηκαν σε τέσσερις ομάδες. Οι παράμετροι διερεύνησης ήταν : (α) το πάχος των πλακών, (β) το ποσοστό του εφελκυόμενου οπλισμού από χάλυβα και (γ) το είδος της ενίσχυσης. Η ενίσχυση αποτελούταν από φύλλα άνθρακα (CFRP), πάχους 0.13 mm, μέτρου ελαστικότητας 230 GPa και εφελκυστικής αντοχής 3500 MPa, ενώ ανάλογα με το είδος της ενίσχυσης, το πλάτος τους κυμαινόταν από mm. Τα φύλλα άνθρακα επικολλήθηκαν στο εφελκυόμενο πέλμα της πλάκας μέσω εποξειδικής ρητίνης. Τα δοκίμια αναφοράς ήταν τέσσερα. Το σκυρόδεμα είχε θλιπτική αντοχή ίση με 34.5 ΜPa (κατά μέσο όρο). Το φορτίο αύξανε μονοτονικά και εφαρμοζόταν στο κέντρο των πλακών, επί υποστυλώματος μικρού ύψους (150 mm) και διαστάσεων 100x100 mm 2, για την καλύτερη προσομοίωση ενός κόμβου πλάκας υποστυλώματος. Στο Σχήμα 2.11 φαίνεται μια τυπική διάταξη ενίσχυσης, καθώς και οι λεπτομέρειες όπλισης των δοκιμίων Σχήμα 2.11 Τυπική διάταξη ενίσχυσης & Λεπτομέρειες όπλισης Soudki, 2003) (Harajli and Τα βασικότερα συμπεράσματα της έρευνας που διεξήγαγαν παρουσιάζονται παρακάτω : Αύξηση του πάχους των δοκιμίων αυξάνει την αντοχή σε διάτρηση. Αύξηση του ποσοστού του εφελκυόμενου οπλισμού αυξάνει το φορτίο αστοχίας των δοκιμίων. -35-

53 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Η πλειονότητα των δοκιμίων αστόχησαν λόγω διάτρησης, με την λοξή ρωγμή να εκτείνεται σε απόσταση 2h (h το πάχος της πλάκας) από την παρειά του υποστυλώματος, ανεξάρτητα από το είδος της ενίσχυσης. Η χρήση των φύλλων από άνθρακα αύξησε την δυσκαμψία των δοκιμίων και το φορτίο αστοχίας λόγω διάτρησης. Ανάλογα με το είδος και το ποσοστό της διατομής της ενίσχυσης, το πάχος των δοκιμίων και το ποσοστό του εφελκυόμενου οπλισμού, η αύξηση της φέρουσας ικανότητας των στοιχείων κυμάνθηκε από 17 ως 45%. Τα δοκίμια SA1F5 και SΒ1F10 (πληροφορίες για κάθε δοκίμιο δίνονται στον Πίνακα 2.1) αστόχησαν λόγω αποκόλλησης της στρώσης της ενίσχυσης από την επιφάνεια του σκυροδέματος. Επιπρόσθετα, στα δοκίμια που ενισχύθηκαν με δύο στρώσεις υφασμάτων άνθρακα, η ενίσχυση αστόχησε πρόωρα λόγω αποκόλλησης των υφασμάτων. Η παρουσία της ενίσχυσης περιόρισε το εύρος των εφελκυστικών ρωγμών αυξάνοντας παράλληλα την καμπτική αντοχή των στοιχείων τύπου πλάκας. Αυτός ήταν ο βασικός λόγος για την αύξηση του φορτίου αστοχίας λόγω διάτρησης. Η αύξηση της καμπτικής αντοχής των στοιχείων λόγω της εφαρμογής της ενίσχυσης, είχε ως αποτέλεσμα την μεταβολή του τρόπου αστοχίας. Τα δοκίμια ελέγχου που αστόχησαν λόγω κάμψης (π.χ. SA1), όταν ενισχύθηκαν αστόχησαν λόγω συνδυασμού κάμψης και διάτρησης [flexural punching] (π.χ. SA1F5 και SB1) ή λόγω διάτρησης. Και στις δύο περιπτώσεις η αστοχία αντιστοιχούσε σε μικρότερη βύθιση. (βλ.σχήμα 2.12) Στον Πίνακα 2.2 παρουσιάζονται συγκεντρωτικά για όλα τα δοκίμια, η μορφή της αστοχίας, καθώς και το φορτίο που αντιστοιχεί σε αυτήν. Στην Εικόνα 2.6 φαίνεται η ρηγμάτωση κατά την αστοχία, ορισμένων δοκιμίων. -36-

54 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Πίνακας 2.1 Χαρακτηριστικά δοκιμίων ενίσχυσης (Harajli and Soudki, 2003) Ομάδα Δοκιμίων Ονομασία Δοκιμίων Πάχος Πλάκας (mm) Αριθμός ράβδων οπλισμού (mm) Πλάτος CFRP (mm) SA1 55 5Φ8 - A1 SA1F5 55 5Φ8 50 SA1F Φ8 100 SA1F Φ8 150 SA2 55 7Φ8 - A2 SA2F5 55 7Φ8 100 SA2F Φ8 150 SA2F Φ8 200 SΒ1 75 5Φ10 - B1 SΒ1F5 75 5Φ SΒ1F Φ SΒ1F10(2L) 75 5Φ (δύο στρώσεις) B2 SΒ2 75 7Φ10 - SΒ2F Φ SΒ2F Φ SΒ2F15(2L) 75 7Φ (δύο στρώσεις) Σχήμα 2.12 Διαγράμματα φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας (Harajli and Soudki, 2003) -37-

55 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Πίνακας 2.2 Μορφή αστοχίας Φορτίο αστοχίας πλακών (Harajli and Soudki, 2003) Δοκίμιο Μορφή Αστοχίας Λόγω : Φορτίο Αστοχίας (kn) SA1 Κάμψης 49.2 SA1F5 Συνδυασμός Κάμψης Διάτρησης (Flexural Puncing) 47.4 SA1F10 Διάτρησης 65.4 SA1F15 Διάτρησης 64.1 SA2 Διάτρησης 60.5 SA2F5 Διάτρησης 70.1 SA2F10 Διάτρησης 77.7 SA2F15 Διάτρησης 80.8 Δοκίμιο Μορφή Αστοχίας Λόγω : Φορτίο Αστοχίας (kn) SΒ1 Συνδυασμός Κάμψης Διάτρησης (Flexural Puncing) 78.8 SΒ1F5 SΒ1F10 SΒ1F10(2L) SΒ2 SΒ2F15 SΒ2F20 SΒ2F15(2L) Διάτρησης Διάτρησης Διάτρησης Διάτρησης Διάτρησης Διάτρησης Διάτρησης

56 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Εικόνα 2.7 Ρηγματώσεις δοκιμίων κατά την αστοχία (Harajli and Soudki, 2003) Οι El Salakawy et al. (2004) διερεύνησαν πειραματικά την συμπεριφορά πλακών εδραζόμενων επί υποστυλωμάτων, με ή χωρίς οπές, ενισχυμένων με ινοπλισμένα πολυμερή. Οι πλάκες είχαν διαστάσεις 1540x1020x120 mm 3, ποσοστό εφελκυόμενου και θλιβόμενου χαλύβδινου οπλισμού (ρ s ) 0,75% και 0,45%, αντίστοιχα, ανά διεύθυνση. Η διατομή των υποστυλωμάτων είχε διαστάσεις 250x250 mm 2. Οι πλάκες ήταν απλά εδραζόμενες κατά μήκος των τριών πλευρών τους. Με τον τρόπο αυτό προσομοιώνεται μόνο η μισή πλάκα. -39-

57 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.13 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων (El Salakawy et al., 2004) Τα δοκίμια 1 χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες. Η πρώτη ομάδα περιελάμβανε τα δοκίμια ελέγχου (δύο συνολικά). Η δεύτερη (τρία δοκίμια) και η τρίτη ομάδα (δύο δοκίμια) αποτελούταν από τα ενισχυμένα δοκίμια δίχως ή με οπές αντίστοιχα. Η ενίσχυση εφαρμόσθηκε με δύο διαφορετικές τεχνικές, οι οποίες περιγράφονται παρακάτω. Στην πρώτη περίπτωση, για τις πλάκες χωρίς οπές, έγινε χρήση ελασμάτων από άνθρακα ή ύαλο, τα οποία επικολλήθηκαν μέσω εποξειδικής ρητίνης στο εφελκυόμενο πέλμα τους. Για την αγκύρωση της στρώσης της ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκαν ελάσματα από το ίδιο υλικό, μορφής L. Το πλάτος των ελασμάτων διέφερε, ανάλογα με το υλικό της ενίσχυσης. Αντίθετα, για τις πλάκες με οπές, η ενίσχυση εφαρμόσθηκε και στα δύο πέλματα, με χρήση ελασμάτων υάλου, σχήματος U. Η ενίσχυση αποτελούταν από δύο στρώσεις και το πάχος της ισούταν με 100 mm. Λεπτομέρειες φαίνονται στο Σχήμα Τα δοκίμια συμβολίζονται ως εξής : Το πρώτο γράμμα υποδηλώνει τον τύπο του δοκιμίου (S: στοιχείο πλάκας), το δεύτερο γράμμα την παρουσία (H) ή όχι οπής (Χ). Ακολουθεί ο συμβολισμός του υλικού και του τρόπου της αγκύρωσης (π.χ. GF: ενίσχυση πλάκας με χρήση ινών υάλου, CF: ενίσχυση πλάκας με χρήση ινών άνθρακα, SB: μηχανική στερέωση μέσω μεταλλικών αγκυρίων). Π.χ. το δοκίμιο SX-GF είναι το δοκίμιο χωρίς οπές που η ενίσχυση αποτελείται από ίνες υάλου, ενώ το δοκίμιο SΗ-GF-SB είναι το δοκίμιο με οπές που έχει ενισχυθεί με ίνες υάλου και για την αγκύρωση έγινε χρήση μεταλλικών αγκυρίων. XXX και SF0 είναι τα δοκίμια ελέγχου της πλάκας χωρίς ή με οπές αντίστοιχα. -40-

58 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.14 Εφαρμογή της ενίσχυσης χωρίς μηχανική αγκύρωση σε (α) πλάκες χωρίς οπές (β) πλάκες με οπές (El Salakawy et al., 2004) Στην δεύτερη περίπτωση, η ενίσχυση αποτελούταν μόνο από ελάσματα υάλου ενώ η διάταξή της ήταν ίδια με αυτήν που εφαρμόσθηκε προηγουμένως (βλ. και Σχήμα 2.14). Η μόνη διαφορά είναι πως σε αυτή την περίπτωση για την μηχανική στερέωση της ενίσχυσης έγινε χρήση μεταλλικών αγκυρίων (βλ. Σχήμα 2.15). Σχήμα 2.15 Εφαρμογή της ενίσχυσης με αγκύρωση σε (α) πλάκες με οπές (β) πλάκες χωρίς οπές (El Salakawy et al., 2004) Το έλασμα από ύαλο είχε τις εξής ιδιότητες : πάχος 1.2 mm, αντοχή σε εφελκυσμό 1260 ΜΡa, μέτρο ελαστικότητας 54 GPa. Αντίστοιχα το έλασμα από άνθρακα είχε τις εξής ιδιότητες : πάχος 0.36 mm, αντοχή σε εφελκυσμό 3450 ΜΡa, μέτρο ελαστικότητας 234 GPa. -41-

59 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Επί του υποστυλώματος, επιβαλλόταν σταδιακά αυξανόμενη κατακόρυφη δύναμη, ενώ στα δύο άκρα του, επιβαλλόταν οριζόντια μετακίνηση με αντίθετη φορά, ως την αστοχία κάθε δοκιμίου. Τα βασικότερα συμπεράσματα συνοψίζονται παρακάτω : Παρουσία των ινοπλισμένων πολυμερών αυξήθηκε η δυσκαμψία των δοκιμίων, καθυστέρησε η εμφάνιση της πρώτης ρηγμάτωσης και αυξήθηκε το φορτίο αστοχίας λόγω διάτρησης. Ανάλογα με το είδος της ενίσχυσης και το ποσοστό της, η φέρουσα ικανότητα αυξήθηκε από 2 έως 23%. Η αστοχία των ενισχυμένων δοκιμίων οφειλόταν στην διάτρηση, ενώ η απόσταση της διατμητικής ρωγμής από την παρειά του υποστυλώματος δεν επηρεάστηκε από το είδος της ενίσχυσης. Λόγω της μηχανικής στερέωσης της ενίσχυσης μέσω μηχανικών αγκυρίων, παρατηρήθηκε αύξηση της πλαστιμότητας του κόμβου πλάκας υποστυλώματος, ενώ τα δοκίμια αστόχησαν καμπτικά. Η αύξηση της φέρουσας ικανότητας κυμάνθηκε από 23-30%. Οι μέγιστες τάσεις παρουσιάστηκαν στα δοκίμια που εφαρμόστηκε μηχανική στερέωση της ενίσχυσης. Συνεπώς, η αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης ήταν μεγαλύτερη. (α) (β) Σχήμα 2.16 Διαγράμματα φορτίου - βύθισης σε (α) πλάκες με οπές (β) πλάκες χωρίς οπές (El Salakawy et al., 2004) Στο Σχήμα 2.16 παρουσιάζονται τα διαγράμματα φορτίου μετακίνησης για όλα τα δοκίμια, ενώ στις Εικόνες 2.8 και 2.9, απεικονίζεται η μορφή της ρηγμάτωσης των δοκιμίων κατά την αστοχία. -42-

60 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Εικόνα 2.8 Ρηγματώσεις δοκιμίων χωρίς οπές κατά την αστοχία (El Salakawy et al., 2004) Εικόνα 2.9 Ρηγματώσεις δοκιμίων με οπές κατά την αστοχία (El Salakawy et al., 2004) -43-

61 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Οι Sharaf et al (2006), διερεύνησαν την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης έναντι διάτρησης, κόμβων πλακών υποστυλωμάτων χωρίς την ενδιάμεση παρεμβολή δοκών, μέσω εφαρμογής στοιχείων ΙΟΠ, από ίνες άνθρακα. Συνολικά δοκιμάστηκαν έξι δοκίμια διαστάσεων 2000x2000x150 mm 3. Οι διαστάσεις του υποστυλώματος ήταν 250x250x200 mm 3. Ένα από τα παραπάνω δοκίμια ήταν το δοκίμιο αναφοράς, ενώ τα υπόλοιπα πέντε δοκίμια ενισχύθηκαν μέσω σύνθετων υλικών από ίνες άνθρακα. Στο σχήμα 2.17, απεικονίζονται οι λεπτομέρειες όπλισης των δοκιμίων. Σχήμα 2.17 Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) Για την ενίσχυση των δοκιμίων, έγινε χρήση προκατασκευασμένων ευθύγραμμων ελασμάτων (strips). Τα προκατασκευασμένα ευθύγραμμα ελάσματα είχαν τις εξής ιδιότητες : πλάτος ίσο με 100 mm, πάχος ίσο με 1.2 mm, μέτρο ελαστικότητας ίσο με 165 GPa, εφελκυστική αντοχή ίση με 2800 MPa, ενώ η παραμόρφωση αστοχίας ήταν ίση με 1.7 %. Η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος κυμαινόταν από 25 ως 28 MPa, ενώ η τάση διαρροής των διαμήκων ράβδων οπλισμού ήταν ίση με 410 MPa. Επί των υποστυλωμάτων επιβαλλόταν σταδιακά αυξανόμενη μετακίνηση, μέχρι την τελική αστοχία των δοκιμίων, λόγω διάτρησης. Ο ρυθμός επιβολής της μετακίνησης κυμαινόταν από 0.25 ως 0.40 mm/min. Το πείραμα σταματούσε αμέσως μετά την αστοχία των δοκιμίων. Στο Σχήμα 2.18, φαίνεται η διάταξη των στρώσεων της ενίσχυσης για κάθε δοκίμιο. -44-

62 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.18 Λεπτομέρειες ενίσχυσης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) Όλα τα δοκίμια αστόχησαν λόγω διάτρησης. Τα ενισχυμένα δοκίμια αστόχησαν υπό μεγαλύτερες τιμές του φορτίου συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς. Επίσης, η δυσκαμψία των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν αυξημένη συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς. -45-

63 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Παρακάτω παρουσιάζονται συνοπτικά τα βασικότερα συμπεράσματα της έρευνας : Η δημιουργία και η εξάπλωση των καμπτικών ρωγμών, καθυστέρησε στα ενισχυμένα δοκίμια. Όλα τα δοκίμια αστόχησαν λόγω διάτρησης, ενώ σε κανένα από τα ενισχυμένα δοκίμια δεν παρατηρήθηκε αποκόλληση των στρώσεων της ενίσχυσης. Η αύξηση της φέρουσας ικανότητας των δοκιμίων ήταν ανάλογη της αύξησης του εμβαδού της ενίσχυσης. Τα ενισχυμένα δοκίμια ήταν σαφώς πιο δύσκαμπτα, συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς. Η παραμόρφωση του διαμήκους οπλισμού των ενισχυμένων δοκιμίων, ήταν μικρότερη, συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς για την ίδια βύθιση. Αυτό οφείλεται στις στρώσεις της ενίσχυσης, οι οποίες παραλαμβάνουν πρόσθετες εφελκυστικές τάσεις, βοηθώντας με τον τρόπο αυτό τον διαμήκη οπλισμό. Σχήμα 2.19 Διάγραμμα φορτίου βύθισης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) Στα Σχήματα απεικονίζονται τα διαγράμματα φορτίου βύθισης για όλα τα δοκίμια, καθώς επίσης παρουσιάζεται η μεταβολή της παραμόρφωσης του χαλύβδινου οπλισμού, κατά μήκος όλων των δοκιμίων. Τέλος, στην Εικόνα 2.10, φαίνεται η μορφή της ρηγμάτωσης όλων των δοκιμίων. -46-

64 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.20 Διάγραμμα φορτίου βύθισης δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) Εικόνα 2.10 Μορφή ρηγμάτωσης δοκιμίων κατά την αστοχία (Sharaf et al, 2006) -47-

65 Κεφάλαιο 2 : Επισκευή Ενίσχυση Πλακών Σχήμα 2.21 Μεταβολή παραμόρφωσης διαμήκους οπλισμού κατά μήκος των δοκιμίων (Sharaf et al, 2006) 2.4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Παρακάτω συνοψίζονται τα βασικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας γύρω από το πεδίο των επισκευών ενισχύσεων στοιχείων τύπου πλάκας. Οι μέθοδοι επισκευής πλακών είναι ικανές να επαναφέρουν το στοιχείο στην αρχική του κατάσταση. Οι τεχνικές ενίσχυσης που αναφέρονται στην ενότητα 2.3, αυξάνουν την φέρουσα ικανότητα των στοιχείων. Ειδικότερα, η τεχνική ενίσχυσης κόμβων πλακών υποστυλωμάτων είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική, ενώ μέσω της συγκεκριμένης τεχνικής είναι εφικτή υπό προϋποθέσεις, η αποφυγή ψαθυρής αστοχίας λόγω διάτρησης. Από την βιβλιογραφία προκύπτει πως η ενίσχυση πλακών δύο διευθύνσεων μέσω ινοπλισμένων πολυμερών αποτελεί μια ενδιαφέρουσα και ταυτόχρονα ιδιαιτέρως αποτελεσματική λύση. Κοινός τόπος όλων των ερευνών που έχουν διεξαχθεί ως σήμερα είναι πως η φέρουσα ικανότητα στοιχείων πλάκας, αυξάνεται σημαντικά, με παράλληλη καθυστέρηση της ρηγμάτωσης των στοιχείων και της διαρροής του διαμήκους οπλισμού. Τονίζεται επίσης, πως η αστοχία των στοιχείων τις περισσότερες φορές προκύπτει από αποκόλληση των στρώσεων της ενίσχυσης από το υπόστρωμα. -48-

66 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι διαθέσιμες επιλογές που ο μηχανικός έχει στην διάθεσή του, για την ενίσχυση στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, διαρκώς αυξάνονται. Όμως το μεγαλύτερο βάρος των ερευνών, που έχουν διεξαχθεί ως σήμερα, έχει δοθεί στην ενίσχυση δομικών στοιχείων που καταπονούνται από οριζόντιες δυνάμεις και κυρίως από τον σεισμό. Ως γνωστόν, τα δομικά στοιχεία τύπου πλάκας λόγω της μεγάλης δυσκαμψίας που διαθέτουν στο επίπεδό τους, κατά τον σεισμό συμπεριφέρονται ως διαφράγματα. Αυτή είναι και η βασική αιτία που δεν έχει μελετηθεί τόσο η ενίσχυσή τους με σκοπό την αύξηση της φέρουσας ικανότητάς τους. Επιπρόσθετα οι διαθέσιμες τεχνικές είτε δεν προφέρονται για την ενίσχυση των δομικών στοιχείων (βλ. και Κεφάλαιο 2 Επισκευή πλακών), είτε υπάρχουν αντικειμενικές δυσκολίες στην εφαρμογή τους αφού απαιτούν χρόνο, αυξημένο κόστος, έμπειρο προσωπικό κλπ. Επίσης, παρόλο που η ενίσχυση πλακών μέσω ινοπλισμένων πολυμερών δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα, δεν είναι εφικτή η πλήρης εκμετάλλευση των ιδιοτήτων των υλικών που εμπλέκονται (π.χ. αποκολλήσεις που οδηγούν σε πρώιμες αστοχίες). Οι έρευνες έχουν δείξει πως αν το συνδετικό υλικό αντικατασταθεί με άλλο ανόργανης σύστασης (π.χ. κονίαμα), τότε φαινόμενα πρώιμης αστοχίας, όπως οι αποκολλήσεις των στρώσεων της ενίσχυσης, αποφεύγονται υπό την προϋπόθεση πως γίνεται χρήση ινοπλεγμάτων με βροχίδες. Επίσης, η επέμβαση μπορεί να γίνει ταχύτερα αφού δεν απαιτείται τόσο επιμελής προετοιμασία του υποστρώματος. Επιπλέον, το κόστος του κονιάματος είναι χαμηλότερο από αυτό της ρητίνης. Όλα τα παραπάνω καθιστούν την ενίσχυση πλακών με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα μια εξαιρετικά συμφέρουσα λύση, εφόσον συντελούν στην αύξηση της φέρουσας ικανότητάς τους. Συνεπώς, στόχος της παρούσας διατριβής είναι η πειραματική διερεύνηση της ενίσχυσης στοιχείων τύπου πλάκας μέσω ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα. Για τον λόγο αυτό κατασκευάστηκαν τέσσερα δοκίμια τύπου πλάκας, τα οποία ενισχύθηκαν με το νέο σύνθετο υλικό και δοκιμάστηκαν υπό κεντρική φόρτιση μέχρι την αστοχία τους. -49-

67 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Μετά από την τοποθέτηση του χαλύβδινου οπλισμού στις σωστές θέσεις ακολούθησε η σκυροδέτηση των δοκιμίων, τα οποία μετά την παρέλευση είκοσι οχτώ ημερών ενισχύθηκαν με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται με λεπτομέρεια τα εξής : (α) ο σχεδιασμός των δοκιμίων, (β) τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν, (γ) η προετοιμασία των δοκιμίων, (δ) η πειραματική διάταξη. Η πειραματική διαδικασία διήρκησε από τον Σεπτέμβρη του 2007 ως τον Απρίλη του 2008, στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας των Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών, του Πανεπιστημίου Πατρών. 3.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Για τις ανάγκες του πειράματος, κατασκευάσθηκαν τέσσερα δοκίμια τύπου πλάκας επί τεσσάρων περιμετρικών δοκών. Οι συνολικές διαστάσεις των δοκιμίων σε κάτοψη ήταν 2000x2000 mm 2. Οι δοκοί είχαν διαστάσεις διατομής 300x150 mm 2, η απόσταση μεταξύ των εσωτερικών παρειών των πλακών ήταν 1700 mm, ενώ το πάχος της πλάκας ήταν ίσο με 120 mm. Οι δοκοί ήταν οπλισμένες με δύο διαμήκεις ράβδους σε κάθε πέλμα, διαμέτρου 12 mm, ενώ ο εγκάρσιος οπλισμός τους αποτελούταν από συνδετήρες διαμέτρου 8 mm, ανά 100 mm. Οι δοκοί είχαν υπερδιαστασιολογηθεί έναντι κάμψης και διάτμησης, έτσι ώστε να μην προκύψει αστοχία σε αυτές, αλλά να προηγηθεί η αστοχία των πλακών. Επιπρόσθετα, η ροπή που οδηγεί στην διαρροή και στην αστοχία των δοκών ήταν ίση με και knm αντίστοιχα. Ο χάλυβας ήταν ποιότητας S500. Η επικάλυψη των ράβδων του οπλισμού ήταν ίση με 20 mm, ενώ το στατικό ύψος ήταν ίσο με 266 mm. Οι πλάκες ήταν οπλισμένες σε δύο διευθύνσεις και στα δύο πέλματα. Για την όπλιση της πλάκας έγινε χρήση δομικού πλέγματος από χάλυβα ποιότητας S500. Συνεπώς, στο εφελκυόμενο πέλμα τοποθετήθηκε δομικό πλέγμα διαμέτρου 4.2 mm ανά 100 mm (Φ4.2/100 mm), ανά διεύθυνση. Στο θλιβόμενο πέλμα τοποθετήθηκε δομικό πλέγμα από χάλυβα διαμέτρου 4.2 mm ανά 150 mm (Φ4.2/150 mm). Εξαιτίας του τρόπου με τον οποίο οι πλάκες θα φορτίζονταν (επιβολή σταδιακά αυξανόμενης μετακίνησης στο κέντρο των δοκιμίων) επιβαλλόταν να ληφθεί μέριμνα για την αποφυγή πρώιμης αστοχίας λόγω διάτρησης. Συνεπώς γύρω από την περιοχή επιβολής της μετακίνησης τοποθετήθηκε εγκάρσιος οπλισμός διαμέτρου 8 mm, -50-

68 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία ποιότητας S500. Συνολικά τοποθετήθηκαν οκτώ συνδετήρες, τέσσερις σε κάθε διεύθυνση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.1. Το φορτίο επιβαλλόταν στο κέντρο του στοιχείου σε περιοχή διαστάσεων 250x250 mm 2. Η επικάλυψη των διαμήκων ράβδων ήταν ίση με 20 mm, ενώ το στατικό ύψος ήταν ίσο με 97.9 mm. Παρασκευάσθηκαν συνολικά τέσσερα δοκίμια από οπλισμένο σκυρόδεμα, τα οποία ενισχύθηκαν μέσω ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας και είναι τα εξής : Το πρώτο ήταν το δοκίμιο ελέγχου. Το συγκεκριμένο δοκίμιο δεν ενισχύθηκε, αλλά χρησιμοποιήθηκε ως βάση σύγκρισης των ενισχυμένων δοκιμίων. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από το συγκεκριμένο δοκίμιο χρησιμοποιήθηκαν ως μέτρο σύγκρισης για τα υπόλοιπα, καθώς επίσης για την εξαγωγή συμπερασμάτων γύρω από την αποτελεσματικότητα των ενισχύσεων, την επίδραση του αριθμού των στρώσεων, το υλικό από το οποίο αποτελούνται οι ίνες του πλέγματος κλπ. Το δεύτερο δοκίμιο ενισχύθηκε μέσω ινοπλεγμάτων δύο διευθύνσεων σε ανόργανη μήτρα. Οι ίνες του πλέγματος αποτελούνταν από άνθρακα, ενώ η ενίσχυση εφαρμόσθηκε σε δύο στρώσεις. Κάθε στρώση θεωρείται πως έχει συνολικό πάχος δύο χιλιοστών. Στο τρίτο δοκίμιο εφαρμόσθηκε ενίσχυση μέσω πλεγμάτων από ίνες άνθρακα, δύο διευθύνσεων, σε ανόργανη μήτρα. Η ενίσχυση αποτελούταν από μία στρώση συνολικού πάχους δύο χιλιοστών. Τέλος για την διερεύνηση της συμπεριφοράς του τέταρτου δοκιμίου έγινε χρήση πλέγματος σε ανόργανη μήτρα από ίνες υάλου. Η ενίσχυση εφαρμόσθηκε σε τρεις στρώσεις συνολικού πάχους έξι χιλιοστών (πάχος μιας στρώσης δύο χιλιοστά). Ο αριθμός των στρώσεων καθορίστηκε από τα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του πλέγματος ινών υάλου έτσι ώστε να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματα του τετάρτου δοκιμίου με αυτά των προηγούμενων δοκιμίων (περίπτωση ενίσχυσης με πλέγματα από ίνες άνθρακα). Για την επίτευξη αυτού του στόχου έπρεπε η δυστένεια της ενίσχυσης από ινοπλέγματα υάλου να είναι ίση με αυτή της ενίσχυσης από ινοπλέγματα ινών άνθρακα μίας στρώσης. Διαφορετικά η σύγκριση των δύο τύπων πλεγμάτων δεν είναι «δίκαιη». Ως δυστένεια ορίζεται το γινόμενο του εμβαδού επί το μέτρο ελαστικότητας των ινοπλεγμάτων. -51-

69 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Η σήμανση των δοκιμίων έχει την μορφή ΧΥ, όπου το Χ συμβολίζει τον αριθμό των στρώσεων της ενίσχυσης (Χ = 1,2,3), ενώ το Υ υποδηλώνει τον τύπο της ενίσχυσης [CΟΝ για το δοκίμιο ελέγχου, C ή G όταν για την εφαρμογή της ενίσχυσης έγινε χρήση πλέγματος ινών άνθρακα και υάλου, αντίστοιχα]. Πίνακας 3.1 Ονομασία Τύπος ινών Αριθμός στρώσεων ενίσχυσης Ποσοστό οπλισμού (%) ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΤΥΠΟΣ ΙΝΩΝ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΣΤΡΩΣΕΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΠΟΣΟΣΤΟ ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΦΕΛΚΥΟΜΕΝΟΥ ΟΠΛΙΣΜΟΥ ΧΑΛΥΒΙΝΟΥ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΟΠΛΙΣΜΟΥ (ρ s %) (ρf %) CON C Άνθρακας C Άνθρακας G Ύαλος Διαστάσεις σε mm Σχήμα 3.1 Τομή πλάκας Λεπτομέρειες όπλισης δοκιμίων 2000 mm Δ mm Δ2 Δ4 Δ1 Σχήμα 3.2 Κάτοψη δοκιμίου -52-

70 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία 3.3 ΥΛΙΚΑ Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή των δοκιμίων ήταν τα εξής : Σκυρόδεμα Χάλυβας Κονίαμα Ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων Παρακάτω παρουσιάζονται οι ιδιότητες των υλικών που ενεπλάκησαν στο στάδιο της παρασκευής των δοκιμίων Σκυρόδεμα Για την παρασκευή των τεσσάρων στοιχείων τύπου πλάκας, έγινε παραγγελία έγχυτο σκυροδέματος, με μέγιστο κόκκο αδρανών δεκαέξι χιλιοστά ( γαρμπιλομπετό ) και κατηγορίας αντοχής C16/20. Για την μέτρηση της θλιπτικής αντοχής του, έγινε λήψη κυβικών δοκιμίων διαστάσεων ακμής 150 mm, κατά την σκυροδέτηση των δοκιμίων, τα οποία δοκιμάστηκαν σε θλίψη στην ηλικία των είκοσι οκτώ ημερών, καθώς επίσης και την ημέρα που διεξήχθη το πείραμα. Για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής αντοχής του σκυροδέματος λόγω διάρρηξης, έγινε λήψη κυλινδρικών δοκιμίων, διαμέτρου 150 mm και ύψους 300 mm, κατά την σκυροδέτηση των στοιχείων, ενώ η αντίστοιχη δοκιμή έγινε μετά την πάροδο είκοσι οκτώ ημερών. Εικόνα 3.1 Λήψη δοκιμίων κατά την φάση της σκυροδέτησης -53-

71 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Προσδιορισμός θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος Για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος, τα κυβικά δοκίμια δοκιμάστηκαν υπό κεντρική θλίψη, σε ειδική για τον σκοπό αυτό μηχανή, ικανότητας 1600 kν. Μέσω της μηχανής αυτής, επιβαλλόταν στο δοκίμιο σταδιακά αυξανόμενη μετακίνηση, ως την αστοχία του δοκιμίου ενώ γινόταν ηλεκτρονική καταγραφή των σημείων της καμπύλης φορτίου μετακίνησης εμβόλου, μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή. Ο έλεγχος του ρυθμού επιβολής των φορτίων γινόταν χειροκίνητα. Τρία συνολικά δοκίμια, υπεβλήθησαν σε δοκιμή κεντρικής θλίψης μετά την παρέλευση εικοσιοκτώ ημερών από την ημέρα της σκυροδέτησης. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.2. Δοκιμή κεντρικής θλίψης σε κυβικά δοκίμια γινόταν και την ημέρα του πειράματος. Στον πίνακα 3.3 φαίνονται ενδεικτικά για κάποια δοκίμια, τα αποτελέσματα των δοκιμών αυτών. Εικόνα 3.2 Δοκιμή κυβικού δοκιμίου για τον προσδιορισμό της αντοχής του σκυροδέματος σε θλίψη Τα αποτελέσματα των δοκιμών παρουσιάζονται στους Πίνακες 3.2 και 3.3. Πίνακας 3.2 Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος στις 28 ημέρες (MPa) Θλιπτική αντοχή Κυβικό Δοκίμιο σκυροδέματος σε ηλικία 28 Σκυροδέματος ημερών (MPa) Μέσος όρος (MPa)

72 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Πίνακας 3.3 Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος την ημέρα της δοκιμής (MPa) Κυβικό Δοκίμιο Σκυροδέματος Θλιπτική αντοχή σκυροδέματος σε ηλικία 28 ημερών (MPa) Μέσος όρος (MPa) Προσδιορισμός εφελκυστικής αντοχής σκυροδέματος λόγω διάρρηξης Για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής αντοχής λόγω διάρρηξης τα κυλινδρικά δοκίμια που ελήφθησαν κατά την διάρκεια της σκυροδέτησης, δοκιμάστηκαν σε κατάλληλη για τον σκοπό αυτό μηχανή. Η μηχανή είχε ικανότητα φόρτισης 4000 kn, ενώ μόλις το δοκίμιο τοποθετούταν σ αυτήν όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.3 μέσω κατάλληλης διάταξης, το φορτίο αυξανόταν σταδιακά, μέχρι την τελική αστοχία του δοκιμίου που προερχόταν από την ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων κάθετων στο επίπεδο επιβολής της φόρτισης. Μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή γινόταν η καταγραφή του διαγράμματος φορτίου μετακίνησης. Η εφελκυστική αντοχή προσδιορίζεται κάνοντας χρήση του παρακάτω τύπου : f t = 2*P (3.1) π*d*l Όπου P : το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο, D η διάμετρος του δοκιμίου και L το ύψος του. Πίνακας 3.4 Εφελκυστική αντοχή σκυροδέματος στις 28 ημέρες (MPa) Εφελκυστική αντοχή Μέγιστη Κυλινδρικό Δοκίμιο σκυροδέματος λόγω Επιβαλλόμενη Μέσος όρος Σκυροδέματος διάρρηξης 28 ημερών Δύναμη (kn) ανά (MPa) (MPa) Δοκίμιο

73 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία (α) (β) Εικόνα 3.3 Δοκιμή κυλινδρικού δοκιμίου για τον προσδιορισμό της αντοχής του σκυροδέματος σε εφελκυσμό λόγω διάρρηξης (α) Διάταξη που χρησιμοποιείται, (β) Εκκίνηση δοκιμής Εικόνα 3.4 Διαχωρισμός κυλινδρικού δοκιμίου μετά το πέρας της δοκιμής -56-

74 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Χάλυβας Παρακάτω παρουσιάζεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε, προκειμένου να προσδιοριστούν τα μηχανικά χαρακτηριστικά των ράβδων χάλυβα ποιότητας S500, μέσω των οποίων έγινε η όπλιση των στοιχείων. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε λήψη τριών δοκιμίων από τις διαμήκεις ράβδους των δοκών (Φ12), των συνδετήρων (Φ8) και του πλέγματος (Φ4.2) αντίστοιχα, που χρησιμοποιήθηκαν για την όπλιση των στοιχείων τύπου πλάκας. Το μήκος των δοκιμίων ήταν ίσο με 500, 450 και 300 mm, για τις χαλύβδινες ράβδους διαμέτρου 12, 8 και 4.2 mm, αντίστοιχα. Τονίζεται πως τα δοκίμια που ελήφθησαν ανήκαν σε διαφορετικές ράβδους, από την παρτίδα που χρησιμοποιήθηκε για την όπλιση των δοκιμίων. Οι ράβδοι τοποθετήθηκαν σε μηχανή (ΜTS) ικανότητας φόρτισης 250 kn (βλ. Εικ. 3.10), μέσω της οποίας τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε δοκιμή μονοαξονικού εφελκυσμού υπό σταδιακά αυξανόμενη μετακίνηση, ως την τελική αστοχία των δοκιμίων. Οι ράβδοι πακτώθηκαν στα δύο άκρα τους, μέσω άσκησης πλευρικής πίεσης από τις αρπάγες της μηχανής, ώστε να αποφευχθεί τυχόν ολίσθηση των δοκιμίων κατά την διάρκεια του πειράματος. Αμέσως μετά την τοποθέτηση των ράβδων στην μηχανή και πριν την εκκίνηση της δοκιμής μονοαξονικού εφελκυσμού, μετρήθηκε το ελεύθερο μήκος κάθε δοκιμίου (απόσταση μεταξύ των αρπαγών). Η διάμετρος των ράβδων του πλέγματος (4.2 mm) ήταν μικρή, με συνέπεια να καθίσταται αδύνατη η πάκτωση των άκρων τους. Για τον λόγο αυτό, τα άκρα των ράβδων του πλέγματος επικολλήθηκαν μέσω εποξειδικής ρητίνης, εντός σιδηροσωλήνων (βλ. και Εικ.3.5). Με τον τρόπο αυτό διευκολύνθηκε η πάκτωση των ράβδων του πλέγματος μέσω των αρπαγών. Για τα δοκίμια που ελήφθησαν από τις διαμήκεις ράβδους των δοκών και από τους συνδετήρες, ο ρυθμός επιβολής της μετακίνησης ήταν ίσος με 0.25 mm/sec, ενώ για τα δοκίμια που ελήφθησαν από τις ράβδους των πλεγμάτων ήταν ίσος με 0.05 mm/sec. Η επιβαλλόμενη μετακίνηση, η δύναμη και η ανηγμένη μήκυνση των δοκιμίων καταγραφόταν κάθε χρονική στιγμή σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, που ήταν συνδεδεμένος με την συσκευή ΜTS. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.5, ενώ στα Σχήματα , παρουσιάζονται ενδεικτικά τα διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης του χάλυβα (από ένα δοκίμιο ανά διάμετρο). -57-

75 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Πίνακας 3.5 Όριο διαρροής οπλισμού από χάλυβα (MPa) Διάμετρος Ράβδου (mm) Όριο Διαρροής Χαλύβδινου Οπλισμού Όριο Διαρροής Δοκίμιο (ΜPa) Μέσος Όρος (ΜPa) (α) (β) (γ) Εικόνα 3.5 Δοκίμια ράβδων από χάλυβα διαμέτρου (α) 12 mm, (β) 8 mm (γ) 4.2 mm Εικόνα 3.6 Δοκιμή ράβδου διαμέτρου 4.2 mm υπό μονοαξονικό εφελκυσμό 1 Συμβατικό όριο διαρροής που αντιστοιχεί σε πλαστική παραμόρφωση 0.2% -58-

76 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Εικόνα 3.7 Δοκιμή ράβδου διαμέτρου 12 mm υπό μονοαξονικό εφελκυσμό (α) (β) (γ) Εικόνα 3.8 Ράβδοι οπλισμού (μετά την δοκιμή) διαμέτρου (α) 4.2 mm, (β) 12 mm και (γ) 8 mm 700 Πλέγμα Φ4.2/100 mm Τάση (MPa) ,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 Παραμόρφωση e s (%) Σχήμα 3.3 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης ράβδου πλέγματος (διαμέτρου 4.2 mm) -59-

77 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία 700 S 500 Φ Τάση (MPa) Παραμόρφωση ε s (%) Σχήμα 3.4 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης ράβδου διαμέτρου 8 mm 700 S 500 [Φ12] Τάση (MPa) Παραμόρφωση ε s (%) Σχήμα 3.5 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης ράβδου διαμέτρου 12 mm -60-

78 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Κονίαμα Η ανόργανη μήτρα αποτελούταν από το κονίαμα. Για την παρασκευή του γινόταν ανάμιξη κονίας με νερό με χρήση ειδικού αναμεικτήρα χειρός. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε κονία που διατίθεται στο εμπόριο, η οποία περιείχε και ορισμένη ποσότητα πολυμερών. Ο λόγος του νερού προς την κονία ήταν ίσος με Για την μέτρηση των χαρακτηριστικών του κονιάματος γινόταν κατά την φάση της ενίσχυσης λήψη δοκιμίων (βλ. και Εικ.3.9), διαστάσεων 40x40x160 mm 3. Η διαδικασία για την λήψη των δοκιμίων ήταν απλή. Γινόταν έγχυση ποσότητας από το ίδιο κονίαμα που εφαρμοζόταν στην ενίσχυση, σε ειδικούς μεταλλοτύπους (μεταλλικά καλούπια) περίπου μέχρι το μέσο του ύψους τους. Επακολουθούσε δόνηση ώστε να συμπυκνωθεί το κονίαμα και στην συνέχεια συνεχιζόταν η πλήρωση των μεταλλοτύπων. Μετά το πέρας της πλήρωσης των μεταλλοτύπων, ξαναγινόταν δόνηση. Τέλος η συντήρηση των δοκιμίων έγινε κάτω από τις ίδιες συνθήκες με εκείνες των πλακών. Αξίζει να σημειωθεί πως πριν την έγχυση της ποσότητας του κονιάματος εντός των μεταλλικών τύπων, έγινε επάλειψη των εσωτερικών επιφανειών τους με λινέλαιο, προκειμένου να διευκολυνθεί η αφαίρεση των δοκιμίων. Τα δοκίμια απομακρύνονταν από τους μεταλλοτύπους μετά από δύο μέρες. Μετά την παρέλευση είκοσι οκτώ ημερών, γίνονταν δοκιμές για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής και θλιπτικής τους αντοχής. Εικόνα 3.9 Λήψη δοκιμίων κονιάματος κατά την φάση της ενίσχυσης των στοιχείων -61-

79 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Προσδιορισμός μηχανικών ιδιοτήτων κονιάματος Οι μηχανικές ιδιότητες των κονιαμάτων προσδιορίστηκαν μέσω δοκιμών σε ειδική μηχανική συσκευή (ΜΤS), ικανότητας φόρτισης 250 kn (βλ. και Εικ.3.10)., Τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε μονοτονική δοκιμή κάμψης τριών σημείων, μέσω ειδικής διάταξης (άρθρωση), που τοποθετήθηκε και στερεώθηκε στην συσκευή μέσω των αρπαγών. Με τον τρόπο αυτό προσδιορίστηκε η εφελκυστική αντοχή τους από κάμψη (μέτρο θραύσης). Το άνοιγμα μεταξύ των στηρίξεων ήταν ίσο με 100 mm (βλ. και Εικ.3.11). Μετά την θραύση τους τα δοκίμια χωρίστηκαν σε δύο μέρη εξαιτίας της δημιουργίας εφελκυστικής ρωγμής στο μέσο του δοκιμίου. Τα δύο μέρη που προέκυψαν υπεβλήθησαν σε δοκιμή κεντρικής θλίψης. Η θλιπτική αντοχή του κάθε δοκιμίου αντιστοιχεί με τον τρόπο αυτό, στον μέσο όρο των θλιπτικών αντοχών των δύο τμημάτων του δοκιμίου, που προέκυψαν από την δοκιμή σε κάμψη. Και στις δύο δοκιμές επιβαλλόταν σταδιακά αυξανόμενη μετακίνηση. Στην δοκιμή μονοτονικής κάμψης τριών σημείων, ο ρυθμός επιβολής της μετακίνησης ήταν 0.1 mm/min, ενώ στην δοκιμή κεντρικής θλίψης ο ρυθμός ήταν 0.5 mm/min. Μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή καταγράφονταν κάθε χρονική στιγμή η επιβαλλόμενη μετακίνηση και η δύναμη που απαιτείτο ώστε αυτή να επιτευχθεί. Εικόνα 3.10 Μηχανή διεξαγωγής πειραματικών δοκιμών ΜΤS -62-

80 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Στήριξη (α) (β) Εικόνα 3.11 Πειραματική διάταξη για τον προσδιορισμό (α) της εφελκυστικής και (β) της θλιπτικής αντοχής του κονιάματος τύπος : Για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής αντοχής χρησιμοποιείται ο παρακάτω f t = M I y = 1.5 P maxl bh 2 (3.2) όπου P max είναι το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο, L το ελεύθερο μήκος, b το πλάτος και h το ύψος του δοκιμίου. και 3.7 : Η θλιπτική αντοχή προκύπτει από τον παρακάτω τύπο : όπου P max σ = P max A (3.3) είναι το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο και Α το εμβαδό της επιφάνειας επαφής του δοκιμίου και της μεταλλικής πλάκας επί της οποίας εδράζεται. Ενδεικτικά τα αποτελέσματα για τρία δοκίμια συνοψίζονται στους Πίνακες 3.6 Πίνακας 3.6 Θλιπτική αντοχή 28 ημερών κονιάματος (MPa) Θλιπτική Αντοχή Κονιάματος Δοκίμιο Μέγιστο φορτίο (kn) Θλιπτική αντοχή (MPa) Μέσος Όρος (MPa) Δ1α Δ1β Δ2α Δ2β Δ3α Δ3β

81 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Πίνακας 3.7 Εφελκυστική αντοχή 28 ημερών κονιάματος (MPa) Εφελκυστική Αντοχή Κονιάματος Δοκίμιο Μέγιστο φορτίο (kn) Εφελκυστική Αντοχή (MPa) Μέσος Όρος (MPa) Δ Δ Δ Ινοπλέγματα Για την ενίσχυση των δοκιμίων τύπου πλάκας χρησιμοποιήθηκαν ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων σε ανόργανη μήτρα, των οποίων οι ίνες αποτελούνταν από άνθρακα ή ύαλο (δίχως εμποτισμό με ρητίνη). Τα ινοπλέγματα ήταν διαθέσιμα σε ρολά πλάτους ενός μέτρου και τριάντα εκατοστών (βλ. και Εικ.3.12). Για τις ανάγκες της ενίσχυσης, τα ινοπλέγματα κόβονταν με την βοήθεια ψαλιδιού στο επιθυμητό μήκος (1.7 m). (α) (β) Εικόνα 3.12 Ρολά ινοπλεγμάτων (α) από ίνες άνθρακα (β) από ίνες υάλου Τα μηχανικά χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες των ινοπλεγμάτων δίδονται από τον κατασκευαστή τους και παρουσιάζονται στους Πίνακες 3.8 & 3.9. Συνεπώς δεν διενεργήθηκαν δοκιμές για τον προσδιορισμό τους, όπως στα προηγούμενα υλικά. -64-

82 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία (α) (β) Εικόνα 3.13 Ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων που χρησιμοποιήθηκαν για την ενίσχυση των πλακών (α) από ίνες άνθρακα (β) από ίνες υάλου (α) (β) Εικόνα 3.14 Κοπή Ινοπλεγμάτων δύο διευθύνσεων (α) από ίνες άνθρακα (β) από ίνες υάλου Πίνακας 3.8 Ιδιότητες πλεγμάτων συνεχών ινών άνθρακα Μηχανικά χαρακτηριστικά - ιδιότητες πλεγμάτων συνεχών ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων Μέτρο Ελαστικότητας Ινών 225 GPa Εφελκυστική αντοχή ινών 3800 MPa Κατανομή ινών ανά διεύθυνση 50 % - 50 % Μάζα ανά τετραγωνικό μέτρο 348 gr/m 2 Καθαρό άνοιγμα βροχίδας 7 mm Αξονική απόσταση κλώνων 10 mm Πυκνότητα ινών 1.8 gr/cm 3-65-

83 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Πίνακας 3.9 Ιδιότητες πλεγμάτων συνεχών ινών υάλου Μηχανικά χαρακτηριστικά - ιδιότητες πλεγμάτων συνεχών ινών υάλου δύο διευθύνσεων Μέτρο Ελαστικότητας Ινών 70 GPa Εφελκυστική αντοχή ινών 1600 MPa Κατανομή ινών ανά διεύθυνση 50 % - 50 % Μάζα ανά τετραγωνικό μέτρο 480 gr/m 2 Καθαρό άνοιγμα βροχίδας 7 mm Αξονική απόσταση κλώνων 10 mm Πυκνότητα ινών 2.6 gr/cm 3 Τα πλέγματα διαφορετικών ινών συγκρίνονται υπό την προϋπόθεση πως έχουν ίση δυστένεια. Προκύπτει λοιπόν, από τα χαρακτηριστικά των πλεγμάτων που δίνονται από τον κατασκευαστή, πως μια στρώση πλέγματος ινών άνθρακα είναι πρακτικά ισοδύναμη με τρεις στρώσεις ινών από ύαλο (βλ. και σχέση 3.6). Τονίζεται πως το πάχος (t f ) μιας στρώσης πλέγματος ανά διεύθυνση, ισούται με την μισή (Μ) μάζα (για μια διεύθυνση) ανά τετραγωνικό μέτρο προς την πυκνότητα των ινών. Γενικά ισχύουν τα εξής : Α f = t f *b (3.4) t όπου Αf εμβαδό των ινών του πλέγματος πλάτους b σε μια διεύθυνση. Όπου : Α fc : εμβαδό του πλέγματος από ίνες άνθρακα (mm 2 ) Afg : εμβαδό του πλέγματος από ίνες υάλου (mm 2 ) E g f = M/ρ (3.5) E g A fc = A fg = 0.31A fg (3.6) E : μέτρο Ελαστικότητας πλέγματος ινών υάλου (MPa) Ec : μέτρο Ελαστικότητας πλέγματος ινών άνθρακα (MPa) c -66-

84 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία 3.4 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Οι εργασίες που πραγματοποιήθηκαν για την παρασκευή των δοκιμίων διαχωρίζονται σε τρία βασικά στάδια. Τα στάδια αυτά ήταν τα εξής : Το πρώτο στάδιο αποτελούν όλες εκείνες οι απαραίτητες διεργασίες που χρειάζονταν να γίνουν προ της σκυροδέτησης. Κατά το δεύτερο στάδιο πραγματοποιούταν η σκυροδέτηση των δοκιμίων. Το τρίτο στάδιο περιλαμβάνει τις εργασίες που έγιναν : (α) μετά την σκυροδέτηση των δοκιμίων και (β) για την ενίσχυση των δοκιμίων τύπου πλάκας. Παρακάτω παρουσιάζονται αναλυτικά για κάθε στάδιο, όλες οι εργασίες που πραγματοποιήθηκαν Εργασίες προ της σκυροδέτησης (Πρώτο Στάδιο) Κατά το στάδιο αυτό έγινε η τοποθέτηση του οπλισμού στις κατάλληλες θέσεις, η κατασκευή των ξυλοτύπων, η προσθήκη του οπλισμών εντός των ξυλοτύπων καθώς επίσης και η επικόλληση μηκυνσιομέτρων επί των εφελκυόμενων διαμήκων ράβδων οπλισμού των πλακών. Πιο συγκεκριμένα πρώτα κατασκευάστηκε ο κλωβός οπλισμού των δοκών. Οι διαμήκεις ράβδοι, αφού πρώτα κάμπτονταν στα άκρα, έτσι ώστε να αγκυρώνονται εντός των γειτονικών δοκών, τοποθετούνταν στις τέσσερις γωνίες των συνδετήρων. Προσοχή δόθηκε στους κόμβους των δοκών. Στα σημεία εκείνα τοποθετήθηκε πρόσθετος διαμήκης (μορφής L) και εγκάρσιος οπλισμός (συνδετήρες). Επιπρόσθετα, σε κάθε δοκό τοποθετήθηκαν μεταλλικά στοιχεία μορφής, που χρησίμευαν στην ανάρτηση των δοκιμίων. Αμέσως μετά κατασκευάστηκαν οι ξυλότυποι. Πρώτα τοποθετούνταν στο έδαφος ξύλινες δοκοί, για την δημιουργία εντελώς επίπεδης επιφάνειας, επί των οποίων εδράζονταν τελικώς οι ξυλότυποι (Betoform). -67-

85 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία (α) (β) Εικόνα 3.15 (α) Κάμψη οπλισμού δοκών (β) Τελική τοποθέτηση διαμήκων ράβδων δοκών (α) (β) Εικόνα 3.16 (α) Δημιουργία κλωβού οπλισμών δοκού (β) Οπλισμοί κόμβων δοκών Εικόνα 3.17 Προσθήκη οπλισμών για την ανάρτηση των δοκιμίων -68-

86 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Εικόνα 3.18 Κλωβός οπλισμού δοκών (α) (β) Εικόνα 3.19 (α) Ξύλινες δοκοί (εξασφάλιση επίπεδης επιφάνειας) (β) Ξυλότυπος Εικόνα 3.20 Τοποθέτηση οπλισμού δοκών εντός των ξυλοτύπων -69-

87 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Αμέσως μετά οι κλωβοί οπλισμού των δοκών τοποθετούνταν εντός των ξυλοτύπων. Για την δημιουργία της διατομής του στοιχείου, προστέθηκε ειδικό υλικό από διογκωμένη πολυστερίνη (φελιζόλ), διαστάσεων 1700x1700x180 mm 3. Ακολούθως, τοποθετήθηκε ο εφελκυόμενος οπλισμός των πλακών (πλέγμα Φ8/100 mm). Μετά την προσθήκη του εφελκυόμενου οπλισμού των πλακών, τοποθετήθηκαν ηλεκτρικά μηκυνσιόμετρα (strain gages), για την μέτρηση της παραμόρφωσης του χάλυβα κατά την διάρκεια της δοκιμής (βλ. Εικ. 3.21). Για την εφαρμογή των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων ακολουθήθηκε συγκεκριμένη διαδικασία προετοιμασίας της επιφάνειας και επικόλλησης. Αρχικά έγινε λείανση των ράβδων του χάλυβα, ώστε η επιφάνεια επικόλλησης να είναι κατά το δυνατόν επίπεδη. Έπειτα έγινε επιμελής καθαρισμός της επιφάνειας που λειάνθηκε. Ακολούθως, επικολλήθηκαν τα ηλεκτρικά μηκυνσιόμετρα στην λεία επιφάνεια μέσω ειδικής κόλλας. Μετά την επικόλλησή του, το ηλεκτρικό μηκυνσιόμετρο επικαλύφθηκε με ειδικό για τον σκοπό αυτό υλικό, για την προστασία του. Τα χαρακτηριστικά των μηκυνσιομέτρων παρουσιάζονται στον Πίνακα Εικόνα 3.21 Επικόλληση ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων Εικόνα 3.22 Επικόλληση ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων -70-

88 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Πίνακας 3.10 Χαρακτηριστικά ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων Χαρακτηριστικά του μηκυνσιομέτρου Μηκυνσιόμετρο Θερμικά Ισορροπημένο για Χάλυβα Αντίσταση Μηκυνσιομέτρου (24 ο C, 50% RH) 120±1.0 Ω Συντελεστής Μηκυνσιομέτρου (24 ο C, 50% RH) 2.07±1.0 % Μήκος Μηκυνσιομέτρου Αποδεκτή θερμική διαστολή 5 mm 11.7 PPM/ o C Εγκάρσια ευαισθησία (24 ο C, 50% RH) 0.40 % Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, γύρω από το σημείο επιβολής του φορτίου, τοποθετήθηκε εγκάρσιος οπλισμός αποτελούμενος από συνδετήρες, ώστε να αποφευχθεί πρόωρη αστοχία λόγω διάτρησης, λόγω του τρόπου επιβολής του φορτίου. Η διάμετρος των ράβδων ήταν ίση με 8 mm. Τοποθετήθηκαν τέσσερις συνδετήρες ανά διεύθυνση (δύο αριστερά και δύο δεξιά από το σημείο επιβολής του φορτίου, ανά διεύθυνση). Ο πρώτος συνδετήρας τοποθετήθηκε ακριβώς κάτω από το σημείο επιβολής της φόρτισης, ενώ ο δεύτερος σε απόσταση 200 mm από τον πρώτο. Επίσης οι συνδετήρες διατάχθηκαν σε ορθογώνιο γύρω από το σημείο επιβολής φορτίου. Αμέσως μετά την τοποθέτηση των εγκάρσιων συνδετήρων, προστέθηκε ο θλιβόμενος οπλισμός (πλέγμα Φ4.2/150 mm). Τονίζεται πως η επικάλυψη των οπλισμών ήταν ίση με είκοσι χιλιοστά. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκαν αποστάτες. Στις δοκούς, οι αποστάτες τοποθετήθηκαν στους συνδετήρες, ενώ στους οπλισμούς των πλακών τοποθετήθηκαν στο πλέγμα του εφελκυόμενου πέλματος. Μετά την προσθήκη του θλιβόμενου οπλισμού ολοκληρώθηκαν οι εργασίες που περιλαμβάνονται στο πρώτο στάδιο και όλα ήταν έτοιμα για την σκυροδέτηση των δοκιμίων. -71-

89 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Εικόνα 3.23 Τοποθέτηση εφελκυόμενου οπλισμού Εικόνα 3.24 Προσθήκη εγκάρσιου οπλισμού για αποφυγή πρόωρης αστοχίας λόγω διάτρησης Εικόνα 3.25 Τοποθέτηση θλιβόμενου οπλισμού -72-

90 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Σκυροδέτηση (Δεύτερο Στάδιο) Μετά την τοποθέτηση του οπλισμού εντός των ξυλοτύπων, γινόταν η σκυροδέτηση. Για την σκυροδέτηση παραγγέλθηκε, όπως έχει προαναφερθεί, έτοιμο σκυρόδεμα κατηγορίας C16/20, με μέγιστο κόκκο αδρανών 16 mm. Κατά την διάστρωση, το σκυρόδεμα υποβαλλόταν σε δόνηση εσωτερικά με χρήση δονητή και εξωτερικά με κτύπους επί του ξυλότυπου, ώστε να μην επιτραπεί η δημιουργία μηνίσκων νερού κυρίως κάτω από τις ράβδους του θλιβόμενου πέλματος, ή ο εγκλωβισμός αέρα. Επίσης, καταβαλλόταν προσπάθεια ώστε ο δονητής να βυθίζεται κατακόρυφα στο νωπό σκυρόδεμα. Η εξομάλυνση του πάνω πέλματος της πλάκας, έγινε μέσω ξύλινης δοκού. Επίσης όπως προαναφέρθηκε, κατά την διάρκεια της σκυροδέτησης, έγινε λήψη κυβικών και κυλινδρικών δοκιμίων για τον προσδιορισμό της θλιπτικής και εφελκυστικής αντοχής του σκυροδέματος αντίστοιχα. Οι παραπάνω εργασίες απεικονίζονται στις Εικόνες (α) (β) Εικόνα 3.26 (α) Διάστρωση σκυροδέματος (β) Δόνηση σκυροδέματος -73-

91 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία (α) (β) Εικόνα 3.27 (α) Επιφάνειες μετά το πέρας της σκυροδέτησης (β) Εξομάλυνση επιφάνειας Εικόνα 3.28 Επιφάνειες των δοκιμίων μετά την εξομάλυνση Εργασίες που πραγματοποιήθηκαν μετά την σκυροδέτηση Ενίσχυση δοκιμίων (Τρίτο Στάδιο) Εργασίες που πραγματοποιήθηκαν μετά την σκυροδέτηση Μετά την πάροδο δέκα ημερών από την ημέρα της σκυροδέτησης, έγινε η αφαίρεση των ξυλοτύπων από τις εξωτερικές παρειές των δοκιμίων (βλ. και Εικ.3.29). Έως τότε, τα δοκίμια διαβρέχονταν καθημερινά, ώστε να αποφευχθούν φαινόμενα ξήρανσης και να διευκολυνθούν οι διαδικασίες της ενυδάτωσης του σκυροδέματος. Μετά την παρέλευση των δέκα ημερών, η διαβροχή των δοκιμίων γινόταν σε πιο αραιά χρονικά διαστήματα. -74-

92 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Στο σημείο επιβολής του φορτίου, η επιφάνεια του στοιχείου, επιβαλλόταν να είναι επίπεδη, αφενός για να ασκείται ομοιόμορφα το φορτίο και αφετέρου για να προστατεύεται το έμβολο κατά την διάρκεια του πειράματος. Για τον λόγο αυτό, εφαρμόστηκε μια λεπτή στρώση κονιάματος στην επιφάνεια της πλάκας (βλ. και Εικ. 3.30), διαστάσεων 300x300x20 mm 3, εντός του οποίου τοποθετήθηκε χαλύβδινος οπλισμός (δομικό πλέγμα). Εικόνα 3.29 Αφαίρεση ξυλοτύπων από τις εξωτερικές παρειές των δοκιμίων Εικόνα 3.30 Δημιουργία πρόσθετης στρώσης κονιάματος (με αρίθμηση απεικονίζεται η σειρά των εργασιών) Ενίσχυση των πλακών Εικόνα 3.31 Δοκίμιο τύπου πλάκας -75-

93 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Παρακάτω παρουσιάζονται με λεπτομέρειες όλες οι εργασίες που έγιναν προκειμένου να ενισχυθούν τα δοκίμια με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα. Πριν ξεκινήσει η προετοιμασία του υποστρώματος, το στοιχείο τοποθετούταν κατακόρυφα, έτσι ώστε οι απαραίτητες εργασίες για την ενίσχυσή του να πραγματοποιηθούν με ευκολία, ταχύτητα και ασφάλεια. Η ανύψωση γινόταν μέσω ιμάντων και ειδικής ανυψωτικής μηχανής (κρικοπάλαγκο), που τοποθετούταν σε μεταλλικό πλαίσιο. Κατά την διάρκεια της ανύψωσης του στοιχείου, αφαιρούνταν οι υπόλοιποι ξυλότυποι και οι ξύλινες δοκοί επί των οποίων οι ξυλότυποι εδράζονταν. Αμέσως μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας της ανύψωσης του στοιχείου, απομακρυνόταν το υλικό από διογκωμένη πολυστερίνη (φελιζόλ) έτσι ώστε να αποκαλυφθεί το εφελκυόμενο πέλμα του δοκιμίου. Η ενίσχυση εφαρμοζόταν στο εφελκυόμενο πέλμα της πλάκας. Αρχικά γινόταν εξομάλυνση του κάτω πέλματος της πλάκας, με μηχανικό τρόπο (ηλεκτρικό τριβείο) για την απομάκρυνση τυχόν εξογκωμάτων που υπήρχαν και πιθανόν να εμπόδιζαν την επιτυχή εφαρμογή του πλέγματος. Αμέσως μετά γινόταν διαβροχή του υποστρώματος με νερό υπό πίεση. Ακολούθως, γινόταν η κοπή των πλεγμάτων στο επιθυμητό μήκος (1.7 m). Το πλάτος των ινοπλεγμάτων (ανεξάρτητα από τον τύπο) ήταν σταθερό και ίσο με 1.3 m. Έπειτα γινόταν η παρασκευή του κονιάματος μέσω της ανάμιξης νερού με κονία. Η ανάμιξη γινόταν με την χρήση αναμικτήρα χειρός. Για την εφαρμογή μιας στρώσης ενίσχυσης απαιτούνταν οι εξής εργασίες : (1) Επίστρωση κονιάματος με σπάτουλα επί της επιφάνειας του κάτω πέλματος της πλάκας για την επικόλληση του ινοπλέγματος. (2) Τοποθέτηση του πλέγματος, το οποίο ήταν τεντωμένο, έτσι ώστε οι ίνες να είναι επίπεδες. Κατά την τοποθέτηση του πλέγματος, ασκούταν σε αυτό πίεση ώστε το κονίαμα να εισχωρήσει πλήρως και ομοιόμορφα στις βροχίδες βελτιώνοντας με τον τρόπο αυτό τη συνάφεια ινών μήτρας μέσω μηχανικής εμπλοκής. (3) Επικάλυψη του πλέγματος με μια εξωτερική στρώση κονιάματος. Με τον τρόπο αυτό πραγματοποιήθηκε η εφαρμογή μιας στρώσης ενίσχυσης (π.χ. δοκίμιο 1C). Για το δοκίμιο 2C η παραπάνω διαδικασία έγινε δύο φορές ενώ για το δοκίμιο 3G τρεις. Οι παραπάνω εργασίες παρουσιάζονται στις Εικόνες

94 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Εικόνα 3.32 Τοποθέτηση πλακών σε κατακόρυφη θέση Εικόνα 3.33 Εξομάλυνση του υποστρώματος Εικόνα 3.34 Διαβροχή του υποστρώματος -77-

95 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Εικόνα 3.35 Οριοθέτηση της επιφάνειας εφαρμογής της ενίσχυσης Εικόνα 3.36 Παρασκευή κονιάματος Εικόνα 3.37 Επίστρωση κονιάματος -78-

96 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία (α) (β) Εικόνα 3.38 Τοποθέτηση πρώτης στρώσης πλέγματος ασκώντας μικρή πίεση (α) πλέγμα ινών υάλου (β) πλέγμα ινών άνθρακα (α) (β) Εικόνα 3.39 Τοποθέτηση δεύτερης στρώσης πλέγματος (α) πλέγμα ινών άνθρακα (β) πλέγμα ινών υάλου Εικόνα 3.40 Προσθήκη τρίτης στρώσης πλέγματος από ίνες υάλου -79-

97 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Πλάτος Υπερκάλυψης 130 mm Μήκος Υπερκάλυψης 1.3 m Εικόνα 3.41 Υπερκάλυψη του πλέγματος στα άκρα (Δοκίμιο 1C) 1C 2C 3G Εικόνα 3.42 Tέλος φάσης ενίσχυσης -80-

98 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία 3.5 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Παρακάτω παρουσιάζονται λεπτομέρειες που αφορούν την πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να διερευνηθεί η συμπεριφορά πλακών, ενισχυμένων με ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας. Η δοκιμή έγινε υπό ελεγχόμενη μετακίνηση, σταδιακά αυξανόμενη έως την αστοχία των δοκιμίων. Η αστοχία των δοκιμίων θεωρείται πως λαμβάνει χώρα μόλις η φέρουσα ικανότητά τους μειωθεί δραματικά. Η επιβολή της μετακίνησης γινόταν στο κέντρο του στοιχείου, σε περιοχή διαστάσεων 250x250 mm 2, μέσω υδραυλικού εμβόλου ΜTS, ικανότητας φόρτισης 500 kn, το οποίο ήταν συνδεδεμένο με άκαμπτο πλαίσιο (βλ. και Εικ. 3.43). Τονίζεται στο σημείο αυτό πως λαμβανόταν μέριμνα ώστε ο κατακόρυφος άξονας του εμβόλου να διέρχεται από το κέντρο των δοκιμίων (βλ. και Εικ. 3.46). Ο ρυθμός επιβολής της φόρτισης ήταν ένα χιλιοστό ανά λεπτό (1 mm/min). Μεταξύ του εμβόλου και της πρόσθετης στρώσης κονιάματος (διαστάσεων 300x300x20 mm 3 ) που τοποθετήθηκε αμέσως μετά την σκυροδέτηση, παρεμβλήθηκε μεταλλικό έλασμα διαστάσεων 250x250x20 mm 2. Τα δοκίμια ήταν απλά εδραζόμενα στις τέσσερις γωνίες τους. Εδράζονταν επί μεταλλικών δοκών διατομής HEB 260. Για να εξασφαλισθεί η ελεύθερη στροφή των στοιχείων στην περιοχή των στηρίξεων (συνθήκες άρθρωσης), μεταξύ αυτών και των μεταλλικών δοκών διατομής HEB 260, επί των οποίων εδράζονταν, είχαν τοποθετηθεί μηχανικές αρθρώσεις. Για να αποτραπεί η ολίσθηση μεταξύ του δοκιμίου και των αρθρώσεων, επικολλήθηκαν στην επιφάνεια του δοκιμίου και γύρω από την περιοχή των στηρίξεων μέσω εποξειδικής ρητίνης, μεταλλικά ελάσματα 3 διαστάσεων 200x200x20 mm. Η πειραματική διάταξη απεικονίζεται στην Εικόνα Για την μέτρηση της βύθισης των δοκιμίων, προσαρμόστηκαν στο εφελκυόμενο πέλμα τους μεταλλικές ράβδοι (ντίζες), οι οποίες συνδέονταν με τους αισθητήρες μεταβλητής αντίστασης. Μέσω αυτών, γινόταν η μέτρηση της βύθισης του στοιχείου κάθε χρονική στιγμή. Οι αισθητήρες μεταβλητής αντίστασης είχαν διαταχθεί ως εξής : συνολικά επτά είχαν τοποθετηθεί στο εφελκυόμενο πέλμα της πλάκας, ενώ ένας είχε προσαρμοστεί στο θλιβόμενο πέλμα της, ακριβώς δίπλα από την περιοχή που επιβαλλόταν η μετακίνηση. Όσον αφορά τους υπόλοιπους επτά αισθητήρες αυτοί, είχαν τοποθετηθεί στο εφελκυόμενο πέλμα σε σχήμα σταυρού, διατάσσονταν ανά

99 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία mm, τέσσερις στην μια διεύθυνση, δύο στην άλλη και ένας στο κέντρο του δοκιμίου, όπως φαίνεται στην Εικόνα Η επιβαλλόμενη μετακίνηση, η δύναμη που αντιστοιχούσε σε αυτήν, οι μετρήσεις από τους αισθητήρες μετατόπισης και από τα ηλεκτρικά μηκυνσιόμετρα, καταγράφονταν μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή κατά την διάρκεια του πειράματος. Έμβολο Αρθρώσεις Άκαμπτο Πλαίσιο 2.5 m 580 mm 260 mm HEB260 Εικόνα 3.43 Πειραματική Διάταξη Στρώση Κονιάματος Μεταλλικό Έλασμα (α) (β) Εικόνα 3.44 (α) Επιβολή φορτίου στο δοκίμιο (β) Στήριξη δοκιμίων -82-

100 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία 200 mm (α) Εικόνα 3.45 Αισθητήρες μεταβλητής αντίστασης (α) στο εφελκυόμενο πέλμα της (β) πλάκας (β) στο θλιβόμενο πέλμα -83-

101 Κεφάλαιο 3 : Πειραματική Διαδικασία Εικόνα 3.46 Ο άξονας του εμβόλου διέρχεται από το κέντρο των δοκιμίων Σχήμα 3.6 Θέσεις αισθητήρων μετατόπισης, που τοποθετούνταν στο κάτω πέλμα της πλάκας 3 SG3 2 SG2 SG4 4 SG1 1 Σχήμα 3.7 Θέσεις ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων που επικολλήθηκαν επί των εφελκυόμενων χαλύβδινων ράβδων οπλισμού -84-

102 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τα πειράματα που διεξήχθησαν σε όλα τα δοκίμια. Υπενθυμίζεται πως για τις ανάγκες του πειράματος κατασκευάστηκαν συνολικά τέσσερα δοκίμια, εκ των οποίων τα τρία ενισχύθηκαν μέσω ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα, ενώ αυτό που δεν ενισχύθηκε χρησιμοποιήθηκε ως το δοκίμιο αναφοράς για τα υπόλοιπα. Τα εναπομείναντα τρία δοκίμια ενισχύθηκαν με πλέγματα συνεχών ινών από άνθρακα και ύαλο. Παράμετροι διερεύνησης ήταν ο αριθμός των στρώσεων της ενίσχυσης (για πλέγματα με ίνες άνθρακα) και ο τύπος των ινών από τις οποίες συντίθεντο τα πλέγματα καθώς διερευνήθηκε η συμπεριφορά της ενίσχυσης με ινοπλέγματα από ύαλο, ισοδύναμης δυστένειας με ινοπλέγματα συνεχών ινών από άνθρακα. Το παρόν κεφάλαιο χωρίζεται σε τρεις βασικές ενότητες. Η πρώτη ενότητα αποτελείται από τέσσερις υποενότητες, στις οποίες παρουσιάζεται η συμπεριφορά του κάθε ενισχυμένου δοκιμίου χωριστά, τα διαγράμματα φορτίου βύθισης στο κέντρο των στοιχείων τύπου πλάκας, καθώς επίσης και τα διαγράμματα φορτίου παραμόρφωσης του διαμήκους οπλισμού, ε s, που μετρήθηκε μέσω των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων επικολλημένων επί των χαλύβδινων ράβδων οπλισμού που βρίσκονταν γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης. Στην δεύτερη ενότητα, γίνεται σύγκριση της απόκρισης των δοκιμίων. Για τον λόγο αυτό παρουσιάζονται συγκεντρωτικά διαγράμματα και πίνακες. Παράλληλα μελετάται η επίδραση του αριθμού των στρώσεων της ενίσχυσης και του είδους των ινών από τις οποίες το πλέγμα αποτελείται. Επίσης, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από τις καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων, με αυτά που προκύπτουν από το διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο των δοκιμίων τύπου πλάκας. Επιπρόσθετα, γίνεται σύγκριση της μορφής ρηγμάτωσης των δοκιμίων. Τέλος, στην τρίτη και τελευταία ενότητα, συνοψίζονται τα συμπεράσματα της έρευνας που διεξήχθη. -85-

103 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα 4.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Όπως έχει προαναφερθεί, τα δοκίμια συνολικά ήταν τέσσερα, εκ των οποίων τα δύο ενισχύθηκαν με μία και δύο στρώσεις ινοπλεγμάτων από άνθρακα σε ανόργανη μήτρα, αντίστοιχα, το τρίτο με τρεις στρώσεις ινοπλεγμάτων από ύαλο σε ανόργανη μήτρα, ενώ ένα δοκίμιο δεν ενισχύθηκε προκειμένου να χρησιμοποιηθεί ως αναφορά για την σύγκριση της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης των υπολοίπων δοκιμίων. Παρακάτω παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για κάθε δοκίμιο ξεχωριστά Περιγραφή συμπεριφοράς δοκιμίου CON (δοκίμιο ελέγχου) Παρακάτω περιγράφεται η συμπεριφορά του δοκιμίου αναφοράς, με βάση την καμπύλη φορτίου βύθισης (Σχήμα 4.1). Η μέτρηση της βύθισης γίνεται μέσω του αισθητήρα μετατόπισης που έχει τοποθετηθεί στο κέντρο του δοκιμίου, στο εφελκυόμενο πέλμα της πλάκας. Αρχικά, η καμπύλη φορτίου βύθισης του δοκιμίου είναι γραμμική, μέχρι να συμβεί η πρώτη ρηγμάτωση. Στο σημείο εκείνο η κλίση της καμπύλης μειώνεται, υποδηλώνοντας την μείωση της δυσκαμψίας του δοκιμίου. Όπως απεικονίζεται και στο Σχήμα 4.1, η πρώτη ρηγμάτωση εμφανίζεται σε βύθιση ίση με mm, όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn. Μετά την πρώτη ρηγμάτωση, η κλίση του διαγράμματος μειώνεται ελάχιστα, μέχρι να εμφανιστεί ρηγμάτωση και στην άλλη διεύθυνση. Τονίζεται πως η διεύθυνση στην οποία εμφανίζεται η ρηγμάτωση δεν μπορεί να βρεθεί από το συγκεκριμένο διάγραμμα. Η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση συμβαίνει όταν το καταγραφόμενο φορτίο γίνεται ίσο με kn, σε βύθιση στο κέντρο του δοκιμίου ίση με 1.96 mm. Ακολούθως, η δυσκαμψία του δοκιμίου μειώνεται αισθητά, ενώ το φορτίο αυξάνεται γραμμικά, μέχρι την στιγμή που διαρρέει ο οπλισμός (δομικό πλέγμα). Την στιγμή που συμβαίνει η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού στην κρίσιμη θέση, δηλαδή ακριβώς κάτω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης, η δυσκαμψία του στοιχείου μειώνεται περαιτέρω και λαμβάνει χώρα ανακατανομή της έντασης, μέσω των ράβδων που βρίσκονται στις λιγότερο κρίσιμες γειτονικές θέσεις. Η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού συμβαίνει όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn, ενώ η βύθιση στο κέντρο του δοκιμίου ισούται με 8.55 mm. Το σημείο διαρροής είναι το πρώτο σημείο του διαγράμματος φορτίου βύθισης, όπου η εφαπτομένη του, -86-

104 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα αποκλίνει για πρώτη φορά από την εφαπτομενική δυσκαμψία του ρηγματωμένου δοκιμίου. Αμέσως μετά, το φορτίο συνεχίζει να αυξάνεται γραμμικά, με μειωμένη κλίση, που υποδηλώνει την μείωση της δυσκαμψίας, μέχρι να διαρρεύσει ο οπλισμός στην άλλη διεύθυνση. Η διαρροή του οπλισμού στην άλλη διεύθυνση γίνεται σε καταγραφόμενο φορτίο ίσο με kn, όταν η βύθιση του στοιχείου είναι ίση με mm. Το σημείο του διαγράμματος που αντιστοιχεί στην διαρροή του οπλισμού της άλλης διεύθυνσης προσδιορίζεται με τον ίδιο τρόπο. Από το σημείο εκείνο και μετά η δυσκαμψία του δοκιμίου μειώνεται περαιτέρω, ενώ το καταγραφόμενο φορτίο σταθεροποιείται μόλις η βύθιση στο κέντρο του δοκιμίου ξεπεράσει τα 26 mm. Το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn, όταν η βύθιση ισούται με mm. Το σημείο του διαγράμματος που αντιστοιχεί στο μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο αποτελεί παράλληλα και το σημείο έναρξης της αστοχίας. Το δοκίμιο τελικά αστοχεί λόγω διάτρησης, παρουσιάζοντας κατακόρυφη πτώση του φορτίου όταν η βύθιση είναι ίση με mm kn Διάγραμμα Φορτίου - Βύθισης CON Φορτίο (ΚΝ) mm Βύθιση στο κέντρο της πλάκας (mm) Σχήμα 4.1 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου CΟΝ Στο Σχήμα 4.2 απεικονίζεται η μεταβολή της παραμόρφωσης του χάλυβα, ε s, συναρτήσει του φορτίου. Η παραμόρφωση του χάλυβα προσδιορίζεται μέσω των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων που έχουν επικολληθεί επί των ράβδων οπλισμού γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης. -87-

105 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Τα αποτελέσματα που προκύπτουν παρουσιάζουν αποκλίσεις από τα αντίστοιχα που προέκυψαν από το διάγραμμα φορτίου βύθισης. Γενικά, μέχρι να εμφανιστεί η πρώτη ρηγμάτωση, η παραμόρφωση του χάλυβα είναι σχεδόν μηδενική, ενώ μετά την ρηγμάτωση του δοκιμίου, ο χάλυβας ενεργοποιείται. Από τις καταγραφές του μηκυνσιομέτρου που έχει επικολληθεί επί μεταλλικής ράβδου παράλληλης στην πλευρά 1 (SG1), προκύπτει πως η εμφάνιση της πρώτης ρηγμάτωσης συμβαίνει όταν το φορτίο ήταν ίσο με kn. Οι καταγραφές του συγκεκριμένου μηκυνσιομέτρου όμως από το σημείο αυτό και μετά δεν θεωρούνται αξιόπιστες. Από τις καταγραφές των υπολοίπων μηκυνσιομέτρων προκύπτει πως η πρώτη ρηγμάτωση έγινε σε μικρότερο φορτίο από αυτό που προκύπτει από το διάγραμμα φορτίου βύθισης. Πιο συγκεκριμένα από τις καταγραφές των υπολοίπων ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων προκύπτει πως η πρώτη ρηγμάτωση εμφανίστηκε σε φορτίο ίσο με kn, στην ράβδο που είναι κάθετη στην πλευρά 2. Το φορτίο κατά το οποίο διαρρέει ο χαλύβδινος οπλισμός προσδιορίζεται ως το σημείο εκείνο που αντιστοιχεί σε παραμόρφωση των ράβδων οπλισμού ίση με 0.49 (τόση είναι η παραμόρφωση του χάλυβα κατά την διαρροή του πλέγματος που προσδιορίστηκε μέσω δοκιμών). Η διαρροή του οπλισμού συμβαίνει σε φορτίο ίσο με kn, στην ράβδο που είναι τοποθετημένη παράλληλα στην πλευρά 2, γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης. Ακολούθως διαρρέει η ράβδος που είναι τοποθετημένη παράλληλα στην πλευρά 3 (στην άλλη διεύθυνση δηλαδή), σε φορτίο ίσο με kn Διάγραμμα Φορτίου - Παραμόρφωσης του χάλυβα SG1 SG2 SG3 SG4 Φορτίο (kn) ,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 Παραμόρφωση του χάλυβα ε s Σχήμα 4.2 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο CΟΝ (SGΧ : ηλεκτρικό μηκυνσιόμετρο τοποθετημένο σε ράβδο παράλληλη στην πλευρά Χ, όπου Χ = 1,2,3,4) -88-

106 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Πίνακας 4.1 Συμπεριφορά του δοκιμίου CON Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση 1-3) Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση 1-3) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 2-4) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 1-3) Μέγιστο Καταγραφόμενο Φορτίο Διάγραμμα Φορτίου Παραμόρφωσης του χάλυβα ε Διάγραμμα Φορτίου Βύθισης στο κέντρο του στοιχείου s Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Βύθιση (mm) Παρακάτω περιγράφεται η μορφή της ρηγμάτωσης του δοκιμίου CON. Αρχικά, δημιουργούνται ρωγμές γύρω από το σημείο επιβολής της φόρτισης, στο εφελκυόμενο πέλμα, που επεκτείνονται σταδιακά στα άκρα του δοκιμίου. Επίσης, αναπτύσσονται διαγώνιες ρωγμές με φορά από το σημείο επιβολής της φόρτισης προς τις στηρίξεις. Όσο η επιβαλλόμενη μετακίνηση αυξάνεται, η ρηγμάτωση γίνεται ολοένα και πιο έντονη. Κοντά στην περιοχή επιβολής της φόρτισης, δημιουργείται ισχυρή συγκέντρωση τάσεων από κάμψη και διάτμηση, με συνέπεια την εμφάνιση λοξής επιφάνειας θραύσης κατά την αστοχία (κώνος διάτρησης). Παράλληλα, στις περιμετρικές δοκούς εμφανίζονται ρωγμές λόγω κάμψης και στρέψης. Οι καμπτικές ρωγμές δημιουργούνται περίπου στο μέσο των δοκών, ενώ οι ρωγμές λόγω στρέψης εμφανίζονται κοντά στην περιοχή των στηρίξεων του δοκιμίου. Τα παραπάνω απεικονίζονται στις Εικόνες , ενώ στα Σχήματα 4.3 και 4.4, παρουσιάζεται η μεταβολή των βυθίσεων κατά μήκους του μέσου του δοκιμίου στις δύο διευθύνσεις. Εικόνα 4.1 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου CΟΝ (σημείο επιβολής φόρτισης) -89-

107 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Εικόνα 4.2 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου CΟΝ Εικόνα 4.3 Ρηγμάτωση εφελκυόμενου πέλματος δοκιμίου CΟΝ Εικόνα 4.4 Ρηγμάτωση δοκιμίου CΟΝ στην περιοχή των στηρίξεων -90-

108 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Ρωγμές Εικόνα 4.5 Ρηγμάτωση άνω πέλματος δοκιμίου CΟΝ Εικόνα 4.6 Κώνος διάτρησης δοκιμίου CΟΝ Εικόνα 4.7 Κώνος διάτρησης δοκιμίου CΟΝ -91-

109 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Εικόνα 4.8 Κώνος διάτρησης δοκιμίου CΟΝ Ρωγμές λόγω στρέψης Καμπτικές Ρωγμές Εικόνα 4.9 Ρηγμάτωση περιμετρικών δοκών δοκιμίου CΟΝ -92-

110 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ 0 Βύθιση (mm) Ρ = 50 kn Ρ = 75 kn Ρ = 100 kn Ρ = 125 kn Ρ = 150 kn Ρ = 175 kn Ρ = 200 kn Ρ = 208 kn Αστοχία 3 1 y 4 x Απόσταση από το κέντρο της πλάκας (mm) Σχήμα 4.3 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου CΟΝ 0 Μεταβολή βύθισης κατα μήκος της διέυθυνσης y Βύθιση (mm) Ρ = 50 kn Ρ = 75 kn Ρ = 100 kn Ρ = 125 kn Ρ = 150 kn Ρ = 175 kn Ρ = 200 kn Ρ = 208 kn Αστοχία 3 y x Απόσταση από κέντρο της πλάκας (mm) Σχήμα 4.4 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου CΟΝ -93-

111 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Περιγραφή συμπεριφοράς δοκιμίου 2C Παρακάτω περιγράφεται η συμπεριφορά του δοκιμίου 2C, με βάση την καμπύλη φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου (Σχήμα 4.5). Η μέτρηση της βύθισης λαμβάνεται από τον αισθητήρα μετατόπισης που έχει τοποθετηθεί στο κέντρο του εφελκυόμενου πέλματος του δοκιμίου. Αρχικά το δοκίμιο συμπεριφέρεται ελαστικά, μέχρι να συμβεί η πρώτη ρηγμάτωση. Τότε η δυσκαμψία του στοιχείου μειώνεται ελάχιστα (μείωση κλίσης καμπύλης φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας). Η πρώτη ρηγμάτωση συμβαίνει όταν το καταγραφόμενο φορτίο γίνεται ίσο με kn, ενώ η βύθιση του στοιχείου είναι ίση με mm (βλ. και Σχήμα 4.5). Στην συνέχεια, το φορτίο αυξάνεται γραμμικά, μέχρι την στιγμή που εμφανίζεται ρηγμάτωση και στην άλλη διεύθυνση, όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn. Η βύθιση που αντιστοιχεί σε αυτό το φορτίο είναι ίση με 1.48 mm. Η διεύθυνση κατά την οποία συμβαίνει η ρηγμάτωση, δεν μπορεί να διαπιστωθεί από το Σχήμα 4.5. Η διαφορά που παρουσιάζεται μεταξύ της πρώτης ρηγμάτωσης στις δύο διευθύνσεις, οφείλεται στην ενεργοποίηση των ινών, που καθυστερούν την εμφάνισή της στην άλλη διεύθυνση. Από το σημείο εκείνο και μετά, παρατηρείται εμφανής μείωση της δυσκαμψίας του δοκιμίου, αφού η πλάκα έχει ρηγματωθεί και στις δύο διευθύνσεις. Μετά την ρηγμάτωση του στοιχείου και στις δύο διευθύνσεις, το φορτίο αυξάνεται γραμμικά ως την στιγμή που διαρρέει ο χαλύβδινος οπλισμός. Το σημείο της καμπύλης που αντιστοιχεί στην διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού ορίζεται ως εκείνο το σημείο, που η εφαπτομένη του διαγράμματος φορτίου βύθισης στο κέντρο του στοιχείου αποκλίνει πρώτη φορά από την εφαπτομενική δυσκαμψία του ρηγματωμένου δοκιμίου. Η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού που έχει τοποθετηθεί στην περιοχή επιβολής της φόρτισης (κρίσιμη περιοχή), συμβαίνει όταν το φορτίο γίνεται ίσο με kn, ενώ η βύθιση του στοιχείου είναι ίση με 12.4 mm. Αμέσως μετά την διαρροή του οπλισμού στην κρίσιμη περιοχή, η κλίση του διαγράμματος φθίνει περαιτέρω, υποδηλώνοντας την μείωση της δυσκαμψίας του στοιχείου (βλ. και σχήμα 4.5). Το φορτίο συνεχίζει να αυξάνεται μέχρι να μειωθεί ξανά η κλίση του διαγράμματος. Τότε διαρρέει ο οπλισμός, γύρω από το σημείο επιβολής του φορτίου, στην άλλη διεύθυνση, λόγω ανακατανομής της έντασης που συμβαίνει μετά την πρώτη διαρροή. Το σημείο της καμπύλης που αντιστοιχεί στην διαρροή του οπλισμού -94-

112 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα στην άλλη διεύθυνση, προσδιορίζεται με τον ίδιο τρόπο. Η διαρροή του οπλισμού, συμβαίνει σε φορτίο kn, που αντιστοιχεί σε βύθιση ίση με mm. Έπειτα γίνεται ξανά ανακατανομή της έντασης, μέσω των ράβδων οπλισμού που υπάρχουν στις λιγότερο κρίσιμες γειτονικές θέσεις και των ινών, οι οποίες έχουν ενεργοποιηθεί από την στιγμή της εμφάνισης της πρώτης ρηγμάτωσης. Παράλληλα, οι καμπτικές ρωγμές συνεχίζουν να αναπτύσσονται, μέχρι την στιγμή που το φορτίο μεγιστοποιείται. Στο σημείο εκείνο, το δοκίμιο αστόχησε απότομα λόγω διάτρησης, παρουσιάζοντας κάθετη πτώση της φέρουσας ικανότητάς του (ψαθυρή αστοχία), σε βύθιση ίση με mm. Το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn, ενώ στο φορτίο αυτό αντιστοιχεί βύθιση mm, στο κέντρο της πλάκας. Τα παραπάνω απεικονίζονται στο Σχήμα 4.5. Το πείραμα διακόπηκε λίγο μετά την αστοχία του στοιχείου λόγω διάτρησης. Στο Σχήμα 4.5 φαίνεται πως μετά την αστοχία, το στοιχείο μπορούσε να φέρει δύναμη της τάξης των 92 kn. Συνεπώς μπορεί να θεωρηθεί πως αυτή είναι η συνεισφορά των ινών στην φέρουσα ικανότητα του στοιχείου. 350 Διάγραμμα Φορτίου - Βύθισης Δοκίμιο 2C Φορτίο (ΚΝ) Βύθιση στο κέντρο της πλάκας (mm) Σχήμα 4.5 Διάγραμμα φορτίου βύθισης του δοκιμίου 2C Στο Σχήμα 4.6 απεικονίζεται το διάγραμμα μεταβολής του φορτίου συναρτήσει της παραμόρφωσης, ε s, του διαμήκους οπλισμού (δομικό πλέγμα), η οποία μετρήθηκε μέσω ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων. -95-

113 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Τα συμπεράσματα που προκύπτουν για την συμπεριφορά του δοκιμίου είναι παρόμοια, με αυτά που εξάγονται από το διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας. Σύμφωνα με το διάγραμμα που παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.6, επιβεβαιώνεται το γεγονός πως η πρώτη ρηγμάτωση συνέβη πρώτα στην μια διεύθυνση και μετά στην άλλη. Πιο συγκεκριμένα, η πρώτη ρηγμάτωση εμφανίστηκε κάθετα στην διεύθυνση των πλευρών 1,3. Τότε ενεργοποιούνται ο χάλυβας και οι ίνες που είναι τοποθετημένα παράλληλα στις παραπάνω πλευρές, με αποτέλεσμα η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση να εμφανιστεί σε μεγαλύτερο φορτίο. Σύμφωνα λοιπόν με το Σχήμα 4.6, η πρώτη ρηγμάτωση εμφανίζεται σε φορτίο ίσο με 57.3 kn, ενώ η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση εμφανίζεται όταν το φορτίο γίνεται ίσο με 82.3 kn. Οι παραπάνω τιμές δεν διαφέρουν πολύ από αυτές που προκύπτουν από το διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας. Η παραμόρφωση του χάλυβα μέχρι την στιγμή της πρώτης ρηγμάτωσης είναι σχεδόν μηδενική, ενώ μετά είναι εμφανής η ενεργοποίηση των ράβδων του χαλύβδινου οπλισμού. Τα ηλεκτρικά μηκυνσιόμετρα που είχαν επικολληθεί σε ράβδους παράλληλες στις πλευρές 1 και 2 (SG1 & SG2), από μια τιμή της παραμόρφωσης του χάλυβα (γύρω από το 2 ) και μετά, δεν δίνουν αξιόπιστες μετρήσεις, (ειδικά το SG2). Αντίθετα, οι καταγραφές από τα υπόλοιπα μηκυνσιόμετρα, θεωρούνται αξιόπιστες. Πιο συγκεκριμένα, η διαρροή του οπλισμού από χάλυβα στη διεύθυνση 3, όπως προκύπτει από το διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα (ε s ), συμβαίνει όταν το φορτίο γίνει ίσο με 250 kn, ενώ ο οπλισμός στην διεύθυνση 4, διαρρέει όταν το φορτίο γίνει ίσο με kn. Η τιμή του φορτίου διαρροής ισούται με την τιμή του φορτίου που αντιστοιχεί σε παραμόρφωση του χάλυβα ίση με 0.49% περίπου (τόση είναι η παραμόρφωση του χάλυβα κατά την διαρροή του πλέγματος που προσδιορίστηκε μέσω δοκιμών). Η ρηγμάτωση του δοκιμίου κατά την διάρκεια του πειράματος έχει την αναμενόμενη μορφή, σύμφωνα με την θεωρία των γραμμών διαρροής, τόσο στο εφελκυόμενο όσο και στο θλιβόμενο πέλμα. Αρχικά, καμπτικές ρωγμές δημιουργούνται γύρω από την περιοχή που το φορτίο ασκούταν. Αυτές με την σειρά τους και όσο το φορτίο αυξάνεται, εξαπλώνονται προς τα άκρα του στοιχείου και στις δύο διευθύνσεις, ενώ παράλληλα δημιουργούνται και διαγώνιες ρωγμές με φορά από το κέντρο της πλάκας προς τις στηρίξεις. Γίνεται δηλαδή συνεχής ανακατανομή της έντασης, μέχρι το στοιχείο να γίνει μηχανισμός και να αστοχήσει. Στις Εικόνες

114 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα 4.14 απεικονίζεται η ρηγμάτωση του δοκιμίου μετά την αστοχία. Επιπρόσθετα, δημιουργείται κατά την αστοχία, λόγω ισχυρής συγκέντρωσης τάσεων από κάμψη και διάτμηση γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης, λοξή επιφάνεια θραύσης (κώνος διάτρησης) Διάγραμμα φορτίου - παραμόρφωσης χάλυβα SG1 SG2 SG3 SG4 250 Φορτίο (kn) ,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 Παραμόρφωση Χάλυβα ε s Σχήμα 4.6 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο 2C (SGΧ : ηλεκτρικό μηκυνσιόμετρο τοποθετημένο σε ράβδο παράλληλη στην πλευρά Χ, όπου Χ = 1,2,3,4) Παράλληλα, λόγω του τρόπου με τον οποίο τα δοκίμια είναι εδραζόμενα, αναπτύσσονται στα άκρα των δοκών ρωγμές λόγω στρέψης, ενώ στο μέσον τους δημιουργούνται καμπτικές ρωγμές, όπως φαίνεται στην Εικόνα Υπενθυμίζεται, πως οι περιμετρικές δοκοί είναι υπερδιαστασιολογημένες έναντι κάμψης και διάτμησης, ώστε να προηγηθεί η αστοχία των πλακών. Στα Σχήματα 4.3 και 4.4 απεικονίζεται η μεταβολή των βυθίσεων κατά μήκος του μέσου των στοιχείων, στις δύο διευθύνσεις. Εικόνα 4.10 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου 2C (σημείο επιβολής φόρτισης) -97-

115 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Εικόνα 4.11 Ρηγμάτωση εφελκυόμενου πέλματος δοκιμίου 2C κατά την αστοχία Εικόνα 4.12 Αποκάλυψη ινοπλέγματος δοκιμίου 2C, κατά την αστοχία Ρωγμές Εικόνα 4.13 Ρηγμάτωση άνω πέλματος δοκιμίου 2C κατά την αστοχία -98-

116 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Εικόνα 4.14 Περίμετρος του κώνου διάτρησης στο εφελκυόμενο πέλμα Πίνακας 4.2 Συμπεριφορά του δοκιμίου 2C Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση 2-4) Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση 1-3) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 3) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 4) Μέγιστο Καταγραφόμενο Φορτίο Διάγραμμα Φορτίου Παραμόρφωσης του χάλυβα ε Διάγραμμα Φορτίου Βύθισης στο κέντρο του στοιχείου s Φορτί ο (kn) Φορτί ο (kn) Βύθισ η (mm) Καμπτικές Ρωγμές Ρωγμές λόγω Στρέψης Εικόνα 4.15 Ρηγμάτωση δοκών δοκιμίου 2C -99-

117 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα 0 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ 5 Βύθιση δοκιμίου (mm) Απόσταση από κέντρο πλάκας (mm) 2 P = 64 (kn) P = 128 (kn) P = 192 (kn) P = 256 (kn) P = 280 (kn) P = 310 (kn) P = 320 (kn) 3 y 4 x 1 Σχήμα 4.7 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου 2C 0 Μεταβολή βυθίσεων κατά την διέυθυνση y Βύθιση (mm) P= 64 (kn) P = 128 (kn) P = 192 (kn) P = 256(kN) P = 280 (kn) P = 310 (kn) P = 320 (kn) 3 y 4 x Απόσταση από κέντρο πλάκας (mm) Σχήμα 4.8 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου 2C -100-

118 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Συμπεριφορά δοκιμίου 1C Παρακάτω περιγράφεται η συμπεριφορά του δοκιμίου 1C, με βάση την καμπύλη φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου (Σχήμα 4.9). Η μέτρηση της βύθισης λαμβάνεται από τον αισθητήρα μετατόπισης που έχει τοποθετηθεί στο κέντρο του εφελκυόμενου πέλματος του δοκιμίου. Όπως φαίνεται στο διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας (Σχήμα 4.9), αρχικά το δοκίμιο συμπεριφέρεται ελαστικά, μέχρι να συμβεί η πρώτη ρηγμάτωση. Μετά την εμφάνιση της πρώτης ρηγμάτωσης, η δυσκαμψία του στοιχείου μειώνεται ελάχιστα (μείωση κλίσης καμπύλης φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας). Η πρώτη ρηγμάτωση εμφανίζεται όταν το καταγραφόμενο φορτίο ισούται με kn, ενώ η βύθιση του στοιχείου είναι ίση με mm (βλ. και Σχήμα 4.9). Στην συνέχεια, το φορτίο αυξάνεται γραμμικά, μέχρι την στιγμή που εμφανίζεται ρηγμάτωση και στην άλλη διεύθυνση, όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn. Η βύθιση που αντιστοιχεί σε αυτό το φορτίο είναι ίση με 1.17 mm. Η διαφορά που παρουσιάζεται μεταξύ της πρώτης ρηγμάτωσης στις δύο διευθύνσεις, οφείλεται στην ενεργοποίηση των ινών, που καθυστερούν την εμφάνισή της στην άλλη διεύθυνση. Από το σημείο εκείνο και μετά, παρατηρείται εμφανής μείωση της δυσκαμψίας του δοκιμίου, αφού η πλάκα έχει ρηγματωθεί και στις δύο διευθύνσεις. Ακολούθως, το φορτίο αυξάνεται γραμμικά, μέχρι την διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού, κατά την οποία παρατηρείται αλλαγή της κλίσης του διαγράμματος φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου. Η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού, όπως προκύπτει από το διάγραμμα φορτίου βύθισης, συμβαίνει σε φορτίο ίσο με kn, το οποίο αντιστοιχεί σε βύθιση mm. Το σημείο της καμπύλης που αντιστοιχεί στην διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού ορίζεται ως εκείνο το σημείο, που η εφαπτομένη του διαγράμματος φορτίου βύθισης στο κέντρο του στοιχείου αποκλίνει πρώτη φορά από την εφαπτομενική δυσκαμψία του ρηγματωμένου δοκιμίου. Μετά την διαρροή του οπλισμού γίνεται ανακατανομή της έντασης, μεταξύ των ράβδων οπλισμού στις λιγότερο κρίσιμες γειτονικές περιοχές και στις στρώσεις της ενίσχυσης, ενώ η δυσκαμψία του δοκιμίου ελαττώνεται. Στην συνέχεια το φορτίο συνεχίζει να αυξάνεται, αλλά η δυσκαμψία του δοκιμίου είναι μειωμένη. Όταν το καταγραφόμενο φορτίο γίνεται ίσο με kn, διαρρέει ο οπλισμός που έχει τοποθετηθεί γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης, στην άλλη διεύθυνση. Η -101-

119 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα βύθιση που αντιστοιχεί στο παραπάνω φορτίο είναι ίση με mm. Ακολούθως, συνεχίζεται η ανακατανομή της έντασης μέσω των ράβδων που είναι τοποθετημένες στις λιγότερο κρίσιμες γειτονικές περιοχές και της ενίσχυσης. Αυτό φαίνεται στο διάγραμμα φορτίου βύθισης, αφού από μια τιμή της βύθισης και μετά παρατηρούνται μικρές αυξομειώσεις του φορτίου (όταν η βύθιση υπερβαίνει τα 21 mm). Στην συνέχεια, το καταγραφόμενο φορτίο πρακτικά σταθεροποιείται. Το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn, όταν η βύθιση ισούται με mm. Το δοκίμιο τελικά αστόχησε λόγω διάτρησης, παρουσιάζοντας κατακόρυφη πτώση του φορτίου, όταν η βύθιση στο κέντρο του στοιχείου είναι ίση με mm. 300 Διάγραμμα Φορτίου - βύθισης 1C 250 Φορτίο (kn) Βύθιση στο κέντρο της πλάκας (mm) Σχήμα 4.9 Διάγραμμα φορτίου βύθισης του δοκιμίου 1C Στο Σχήμα 4.10 απεικονίζεται η μεταβολή της παραμόρφωσης του χάλυβα συναρτήσει του φορτίου. Σε γενικές γραμμές παρατηρούνται διαφοροποιήσεις των αποτελεσμάτων συγκριτικά με αυτά που προκύπτουν από το διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο των δοκιμίων. Μέχρι να εμφανιστεί η πρώτη ρηγμάτωση, η παραμόρφωση του χάλυβα είναι σχεδόν μηδενική, ενώ μετά την εμφάνισή της, ο χάλυβας ενεργοποιείται και συνεισφέρει στην ανάληψη των φορτίων. Η πρώτη ρηγμάτωση εμφανίζεται σε φορτίο ίσο με kn, σύμφωνα με τις καταγραφές που ελήφθησαν μέσω του ηλεκτρικού μηκυνσιομέτρου SG3-102-

120 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα (μηκυνσιόμετρο επικολλημένο στην ράβδο οπλισμού που έχει τοποθετηθεί παράλληλα στην πλευρά 3, στην περιοχή επιβολής της φόρτισης). Παρόλα αυτά οι τιμές της παραμόρφωσης του χάλυβα που έχουν καταγραφεί μέσω του συγκεκριμένου μηκυνσιομέτρου δεν θεωρούνται αξιόπιστες από το σημείο εμφάνισης της πρώτης ρηγμάτωσης και μετά. Το ίδιο συμβαίνει και με το ηλεκτρικό μηκυνσιόμετρο SG2. Αντίθετα οι καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων που είχαν επικολληθεί επί ράβδων τοποθετούμενων παράλληλα στις πλευρές 1 και 4 (SG1 & SG4 αντίστοιχα), θεωρούνται αξιόπιστες για την αποτίμηση της συμπεριφοράς του χαλύβδινου οπλισμού. Από τις καταγραφές του μηκυνσιομέτρου SG4, προκύπτει πως η πρώτη ρηγμάτωση, εμφανίζεται σε φορτίο ίσο με kn, δηλαδή συμβαίνει κάθετα στις ράβδους που είναι τοποθετημένες παράλληλα στις πλευρές 2 και 4. Επίσης από τις καταγραφές του ηλεκτρικού μηκυνσιομέτρου SG1, προκύπτει πως η ρηγμάτωση κάθετα στην διεύθυνση 1-3 συμβαίνει σε φορτίο ίσο με kn. Η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού, επέρχεται στις ράβδους που είναι τοποθετημένες παράλληλα στην πλευρά 4, στο σημείο επιβολής της φόρτισης, όταν το καταγραφόμενο φορτίο ισούται με 207 kn. Έπειτα συμβαίνει ανακατανομή της έντασης και η διαρροή του οπλισμού που είναι τοποθετημένος παράλληλα στην διεύθυνση 1, γίνεται για καταγραφόμενο φορτίο ίσο με kn. Tα παραπάνω απεικονίζονται στο Σχήμα Η ρηγμάτωση του δοκιμίου 1C, έχει την αναμενόμενη μορφή, τόσο στο άνω όσο και στο κάτω πέλμα. Αρχικά δημιουργούνται ρωγμές γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης, οι οποίες όσο αυξάνεται η επιβαλλόμενη μετακίνηση, λόγω ανακατανομής της έντασης, επεκτείνονται από το κέντρο του δοκιμίου προς τα άκρα του, ενώ παράλληλα αναπτύσσονται διαγώνιες ρωγμές με φορά από το κέντρο του δοκιμίου προς τις στηρίξεις του. Επιπρόσθετα, δημιουργείται κατά την αστοχία λόγω ισχυρής συγκέντρωσης τάσεων από κάμψη και διάτμηση γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης, λοξή επιφάνεια θραύσης (κώνος διάτρησης)

121 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Διάγραμμα Φορτίου - Παραμόρφωσης του χάλυβα SG1 SG2 SG3 SG4 200 Φορτίο (kn) ,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 Παραμόρφωση του χάλυβα ε s Σχήμα 4.10 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο 1C (SGΧ : ηλεκτρικό μηκυνσιόμετρο τοποθετημένο σε ράβδο παράλληλη στην πλευρά Χ, όπου Χ = 1,2,3,4) Πίνακας 4.3 Συμπεριφορά του δοκιμίου 1C Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση 1-3) Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση 2-4) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 2-4) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 1-3) Μέγιστο Καταγραφόμενο Φορτίο Διάγραμμα Φορτίου Παραμόρφωσης του χάλυβα ε Διάγραμμα Φορτίου Βύθισης στο κέντρο του στοιχείου s Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Βύθιση (mm) Επιπλέον, στις περιμετρικές δοκούς αναπτύσσονται καμπτικές ρωγμές στο μέσο τους, ενώ στα άκρα τους εμφανίζονται ρωγμές λόγω στρέψης, όπως σε όλα τα δοκίμια. Στα Σχήματα 4.11 και 4.12 απεικονίζεται η μεταβολή της βύθισης στο μέσο του δοκιμίου, κατά τις δύο διευθύνσεις

122 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Εικόνα 4.16 Αστοχία λόγω διάτρησης δοκιμίου 1C (σημείο επιβολής φόρτισης) Ρωγμές λόγω Στρέψης Καμπτικές Ρωγμές Εικόνα 4.17 Ρηγμάτωση δοκών δοκιμίου 1C Εικόνα 4.18 Ρηγμάτωση δοκιμίου 1C -105-

123 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Εικόνα 4.19 Ρηγμάτωση δοκιμίου 1C στην περιοχή των στηρίξεων Εικόνα 4.20 Ρηγμάτωση δοκιμίου 1C, στην περιοχή της περιμέτρου του κώνου διάτρησης (εφελκυόμενο πέλμα) Ρωγμές Εικόνα 4.21 Ρηγμάτωση στο άνω πέλμα του δοκιμίου 1C -106-

124 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα 0 Μεταβολή βυθίσεων κατά την διεύθυνση χ Βύθιση (mm) P = 50 (kn) P=100 (kn) P=150 (kn) P=175 (kn) P=200 (kn) P=225 (kn) P=250 (kn) P=262 (kn) 3 1 y 4 x Απόσταση από κέντρο στοιχείου (mm) Σχήμα 4.11 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου 1C 0 Μεταβολή βυθίσεων κατά την διεύθυνση y Βύθιση (mm) P = 50 (kn) P=100 (kn) P=150 (kn) P=175 (kn) P=200 (kn) P=225 (kn) P=250 (kn) P=262 (kn) 3 1 y 4 x Απόσταση από κέντρο στοιχείου (mm) Σχήμα 4.12 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου 1C -107-

125 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Συμπεριφορά δοκιμίου 3G Παρακάτω περιγράφεται η συμπεριφορά του δοκιμίου 1C, με βάση την καμπύλη φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου (Σχήμα 4.13). Η μέτρηση της βύθισης λαμβάνεται από τον αισθητήρα μετατόπισης που έχει τοποθετηθεί στο κέντρο του εφελκυόμενου πέλματος του δοκιμίου. Όπως φαίνεται στο διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο της πλάκας, αρχικά το δοκίμιο συμπεριφέρεται ελαστικά, μέχρι να συμβεί η πρώτη ρηγμάτωση. Η πρώτη ρηγμάτωση συμβαίνει όταν το κατακόρυφο φορτίο είναι ίσο με kn, ενώ η βύθιση του στοιχείου είναι ίση με mm (βλ. και Σχήμα 4.13). Στην συνέχεια, το φορτίο αυξάνεται γραμμικά, μέχρι την στιγμή που εμφανίζεται ρηγμάτωση και στην άλλη διεύθυνση, όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn. Η βύθιση που αντιστοιχεί σε αυτό το φορτίο ισούται με 1.56 mm. Έπειτα παρατηρείται εμφανής η μείωση της δυσκαμψίας του δοκιμίου, αφού η πλάκα έχει ρηγματωθεί και στις δύο διευθύνσεις. Ακολούθως το φορτίο αυξάνεται γραμμικά, μέχρι την διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού, κατά την οποία παρατηρείται αλλαγή της κλίσης του διαγράμματος φορτίου βύθισης. Τονίζεται σε αυτό το σημείο, πως από την πρώτη ρηγμάτωση και μετά, συνεισφέρουν στην παραλαβή του φορτίου και οι στρώσεις της ενίσχυσης. Η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού, όπως προκύπτει από το διάγραμμα φορτίου βύθισης, συμβαίνει σε φορτίο ίσο με kn, το οποίο αντιστοιχεί σε βύθιση 9.03 mm. Μετά την διαρροή του οπλισμού γίνεται ανακατανομή της έντασης, μεταξύ των ράβδων οπλισμού στις λιγότερο κρίσιμες γειτονικές περιοχές και στις στρώσεις της ενίσχυσης, ενώ η δυσκαμψία του δοκιμίου ελαττώνεται. Έπειτα το φορτίο συνεχίζει να αυξάνεται. Όταν το καταγραφόμενο φορτίο γίνεται ίσο με kn, διαρρέει ο οπλισμός που έχει τοποθετηθεί γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης, στην άλλη διεύθυνση. Η βύθιση που αντιστοιχεί στο παραπάνω φορτίο είναι ίση με mm. Ακολούθως συνεχίζεται η ανακατανομή της έντασης μέσω των ράβδων που υπάρχουν στις γειτονικές λιγότερο κρίσιμες περιοχές και της ενίσχυσης (μέσω των κλώνων των ινοπλεγμάτων). Μετά την διαρροή του οπλισμού και στην άλλη διεύθυνση, η κλίση του διαγράμματος φορτίου βύθισης μειώνεται περαιτέρω, μόλις η βύθιση γίνεται ίση με 20 mm περίπου, η κλίση του πρακτικά μηδενίζεται (βλ. και Σχήμα 4.13). Στην συνέχεια το διάγραμμα γίνεται σχεδόν οριζόντιο ενώ παρατηρούνται, αυξανόμενης της βύθισης, μικρές μειώσεις του φορτίου που οφείλονται σε θραύσεις ινών των -108-

126 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα πλεγμάτων. Το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο ισούται με kn και αντιστοιχεί σε βύθιση mm Η αστοχία του δοκιμίου λόγω διάτρησης (ψαθυρή αστοχία) επήλθε όταν η βύθιση έγινε ίση με mm, Διάγραμμα Φορτίου - Βύθισης δοκιμίου 3G kn Δοκίμιο 3G Φορτίο (kn) mm Βύθιση στο κέντρο της πλάκας (mm) Σχήμα 4.13 Διάγραμμα φορτίου - βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου 3G Στο Σχήμα 4.14 παρουσιάζεται το διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα, η οποία μετρήθηκε μέσω ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων. Τα αποτελέσματα γενικά παρουσιάζουν απόκλιση από αυτά που προκύπτουν από το διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου. Συνεπώς, οι μετρήσεις που προκύπτουν από τα ηλεκτρικά μηκυνσιόμετρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν, μόνο για την εξαγωγή ποιοτικών συμπερασμάτων. Αρχικά διαπιστώνεται από τις καταγραφές των μηκυνσιομέτρων, πως η πρώτη ρηγμάτωση συμβαίνει πρώτα κάθετα στις ράβδους οπλισμού που ήταν παράλληλες στις πλευρές 2 και 4 του δοκιμίου. Αμέσως μετά, ενεργοποιούνται οι ράβδοι οπλισμού που ήταν παράλληλες στην άλλη διεύθυνση του στοιχείου (πλευρές 1 και 3 ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση). Η πρώτη ρηγμάτωση συμβαίνει για φορτίο περίπου ίσο με kn στην διεύθυνση 1-3, ενώ η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση ξεκινά σε φορτίο ίσο με 75 kn περίπου, στην διεύθυνση 2-4. Τα ηλεκτρικά μηκυνσιόμετρα που είχαν επικολληθεί σε ράβδους παράλληλες στις πλευρές 1 και 4 (SG1 & SG4 αντίστοιχα), μετά την πρώτη ρηγμάτωση δεν δίνουν αξιόπιστες μετρήσεις, (ειδικά το SG1). Από τις μετρήσεις των υπολοίπων -109-

127 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα προκύπτει πως η διαρροή του χάλυβα συμβαίνει σε φορτίο kn στις ράβδους που είναι τοποθετημένες παράλληλα στην πλευρά 2, ενώ μετά από την ανακατανομή της έντασης, η διαρροή του οπλισμού, που είναι τοποθετημένος παράλληλα στην διεύθυνση 3, επέρχεται όταν το φορτίο ίσο με 246 kn. Γενικά, παρατηρούνται αποκλίσεις από τις αντίστοιχες τιμές που προκύπτουν από το διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου Διάγραμμα Φορτίου - Παραμόρφωσης Χάλυβα SG1 SG2 SG3 SG4 Φορτίο (kn) ,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 Παραμόρφωση Χάλυβα ε s Σχήμα 4.14 Διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ε s για το δοκίμιο 3G (SGΧ : ηλεκτρικό μηκυνσιόμετρο τοποθετημένο σε ράβδο παράλληλη στην πλευρά Χ, όπου Χ = 1,2,3,4) Η ρηγμάτωση του δοκιμίου έχει την συνήθη μορφή και για τα δύο πέλματα. Αρχικά δημιουργούνται ρωγμές γύρω από την περιοχή επιβολής του φορτίου και εξαπλώνονται σταδιακά προς τα άκρα του δοκιμίου, όσο αυξάνεται η επιβαλλόμενη μετακίνηση. Παράλληλα δημιουργούνται διαγώνιες ρωγμές με φορά από το κέντρο του στοιχείου προς την περιοχή των στηρίξεων. Η ρηγμάτωση των στοιχείων όσο αυξάνεται η επιβαλλόμενη μετακίνηση γίνεται όλο και πιο έντονη, μέχρι την στιγμή που το δοκίμιο αστοχεί λόγω διάτρησης (δημιουργία κώνου διάτρησης). Επίσης, αναπτύσσονται καμπτικές ρωγμές στις περιμετρικές δοκούς, ενώ στα άκρα των δοκών δημιουργούνται ρωγμές λόγω στρέψης. Επιπρόσθετα, δημιουργείται κατά την αστοχία λόγω ισχυρής συγκέντρωσης τάσεων από κάμψη και διάτμηση γύρω από την -110-

128 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα περιοχή επιβολής της φόρτισης, λοξή επιφάνεια θραύσης (κώνος διάτρησης). Η μορφή της ρηγμάτωσης απεικονίζεται στις Εικόνες Πίνακας 4.4 Συμπεριφορά του δοκιμίου 3G Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση1-3) Πρώτη Ρηγμάτωση (διεύθυνση2-4) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 2) Διαρροή Οπλισμού Από Χάλυβα (διεύθυνση 3) Μέγιστο Καταγραφόμενο Φορτίο Διάγραμμα Φορτίου Παραμόρφωσης του χάλυβα ε Διάγραμμα Φορτίου Βύθισης στο κέντρο του στοιχείου s Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Βύθιση (mm) Στα Σχήματα 4.15 και 4.16, απεικονίζεται η μεταβολή της βύθισης κατά μήκος του μέσου του δοκιμίου 3G, στις δύο διευθύνσεις, για διάφορες τιμές του φορτίου. (α) (β) Εικόνα 4.22 Ρηγμάτωση δοκιμίου 3G κατά την διάρκεια του πειράματος (α) Γενική άποψη, (β) κοντά στην περιοχή των στηρίξεων Εικόνα 4.23 Αποκάλυψη πλέγματος συνεχών ινών υάλου μετά την αστοχία (δοκίμιο 3G) -111-

129 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Εικόνα 4.24 Ρηγμάτωση δοκιμίου 3G Εικόνα 4.25 Εικόνα ρηγμάτωσης δοκιμίου 3G στην περιοχή των στηρίξεων Εικόνα 4.26 Ρηγμάτωση δοκιμίου 3G, στην περιοχή της περιμέτρου του κώνου διάτρησης -112-

130 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Ρωγμές Εικόνα 4.27 Ρηγμάτωση στο άνω πέλμα του δοκιμίου 3G 0 Μεταβολή βυθίσεων κατά μήκους της διεύθυνσης χ Βύθιση πλάκας (mm) Απόσταση από κέντρο πλάκας (mm) 2 P = 50 (kn) P = 100 (kn) P = 150 (kn) P = 170(kN) P = 200 (kn) P = 230 (kn) P = 250 (kn) Αστοχία 3 y 4 x 1 Σχήμα 4.15 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση χ, στο μέσο του δοκιμίου 3G -113-

131 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Μεταβολή βυθίσεων κατά μήκους της διεύθυνσης y 0 Βύθιση (mm) Απόσταση από κέντρο πλάκας (mm) 2 3 P = 50 (kn) P = 100 (kn) P = 150 (kn) P = 170 (kn) P = 200 (kn) P = 230(kN) P = 250 (kn) Αστοχία 1 y 4 x Σχήμα 4.16 Μεταβολή βυθίσεων στην διεύθυνση y, στο μέσο του δοκιμίου 3G 4.3 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Παρακάτω γίνεται σύγκριση της συμπεριφοράς των τεσσάρων δοκιμίων τύπου πλάκας, που ενισχύθηκαν μέσω ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. Υπενθυμίζεται, πως οι ίνες των πλεγμάτων των ενισχυμένων δοκιμίων αποτελούνται από άνθρακα (δοκίμια 1C & 2C) και ύαλο (δοκίμιο 3G). Στο Σχήμα 4.17, παρουσιάζονται οι καμπύλες φορτίου βύθισης για όλα τα δοκίμια. Από το παραπάνω σχήμα, φαίνεται πως ανεξάρτητα του τύπου των ινών και του αριθμού των στρώσεων της ενίσχυσης, η φέρουσα ικανότητα των ενισχυμένων δοκιμίων αυξάνεται σημαντικά. Πιο συγκεκριμένα, η φέρουσα ικανότητα αυξάνεται περισσότερο όταν η ενίσχυση αποτελείται από δύο στρώσεις πλεγμάτων συνεχών ινών από άνθρακα (δοκίμιο 2C). Η ποσοστιαία αύξηση είναι ίση με 53% (συνεισφορά δύο στρώσεων ισούται με 110 kn). Όταν η ενίσχυση αποτελείται από μία στρώση πλεγμάτων συνεχών ινών από άνθρακα (δοκίμιο 1C), τότε η ποσοστιαία αύξηση ισούται με 26% περίπου (το μέγιστο φορτίο αυξάνεται κατά 54 kn). Φαίνεται λοιπόν πως η αύξηση της φέρουσας ικανότητας εξαρτάται από τον αριθμό των στρώσεων. Επιπρόσθετα, στο Σχήμα 4.17 φαίνεται πως όταν η ενίσχυση συντίθεται από δύο στρώσεις -114-

132 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα πλεγμάτων συνεχών ινών από άνθρακα σε ανόργανη μήτρα, τότε αυξάνεται ελάχιστα η βύθιση στην οποία συμβαίνει η αστοχία. Παρόλα αυτά κάτι τέτοιο δεν έχει ενδιαφέρον σε δομικά στοιχεία τύπου πλάκας, καθώς πρέπει να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις λειτουργικότητας. Επίσης στο Σχήμα 4.17 φαίνεται πως η συμπεριφορά του δοκιμίου 3G, είναι πανομοιότυπη με αυτή του δοκιμίου 1C, μέχρι η βύθιση στο κέντρο του στοιχείου να γίνει ίση με 22 mm περίπου. Μικρές διαφοροποιήσεις παρατηρούνται για μεγαλύτερες τιμές της βύθισης, που οφείλονται στην σταδιακή θραύση ινών υάλου στους κεντρικούς κλώνους του πλέγματος. Όπως έχει προαναφερθεί, τρεις στρώσεις ινοπλεγμάτων από ίνες υάλου, θεωρούνται ισοδύναμες με μία στρώση ινοπλεγμάτων από ίνες άνθρακα (ινοπλέγματα με ισοδύναμη δυστένεια). Η ισοδυναμία αυτή είναι προφανής στο Σχήμα Αξίζει να αναφερθεί πως μεταξύ των στρώσεων της ενίσχυσης δεν παρατηρήθηκε το φαινόμενο της «διαστρωματικής απόσχισης». Το φαινόμενο αυτό συναντάται όταν εμφανίζεται αποκόλληση δια μέσου του κονιάματος στην διεπιφάνεια μεταξύ δύο στρώσεων ινοπλεγμάτων και οφείλεται στην χαμηλή διατμητική αντοχή του κονιάματος. Βέβαια, το άνοιγμα των δοκιμίων ήταν σχετικά μικρό. Η ποσοστιαία αύξηση του μέγιστου καταγραφόμενου φορτίου για το δοκίμιο 3G, ισούται με 20.2%. Το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με kn, ελαφρώς μειωμένο συγκριτικά με το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο του δοκιμίου 1C ( kn). Εντούτοις το δοκίμιο 3G, αστοχεί σε μεγαλύτερη τιμή της βύθισης, συγκριτικά με το δοκίμιο 1C (εξίσου ψαθυρά όμως) Διάγραμμα Φορτίου - Βύθισης CON 3G 1C 2C Φορτίο (kn) Βύθιση στο κέντρο της πλάκας (mm) Σχήμα 4.17 Διάγραμμα φορτίου βύθισης στο κέντρο των δοκιμίων -115-

133 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Στον Πίνακα 4.5, παρουσιάζεται η πρόσθετη αντοχή που προσφέρουν οι στρώσεις των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας σε κάθε δοκίμιο, καθώς και η ποσοστιαία μεταβολή της φέρουσας ικανότητας των δοκιμίων. Πίνακας 4.5 Σύγκριση της συμπεριφοράς των ενισχυμένων δοκιμίων, ως προς το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο και την τιμή της βύθισης που αντιστοιχεί σε αυτό Δοκίμιο 1C 2C 3G Συνεισφορά Ενίσχυσης (kn) Ποσοστό Μεταβολής ως προς δοκίμιο αναφοράς (CON) P u -P CON (kn) Φορτίου (%) Βύθισης (%) 53,97 25,83 2,88 110,82 53,03 26,50 42,24 20,21-6,47 Και τα τρία ενισχυμένα δοκίμια, εμφανίζουν μεγαλύτερη αρχική δυσκαμψία, συγκριτικά με το δοκίμιο ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα, η πρώτη ρηγμάτωση συμβαίνει σε όλα τα δοκίμια γύρω από τα 55 kn. Στα δοκίμια που ενισχύθηκαν όμως, η πρώτη ρηγμάτωση συμβαίνει για μικρότερη τιμή της βύθισης, ενώ η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση καθυστερεί να εμφανιστεί. Συνεπώς, φαίνεται πως με την χρήση ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά η απόκριση πατωμάτων σε οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας. Στους Πίνακες 4.6 και 4.7 παρουσιάζεται, το φορτίο και η βύθιση που εμφανίστηκε η πρώτη ρηγμάτωση σε κάθε δοκίμιο (Πίνακας 4.6), καθώς επίσης η ποσοστιαία αύξηση του φορτίου και η ποσοστιαία μείωση της βύθισης που εμφανίζεται η πρώτη ρηγμάτωση (Πίνακας 4.7). Από τους πίνακες αυτούς προκύπτει πως το δοκίμιο 2C εμφανίζει την μεγαλύτερη αύξηση της αρχικής δυσκαμψίας. Επίσης παρατηρείται πως η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση καθυστερεί, συγκριτικά με το δοκίμιο ελέγχου, αφού έχουν ήδη ενεργοποιηθεί οι κλώνοι του ινοπλέγματος εξαιτίας της πρώτης ρηγμάτωσης. Μετά την πρώτη ρηγμάτωση, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 4.17, και μέχρι η βύθιση στο κέντρο του στοιχείου να γίνει ίση με 7.16 mm, τα τρία ενισχυμένα δοκίμια, ανεξάρτητα του τύπου ινών και του αριθμού των στρώσεων, συμπεριφέρονται όμοια, αφού δεν παρατηρούνται διαφοροποιήσεις στην καμπύλη φορτίου βύθισης στο κέντρο του στοιχείου. Από το σημείο εκείνο και έπειτα, η -116-

134 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα καμπύλη του δοκιμίου 2C, εμφανίζει διαφοροποιήσεις. Πιο συγκεκριμένα, για την ίδια τιμή της βύθισης, συγκριτικά με τα υπόλοιπα ενισχυμένα δοκίμια (δοκίμια 1C & 3G), στο δοκίμιο 2C, αντιστοιχούν μεγαλύτερες τιμές φορτίου. Το παραπάνω υποδηλώνει την ενεργοποίηση του ινοπλέγματος της δεύτερης στρώσης. Πίνακας 4.6 Σύγκριση της συμπεριφοράς των ενισχυμένων δοκιμίων, ως προς την εμφάνιση της πρώτης ρηγμάτωσης (με βάση διάγραμμα φορτίου βύθισης) 1 η ρηγμάτωση 1 η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση Δοκίμιο Φορτίο (kn) Βύθιση (mm) Φορτίο (kn) Βύθιση (mm) 1C 55,89 0,712 83,4 1,17 2C 56,15 0,604 87,76 1,48 3G 56,41 0,832 82,87 1,56 CON 55,21 0,982 75,23 1,96 Πίνακας 4.7 Ποσοστιαία μεταβολή φορτίου βύθισης, για την οποία εμφανίζεται η πρώτη ρηγμάτωση σε όλα τα δοκίμια, ως προς το δοκίμιο αναφοράς (με βάση διάγραμμα φορτίου βύθισης) 1 η ρηγμάτωση 1 η ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση Δοκίμιο Φορτίο (%) Βύθιση (%) Φορτίο (%) Βύθιση (%) 1C 1,23% -27,49% 10,86% -40,31% 2C 1,70% -38,49% 16,66% -24,49% 3G 2,17% -15,27% 10,16% -20,41% Επίσης όπως έχει προαναφερθεί, μετά την ρηγμάτωση του δοκιμίου και στις δύο διευθύνσεις, η αύξηση του φορτίου συναρτήσει της βύθισης στο κέντρο του δοκιμίου είναι γραμμική, μέχρι την διαρροή του διαμήκους οπλισμού, όπου παρατηρείται μείωση της δυσκαμψίας του δοκιμίου. Έπειτα λόγω ανακατανομής της έντασης, διαρρέει ο διαμήκης οπλισμός των στοιχείων που είναι τοποθετημένος στην άλλη διεύθυνση. Ο αριθμός των στρώσεων και ο τύπος των ινών, επηρεάζουν σημαντικά την τιμή του φορτίου και κατά συνέπεια την τιμή της βύθισης, για τις οποίες λαμβάνει χώρα η διαρροή του διαμήκους οπλισμού στις δύο διευθύνσεις. Γενικά σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια, η ενίσχυση καθυστερεί την διαρροή του διαμήκους οπλισμού και στις δύο διευθύνσεις, αφού το πλέγμα συμβάλλει στην -117-

135 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα ανάληψη πρόσθετων εφελκυστικών τάσεων, «ανακουφίζοντας» με τον τρόπο αυτό τον υπάρχοντα διαμήκη οπλισμό. Συνεπώς, η αύξηση που παρατηρείται στις τιμές του φορτίου και της βύθισης, που αντιστοιχούν στην διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού είναι κάτι το αναμενόμενο. Την μεγαλύτερη αύξηση του φορτίου, που απαιτείται για να διαρρεύσει ο χαλύβδινος οπλισμός και στις δύο διευθύνσεις και της βύθισης που αντιστοιχεί σε αυτό, συγκριτικά με το δοκίμιο ελέγχου (CON), την παρουσιάζει το δοκίμιο που έχει ενισχυθεί μέσω δύο στρώσεων πλεγμάτων συνεχών ινών από άνθρακα (δοκίμιο 2C). Tα υπόλοιπα δοκίμια, παρουσιάζουν περίπου την ίδια αύξηση του φορτίου διαρροής, με το δοκίμιο 3G, να υπολείπεται ελαφρώς του δοκιμίου 1C. Και εδώ φαίνεται η ισοδυναμία των τριών στρώσεων πλεγμάτων συνεχών ινών από ύαλο με μία στρώση πλέγματος συνεχών ινών από άνθρακα. Στον Πίνακα 4.8 παρουσιάζεται το φορτίο και η βύθιση (με βάση το διάγραμμα φορτίου βύθισης) στο κέντρο κάθε δοκιμίου, που αντιστοιχούν στην διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού σε κάθε διεύθυνση. Παράλληλα παρουσιάζεται το ποσοστό αύξησης του φορτίου και της βύθισης που αντιστοιχεί στην διαρροή του οπλισμού, ως προς το δοκίμιο ελέγχου (δοκίμιο CON). Πίνακας 4.8 Φορτίο και βύθιση στο κέντρο των δοκιμίων, κατά την διαρροή του διαμήκους οπλισμού και στις δύο διευθύνσεις Διαρροή χάλυβα P y,1 Διαρροή χάλυβα στην άλλη Διεύθυνση P y,2 Διαρροή Παράλληλα στην Διεύθυνση Δοκίμιο Φορτίο (kn) Βύθιση (mm) Φορτίο (kn) Βύθιση (mm) P y,1 P y,2 1C 187,26 10,02 220,34 14, C 225,17 12,4 277,98 19, G 179,74 9,03 224,29 14, CON 146,42 8,55 187,24 15, Δοκίμιο Βύθιση (mm) [δ-δ CON ] Ποσοστό Αύξησης Βύθισης (%) Βύθιση (mm) [δ-δ CON ] Ποσοστό Αύξησης Βύθισης (%) 1C 1,47 17,19% -1,1-7,20% 2C 3,85 45,03% 4,63 30,30% 3G 0,48 5,61% -0,32-2,09% Δοκίμιο Φορτίο (kn) [P y,1 -P y,1con ] Ποσοστό Αύξησης Φορτίου (%) Φορτίο (kn) [P y,2 -P y,2con ] Ποσοστό Αύξησης Φορτίου (%) P u /P y,1 * 1C 40,84 27,89% 33,1 17,68% 1,40 2C 78,75 53,78% 90,74 48,46% 1,42 3G 33,32 22,76% 37,05 19,79% 1,40 CON 1,43 * P u /P y : Ο λόγος του μέγιστου καταγραφόμενου φορτίου προς το φορτίο της πρώτης διαρροής -118-

136 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Ο οπλισμός στην άλλη διεύθυνση διαρρέει σε μεγαλύτερο φορτίο, αλλά για τα δοκίμια 1C και 3G, σε μικρότερη τιμή της βύθισης, συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς (δοκίμιο CON). Από τον Πίνακα 4.8, προκύπτει επίσης πως ο λόγος του μέγιστου φορτίου προς το φορτίο που αντιστοιχεί στην διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού πρακτικά δεν μεταβάλλεται, για όλα τα δοκίμια. Ειδικότερα για τα ενισχυμένα δοκίμια ο λόγος P u /P y είναι ελάχιστα μικρότερος συγκριτικά με το δοκίμιο αναφοράς. To βασικό συμπέρασμα που προκύπτει από τον πίνακα 4.8 είναι πως η ύπαρξη πλέγματος συνεχών ινών, μειώνει τις εφελκυστικές τάσεις που παραλαμβάνει ο χαλύβδινος οπλισμός, με αποτέλεσμα η διαρροή του να συμβαίνει σε μεγαλύτερες τιμές του φορτίου. Αυξάνοντας το ποσοστό του πλέγματος, αυξάνεται το φορτίο κατά το οποίο πραγματοποιείται η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού. Αυτό απεικονίζεται στο Σχήμα 4.18, όπου παρουσιάζονται τα διαγράμματα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα για όλα τα δοκίμια. 350 Διάγραμμα φορτίου - παραμόρφωσης χάλυβα Φορτίο (kn) CON [SG2] 1C [SG4] 2C [SG3] 3G [SG2] ,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 Παραμόρφωση Χάλυβα ε s Σχήμα 4.18 Συγκριτικό διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα (ε s ) για όλα τα δοκίμια -119-

137 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Στο Σχήμα 4.18 φαίνεται πως όσο αυξάνεται ο αριθμός των στρώσεων της ενίσχυσης, μειώνονται σημαντικά οι παραμορφώσεις που αναπτύσσει ο χαλύβδινος οπλισμός. Και εδώ είναι προφανής η ισοδυναμία της μιας στρώσης πλεγμάτων από ίνες άνθρακα, με τρεις στρώσεις πλεγμάτων από ίνες υάλου, αφού στα δοκίμια 1C και 3G, η παραμόρφωση του χάλυβα είναι ίδια. Γενικά, παρατηρείται πως η παρουσία του πλέγματος, ανάλογα με τον τύπο των ινών και τον αριθμό των στρώσεων της ενίσχυσης, συνεισφέρει σημαντικά στην ανάληψη εφελκυστικών τάσεων, με αποτέλεσμα ο διαμήκης οπλισμός να εντείνεται λιγότερο, συγκριτικά με το δοκίμιο ελέγχου. Χαρακτηριστικά, ο διαμήκης οπλισμός του δοκιμίου αναφοράς, αναπτύσσει παραμορφώσεις της τάξης του 1%, όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με 190 kn. Στα δοκίμια 1C και 3G, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 4.18, αναπτύσσει την ίδια τιμή της παραμόρφωσης (1%) όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι περίπου ίσο με 250 kn, ενώ για το δοκίμιο 2C, οι παραμορφώσεις που αναπτύσσονται στον χαλύβδινο οπλισμό είναι πολύ μικρότερες. Ενδεικτικά αναφέρεται, (βλ. και Σχήμα 4.18), για το δοκίμιο 2C πως όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με 313 kn, ο οπλισμός αναπτύσσει παραμόρφωση της τάξης του 7, ενώ όταν το καταγραφόμενο φορτίο είναι ίσο με 250 kn, η παραμόρφωση του οπλισμού ισούται με 5, δηλαδή η μισή από αυτή που αναπτύσσεται στα δοκίμια 1C και 3G, για την ίδια τιμή του φορτίου. Πίνακας 4.9 Φορτίο ρηγμάτωσης και διαρροής διαμήκους οπλισμού, σύμφωνα με τις καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων Πρώτη Ρηγμάτωση στη μια διεύθυνση Πρώτη Ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση Διαρροή χάλυβα στη μια διεύθυνση Διαρροή χάλυβα στην άλλη διεύθυνση Δοκίμιο Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) Φορτίο (kn) 1C 54,77 (διευθ. 1-3) 72,23(διευθ. 2-4) 207,00 (διευθ. 2-4) 222,95 (διευθ.1-3) 2C 57,30 (διευθ. 2-4) 82,3 (διευθ. 1-3) 250,00 (διευθ. 1-3) 277,48 (διευθ. 2-4) 3G 58,63(διευθ. 1-3) 75(διευθ. 2-4) 212,6 (διευθ. 2-4) 246 (διευθ. 1-3) CON 45,87(διευθ. 1-3) 61,09(διευθ. 2-4) 162,16 (διευθ.2-4) 186,34 (διευθ. 1-3) -120-

138 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Πίνακας 4.10 Ποσοστό αύξησης φορτίου διαρροής, σύμφωνα με τις καταγραφές των Δοκίμιο ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων Διαρροή χάλυβα P y,1 στη μια διεύθυνση Φορτίο (kn) [P y,1 -P y,1con ] Ποσοστό (%) Διαρροή χάλυβα Py,2 στην άλλη Διεύθυνση Φορτίο (kn) [P y,2 -P y,2con ] Ποσοστό (%) P u /P y,1 * 1C 44,84 27,65% 36,61 19,65% 1,27 2C 87,84 54,17% 91,14 48,91% 1,28 3G 50,44 31,11% 59,66 32,02% 1,18 CON 1,29 * P u /P y : Ο λόγος του μέγιστου καταγραφόμενου φορτίου προς το φορτίο της πρώτης διαρροής Στους Πίνακες 4.9 και 4.10, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από το διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα για όλα τα δοκίμια. Στο σημείο αυτό υπενθυμίζεται πως γενικά παρουσιάζονται αποκλίσεις, συγκριτικά με την περίπτωση όπου για την αποτίμηση της συμπεριφοράς των δοκιμίων γίνεται χρήση της καμπύλης φορτίου βύθισης στο κέντρο του στοιχείου. Η μεγαλύτερη απόκλιση εμφανίζεται για το δοκίμιο 3G. Σε γενικές γραμμές, τα αποτελέσματα δεν διαφοροποιούνται σημαντικά, ενώ τα συμπεράσματα που προκύπτουν είναι τα ίδια με αυτά που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Αξίζει να τονιστεί, πως το ποσοστό αύξησης του φορτίου διαρροής για τα ενισχυμένα δοκίμια (Πίνακας 4.10) ελάχιστα διαφέρει από αυτό που παρουσιάζεται στον Πίνακα 4.8 και προκύπτει από την καμπύλη φορτίου βύθισης στο κέντρο του στοιχείου. Μοναδική εξαίρεση αποτελεί το δοκίμιο 3G, όπου το ποσοστό αύξησης του φορτίου διαρροής είναι μεγαλύτερο και στις δύο διευθύνσεις, συγκριτικά με το πραγματικό. O λόγος P u /P y,1 είναι μειωμένος συγκριτικά με τον λόγο που παρουσιάζεται στον Πίνακα 4.8, γιατί το φορτίο που εμφανίζεται η διαρροή του χαλύβδινου οπλισμού, σύμφωνα με τις καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων (πρώτη διαρροή), είναι ελαφρώς αυξημένο σε όλα τα δοκίμια. Τέλος, στον Πίνακα 4.11, παρουσιάζεται η ποσοστιαία διαφορά του φορτίου που αντιστοιχεί στην διαρροή (PSG), όταν αυτό λαμβάνεται από το διάγραμμα φορτίου παραμόρφωσης του χάλυβα ως προς την τιμή του φορτίου που προκύπτει από την καμπύλη φορτίου βύθισης στο κέντρο του στοιχείου (P P-u )

139 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Πίνακας 4.11 Ποσοστιαία διαφορά φορτίου διαρροής, σύμφωνα με τις καταγραφές των ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων, ως προς τις πειραματικές τιμές Δοκίμιο Πρώτη ρηγμάτωση [P SG - P P-u ]/ P P- u Πρώτη Ρηγμάτωση στην άλλη διεύθυνση [P SG - P P-u ]/ P P-u Διαρροή χάλυβα [P SG - P P-u ]/ P P-u Διαρροή χάλυβα στην άλλη διεύθυνση [P SG - P P-u ]/ P P-u 1C -2,00% -13,39% 10,54% 1,18% 2C 2,05% -6,22% 11,03% -0,18% 3G 3,94% -9,50% 18,28% 9,68% CON -16,92% -18,80% 10,75% -0,48% Παρακάτω συγκρίνεται η μορφή της αστοχίας των δοκιμίων. Αρχικά καμπτικές ρωγμές δημιουργούνται στο εφελκυόμενο πέλμα, κάτω ακριβώς από το σημείο επιβολής της φόρτισης. Καθώς η επιβαλλόμενη μετακίνηση αυξάνεται, οι ρωγμές αυτές επεκτείνονται προς τα άκρα του στοιχείου, ενώ παράλληλα αναπτύσσονται και διαγώνιες ρωγμές στο εφελκυόμενο πέλμα, με φορά από το σημείο επιβολής της φόρτισης, προς τις στηρίξεις των δοκιμίων. Οι καμπτικές ρωγμές διατάσσονται περίπου ανά 100 mm (απόσταση μεταξύ ράβδων ίδιας διεύθυνσης δομικού πλέγματος). Παράλληλα, αναπτύσσονται στις δοκούς καμπτικές ρωγμές στο μέσον τους, ενώ στα άκρα τους δημιουργούνται ρωγμές λόγω στρέψης. Η τελική αστοχία σε όλα τα δοκίμια προέρχεται από απότομη πτώση του φορτίου, λόγω διάτρησης. Όπως έχει περιγραφεί ήδη, η συγκεκριμένη μορφή αστοχίας, προκαλείται λόγω ισχυρής συγκέντρωσης τάσεων λόγω κάμψης και διάτμησης, γύρω από την περιοχή επιβολής της φόρτισης. Από το Σχήμα 4.17, προκύπτει πως παρόλο που όλα τα δοκίμια αστοχούν λόγω διάτρησης, ο χαλύβδινος οπλισμός τους που είναι τοποθετημένος στο σημείο επιβολής της φόρτισης, διαρρέει και στις δύο διευθύνσεις. Επίσης, από το ίδιο σχήμα φαίνεται πως για τα δοκίμια CON και 3G, μετά την διαρροή του οπλισμού, το φορτίο πρακτικά σταθεροποιείται μέχρι να αστοχήσουν λόγω διάτρησης. Για τα προαναφερθέντα δοκίμια, το μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο αποτελεί και το σημείο έναρξης της αστοχίας. Η συγκεκριμένη μορφή αστοχίας αναφέρεται στην βιβλιογραφία ως flexural punching. Αντίθετα, για τα δοκίμια 1C και 2C, δεν -122-

140 Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα παρατηρείται σταθεροποίηση του φορτίου πριν την αστοχία, ενώ το σημείο που αντιστοιχεί στο μέγιστο καταγραφόμενο φορτίο αποτελεί και το σημείο όπου λαμβάνει χώρα η αστοχία τους λόγω διάτρησης. Και σε αυτά όμως έχει διαρρεύσει ο οπλισμός. Πρακτικά, η ενίσχυση συνεισφέρει στην παραλαβή πρόσθετων εφελκυστικών τάσεων, αυξάνοντας με τον τρόπο αυτό την αντοχή του στοιχείου σε κάμψη. Αντίθετα, τα δοκίμια δεν ενισχύονται έναντι διάτρησης. Παρόλα αυτά, ανάλογα με τον αριθμό των στρώσεων και τον τύπο των ινών του πλέγματος, το μέγιστο φορτίο που τα ενισχυμένα δοκίμια παραλαμβάνουν, αυξάνεται σημαντικά. Είναι συνεπώς δικαιολογημένη, αυτή η μικρή αλλαγή της μορφής της αστοχίας των δοκιμίων. Στο Σχήμα 4.19, απεικονίζονται τα σκαριφήματα ρηγμάτωσης των δοκιμίων τύπου πλάκας κατά την αστοχία. Φαίνεται, πως στο δοκίμιο 2C, το δίκτυο των ρωγμών είναι πιο πυκνό και ομοιόμορφο, σε σχέση με τα δοκίμια 1C και 3G. Η ενίσχυση δεν άφησε περιθώρια για πλήρη ανίχνευση ρωγμών. Σχήμα 4.19 Σκαριφήματα ρηγμάτωσης δοκιμίων τύπου πλάκας κατά την αστοχία