Παναγιώτης ΜΑΥΡΟΕΙ ΗΣ 1, Ιωάννης ΝΙΚΟΛΑΟΥ 2, Ιωάννης ΠANAΓΙΩΤΟΥΛΙΑΣ 3, Παρασκευάς ΚΟΝΤΗΣ 4

Transcript

1 ιερεύνηση µεταβολής τεχνικών χαρακτηριστικών ράβδων οπλισµού σκυροδέµατος µετά από κάµψη και επανευθυγράµµιση τους Changes in mechanical properties of reinforcing steel bars due to bending/straightening process Παναγιώτης ΜΑΥΡΟΕΙ ΗΣ 1, Ιωάννης ΝΙΚΟΛΑΟΥ 2, Ιωάννης ΠANAΓΙΩΤΟΥΛΙΑΣ 3, Παρασκευάς ΚΟΝΤΗΣ 4 Λέξεις κλειδιά: χάλυβας οπλισµού, κάµψη, γήρανση, ολκιµότητα ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στις διεργασίες της διαµόρφωσης και της τοποθέτησης των χαλύβων οπλισµού σε µια κατασκευή από οπλισµένο σκυρόδεµα, για πρακτικούς λόγους εφαρµογής τους, κρίνεται συχνά επιβεβληµένη η επανευθυγράµµιση τµηµάτων ράβδων οπλισµού που έχουν ήδη υποστεί κάµψη. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η µεταβολή των τεχνικών χαρακτηριστικών χαλύβων οπλισµού, µε έµφαση στην ολκιµότητα, που παράγονται µε διάφορες µεθόδους, σε συσχέτιση µε διαφορετικές διαµέτρους των τυµπάνων κάµψης και τον αριθµό κάµψεων / επανευθυγραµµίσεων. Ελέγχεται επίσης το κατά πόσο οι σχετικές προβλέψεις του Νέου Κανονισµού Τεχνολογίας Χαλύβων - ΚΤΧ 2008, καλύπτουν επαρκώς έναντι πιθανών αστοχιών τη λειτουργική συµπεριφορά των υλικών. ABSTRACT : Reinforcing bars partially embedded in concrete and protruding from it are frequently subject to bending and straightening in the field in order to provide clearance for construction operations. The effect of the number of bending and straightening using different diameter mandrels of bars produced by various manufacturing processes is undertaken. Results are used to establish comparison with guidelines provided by existing regulations, especially with respect to the remaining ductility of bars. 1 Μεταλλουργός Μηχ. Ε.Μ.Π., MSc, ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΚΗ ΑΕ, pmavroeidis@halyvourgiki.com 2 ρ Μεταλλουργός Μηχ. Ε.Μ.Π., ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΚΗ ΑΕ, jnikolaou@halyvourgiki.com 3 Χηµικός, ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΚΗ ΑΕ, MSc, jpanagiotoulias@halyvourgiki.com 4 Σπουδαστής, Εργαστήριο Μεταλλογνωσίας, Σχολή Μηχ. Μεταλ./Μεταλλουργών Ε.Μ.Π.. 1

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σύµφωνα µε τους ισχύοντες κανονισµούς (ΚΤΧ, 2008), η κάµψη ράβδων οπλισµού σκυροδέµατος πρέπει να γίνεται µε ελάχιστη διάµετρο, d, του κυλινδρικού στελέχους (τυµπάνου), έτσι ώστε να αποφεύγεται εξάντληση της παραµόρφωσης θραύσης του χάλυβα και να εξασφαλίζεται η ακεραιότητα του σκυροδέµατος από τις αναπτυσσόµενες τοπικά ισχυρές πιέσεις. Οι ελάχιστες διάµετροι κάµψης για τους χάλυβες B500C λαµβάνονται από τον Πίν του ΕΚΩΣ (ΕΚΩΣ, 2000). Παρόλ αυτά στην οικοδοµή, συχνά τα παραπάνω δεν εφαρµόζονται και οι κάµψεις εκτελούνται µε µικρότερη διάµετρο. Πολλές φορές µάλιστα µεσολαβεί σηµαντικό χρονικό διάστηµα µεταξύ της κάµψης και της επανευθυγράµµισης των ράβδων (κάµψη και επανευθυγράµµιση αναµονών τελευταίου ορόφου, προσωρινή κάµψη ράβδων οπλισµού σε µια στάθµη εργασίας, µέχρις ότου γίνει σκυροδέτηση επόµενης στάθµης κ.λ.π.). Αυτό σηµαίνει ότι στις πιθανές επιπτώσεις στην συµπεριφορά του υλικού πρέπει να συνυπολογιστούν και προβλήµατα που συνδέονται µε φαινόµενα γήρανσης (Restrepo, 1991). Σε κάθε περίπτωση, υπάρχει ο κίνδυνος για δηµιουργία ρωγµών στις ράβδους οπλισµού ή/και ανεξάρτητα από την παρουσία αυτών για δυσµενή µεταβολή των µηχανικών ιδιοτήτων του χάλυβα οπλισµού, ιδιαιτέρως δε της ολκιµότητας, µε πιθανές επιπτώσεις στην αντισεισµική συµπεριφορά της κατασκευής. Οι µεταβολές αυτές σχετίζονται µε τη σκλήρυνση του υλικού λόγω παραµόρφωσης (strain hardening). Ο κίνδυνος ψαθυροποίησης αυξάνει µε την αύξηση της παραµόρφωσης, ιδιαίτερα όταν η κάµψη γίνεται σε στελέχη µικρής διαµέτρου, µε συνέπεια να αυξάνεται ο κίνδυνος δηµιουργίας ρωγµών. Για τους παραπάνω λόγους, γενικώς, απαγορεύεται η επανευθυγράµµιση καµφθείσας ράβδου, διότι οδηγεί σε ακόµη µεγαλύτερη υποβάθµιση των µηχανικών χαρακτηριστικών, που είχε προκληθεί µε την προηγηθείσα κάµψη. Παρόλ αυτά, στις κατασκευές οπλισµένου σκυροδέµατος, υπάρχει ανάγκη για κάµψη και επανευθυγράµµιση ράβδων οπλισµού, συχνά δε, γίνεται λόγος για περιπτώσεις όπου οι ράβδοι οπλισµού έχουν ήδη ενσωµατωθεί σε δοµικά στοιχεία από οπλισµένο σκυρόδεµα και ένα µέρος αυτών εξέχει. Η ανάγκη ενδέχεται να προκύπτει α) για πρακτικούς λόγους λειτουργικής διευθέτησης των εργασιών κατασκευής β) για λόγους διόρθωσης κατασκευής οπλισµού ή γ) σε περιπτώσεις µη εσκεµµένης κάµψης. Η κάµψη ή/και επανευθυγράµµιση των ράβδων εκτελείται κατά κανόνα εν ψυχρώ, δηλαδή πρακτικά σε θερµοκρασία περιβάλλοντος (ιδίως για ράβδους µικρής διαµέτρου) (ΚΤΧ, 2008) ή εν θερµώ, µετά από θέρµανση µε φλόγα (για µεγαλύτερες διαµέτρους). Στη δεύτερη περίπτωση η θέρµανση µε φλόγα σε υψηλή κατά περίπτωση θερµοκρασία, µειώνει το όριο διαρροής και διευκολύνεται η κάµψη ή/και η επανευθυγράµµιση. Η θέρµανση, σε υψηλές θερµοκρασίες, χαλύβων οπλισµού θερµικής κατεργασίας (συνήθης µέθοδος παραγωγής των χαλύβων B500C) ή ψυχρής κατεργασίας οδηγεί σε µείωση της αντοχής. Στην περίπτωση χαλύβων θερµής έλασης, η θέρµανση για κάµψη ή 2

3 επανευθυγράµµιση, κατ αρχήν επιτρέπεται. Κατά την επανευθυγράµµιση µε χρήση φλόγας, θα πρέπει η θερµοκρασία να είναι µεγαλύτερη των C, χωρίς όµως να υπερβεί τους C. H θέρµανση πρέπει να είναι οµοιόµορφη σε όλη την περιοχή της κάµψης (τουλάχιστον 5cm εκατέρωθεν) και να αποφεύγεται οποιασδήποτε µορφής απότοµη ψύξη. Η ευθυγράµµιση πρέπει να γίνεται αργά και µε σταθερή δύναµη και σε καµία περίπτωση να µην ξεπεράσει τον διαµήκη άξονα της ράβδου. Οι προβλέψεις αυτές στηρίζονται κυρίως σε αποτελέσµατα εργασιών (Hopkins, 2008), οι οποίες ωστόσο, αναφέρονται σε χάλυβες θερµής έλασης διαφορετικής χηµικής σύνθεσης ή σε χάλυβες διαφορετικής συσχέτισης αντοχών-ολκιµότητας, από αυτή που προϋποθέτουν οι χάλυβες τεχνικής κατηγορίας B500C που ορίζει το πρότυπο ΕΛΟΤ και ΕΛΟΤ ΕΝ Σκοπός της εργασίας είναι να εξετάσει την επίδραση διαδοχικών κάµψεων και επανευθυγραµµίσεων σε χάλυβες θερµικής κατεργασίας και θερµής έλασης µε µικροκραµάτωση (που εµπίπτουν στην τεχνική κατηγορία B500C) όπως προβλέπεται από τα ισχύοντα πρότυπα αλλά και σε δυσµενέστερες περιπτώσεις, όπου δηλαδή χρησιµοποιείται µικρότερης διαµέτρου κυλινδρικό στέλεχος σε συνδυασµό µε φαινόµενα γήρανσης που ενδέχεται να εµφανίζονται. 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Η πειραµατική εξέταση περιλαµβάνει χάλυβες οπλισµού θερµής έλασης µε άµεση εν σειρά διαδικασία θερµικής κατεργασίας (tempcore), διαµέτρου d: 10mm και χάλυβες θερµής έλασης µε µικροκραµάτωση µε βανάδιο, διαµέτρου d: 10 και 20 mm. Όλοι οι χάλυβες εµπίπτουν στην τεχνική κατηγορία B500C (ΕΛΟΤ, 2005). Τυπική χηµική σύσταση και τα µηχανικά χαρακτηριστικά δίνονται στον Πίνακα 1 και 2 αντίστοιχα. Πίνακας 1. Χηµική σύσταση (% κ.β.) των υπό εξέταση χαλύβων οπλισµού. Σύντοµη C Mn Si Ni Cr Cu S P V Mo N Ceq Περιγραφή ΘΕ-ΘΚ / 10 0,22 1,04 0,23 0,11 0,07 0,58 0,008 0,014 0,003 0,019 0,008 0,46 ΘΕ-V / 10 0,22 1,09 0,28 0,11 0,08 0,47 0,014 0,010 0,080 0,022 0,0135 0,47 ΘΕ-V / 20 0,22 1,09 0,28 0,11 0,08 0,47 0,014 0,010 0,080 0,022 0,0135 0,47 Πίνακας 2. Μηχανικά χαρακτηριστικά των υπό εξέταση χαλύβων οπλισµού πριν και µετά από γήρανση. Σύντοµη Περιγραφή ιάµετρος d (mm) Όριο ιαρροής Re (MPa) Εφελκυστική Αντοχή Rm (MPa) Λόγος Rm/Re Όµοιόµoρφη Παραµόρφωση Agt (%) Π.Γ.* Μ.Γ.** Π.Γ.* Μ.Γ.** Π.Γ.* Μ.Γ.** Π.Γ.* Μ.Γ.** ΘΕ-ΘΚ / ,21 1,21 11,8 10,0 ΘΕ-V / ,25 1,26 12,0 10,0 ΘΕ-V / ,24 1,24 14,4 12,3 * Πρίν την Γήρανση, ** Μετά από Γήρανση 3

4 Εξετάσθηκε η κάµψη ράβδων µε κυλινδρικά στελέχη διαφορετικής διαµέτρου. Για τις ράβδους διαµέτρου 10mm εξετάσθηκε η κάµψη σε κυλινδρικά στελέχη διαµέτρου 1d, 2d και 4d, ενώ για τις ράβδους διαµέτρου 20mm εξετάσθηκε η κάµψη σε κυλινδρικά στελέχη διαµέτρου 2d, 4d και 7d. Οι διαστάσεις αναφέρονται ως συνάρτηση της διαµέτρου, d, των ράβδων, για λόγους αντιστοίχησης µε τα σχετικά πρότυπα. Συνοπτικά, τα διαδοχικά στάδια που ακολουθήθηκαν παρουσιάζονται στον Πίνακα 2 (Babaei, 1991). Τα δοκίµια µπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε 6 οµάδες για τις ράβδους διαµέτρου d:10 mm και σε 2 οµάδες για τις ράβδους διαµέτρου d:20 mm (σε κάθε περίπτωση εξετάσθηκαν 3 δοκίµια). Πίνακας 2. Συνοπτική περιγραφή πειραµατικής διαδικασίας για τους χάλυβες Θερµικής Κατεργασίας και Θερµής Έλασης µε µικροκραµάτωση µε βανάδιο, διαµέτρου d:10 mm (ΘΕ-ΘΚ/10, ΘΕ-V/10). Κάµψη / επανευθυγράµµιση εν ψυχρώ. ιαδοχικά Στάδια Πειραµατικής ιαδικασίας 1ος Κύκλος 2ος Κύκλος Α/Α Σύντοµη Περιγραφή Κάµψη* Γήρανση Ευθυγράµµιση Γήρανση Κάµψη* Γήρανση Ευθυγράµµιση Γήρανση οκ. Εφελ/σµού 1 Κάµψη / Χωρίς Γήρανση 2 Κάµψη / Γήρανση 3 Κάµψη / 2 Γηράνσεις 4 2 Κάµψεις / Χωρίς Γήρανση 5 2 Κάµψεις / Γήρανση 6 2 Κάµψεις / 2 Γηράνσεις * Για ΘΕ-ΘΚ /10, ΘΕ-V / 10 διάµετροι στελεχών κάµψης 1d, 2d και 4d. Πίνακας 3. Συνοπτική περιγραφή πειραµατικής διαδικασίας για τους χάλυβες Θερµής Έλασης µε µικροκραµάτωση µε βανάδιο, διαµέτρου d:20 mm (ΘΕ-V/20). Επανευθυγράµµιση εν θερµώ (600/750 ο C) ιαδοχικά Στάδια Πειραµατικής ιαδικασίας 1ος Κύκλος 2ος Κύκλος Α/Α Σύντοµη Περιγραφή Κάµψη* Γήρανση Ευθυγράµµιση Γήρανση Κάµψη* Γήρανση Ευθυγράµµιση Γήρανση οκ. Εφελ/σµού 1 Κάµψη / Χωρίς Γήρανση 600 / 750 o C 2 2 Κάµψεις / Χωρίς Γήρανση 600 / 750 o C 600 / 750 o C * Για ΘΕ-V / 20 διάµετροι στελεχών κάµψης 2d, 4d και 7d Για τις ράβδους διαµέτρου 10mm, εξετάσθηκε η επίδραση γήρανσης µετά τις κάµψεις ή/και µετά τις επανευθυγραµµίσεις. Με την ολοκλήρωση των κάµψεων, επανευθυγραµµίσεων και γηράνσεων, κατά περίπτωση, όλα τα δοκίµια εξετάσθηκαν µακροσκοπικά για τυχούσες ρωγµές και θραύσεις. Τέλος, όλα τα δοκίµια (πλην αυτών που είχαν υποστεί θραύση κατά την κάµψη / επανευθυγράµµιση εν ψυχρώ) υποβλήθηκαν σε δοκιµή εφελκυσµού όπου και προσδιορίσθηκαν τα µηχανικά χαρακτηριστικά τους. Η κάµψη των δοκιµίων πραγµατοποιήθηκε σε κατάλληλη µηχανική διάταξη (Σχήµα 1), στην οποία υπήρχε η δυνατότητα προσαρµογής της διαµέτρου του κυλινδρικού στελέχους (d) και ήταν δυνατή στην συνέχεια η ευθυγράµµιση των καµφθέντων ράβδων µε µηχανή εφελκυσµού (και επανάληψη του κύκλου εφόσον απαιτείται) (Babaei, 1991). Σύµφωνα και µε τον Πίνακα 2, ορισµένες οµάδες 4

5 υποβλήθηκαν σε συγκεκριµένα στάδια σε τεχνητή γήρανση (θέρµανση στους 100 o C για µία ώρα). Σχήµα 1. Πειραµατική διάταξη κάµψης ράβδων. Σύµφωνα µε τον ΚΤΧ 2008, η επανευθυγράµµιση χαλύβων µε θέρµανση επιτρέπεται µόνο στους χάλυβες θερµής έλασης (ΘΕ-V). Στην περίπτωση χαλύβων θερµικής κατεργασίας (ΘΕ-ΘΚ) ή ψυχρής κατεργασίας, θέρµανση σε υψηλές θερµοκρασίες συνοδεύεται µε µείωση της αντοχής (Nikolaou J., 2003) και επιτρέπεται κατά την κρίση του Επιβλέποντα Μηχανικού, εφόσον οι αντίστοιχες επιπτώσεις δεν είναι απαγορευτικές. Η θέρµανση, σε υψηλή κατά περίπτωση θερµοκρασία, µειώνει το όριο διαρροής και διευκολύνεται η κάµψη ή/και η επανευθυγράµµιση. Σύµφωνα µε τις οδηγίες, κατά την επανευθυγράµµιση εν θερµώ θα πρέπει η θερµοκρασία να είναι µεγαλύτερη των 750 ο C, χωρίς όµως να υπερβεί τους 1000 ο C. Στην περίπτωση κάµψης ράβδων µεγαλύτερης διαµέτρου (d 20 mm), η κάµψη πρέπει να εκτελείται µε τύµπανο διαµέτρου µεγαλύτερης ή ίσης από 7d. Για τον έλεγχο των παραπάνω, επιλέχθηκαν χάλυβες οπλισµού διαµέτρου d 20 mm που παράγονται µε Θερµή Έλαση και συνδυασµένη µικροκραµάτωση µε βανάδιο (V). Η επανευθυγράµµιση των ράβδων διαµέτρου 20 mm πραγµατοποιήθηκε µετά από θέρµανση τους σε φούρνο στις κατάλληλες θερµοκρασίες (600 o C και 750 o C) για διάστηµα 5 λεπτών και σε λιγότερο από 1 λεπτό επανευθυγραµµίστηκαν. 3. ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 3.1 Οπτικός Έλεγχος σε ράβδους διαµέτρου d: 10 mm (ΘΕ-ΘΚ/10, ΘΕ-V/10) Σύµφωνα µε την παράγραφο του ΚΤΧ 2008, κατά τον οπτικό έλεγχο δεν πρέπει να εµφανίζονται ρωγµές µετά την κάµψη. Η απαίτηση αυτή επιβεβαιώνεται για όλες τις περιπτώσεις και για όλα τα δοκίµια που ελέγχθηκαν µετά από την πρώτη κάµψη. Εντούτοις, κατά την επανευθυγράµµιση καµφθεισών ράβδων (µε ή χωρίς γήρανση) ανάλογα µε την διάµετρο του κυλινδρικού στελέχους κάµψης παρατηρούνται ρωγµές στις ράβδους. 5

6 Σχήµα 2. Τυπικές µακροσκοπικές φωτογραφίες ράβδων, B500C (ΘΕ-ΘΚ/10 και ΘΕ- V/10), µετά από κάµψη και ευθυγράµµιση ανάλογα µε τη διάµετρο του κυλινδρικού στελέχους κάµψης (1d, 2d και 4d) και µετά από 1 κύκλο (εν ψυχρώ) κάµψης / επανευθυγράµµισης (χωρίς γήρανση). Σχήµα 3. Τυπικές µακροσκοπικές φωτογραφίες ράβδων, B500C, (ΘΕ-ΘΚ/10 και ΘΕ- V/10) µετά από κάµψη και ευθυγράµµιση ανάλογα µε τη διάµετρο του κυλινδρικού στελέχους κάµψης (2d, 4d) και µετά από 1 και 2 κύκλους (εν ψυχρώ) κάµψης / επανευθυγράµµισης µετά από γήρανση. Αύξηση της διαµέτρου του κυλινδρικού στελέχους κάµψης συνοδεύεται µε µείωση του αριθµού και µεγέθους των ρωγµών που εµφανίζονται (Σχήµα 2). Οι 6

7 ρωγµές κατά την επανευθυγράµµιση, εµφανίζονται πάντα στο εσωτερικό της προηγηθείσας κάµψης, δηλαδή στην θλιβόµενη περιοχή και πάντα στην συναρµογή των πλάγιων νευρώσεων µε τον κορµό των ράβδων. Κάµψη µε διάµετρο κυλινδρικού στελέχους 4d οδηγεί στα βέλτιστα αποτελέσµατα σε όλες τις περιπτώσεις που εξετάσθηκαν. Η παραπάνω παρατήρηση ισχύει και στην περίπτωση επανευθυγράµµισης µετά από γήρανση, δηλαδή µετά την διέλευση σηµαντικού χρονικού διαστήµατος από την κάµψη, ανεξάρτητα από την µέθοδο παραγωγής των χαλύβων (Σχήµα 3, 1 Κάµψη / Επανευθυγράµµιση). Ιδιαίτερη επιβάρυνση επέρχεται µε την επανάληψη ενός πρόσθετου κύκλου κάµψης / επανευθυγράµµισης, κατά την οποία ειδικά για µικρότερης διαµέτρου στελέχη, εµφανίζονται εντονότερες ρωγµές. 3.2 Μηχανικά Χαρακτηριστικά ράβδων διαµέτρου d: 10 mm (ΘΕ-ΘΚ/10, ΘΕ-V/10) Η πειραµατική διαδικασία που ακολουθήθηκε, µας επιτρέπει να µελετήσουµε τα µηχανικά χαρακτηριστικά ράβδων που έχουν καµφθεί και επανευθυγραµµιστεί µία ή δύο φορές. Στα Σχήµατα 4 και 5, συνοψίζονται τα αποτελέσµατα που αφορούν την εφελκυστική αντοχή (Rm) και την ολκιµότητα (Agt), αντίστοιχα. Κάµψη και επανευθυγράµµιση των χαλύβων ανεξάρτητα από την διάµετρο του κυλινδρικού στελέχους δεν επιδρά σηµαντικά στην εφελκυστική αντοχή των ράβδων παρά το γεγονός ότι στον οπτικό έλεγχο ανιχνεύονται ρωγµές στα υλικά (βλ. Σχήµα 2). Η πρόταση ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις που εξετάσθηκαν, δηλαδή επανευθυγράµµιση αµέσως µετά την κάµψη και παρεµβολή τεχνητής γήρανσης µετά την κάµψη ή/και µετά την επανευθυγράµµιση. Η µέθοδος παραγωγής των χαλύβων δεν διαφοροποιεί την παραπάνω συµπεριφορά των ράβδων οπλισµού. Η σηµασία κάµψης σε κυλινδρικό στέλεχος µεγαλύτερης διαµέτρου (4d) γίνεται φανερή στην περίπτωση που παρουσιαστεί ανάγκη κάµψης / επανευθυγράµµισης για δεύτερη φορά. Στην περίπτωση επανάληψης του κύκλου κάµψης / επανευθυγράµµισης, η εφελκυστική αντοχή των ράβδων εξαρτάται φανερά από την διάµετρο του τυµπάνου που χρησιµοποιείται. Αποδεικνύεται ότι µόνο εφόσον η κάµψη πραγµατοποιηθεί και τις δύο φορές µε τύµπανο διαµέτρου 4d, η εφελκυστική αντοχή επηρεάζεται σε µικρό βαθµό. Κάµψη µε στελέχη µικρότερων διαστάσεων (1d και 2d) συνοδεύεται από αισθητή πτώση της αντοχής και που αποδίδεται στις έντονες ρηγµατώσεις στις ράβδους (βλ Σχήµα 3).Κατά την κάµψη µιας ράβδου, δηλαδή την επιβολή πλαστικής παραµόρφωσης, πραγµατοποιείται υπέρβαση του ορίου διαρροής του χάλυβα στην περιοχή παραµόρφωσης και «κατανάλωσης» της δυνατότητας περαιτέρω πλαστικής παραµόρφωσης του υλικού. Η πλαστική παραµόρφωση µιας ράβδου γύρω από κυλινδρικό στέλεχος ορισµένης διαµέτρου δεν είναι οµοιόµορφη κατά µήκος της διαµέτρου της αλλά µεγιστοποιείται στην εξωτερική πλευρά της κάµψης. Σε αυτή τη περίπτωση, η αντοχή µιας ράβδου µπορεί µόνο να εκτιµηθεί ανάλογα µε την γεωµετρία της κάµψης (διάµετρος τυµπάνου) και τις διαστάσεις της ράβδου. 7

8 Σχήµα 4. Εφελκυστική αντοχή Rm (MPa) σε σχέση µε την διάµετρο του κυλινδρικού στελέχους κάµψης (1, 2 και 4d) για τους χάλυβες ΘΕ-ΘΚ / 10 και ΘΕ-V / 10 ανάλογα µε τον αριθµό (εν ψυχρώ) κάµψεων / επανευθυγραµµίσεων και γήρανσης. 8

9 Σχήµα 5. Οµοιόµορφη παραµόρφωση Agt (%) σε σχέση µε την διάµετρο του κυλινδρικού στελέχους κάµψης (1, 2 και 4d) για τους χάλυβες ΘΕ-ΘΚ / 10 και ΘΕ-V / 10 ανάλογα µε τον αριθµό (εν ψυχρώ) κάµψεων / επανευθυγραµµίσεων και γήρανσης. 9

10 Η επανευθυγράµµιση λυγισµένης ράβδου, επιφέρει πρόσθετη πλαστική παραµόρφωση και περαιτέρω κατανάλωση της δυνατότητας πλαστικής παραµόρφωσης του χάλυβα. Η συµπεριφορά των χαλύβων σε αυτή τη περίπτωση επηρεάζεται όπως είναι φυσικό, από την προηγούµενη κάµψη. Σύµφωνα µε τα διαγράµµατα του Σχήµατος 5, παρατηρείται ότι µια ράβδος µετά από κάµψη µε στέλεχος διαµέτρου 4d (που συµφωνεί µε τους κανονισµούς) και επανευθυγράµµιση παρουσιάζει ολκιµότητα Agt µεταξύ 6 και 8% (αντί περίπου 12% που είναι η αρχική και για τους δύο χάλυβες), δηλαδή πτώση µεταξύ 35 και 50%. Εφόσον, βέβαια ο κύκλος κάµψης / επανευθυγράµµισης επαναληφθεί, η επιβάρυνση των χαλύβων, λόγω µείωσης της αποµένουσας ολκιµότητας ή και αντοχής µεγαλώνει. Όπως και στην περίπτωση της εφελκυστικής αντοχής, η σηµασία κάµψης γύρω από στέλεχος µεγαλύτερης διαµέτρου, καταδεικνύεται στην ανάγκη κάµψης / επανευθυγράµµισης για δεύτερη φορά. Σε αυτή τη περίπτωση, παρατηρείται σχεδόν πλήρης απώλεια της ολκιµότητας (δηλαδή ψαθυρότητα) για κάµψη µε στέλεχος 2d και υποβάθµιση που κυµαίνεται µεταξύ 50 και 65% στην ευνοϊκότερη περίπτωση κάµψης µε στέλεχος διαµέτρου 4d. Η υποβάθµιση αυτή µπορεί να φθάσει και το 75% (ΘΕ-V / 10) όταν οι ράβδοι υποβληθούν σε τεχνητή γήρανση. Σύµφωνα µε τα παραπάνω, αποδεικνύεται η καταστροφική επίδραση µιας επιπρόσθετης κάµψης/επανευθυγράµµισης η οποία θα πρέπει σε κάθε περίπτωση να αποφεύγεται, διότι οδηγεί σε σηµαντική ψαθυροποίηση των ράβδων οπλισµού. Εντούτοις, σηµαντική υποβάθµιση παρατηρείται και κατά την απλή κάµψη που πραγµατοποιείται ακόµα και σύµφωνα µε τους ισχύοντες κανονισµούς. Αν και οι τιµές ολκιµότητας και σε αυτές τις περιπτώσεις είναι της τάξης του 7% (αντί 7,5% που είναι το ελάχιστο για τους χάλυβες B500C), όταν παρουσιάζεται ανάγκη κάµψης, είναι κρίσιµο να επιλέγεται κυλινδρικό στέλεχος όσο το δυνατόν µεγαλύτερης διαµέτρου. 3.3 Μηχανικά Χαρακτηριστικά ράβδων διαµέτρου d: 20 mm (ΘΕ-V/20) Σύµφωνα µε τον Πίνακα 3, η πειραµατική διαδικασία που αφορά στους χάλυβες ΘΕ-V / 20, µπορεί να διακριθεί σε δύο οµάδες ανάλογα µε τον αριθµό των κάµψεων / επανευθυγραµµίσεων που εκτελούνται. Η επανευθυγράµµιση πραγµατοποιήθηκε εν θερµώ, δηλαδή ενώ οι ράβδοι βρίσκονταν σε υψηλή θερµοκρασία. Επιλέχθηκαν δύο θερµοκρασίες θέρµανσης, στους 600 και 750 o C, έτσι ώστε να ελεγχθεί η ασφάλεια που προσφέρεται ακολουθώντας τις οδηγίες. Κάµψεις πραγµατοποιήθηκαν µε κυλινδρικά στελέχη διαµέτρου 2d, 4d και 7d. Κατά την κάµψη, σε κανένα δοκίµιο δεν ανιχνεύθηκαν ρωγµές, για όλες τις διαµέτρους τυµπάνων που χρησιµοποιήθηκαν. Κατά την επανευθυγράµµιση, ανεξάρτητα από την θερµοκρασία θέρµανσης των ράβδων, για τύµπανα διαµέτρου 2 και 4d, όλα τα δοκίµια αστόχησαν. Η 10

11 επανευθυγράµµιση ήταν δυνατή µόνο για τις ράβδους που είχαν καµφθεί µε τύµπανο διαµέτρου 7d. Η εφελκυστική αντοχή των ράβδων µετά από ένα κύκλο κάµψης / επανευθυγράµµισης παραµένει πρακτικά αµετάβλητη σε σχέση µε την αρχική (723 MPa) ενώ η ολκιµότητα Agt παρουσιάζει πτώση κατά 60% (5%). Κατά τον δεύτερο κύκλο κάµψης / επανευθυγράµµισης και στις δύο θερµοκρασίες θέρµανσης (600 και 750 o C) όλα τα δοκίµια, ακόµα και αυτά τα οποία είχαν καµφθεί µε στέλεχος διαµέτρου 7d, αστόχησαν. Τα αποτελέσµατα αποδεικνύουν ότι η κάµψη µεγαλύτερων διαµέτρων ράβδων οπλισµού παρουσιάζει σηµαντικά προβλήµατα ενώ η επανάκαµψη πρακτικά είναι αδύνατη. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σκοπός της εργασίας είναι να εξετάσει την επίδραση της κάµψης και επανευθυγράµµισης σε χάλυβες οπλισµού, θερµικής κατεργασίας (ΘΕ-ΘΚ) και θερµής έλασης µε µικροκραµάτωση µε βανάδιο (ΘΕ-V), διαµέτρων 10 και 20 mm, όπως προβλέπεται από τα ισχύοντα πρότυπα αλλά και σε δυσµενέστερες περιπτώσεις. Περιλαµβάνεται η επίδραση της γήρανσης και ο αριθµός των κάµψεων/ επανευθυγραµµίσεων που πραγµατοποιούνται. Για τις ράβδους διαµέτρου 10mm, αποδεικνύεται ότι: Κάµψη και επανευθυγράµµιση των χαλύβων, ανεξάρτητα από την µέθοδο παραγωγής και την διάµετρο του κυλινδρικού στελέχους, δεν επιδρά σηµαντικά στην εφελκυστική αντοχή των ράβδων παρά το γεγονός ότι στον οπτικό έλεγχο ανιχνεύονται ρωγµές στα υλικά. Στην περίπτωση επανάληψης του κύκλου κάµψης / επανευθυγράµµισης, η εφελκυστική αντοχή των ράβδων εξαρτάται φανερά από την διάµετρο του τυµπάνου που χρησιµοποιείται. Αποδεικνύεται ότι µόνο εφόσον η κάµψη πραγµατοποιηθεί και τις δύο φορές µε τύµπανο διαµέτρου 4d, η εφελκυστική αντοχή επηρεάζεται σε µικρό βαθµό. Μετά από κάµψη µε στέλεχος διαµέτρου 4d (που συµφωνεί µε τους κανονισµούς) και επανευθυγράµµιση παρουσιάζει ολκιµότητα Agt µεταξύ 6 και 8% (αντί περίπου 12% που είναι η αρχική και για τους δύο χάλυβες), δηλαδή πτώση µεταξύ 35 και 50%. Για τις ράβδους διαµέτρου 20 mm, αποδεικνύεται ότι: Η επανευθυγράµµιση είναι δυνατή µόνο για τις ράβδους που είχαν καµφθεί µε τύµπανο διαµέτρου 7d. Η εφελκυστική αντοχή των ράβδων µετά από ένα κύκλο κάµψης / επανευθυγράµµισης παραµένει πρακτικά αµετάβλητη σε σχέση µε την αρχική (723 MPa) ενώ η ολκιµότητα Agt παρουσιάζει πτώση κατά 60% (5%). 11

12 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Babaei Khossrow, Hawkins Neil, Development of Standard Specifications for Bending/Straightening Concrete Reinforcing Steel, Washington State Transportation Center, April Erasmus, L. A., and Pussegoda, L.N., Strain age embrittlement of reinforcing steels, New Zealand Engineering, V.32, No 8, 1977, pp Hopkins David and Poole Russell, Tests on Micro-alloy and Quenched and Tempered samples available in New Zealand, Department of Building and Housing, Wellington, Nikolaou J., Papadimitriou G.D. Microstructures and mechanical properties after heating of reinforcing 500 MPa class weldable steels produced by various processes (Tempcore, micoralloyed with vanadium and workhardened) J Constr Build Mater (2003)14 (8) Restrepo J. I., Crisafulli F. J., Park R. How harmful is cold bending/straightening of reinforcing bars Concrete International, Vol. 4 (1999) Ελληνικός Κανονισµός Ωπλισµένου Σκυροδέµατος 2000, ΕΚΩΣ ΕΛΟΤ : Xάλυβες οπλισµού σκυροδέµατος - Συγκολλήσιµοι χάλυβες Μέρος 3: Τεχνική κατηγορία B500C, Νέος Κανονισµός Τεχνολογίας Χαλύβων Οπλισµού Σκυροδέµατος, ΚΤΧ 2008, Αθήνα