Βασιλική ΠΑΛΙΕΡΑΚΗ 1. Λέξεις κλειδιά: ανακυκλιζόµενες δράσεις, διεπιφάνειες, δράση βλήτρου, τριβή.

Transcript

1 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος Μεταφορά Τέµνουσας σε ιεπιφάνειες επισκευασµένων/ ενισχυµένων Στοιχείων Ωπλισµένου Σκυροδέµατος, υποβαλλόµενες σε Ανακυκλιζόµενες Ολισθήσεις Shear transfer along Interfaces in repaired/strengthened Reinforced Concrete Elements, subjected to Cyclic Actions Βασιλική ΠΑΛΙΕΡΑΚΗ Λέξεις κλειδιά: ανακυκλιζόµενες δράσεις, διεπιφάνειες, δράση βλήτρου, τριβή. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Πολλές µέθοδοι επέµβασης σε υφιστάµενα στοιχεία Ω.Σ. πραγµατοποιούνται µέσω της προσθήκης νέου σκυροδέµατος. Η συµπεριφορά των διεπιφανειών παλαιού και νέου σκυροδέµατος σε ανακυκλιζόµενες δράσεις, µπορεί να αποδειχθεί κρίσιµη για την συνολική συµπεριφορά της κατασκευής, λόγω της σηµαντικής µείωσης της διατµητικής απόκρισης της διεπιφάνειας µε την ανακύκλιση. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται µέρος των πειραµατικών αποτελεσµάτων ενός ευρύτερου και συστηµατικού προγράµµατος. Στα πειράµατα που παρουσιάζονται εδώ, διεπιφάνειες µεταξύ παλιού και νέου σκυροδέµατος, οι οποίες διατέµνονται από ράβδους οπλισµού δοκιµάστηκαν σε ανακυκλιζόµενες ολισθήσεις, εύρους από ±,mm έως ±4,mm. Στις υπό διερεύνηση παραµέτρους περιλαµβάνονται η διάµετρος των ράβδων, το ποσοστό του οπλισµού, η θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος, η τραχύτητα της διεπιφάνειας, το µέγεθος της κάθετης στην διεπιφάνεια θλιπτικής τάσης, το µη επαρκές για την πλήρη αγκύρωση- µήκος εµπήξεως των ράβδων, καθώς και ο µηχανισµός συνάφειας (µέσω χρήσης εποξειδικών ρητινών ή µέσω συνάφειας χάλυβα-σκυροδέµατος). ABSTRACT : Repair and/or strengthening of existing RC members implies, in several techniques, the addition of new concrete. The behaviour of interfaces between old and new concrete may become critical for the behaviour of the entire structure, because of the significant force response degradation of interfaces when subjected to cyclic actions. In the present paper, part of the results of a systematic program, are presented and commented upon. In the experiments presented here, interfaces crossed by reinforcing bars are subjected to cyclic imposed shear slips of varying amplitude (±.mm to ±4.mm). The investigated parameters include the bar diameter, the percentage of reinforcement, the concrete compressive strength, the roughness of the interface, the level of normal load on the interface, the embedment length of reinforcing bars crossing the interfaces, as well as the bonding mechanism (either through epoxy resin or by steel to concrete bond). Πολιτικός Μηχανικός, Υποψήφια ιδάκτορας, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, vasopal@central.ntua.gr

2 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πολλές µέθοδοι επέµβασης σε υφιστάµενα στοιχεία Ω.Σ., (καµπτική ενίσχυση δοκών, εµφάτνωση τοιχωµάτων, κατασκευή µανδυών σε υποστυλώµατα κ.τ.λ.), πραγµατοποιούνται µέσω προσθήκης νέου σκυροδέµατος ή νέων στοιχείων ωπλισµένου σκυροδέµατος στα υπάρχοντα µέλη της κατασκευής. Η µεταφορά τέµνουσας στις διεπιφάνειες απαιτείται για την αποτελεσµατικότητα της επέµβασης, και την βελτίωση της συµπεριφοράς του συνόλου της κατασκευής. Αν και υπάρχει η τάση να θεωρείται το επισκευασµένο ή το ενισχυµένο στοιχείο ως µονολιθικό, η ολίσθηση κατά µήκος της διεπιφάνειας είναι απαραίτητη για την ενεργοποίηση της αντίστασής της. Το εύρος των επιβαλλόµενων στην διεπιφάνεια ολισθήσεων είναι συνάρτηση της επιθυµητής στάθµης επιτελεστικότητας της κατασκευής, η οποία υιοθετείται κατά τον ανασχεδιασµό των υφιστάµενων κατασκευών. Αν µία κατασκευή πρέπει να παραµείνει πρακτικά χωρίς βλάβες κατά τον σεισµό σχεδιασµού, λαµβάνονται υπόψη µικρές τιµές ολίσθησης κατά µήκος της διεπιφάνειας. Αντιθέτως, για κατασκευές που σχεδιάζονται για την στάθµη επιτελεστικότητας προστασίας ζωής, επιτρέπονται µεγάλες βλάβες, και οι διεπιφάνειες σχεδιάζονται λαµβάνοντας υπόψη ολισθήσεις σηµαντικού εύρους. Οι διεπιφάνειες θα πρέπει να σχεδιάζονται µε βάση την επιστρατευόµενη διατµητική αντίσταση για συγκεκριµένη στάθµη ολίσθησης. Η αντίσταση της διεπιφάνειας εξαρτάται από το µέγεθος της ολίσθησης και από το πλήθος των αναµενόµενων κύκλων. Εξ άλλου, προκειµένου να υπολογιστεί η αντίσταση της διεπιφάνειας, δεν µπορεί να γίνει απλή άθροιση των µέγιστων αντιστάσεων των βασικών µηχανισµών που δρουν σε αυτήν (διατµητική τριβή και δράση βλήτρου). Πρέπει να λαµβάνεται υπόψη η αλληλεπίδραση των δυο µηχανισµών και ο διαφορετικός ρυθµός ενεργοποίησης συναρτήσει της ολίσθησης. Η διεθνής βιβλιογραφία είναι πλούσια σε πειραµατικά αποτελέσµατα από δοκιµές διεπιφανειών σκυροδέµατος (άοπλων και ωπλισµένων), οι οποίες προσοµοιώνουν αρµούς διακοπής εργασίας, αρµούς προκατασκευασµένων στοιχείων, φυσικές ρωγµές σε στοιχεία Ω.Σ., κλπ., και υποβάλλονται κυρίως σε µονοτονική φόρτιση. εν διατίθενται, όµως, στοιχεία για την συµπεριφορά ωπλισµένων διεπιφανειών µε γεωµετρία η οποία προσιδιάζει σε επισκευαζόµενα/ενισχυόµενα στοιχεία και µάλιστα υπό ανακυκλιζόµενες επιβαλλόµενες µετακινήσεις. Οι δύο θεµελιώδεις µηχανισµοί µεταφοράς τέµνουσας (δράση βλήτρου του οπλισµού και τριβή σκυροδέµατος µε σκυρόδεµα) έχουν µελετηθεί χωριστά, ή σε ταυτόχρονη δράση, ενώ έχει µελετηθεί και η αλληλεπίδρασή τους, αλλά υπό µονοτονική φόρτιση. Οι πειραµατικές εργασίες οι σχετικές µε τον µηχανισµό του βλήτρου ή της τριβής υπό επαναλαµβανόµενη ή ανακυκλιζόµενη φόρτιση είναι λίγες, και έχουν ηλικία µιας εικοσαετίας τουλάχιστον. Παρουσιάζονται συνοπτικά τις εργασίες των Vintzileou et al. (987) και Tassios et al. (987). Κατά την τελευταία εικοσαετία, έχουν δηµοσιευτεί εργασίες σχετιζόµενες µε την συµπεριφορά της διεπιφάνειας όταν σε αυτήν δρουν όλοι οι µηχανισµοί. Μελετήθηκαν διάφορες παράµετροι, όπως το ποσοστό και το µήκος αγκύρωσης του οπλισµού, η προετοιµασία της διεπιφάνειας, και η θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος (Bass et al., 989), η επιρροή του ανοίγµατος της υπάρχουσας ρωγµής, και παραµέτρων των υλικών, 2

3 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος όπως το µέγεθος των αδρανών (Abdel-Maksoud, 22). Οι Tassios et al.(23) προσοµοίωσαν την διατµητική αντίσταση προρηγµατωµένων διεπιφανειών Ω.Σ. Λόγω του συγκεκριµένου σκοπού των παραπάνω µελετών, τα πειραµατικά αποτελέσµατα είναι σε µορφή τέτοια που δεν επιτρέπουν παραπέρα αξιοποίηση. Στο πλαίσιο της ιδακτορικής ιατριβής της συγγραφέως, εκτελείται στο ΕΜΠ πειραµατικό πρόγραµµα, µε στόχο την διερεύνηση των διεπιφανειών ωπλισµένου σκυροδέµατος σε επισκευασµένα ή ενισχυµένα στοιχεία. Μελετάται η επιρροή σηµαντικών παραµέτρων, όπως η διάµετρος των ράβδων, το ποσοστό του οπλισµού που διατέµνει την διεπιφάνεια, το µήκος αγκυρώσεως των ράβδων οπλισµού εκατέρωθεν της διεπιφάνειας, ο µηχανισµός συνάφειας (µέσω χρήσης εποξειδικών ρητινών είτε µέσω συνάφειας χάλυβα-σκυροδέµατος), η θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος, η τραχύτητα της διεπιφάνειας, το µέγεθος της εξωτερικής θλιπτικής τάσης που δρα κάθετα στη διεπιφάνεια (ανηγµένη αξονική δύναµη), το εύρος της επιβαλλόµενης διατµητικής ολίσθησης κ.τ.λ. Επίσης, προκειµένου να συνταχθούν οδηγίες για τον σχεδιασµό των διεπιφανειών, περιλαµβάνεται προσοµοίωση της διεπιφάνειας µε την µέθοδο των πεπερασµένων στοιχείων και η διατύπωση καταστατικού νόµου. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσµατα µέρους των πειραµάτων. ΟΚΙΜΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ- ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Στο σχήµα α φαίνεται η γεωµετρία των δοκιµίων που είναι ωπλισµένα µε τρεις (3) ράβδους Φ8 µε µήκος εµπήξεως ανηγµένο στην διάµετρο ίσο µε Τοµή A-A Ράβδοι διαµέτρου 8mm ή 6mm (α) (β) Τοµή B-B Σχήµα. (α) Γεωµετρία των δοκιµίων µε 3 ράβδους οπλισµού Φ8 ή Φ6 και µήκος έµπηξης του οπλισµού ίσο µε 6.25Φ, (β) Η διεπιφάνεια µετά την τράχυνση, σε δοκίµιο µε 5 ράβδους οπλισµού. 3

4 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος Πίνακας. Τα κύρια χαρακτηριστικά των δοκιµίων και οι πειραµατικές τιµές της µέγιστης διατµητικής αντίστασης των διεπιφανειών. οκίµιο Αριθµός και διάµετρος ράβδων/ Ποσοστό οπλισµού/ Μέση θλιπτική αντοχή σκυροδέµατος (N/mm 2 ) τ u,exp (N/mm 2 ) ιορθωµένη 2 τ u,exp Μήκος έµπηξης ανηγµένο Τµήµα Τµήµα 2 (N/mm 2 ) στην διάµετρο ράβδου R-24/A/47/3. 5Φ8/.5/ R-24/A/47/.5 5Φ8/.5/ R2-24/A/47/.5 5Φ8/.5/ R-7/A/47/.5 5Φ8/.5/ R-7/A/47/2. 5Φ8/.5/ R-2/A/47/2. 5Φ8/.5/ R-24/A/47/. 5Φ8/.5/ R-2/B/6/. 3Φ8/.3/ Re-26/B/6/. Ρητίνες/3Φ8/.3/ ΝRe-27/B/6/. Ρητίνες/3Φ8/.3/ R-6/C/6/. 3Φ6/.2/ R-23/C/6/.5 3Φ6/.2/ R-23/C/6/.2 3Φ6/.2/ S-7/C/6/. 3Φ6/.2/ S-6/C/6/.2 3Φ6/.2/ NR-36/C/6/. 3Φ6/.2/ Σηµειώσεις:. Ονοµατολογία των δοκιµίων: R: Τραχεία διεπιφάνεια, S: Λεία διεπιφάνεια, Re: αγκύρωση του οπλισµού µε χρήση εποξειδικών ρητινών, N: Κάθετη θλιπτική δύναµη στην διεπιφάνεια. Ο πρώτος αριθµός δηλώνει την θλιπτική αντοχή του ασθενέστερου σκυροδέµατος κάθε δοκιµίου. Α: οκίµια µε 5 ράβδους Φ8, Β: δοκίµια µε τρεις ράβδους Φ8, C: δοκίµια µε τρεις ράβδους Φ6. Ο δεύτερος αριθµός δηλώνει το µήκος έµπηξης ανηγµένο στην διάµετρο της ράβδου. Ο τρίτος αριθµός δηλώνει το µέγεθος της επιβαλλόµενης κατά τον πρώτο κύκλο ολίσθησης. 2. Η πειραµατική µέγιστη διατµητική αντίσταση τροποποιείται προκειµένου να ληφθεί υπόψη η θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος και το ποσοστό του οπλισµού που διαφέρει σε κάθε δοκίµιο. Επεξήγηση σε επόµενη ενότητα. Οι διαστάσεις των δοκιµίων επιβλήθηκαν (α) από τον εξοπλισµό που επρόκειτο να χρησιµοποιηθεί για την επιβολή ανακυκλιζόµενων διατµητικών ολισθήσεων µε µηδενική εκκεντρότητα, και (β) από την ανάγκη να παραµένει αµετακίνητο το δοκίµιο στην θέση δοκιµής, χωρίς να επηρεάζουν οι αντιδράσεις στις στηρίξεις την συµπεριφορά. Τα δύο τµήµατα του δοκιµίου, οπλίστηκαν καταλλήλως, ώστε να αποφευχθεί πρόωρη αστοχία, σε περιοχή εκτός της διεπιφάνειας. Τα δοκίµια αποτελούνται από δύο τµήµατα, τα οποία σκυροδετήθηκαν χωριστά σε µεταλλότυπους, περίπου 28 ηµέρες το ένα µετά το άλλο. Μέχρι τώρα, έχουν δοκιµαστεί οχτώ (8) δοκίµια µε επαρκώς αγκυρωµένο οπλισµό (Vintzileou et al., 27), καθώς και εννέα (9) δοκίµια (Πίνακας ) µε ράβδους µικρού µήκους έµπηξης (µήκος έµπηξης ανηγµένο στην διάµετρο του οπλισµού ίσο µε 6.25, τα δοκίµια αυτά καλύπτουν την, αρκετά συνήθη, περίπτωση µεθόδων επισκευής ή/και ενίσχυσης, στις οποίες το διατιθέµενο πάχος των υπαρχόντων ή/και των 4

5 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος προστιθέµενων στοιχείων σκυροδέµατος δεν επιτρέπει την πλήρη αγκύρωση των ράβδων οπλισµού). Το πρόγραµµα περιλαµβάνει και δοκίµια µε οπλισµό διαµέτρου 6mm επαρκώς αγκυρωµένο, δεν έχουν όµως πραγµατοποιηθεί ακόµη οι δοκιµές. Σ αυτήν την εργασία παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσµατα για τα δοκίµια µε οπλισµό µικρού µήκους, και πραγµατοποιείται και σύγκριση µε τα αποτελέσµατα των δοκιµών σε δοκίµια µε ράβδους επαρκώς αγκυρωµένες. Στον Πίνακα φαίνονται οι µελετώµενες παράµετροι και οι συνδυασµοί τους. Η διεπιφάνεια έχει µήκος 5mm και πλάτος mm και οι ράβδοι οπλισµού είναι τοποθετηµένες στο µέσον του πλάτους της. Η καθαρή απόσταση µεταξύ των διαδοχικών ράβδων είναι ίση µε 9.62 ή 2.25 φορές την διάµετρό τους (Σχήµα α). Χρησιµοποιήθηκαν ράβδοι S5 (µέση τιµή ορίου διαρροής 56N/mm 2 ). Μετά την σκυροδέτηση του πρώτου µισού του δοκιµίου, είτε πραγµατοποιήθηκε τεχνητή τράχυνση της διεπιφάνειας, µε καλέµι (Σχήµα β), είτε η διεπιφάνεια παρέµεινε όπως σκυροδετήθηκε, ώστε να είναι λεία. Για τα περισσότερα δοκίµια, οι ράβδοι οπλισµού τοποθετήθηκαν στο πρώτο µισό πριν την σκυροδέτηση και εξείχαν κατά προκαθορισµένο µήκος. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλιζόταν η συνάφεια. Στα υπόλοιπα δοκίµια, οι ράβδοι τοποθετήθηκαν στο πρώτο κοµµάτι µετά την σκλήρυνση του σκυροδέµατος, µε την χρήση ρητινών. Προκειµένου να µελετηθεί η επάρκεια της αγκύρωσης του συγκεκριµένου τύπου, το µήκος έµπηξης των ράβδων στο δεύτερο κοµµάτι επαρκούσε για την πλήρη αγκύρωση. Τα δοκίµια δοκιµάστηκαν ένα µε δύο µήνες µετά την δεύτερη σκυροδέτηση. Η θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος των δύο τµηµάτων µετρήθηκε σε συµβατικά κυλινδρικά δοκίµια (5/3), την ηµέρα της δοκιµής. Στον Πίνακα δίνεται η µέση θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος για τα δυο τµήµατα κάθε δοκιµίου. Π Γ Σ Ρ ρ γ Π Π Ρ Γ Σ Π Σ Σ Σχήµα 2. Πειραµατική διάταξη: (α) Σχηµατική απεικόνιση της διάταξης για τις δοκιµές µε κάθετη θλιπτική τάση στην διεπιφάνεια, (β) Φωτογραφία της διάταξης (για δοκιµές χωρίς εξωτερική θλιπτική τάση). Σχήµα 3. ιάταξη των οργάνων µετρήσεως της διατµητικής ολίσθησης και του ανοίγµατος ρωγµής στην διεπιφάνεια. 5

6 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος Το σχήµα 2 δείχνει την πειραµατική διάταξη: Ειδικά διαµορφωµένο µεταλλικό πλαίσιο ( Π ) αγκυρώνεται στο ισχυρό δάπεδο του εργαστηρίου. Ένας γρύλλος MTS διπλής δράσης ( Γ, µέγιστη ικανότητα=±5kn) τοποθετείται κατακόρυφα στο πλαίσιο. Το δοκίµιο αναρτάται από τον γρύλλο από τέσσερις µεταλλικές ράβδους Ρ σε θέση, ώστε ο άξονας του γρύλλου να συµπίπτει µε τη διεπιφάνεια. ύο µεταλλικοί στύλοι Σ χρησιµοποιούνται προκειµένου να µείνει το δοκίµιο στην θέση δοκιµής. Ανακυκλιζόµενες διατµητικές µετατοπίσεις επιβάλλονται στη διεπιφάνεια, µε µικρή ταχύτητα (περίπου.mm/5min). Όπου προβλέπεται, κάθετη θλιπτική τάση επιβάλλεται στην διεπιφάνεια µέσω πρόσθετων µεταλλικών ράβδων ρ και γρύλλου γ (µέγιστη ικανότητα=kn, Σχήµα 2α). Η κάθετη στην διεπιφάνεια δύναµη αντιστοιχεί σε οµοιόµορφη θλιπτική τάση 3.MPa στην αρχή της δοκιµής. Στο δοκίµιο NRe-27/B/6/. η τάση παρέµεινε σταθερή καθ όλη την διάρκεια, ενώ για το δοκίµιο NR- 36/C/6/., µετά τον πρώτο κύκλο στα.2mm η δύναµη µειώθηκε στο µισό της, καθώς καταγράφηκε µηδενική αποµείωση της απόκρισης για τάση 3. MPa. Η διαδικασία επαναλήφθηκε µέχρις ότου η ισοδύναµη τάση µειώθηκε στα.3 MPa. Όπως φαίνεται στον Πίνακα, µία από τις κύριες παραµέτρους που µελετήθηκαν ήταν η ιστορία φόρτισης, δηλαδή, το εύρος των ανακυκλιζόµενων επιβαλλόµενων στις διεπιφάνειες διατµητικών ολισθήσεων. Οι τιµές που επιλέχθηκαν ήταν: ±.mm, ±.2mm, ±.5mm, ±2.mm, και αντιστοιχούν κατά προσέγγιση στις διάφορες στάθµες επιτελεστικότητας, που υιοθετούνται από τον υπό σύνταξη Κανονισµό των Επεµβάσεων (Ο.Α.Σ.Π., 29). Σε κάθε δοκίµιο επιβάλλονται τρεις πλήρεις ανακυκλίσεις στην προκαθορισµένη στάθµη µετατοπίσεων. Στη συνέχεια, επιβάλλονται τρεις πλήρεις ανακυκλίσεις σε µετατοπίσεις µεγαλύτερου εύρους, µέχρις ότου η µείωση της απόκρισης του δοκιµίου γίνει µεγαλύτερη από το 5% της µέγιστης απόκρισης, οπότε σταµατά η δοκιµή. Στο σχήµα 3 φαίνονται τα όργανα µετρήσεως που χρησιµοποιήθηκαν σε όλα τα δοκίµια. Κατά τη διάρκεια της δοκιµής, η διατµητική µετατόπιση κατά µήκος της διεπιφάνειας µετρείται µέσω τεσσάρων βελοµέτρων (LVDTs 5 έως 8) και στις δύο όψεις του δοκιµίου, παράλληλα και µε την απόκριση της διεπιφάνειας. Επιπλέον, τέσσερα βελόµετρα (LVDTs έως 4), τοποθετηµένα κάθετα στην διεπιφάνεια, µετρούν το άνοιγµα της ρωγµής. Τέλος, ηλεκτροµυκηνσιόµετρα (τα οποία είχαν ήδη κολληθεί στις ράβδους οπλισµού της διεπιφάνειας πριν από την σκυροδέτηση) µετρούν την µήκυνση των ράβδων κατά την πορεία της δοκιµής. Τα ηλεκτροµυκηνσιόµετρα τοποθετήθηκαν στις δύο ακραίες ράβδους εκατέρωθεν της διεπιφάνειας, κοντά σε αυτήν (σε απόσταση περίπου ίση µε έως 2mm). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Γενικές Παρατηρήσεις Τα πειράµατα έδειξαν ότι ο σχεδιασµός των δοκιµίων ήταν επιτυχής, καθώς (α) η συµπεριφορά των διεπιφανειών δεν επηρεάστηκε από την διάταξη και την στήριξη των δοκιµίων, και (β) αποφεύχθηκαν πρόωρες- παρασιτικές αστοχίες σε περιοχές εκτός της διεπιφάνειας. Σε όλα τα δοκίµια, άνοιξε ρωγµή κατά µήκος 6

7 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος της διεπιφάνειας, ανάµεσα στα δύο τµήµατα σκυροδέµατος, για τιµή της απόκρισης περίπου ίση µε το 5% της µέγιστης τιµής. Όπως αναµενόταν (και αναφέρεται και σε επόµενη ενότητα), η συµπεριφορά των δοκιµίων µε ράβδους µικρού µήκους αγκύρωσης χαρακτηρίζεται από σηµαντικά µεγαλύτερη εγκάρσια διόγκωση (αποµάκρυνση των δύο τµηµάτων σκυροδέµατος) από ότι τα δοκίµια στα οποία οι ράβδοι του οπλισµού ήταν επαρκώς αγκυρωµένες. Από την άλλη µεριά, το άνοιγµα ρωγµής στα δοκίµια µε ράβδους διαµέτρου 6mm ήταν µικρότερο από το άνοιγµα ρωγµής που µετρήθηκε στα δοκίµια µε οπλισµό διαµέτρου 8mm (η σύγκριση γίνεται για ράβδους µε το ίδιο ανηγµένο µήκος αγκύρωσης). Σε µία περίπτωση (δοκίµιο Re-26/B/6/.), δηµιουργήθηκε ρωγµή σχεδόν παράλληλη µε την διεπιφάνεια, σε απόσταση περίπου ίση µε το µήκος έµπηξης των ράβδων οι οποίες ήταν αγκυρωµένες στο σκυρόδεµα µέσω ρητινών. Βρόχοι υστέρησης και µέγιστη διατµητική αντίσταση Στο Σχήµα 4 φαίνονται οι τυπικοί βρόχοι υστέρησης για τις διεπιφάνειες που δοκιµάστηκαν. Όλα τα χαρακτηριστικά είναι τυπικά της συµπεριφοράς στοιχείων ευαίσθητων σε διάτµηση. Παρατηρείται έντονη στένωση των βρόχων υστέρησης περί την αρχή των αξόνων, σε συνδυασµό µε µικρό εµβαδόν των βρόχων υστέρησης και µεγάλη αποµείωση της δύναµης απόκρισης, λόγω της ανακύκλισης. Τα χαρακτηριστικά αυτά εµφανίζονται εντονότερα για µειωµένο µήκος έµπηξης των ράβδων, καθώς και για µικρότερη διάµετρο ράβδων. Ένα ακόµη χαρακτηριστικό, τυπικό για δοκίµια µε ράβδους µικρού µήκους, είναι η έντονη ασυµµετρία των βρόχων στις δύο κατευθύνσεις φόρτισης. Όπως φαίνεται στο Σχήµα 4, η αντίσταση στην δεύτερη κατεύθυνση φόρτισης ενδέχεται να είναι ίση ή και µικρότερη από το µισό της αντίστασης στην πρώτη κατεύθυνση. Η µέγιστη διατµητική απόκριση της διεπιφάνειας ενεργοποιήθηκε για τιµές της διατµητικής µετατόπισης που κυµαίνονταν από.5mm έως.5mm. Οι µέγιστες τιµές της διατµητικής τάσης φαίνονται στον Πίνακα. Παρατηρείται (Πίνακας και Σχήµα 5), για τα δοκίµια µε επαρκές µήκος αγκύρωσης, ότι υπάρχει µία σχεδόν γραµµική σχέση µεταξύ της θλιπτικής αντοχής του ασθενέστερου τµήµατος κάθε δοκιµίου και της διατµητικής αντίστασης της διεπιφάνειας. Προκειµένου να γίνει δυνατή η άµεση σύγκριση µεταξύ των αποτελεσµάτων που αφορούν δοκίµια µε ράβδους διαφορετικών µηκών αγκύρωσης, η µετρηθείσα µέγιστη αντίσταση πολλαπλασιάστηκε µε τον όρο 5.57/f c, όπου 5.57MPa είναι η µικρότερη θλιπτική αντοχή σκυροδέµατος και f c είναι η θλιπτική αντοχή είτε του ασθενέστερου τµήµατος κάθε δοκιµίου, είτε του τµήµατος που αστόχησε (σε περίπτωση ράβδων αγκυρωµένων µέσω ρητινών). Επί πλέον, καθώς τα δοκίµια είναι ωπλισµένα είτε µε 3 είτε µε 5 ράβδους, η διατµητική αντίσταση των δοκιµίων µε 3 ράβδους πολλαπλασιάζεται µε έναν παράγοντα ίσο µε 5/3. Όσον αφορά τα δοκίµια τα ωπλισµένα µε ράβδους διαµέτρου 6mm, οι τιµές των αντίστοιχων µέγιστων διατµητικών αντιστάσεων διαιρούνται µε παράγοντα ίσο µε 4 (που αντιστοιχεί στον λόγο µεταξύ των ποσοστών οπλισµού για ράβδους Φ6 και Φ8 αντιστοίχως). Με αυτόν τον τρόπο υπολογίζονται οι τιµές της τελευταίας στήλης του Πίνακα. Αυτές οι διορθωµένες τιµές επιτρέπουν την ανίχνευση της αρνητικής επιρροής του µειωµένου µήκους αγκύρωσης των ράβδων (π.χ., η διορθωµένη τιµή της αντίστασης για το δοκίµιο R-24/A/47/. 7

8 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος ισούται µε.6mpa, ενώ η τιµή για το δοκίµιο R-2/B/6/. ισούται µε.68mpa). Αντιθέτως, είναι εµφανής η θετική επιρροή της εξωτερική θλιπτικής τάσης στην αντίσταση της διεπιφάνειας (σύγκριση των διορθωµένων τιµών της διατµητικής αντίστασης για τα δοκίµια Re-26/B/6/. και NRe-27/B/6/.). 5 R-24/A/47/. 4 R-2/B/6/. 8 R-6/C/6/. Φορτίο, V (kn) ολίσθηση, s (mm) -5 - Φορτίο, V (kn) ολίσθηση, s (mm) Φορτίο, V (kn) ολίσθηση, s (mm) Φορτίο, V (kn) NR-36/C/6/ ολίσθηση, s (mm) Σχήµα 4. Τυπικοί βρόχοι υστέρησης. Φορτίο, V (kn) NRe-27/B/6/ ολίσθηση, s (mm) οκίµια µε ράβδους διαµέτρου 8mm οκίµια µε ράβδους διαµέτρου 6mm, τραχεία διεπιφάνεια οκίµια µε ράβδους διαµέτρου 6mm, λεία διεπιφάνεια τu,exp (N/mm2) διορθωµένη τιµή τu (N/mm2 ) Μέση θλιπτική αντοχή σκυροδέµατος (N/mm 2 ) Σχήµα 5. οκίµια µε επαρκώς αγκυρωµένο οπλισµό. Επιρροή της θλιπτικής αντοχής σκυροδέµατος στην µέγιστη διατµητική αντίσταση Μήκος έµπηξης ράβδων ανηγµένο στην διάµετρο ράβδου Σχήµα 6. Μέγιστη διορθωµένη διατµητική αντίσταση ως προς το ανηγµένο µήκος έµπηξης των ράβδων. 8

9 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος Πίνακας 2. Αποµείωση της απόκρισης λόγω της ανακύκλισης: Τιµές του λόγου V n /V. οκίµιο s=±.mm n= 2 3 s=±.2mm 2 3 s=±.35mm 2 3 s=±.5mm 2 3 R-2/B/6/. Re-26/B/6/ R-6/C/6/ s=±.2mm s=±.5mm s=±.5mm R-23/C/6/ S-6/C/6/.2 εν ήταν δυνατόν να πραγµατοποιηθεί πλήρης ανακύκλιση. s=±.mm s=±.2mm s=±.4mm s=±.8mm R-24/A/47/ S-7/C/6/ σ (MPa) ΝRe-27/B/6/ s=±.mm s=±.2mm s=±.2mm σ (MPa) NR-36/C/6/ s=±.5mm s=±2.mm s=±3.mm s=±4.mm R-24/A/47/ R-24/A/47/ R2-24/A/47/ R-7/A/47/ R-23/C/6/.5 Πρώτος κύκλος στα.5mm. εν ολοκληρώθηκαν άλλοι κύκλοι. R-7/A/47/ R-2/A/47/ Σηµείωση: Η απόκριση όλων των κύκλων είναι ανηγµένη στην απόκριση του πρώτου κύκλου. Για τα δοκίµια µε ράβδους Φ6, παρατηρείται ότι οι διορθωµένες τιµές της αντίστασης είναι µικρότερες από τις αντίστοιχες για δοκίµια µε ράβδους Φ8 (σύγκριση δοκιµίων R-2/B/6/. και R-6/C/6/.). Η διαφορά θα µπορούσε να αποδοθεί στον διαφορετικό τρόπο αστοχίας των δοκιµίων µε ράβδους µεγαλύτερης διαµέτρου (η αστοχία οφείλεται στην απόσχιση του σκυροδέµατος). Στο Σχήµα 6, δίνονται οι διορθωµένες τιµές της µέγιστης επιστρατευόµενης διατµητικής αντίστασης σε σχέση µε το ανηγµένο µήκος αγκύρωσης των ράβδων. Είναι εµφανής η θετική επίδραση της αύξησης του µήκους έµπηξης του οπλισµού στην διατµητική αντίσταση των διεπιφανειών. Σηµειώνεται ότι νέα πειραµατικά αποτελέσµατα δείχνουν ότι προκειµένου να επιστρατευθεί η τάση διαρροής του χάλυβα, αρκεί µήκος αγκύρωσης σχεδόν ίσο µε το εικοσαπλάσιο της διαµέτρου. Στον πίνακα 2, δίνεται η απόκριση στον n-οστό κύκλο, V n, ανηγµένη σε αυτή του πρώτου κύκλου, V, συναρτήσει του πλήθους των ανακυκλίσεων n. Η απόκριση σε κάθε κύκλο λαµβάνεται ως η µέση απόκριση των δύο διευθύνσεων φόρτισης. Η τιµή V n /V εξαρτάται από το µέγεθος της διατµητικής ολίσθησης και από το µήκος έµπηξης των ράβδων οπλισµού της διεπιφάνειας. Πράγµατι, ενώ για τα δοκίµια µε επαρκές µήκος αγκύρωσης η ανακύκλιση σε µικρές τιµές της ολίσθησης (~.mm) έχει αποτέλεσµα περιορισµένη µείωση της απόκρισης (περίπου 5-25%), για τα δοκίµια µε ράβδους ανηγµένου µήκους αγκύρωσης ίσου 9

10 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος µε 6.25, η αποµείωση της απόκρισης είναι σηµαντική, ακόµη και για ανακύκλιση σε ολισθήσεις.mm έως.2mm. Η δυσµενής συµπεριφορά των δοκιµίων µε µικρό µήκος αγκύρωσης των οπλισµών είναι ακόµη πιο εµφανής όταν επιβάλλονται µεγάλες ολισθήσεις. Για τα δοκίµια µε ράβδους ανηγµένου µήκους αγκύρωσης ίσου µε 6.25, δεν ήταν δυνατόν να πραγµατοποιηθεί ανακύκλιση για ολίσθηση µεγαλύτερη από.5mm (εκτός από τα δοκίµια στα οποία υπήρχε τάση κάθετη στην διεπιφάνεια), καθώς η αποµείωση της απόκρισης ήταν µεγαλύτερη από 6%. Εξάλλου, είναι εµφανής η θετική επιρροή της κάθετης στην διεπιφάνεια θλιπτικής τάσης. Ακόµη και για το δοκίµιο NR-36/C/6/., στο οποίο η κάθετη τάση µειώνεται στο µισό σε κάθε ανακύκλιση σε ολίσθηση.2mm, η αποµείωση της απόκρισης είναι πολύ µικρή, στους πρώτους κύκλους είναι αµελητέα. Άνοιγµα ρωγµής και εφελκυστικές παραµορφώσεις των ράβδων Στο σχήµα 7 φαίνεται η τυπική σχέση εγκάρσιας διόγκωσης (άνοιγµα ρωγµής) και επιβαλλόµενης διατµητικής ολίσθησης. Η µορφή του διαγράµµατος δείχνει ότι (α) το άνοιγµα της ρωγµής στη µέγιστη τιµή της επιβαλλόµενης ολίσθησης αυξάνεται µε την τιµή της µέγιστης ολίσθησης, ενώ δεν αυξάνεται πάντα σηµαντικά µε το πλήθος των κύκλων (π.χ. δοκίµιο R-23/C/6/.2), και (β) το παραµένον άνοιγµα της ρωγµής, για µηδενική τιµή της επιβαλλόµενης ολίσθησης επίσης αυξάνεται µε την αύξηση του εύρους ολίσθησης. Σε όλα τα δοκίµια αυτού του µέρους του προγράµµατος (οµάδες B και C), παρατηρείται απότοµη αύξηση του ανοίγµατος της ρωγµής λόγω της εξόλκευσης των ράβδων. Τα µόνα δοκίµια µε διαφορετική συµπεριφορά είναι αυτά στα οποία ασκείται θλιπτική δύναµη κάθετη στην διεπιφάνεια, καθώς το άνοιγµα της ρωγµής εµποδίζεται από την ορθή θλιπτική τάση, και αυτό έχει θετική επιρροή στην απόκριση των δοκιµίων, περιορίζοντας την αποµείωση µε την ανακύκλιση. Πράγµατι, από τα διαγράµµατα ανοίγµατος ρωγµής-διατµητικής ολίσθησης, παρατηρείται ότι ολίσθηση ίση µε.5mm προκαλεί άνοιγµα περίπου ίσο µε.mm για το δοκίµιο R-23/C/6/.2, ενώ αντιστοιχεί σε άνοιγµα ρωγµής µικρότερο από.2mm για το δοκίµιο NRe- 27/B/6/.. Αν και περισσότερα πειραµατικά αποτελέσµατα είναι απαραίτητα ώστε να ποσοτικοποιηθεί η επιρροή της κάθετης θλιπτικής τάσης στην συµπεριφορά της διεπιφάνειας, είναι εµφανές το θετικό της αποτέλεσµα. Υπενθυµίζεται ότι η βαθµιαία αύξηση του παραµένοντος ανοίγµατος ρωγµής (για µηδενική ολίσθηση) οφείλεται (α) στην εξοµάλυνση της διεπιφάνειας, η οποία προκαλείται από την ανακύκλιση (τα προεξέχοντα τµήµατα των αδρανών και του τσιµεντοπολτού, τα οποία αποκόπηκαν κατά την ανακύκλιση παραµένουν παγιδευµένα στην διεπιφάνεια και εµποδίζουν το κλείσιµο της ρωγµής), (β) στην παραµένουσα επιµήκυνση των επαρκώς αγκυρωµένων ράβδων οπλισµού µετά την διαρροή τους και (γ) στην εξόλκευση των ανεπαρκώς αγκυρωµένων ράβδων. Σηµειώνεται ότι λόγω του περιορισµένου µήκους έµπηξης των ράβδων, οι εφελκυστικές παραµορφώσεις που καταγράφονται κατά την διάρκεια της δοκιµής είναι αρκετά µικρές. Το ποσοστό της αύξησης της παραµόρφωσης µε την αύξηση του ανοίγµατος της ρωγµής είναι αρκετά µικρό σε σχέση µε αυτό των επαρκώς αγκυρωµένων ράβδων. Συγκρίνοντας, για παράδειγµα, τα δοκίµια που φαίνονται

11 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος στο Σχήµα 8, προκύπτει ότι για επιβαλλόµενη ολίσθηση περίπου ίση µε.5mm, οι ράβδοι που διαπερνούν την διεπιφάνεια του δοκιµίου R-24/A/47/. έχουν ήδη διαρρεύσει, ενώ η παραµόρφωση των ράβδων που διαπερνούν την διεπιφάνεια των δοκιµίων R-2/B/6/. και S-6/C/6/. δεν είναι µεγαλύτερη από.5. R-24/A/47/..6 3 R-23/C/6/.2 NRe-27/B/6/. άνοιγµα ρωγµής (mm).4.2 άνοιγµα ρωγµής, w (mm) 2 άνοιγµα ρωγµής, w (mm) ολίσθηση (mm) -2-2 ολίσθηση, s (mm) ολίσθηση, s (mm) Σχήµα 7. Τυπικά διαγράµµατα ανοίγµατος ρωγµής συναρτήσει της διατµητικής ολίσθησης. 4 R-2/B/6/. 4 S-7/C/6/. 4 R-24/A/47/. παραµόρφωση χάλυβα ( ) 3 2 παραµόρφωση χάλυβα ( ) 3 2 παραµόρφωση χάλυβα ( ) άνοιγµα ρωγµής(mm).5.5 άνοιγµα ρωγµής(mm).5.5 άνοιγµα ρωγµής(mm) Σχήµα 8. Οι εφελκυστικές παραµορφώσεις του χάλυβα συναρτήσει του ανοίγµατος ρωγµής. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα έως τώρα πειραµατικά αποτελέσµατα οδηγούν στα ακόλουθα συµπεράσµατα:. Οι διεπιφάνειες παλαιού και νέου σκυροδέµατος, που έχουν υποστεί τεχνητή τράχυνση, αποκρίνονται στις ολισθήσεις αναπτύσσοντας σηµαντική αντίσταση, η οποία εξαρτάται από το µήκος αγκύρωσης των ράβδων. Παρατηρήθηκε η θετική επιρροή της αύξησης του µήκους αγκύρωσης των ράβδων στην διατµητική αντίσταση των διεπιφανειών. 2. Οι ανακυκλιζόµενες επιβαλλόµενες ολισθήσεις οδηγούν σε σηµαντική αποµείωση της απόκρισης. Το µέγεθος της αποµείωσης είναι συνάρτηση του εύρους της ολίσθησης και του µήκους αγκύρωσης των ράβδων.

12 6ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 2-23// 29, Πάφος, Κύπρος 3. Το άνοιγµα της ρωγµής αυξάνεται µε την αύξηση της ολίσθησης. Στην περίπτωση ράβδων µικρού µήκους παρατηρείται έντονη ολίσθηση των ράβδων, υπό µικρή εφελκυστική τάση του οπλισµού. 4. Οι δοκιµές επιβεβαιώνουν την θετική επιρροή της ορθής θλιπτικής δύναµης στην συµπεριφορά της διεπιφάνειας. Τέλος, 5. Πρόσθετα πειραµατικά αποτελέσµατα καθώς και αναλυτική προσοµοίωση των διεπιφανειών, είναι αναγκαία προκειµένου να καταστρωθεί ένα λογικό προσοµοίωµα επαρκώς απλό και κατάλληλο, για τον σχεδιασµό των διεπιφανειών στις οποίες επιβάλλονται ανακυκλιζόµενες δράσεις. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η συγγραφέας είναι Υπότροφος του ΙΚΥ για την ιδακτορική της ιατριβή. Η εποξειδική ρητίνη προσφέρθηκε από την SIKA Hellas το σκυρόδεµα από την ΙΝΤΕΡΜΠΕΤΟΝ ΟΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Α.Ε. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Άρθρα σε επιστηµονικά περιοδικά Bass R., Carraquillo R. & Jirsa J. O., Shear Transfer across New and Existing Concrete Interfaces. ACI Structural Journal, Vol. 86, No 4 (989) Tassios T.P. & Vintzeleou E.N., Concrete-to-concrete friction. Journal of Structural Engineering, Vol. 3, No 4 (987) Vintzeleou E.N. & Tassios T.P., Behavior of Dowels under Cyclic Deformations. ACI Structural Journal, Vol. 84, No (987) 8-3 Vintzileou E. & Palieraki V., Shear Transfer along Interfaces in Repaired/Strengthened RC Elements subjected to Cyclic Actions, Special Edition of the magazine Beton- und Stahlbetonbau, Vol. 2 (27) 6-65 Άρθρα σε διεθνή επιστηµονικά συνέδρια (δηµοσιευµένα σε πρακτικά) Maksoud M. G. A., Factors affecting the mechanism of mobilized shear at crack or joint interface, 5th ASCE Engineering Mechanics Conference, New York, USA (22) (electronic source, 8pp.) Tassios T.P. & Vassilopoulou I., Shear transfer capacity along a RC crack, under cyclic sliding, Proceedings of fib Symposium Concrete Structures in Seismic Regions (23) (electronic source, 2pp.) Κανονισµοί ΟΑΣΠ (Οργανισµός Αντισεισµικού Σχεδιασµού και Προστασίας), «Κανονισµός Επεµβάσεων σε Κτίρια από Ωπλισµένο Σκυρόδεµα (ΚΑΝΕΠΕ), 3ο Σχέδιο Κειµένου» (29). 2