Ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής για την κατασκευή µανδυών αντισεισµικής ενίσχυσης κτιρίων χωρίς τη χρήση συµβατικού χάλυβα

Ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής για την κατασκευή µανδυών αντισεισµικής ενίσχυσης κτιρίων χωρίς τη χρήση συµβατικού χάλυβα Α.-.Γ. Τσώνος Αναπληρωτής Καθηγητής, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Λέξεις κλειδιά: ινοπλισµένο σκυρόδεµα, µανδύες, αντισεισµική ενίσχυση ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Παρουσιάζεται για πρώτη φορά διεθνώς ένας νέος καινοτόµος τρόπος αντισεισµικής ενίσχυσης κτιρίων από οπλισµένο σκυρόδεµα. Η ενίσχυση µε το νέο αυτό τρόπο συνίσταται στην κατασκευή µανδυών από ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής χωρίς τη χρήση συµβατικού χάλυβα που χρησιµοποιείται στην κατασκευή των συνήθων µανδυών από οπλισµένο σκυρόδεµα. Οι νέοι µανδύες από ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής που παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία εδείχθη ότι είναι σαφώς πιο αποτελεσµατικοί από τους µανδύες από οπλισµένο εκτοξευόµενο σκυρόδεµα ενώ, από συγκριτικά στοιχεία κόστους, φαίνεται ότι είναι και κατά πολύ φθηνότεροί τους. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μετά από ένα ισχυρό σεισµό πραγµατοποιούνται στα βλαβέντα κτίρια επισκευές και ενισχύσεις που έχουν συνήθως τη µορφή µανδυών διαφόρων µορφών. Από την άλλη, είναι γνωστό ότι οι εργασίες ενίσχυσης των κτιρίων έχουν ιδιαίτερα υψηλό κόστος και µεγαλύτερη δυσκολία κατασκευής συγκριτικά µε τις τρέχουσες εργασίες ανέγερσης οικοδοµών. Για την επιλογή της πιο κατάλληλης µεθόδου αντισεισµικής επέµβασης, πέραν της αποτελεσµατικότητας στη βελτίωση της σεισµικής συµπεριφοράς, σηµαντικό ρόλο παίζουν και δύο επιπλέον παράγοντες: η απλότητα εφαρµογής και το κόστος. Με βάση τα προηγούµενα, παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον η δηµιουργία και η εισαγωγή στην αγορά ενός τύπου ενίσχυσης του σκελετού από οπλισµένο σκυρόδεµα µε σεισµική συµπεριφορά που να ικανοποιεί όλες τις απαιτήσεις των κανονισµών και ταυτόχρονα απλού στην κατασκευή και µε µικρότερο κόστος σε σχέση µε τα συνήθη. Ένα τέτοιο σύστηµα αντισεισµικής ενίσχυσης είναι προφανές ότι θα ήταν ιδιαίτερα ανταγωνιστικό µεταξύ όλων των υπολοίπων. Το 977 ο Henager, µε τη χρήση µόνον ινοπλισµένου σκυροδέµατος, χωρίς την παρουσία συνδετήρων, σε µια περιοχή που περιλαµβάνει τον κόµβο και τµήµατα των κρίσιµων περιοχών των υποστυλωµάτων και της δοκού δοκιµίου δοκού-υποστυλώµατος, επιτυγχάνει καλύτερη σεισµική συµπεριφορά από αυτήν όµοιου κατά τα άλλα δοκιµίου αλλά µε συµβατική όπλιση (συνδετήρες) και συµβατικό σκυρόδεµα. Έτσι καταφέρνει, µε την παρουσία των χαλύβδινων ινών σε ποσοστό.67% κατ όγκο, να υποκαταστήσει τον οπλισµό συνδετήρων στις κρίσιµες αυτές περιοχές και να µειώσει το κόστος της κατασκευής του ινοπλισµένου δοκιµίου κατά 50% περίπου σε σχέση µε αυτό του συµβατικά οπλισµένου. Το ινοπλισµένο σκυρόδεµα, απλό ή εκτοξευόµενο, χρησιµοποιείται σήµερα σε πολλές εφαρµογές, καταργώντας ή µειώνοντας το συµβατικό οπλισµό και επιτυγχάνοντας σηµαντική µείωση του κόστους της κατασκευής. Οι επενδύσεις µε ινοπλισµένο εκτοξευόµενο σκυρόδεµα αποδείχτηκε ότι δεν υστερούν, ούτε κατά την αντοχή ούτε κατά την πλαστιµότητα, από τις συµβατικές λύσεις επενδύσεων. Ακόµη και ένα σχετικά χαµηλό ποσοστό περιεκτικότητας ινών, της τάξης του 0.5% κατ όγκον, έχει αποτελέσµατα συγκρίσιµα µε την όπλιση µε διπλό πλέγµα (Τέγος 995, ACI 506R-90 995). Εκτιµήθηκε ότι η κατασκευή µιας επένδυσης πάχους 0 cm από 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006

σύνηθες εκτοξευόµενο σκυρόδεµα µε µονό πλέγµα κοστίζει δύο φορές περισσότερο από τη λύση του ινοπλισµένου εκτοξευόµενου σκυροδέµατος µε το ίδιο πάχος (Τέγος 995). Ενώ είναι γνωστά τα πλεονεκτήµατα του ινοπλισµένου σκυροδέµατος, εν τούτοις δεν έχει βρεθεί µέχρι σήµερα, παρά τις σχετικές προσπάθειες, ένας αξιόπιστος τρόπος εφαρµογής του στις επισκευές και ενισχύσεις κτιρίων από οπλισµένο σκυρόδεµα, ο οποίος να µειώνει αισθητά ή και να καταργεί το συµβατικό οπλισµό των ενισχύσεων. Έτσι, το ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής SIMCON που προτάθηκε πρόσφατα για επισκευές και ενισχύσεις στοιχείων από οπλισµένο σκυρόδεµα δε φαίνεται να είναι σε θέση να ενισχύσει µε επιτυχία τα κατακόρυφα στοιχεία της οικοδοµής (στύλους, κόµβους, τοιχώµατα) καθώς η λογική της κατασκευής του είναι παρόµοια µε αυτήν των ινοπλισµένων πολυµερών (FRPs). Οι χαλύβδινες ίνες του SIMCON βρίσκονται ενσωµατωµένες σε ειδική µήτρα µε βάση το τσιµέντο. Το υλικό αυτό - µε τη µορφή ψάθας (όπως και τα υφάσµατα των FRPs) - έρχεται στο έργο σε µεγάλους ρόλους, περιτυλίγεται στις επιθυµητές προς ενίσχυση θέσεις των δοµικών στοιχείων και, στη συνέχεια, εµποτίζεται µε ειδικό τσιµεντοκονίαµα. Το SIMCON, το οποίο περιέχει χαλύβδινες ίνες σε ποσοστό άνω του 2% κατ όγκον και έχει θλιπτική αντοχή της τάξης των 70 MPa και εφελκυστική αντοχή της τάξης των 8 MPa (Shannag,Barakat & Abdul-Karrem 2002), έχει αρκετά πλεονεκτήµατα αλλά παρουσιάζει και σοβαρά µειονεκτήµατα. Τα σοβαρότερα από αυτά είναι αφενός η αδυναµία του να αυξήσει αξιόπιστα την καµπτική αντοχή υποστυλωµάτων και τοιχωµάτων οικοδοµών λόγω της υποχρεωτικής ασυνέχειας στις στρώσεις που δηµιουργείται από την παρουσία πλακών και δοκών και αφετέρου η αδυναµία του να ενισχύσει αξιόπιστα κόµβους δοκού-υποστυλώµατος, ειδικά όταν συντρέχουν δοκοί και από τις τέσσερις πλευρές του κόµβου. Τα ίδια ακριβώς µειονεκτήµατα και για τους ίδιους λόγους παρουσιάζονται και µε τη χρήση των FRPs. Αυτός άλλωστε είναι και ο λόγος που δεν παρουσιάστηκε µέχρι σήµερα αξιόπιστος τρόπος αντισεισµικής ενίσχυσης συστήµατος στύλου κόµβου οικοδοµής στη βιβλιογραφία (Shannag, Barakat & Abdul-Kareem 2002, Dogan, Hill & Krstulovic-Opara 2000). 2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΝΕΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Aποφασίστηκε - για πρώτη φορά διεθνώς - το ακόλουθο εγχείρηµα: να χρησιµοποιηθεί έγχυτο επισκευαστικό σκυρόδεµα σταθερού όγκου υψηλής αντοχής (της τάξης των 70MPa), ενισχυµένο µε ποσοστό χαλύβδινων ινών όχι µεγαλύτερο του πρακτικά εφικτού.5% κατ όγκο, για την κατασκευή νέων µανδυών ινοπλισµένου σκυροδέµατος για την αντισεισµική ενίσχυση οικοδοµών από οπλισµένο σκυρόδεµα, ήτοι µανδυών οι οποίοι, εκτός των ινών, δε θα περιέχουν καθόλου συµβατικό οπλισµό, είτε σε µορφή διαµήκους οπλισµού είτε σε µορφή συνδετήρων. Οι µανδύες αυτοί, οι οποίοι θα είναι σε θέση να αντικαταστήσουν τους συµβατικούς µανδύες από οπλισµένο σκυρόδεµα (έγχυτο ή εκτοξευόµενο), αναµένεται να µειώσουν το κόστος των ενισχύσεων κατά 50% περίπου και ταυτόχρονα να απλοποιήσουν σηµαντικά τις δυσχέρειες εφαρµογής των συµβατικών λύσεων, οι οποίες απορρέουν από τις εργασίες αγοράς, µόρφωσης και τοποθέτησης του συµβατικού οπλισµού των παραδοσιακών µανδυών (διατρήσεις, τοποθετήσεις βλήτρων, τοποθέτηση οπλισµών, ηλεκτροκολλήσεις κλπ.). Οι προτεινόµενοι µε την παρούσα τεχνική µανδύες είναι έγχυτοι και εφαρµόζονται όπως και οι παραδοσιακοί έγχυτοι µανδύες από οπλισµένο σκυρόδεµα, δηλαδή µε τρύπηµα της πλάκας και έγχυση του υλικού σε ολόκληρο τον κόµβο αγκαλιάζοντάς τον περιµετρικά, χωρίς να δηµιουργούν τις ασυνέχειες και τις αδυναµίες του SIMCON και των FRPs. 3. ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΝΕΩΝ ΜΑΝ ΥΩΝ Προκειµένου να εξεταστεί η αποτελεσµατικότητα των ενισχύσεων µε τους νέους µανδύες συγκρίνεται η σεισµική συµπεριφορά πλαισιακών υποσυνόλων (δηλαδή χαρακτηριστικών τµηµάτων) παλαιάς οικοδοµής από οπλισµένο σκυρόδεµα, ενισχυµένων τόσο µε τον προτεινόµενο 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 2

νέο τρόπο ενίσχυσης όσο και µε µανδύες οπλισµένου εκτοξευόµενου σκυροδέµατος, που είναι και ο πλέον συνήθης στις εφαρµογές τρόπος ενίσχυσης (Πενέλης & Κάππος 990, Penelis & Kappos 996). Για τον έλεγχο της αποδοτικότητας των δύο τύπων µανδυών που προαναφέρθηκαν επιλέγονται δοκίµια που περιλαµβάνουν τµήµα της οικοδοµής απαρτιζόµενο από στύλους δοκό πλάκα - εγκάρσια δοκό µε κλίµακα :2. Η µορφή των δοκιµίων φαίνεται στο Σχήµα. Τα δοκίµια αυτά αντιπροσωπεύουν τµήµα παλαιάς οικοδοµής στον ελληνικό χώρο (σχεδιασµένης πριν από το 984, οπότε άρχισαν να ισχύουν οι πρόσθετες διατάξεις του Ελληνικού Αντισεισµικού Κανονισµού του 959) και έχουν λόγο ικανοτικού σχεδιασµού (άθροισµα ροπών αντοχής στύλων προς ροπή αντοχής δοκού) M R µικρότερο της µονάδας όπως συνέβαινε συνήθως - ώστε να αστοχήσουν στις περιοχές των στύλων και του κόµβου. Έχουν δηλαδή επιλεγεί για τον έλεγχο της αποτελεσµατικότητας της ενίσχυσης µε τους νέους µανδύες δύο από τα πλέον κρίσιµα για την ασφάλεια της κατασκευής δοµικά στοιχεία, δηλαδή οι στύλοι και οι κόµβοι. Όπως µάλιστα φαίνεται στο Σχήµα, ο κόµβος του δοκιµίου δεν έχει καθόλου οπλισµό, γεγονός που δηµιουργεί δυσµενέστερες συνθήκες ενίσχυσης του στοιχείου αυτού µε το νέο τρόπο επέµβασης, ενώ και οι οπλισµοί των στύλων, όπως φαίνεται στο ίδιο σχήµα, είναι πολύ λιγότεροι αυτών που απαιτούνται σήµερα µε τους νέους κανονισµούς. Στο σηµείο αυτό θα πρέπει να αναφερθεί η αξία του επιλεγέντος κατάλληλου πλαισιακού υποσυνόλου µε το οποίο µπορεί να µελετηθεί η αποδοτικότητα της ενίσχυσης των υποστυλωµάτων παρουσία ενισχυµένων κόµβων, όπως δηλαδή συµβαίνει και στην πραγµατικότητα (όπου συνυπάρχουν στύλοι και κόµβοι). Αντιθέτως, η µελέτη των υποστυλωµάτων µε δοκίµια αµιγώς στύλων, αµφίπακτων ή µονόπακτων, που συνηθίζεται στις πειραµατικές ερευνητικές εργασίες, οδηγεί µεν σε κάποια συµπεράσµατα για την αποτελεσµατικότητα της ενίσχυσης των στύλων, αγνοώντας όµως µια σηµαντικότατη παράµετρο όπως οι κόµβοι. Έτσι, δίνονται εσφαλµένα αποτελέσµατα στους µηχανικούς της πράξης και δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις που συναντάται ισχυρή ενίσχυση των υποστυλωµάτων, η οποία όµως διακόπτεται ακριβώς κάτω από τον κόµβο. Στην περίπτωση αυτή αναµένεται βέβαιη αστοχία του κόµβου σε έναν ισχυρό µελλοντικό σεισµό, θέτοντας σε κίνδυνο τους ενοίκους των οικοδοµών αυτών (Τσώνος 2005, Karayannis, Chalioris & Sideris 998). Σχήµα. ιαστάσεις και λεπτοµέρειες οπλισµού του παρθενικού δοκιµίου O (διαστάσεις σε m). 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 3

Για να εξετασθεί η αποτελεσµατικότητα του νέου συστήµατος ενίσχυσης που παρουσιάζεται κατασκευάζονται τρία δοκίµια, όµοια µε αυτό του Σχήµατος. Το σκυρόδεµα των αρχικών αυτών δοκιµίων έχει θλιπτική αντοχή 20 MPa. Το ένα από αυτά - το Ο - υποβάλλεται σε σεισµική καταπόνηση, αστοχεί στο στύλο και στον κόµβο - όπως αναµενόταν άλλωστε - και χρησιµοποιείται ως δοκίµιο ελέγχου. Η διάταξη φόρτισης που χρησιµοποιήθηκε φαίνεται στη φωτογραφία του Σχήµατος 2, ενώ η ιστορία της φόρτισης φαίνεται στο Σχήµα 3. Τα άλλα δύο δοκίµια ενισχύονται στον κόµβο και στην περιοχή των στύλων, το πρώτο µε τους νέους µανδύες από ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής µε ποσοστό ινών % κατ όγκο, χωρίς καθόλου χρήση συµβατικού οπλισµού (δοκίµιο SFHC Σχήµα 4) και το δεύτερο µε µανδύες οπλισµένου εκτοξευόµενου σκυροδέµατος (δοκίµιο GSL Σχήµα 5). Αξίζει να τονιστεί ότι ο υπολογισµός της ενίσχυσης του δοκιµίου GSL έγινε µε βάση τους νέους κανονισµούς της Ελληνικής και ιεθνούς βιβλιογραφίας (Ο.Α.Σ.Π. & Σ.Π.Μ.Ε.2000α και 2000β, ρίτσος 200, ACI-ASCE 352-2002) µε αποτέλεσµα αυτό να διαθέτει σηµαντικό οπλισµό, όπως φαίνεται άλλωστε στο Σχήµα 5. Σχήµα 2. ιάταξη φόρτισης. Σχήµα 3. Ιστορία φόρτισης δοκιµίων. 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 4

Σχήµα 4. ιαστάσεις και λεπτοµέρειες οπλισµού ενισχυµένου δοκιµίου SFHC (διαστάσεις σε m). Όπως φαίνεται στο Σχήµα 4, οι νέοι µανδύες από ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής είναι έγχυτοι και εφαρµόζονται όπως και οι παραδοσιακοί έγχυτοι µανδύες από οπλισµένο σκυρόδεµα, δηλαδή µε τρύπηµα της πλάκας και έγχυση του υλικού σε ολόκληρο τον κόµβο, αγκαλιάζοντάς τον περιµετρικά, χωρίς να δηµιουργούν τις ασυνέχειες και τις αδυναµίες του SIMCON και των FRPs. Αξίζει να σηµειωθεί ότι, ενώ το πάχος του µανδύα εκτοξευόµενου σκυροδέµατος του GSL 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 5

προέκυψε 7 cm µε θλιπτική αντοχή που µετρήθηκε στο εργαστήριο 40 MPa (Σχήµα 5), το πάχος του µανδύα του SFHC θεωρήθηκε 4.5 cm µε θλιπτική αντοχή του ινοπλισµένου σκυροδέµατος περίπου 66 MPa (Σχήµα 4). Ο χάλυβας που χρησιµοποιήθηκε για την κατασκευή των δοκιµίων ήταν ποιότητας S500s. Σχήµα 5. ιαστάσεις και λεπτοµέρειες οπλισµού ενισχυµένου δοκιµίου GSL (διαστάσεις σε m). 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 6

Στη συνέχεια, τα ενισχυµένα µε τους διάφορους τρόπους που προαναφέρθηκαν δοκίµια SFHC και GSL υποβάλλονται στην ίδια σεισµική καταπόνηση µε αυτήν που υποβλήθηκε το παρθενικό δοκίµιο Ο, ο νόµος της οποίας φαίνεται στο Σχήµα 3. Η σεισµική συµπεριφορά όλων των ανωτέρω δοκιµίων εξετάστηκε σε διάταξη φόρτισης (Σχήµα 2) η οποία είναι εγκατεστηµένη στο Εργαστήριο Κατασκευών Οπλισµένου Σκυροδέµατος και Φέρουσας Τοιχοποιίας του Α.Π.Θ. 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Στο Σχήµα 6 φαίνονται τα διαγράµµατα των βρόχων υστέρησης των τριών δοκιµίων Ο, SFHC και GSL αντίστοιχα. Από τη σύγκριση των βρόχων υστέρησης του παρθενικού δοκιµίου ελέγχου Ο µε τους αντίστοιχους των ενισχυµένων SFHC και GSL παρατηρείται ότι η σεισµική συµπεριφορά των ενισχυµένων δοκιµίων είναι σαφώς βελτιωµένη σε σύγκριση µε αυτήν του δοκιµίου ελέγχου Ο (Σχήµα 6). Εξάλλου, ιδιαίτερα βελτιωµένος ήταν και ο τύπος αστοχίας των ενισχυµένων δοκιµίων SFHC και GSL σε σύγκριση µε αυτόν του δοκιµίου ελέγχου Ο όπως φαίνεται από τις εικόνες αστοχίας του Σχήµατος 7. Έτσι, ενώ το Ο αστόχησε σχεδόν αµιγώς στον κόµβο και στις κρίσιµες περιοχές του στύλου, αστοχία που εάν συνέβαινε σε πραγµατική κατασκευή θα οδηγούσε µε µεγάλη πιθανότητα σε µερική κατάρρευση, αντιθέτως τα ενισχυµένα δοκίµια SFHC και GSL αστόχησαν κυρίως στη δοκό, όπου συγκεντρώθηκε το µεγαλύτερο µέρος της βλάβης. Αυτός είναι ένας τύπος αστοχίας που επιδιώκεται καθώς δεν εγκυµονεί κινδύνους κατάρρευσης και εποµένως είναι σαφώς πιο ασφαλής για τους κατοίκους οικοδοµών που έχουν ενισχυθεί µε κάποιον από τους δύο συγκρινόµενους εδώ τύπους ενίσχυσης. Η βελτίωση της σεισµικής συµπεριφοράς του ενισχυµένου δοκιµίου SFHC σε σχέση µε αυτήν του παρθενικού Ο, πέρα από τη σύγκριση των βρόχων υστέρησης του Σχήµατος 6 και των εικόνων αστοχίας του Σχήµατος 7, φαίνεται πολύ καθαρά στα διαγράµµατα του Σχήµατος 8, όπου συγκρίνονται η αντοχή, η ακαµψία και η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας του ενισχυµένου δοκιµίου SFHC µε τις αντίστοιχες του παρθενικού Ο. Όπως φαίνεται στο Σχήµα 8, το δοκίµιο SFHC παρουσιάζει από 75% έως και περίπου 200% αυξηµένη αντοχή, από 85% έως και 50% αυξηµένη ακαµψία και από 80% έως και 70% µεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας σε σύγκριση µε το παρθενικό δοκίµιο Ο. Φαίνεται λοιπόν ότι η χρήση των νέων καινοτόµων µανδυών από ινοπλισµένο σκυρόδεµα υψηλής αντοχής πολλαπλασιάζει τις τιµές όλων των κρίσιµων παραµέτρων ελέγχου της σεισµικής συµπεριφοράς του φορέα. Η σύγκριση της σεισµικής συµπεριφοράς µεταξύ των ενισχυµένων δοκιµίων SFHC και GSL φαίνεται στα διαγράµµατα σύγκρισης αντοχών, ακαµψιών και ικανοτήτων απορρόφησης ενέργειας του Σχήµατος 9. Από το Σχήµα 9 φαίνεται ότι το δοκίµιο SFHC υπερτερεί σαφώς του GSL σε όλες τις παραµέτρους ελέγχου. Έτσι το SFHC παρουσιάζει µεγαλύτερες αντοχές (έως και 25% στον κάτω ηµίκυκλο και άνω του 50% στον άνω), έως και 35% µεγαλύτερες ακαµψίες και έως και 35% µεγαλύτερη δυνατότητα απορρόφησης ενέργειας από το GSL. Προκύπτει λοιπόν ότι η συµπεριφορά του ενισχυµένου µε το νέο τρόπο ενίσχυσης δοκιµίου SFHC, ήτοι µε µανδύες ινοπλισµένου σκυροδέµατος υψηλής αντοχής και χωρίς άλλο συµβατικό οπλισµό, είναι σαφώς καλύτερη από αυτήν του ενισχυµένου µε µανδύες οπλισµένου εκτοξευόµενου σκυροδέµατος δοκιµίου GSL. Πέραν όµως της αποτελεσµατικότητας στη βελτίωση της σεισµικής συµπεριφοράς, για την επιλογή της πιο κατάλληλης µεθόδου αντισεισµικής επέµβασης σηµαντικό ρόλο παίζουν και δύο επιπλέον παράγοντες: η απλότητα εφαρµογής και το κόστος. Η απλότητα εφαρµογής του νέου τρόπου ενίσχυσης που παρουσιάζεται εδώ είναι προφανής. Για να αποδειχθεί ότι η εφαρµογή του συµφέρει και οικονοµικά πραγµατοποιήθηκε επιµέτρηση ποσοτήτων των δύο δοκιµίων GSL και SFHC µε τιµές επιµέρους κόστους που λήφθηκαν από την ιεύθυνση Μελετών του Οργανισµού Σχολικών Κτιρίων για Αποκατάσταση Ζηµιών από Σεισµούς. Από τη σύγκριση των αποτελεσµάτων προέκυψε ότι ο προτεινόµενος εδώ (για πρώτη φορά διεθνώς) τρόπος ενίσχυσης κτιρίων από Ο/Σ είναι όχι µόνο σηµαντικά απλούστερος αλλά και κατά 60% περίπου φθηνότερος από το συµβατικό τρόπο ενίσχυσης µε µανδύες οπλισµένου εκτοξευόµενου σκυροδέµατος. 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 7

Επιβαλλόµενη τέµνουσα Vb (kν) -70 20 80 40 0-40 -80-20 οκίµιο O Μετακινήσεις (mm) -60-50 -40-30 -20-0 0 0 20 30 40 50 60 7 6 5 4 3 2-7 -6-5 -4-3 -2-0 2 3 4 5 6 7 Σχετική ανηγµένη γωνία R (%) 2 3 4 5 6 7 70 20 οκίµιο SFHC Επιβαλλόµενη τέµνουσα Vb (kν) 80 40 0-40 -80-20 0 9 8 7 6 5 4 3 2 2 3 4 5-7 -6-5 -4-3 -2-0 2 3 4 5 6 7 Σχετική ανηγµένη γωνία R (%) 7 6 8 9 0 20 οκίµιο GSL Επιβαλλόµενη τέµνουσα Vb (kν) 80 40 0-40 -80-20 0 9 8 7 6 5 4 3 2-7 -6-5 -4-3 -2-0 2 3 4 5 6 7 Σχετική ανηγµένη γωνία R (%) 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Σχήµα 6. Υστερητικοί βρόχοι φορτίου µετατόπισης δοκιµίων Ο, SFHC και GSL. 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 8

Σχήµα 7. Τύπος αστοχίας δοκιµίων Ο, SFHC και GSL. 3.0 οκίµια SFHC / O 3.0 οκίµια SFHC / O 2.5 2.5 Λόγος αντοχών 2.0.5.0 Λόγος αντοχών 2.0.5.0 0.5 0.5 0.0 2 3 4 5 6 7 Κάτω ηµίκυκλος 0.0 2 3 4 5 6 7 Άνω ηµίκυκλος 2.5 οκίµια SFHC / O 3000 οκίµια SFHC / O Λόγος ακαµψιών ν 2.0.5.0 0.5 Απορρόφηση ενέργειας (kn mm) 2500 2000 500 000 500 SFHC O 0.0 2 3 4 5 6 7 Κύκλος 0 2 3 4 5 6 7 Κύκλος Σχήµα 8. Σύγκριση σεισµικής συµπεριφοράς των δοκιµίων SFHC και Ο. Άνω: Σύγκριση αντοχών. Κάτω αριστερά: Σύγκριση ακαµψίας. Κάτω δεξιά: Σύγκριση απορρόφησης ενέργειας. 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 9

.50 οκίµια SFHC / GSL.50 οκίµια SFHC / GSL.25.25 Λόγος αντοχών.00 0.75 0.50 0.25 Λόγος αντοχών.00 0.75 0.50 0.25 0.00 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Κάτω ηµίκυκλος 0.00 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Άνω ηµίκυκλος.50 οκίµια SFHC / GSL 3000 οκίµια SFHC / GSL Λόγος ακαµψιών ν.25.00 0.75 0.50 0.25 Απορρόφηση ενέργειας (kn mm) 2500 2000 500 000 500 SFHC GSL 0.00 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Κύκλος 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Κύκλος Σχήµα 9. Σύγκριση σεισµικής συµπεριφοράς των δοκιµίων SFHC και GSL. Άνω: Σύγκριση αντοχών. Κάτω αριστερά: Σύγκριση ακαµψίας. Κάτω δεξιά: Σύγκριση απορρόφησης ενέργειας. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Παρουσιάζεται για πρώτη φορά διεθνώς και προτείνεται ένας νέος τρόπος αντισεισµικής ενίσχυσης κτιρίων από οπλισµένο σκυρόδεµα. Πρόκειται για την ενίσχυση κρίσιµων δοµικών στοιχείων από Ο/Σ (στύλων, κόµβων) µε µανδύες ινοπλισµένου σκυροδέµατος υψηλής αντοχής χωρίς τη χρήση επιπλέον οπλισµού (διαµήκους οπλισµού, συνδετήρων) που χρησιµοποιείται στους συνήθεις µανδύες οπλισµένου σκυροδέµατος. Οι µανδύες ινοπλισµένου σκυροδέµατος υψηλής αντοχής που παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία αποδείχθηκε ότι βελτιώνουν κατά πολύ τη σεισµική συµπεριφορά των δοµικών στοιχείων και κατ επέκταση των φορέων από οπλισµένο σκυρόδεµα, πολλαπλασιάζοντας τις τιµές όλων των κρίσιµων παραµέτρων ελέγχου της σεισµικής συµπεριφοράς τους, ενώ σε σύγκριση µε τους παραδοσιακούς µανδύες οπλισµένου σκυροδέµατος αποδείχθηκαν σαφώς πιο αποτελεσµατικοί. Από συγκριτικά στοιχεία κόστους φάνηκε ότι οι νέοι καινοτόµοι µανδύες είναι κατά 60% φθηνότεροι από τους µανδύες εκτοξευόµενου οπλισµένου σκυροδέµατος, ενώ είναι πολύ απλοί στην εφαρµογή, γεγονός που οδηγεί σε µείωση του κόστους εργασίας. Τα αποτελέσµατα της παρούσας εργασίας, όσον αφορά στην αποδοτικότητα των καινοτόµων µανδυών ινοπλισµένου σκυροδέµατος υψηλής αντοχής, είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Ωστόσο, για να µπορούν να προταθούν για εφαρµογή στην πράξη απαιτούνται αφενός περισσότερη πειραµατική έρευνα και αφετέρου η δηµιουργία υπολογιστικών µοντέλων για τον υπολογισµό των ενισχύσεων των κτιρίων Ο/Σ µε τους καινοτόµους αυτούς µανδύες. Και οι δύο αυτές προσπάθειες έχουν ήδη προγραµµατιστεί και ήδη προχωρεί η υλοποίησή τους στο Εργαστήριο Κατασκευών Οπλισµένου Σκυροδέµατος και Φέρουσας Τοιχοποιίας του Α.Π.Θ. 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006 0

6. ΑΝΑΦΟΡΕΣ ACI 506R-90 (Reapproved 995). Guide to shotcrete, Reported by ACI Committee 506. American Concrete Institute, 4 pp. ACI. 999. SP-86. High-performance concrete (Performance and quality of concrete structures). Proceedings, 2 nd CANMET / ACI International Conference, Gramado, RS, 93 pp. ACI. 2000. SP-85. High-performance fiber-reinforced concrete in infrastructural repair and retrofit. American Concrete Institute, 250pp. ACI ASCE Committee 352-2002. Recommendations for Design of Beam-to-Column Joints in Monolithic Reinforced Concrete Structures (ACI 352R-85). American Concrete Institute, 37pp. Dogan, E., Hill, H. & Krstulovic-Opara, N. 2000. Suggested design guidelines for seismic retrofit with SIMCON and SIFCON. ACI, SP-85. American Concrete Institute: 207-248. ρίτσος, Σ.Η. 200. Επισκευές και ενισχύσεις κατασκευών από οπλισµένο σκυρόδεµα. Πάτρα, 309 σελ. Henager, C.H. 977. Steel fibrous, ductile concrete joint for seismic-resistant structures. SP-53-4. ACI Publication SP-53: Reinforced concrete structures in seismic zones: 37-386. Karayannis, C. G., Chalioris, C. E. & Sideris, K. K. 998. Effectiveness of RC Beam-Column Connection Repair using Epoxy Resin Injections. Journal of Earthquake Engineering, Vol. 2, No 2: 27-240. Ο.Α.Σ.Π. & Σ.Π.Μ.Ε. 2000α. Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός (Ε.Α.Κ.). Ο.Α.Σ.Π. & Σ.Π.Μ.Ε.. 2000β. Ελληνικός Κανονισµός Ωπλισµένου Σκυροδέµατος (Ε.Κ.Ω.Σ.). Πενέλης, Γ.Γ. & Κάππος, Α.Ι.. 990. Αντισεισµικές κατασκευές από σκυρόδεµα. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Ζήτη, 472 σελ. Penelis, G.G. & Kappos, A.J. 996. Earthquake resistant concrete structures. Chapman and Hall, 600 pp. Shannag, M.J., Barakat, S. & Abdul-Kareem. 2002. Cyclic behavior of HPFRC-repaired reinforced concrete interior beam-column joints. Materials and Stuctures. Vol. 35, No. 250:.348-356. Τέγος, Ι.Α. 995. Ειδικές Κατασκευές Σκυροδέµατος. Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, 259 sel.. Τσώνος, Α.Γ. 2005. Εξέταση της αποδοτικότητας των µανδυών Ο/Σ κλειστού και ανοικτού τύπου στην ενίσχυση υποστυλωµάτων και κόµβων από Ο/Σ (Μέρος ο Μετασεισµική ενίσχυση. Επιστηµονική Έκδοση ΚΤΙΡΙΟ (αποδεκτή προς δηµοσίευση). 5ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 2006