Επισκευές - Ενισχύσεις στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα Έµφαση σε ακραίους κόµβους δοκού - υποστυλωµάτων

Επισκευές - Ενισχύσεις στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα Έµφαση σε ακραίους κόµβους δοκού - υποστυλωµάτων Χ.Γ. Καραγιάννης Καθηγητής. Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος ΠΘ. Λέξεις κλειδιά: Επισκευές, ενισχύσεις, κόµβοι δοκού υποστυλωµάτων, δοκοί, FRP. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Παρουσιάζονται συνοπτικά αποτελέσµατα εκτεταµένης ερευνητικής προσπάθειας πειραµατικού χαρακτήρα, που εκπονείται την τελευταία 1ετία στα πλαίσια του Εργαστηρίου Ω- πλισµένου Σκυροδέµατος, σχετικά µε την αποτελεσµατικότητα των χρησιµοποιούµενων τεχνικών επισκευής και ενίσχυσης στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα και ιδιαίτερα κόµβων δοκού - υποστυλωµάτων. Αρχικά, εξετάζεται η αποτελεσµατικότητα της επισκευής µε χρήση ρητινενέσεων µε βάση πειραµατικές δοκιµές. Προς το σκοπό αυτό παρουσιάζονται ενδεικτικά τα αποτελέσµατα 24 δοκιµίων ακραίων κόµβων και 2 καµπτικών δοκών. Επί πλέον, διερευνάται και εξάγονται σχετικά συµπεράσµατα για την εφαρµογή των ινωπλισµένων υφασµάτων (FRP) ως µεθόδου ενίσχυσης. Ενδεικτικά παρουσιάζονται αποτελέσµατα δοκιµών σε 6 κόµβους και 1 διατµητικές δοκούς. Τέλος, περιλαµβάνονται πρώτα αποτελέσµατα της χρήσης λεπτού µανδύα από ισχυρό τσιµεντοκονίαµα και πυκνό οπλισµό ως εναλλακτικής τεχνικής ενίσχυσης. Ο στόχος της προσπάθειας αυτής είναι η βελτίωση των µειονεκτηµάτων της χρήσης µανδυών µε διατήρηση των σηµαντικών πλεονεκτηµάτων τους. Σηµειώνεται ότι οι διαστάσεις, η µορφή και ο τρόπος κατασκευής του λεπτού µανδύα καθιστούν τη µέθοδο πλησιέστερη σε µια τεχνική επισκευής παρά ενίσχυσης. Τα πρώτα σχετικά αποτελέσµατα σε 7 δοκίµια ακραίων κόµβων είναι ιδιαίτερα ικανοποιητικά και η έρευνα προς την κατεύθυνση αυτή συνεχίζεται. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η επισκευή και η ενίσχυση στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα που έχουν υποστεί βλάβες από σεισµικές δράσεις ως αντικείµενο συνεπούς επιστηµονικής έρευνας είναι σχετικά νέο πεδίο µελέτης µε µεγάλες απαιτήσεις και ιδιαίτερο οικονοµικό ενδιαφέρον. Παλαιότερες κατασκευές που έχουν µελετηθεί χωρίς τις σύγχρονες αντιλήψεις περί αντισεισµικού σχεδιασµού έχει αποδειχθεί ότι υφίστανται εκτεταµένες βλάβες κατά τη διάρκεια σεισµικών διεγέρσεων. Αλλά και για τις νεώτερες κατασκευές θα πρέπει να επισηµανθεί ότι σύµφωνα µε τη φιλοσοφία των σύγχρονων αντισεισµικών κανονισµών ο σχεδιασµός βασίζεται στην αντίληψη για ένα αποδεκτό επίπεδο δοµικών βλαβών κατά την πραγµατοποίηση του σεισµού σχεδιασµού, χάριν της οικονοµικότητας και κοµψότητας των διαστάσεων. Σε κάθε περίπτωση είναι φανερή η ανάγκη για τεκµηριωµένες µεθόδους και τεχνικές επισκευής και ενίσχυσης στοιχείων και κατασκευών από ωπλισµένο σκυρόδεµα. Η έρευνα σε αυτόν τον τοµέα είναι ουσιώδης και στην αιχµή του ενδιαφέροντος της πράξης δεδοµένου ότι στη χώρα µας πολύ συχνά οι Μηχανικοί αντιµετωπίζουν το πρόβληµα επισκευής και ενίσχυσης χωρίς κανονισµούς ή απόλυτα τεκµηριωµένες οδηγίες ποσοτικού σχεδιασµού. Ειδικώτερα, για τις περιοχές ένωσης υποστυλωµάτων και δοκών, είναι γενικά αποδεκτό ότι η δοµική αξία τους είναι ιδιαίτερα σηµαντική διότι τα στοιχεία αυτά είναι συχνά κρίσιµα για τη συνολική σεισµική απόκριση των κατασκευών από ωπλισµένο σκυρόδεµα. Η ικανότητα και η συ- µπεριφορά των περιοχών ένωσης υποστυλωµάτων και δοκών επηρεάζεται από πολλά φαινόµενα όπως µηχανισµοί µεταφοράς τέµνουσας, διάτµηση σκυροδέµατος, θλίψη σκυροδέµατος, πλαστι- µότητα, συνάφεια οπλισµών και σκυροδέµατος και κόπωση (Paulay & Park 1984, Karayannis & 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 1

Chalioris, Hukato et al, Tsonos 1a, 1b, Karayannis & Sirkelis 3, Dritsos 5). Οι πρώτοι κανονισµοί ή οδηγίες σχεδιασµού για κόµβους δοκών - υποστυλωµάτων από ωπλισµένο σκυρόδεµα ήταν στο ACI 352R-76 του 1976 και στο κανονισµό της Νέας Ζηλανδίας το 1982 (ΝΖS311:1982). Στη χώρα µας ακόµη και σήµερα στους νέους Ελληνικούς κανονισµούς (ΝΕΚΟΣ και ΕΚΩΣ-) δεν περιλαµβάνονται πλήρεις διατάξεις σχεδιασµού. Μπορούµε να θεωρήσουµε ότι κτίρια τα οποία έχουν κατασκευασθεί πριν από το 1995 (που ετέθησαν σε ισχύ οι νέοι κανονισµοί) και ιδιαίτερα πριν από το 1986 που είχαν επιβληθεί πρόσθετες διατάξεις σχεδιασµού στους τότε ισχύοντες κανονισµούς, έχουν σηµαντικά προβλήµατα στις περιοχές σύνδεσης δοκών και κόµβων. Τα προβλήµατα αυτά αναδείχθηκαν κατά τους διάφορους σεισµούς που έπληξαν τη χώρα µας κατά τη τελευταία 2ετία. Τα ίδια προβλήµατα υπάρχουν και διεθνώς για παλαιότερες κατασκευές και ιδιαίτερα για κατασκευές που έχουν σχεδιασθεί προ του 1976. Καθίσταται έτσι προφανής η ανάγκη για την ανάπτυξη τεχνικών αποκατάστασης της ικανότητάς των κόµβων παλαιοτέρων κατασκευών αλλά και για την περίπτωση επισκευής - ενίσχυσης κόµβων µε βλάβες από σεισµικές διεγέρσεις. Θα πρέπει να θεωρηθεί ότι θέµα είναι ανοικτό προς έρευνα διότι η ε- φαρµοσιµότητα και τα συµπεράσµατα σχετικά µε την αποτελεσµατικότητα για πολλές από τις τεχνικές επισκευής ή και ενίσχυσης που έχουν προταθεί και διερευνηθεί µέχρι σήµερα παρουσιάζουν σηµαντικούς περιορισµούς. Αυτοί οφείλονται κυρίως σε παράγοντες και αρχιτεκτονικούς περιορισµούς που υπάρχουν στις πραγµατικές κατασκευές και δεν µπορούν να ληφθούν υπόψη κατά την εργαστηριακή διερεύνηση. Αυτό, άλλωστε, τονίζεται και στις οδηγίες της επιτροπής Joint ACI Committee 352. Η παρούσα εισήγηση επικεντρώνεται κυρίως στις βασικές τεχνικές επισκευής και ενίσχυσης κόµβων δοκού - υποστυλώµατος µε ταυτόχρονη προσπάθεια πειραµατικής τεκµηρίωσης των ορίων αποτελεσµατικότητας της εφαρµογής τους. Τα πειραµατικά στοιχεία προέρχονται εξ ολοκλήρου από σχετικά πειραµατικά προγράµµατα που εκπονήθηκαν προς τον σκοπό αυτό στο Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος ΠΘ (Καραγιάννης κ.ά. 1994, 1996, 2, 3, Karayannis et al 1995, 1998, 3, 6, Καραγιάννης & Χαλιορής 1998, Karayannis & Chalioris, 3a, 3b Καραγιάννης & Σιρκελής 1, 3, 4, Karayannis & Sirkelis 2, 5). 2 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΠΕΜΒΑΣΗΣ ΣΕ ΚΟΜΒΟΥΣ ΟΚΩΝ - ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ Η έρευνα σχετικά µε τις επεµβάσεις σε κόµβους δοκών υποστυλωµάτων κατασκευών από ωπλισµένο σκυρόδεµα περιλαµβάνει πειραµατική διερεύνηση των τεχνικών που εφαρµόζονται διεθνώς αλλά και στη χώρα µας για την επισκευή (αποκατάσταση) και την ενίσχυση της ικανότητας των κόµβων. Οι µέθοδοι που εφαρµόζονται για την επισκευή κόµβων περιλαµβάνουν: - Εφαρµογή εποξειδικών ρητινών (ρητινενέσεις). - Τοπική καθαίρεση χαλαρών τµηµάτων περιοχής βλάβης και αντικατάσταση µε κονιάµατα υψηλής αντοχής, καθώς και συνδυασµός των δύο παραπάνω τεχνικών. Οι συνηθέστεροι µέθοδοι που εφαρµόζονται για την ενίσχυση της περιοχής των κόµβων είναι: - Εφαρµογή µανδύα από ωπλισµένο σκυρόδεµα έγχυτο ή εκτοξευόµενο. Είναι δυνατό να εφαρ- µόζεται τοπική προένταση µε χιαστί λάµες. Οι µανδύες είναι δυνατόν σε ορισµένες περιπτώσεις λόγω των αρχιτεκτονικών περιορισµών να µην είναι περιµετρικοί. - Εφαρµογή µανδύα από ωπλισµένο σκυρόδεµα σε συνδυασµό µε πρόσθετα στοιχεία από χάλυβα. - Εφαρµογή συνθέτων υλικών από ινωπλισµένα πολυµερή (FRPs). Είναι συνήθης η εφαρµογή µιας µεθόδου ενίσχυσης σε συνδυασµό µε τις µεθόδους επισκευής. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 2

3 ΕΠΙΣΚΕΥΕΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΡΗΤΙΝΕΝΕΣΕΩΝ Η χρήση ρητινενεµάτων για την επισκευή στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα µε βλάβες εφαρ- µόζεται στη χώρα µας και ιδιαίτερα σε περιοχές που έχουν πληγεί από σεισµούς εδώ και αρκετές δεκαετίες, χωρίς όµως οποιαδήποτε επιστηµονική τεκµηρίωση σχετικά µε την αποτελεσµατικότητα της µεθόδου. Οι ελάχιστες εργασίες που υπάρχουν ιεθνώς αρχίζουν µόλις τη δεκαετία του 199 (French et al 199, Filiatrault & Lebrun 1996, Karayannis et al 1995, 1998). Η τεχνική της επισκευής µε χρήση ρητινενέσεων περιλαµβάνει, µε διάφορες παραλλαγές, τις παρακάτω εργασίες: α) Επιφανειακή σφράγιση των αρµών των ρωγµών µε θιξοτροπικό εποξειδικό υλικό (πάστα) ώστε να εµποδίζεται η διαρροή προς τα έξω του λεπτόρρευστου ενέµατος που θα ακολουθήσει. Πρακτικά, τίθεται µία στρώση από πάστα εποξειδικής ρητίνης γύρω από όλη τη περιοχή του συστήµατος ρωγµών. Σε αυτή τη φάση τοποθετούνται και ειδικά ακροφύσια σε διάφορες θέσεις επί των αρµών των ρωγµών για να είναι δυνατή η εισαγωγή του ενέµατος και η εξαγωγή του εγκλωβισµένου αέρα κατά τις ρητινενέσεις. β) Ρητινενέσεις υπό πίεση µε λεπτόρρευστες εποξειδικές ρητίνες. Οι ρητίνες εισάγονται µε τη χρήση των ακροφυσίων που τοποθετήθηκαν κατά τη φάση της επιφανειακής σφράγισης των ρωγµών. Οι ρητίνες είναι λεπτόρρευστες για να είναι δυνατή η εισαγωγή τους σε πολύ µικρού εύρους ρωγµές (µέχρι.1 mm). Η εισαγωγή γίνεται µε ισχυρή πίεση ώστε η ρητίνη να γεµίσει όλο τον κενό χώρο των εσωτερικών ρωγµών της µάζας του σκυροδέµατος, εκδιώκοντας ταυτόχρονα τον υπάρχοντα εγκλωβισµένο αέρα. γ) Τα επισκευασµένα στοιχεία παραµένουν αφόρτιστα τουλάχιστον 6 ηµέρες ώστε οι ρητίνες να αποκτήσουν το σύνολο της αντοχής τους. Οι αντοχές των συνήθων ρητινενεµάτων που χρησιµοποιούνται είναι της τάξης των 6 έως 8 MPa σε εφελκυσµό κάµψης και περίπου 9 MPa σε θλίψη. 3.1 Επισκευή κόµβων δοκού - υποστυλωµάτων µε χρήση ρητινενέσεων Παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα 24 δοκιµίων ακραίων κόµβων δοκών υποστυλωµάτων, εκ των οποίων τα 17 δοκίµια είχαν µικρές διατοµές υποστυλωµάτων (1 mm) (Karayannis et al 1998), ενώ τα υπόλοιπα 7 είχαν µεγαλύτερες διατοµές (6 κόµβοι µε διαστάσεις υποστυλωµάτων mm και 1 µε 3 mm) (Karayannis et al 3). Από τα 7 δοκίµια µε µεγαλύτερες διατοµές, τα 4 περιελάµβαναν πλάκα και εγκάρσιες δοκούς. Τα υποστυλώµατα είχαν συνολικό ύψος 1.8 m & 1.9 m και η δοκός είχε καθαρό µήκος 1.1 m. Τα υποστυλώµατα και οι δοκοί όλων των δοκιµίων είχαν συνδετήρες 8/15 mm. Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά και οι οπλισµοί των δοκιµίων παρουσιάζονται αναλυτικά στο Σχήµα 1 και αναφέρονται στους Πίνακες 1, 2 & 3. Η πειραµατική διάταξη των ακραίων κόµβων φαίνεται στο Σχήµα 2. Όλα τα δοκίµια υπεβλήθησαν κατ αρχάς σε αυξανόµενη ανακυκλιζόµενη φόρτιση η οποία εφαρµόσθηκε µε υδραυλική πρέσα κοντά στο ελεύθερο άκρο της δοκού και σε απόσταση 1 m από την παρειά δοκού και κόµβου. Το ιστορικό φόρτισης των δοκιµίων της οµάδας Α είχε µέγιστη επιβαλλόµενη παραµόρφωση του 1ου κύκλου φόρτισης ίση µε ±1.2 έως 1.5δ y (δ y η παραµόρφωση διαρροής) και εν συνεχεία ο ρυθµός αύξησης της παραµόρφωσης σε κάθε επόµενο βήµα φόρτισης ήταν 2.5 mm ανά κύκλο. Η ακολουθία φόρτισης συνεχίσθηκε έως ότου παρατηρηθεί ουσιαστική µείωση του µέγιστου φορτίου (πολυκυκλικό ιστορικό φόρτισης). Το ιστορικό φόρτισης των δοκιµίων JA και JB της οµάδας Β περιελάµβανε τέσσερα βήµατα φόρτισης στα ± 1 mm, ± 2 mm, ± 3 mm και ± 4 mm µε έναν κύκλο φόρτισης σε κάθε βήµα, ενώ το δοκίµιο JC της οµάδας Β είχε πέντε βήµατα φόρτισης στα ± 6 mm, ± 2 mm, ± 4 mm, ± 6 mm και ± 8 mm µε δύο ίδιους επαναλαµβανόµενους κύκλους φόρτισης σε κάθε βήµα (συνολικά 5 2 = 1 κύκλοι φόρτισης). 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 3

Πίνακας 1. Οπλισµοί δοκιµίων ακραίων κόµβων (οµάδα Α) (Karayannis et al 1998) οκίµια Υποστυλώµατα οκός Περιοχή κόµβου J2 (a, b, c) 4 1 2 1 άνω - 2 1 κάτω 2 συνδετήρες 8 J2V 4 1 + 2 1* 2 1 άνω - 2 1 κάτω 2 συνδ. 8 + 2 κάθετοι ράβδοι 1 J1 4 1 2 1 άνω - 2 1 κάτω 1 συνδετήρας 8 J1V 4 1 + 2 1* 2 1 άνω - 2 1 κάτω 1 συνδ. 8 + 2 κάθετοι ράβδοι 1 J 4 1 2 1 άνω - 2 1 κάτω χωρίς οπλισµό JV 4 1 + 2 1* 2 1 άνω - 2 1 κάτω 2 κάθετοι ράβδοι 1 J2b 4 1 3 1 άνω - 3 1 κάτω 2 συνδετήρες 8 J2Vb 4 1 + 2 1* 3 1 άνω - 3 1 κάτω 2 συνδ. 8 + 2 κάθετοι ράβδοι 1 J1b 4 1 3 1 άνω - 3 1 κάτω 1 συνδετήρας 8 J1Vb 4 1 + 2 1* 3 1 άνω - 3 1 κάτω 1 συνδ. 8 + 2 κάθετοι ράβδοι 1 JX2b 4 1 + 4 1 * 3 1 άνω - 3 1 κάτω 2 συνδ. 8 + χιαστί ράβδοι 2X 1 JX1 4 1 + 4 1 * 2 1 άνω - 2 1 κάτω 1 συνδ. 8 + χιαστί ράβδοι 2X 1 JX1b 4 1 + 4 1 * 3 1 άνω - 3 1 κάτω 1 συνδ. 8 + χιαστί ράβδοι 2X 1 JX 4 1 + 4 1 * 2 1 άνω - 2 1 κάτω χιαστί ράβδοι 2X 1 JXb 4 1 + 4 1 * 3 1 άνω - 3 1 κάτω χιαστί ράβδοι 2X 1 * Οι κάθετοι ράβδοι και οι χιαστί οπλισµοί στην περιοχή του κόµβου εκτείνονται σε όλο το µήκος των υποστυλωµάτων Πίνακας 2. Οπλισµοί δοκιµίων ακραίων κόµβων (οµάδα Β) (Karayannis et al 3) οκίµια ιαστάσεις (mm) Υποστυλώµατα οκός Περιοχή κόµβου JA υποστ.: 4 1 2 1 άνω χωρίς οπλισµό δοκός: /3 + 2 1 κάτω JB υποστ.: 6 12 2 1 άνω 4 συνδετήρες 8 ( 8/6) δοκός: /3 + 2 1 κάτω JC υποστ.: 3 4 1 2 1 άνω σπειροειδής οπλισµός 8/1 δοκός: /3 + 2 1 κάτω (2 βήµατα σπείρας) Πίνακας 3. Οπλισµοί κόµβων µε εγκάρσιες δοκούς και πλάκα * (οµάδα Γ) (Karayannis et al 3) οκίµια Υποστυλώµατα οκός Περιοχή κόµβου Ιστορικό φόρτισης A1FL 4 1 2 1 άνω χωρίς οπλισµό 1 κύκλος ανά βήµα φόρτισης + 2 1 κάτω A3FL 4 1 2 1 άνω χωρίς οπλισµό 3 κύκλοι ανά βήµα φόρτισης + 2 1 κάτω B1FL 6 12 2 1 άνω 4 συνδ. 8 ( 8/6) 1 κύκλος ανά βήµα φόρτισης + 2 1 κάτω B3FL 6 12 2 1 άνω 4 συνδ. 8 ( 8/6) 3 κύκλοι ανά βήµα φόρτισης + 2 1 κάτω * Πλάκα πάχους 5 mm µε οπλισµό εσχάρα 4/15 και εγκάρσιες δοκοί /3 mm µε οπλισµό 4 1 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 4

Τυπικό δοκίµιο οµάδας Α οκίµια JA & JB (οµάδα Β) οκίµιο JC (οµάδα Β) Σχήµα 1. Γεωµετρία και οπλισµοί δοκιµίων Τυπικό δοκίµιο οµάδας Γ Στα δοκίµια της οµάδας Γ επεβλήθη ιστορικό φόρτισης µε τέσσερα βήµατα επιβαλλόµενης παρα- µόρφωσης στα ± 1 mm, ± 2 mm, ± 3 mm και ± 4 mm και µε (α) έναν κύκλο φόρτισης σε κάθε βήµα (4 1 = 4 κύκλοι φόρτισης) στους κόµβους A1FL & B1FL και (β) τρεις κύκλους φόρτισης σε κάθε βήµα (συνολικά 4 3 = 12 κύκλοι φόρτισης) στους κόµβους A3FL & B3FL. Σηµειώνεται α- κόµα ότι σε όλες τις περιπτώσεις στο άνω άκρο του άνω υποστυλώµατος των δοκιµίων επεβλήθη αξονικό φορτίο που ήταν σταθερό καθ όλη τη διάρκεια των φορτίσεων και ίσο µε ν c =.5 έως.1. Μετά την αρχική καταπόνηση κάθε κόµβος επισκευάσθηκε µε την τεχνική των ρητινενέσεων, όπως αυτή περιγράφηκε προηγουµένως και φαίνεται στο Σχήµα 3 και καταπονήθηκε εκ νέου κατά τον ίδιο τρόπο και ιστορικό φόρτισης. Το ένεµα που χρησιµοποιήθηκε στις δοκιµές ήταν διγλυκιδυλοαιθέρας διφαινόλης Α µε εποξύ (ρητίνη) και τροποποιηµένη αλειφατική αµίνη (σκληρυντής) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 5

σε αναλογία 3:1 Οι αντοχές σε θλίψη και σε εφελκυσµό κάµψης του ρητινενέµατος προσδιορίσθηκαν κατόπιν ειδικών δοκιµών και ήταν ίσες µε 92.2 και 6.8 MPa, αντίστοιχα. Η παραπάνω διαδικασία εφαρµόσθηκε για την επισκευή όλων των δοκιµίων, δοκών και κόµβων. Ειδικά για τον κόµβο J της οµάδας Α (χωρίς οπλισµό διάτµησης) σηµειώνεται ότι κατά την αρχική φόρτιση η περιοχή του κόµβου θρυµµατίσθηκε και κατά µεγάλο µέρος πρακτικά εξαφανίσθηκε. Σε αυτή τη περίπτωση εφαρµόσθηκε η τεχνική της τοπικής καθαίρεσης χαλαρών τµηµάτων και αντικατάστασης µε τσιµεντοκονίαµα υψηλής αντοχής (Tsonos 1b, Τσώνος 3, Engindeniz et al 5), αφού προηγουµένως καθαρίσθηκε καλά η περιοχή από όλα τα χαλαρά κοµµάτια σκυροδέµατος. Η θλιπτική αντοχή του υλικού αυτού σε ηλικία 16 ηµερών ήταν 83.4 MPa. Μετά τη πήξη της πρόσθετης πάστας τσιµέντου και µε σκοπό την πλήρη αποκατάσταση του συστήµατος ρωγµών της περιοχής του κόµβου, ακολούθησε σφράγιση των ρωγµών και έγχυση ρητίνης (ρητινενέσεις), σύµφωνα µε την προαναφερόµενη τεχνική. Πλαίσιο δοκιµών υδραυλικό έµβολο N c κυψέλη φόρτισης LVDT υδραυλικό έµβολο κυψέλη φόρτισης Ακροφύσιο εξαγωγής αέρα Ακροφύσιο εισαγωγής ρητινενέµατος 1.8 1.5 1. δοκίµιο κόµβου LVDT P + - Πάστα σφράγισης ρωγµών 1.1 LVDT Σχήµα 2. Πειραµατική διάταξη Σχήµα 3. Μέθοδος επισκευής µε ρητινενέσεις Για την εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας της τεχνικής που εφαρµόσθηκε για την επισκευή των κόµβων συγκρίνεται η υστερητική απόκριση του κάθε δοκιµίου κατά την αρχική φόρτιση µε την αντίστοιχη απόκριση του ιδίου δοκιµίου κατά τη φόρτιση µετά την επισκευή. Ειδικώτερα, στον πίνακα 4 παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα των αποκρίσεων προ και µετά την επισκευή των κόµβων. Συγκεκριµένα, δίδονται ανηγµένες τιµές (λόγοι τιµών της φόρτισης µετά την επισκευή προς τις αντίστοιχες τιµές της αρχικής φόρτισης) των µεγίστων φορτίων, των δυσκαµψιών καθώς και της υστερητικής απορρόφησης ενέργειας. Ακόµη, στον πίνακα αυτόν δίδεται και ο µέγιστος αριθµός κύκλων φόρτισης που υπέστη κάθε δοκίµιο προ και µετά την επισκευή, µέχρι να φθάσει στον Κύκλο Αστοχίας. Ως Κύκλος Αστοχίας θεωρήθηκε αυτός στον οποίο παρατηρήθηκε πτώση του µεγίστου φορτίου κατά 4% σε σχέση µε το φορτίο διαρροής όπως αυτό µετρήθηκε στον 1ο κύκλο φόρτισης. Επίσης, αναγνωρίσθηκαν οι µορφές αστοχίας των δοκιµίων στην αρχική φόρτιση και στη φόρτιση µετά την επισκευή, οι οποίες κατατάχθηκαν σε τρεις γενικές περιπτώσεις (Πίν. 5): A: Οι ρηγµατώσεις σχηµατίσθηκαν αρχικώς στην περιοχή σύνδεσης δοκού κόµβου και στο σώ- µα του κόµβου. Τελικώς, όµως, δηµιουργήθηκε πλαστική άρθρωση στη σύνδεση δοκού κόµβου (γενικά επιθυµητή µορφή αστοχίας). 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 6

B: Οι καθαρά διατµητικού χαρακτήρα ρηγµατώσεις συγκεντρώθηκαν στο σώµα του κόµβου το οποίο και τελικώς αστόχησε ψαθυρά (µη επιθυµητή αστοχία). C: Οι ρηγµατώσεις από την αρχή εντοπίσθηκαν κυρίως στη δοκό στην οποία τελικώς δηµιουργήθηκε πλαστική άρθρωση και εµφανίσθηκε τελική αστοχία (επιθυµητή µορφή πλάστιµης αστοχίας). Πίνακας 4. Ανηγµένα χαρακτηριστικά µεγέθη της απόκρισης των κόµβων της οµάδας Α (λόγοι τιµών µετά την επισκευή / αρχική) (Karayannis et al 1998) οκίµια Κ.Α. Φορτίο (κύκλοι) υσκαµψία (κύκλοι) Ενέργεια (κύκλοι) επισ./αρχ. 1ος 3ος 1ος Μ.Ο. 1ος 3ος 1ος Μ.Ο. 1ος 3ος 1ος Μ.Ο. J2 (a) 25/11 * 1. * 1.18 * 1.89 * 1.44 * 2. * 1.9 * 1.8 * 1.88 *.63 * 1.8 * 1.48 * 1.24 * J2 (b) 24/25 1.2 1.6 1.14 1.8 1.3 1.25.95 1.1.56 1.17 2.4 1.66 J2 (c) 26/12 * 1. * 1.18 * 1.59 * 1.25 * 1.18 * 1.5 * 1. * 1.6 *.8 * 2.6 * 2.43 * 1.95 * J2V 26/25 1.9 1.14 1.22 1.16 1.8.89.63.78 1.9 1.86 2.45 2.19 J1 19/17 1.22 1.25 1.26 1.23 1..83.62.73 1.53 1.78 1.99 1.84 J1V 23/13 1.24 1.27 1.64 1.39.96.88.86.89.88 1.14 2.33 1.53 J ** 13/6 1.2 1.65 1.71 1.4 1.37 1.39.75 1.5 1.23 JV 9/7 1.28 1.46 1.39 1.6.96 1.29.97 1.48 1.34 J2b 25/16 1.19 1.27 1.81 1.4 1.33 1.12.67.88 1.9 2.52 3.32 2.89 J2Vb 24/18 1.9 1.32 1.76 1.43 1.17.81.69.72.75 2.5 3.8 2.52 J1b 32/8 1.9 1.48 1.64 1.11 1.1 1.15.59 1.3 1.23 J1Vb 34/11 1.5 1.23 2.34 1.47 1.5 1.1 1.95 1.16.59 1.9 1.75 1.19 JX2b 22/32 1.21 1.23 1.3 1.24 1.29 1.4.99 1.5.7 1.6 2.27 1.94 JX1 29/32 1.32 1.38 1.43 1.4 1.65 1.41.75 1.5.79 1.51 2.49 2.12 JX1b 25/24 1.9 1.12 1.32 1.19 1.33 1.25.76 1..64 1.64 2.32 1.94 JX 29/25 1.16 1.22 1.22 1.2 1.54.89.75.9.86 1.92 2.93 2.36 JXb 3/18 1.15 1.19 1.51 1.28 1.44.88.86.85 1.34 1.87 2.44 2.39 Κ.Α.: Κύκλος Αστοχίας (επισκευασµένου / αρχικού). Μ.Ο.: Μέσος Όρος. * : Μη άµεσα συγκρίσιµο µε τα άλλα δοκίµια λόγο του µεγαλύτερου 1 ου κύκλου φόρτισης κατά την αρχική φόρτιση. ** : Η επισκευή περιελάµβανε αρχικώς την τοπική καθαίρεση χαλαρών τµηµάτων περιοχής βλάβης και αντικατάσταση µε κονιάµατα υψηλής αντοχής και εν συνεχεία την εφαρµογή ρητινενέσεων. : Η αστοχία παρατηρήθηκε πριν από τον 1 ο κύκλο αστοχίας. : Η τιµή υπολογίζεται από όλες τις τιµές των κύκλων φόρτισης πριν από τον κύκλο αστοχίας. Πίνακας 5. Μορφές αστοχίας των κόµβων της οµάδας Α (Karayannis et al 1998) Φόρτιση J2 (a) J2 (b) J2 (c) J2V J1 J1V J JV J2b J2Vb J1b J1Vb JX2b JX1 JX1b JX JXb Αρχική A A A A A A B B B B B B A A A A A Μετά την επισκευή A C A C A A B B C C B B C C C C C Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα και τις µορφές αστοχίας των δοκιµίων της οµάδας Α (Πίν. 4 & 5) φαίνεται ότι κατά τη φόρτισή τους τα επισκευασµένα δοκίµια σε σχέση µε την αρχική φόρτιση προ της επισκευής παρουσίασαν: Ίση ή και µεγαλύτερη ικανότητα µεγίστου φορτίου. Ίδια περίπου δυσκαµψία φορτίσεως. Ικανοποιητική δυνατότητα απορρόφησης ενέργειας. Αλλαγή της µορφής αστοχίας σε 9 κόµβους από αστοχία στον κόµβο (τύπος αστοχίας B) ή στον κόµβο και στη δοκό (τύπος αστοχίας A) σε αστοχία µόνο στη δοκό µε τη δηµιουργία πλαστικής άρθρωσης (τύπος αστοχίας C). 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 7

οκίµιο JA Ρ (kn) 3 2 1-7 -6-5 -4-3 -2-1 1 2 3 4 5 6 7 δ (mm) -1-2 αρχική ΟΚΙΜΙΟ φόρτιση Α1 φόρτιση ΟΚΙΜΙΟ µετά Α1Rτην επισκευή -3 αρχική φόρτιση φόρτιση µετά την επισκευή (τύπος αστοχίας A) (τύπος αστοχίας C) οκίµιο JB Ρ (kn) 4 3 2 1-7 -6-5 -4-3 -2-1 1 2 3 4 5 6 7 δ (mm) -1 αρχική ΟΚΙΜΙΟ φόρτιση B1-2 φόρτιση ΟΚΙΜΙΟ µετά B1R την επισκευή -3-4 αρχική φόρτιση φόρτιση µετά την επισκευή (τύπος αστοχίας C) (τύπος αστοχίας C) Σχήµα 4. Υστερητικές αποκρίσεις και µορφές αστοχίας δοκιµίων της οµάδας B (Karayannis et al 3) Ρ (kn) 4 οκίµιο A1FL 3 2 1-6 -5-4 -3-2 -1 1 2 3 4 5 6 δ (mm) -1-2 αρχική ΟΚΙΜΙΟ φόρτιση Α1FL φόρτιση ΟΚΙΜΙΟ µετά Α1FLR την επισκευή -3-4 Πίσω πλευρά δοκιµίου αρχική φόρτιση φόρτιση µετά την επισκευή (τύπος αστοχίας A) (τύπος αστοχίας C) Σχήµα 5. Υστερητικές αποκρίσεις και µορφές αστοχίας δοκιµίου µε πλάκα και εγκάρσιες δοκούς (οµάδας Γ) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 8

Ρ (kn) 3 2 1. Θραύση του ενός άνω διαµήκους οπλισµού της δοκού 2. Θραύση και του δεύτερου άνω οπλισµού της δοκού 2 Ρ (kn) 3 1 1 1 2-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 δ (mm) -8-7 -6-5 -4-3 -2-1 1 2 3 4 5 6 7 8 δ (mm) -1-1 -2 ΠΡΩΤΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΕΥΤΕΡΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ -2 ΠΡΩΤΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΕΥΤΕΡΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ -3-3 αρχική φόρτιση (τύπος αστοχίας C) φόρτιση µετά την επισκευή (τύπος αστοχίας C) Σχήµα 6. Υστερητικές αποκρίσεις και µορφές αστοχίας του δοκιµίου JC της οµάδας B Ακόµα, στα Σχήµατα 4, 5 και 6 συγκρίνονται τα αποτελέσµατα χαρακτηριστικών δοκιµίων των οµάδων Β (ακραίοι κόµβοι ορθογωνικής δοκού - υποστυλωµάτων) και Γ (κόµβοι µε πλάκα και εγκάρσιες δοκούς) του πειραµατικού προγράµµατος υπό µορφή διαγραµµάτων υστερητικών βρόχων απόκρισης φορτίου (P) και µετατόπισης του άκρου της δοκού (δ). Επίσης, φαίνονται και οι µορφές αστοχίας των δοκιµίων κατά την αρχική και τη µετά την επισκευή φόρτιση. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα και τις µορφές αστοχίας των δοκιµίων κόµβων της οµάδας Β (Σχ. 4 & 6) φαίνεται ότι: - Στο δοκίµιο JA (χωρίς εγκάρσιο οπλισµό στην περιοχή του κόµβου) η επισκευή µε χρήση ρητίνης αποκατέστησε πλήρως τις βλάβες στην περιοχή του κόµβου και οδήγησε την αστοχία στην περιοχή της ένωσης δοκού υποστυλώµατος µε την δηµιουργία πλαστικής άρθρωσης (επιθυµητή αστοχία τύπου C). Η περιοχή του κόµβου παρέµεινε ανέπαφη στη φόρτιση µετά την επισκευή, σε αντίθεση µε την αρχική φόρτιση στην οποία είχαν παρουσιασθεί σηµαντικές βλάβες. Έτσι, από αρχικό τύπο αστοχίας A, µετά την επισκευή µετετράπη σε τύπο αστοχίας C. - Στο δοκίµιο JB (µε εγκάρσιο οπλισµό στην περιοχή του κόµβου) η επισκευή αποκατέστησε τις βλάβες και οδήγησε την αστοχία στην περιοχή της δοκού σε σηµείο που δεν είχε τοποθετηθεί ρητίνη. Η περιοχή του κόµβου δεν υπέστη βλάβες σε καµµία περίπτωση. - Στο δοκίµιο JC (ισχυρός κόµβος µε µεγάλες διαστάσεις και διατµητικό οπλισµό) παρατηρήθηκε πλήρης αποκατάσταση της συµπεριφοράς στα δύο πρώτα βήµατα φόρτισης. Στο επιδιορθωµένο δοκίµιο οι βλάβες επικεντρώθηκαν αποκλειστικά στην περιοχή της σύνδεσης δοκού και υποστυλωµάτων. Όµως, αφ ενός ο ισχυρός κόµβος και αφ ετέρου η επισκευή µε χρήση ισχυρής ρητίνης, δεν επέτρεψαν την δηµιουργία πλαστικής άρθρωσης µεγάλου µήκους. Έτσι, η βλάβη περιορίστηκε πρακτικά σε µία µόνο διατοµή µε αποτέλεσµα τη θραύση των διαµήκων οπλισµών της δοκού σε σχετικά µικρό βήµα φόρτισης. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 9

Τέλος, τα πειραµατικά αποτελέσµατα και οι µορφές αστοχίας των δοκιµίων κόµβων της οµάδας Γ µε πλάκα και εγκάρσιες δοκούς (Σχ. 5) έδειξαν ότι η επισκευή µε ρητινενέσεις αποκατέστησε πλήρως τις βλάβες στην περιοχή του κόµβου, ακόµα και στην πίσω πλευρά του δοκιµίου και τελικώς η αστοχία του επισκευασµένου δοκιµίου εντοπίσθηκε στη περιοχή της ένωσης δοκού και υποστυλώ- µατος µε τη δηµιουργία πλαστικής άρθρωσης (δοκίµια A1FL & A3FL). Σηµειώνεται ότι η επιρροή της πλάκας απεδείχθη ότι περιορίζεται στους κύκλους φόρτισης προ της διαρροής. Κατόπιν, λόγω της αστοχίας των οπλισµών της πλάκας δεν παρατηρείται σχετική επιρροή. 3.2 Επισκευή δοκών µε χρήση ρητινενέσεων Παρουσιάζονται συγκριτικά αποτελέσµατα της συµπεριφοράς υπό ανακυκλιζόµενη καταπόνηση 2 δοκών (δοκίµια Α2 και Α3) κατά την αρχική και τη µετά την επισκευή φόρτιση (Καραγιάννης & Χαλιορής 1998). Οι διαστάσεις και οι οπλισµοί ήταν κοινά σε όλα τα δοκίµια και δίδονται στο Σχήµα 7. Οι δοκοί στηρίχθηκαν αµφιέρειστα σε σηµεία που απέχουν 3.4 m µεταξύ τους. Κάθε δοκός καταπονήθηκε αµφίδροµα σε δύο σηµεία. Εν συνεχεία επισκευάσθηκε µε τη χρήση ρητινενέσεων και επαναϋπεβλήθη στο ίδιο ιστορικό φόρτισης. Η δοκός Α2 υπεβλήθη σε ιστορικό φόρτισης που περιελάµβανε εναλλασσόµενες καταπονήσεις µέχρι βαθµού πλαστιµότητας µετακινήσεων µ = ± 4, ενώ η δοκός Α3 υπεβλήθη σε ιστορικό φόρτισης µέχρι µ = + 4 και µ = 8. Οι υστερητικές αποκρίσεις των δύο δοκών κατά την αρχική καταπόνηση καθώς και κατά τη φόρτιση µετά την επισκευή συγκρίνονται στο Σχήµα 8. Από τις συγκρίσεις των µεγίστων φορτίων των κύκλων φόρτισης των δοκών φαίνεται ότι τα επισκευασµένα δοκίµια παρουσίασαν ίσες τιµές µεγίστου φορτίου σε σχέση µε την αρχική φόρτιση. Επίσης, από τα εµβαδά των υστερητικών βρόχων απόκρισης (τιµές της απορροφούµενης ενέργειας) προκύπτει ότι η επισκευή αποκατέστησε την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας των δοκιµίων σε βαθµό 64 8%. Σχήµα 7. Πειραµατική διάταξη, γεωµετρικά χαρακτηριστικά και οπλισµοί δοκών οκός Α2 P (kn) 25 2 1 2 5 7 9 οκός Α3 P (kn) 25 2 1 2 5 7 9 Αρχική φόρτιση Φόρτιση µετά την επισκευή 15 Αρχική φόρτιση Φόρτιση µετά την επισκευή 15 1 1 5 5-8 -6-4 -2 2 4 6 8-5 δ (mm) -8-6 -4-2 2 4 6 8-5 δ (mm) 8 6 4-1 3-15 -2-25 µ 4 2 1-2 -4 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 8 6 4-1 3-15 -2-25 µ 4 2 1-2 -4-6 -8 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Σχήµα 8. Σύγκριση υστερητικών αποκρίσεων δοκών (Καραγιάννης & Χαλιορής 1998) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 1

3.3 Γενικά συµπεράσµατα για την τεχνική επισκευής µε ρητινενέσεις Εξετάσθηκαν δοκίµια κόµβων δοκού - υποστυλωµάτων και απλών καµπτικών δοκών υπό ανακυκλιζόµενη φόρτιση µεγάλης έντασης, τα οποία επισκευάσθηκαν µε τη χρήση εποξειδικών ρητινών και επαναϋπεβλήθησαν στο ίδιο ιστορικό φόρτισης. Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα διεφάνη µια σχετική διαφοροποίηση της ικανότητας µεγίστου φορτίου και της απορρόφησης ενέργειας µεταξύ δοκών και κόµβων. Αυτή αποδίδεται στον διαφορετικό βαθµό βλάβης των δοκιµίων, κυρίως λόγω του ιστορικού φόρτισης. Οι δοκοί υποβλήθηκαν σε αρχική φόρτιση ολίγων κύκλων και η βλάβη που υπέστησαν ήταν µικρότερης έκτασης σε σχέση µε τους κόµβους. Έτσι το σύστη- µα ρωγµών αποτελείτο από ρωγµές µικρού εύρους οι οποίες γέµισαν µέχρις ενός βαθµού από τη ρητίνη επισκευής. Αντιθέτως οι κόµβοι υπεβλήθησαν σε πολυκυκλική αρχική φόρτιση µέχρι του κύκλου αστοχίας και έτσι υπέστησαν µεγάλης έκτασης βλάβες. Στις περιπτώσεις δε των δοκιµίων χωρίς οπλισµό διάτµησης στην περιοχή του κόµβου η περιοχή του κόµβου κατεστράφη τελείως. Στην περιοχή της βλάβης σε αυτά τα δοκίµια, µέρος του παλιού υλικού ουσιαστικά αντικαταστάθηκε από το νέο υλικό της επισκευής, την ρητίνη. Έτσι, σε αυτές τις περιπτώσεις η περιοχή της επισκευασµένης βλάβης αποτελείται από ένα σύνθετο υλικό που αποτελείται από στρώσεις ισχυρής ρητίνης και σκυροδέµατος. Το σύνολο αυτό, όπως παρατηρείται από τα αποτελέσµατα, φαίνεται να έχει µεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας αλλά και αντοχής. Γενικώτερα, από τις περιπτώσεις που εξετάσθηκαν, προκύπτει ότι η τεχνική επισκευής στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα µε ρητινενέσεις έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσµατα. Σηµειώνεται εδώ και η σηµαντική ευαισθησία της επιτυχίας της επισκευής στην ικανοποιητική πλήρωση του συστήµατος ρωγµών της περιοχής βλάβης µε ρητίνη, γεγονός που δείχνει ότι ο βαθµός της καλότεχνης εφαρµογής της µεθόδου στο εργοτάξιο επηρεάζει τα αποτελέσµατα. 4 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΙΝΩΠΛΙΣΜΕΝΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΑΝΘΡΑΚΟΫΦΑΣΜΑΤΩΝ 4.1 Ενίσχυση κόµβων δοκού υποστυλωµάτων µε χρήση ανθρακοϋφασµάτων Πρόσφατα µέρος των ερευνητικών προσπαθειών στη ιεθνή κοινότητα επικεντρώθηκε στη χρήση ινωπλισµένων πολυµερών (FRP) για την επισκευή και κυρίως ενίσχυση στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα, αλλά και ειδικώτερα κόµβων δοκών - υποστυλωµάτων (από το 1998 έως εντεύθεν). Τα ινωπλισµένα πολυµερή υπό τη µορφή υφασµάτων (ανθρακοϋφάσµατα Carbon-FRP ή C-FRP, υαλοϋφάσµατα Glass-FRP ή G-FRP), ελασµάτων και ράβδων παρουσιάζουν σηµαντικά πλεονεκτήµατα έναντι των χαλύβδινων οπλισµών, παρ όλο το συγκριτικά αυξηµένο κόστος τους, όπως υψηλή εφελκυστική αντοχή σε σχέση µε το βάρος τους, αντίσταση έναντι της διάβρωσης, ευκολία άµεσης εφαρµογής, σχεδόν χωρίς διακοπή της λειτουργίας του κτηρίου και ανεπαίσθητη αύξηση των διαστάσεων των στοιχείων. Αρκετές ερευνητικές πειραµατικές εργασίες έχουν παρουσιασθεί (Gergely et al, Prota et al 2, Ghobarah & Said 2, Clyde & Pantelides 2) µε σκοπό τη διερεύνηση της αποτελεσµατικότητας και εφαρµοσιµότητας στην πράξη της µεθόδου. Οι Antonolpoulos & Triantafιllou (2) έχουν, ακόµη, προτείνει αναλυτική προσοµοίωση κόµβων ενισχυµένων µε υφάσµατα από ινωπλισµένα πολυµερή. Στην παρούσα εισήγηση παρουσιάζονται αποτελέσµατα πειραµατικού προγράµµατος (Karayannis & Sirkelis 2) σχετικά µε τη συµπεριφορά εξωτερικών κόµβων δοκού - υποστυλωµάτων ενισχυµένων µε φύλλα από ινωπλισµένα πολυµερή µε ίνες άνθρακα. Τα πειράµατα αποδεικνύουν την αποτελεσµατικότητα της ενίσχυσης µε χρήση ανθρακοϋφασµάτων ακραίων κόµβων µε διατµητική µορφή αστοχίας, αλλά ταυτόχρονα αναδεικνύουν και τα σχετικά σηµαντικά µειονεκτήµατα της εφαρµογής της µεθόδου σε πραγµατικό επίπεδο. Ειδικώτερα, συγκρίνονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα 5 δοκιµίων ακραίων κόµβων δοκών υποστυλωµάτων (Σχ. 9), εκ των οποίων τα 3 δοκίµια (Α2, Α3 και Β2) έχουν ενισχυθεί µε ανθρακοϋφάσµατα. Τα υποστυλώµατα των δοκιµίων είχαν συνολικό ύψος 1.8 m και διατοµή 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 11

mm, ενώ η δοκός είχε καθαρό µήκος 1.1 m και διατοµή /3 mm. Οι δοκοί όλων των δοκιµίων είχαν διαµήκη οπλισµό 2 1 άνω και 2 1 κάτω καθώς και συνδετήρες 8/15 mm. Τα υποστυλώµατα των δοκιµίων Α1, Α2 και Α3 είχαν διαµήκη οπλισµό 4 1 και συνδετήρες 8/15 mm, ενώ των δοκιµίων Β1 και Β2 είχαν διαµήκη οπλισµό 6 12 και συνδετήρες επίσης 8/15 mm. Τα δοκίµια Α1, Α2 και Α3 δεν είχαν οπλισµό διάτµησης στην περιοχή του κόµβου, ενώ στα δοκίµια Β1 και Β2 είχαν τοποθετηθεί συνδετήρες 8/6 mm, δηλαδή 4 συνδετήρες 8 στην περιοχή του κόµβου. Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά, οι συµβατικοί οπλισµοί και οι µορφές ενίσχυσης των δοκιµίων δίδονται αναλυτικά στα Σχήµατα 9 & 1. 18 18 18 (α) οκίµιο Α1: οκίµιο ελέγχου. (β) οκίµιο Α2: Έχει τα ίδια χαρακτηριστικά µε τον κόµβο Α1 και είναι ενισχυµένο µε µανδύα από ανθρακοϋφάσµατα από την αρχή. (γ) οκίµιο Α3: Είναι ο κόµβος Α1 µετά την αρχική φόρτιση. Ο κόµβος αυτός επισκευάσθηκε µετά την αρχική φόρτιση µε ρητινενέσεις και ενισχύθηκε µε µανδύα από ανθρακοϋφάσµατα και ονοµάσθηκε Α3. 18 18 (δ) οκίµιο Β1: οκίµιο ελέγχου. (ε) οκίµιο Β2: Έχει τα ίδια χαρακτηριστικά µε τον κόµβο Β1 και είναι ενισχυµένο από την αρχή µε µανδύα από ανθρακοϋφάσµατα µόνο στην περιοχή της δοκού. Σχήµα 9. Χαρακτηριστικά δοκιµίων κόµβων (Karayannis & Sirkelis 2) Η πειραµατική διάταξη των δοκιµίων ήταν ίδια µε αυτή που περιγράφηκε στην παράγραφο 3.1 της παρούσας εισήγησης (Σχ. 2). Το ιστορικό φόρτισης των δοκιµίων περιελάµβανε τέσσερα βήµατα επιβαλλόµενης παραµόρφωσης στα ± 1 mm, ± 2 mm, ± 3 mm και ± 4 mm µε έναν κύκλο φόρτισης σε κάθε βήµα. Μελετήθηκαν δύο διαφορετικές µορφές - τεχνικές ενίσχυσης µε εποξειδικά επικολληµένα ανθρακοϋφάσµατα (C-FRP), όπως φαίνονται στα Σχήµατα 1α & β. Η πρώτη εφαρµόσθηκε στα δοκίµια Α2 και Α3, τα οποία δεν είχαν διατµητικό οπλισµό στην περιοχή του κόµβου. Η ενίσχυση αυτή περιελάµβανε την ταυτόχρονη τοποθέτηση - επικόλληση ανθρακοϋφασµάτων σε τρεις θέσεις (Σχ. 1α), στην περιοχή του κόµβου και στις κρίσιµες περιοχές των υποστυλωµάτων και της δοκού. Η δεύτερη εφαρµόσθηκε στο δοκίµιο Β2 (που είχε ισχυρό συµβατικό διατµητικό οπλισµό - 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 12

πυκνούς συνδετήρες - στην περιοχή του κόµβου) και περιελάµβανε τοποθέτηση - επικόλληση φύλλων C-FRP µόνο στην κρίσιµη περιοχή της δοκού (Σχ. 1β). Τα ανθρακοϋφάσµατα τοποθετούνται ως οπλισµός περίσφιξης στην κρίσι- µη περιοχή της δοκού (α) Ενίσχυση δοκιµίων Α2 & Α3 (1), (3): Οπλισµός περίσφιξης µε ανθρακοϋφάσµατα στην κρίσιµη περιοχή των υποστυλωµάτων και των δοκών, αντίστοιχα (2): Ανθρακοϋφάσµατα για την ενίσχυση - περίσφιξη της περιοχής του κόµβου (β) Ενίσχυση δοκιµίου Β2 Σχήµα 1. Μορφές ενίσχυσης µε την εφαρµογή ανθρακοϋφασµάτων Για την εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας της τεχνικής ενίσχυσης που εφαρµόσθηκε συγκρίνεται η υστερητική απόκριση του κάθε ενισχυµένου δοκιµίου µε την απόκριση του αντίστοιχου δοκιµίου ελέγχου. Έτσι, στο Σχήµα 11 παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα υπό µορφή διαγραµµάτων υστερητικών βρόχων απόκρισης φορτίου (P) και µετατόπισης του άκρου της δοκού (δ) και οι µορφές αστοχίας των ενισχυµένων δοκιµίων Α2 και Α3 µε το δοκίµιο ελέγχου Α1 καθώς και του ενισχυµένου δοκιµίου Β2 µε το δοκίµιο ελέγχου Β1. Επί πλέον, στους Πίνακες 6 & 7 δίδονται οι τιµές του µέγιστου φορτίου ανά κύκλο φόρτισης για κάθε διεύθυνση καταπόνησης (προς τα κάτω και προς τα άνω) και οι τιµές της απορροφούµενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, αντίστοιχα, για κάθε δοκίµιο. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι: - Η χρήση των ανθρακοϋφασµάτων είτε ως αρχική ενίσχυση (δοκίµια Α2 & Β2), είτε ως ενίσχυση µετά την επισκευή δοκιµίου µε βλάβες (δοκίµιο Α3) είχε ως αποτέλεσµα τον περιορισµό των βλαβών. Η αστοχία των ενισχυµένων δοκιµίων µεταφέρθηκε στην περιοχή της δοκού που δεν καλυπτόταν από ανθρακοϋφάσµατα µε τη δηµιουργία πλαστικής άρθρωσης. Περιορισµένη τοπική θραύση ινών των φύλλων C-FRP παρατηρήθηκε στην περιοχή σύνδεσης δοκού και υποστυλωµάτων µόνο σε ορισµένα δοκίµια και σε πολύ υψηλές τιµές µετατοπίσεων. - Ο συνδυασµός επισκευής µε ρητινενέσεις και εν συνεχεία ενίσχυσης µε ανθρακοϋφάσµατα (δοκίµιο Α3) είχε τα ίδια αποτελέσµατα µε την εξ αρχής ενίσχυση (δοκίµιο Α2). Για την επιτυχία της εν λόγω τεχνικής ενίσχυσης, ιδιαίτερα σηµαντικός παράγων θεωρείται η επαρκής αγκύρωση των φύλλων C-FRP που επικολλήθηκαν στην περιοχή του κόµβου (Σχ. 1α, ανθρακοϋφάσµατα υπ αριθµ. (2)). Τα φύλλα αυτά επικολλήθηκαν στον κόµβο και επεκτάθηκαν στη κρίσιµη περιοχή της δοκού όπου αγκυρώθηκαν µε την περίσφιξη των ανθρακοϋφασµάτων υπ α- ριθµ. (3) του Σχήµατος 1α στη δοκό. - Η εφαρµογή των ανθρακοϋφασµάτων ως πρόσθετου οπλισµού ενίσχυσης µόνο στην (κρίσιµη) περιοχή της δοκού (δοκίµιο Β2) δεν βελτίωσε τη συµπεριφορά του δοκιµίου, δεδοµένου ότι οι αποκρίσεις των κόµβων Β1 (δοκίµιο ελέγχου, χωρίς περίσφιξη) και Β2 (ενισχυµένο δοκίµιο) ήταν περίπου οι ίδιες. Η αστοχία και στις δύο περιπτώσεις επήλθε µε τη δηµιουργία πλαστικής άρθρωσης, ιδιαίτερα µικρού µήκους, που περιελάµβανε πρακτικά τη διαρροή µιας µόνο διατο- µής της δοκού, στο σηµείο σύνδεσης της δοκού µε το υποστύλωµα. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 13

εξ αρχής ενισχυµένο δοκίµιο Α2 δοκίµιο ελέγχου Α1 επισκευασµένο και ενισχυµένο δοκίµιο Α3 δοκίµιο ελέγχου Β1 Σχήµα 11. Συγκρίσεις υστερητικών αποκρίσεων και µορφές αστοχίας δοκιµίων ενισχυµένο δοκίµιο B2 Πίνακας 6. Τιµές µέγιστων φορτίων κόµβων (Karayannis & Sirkelis 2) οκίµια Φορτίο (kn) / κύκλο (προς τα κάτω) Φορτίο (kn) / κύκλο (προς τα άνω) 1 ος 2 ος 3 ος 4 ος 1 ος 2 ος 3 ος 4 ος Α1 17.5 21.5 16.5 7.5 18.5 2.5 14. 6.5 Α2 27. 37. 4. 4. 28. 36. 39. 39. Α3 3.5 4. 39.5 38. 33.5 4. 39.5 4.5 Β1 22. 22. 22. 21.5 24. 23.5 22.5 16. Β2 23. 23.5 22.5 21.5 22. 24.5 25. 24.5 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 14

Πίνακας 7. Τιµές απορροφούµενης ενέργειας κόµβων (knmm) (Karayannis & Sirkelis 2) οκίµια 1 ος 2 ος 3 ος 4 ος Α1 175.63 554.83 713.43 447.5 Α2 224.63 532.15 145.12 1643.7 Α3 254.69 646.73 1176.78 1676.49 Β1 213.62 637.65 189.5 139.4 Β2 21.9 697.67 1169.41 1712.39 4.2 Ενίσχυση δοκών υπό διατµητική καταπόνηση µε χρήση ανθρακοϋφασµάτων Οι τεχνικές ενίσχυσης δοκών από ωπλισµένο σκυρόδεµα µε χρήση υλικών από ινωπλισµένα πολυ- µερή διαφέρουν ανάλογα µε την επικρατούσα καταπόνηση και µορφή αστοχίας τους, καµπτική ή διατµητική (από τέµνουσα δύναµη ή στρεπτική ροπή). Η καµπτική ενίσχυση δοκών µε χρήση επικολλητών ινωπλισµένων ελασµάτων ή υφασµάτων έχει αποδειχθεί ότι είναι ιδιαίτερα αποτελεσµατική, εφόσον ληφθεί υπ όψη η µικρή παραµόρφωση αστοχίας, η έλλειψη πλαστιµότητας, οι δυσκολίες αγκύρωσης και η απότοµη αστοχία των συνθέτων υλικών (Καραγιάννης & Σιρκελής 1, Βιντζηλαίου 1, Vougioukas et al 5, Li et al 6). Επικολλητά υφάσµατα από ινωπλισµένα πολυµερή υπό µορφή ολόσωµων κλειστών µανδυών ή µεµονωµένων λωρίδων έχουν ήδη χρησιµοποιηθεί επιτυχώς για την αύξηση της διατµητικής αντοχής δοκών µε ορθογωνική διατοµή (Kalifa et al 1998, Chaallal et al 1998, Li et al 1, Τριανταφύλλου 3, Chalioris 3). Σε πλακοδοκούς, όµως, που δεν είναι κατασκευαστικά εφικτή η εφαρµογή των συνθέτων υφασµάτων περιµετρικά της διατοµής, η επικόλληση των υφασµάτων περιορίζεται στον κορµό της διατοµής (µορφή U). Σε αυτές τις περιπτώσεις, η αύξηση της διατµητικής αντοχής λόγω ενίσχυσης είναι σαφώς µικρότερη και τα ινωπλισµένα πολυµερή δεν εξαντλούν τις υψηλές εφελκυστικές αντοχές τους δεδοµένου ότι η αστοχία προέρχεται από την πρόωρη αποκόλληση των υφασµάτων από τη διεπιφάνεια σκυροδέµατος εποξειδικής κόλλας υφάσµατος (Micelli et al 2, Τριανταφύλλου 3, Karayannis & Chalioris 3a, 3b). Ακόµη, το θέµα της ενίσχυσης δοκών υπό στρέψη δεν έχει ουσιαστικά διερευνηθεί και ειδικώτερα η αποτελεσµατικότητα της ενίσχυσης µε τη χρήση συνθέτων υλικών από ινωπλισµένα πολυµερή έχει µόλις αρχίσει να εξετάζεται πειραµατικά (Ghobarah et al 2, Salom et al 4, Meng et al 6, Χαλιορής 6). Στην παρούσα εισήγηση εξετάζεται η διατµητική ενίσχυση δοκών και παρουσιάζονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα 1 δοκιµίων (5 δοκών ορθογωνικής διατοµής και 5 πλακοδοκών) εκ των οποίων τα 2 δεν είχαν οπλισµό διάτµησης (δοκίµια ελέγχου R και T), 2 είχαν ως οπλισµό διάτµησης κοινούς συνδετήρες (δοκοί RS & TS), ενώ στις άλλες 6 δοκούς είχαν επικολληθεί ινωπλισµένα υφάσµατα µε ίνες άνθρακα (ανθρακοϋφάσµατα). Οι δοκοί µε FRP δεν περιείχαν συνδετήρες. Στόχος του πειραµατικού προγράµµατος είναι να µελετηθεί η αποτελεσµατικότητα της ενίσχυσης δοκών και πλακοδοκών µε εποξειδικά επικολληµένα ανθρακοϋφάσµατα υπό διάφορες διατάξεις, ως εξωτερικός οπλισµός έναντι διάτµησης (Karayannis & Chalioris 3a, 3b, Chalioris 3). Στις ενισχυµένες δοκούς µε ορθογωνική διατοµή τα ανθρακοϋφάσµατα είχαν επικολληθεί περι- µετρικά της διατοµής τους (α) σε όλο το µήκος της δοκού (ως ολόσωµος κλειστός µανδύας) και (β) σε τµήµατα του διατµητικού ανοίγµατος. Στις πλακοδοκούς τα ανθρακοϋφάσµατα είχαν επικολληθεί στον κορµό της διατοµής τους και σε όλο το µήκος της δοκού (ως ανοικτός µανδύας µορφής U). Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά και οι οπλισµοί των δοκών παρουσιάζονται στο Σχήµα 12 και αναφέρονται συνοπτικά στον Πίνακα 8. Οι δοκοί στηρίχθηκαν αµφιέρειστα και καταπονήθηκαν σε µονότονη φόρτιση µέχρι τελικής α- στοχίας σε δύο σηµεία περί του µέσου του ανοίγµατός τους έτσι ώστε το διατµητικό άνοιγµα να είναι ίσο µε 5 mm. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα των δοκών παρουσιάζονται στο Σχήµα 13 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 15

υπό µορφή διαγραµµάτων δύναµης - µετατόπισης της δοκού στο µέσον αυτής και στον Πίνακα 9. Επί πλέον, οι µορφές αστοχίας των δοκιµίων φαίνονται στα Σχήµατα 14 και 15. Πίνακας 8. Χαρακτηριστικά δοκιµίων και ποσοστά εγκάρσιου οπλισµού οκίµια ιατοµή Εγκάρσιος οπλισµός (FRP ή συνδετήρες) ρ f ή [ρ s ] R R RS R Συνδετήρες 8/ mm [.335 %] R2J R 2 φύλλα FRP περιµετρικά σε όλο το µήκος (t f =.26 mm).347 % R2Je R 2 φύλλα FRP περιµετρικά στο ακραίο µισό του α (t f =.26 mm).173 % R2Jm R 2 φύλλα FRP περιµετρικά στο µεσαίο µισό του α (t f =.26 mm).173 % T Τ TS Τ Συνδετήρες 4/14 mm [.12 %] T2J Τ 2 φύλλα FRP µορφής U σε όλο το µήκος (t f =.26 mm).347 % T3J Τ 3 φύλλα FRP µορφής U σε όλο το µήκος (t f =.39 mm).52 % T2J-A Τ 2 φύλλα FRP µορφής U σε όλο το µήκος + αγκύρ. (t f =.26 mm).347 % α = 5 mm (διατµητικό άνοιγµα) ρ = 2 t f f / b w : για τις δοκούς R2J, T2J, T3J & T2J-A (b w = 15 mm). ρ = 2 t f b f /(b w s f ) : για τις δοκούς R2Je & R2Jm όπου b f = 25 mm & s f = 5 mm. f 175 175 ιατοµή R: ιατοµή T: 5 3 b w /h = 15/ mm 15 ιαµήκεις ράβδοι: 2 16 (άνω) 4 16 (κάτω) b w /h/b/h f = 15//3/5 mm 15 ιαµήκεις οπλισµοί 2 16+2 8 (άνω) & 4 16 (κάτω) (R) διατµητικό άνοιγµα 5 mm 2 16 P διατµητικό άνοιγµα 5 mm (T) 175 διατµητικό άνοιγµα 5 mm 2 16 P διατµητικό άνοιγµα 5 mm 3 5 175 1 (RS) 8 4 16 5 2 16 14 5 1 175 15 1 (TS) 14 4 4 16 5 2 16 14 5 1 5 175 15 3 4 16 15 4 16 15 (R2J) 2 16 2 φύλλα C-FRP 175 (T2J) 2 16 2 φύλλα C-FRP 3 5 175 4 16 15 4 16 15 (R2Je) 2 φύλλα C-FRP 25 2 16 2 φύλλα C-FRP 25 175 (T3J) 2 16 2 φύλλα C-FRP 3 5 175 4 16 15 4 16 15 (R2Jm) 2 16 2 φύλλα C-FRP 175 (T2J-A) 2 16 2 φύλλα C-FRP 5 175 3 4 16 25 25 15 4 16 15 αγκύρωση µε µεταλλικά ελάσµατα Σχήµα 12. Χαρακτηριστικά δοκών 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 16

28 26 R2J 24 22 22 18 R2Jm 18 P (kn) 16 14 12 1 8 6 4 R RS R2Je P (kn) 16 14 12 1 8 6 4 T T2J-A T3J TS T2J 2 2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 d (mm) 5 1 15 2 25 3 d (mm) Σχήµα 13. Πειραµατικά αποτελέσµατα δοκών υπό µορφή διαγραµµάτων φορτίου (P) και µετατόπισης - βύθισης στο µέσον της δοκού (d) Πίνακας 9. Τιµές διατµητικής αντοχής V u Επιρροή των ανθρακοϋφασµάτων στην αντοχή οκίµια ρ f ή [ρ s ] V u (kn) V f ή [V s ] (kn) Αύξηση αντοχής R 35. RS [.335 %] 93.75 [58.75] 168 % R2J.347 % 14. 15. 3 % R2Je.173 % 76.25 41.25 118 % R2Jm.173 % 113.75 78.75 225 % T 58.75 TS [.12 %] 93. [34.25] 58 % T2J.347 % 81.75 23. 39 % T3J.52 % 11.25 42.5 72 % T2J-A.347 % 11. 42.25 72 % Από τα πειραµατικά αποτελέσµατα (Σχ. 13 & Πίν. 9) φαίνεται ότι η ενίσχυση των ορθογωνικών δοκών µε εποξειδικά επικολληµένα ανθρακοϋφάσµατα περιµετρικά της διατοµής είναι ιδιαίτερα αποτελεσµατική. Στην ειδική περίπτωση εφαρµογής των υφασµάτων σε όλο το µήκος της δοκού ως ολόσωµος κλειστός µανδύας (δοκός R2J), η αύξηση της διατµητικής αντοχής ήταν ιδιαίτερα υψηλή (3 %) και επί πλέον η δοκός απέκτησε πλάστιµη συµπεριφορά. Στις άλλες δύο δοκούς (R2Je & R2Jm) παρατηρήθηκε αύξηση στη διατµητική αντοχή κατά 118 % και 225 %, αντίστοιχα, οι διαγώνιες ρηγµατώσεις περιορίστηκαν και εµφανίσθηκαν στις µη ενισχυµένες περιοχές, αλλά η αστοχία παρέµεινε ψαθυρή. Η επιρροή των ανθρακοϋφασµάτων στις πλακοδοκούς, τα οποία είχαν επικολληθεί στον κορµό της διατοµής τους ως ανοικτός µανδύας µορφής U, ήταν σαφώς µικρότερη από ότι στις ορθογωνικές δοκούς λόγω της πρόωρης αποκόλλησης των υφασµάτων από τη διεπιφάνεια σκυροδέµατος εποξειδικής κόλλας ανθρακοϋφάσµατος. Η ψαθυρή µορφή αστοχίας των πλακοδοκών δεν άλλαξε σε καµµία από τις εξεταζόµενες περιπτώσεις και οι αυξήσεις στη διατµητική αντοχή ήταν 39 % έως 72 %. Στις περιπτώσεις αυτές, ειδικές τεχνικές αγκύρωσης των υ- φασµάτων θα πρέπει να εφαρµοσθούν και να εξετασθούν περαιτέρω. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 17

R: Τυπική διατµητική αστοχία δοκού χωρίς συνδετήρες R2J: Τα ανθρακοϋφάσµατα άλλαξαν ριζικά τη συµπεριφορά από διατµητική σε καµπτική (πλάστιµη) RS: Τυπική διατµητική αστοχία δοκού µε συνδετήρες R2Je: Τα ανθρακοϋφάσµατα στα ακραία τµήµατα περιόρισαν την ανάπτυξη των ρηγµατώσεων ιαγώνια διατµητική ρηγµάτωση και ψαθυρή αστοχία στα µη ενισχυµένα τµήµατα των δοκών Σχήµα 14. Μορφές τελικής αστοχίας δοκών µε ορθογωνική διατοµή R2Jm: Τα ανθρακοϋφάσµατα στα µεσαία τµήµατα περιόρισαν την ανάπτυξη των ρηγµατώσεων T: Τυπική διατµητική αστοχία πλακοδοκού χωρίς συνδετήρες T3J: Ψαθυρή διατµητική αστοχία λόγω της πρόωρης αποκόλλησης του ανθρακοϋφάσµατος TS: Τυπική διατµητική αστοχία πλακοδοκού µε ελάχιστους συνδετήρες T2J: Ψαθυρή διατµητική αστοχία λόγω της πρόωρης αποκόλλησης του ανθρακοϋφάσµατος (αστοχία συγκόλλησης σκυροδέµατος και υφάσµατος στη διεπιφάνειά τους) Σχήµα 15. Μορφές τελικής αστοχίας πλακοδοκών T2J-Α: Σχετική βελτίωση της συµπεριφοράς λόγω α- γκύρωσης των υφασµάτων - διατµητική αστοχία 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 18

5 ΧΡΗΣΗ ΜΑΝ ΥΩΝ ΩΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ 5.1 Χαρακτηριστικά µανδυών από ωπλισµένο σκυρόδεµα Η παλαιότερη και πλέον κοινή τεχνική για την αποκατάσταση και ενίσχυση πλαισιωτών κατασκευών από ωπλισµένο σκυρόδεµα είναι η τοποθέτηση περιµετρικών µανδυών από έγχυτο ή εκτοξευόµενο σκυρόδεµα στα υποστυλώµατα και στις περιοχές των κόµβων. Η συνέχεια των νέων δια- µήκων οπλισµών που τοποθετούνται επιτυγχάνεται µε τη διάνοιξη σχετικών οπών στις πλάκες καθώς και µε πιθανές ηλεκτροσυγκολλήσεις (υπό προϋποθέσεις). Η απαραίτητη επί τόπου πρόσθεση νέων πυκνών συνδετήρων καθιστά τη µέθοδο περισσότερο αποτελεσµατική αλλά ταυτόχρονα ι- διαίτερα επίπονη στην εφαρµογή, χρονοβόρα και µε απαραίτητη τη διακοπή της λειτουργίας χρήσης του κτηρίου. ιάφοροι ερευνητές από το 1989 και εντεύθεν (Corazao & Durrani 1989, Alcocer & Jirsa 1993, Lowes & Moehle 1999, Tsonos 1a,) έχουν παρουσιάσει σχετικές πειραµατικές εργασίες για την αναµφίβολη και προφανή αποτελεσµατικότητα της µεθόδου. Ο Tsonos (1a) έχει ερευνήσει την αποτελεσµατικότητα της µεθόδου και σε περιπτώσεις εφαρµογής 3πλευρων και 2πλευρων µανδυών σε κόµβους. Τα προφανή µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι η σηµαντική δυσκολία εφαρµογής που περιλαµβάνει διατρήσεις πλακών και δοκών, επί τόπου τοποθετήσεις οπλισµών, επίπονες διαδικασίες σκυροδέτησης µε έγχυτο ή εκτοξευόµενο σκυρόδεµα και βεβαίως τη σηµαντική αύξηση των διαστάσεων των υπό ενίσχυση στοιχείων. Η αύξηση αυτή δεν είναι άλλωστε πάντοτε εφικτή στο επίπεδο της πράξης (αρχιτεκτονικοί περιορισµοί, περιορισµοί ιδιοκτησίας, κ.λπ.). Σηµειώνεται εξ άλλου ότι οι διαφοροποιήσεις των διαστάσεων των υποστυλωµάτων αλλάζουν τα δυναµικά χαρακτηριστικά των κατασκευών και άρα την εισαγόµενη σεισµική ένταση - ενέργεια αλλά και την εσωτερική κατανοµή των µεγεθών έντασης. Επισηµαίνεται έτσι ότι η αλλαγή των διαστάσεων των υποστυλωµάτων άνευ ιδιαίτερης µελέτης είναι δυνατόν να αυξήσει υπέρµετρα τη σχετική ένταση των ενισχυµένων στοιχείων και τελικώς να οδηγήσει σε αστοχία αυτών. 5.2 Λεπτοί µανδύες µε πυκνούς οπλισµούς Με στόχο την εξάλειψη των προαναφεροµένων µειονεκτηµάτων που έχει η τεχνική ενίσχυσης µε κοινούς µανδύες από ωπλισµένο σκυρόδεµα, προτείνεται µια νέα τεχνική η οποία περιλαµβάνει την κατασκευή λεπτών µανδυών από ισχυρό τσιµεντοκονίαµα (SikaGrout 212) και ταυτόχρονα πυκνούς οπλισµούς µικρής διαµέτρου 5 (Karayannis et al 6). Οι προτεινόµενοι µανδύες δεν εκτείνονται καθ όλο το ύψος των υποστυλωµάτων αλλά εφαρµόζονται στην περιοχή του κόµβου και σε περιορισµένο µήκος των υποστυλωµάτων και της δοκού που συντρέχουν σε αυτόν (κρίσιµες περιοχές). Για τη διερεύνηση της αποτελεσµατικότητας του λεπτού µανδύα εξετάζονται και συγκρίνονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα 7 ακραίων κόµβων δοκού - υποστυλωµάτων (Πίν. 1). Στα δοκίµια αυτά αρχικώς υπεβλήθη ανακυκλιζόµενη καταπόνηση, κατόπιν εφαρµόσθηκε λεπτός µανδύας πάχους 2 cm µε πυκνούς οπλισµούς και επαναϋπεβλήθη το ίδιο ιστορικό φόρτισης. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά δοκιµίων οκίµια Υποστυλώµατα οκός (/3) Περιοχή κόµβου Τύπος µανδύα Js ( ) 4 1 2 1(α) - 2 1(κ) χωρίς οπλισµό A Js1 ( ) 4 1 2 1(α) - 2 1(κ) 1 συνδετήρας 8 ( 8/15) A Js2 ( ) 4 1 2 1(α) - 2 1(κ) 2 συνδετήρες 8 ( 8/1) A Js3 ( ) 4 1 2 1(α) - 2 1(κ) 3 συνδετήρες 8 ( 8/75) A J ( 3) 4 1 6 1(α) - 6 1(κ) χωρίς οπλισµό A J1 ( 3) 4 1 6 1(α) - 6 1(κ) 1 συνδετήρας 8 ( 8/15) A JA ( 3) 4 14+2 1 * 4 12(α) - 4 12(κ) 2 κάθετοι ράβδοι 1 B * Οι κάθετοι ράβδοι στην περιοχή του κόµβου εκτείνονται σε όλο το µήκος των υποστυλωµάτων 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 19

75 1 1 75 1 1 75 12 Js1: 1 8 Js2: 2 8 Js3: 3 8 18 3 6 1 in specimen J1 18 8 3 6 1 18 65 13 3 4 12 15 11 6 1 15 11 6 1 5 6 11 4 12 15 75 Js (Js1, Js2 & Js3) 15 75 J & J1 5 75 JA 3 3 4 1 4 1 Σχήµα 16. Γεωµετρικά χαρακτηριστικά και οπλισµοί δοκιµίων 4 14+2 1 Οπλισµοί µανδύα τύπου: Α ιαστάσεις λεπτού µανδύα (τύπου Α & Β) Σχήµα 17. Γεωµετρικά χαρακτηριστικά και οπλισµοί λεπτού µανδύα Οπλισµοί µανδύα τύπου: Β Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά και οι οπλισµοί των δοκιµίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 και στο Σχήµα 16, ενώ τα χαρακτηριστικά (διαστάσεις και οπλισµοί) των λεπτών µανδυών που εφαρ- µόσθηκαν στα δοκίµια ακραίων κόµβων φαίνονται στο Σχήµα 17. Συγκρίσεις των υστερητικών αποκρίσεων και των µορφών αστοχίας των κόµβων κατά την αρχική φόρτιση και τη φόρτιση µετά την κατασκευή του µανδύα παρουσιάζονται στα Σχήµατα 18 έως 22. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 2

Ρ (kn) 5 4 Ρ (kn) 5 4 3 3 2 2 1 1-7 -6-5 -4-3 -2-1 1 2 3 4 5 6 7-1 δ (mm) -2-3 -4 ΟΚΙΜΙΟ Js Αρχική ΟΚΙΜΙΟ φόρτιση J Φόρτιση ΟΚΙΜΙΟ µε JM τον µανδύα ΠΡΩΤΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΚΑΘΕ ΒΗΜΑΤΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ -9-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9-1 δ (mm) -2-3 -4 ΟΚΙΜΙΟ Js1 Αρχική ΟΚΙΜΙΟ φόρτιση J1s Φόρτιση ΟΚΙΜΙΟ µε J1sM τον µανδύα ΠΡΩΤΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΚΑΘΕ ΒΗΜΑΤΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ -5 Σχήµα 18. Σύγκριση υστερητικών αποκρίσεων δοκιµίων Js και Js1-5 Ρ (kn) 5 4 3 2 1-9 -8-7 -6-5 -4-3 -2-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9-1 δ (mm) -2-3 -4 ΟΚΙΜΙΟ Js2 Αρχική ΟΚΙΜΙΟ φόρτιση J2s Φόρτιση ΟΚΙΜΙΟ µε τον J2sM µανδύα ΠΡΩΤΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΚΑΘΕ ΒΗΜΑΤΟΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ -5 Σχήµα 19. Συγκρίσεις αποκρίσεων και µορφών αστοχίας δοκιµίου Js2 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 21

8 P (kn) 7 6 5 4 3 2 1-6 -5-4 -3-2 -1-1 1 2 3 4 5 6 d (mm) -2-3 -4-5 -6-7 ΟΚΙΜΙΟ J Αρχική φόρτιση Φόρτιση µε τον µανδύα -8 Σχήµα 2. Συγκρίσεις αποκρίσεων και µορφών αστοχίας δοκιµίου J 8 P (kn) 7 6 5 4 3 2 1-6 -5-4 -3-2 -1-1 1 2 3 4 5 6 d (mm) -2-3 -4-5 -6-7 ΟΚΙΜΙΟ J1 Αρχική φόρτιση Φόρτιση µε τον µανδύα -8 Σχήµα 21. Συγκρίσεις αποκρίσεων και µορφών αστοχίας δοκιµίου J1 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 22

9 8 P (kn) 7 6 5 4 3 2 1-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1-1 1 2 3 4 5 6 7 8-2 d (mm) -3-4 -5-6 -7-8 ΟΚΙΜΙΟ JA Αρχική φόρτιση Φόρτιση µε τον µανδύα -9 Σχήµα 22. Συγκρίσεις αποκρίσεων και µορφών αστοχίας δοκιµίου JΑ Οι συγκρίσεις των πειραµατικών υστερητικών αποκρίσεων (Σχ. 18 έως 22) υποδεικνύουν κατ αρχήν ότι: - Οι λεπτοί µανδύες τύπου Α (µε λίγους οπλισµούς), ως ανεµένετο, προσδίδουν ιδιαίτερα βελτιωµένη σεισµική ικανότητα στους κόµβους µε σχετικά µικρές διαστάσεις υποστυλωµάτων ( mm) (Σχ. 18 & 19), ενώ στις περιπτώσεις των κόµβων µε µεγαλύτερες διαστάσεις υποστυλωµάτων (3 mm) φαίνεται ότι απλώς αποκαθιστούν την αρχική συµπεριφορά (Σχ. 2 & 21). - Ο λεπτός µανδύας τύπου Β (µε πυκνούς οπλισµούς) φαίνεται να αποκαθιστά πλήρως και να βελτιώνει την υστερητική απόκριση του κόµβου µε διαστάσεις υποστυλωµάτων 3 mm τόσο σε επίπεδο αντοχής (µέγιστα φορτία) όσο και σε επίπεδο απορροφούµενης ενέργειας (εµβαδά βρόχων απόκρισης) (Σχ. 22). - Η µορφή αστοχίας των κόµβων µε µανδύες δείχνει να είναι διαφορετική, σε σχέση µε τη µορφή αστοχίας των δοκιµίων κατά την αρχική φόρτιση, στις περιπτώσεις των δοκιµίων Js, Js1, Js2 και JA. Στις περιπτώσεις αυτές η αστοχία µεταφέρθηκε από την περιοχή του κόµβο ή την περιοχή του κόµβου και της δοκού προς την περιοχή της δοκού µε µανδύα. Αντίθετα, τα δοκί- µια J και J1 µε µανδύες παρουσίασαν σηµαντικές βλάβες στην περιοχή του κόµβου, παρ όλο που είχε επενδυθεί µε τον µανδύα. - Παρ όλο που στις περιπτώσεις των δοκιµίων J και J1 ο λεπτός µανδύας τύπου Α δείχνει να είναι οριακά επαρκής, είναι προφανές ότι, γενικά, παρατηρείται βελτίωση των αποκρίσεων των κόµβων µε µανδύες και φαίνεται ότι ο προτεινόµενος λεπτός µανδύας (ιδιαίτερα ο µανδύας τύπου Β) ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις αποκατάστασης της σεισµικής ικανότητας κόµβων. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 6 23