Σχεδιασµός αναβάθµισης διαβρωµένων κατασκευών Ο.Σ. µε σύνθετα ΙΟΠ υλικά

Transcript

1 Σχεδιασµός αναβάθµισης διαβρωµένων κατασκευών Ο.Σ. µε σύνθετα ΙΟΠ υλικά Σ.Π. Ταστάνη ιδάκτωρ Πολιτικός Μηχανικός.Π.Θ. Σ.Ι. Πανταζοπούλου Καθηγήτρια. Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών.Π.Θ Λέξεις κλειδιά: διάβρωση, µεθοδολογία αποτίµησης, σχεδιασµός αντισεισµικής ενίσχυσης / επισκευής, µηχανισµοί αστοχίας. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην εργασία αυτή διερευνώνται οι διάφοροι µηχανισµοί αστοχίας (κάµψη, διάτµηση και αγκύρωση) ανεπαρκώς οπλισµένων δοµικών στοιχείων υφιστάµενων κατασκευών από οπλισµένο σκυρόδεµα (Ο.Σ.) που επιπλέον έχουν υποστεί τις δυσµενείς συνέπειες της µακροχρόνιας έκθεσης σε διαβρωτικούς παράγοντες. Η διάβρωση του χαλύβδινου οπλισµού αποτελεί κρίσιµη παράµετρο στην αποτίµηση της συµπεριφοράς παλαιών κατασκευών διότι επηρεάζει δυσµενώς την δυσκαµψία, την αντοχή και την παραµορφωσιµότητα επειδή µειώνει το διαθέσιµο εµβαδόν οπλισµού και διαταράσσει την συνεργασία των δύο υλικών, δηλαδή την συνάφεια. Στο δεύτερο σκέλος της εργασίας µελετάται η επάρκεια µεθοδολογίας αντισεισµικής ενίσχυσης µε εξωτερικώς επικολλούµενα ινοπλισµένα πολυµερή (Ε-ΙΟΠ) ως µέσο αναχαίτισης της διάβρωσης και ανάκτησης αντοχής και παραµορφωσιµότητας. Η διογκωτική φύση της διάβρωσης σε συνδυασµό µε απλοποιηµένες αριθµητικές εκφράσεις που απορρέουν από βασικές αρχές της µηχανικής του Ο.Σ. αποτελούν το µέσο αποτίµησης και σχεδιασµού της ενίσχυσης µέσω Ε-ΙΟΠ µανδυών συνδέοντας τις µηχανικές ιδιότητες του µανδύα µε τον βαθµό διάβρωσης και την σκοπούµενη αντοχή και ικανότητα παραµόρφωσης του δοµικού στοιχείου. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κατασκευές Ο.Σ. που έχουν σχεδιαστεί µε Κανονισµούς προ του 80 εκπροσωπούν την µεγάλη πλειοψηφία των υφιστάµενων κατασκευών στην Ελλάδα και χαρακτηρίζονται ως παλαιάς τεχνολογίας αφού δεν συνάδουν µε τις σύγχρονες προδιαγραφές αντισεισµικότητας που εισήχθησαν µε τον νέο Κανονισµό Σκυροδέµατος περίπου το Από την εποχή του 1970 απαντάται κυρίως ο τύπος δοµήµατος pilotis, όπου υπάρχει προδιαµορφωµένος ο µαλακός όροφος. Στα υποστυλώµατα του µαλακού ορόφου, όπου συνήθως υπάρχει και η µεγαλύτερη απαίτηση για ικανότητα σεισµικής παραµόρφωσης, η συχνή ανεπάρκεια των συνδετήρων ως προς την διάταξη και τις λεπτοµέρειες αγκύρωσης καθιστά την κατασκευή ιδιαίτερα επισφαλή. Οι επιπτώσεις αυτές συνυπάρχουν συνήθως µε φαινόµενα αποσύνθεσης των δοµικών στοιχείων εξαιτίας της µακροχρόνιας έκθεσής τους σε καθεστώς διάβρωσης. Όταν οι διάφοροι παράγοντες διάβρωσης όπως υγρασία, οξυγόνο και χλωριόντα βρίσκονται σε κρίσιµα επίπεδα συγκέντρωσης στην επικάλυψη σκυροδέµατος ενεργοποιείται η οξείδωση του οπλισµού οδηγώντας σε παράγωγα σκουριάς που συνήθως καταλαµβάνουν πολλαπλάσιο όγκο έναντι του καταναλωθέντος µητρικού µετάλλου (Εικ. 1). Κατά τα πρώτα στάδια εκδήλωσης του φαινοµένου παρατηρούνται λεκέδες καφέ χρώµατος στις ελεύθερες επιφάνειες των δοµικών στοιχείων. Σε προηγµένο στάδιο τα προϊόντα σκουριάς λόγω ογκοµετρικής υπεροχής ασκούν αποσχιστικές πιέσεις στο περιβάλλον σκυρόδεµα οδηγώντας την επικάλυψη σε ρηγµάτωση. Με τον σχηµατισµό των ρωγµών επιταχύνεται το φαινόµενο διότι διευκολύνεται η διοχέτευση των 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 1

2 παραγόντων διάβρωσης προς τους οπλισµούς οδηγώντας σε εκτίναξη της επικάλυψης, συνέπεια καταστροφική για την ορθή λειτουργία των αγκυρώσεων εφόσον καταργείται µερικώς ή ολοκληρωτικώς η µεταφορά τάσεων από το ένα υλικό στο άλλο µέσω συνάφειας. Επιπλέον η οξείδωση του µετάλλου οδηγεί σε αποµείωση της ενεργής διατοµής έως και σε ψαθυροποίηση του χάλυβα των οπλισµών. Φυσικό επακόλουθο των καταστρεπτικών συνεπειών της διάβρωσης είναι η µείωση της φέρουσας αλλά και παραµορφωσιακής ικανότητας των στοιχείων ως προς µηχανισµούς όπως είναι η κάµψη, η διάτµηση και η αγκύρωση. Η αλλαγή στα µεγέθη και στην συσχέτιση των διαθέσιµων αντοχών του κάθε µηχανισµού αστοχίας είναι δυνατόν να επιφέρει ανατροπή των οιονεί ιεραρχηµένων µορφών αστοχίας των δοµικών στοιχείων περιορίζοντας τελικώς την σεισµική αντίσταση του δοµήµατος. Σε αυτές τις κατασκευές η διαχείριση του σεισµικού κινδύνου παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον και µελετάται στην παρούσα εργασία ως προς την µηχανική βλάβη που προκαλεί η διαδικασία διάβρωσης, την αποτίµηση των επιπτώσεών της σε δείκτες αντοχής και παραµορφωσιµότητας των επιµέρους δοµικών στοιχείων αλλά και στην ανάπτυξη µεθοδολογίας ανάκτησης ή/και ενίσχυσης της σεισµικής τους αντίστασης. Έχει δειχθεί ότι οι σύνθετοι ΙΟΠ µανδύες λόγω της χηµικής αδράνειας και της αδιαπερατότητας της σκληρυνµένης ρητίνης περιορίζουν δραστικά την εξέλιξη του φαινοµένου µετά την επισκευή ενώ η ενεργοποίηση του µανδύα σε παθητική περίσφιγξη υπό την διογκωτική δράση των παραγώγων σκουριάς περιορίζει τον ρυθµό κατανάλωσης του σιδήρου. Ως προς την µηχανική του δράση ο Ε-ΙΟΠ µανδύας, δρώντας ταυτοχρόνως ως οπλισµός περίσφιγξης και διάτµησης, προσδίδει σε αντοχή, σε παραµορφωσιµότητα και σε απορρόφηση ενέργειας κατά την σεισµική ανακυκλιζόµενη ένταση συµβάλλοντας έτσι στην πλήρη ανάκτηση, εάν ο βαθµός διάβρωσης είναι περιορισµένος, των καταναλωθέντων αποθεµάτων δεικτών αντοχής και πλαστιµότητας. 1.1 Μηχανική συµπεριφορά των προϊόντων διάβρωσης Οι επιπτώσεις της διάβρωσης µπορούν να αποτιµηθούν από βασικές αρχές της µηχανικής εάν είναι γνωστά η έκταση οξείδωσης του µετάλλου και ο βαθµός ψαθυροποίησης του χάλυβα. Το πρώτο δεδοµένο ποσοτικοποιείται µε το λεγόµενο βάθος διείσδυσης διάβρωσης Χ που ορίζεται ως η µεταβολή της διαµέτρου της ράβδου, δηλ. Χ D /D (Εικ. 1). Ο όγκος της σκουριάς V r που εναποτίθεται γύρω από την ράβδο συσχετίζεται µε τον όγκο του σιδήρου V s που καταναλώνεται και άρα µε τον δείκτη Χ ως V r α rs V s. Ο ογκοµετρικός συντελεστής α rs κυµαίνεται από έως και 4, µε την µεγαλύτερη τιµή να αφορά τα σύνθετα, ένυδρα παράγωγα σκουριάς. Υπό την θεώρηση οµοιόµορφης διάβρωσης στην περιφέρεια της ράβδου η εναπόθεση του όγκου σκουριάς V r γύρω από την ράβδο επιβάλλει ακτινική µετατόπιση u r,o του εσωτερικού συνόρου σκυροδέµατος ως (όπου ε r η παραµόρφωση ρηγµάτωσης του σκυροδέµατος σε εφελκυσµό), u r,o / D ( α 1) X ( X ) / 0.5 ) 0.5ε ( ε (1) r rs Ως ψαθυροποίηση αναφέρεται η µείωση της ικανότητας παραµόρφωσης του χάλυβα κυρίως λόγω τοπικής διάβρωσης (pitting rosion). Για τον προσδιορισµό της αποµένουσας ικανότητας παραµόρφωσης ε su ως προς την αρχική αδιάβρωτη τιµή ε su υιοθετείται το γραµµικό µοντέλο των Coronelli & Gamarova 004 (Εξ. ()) όπου ο δείκτης α pit αφορά την απώλεια διατοµής λόγω τοπικής διάβρωσης και λαµβάνει τιµές σε ένα εύρος ( ε )( r ) ; r a a 1 su ε sy + su ε sy 1 pit pit pit pit, max < ε () r. ΑΠΟΤΊΜΗΣΗ ΕΙΚΤΏΝ ΑΝΤΟΧΉΣ ΙΑΒΡΩΜΈΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΊΩΝ Ο.Σ. Κατά τον αντισεισµικό επανασχεδιασµό διαβρωµένων στοιχείων Ο.Σ. κύριο στόχο αποτελεί η ορθή ιεράρχηση των µορφών αστοχίας µε πρώτη εκδηλωθείσα αυτή από κάµψη. Με αναφορά στο 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006

3 V M u M y ΕI gr ΕI e ΕIr X R r C L s lr M r M r D R M y φ r φ y φ u Εικόνα 1: Συσσώρευση σκουριάς γύρω από ράβδο οπλισµού. Εικόνα. Απόκριση προβόλου σε σεισµική τέµνουσα. απλό δοµικό σύστηµα προβόλου (Εικ. ), που αποτελεί το µισό άνοιγµα στοιχείου σε πλαισιακή κατασκευή υπό πλευρική σεισµική διέγερση, οι αντοχές κατά τον επανασχεδιασµό θα πρέπει να πληρούν την ποιοτική Εξ. (3) όπου V shear είναι η διατµητική αντοχή, V anh η τέµνουσα δύναµη στο διατµητικό άνοιγµα που αντιστοιχεί στην αντοχή της αγκύρωσης/µάτισης και V ilex M u / L s η σεισµική τέµνουσα που απαιτείται για την ανάπτυξη την καµπτικής αντοχής στην κρίσιµη διατοµή (L s είναι το διατµητικό άνοιγµα). Η Εξίσωση (3) χρησιµοποιείται τόσο στο στάδιο αποτίµησης της διαθέσιµης αντοχής όσο και κατά τον σχεδιασµό της ενίσχυσης. V u,lim min {V shear, V anh, V ilex } (3).1 Αποµένουσα διατµητική αντοχή, V shear Η διατµητική αντοχή V shear συνίσταται από τις συµβολές του σκυροδέµατος V και του εγκάρσιου οπλισµού V s. Υπό καθεστώς ανακυκλιζόµενης δράσης και οι δύο συνιστώσες αποσυντίθενται όσο µεγαλώνει ο αριθµός των κύκλων και η πλαστιµότητα µετατοπίσεων (Martin-Perez & Pantazopoulou 001, Moehle κ.α. 00) ως συνέπεια της ευπάθειας του σκυροδέµατος στην ρηγµάτωση. Για την µαθηµατική διατύπωση της εξασθένισης της διάτµησης εφαρµόζεται το µοντέλο των Moehle κ.α. (00) στην κανονιστική έκφραση της διατµητικής αντοχής ως: V shear ΕΚΟΣ ( 000 ) : ( V + V ) ( µ ) λ s, Vs kst Astd / s y,st, λ µ, V [ τ K( ρ ) P / A ]d Rd sl g 0.7 λ 1 Η ποσότητα 40ρ s1 στην Εξ. (4) αφορά στην δράση βλήτρου καλώς αγκυρωµένου διαµήκους εφελκυόµενου οπλισµού (ρ s1 < %), µ είναι η πλαστιµότητα µετατοπίσεων που επιβάλλει η φόρτιση, Κ είναι συντελεστής που λαµβάνει υπόψη φαινόµενα κλίµακας, A g το εµβαδόν διατοµής του στοιχείου και P το αξονικό φορτίο σχεδιασµού. Στην συνιστώσα V s, s και y,st είναι το βήµα και η τάση διαρροής των συνδετήρων, d το στατικό ύψος της διατοµής, Α st το συνολικό εµβαδόν των σκελών ενός συνδετήρα και k st 1 συντελεστής που λαµβάνει υπόψη την επάρκεια αγκύρωσης των σκελών (1 για κλειστούς συνδετήρες). Προφανώς οι συνδετήρες υφίστανται εντονότερη διάβρωση διότι διαµορφώνονται από µικρής διατοµής ράβδους και επιπλέον βρίσκονται εγγύτερα στις ελεύθερες επιφάνειες των δοµικών στοιχείων. Συνέπεια είναι η V s να ελαττώνεται ως προς την αρχική της τιµή εφόσον µειώνεται η ενεργή διατοµή των συνδετήρων σε A st A st (1-X). Η διεύρυνση λόγω διάβρωσης των παράλληλων προς τους κύριους οπλισµούς ρωγµών κατά w r πd (α rs -1)X (Coronelli & Gamarova 004) συνεπάγεται τάνυση των συνδετήρων καταναλώνοντας έτσι µέρος της διαθέσιµης παραµορφωσιµότητας του χάλυβα (Εικ. 3): ε 1 wr 1 π D st ( α rs 1) X β L β L (5),st,st (4) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 3

4 α) β) w r P st,y y,st y,st P st,x ε st ε sy Εικόνα 3. α) Τάνυση συνδετήρα λόγω διεύρυνσης ρωγµών και β) µείωση διαθέσιµης ικανότητας διαρροής του συνδετήρα. Στην Εξίσωση (5) ο συντελεστής β λαµβάνει υπόψη τον αριθµό των ρωγµών που αναπτύσσονται γύρω από την διαµήκη ράβδο και L,st είναι το µήκος των σκελών του συνδετήρα. Λόγω προτάνυσης η διαθέσιµη τάση διαρροής των συνδετήρων y,st υπολογίζεται από την Εξ. (6): y,st y,st Es ε 0, ε st > ε sy st 0 ε st ε sy (6) ενώ πλέον η διαθέσιµη συνιστώσα του εγκάρσιου οπλισµού είναι V s k st A st d/s y,st.. Αποµένουσα αντοχή συνάφειας, V anh Προκειµένου να ποσοτικοποιηθεί η επίπτωση που έχει η διάβρωση στον µηχανισµό συνάφειας υιοθετείται το απλό προσοµοίωµα τριβής, όπου η διατµητική αντοχή συνάφειας που αναπτύσσεται στην διεπιφάνεια ράβδου σκυροδέµατος είναι ανάλογη µέσω του συντελεστή τριβής µ µε την ορθή ακτινική πίεση σ n που ενεργοποιείται γύρω από την ράβδο διαµέτρου D ενώ εξαρτάται και από την αρχική πρόσφυση adh ( (µ/π)σ n + adh, όπου adh 1MPa). Από ισορροπία δυνάµεων σε διαµετρικό επίπεδο ράβδου (Εικ. 4.α) προκύπτει ότι η ορθή τάση σ n D ανά µήκος αγκύρωσης αντισταθµίζεται από τις εφελκυστικές περιφερειακές τάσεις του σκυροδέµατος σ ζ t, όπου t 0.5( ) 0.5 η εφελκυστική αντοχή του σκυροδέµατος και ζ λαµβάνει υπόψη την κατανοµή των τάσεων στην επικάλυψη: ζ1 για ελαστική και ζ για πλαστική απόκριση αναλόγως του πάχους της επικάλυψης και των συνθηκών περίσφιγξης. Επίσης αντισταθµίζεται i) από την αντίδραση των συνδετήρων όταν αυτοί διατέµνουν τις αποσχιστικές ρωγµές σ st α Α st y,st /(sn ) όπου α ( 0.33) συντελεστής που κατανέµει οµοιόµορφα την τάση στο διάστηµα s και Ν ο αριθµός των εφελκυόµενων ράβδων που περικλείονται από τον συνδετήρα και από ii) την ισότροπη συστολή ξήρανσης η οποία λαµβάνεται ως σ shr 3 t. Συνεπώς η θεµελιώδης εξίσωση που περιγράφει την αντοχή σε συνάφεια ως συνέπεια του µηχανισµού τριβής είναι, µ aast y,st Ast ζ t + σ shr D snd ζ π D snd Όλες οι παραπάνω συνιστώσες που αντισταθµίζουν την σ n καθώς και ο συντελεστής τριβής µ υφίστανται επιδείνωση (Εικ. 4.β) όσοι αυξάνει το βάθος διείσδυσης διάβρωσης Χ ή η ακτινική µετατόπιση που αυτό επιβάλλει στο εσωτερικό σύνορο του σκυροδέµατος. Από αριθµητική επίλυση του προβλήµατος οι Tastani & Pantazopoulou (005) και Ταστάνη (006) έχουν προτείνει την κάτωθι σχέση που αποδίδει την αποµένουσα αντοχή συνάφειας συναρτήσει του Χ ως, y,st (7) µ ( X ) C π R D r ζ t C + R r σ shr α Ast + D N s red y,st (8) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 4

5 α) συνδετήρας β) σ n ιαµετρικό επίπεδο αa st st,y L sn σκυρόδεµα σ n ζ t L Εικόνα 4. α) Απεικόνιση του προσοµοιώµατος της τριβής, β) απόκριση επικάλυψης σε ακτινική µετατόπιση και γ) συντελεστής τριβής συναρτήσει βαθµού διάβρωσης. Στην Εξίσωση (8) R r είναι το µέτωπο της ρωγµής (Εικ. 1) και υπολογίζεται ως R r u r,o C /[u r,o +ε r (C - 0.5D )], όπου C +0.5D, και µ(χ) είναι o συντελεστής τριβής συναρτήσει του βάθους διάβρωσης Χ. Τα σηµεία καµπής της µ(χ) (Εικ. 4.γ) έχουν ως εξης: µ max είναι η χαρακτηριστική τιµή του συντελεστή τριβής και εξαρτάται από τον τύπο της ράβδου (µ r max για ράβδο µε νευρώσεις, µ sm max για λεία ράβδο). Για τιµή του Χ shr επιτρέπεται να αυξηθεί ο µ max έως και 0%, πέραν αυτής όµως αρχίζει η συσσώρευση της σκουριάς καταργώντας σταδιακά την επαφή των δύο υλικών. Ως κατώτερο όριο του µ αποτελεί η περίπτωση λείας διαβρωµένης ράβδου, µ sm, τιµή στην οποία καταλήγει ο συντελεστής τριβής νευροχάλυβα κατά την πλήρη εξάλειψη των νευρώσεων (δηλαδή µ r (X u h r /0.5D )µ sm όπου h r το ύψος της νεύρωσης). Οι οριακές τιµές του συντελεστή τριβής έχουν προκύψει από πειράµατα ως µ r max (Priestley κ.α. 1996, ACI 318-0), µ sm max , και µ sm 0.05 (Lundgren 00). Για ενδιάµεσα επίπεδα διάβρωσης ο συντελεστής τριβής εκτιµάται µε γραµµική παρεµβολή. Τέλος, δεδοµένης της από την Εξ. (8) η αντοχή της αγκύρωσης υπολογίζεται από την F π D L και η αντίστοιχη τέµνουσα δύναµη προκύπτει από την καµπτική ανάλυση της κρίσιµης διατοµής έναρξης της αγκύρωσης (όπου jd ο µοχλοβραχίονας εσωτερικών δυνάµεων διατοµής) ως, σ n u r,o lim σ n (X) u r,o µ µ r max γ) µ sm max µ sm X shr X u X V anh [ π D L N jd + P( d 0.5h )] L (9) s.3 Αποµένουσα καµπτική αντοχή, V ilex Η επιδείνωση της καµπτικής αντοχής για κυρίως καµπτόµενα στοιχεία Ο.Σ. (όταν δηλαδή το ανηγµένο αξονικό φορτίο είναι µικρότερο του 0.45) αποδίδεται στην µείωση λόγω διάβρωσης του ενεργού εµβαδού του εφελκυόµενου οπλισµού σε Α si A si (1-X). Λαµβάνοντας υπόψη και την πιθανή επιρροή του φαινοµένου ψαθυροποίησης στην παραµόρφωση του χάλυβα (σύµφωνα µε την Εξ. ()), η αποµένουσα καµπτική αντοχή και συνεπώς η καµπτική τέµνουσα υπολογίζονται από τις εξισώσεις ισορροπίας της διατοµής (υπό την θεώρηση ότι αυτή διακριτοποιείται σε i στρώσεις) ως, M P ( A ( 0.5h y ) + A ( 0.5h y )), ( A + A ) i i,i,i si si i si si si V ilex M L Η αποµένουσα καµπτική τέµνουσα υπολογίζεται για θλιπτική παραµόρφωση σκυροδέµατος ε u που αντιστοιχεί σε θραύση της επικάλυψης. Οι ποσότητες i, si και A i, A si αντιστοιχούν σε µέσες τάσεις και εµβαδά σκυροδέµατος και οπλισµών στην i-στη στρώση. Για το σκυρόδεµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί παραβολική σχέση τάσεων παραµορφώσεων µέχρι την τιµή παραµόρφωσης ε ο 0.00 και πλαστικό πλατώ µέχρι την αστοχία (ε u 0.004). Επιπλέον είναι δυνατόν να προσαυξηθεί η θλιπτική αντοχή του σκυροδέµατος των στρώσεων που περικλείονται από συνδετήρες λόγω της περίσφιγξης σ lat,sat που αυτοί αναπτύσσουν κατά την διόγκωση του σκυροδέµατος της θλιβόµενης ζώνης (φαινόµενο Poisson) ως, s (10) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 5

6 on ( σ + σ ) k ρ lat,st y lat,st x (11) όπου k st on είναι συντελεστής αποδοτικότητας της περίσφιγξης εξαρτώµενος από την διάταξη των συνδετήρων (σε αντιστοιχία µε τον συντελεστή α του ΕΚΟΣ 000), ρ sv το ογκοµετρικό ποσοστό των διαβρωµένων συνδετήρων και y,st η τάση των συνδετήρων από την Εξ. (6)..4 Επιδείνωση δυσκαµψίας στο στάδιο ΙΙ Η βασική αιτία εκφύλισης της καµπτικής δυσκαµψίας σε διαβρωµένο στοιχείο Ο.Σ. είναι η απώλεια συνάφειας. Όταν δεν υπάρχει συνάφεια η εφελκυστική δυσκαµψία µεταξύ διαδοχικών ρωγµών (l r, Εικ. ) δεν µπορεί να ενεργοποιηθεί ενώ τα εύρη των ρωγµών γίνονται υπερβολικά µεγάλα. Στην περίπτωση διαβρωµένων αγκυρώσεων του διαµήκους οπλισµού υποστυλώµατος η ολίσθηση της ράβδου, που συσχετίζεται άµεσα µε το εύρος της ρωγµής, καθορίζει την συνολική στροφή βάσης. Με αναφορά στο δοµικό σύστηµα της Εικ., η µετατόπιση κορυφής y στο στάδιο διαρροής συντίθεται από την διανεµηµένη καµπτική καµπυλότητα στο µήκος L s και από την συσσωρευµένη στροφή που προέρχεται από την ολίσθηση της ράβδου δ στην περιοχή στήριξης ως, 1 st s y y,s y y, lex + y,slip y, lex φ y Ls, y,slip δ L s (1) 3 jd 8 sv L y,st φ D όπου jd ο µοχλοβραχίονας εσωτερικών δυνάµεων εφελκυόµενου οπλισµού και θλιβόµενου σκυροδέµατος. Η καµπυλότητα διαρροής φ y µπορεί να προσδιορισθεί µε ανάλυση διατοµής ή µέσω προσεγγιστικών εξισώσεων (CEB-FIP Model Code 90) ως, M y M y M I r gr P φ y β ; M r (13) t E oi e Eo I r I r I gr M y 0.5h Ag Στην Εξ. (13) M y και M r είναι οι ροπές στα στάδια διαρροής και ρηγµάτωσης αντίστοιχα, I gr και I r και είναι η ροπή αδράνειας πλήρους και ρηγµατωµένης διατοµής, h και Α g είναι το ύψος και το εµβαδόν της διατοµής του στοιχείου Ο.Σ. και P το θλιπτικό αξονικό φορτίο στην διατοµή. Η σταθερά β λαµβάνει υπόψη την συµβολή της εφελκυστικής δυσκαµψίας (για νευροχάλυβες, β 0.8 για συνήθη φορτία και β 0.5 για µεγάλου εύρους ανακυκλιζόµενη φόρτιση). Προφανώς η διάβρωση επηρεάζει την M y µέσω της απώλειας διατοµής αλλά και την σταθερά β, καθώς τόσο η συνάφεια όσο και η εφελκυστική δυσκαµψία εκφυλίζονται µε την συσσώρευση της σκουριάς. Θεωρώντας οµοιόµορφη κατανοµή των τάσεων συνάφειας στο διάστηµα µεταξύ ρωγµών l r (Εικ. 4.α), το εύρος της i-στης ρωγµής w i στην θέση του εφελκυόµενου οπλισµού εκτιµάται από την µέση εφελκυστική παραµόρφωση του οπλισµού κατά µήκος του i-στού τµήµατος ως, w i s,r l r l r ; s,r s,y Es D E (14) s Η τάση s,r στην θέση της ρωγµής προκύπτει από την ροπή της διατοµής ως, s,r ( E / E ) V l ( d x ) / I (15) s o i r όπου x και d το ύψος της θλιβόµενης ζώνης και το στατικό ύψος της ρηγµατωµένης διατοµής αντίστοιχα, l i η απόσταση της i-στής ρωγµής από την κορυφή του στοιχείου Ο.Σ. (i l r ), και V η επιβαλλόµενη τέµνουσα στο µήκος L s. Η συσσωρευµένη στροφή θ i στην θέση της κάθε ρωγµής προκύπτει από την σχέση θ i w i / (d-x) ενώ η συµβολή της σε µετατόπιση κορυφής ορίζεται ως i,lex θ i l i. Στο στάδιο σταθεροποίησης της ρηγµάτωσης υιοθετείται η εξίσωση του CEB-FIP Model Code 90 για το µήκος µεταξύ διαδοχικών ρωγµών l r D /(3.6ρ s,e ) όπου ρ s,e A s / A,e, A,e είναι η ενεργή εφελκυόµενη περιοχή σκυροδέµατος γύρω από τον εφελκυόµενο οπλισµό 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 6

7 εµβαδού A s. εδοµένου ότι ο αναµενόµενος αριθµός ρωγµών είναι n L s / l r, η συνολική καµπτική µετατόπιση υπολογίζεται (Tastani & Pantazopoulou 005) ως, l r Ls ( Ls + l r ) E + s V Ls l r y, lex E (16) s Eo I r 3l r D ( d x ) Η εξίσωση (16) αποτελεί µία εναλλακτική προσέγγιση του υπολογισµού του y,lex όπου λαµβάνεται υπόψη και η εφελκυστική δυσκαµψία που µεταφράζεται ως καµπτική δράση του Ο.Σ. µεταξύ διαδοχικών ρωγµών. Από τις Εξ. (13), (16) προκύπτει σχέση προσδιορισµού της β, συνεπώς της εφελκυστικής δυσκαµψίας διαβρωµένου στοιχείου Ο.Σ. στο στάδιο ΙΙ ως, M y I gr I r 1 3 E o β y, lex (17) M r I gr I r Ir L M s y.5 Επιδείνωση ικανότητας στροφής Η ικανότητα στροφής θ u ενός διαβρωµένου δοµικού στοιχείου Ο.Σ. προέρχεται τόσο από την καµπτική του λειτουργία όσο και από την ολίσθηση των διαµηκών οπλισµών στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης. Επιπροσθέτως κάθε µία από τις προαναφερθείσες συµβολές συντίθενται από µία ελαστική και µία πλαστική συνιστώσα ως: θ u θ y + θ pl. Η στροφή στο στάδιο διαρροής προκύπτει από τον λόγο της αντίστοιχης µετατόπισης κορυφής (Εξ. (1), (16)) προς το διατµητικό άνοιγµα ως θ y y / L s. Η πλαστική συνιστώσα της παραπάνω έκφρασης υπολογίζεται από βασικές αρχές που διέπουν το Ο.Σ. (FIB 4 Chapter 4, 003) λαµβάνοντας υπόψη και την µείωση της ικανότητας παραµόρφωσης του διαβρωµένου χάλυβα (Εξ. ()) ως, θ l p, lex p ηl φ s pl l + 4 p, θ 1.η ( 1 η) p,slip φ y,s pl D D 4 1.E όπου h ( ε ε ) su η ε y,s sy, φ pl ( ε ε ) su sy ( ε su ε sy ) Eh / Es + ( ε su ε sy ) Eh / Es 1 d x Στην Εξίσωση (18) l p είναι το θεωρούµενο µήκος πλαστικής άρθρωσης και E h το µέτρο Ελαστικότητας του οπλισµού στο στάδιο της κράτυνσης θεωρώντας διγραµµικό νόµο τάσεων παραµορφώσεων. Αθροίζοντας τις επιµέρους συµβολές ελαστικής και πλαστικής στροφής, η ικανότητα στροφής ενός διαβρωµένου στοιχείου Ο.Σ. ορίζεται ως, θ θ u y, lex + θ y,slip + θ p, lex + θ p,slip r ( ε ) 1 L s D y,s r D 1.Eh su ε ε y,s + ( ) + + l p ε su ε sy d x Αν η Εξ. (19) χρησιµοποιηθεί στην εκτίµηση της ικανότητας στροφής ενός διαβρωµένου δοµικού στοιχείου Ο.Σ. του οποίου η αγκύρωση έχει επισκευασθεί µε Ε-ΙΟΠ µανδύα σε συνδυασµό µε αποκατάσταση της ρηγµατωµένης επικάλυψης τότε η θα πρέπει να αντικατασταθεί από την αναβαθµισµένη της τιµή που δύσκολα θα υπερβεί την αρχική αδιάβρωτη αντοχή. Ωστόσο αν το µήκος αγκύρωσης είναι µη προσβάσιµο (π.χ. ράβδοι εµπηγµένες σε θεµέλιο) ώστε γι αυτές τις ράβδους δεν είναι δυνατή οποιαδήποτε επέµβαση τότε θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί η τιµή στην Εξ. (19). Η µεθοδολογία που περιγράφηκε στις ενότητες.4 &.5 επαληθεύεται µέσω πειραµατικών δεδοµένων από δοκίµια προβόλου που διαβρώθηκαν στην περιοχή της αγκύρωσης, προφορτίσθηκαν και εν συνεχεία επισκευάσθηκαν µόνον µέσω Ε-ΙΟΠ µανδυών στην περιοχή της αγκύρωσης χωρίς αποκατάσταση της ρηγµατωµένης από την διάβρωση sy (18) (19) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 7

8 Φορτίο (kn) οκίµιο Β0 (X0): 6MPa οκίµιο ΒR (X6.8%): 3MPa µετατόπιση κορυφής (mm) Εικόνα 5. Επαλήθευση µεθοδολογίας αποτίµησης ικανότητας παραµόρφωσης. επικάλυψης (Ταστάνη 006). Η Εικόνα 5 παρουσιάζει, µε κυκλικούς δείκτες, τα ιστορικά µονότονης φόρτισης µετατόπισης κορυφής προβόλου ενός αδιάβρωτου δοκιµίου-µάρτυρα (Β0) και ενός δοκιµίου που είχε υποστεί διάβρωση κατά Χ6.8% στο µήκος αγκύρωσης και είχε επισκευασθεί τοπικά µε Ε-ΙΟΠ (BR). Η εκτίµηση της δυσκαµψίας και την µετατόπισης στο στάδιο διαρροής, όπως επίσης και της ικανότητας παραµόρφωσης στην αστοχία µέσω της προτεινόµενης µεθοδολογίας απεικονίζεται µέσω συνεχών γραµµών για τα δύο πειράµατα. Συγκρίνοντας την πειραµατική και την αναλυτική απόκριση προκύπτει ότι η µεθοδολογία εκτιµά µε µεγάλη ακρίβεια την πειραµατική συµπεριφορά.. 3. ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΕΙΚΤΩΝ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΕΣΩ Ε-ΙΟΠ ΜΑΝ ΥΩΝ Σε ένα γενικότερο πλαίσιο ενίσχυσης η ανάκτηση των µεγεθών αντοχής και παραµορφωσιµότητας δοµικών στοιχείων Ο.Σ είναι δυνατόν να συµβεί µε χρήση Ε-ΙΟΠ µανδυών εφόσον έχει ήδη τεκµηριωθεί από προηγούµενες έρευνες ότι ως µέσο περίσφιγξης τα υλικά αυτά προσδίδουν σε ανθεκτικότητα και σε βελτίωση των αντοχών διάτµησης, κάµψης (εφόσον περισφίγγεται η θλιβόµενη ζώνη της διατοµής) και αγκύρωσης. Επιπλέον ως εξωτερικώς επικολλούµενες λωρίδες -κατάλληλα αγκυρωµένες- τα ΙΟΠ υλικά λειτουργούν και ως εφελκυόµενος οπλισµός επιτρέποντας έτσι την ανάκτηση της απολεσθείσας καµπτικής αντοχής λόγω µείωσης του ενεργού εµβαδού οπλισµού από την διάβρωση. Πέραν των όσων καλών χαρακτηρίζουν τους Ε-ΙΟΠ µανδύες, θα πρέπει κατά την υιοθέτηση του πλαισίου αναβάθµισης να ληφθεί υπόψη ότι οι σύνθετοι µανδύες α) δεν επηρεάζουν την πλευρική δυσκαµψία των µελών Ο.Σ., β) περιορίζοντας την ρηγµάτωση λόγω διάτµησης στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης όλη η βλάβη συγκεντρώνεται σε λίγες αλλά µεγάλου εύρους καµπτικές ρωγµές. Έτσι αναγκάζεται ο διαµήκης οπλισµός σε µεγάλες παραµορφώσεις έως και σε θραύση αν δεν ληφθούν επιπλέον µέτρα βελτίωσης της δυσκαµψίας της κατασκευής. γ) Οι µανδύες είναι επιρρεπείς σε διάρρηξη σε σηµεία συγκέντρωσης τάσεων και ενώ µεταθέτουν την εκδήλωση λυγισµού των θλιβοµένων ράβδων σε υψηλότερο επίπεδο παραµόρφωσης ωστόσο δεν τον αποκλείουν ιδιαίτερα εάν οι συνδετήρες έχουν υποστεί βλάβη από διάβρωση. Απ όσα προαναφέρθησαν εξάγεται ότι οι σύνθετοι µανδύες αποτελούν τοπικές επεµβάσεις για αντισεισµική ενίσχυση, ωστόσο δεν είναι σε θέση να ελέγξουν την καθολική απόκριση της κατασκευής. Για τον λόγο αυτό οι Ε-ΙΟΠ µανδύες θα πρέπει να εισαχθούν στο πλαίσιο µιας ολοκληρωµένης στρατηγικής αντισεισµικής ενίσχυσης. 3.1 Ανάκτηση καµπτικής αντοχής, V ilex enh Πρόσφατες πειραµατικές έρευνες έχουν δείξει ότι η πλέον αποτελεσµατική µέθοδος χρήσης διαµήκους ΙΟΠ οπλισµού (µε την µορφή ράβδων ή ελασµάτων) σε καµπτόµενα στοιχεία Ο.Σ. είναι µέσα σε επιφανειακές εγκοπές στην εφελκυόµενη παρειά του υπό αναβάθµιση στοιχείου. Τέτοιου τύπου όπλιση έχει δειχθεί ότι αστοχεί σε προηγµένο επίπεδο παραµόρφωσης είτε από αποκόλληση πλησίον των καµπτικών ρωγµών ή στα σηµεία τερµατισµού. Κατά τον σχεδιασµό η διαδικασία 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 8

9 που ακολουθείται έχει ως εξής: υπολογίζεται το επιπλέον εµβαδόν του εφελκυόµενου οπλισµού ώστε να ανακτηθεί η διαθέσιµη καµπτική αντοχή στο αρχικό επίπεδο. Στην κρίσιµη διατοµή η µείωση της ροπής λόγω απώλειας εµβαδού οπλισµού από διάβρωση είναι M M Rd (-X) X, όπου M Rd η αντοχή στην αδιάβρωτη κατάσταση. Για τον σχεδιασµό η ανηγµένη ροπή είναι, µ M M Rd X ( X ) X( X ) µ Rd (0) d d ' ' Η σχεδιαστική, ενεργή παραµόρφωση του εφελκυόµενου ΙΟΠ οπλισµού έχει ορισθεί από διάφορες κανονιστικές διατάξεις (ACI 440.R-0, 00) ως ε e προκειµένου να εξαλειφθεί ο κίνδυνος αποκόλλησης πριν την ανάπτυξη της εφελκυστικής αντοχής του στοιχείου. Η τιµή αυτή θέτει ένα κάτω όριο στο ανηγµένο ύψος της θλιβόµενης ζώνης ξ x / d ως εξής: για ε e και οριακή θλιπτική παραµόρφωση σκυροδέµατος ε είναι ξ low (1 + d /d) / ( ) όπου d η απόσταση του χαλύβδινου εφελκυόµενου οπλισµού από την ΙΟΠ στρώση. Το ανώτερο όριο στην τιµή του ξ συσχετίζεται µε την αστοχία στην ισόρροπη κατάσταση (ξ al 0.64) ώστε να διασφαλισθεί η διαρροή των ράβδων πριν την θραύση της θλιβόµενης ζώνης. Η διαθέσιµη καµπτική αντοχή ενός δοµικού στοιχείου είναι δυνατόν να βελτιωθεί εµµέσως µε χρήση Ε-ΙΟΠ µανδύα (ο οποίος όµως τοποθετείται για να καλύψει ανάγκες διάτµησης, περίσφιγξης υπό αξονικό φορτίο ή αγκύρωσης) µέσω περίσφιγξης στην θλιβόµενη ζώνη. Στον υπολογισµό της V ilex enh του εγκιβωτισµένου στοιχείου η προσαυξηµένη θλιπτική αντοχή και η αντίστοιχη παραµόρφωση ε του σκυροδέµατος στην θλιβόµενη ζώνη υπολογίζονται ως, on red on ( k ρ + k ρ E ε ) k ρ + k ρ ve ε e st sv y,st v e, ε εo (1) Η ενεργή παραµόρφωση του µανδύα ε e λαµβάνεται ως (ACI 440.R-0) για ανοικτό µανδύα και 0.5ε u,d για κλειστό µανδύα όπου ε u,d είναι η ονοµαστική παραµόρφωση θραύσης του on υλικού. Ο συντελεστής k 1-( +h )/(3A g (1-ρ s )) αφορά σε αποτελεσµατικότητα περίσφιγξης εξαρτηµένη από το σχήµα της διατοµής ( & h είναι τα ευθεία τµήµατα των στρογγυλεµένων πλευρών της διατοµής), ρ v nt (+h)/h είναι το ογκοµετρικό ποσοστό του µανδύα n στρώσεων µε πάχος t και Ε είναι το µέτρο ελαστικότητας του υλικού. Η οριακή παραµόρφωση αστοχίας του σκυροδέµατος (σε αντιστοιχία µε την ε u ) υπολογίζεται ως: ε,u red on kst ρsv y,st + k ρ v E ε e εu εu () on st sv red y,st on 3. Ανάκτηση διατµητικής αντοχής, V shear enh Κατά τον επανασχεδιασµό ενός εγκιβωτισµένου µε Ε-ΙΟΠ µανδύα δοµικού στοιχείου του οποίου οι συνδετήρες έχουν υποστεί διάβρωση στόχος είναι η ανάκτηση της αρχικής διατµητικής αντοχής και η εξασφάλιση επαρκούς πλαστιµότητας µετατοπίσεων σε σχέση µε την σχεδιαστική απαίτηση. Υπό την θεώρηση ότι η διατµητική αντοχή εξασθενεί µε την απαίτηση για πλαστιµότητα µετατοπίσεων η Εξ. (4) επαναδιατυπώνεται για να περιλάβει την συµβολή του Ε-ΙΟΠ µανδύα ως, V V enh shear w, σ ( q ) min lat, h, { λ( q ), (q )} σ old new λ lat, v V k nt E ε shear e + V / w,, λ µ, 0.7 λ 1 q είναι ο συντελεστής σεισµικής συµπεριφοράς, σ lat, η εγκάρσια πίεση που ασκεί ο µανδύας στο σκυρόδεµα στην διεύθυνση της σεισµικής δράσης, k v είναι συντελεστής που εξαρτάται από την αντοχή αγκύρωσης του µανδύα (αν ο µανδύας είναι επαρκώς κλειστός τότε k v 1) και ε e είναι η (3) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 9

10 ενεργή παραµόρφωση που λαµβάνει τιµές όπως στην ενότητα 3.1. Κατά την εφαρµογή της Εξ. (3) γίνεται η θεώρηση ότι η πλαστιµότητα µετατοπίσεων επανασχεδιασµού µ είναι ίση µε τον συντελεστή q new ο οποίος δεν µπορεί να υπερβαίνει την τιµή 3.5 που ισχύει για τις νέες κατασκευές πλαισιακού τύπου (ΕΑΚ 000). 3.3 Ανάκτηση αντοχής συνάφειας, V anh enh Η εξίσωση (8) µέσω της οποίας αποτιµάται η αποµένουσα αντοχή συνάφειας εµπεριέχει δύο διακριτούς µηχανισµούς απόσβεσης της συνάφειας λόγω διάβρωσης: την επιδείνωση της αντίστασης τριβής λόγω αλλοίωσης της επιφανειακής µορφολογίας της ράβδου και την κατανάλωση της περίσφιγξης που παρέχει η επικάλυψη σκυροδέµατος στην υπό εξόλκευση ράβδο καθώς αυτή ρηγµατώνεται. Λόγω της αναπόφευκτης εξοµάλυνσης των νευρώσεων ο συντελεστής τριβής δεν είναι δυνατόν να ανακτηθεί, ωστόσο η εξυγίανση της επικάλυψης µέσω καθαίρεσης της ρηγµατωµένης περιοχής και ανακατασκευή µε νέο κονίαµα σε συνδυασµό µε Ε-ΙΟΠ µανδύα τοποθετηµένο εγκάρσια στον άξονα της αγκύρωσης έχει αποδειχθεί ως αποτελεσµατική τεχνική. Με αναφορά στην Εξ. (8) η ανακτηµένη αντοχή συνάφειας enh υπολογίζεται ως, red α ε enh µ ( X ) C Rr C R Ast y,st n t E r e ζ t + σ shr + + (4) π D D N s D N 4 επικαλυψη συνδετηρες Ε ΙΟΠ Έχει δειχθεί τόσο αναλυτικά (Tastani & Pantazopoulou, 005) όσο και πειραµατικά (Ταστάνη & Πανταζοπούλου, 006) ότι η παραµόρφωση λειτουργίας ε e του ΙΟΠ είναι Σηµειώνεται ότι αν κατά την επισκευή / ενίσχυση επιλεχθεί εξυγίανση της επικάλυψης τότε η συνιστώσα «επικάλυψη» στην Εξ. (4) αντικαθίσταται από την αντίστοιχη της Εξ. (7). 4. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑΣ Η µεθοδολογία που αναπτύχθηκε στην παρούσα εργασία και αφορά στην αποτίµηση / ανάκτηση δεικτών αντοχής και παραµορφωσιµότητας διαβρωµένων στοιχείων Ο.Σ. εφαρµόζεται σε υποστύλωµα Ο.Σ. υποκείµενο σε διπλή κάµψη. Το στοιχείο έχει διατµητικό άνοιγµα L s 1500mm, τετράγωνη διατοµή mm και είναι οπλισµένο µε 10Φ0 (D 0mm) διαµήκεις ράβδους συµµετρικά διατεταγµένες καθαρής επικάλυψης 40mm και µε συνδετήρες Φ8/100mm κατηγορίας χάλυβα S400 ( y 400MPa & u 500MPa). Το ογκοµετρικό ποσοστό των συνδετήρων υπολογίζεται σε ρ sv 1.04%. Το σκυρόδεµα έχει θλιπτική αντοχή 0MPa ενώ η προσαυξηµένη αντοχή λόγω δράσης των συνδετήρων (θεωρώντας k st on 0.5) είναι MPa. Η αντοχή συνάφειας ως συµβολή της επικάλυψης, της συστολής ξήρανσης και των συνδετήρων είναι 7.10MPa (για µ r max 0.9). Σηµειώνεται ότι ο διαµήκης οπλισµός είναι µατισµένος στο κατώτερο τµήµα του υποστυλώµατος για µήκος L 500mm. Από ανάλυση διατοµής για παραµόρφωση σκυροδέµατος ε u η καµπτική τέµνουσα υπολογίζεται σε V ilex 159kN και η ικανότητα στροφής σε θ u.7%. Η διατµητική αντοχή µέσω της Εξ. (4) είναι V shear 48kN ενώ η τέµνουσα που αντιστοιχεί στην αντοχή της µάτισης είναι V anh 3kN (Εξ. (9)). Ως δεδοµένα διάβρωσης λαµβάνονται Χ5% και α pit 0.1 (a pit,max 0.5). Η µείωση της ικανότητας παραµόρφωσης του χάλυβα σε αυτή την περίπτωση είναι 18% σύµφωνα µε την Εξ. (). Όλοι οι δείκτες αντοχής επαναπροσδιορίζονται στην διαβρωµένη κατάσταση ως: V ilex 136kN ( V ilex / V ilex 14.5%), V shear 105kN ( V shear / V shear 57.7%), MPa και V anh 66.5kN ( V anh /V anh 70.18%). Η ικανότητα στροφής στο στάδιο διαρροής είναι θ y 0.94%, ωστόσο µόνο το µέρος 0.94% (105kN/136kN)0.73% µπορεί να εκδηλωθεί πριν την αστοχία από διάτµηση και µόνο το 0.94% (66.5kN/136kN)0.46% πριν την αστοχία στην περιοχή 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου,

11 της µάτισης. Η ιεράρχηση των αποτελεσµάτων δηλώνει ότι ο µηχανισµός που υφίσταται την ισχυρότερη επιδείνωση είναι η συνάφεια που τελικώς οδηγεί το δοµικό στοιχείο σε πρώιµη αστοχία όταν ακόµη η απόκρισή του είναι ελαστική. Η µεθοδολογία ενίσχυσης αποσκοπεί στην ανάκτηση των επιµέρους αντοχών σε τέτοιο επίπεδο ώστε να εξασφαλισθεί η καµπτική απόκριση έπειτα από διαρροή του διαµήκους οπλισµού. Επιλέγεται ως υλικό ενίσχυσης ΙΟΠ ανθρακονήµατος µε µηχανικές ιδιότητες: αντοχή και παραµόρφωση θραύσης u 3500MPa και ε u 0.015, µέτρο ελαστικότητας E 30GPa και πάχος στρώσης t 0.13mm. Για ανάκτηση της καµπτικής αντοχής κατά Μ 7kNm (Εξ. (0)) απαιτούνται n 1.58 στρώσεις (ή διαµήκεις στρώσεις πλάτους 400mm σε όλο το µήκος του υποστηλώµατος). Η ανακτηµένη καµπτική αντοχή υπολογίζεται ως V enh ilex 156kN. Για ενίσχυση έναντι διάτµησης η σκοπούµενη πλαστιµότητα µετατοπίσεων ορίζεται σε µ.5. Από την Εξ. (3) η πρόσθετη διάτµηση που καλείται να αναλαµβάνει ο Ε-ΙΟΠ µανδύας είναι V w, 153kN και αυτό αντιστοιχεί σε n 1.6 (ή εγκάρσιες στρώσεις στην περιφέρεια και καθ όλο το ύψος του υποστηλώµατος). Κατά την εξυγίανση της αγκύρωσης ζητούµενο είναι η αντοχή συνάφειας να φτάσει την τιµή που είχε στην αδιάβρωτη κατάσταση ( enh ), ωστόσο ο συντελεστής τριβής λόγω αλλοίωσης της επιφανειακής µορφολογίας των ράβδων λαµβάνει την αποµένουσα τιµή του, η οποία υπολογίζεται σε µ r (X0.05)/π0.3. Λόγω απώλειας διατοµής του διαµήκους οπλισµού η ανακτηµένη ικανότητα αγκύρωσης σε τέµνουσα δύναµη είναι V enh anh 1kN (95%V anh ). Υιοθετώντας συνδυασµένη επισκευή µε αποκατάσταση της ρηγµατωµένης επικάλυψης και δεδοµένου ότι οι συνδετήρες δεν παρέχουν καµία περίσφιγξη η ορθή πίεση που καλείται να αναλάβει ο Ε-ΙΟΠ µανδύας είναι σ ΙΟΠ 11.3MPa. Ο απαιτούµενος αριθµός στρώσεων σε αυτή την περίπτωση υπολογίζεται ως n 5. (ή 5 εγκάρσιες στρώσεις κατά µήκος της µάτισης). Τέλος η ικανότητα στροφής (Εξ. (18), (19)) δεδοµένης της µειωµένης ικανότητας παραµόρφωσης του χάλυβα υπολογίζεται σε θ u.16%. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία διατυπώθηκε λεπτοµερώς µια νέα µεθοδολογία για την αποτίµηση δεικτών αντοχής και παραµορφωσιµότητας διαβρωµένων δοµικών στοιχείων Ο.Σ. η οποία βασίσθηκε σε βασικές αρχές µηχανικής. Η µεθοδολογία αυτή επεκτάθηκε ώστε να συµπεριλάβει εξισώσεις σχεδιασµού αντισεισµικής ενίσχυσης µε χρήση σύνθετων ΙΟΠ υλικών. Η διάβρωση αποτιµήθηκε ως προς την απώλεια διατοµής του οπλισµού και την µείωση της ικανότητας παραµόρφωσης του χάλυβα (ψαθυροποίηση) λόγω τοπικής έντασης του φαινοµένου. Μελετήθηκαν οι οριακές καταστάσεις αστοχίας κάµψης, διάτµησης και αγκύρωσης / µάτισης καθώς και η επίπτωση της διάβρωσης στην δυσκαµψία, την µετατόπιση διαρροής και την ικανότητα στροφής στην αστοχία. Με ζητούµενο την ανάκτηση της απολεσθείσας αντοχής στα αρχικά επίπεδα της αδιάβρωτης κατάστασης, δόθηκαν λεπτοµερείς εκφράσεις υπολογισµού της ενίσχυσης µέσω ΙΟΠ υλικών υπό την µορφή διαµήκους και εγκάρσιου οπλισµού. Η µεθοδολογία αυτή έχει πιστοποιηθεί µέσω των διαθέσιµων -ωστόσο περιορισµένων- πειραµατικών αποτελεσµάτων από την διεθνή βιβλιογραφία και µπορεί να ενταχθεί στο πλαίσιο αντισεισµικής ενίσχυσης / επισκευής υφιστάµενης κατασκευής που έχει υποστεί διάβρωση (Ταστάνη 006). 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ACI (00). Building ode requirements or strutural onrete & ommentary, Amerian Conrete Institute, Detroit, Mihigan. ACI 440.R-0 (00). Guide or the design and onstrution o externally onded FRP systems or strengthening onrete strutu, Amerian Conrete Institute, Detroit, Mihigan. CEB-FIP Model Code 1990 (1993), Thomas Telord Pus., London. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου,

12 Coronelli D., Gamarova P.G. (004). Strutural assessment o roded r.. eams: modeling guidelines. ASCE J. o Strutural Engineering, 130 (8): ΕΑΚ (000). Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός, ΟΑΣΠ-ΣΠΜΕ, Απρίλιος 001. ΕΚΟΣ (000). Ελληνικός κανονισµός οπλισµένου σκυροδέµατος, ΟΑΣΠ-ΣΠΜΕ, Απρίλιος 001. FIB Bulletin No. 4 (003). Seismi assessment and retroit o r.. uildings, Tehnial report prepared y T.G. 7.1, International Federation or Strutural Conrete (i). Lundgren K. (00). Modelling the eet o rosion on ond in r.., Magazine o Conrete Researh, 54 (3): Martin-Perez B., Pantazopoulou S. (001). Eet o ond, aggregate interlok and dowel ation on the shear-strength degradation o r.., Elsevier, Engineering Strutu, 3: Moehle J., Elwood K., Sezen H. (00). Gravity load ollapse o uilding rames during earthquakes, Proeedings o S. Uzumeri Symposium on Behavior and design o onrete strutu or seismi perormane (ACI SP-197). Priestley M., Seile F., Calvi M. (1996). Seismi design and retroit o ridges, J. Wiley and Sons In., N.York. Tastani S.P., Pantazopoulou S.J (005). Reovery ο Seismi Resistane in Corrosion-Damaged Reinored Conrete through FRP Jaketing, invited paper, International Journal o Materials and Produt Tehnology, 3(3/4): Ταστάνη Σ.Π. και Πανταζοπούλου Σ.Ι. (006). Μεγέθη σχεδιασµού συνάφειας ΙΟΠ - Γ ράβδων: πειραµατική και αναλυτική διερεύνηση, υπό κρίση για αποδοχή στο 15 ο Συνέδριο Σκυροδέµατος, Αλεξανδρούπολη. Ταστάνη Σ. (006). Συνάφεια συµβατικών και νέων τύπων οπλισµού σκυροδέµατος. ιδακτορική διατριβή, Τµ. Πολιτικών Μηχανικών, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, σελ ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 5-7 Οκτωβρίου, 006 1