Σεισµική επισκευή στοιχείων ΩΣ µε ινωπλισµένα πολυµερή, µετά από πρόκληση εκτεταµένης βλάβης Seismic repair of severely damaged reinforced concrete members by FRP sheets Θεόδωρος Χ. Ρουσάκης ρ. Πολιτικός Μηχανικός ΕΕ ΙΠ ΠΘ trousak@civil civil.duth.gr Αθανάσιος Ι. Καραµπίνης ρ. Πολιτικός Μηχανικός Καθηγητής ΠΘ karabin@civil civil.duth.gr Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης Ξάνθη 67100
ιερεύνηση επισκευής µε σύνθετα υλικά, στοιχείων ωπλισµένου σκυροδέµατος τα οποία έχουν υποστεί εκτεταµένη βλάβη µετά από υποβολή σε κύκλους σταδιακά αυξανόµενων µετακινήσεων Προσοµοίωση σεισµικής φόρτισης Τα δοκίµια αποτελούν µέρος ευρέως πειραµατικού προγράµµατος διερεύνησης συµπεριφοράς στοιχείων µε διαφοροποίηση του µήκους υπερκάλυψης οπλισµών µέσα στην κρίσιµη περιοχή καθώς και της λεπτοµέρειας των εγκάρσιων οπλισµών üg(t) Μανδύες σύνθετων υλικών Το µήκος αναµονών της εξεταζόµενης οµάδας δοκιµίων είναι µισό αυτού που απαιτείται σύµφωνα µε σχεδιασµό κατά Ευρωκώδικα 2
6 δοκίµια σταυροειδούς µορφής 10 8 0.10 δοκός 1.00 0.40 υποστύλωµα Lap splice υπερκάλυψη ράβδων 0.20 8 0.20 2.50 8 8 10 10 0.10 0.10 0.10 τύπος R τύπος RS τύπος RR 10
δοκίµια µετά την αρχική φόρτιση φορτιοκύτταρο στήριξη άρθρωσης 1.135 1.035 h στήριξη άρθρωσης 0.20 1.00 µηκυνσιό- µετρο 1 2.50 2.400 µηκυνσιόµετρο 2 Παρειά υπερκάλυψης (α) οκίµιο R100B2 (β) οκίµιο R50B2 Παρειά υπερκάλυψης Μετατόπιση displacement (mm) 80 60 40 20 0-40 -60-80 Ιστορικό Displacement επιβαλλόµενης history µετακίνησης -20 0 50 100 150 200 250 αποµάκρυνση αποδιοργανωµένου πυρήνα σκυροδέµατος ηέκτασηβλάβης, ανεξάρτητη της παρειάς όπου σχεδιάστηκε υπερκάλυψη ράβδων Παρειά υπερκάλυψης (γ) οκίµιο RS100C3 Παρειά υπερκάλυψης (ε) οκίµιο RR100B1C3 Παρειά υπερκάλυψης (δ) οκίµιο RS50C3 Παρειά υπερκάλυψης (στ) οκίµιο RR50B1C3
αποκατάσταση ανά παρειά ανάλογα µετο είδος της βλάβης 1. µε υψηλής αντοχής κονίαµα (EMACO S55) 2. µε εποξειδική πάστα P103 S&P και ενέσιµη ρητίνη J12 S&P. (α) Δοκίμιο R100B2 (γ) Δοκίμιο RS100C3 (β) Δοκίμιο R50B2 (δ) Δοκίμιο RS50C3 (ε) οκίµιο RR100B1C3 (στ) Δοκίμιο RR50B1C3
Εξετάζεται η αποτελεσµατικότητα της επισκευής µε διαφορετικά υλικά και λεπτοµέρειες εξωτερικά επικολλούµενων υφασµάτων σύνθετων υλικών 0.10 10 8 0.20 R100B2c : 3 στρώσεις υφάσµατος ΙΩΠ Three άνθρακα layers of As carbon = 35,1 sheet mm 2 (FRP) Αs = 35,1mm2 S&P C-Sheet 240 ή R50B2g or five layers : 5 of στρώσεις glass sheet υφάσµατος ΙΩΠ γυαλιού (FRP) As Αs = 76,9mm mm2 2 S&P G-Sheet 90/10 1.00 0.80 0.30 0.20 8 10 2.50 α) Επέµβαση µε καµπτικό οπλισµό ΙΩΠ και καθολική περίσφιγξη µε δύο στρώσεις ΙΩΠ (Β2) Καµπτικός οπλισµός από επικολλούµενα υφάσµατα ινωπλισµένων πολυµερών µορφής L, ισοδύναµος του συµβατικού χαλύβδινου οπλισµού Τρεις διατάξεις επικολλούµενων υφασµάτων ως εγκάρσιων οπλισµών για την αγκύρωση των διαµήκων οπλισµών ΙΩΠ 0.10
0.15 0.90 0.10 10 0.20 0.30 RS100C3c Three layers : 3 of στρώσεις carbon sheet υφάσµατος ΙΩΠ (FRP) άνθρακα Αs = 35,1mm As = 35,1 2 mm 2 ή or five layers of glass sheet RS50C3g : 5 στρώσεις (FRP) Αs = 76,9mm2 υφάσµατος ΙΩΠ γυαλιού As = 76,9 mm 2 8 1.00 0.20 10 2.50 β) Επέµβαση µε καµπτικό οπλισµό ΙΩΠ και περίσφιγξη µε δακτυλίους τριών στρώσεων ΙΩΠ (C3) 0.10 Επικολλούµενοι δακτύλιοι υφασµάτων ως εγκάρσιων οπλισµών για την αγκύρωση των διαµήκων οπλισµών και για την αντίσταση στις δυνάµεις εκτροπής στη γωνία
0.10 10 8 0.20 RR100B1C3c Three layers : 3 στρώσεις of carbon υφάσµατος sheet ΙΩΠ (FRP) άνθρακα Αs = As 35,1mm = 35,12 mm 2 ή or RR50B1C3g five layers : 5 στρώσεις of glass sheet υφάσµατος ΙΩΠ γυαλιού (FRP) As Αs = = 76,9 76,9mm 2 1.00 0.80 0.30 0.20 8 10 2.50 γ) Επέµβαση µε καµπτικό οπλισµό ΙΩΠ και συνδυασµό περίσφιγξης τύπου Β και τύπου C 0.10 Συνδυασµός προηγούµενων διατάξεων
Υποβολή δοκιµίων στο ίδιο ιστορικό φόρτισης: αυξανόµενες κυκλικές µετατοπίσεις που αντιστοιχούν σε σχετικές µετακινήσεις άκρων (δ/h) h)έως 5.3% Μετατόπιση displacement (mm) 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80 Ιστορικό Displacement επιβαλλόµενης history µετακίνησης 0 50 100 150 200 250 αναβαθµίζει Την αντοχή σε διάτµηση
R100B2c R50B2g ρηγµατώσεις και θραύση ΙΩΠ εκατέρωθεν κόµβου RS100C3c ρηγµάτωση και θραύση ΙΩΠ στην παρειά αποκατάστασης µε κονίαµα υψηλής αντοχής RS50C3g
στήριξη άρθρωσης 1.135 1.035 h µηκυνσιό- µετρο 1 φορτιοκύτταρο 2.50 2.400 δ (mm) -70-50 -30-10 -20 10 30 50 70 δ (mm) µηκυνσιόµετρο 2 στήριξη άρθρωσης 0.20 1.00 60 40 20 0-40 -60-80 60 40 20 0-70 -50-30 -10-20 10 30 50 70-40 -60-80 P (KN) P (KN) Repaired Επισκευ. Initial Αρχικό Επισκευ. Initial Αρχικό αστοχία καµπτικού οπλισµού ΙΩΠστιςγωνίεςεκατέρωθεν, στον κύκλο των 60mm Φορτίο: +22-26% (70.98ΚΝ) υσκαµψία: +44-17% Απορροφ. ενέργεια: +52% R100B2c R100 αστοχία καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ στη γωνία µε HSC, στον κύκλο των 40mm Φορτίο: +6% (60.84ΚΝ) υσκαµψία: +9% Απορροφ. ενέργεια: -52% R50B2g R50 Σηµαντική υποβάθµιση µεταξύ κύκλων φόρτισης
δ (mm) 60 40 20 0-70 -50-30 -10-20 10 30 50 70-40 -60-80 P (KN) Initial Επισκευ. Αρχικό αστοχία καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ στη γωνία µε HSC, στον κύκλο των 60mm Αύξηση φορτίου (64.39 ΚΝ) Άυξηση δυσκαµψίας Αύξηση απορροφ. ενέργειας RS100C3c RS100 60 P (KN) 40 20 δ (mm) 0-70 -50-30 -10-20 10 30 50 70-40 αστοχία καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ στη γωνία µε HSC, στον κύκλο των 40mm Αύξηση φορτίου (62.32 ΚΝ) Άυξηση δυσκαµψίας Αύξηση απορροφ. ενέργειας -60-80 Initial Επισκευ. Αρχικό RS50C3g RS50
δ (mm) 60 40 20 0-70 -50-30 -10-20 10 30 50 70-40 -60-80 P (KN) Initial Επισκευ. Αρχικό αστοχία καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ στη γωνία µε HSC, στον κύκλο των 40mm Μέγιστο φορτίο 60.33 ΚΝ Μείωση δυσκαµψίας Μείωση απορροφ. ενέργειας RR100 RR100B1C3c δ (mm) 60 40 20 0-70 -50-30 -10 10 30 50 70-20 -40-60 -80 P (KN) Initial Επισκευ. Αρχικό αστοχία καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ στη γωνία µε HSC, στον κύκλο των 40mm Μείωση µέγιστου φορτίου Μείωση δυσκαµψίας Μείωση απορροφ. ενέργειας RR50 RR50B1C3g
ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΟΚΙΜΙΟΥ R100B2C Αποτίµηση συνεισφοράς διαµήκων και εγκάρσιων ενισχύσεων σύνθετων υλικών Θεωρήσεις: πλήρης συνάφεια µεταξύ σκυροδέµατος και οπλισµού από χάλυβα ή ΙΩΠ (απουσία αποκόλλησης του σύνθετου οπλισµού),
Θεωρήσεις: ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΟΚΙΜΙΟΥ R100B2C βελτιωµένη συµπεριφορά του σκυροδέµατος σε θλίψη λόγω του οπλισµού περίσφιγξης (χαλύβδινου ή ΙΩΠ), συνδυάζοντας (Ρουσάκης,, 2005) την προσέγγιση των Wang & Restrepo (2001) για διατοµές οπλισµένου σκυροδέµατος, η οποία βασίζεται στο προσοµοίωµα περίσφιγξης του Mander. Αντί του σταθερού µέτρου εγκάρσιας διαστολής µε τιµή 0.5, εκτιµάται µέσω επαναληπτικής διαδικασίας (Spoelstra & Monti,, 1999) η σχέση πλευρικών αξονικών ανηγµένων παραµορφώσεων (ευαισθησία σε πλευρικό περιορισµό) βάσει της εργασίας των Pantazopoulou & Mills (1995),
Σύγκριση του προτεινόµενου προσοµοιώµατος µε πειραµατικά δεδοµένα οκίµιo S12απότους Hosotani et al (1997) 4 στρώσειςανθρακοϋφάσµατος σκυρόδεµα 34.5 ΜPa ρ f =0.01336 ε fu =0.015
ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΟΚΙΜΙΟΥ Θεωρήσεις: R100B2C αποτίµηση της διατµητικής ικανότητας των στοιχείων λόγω της ύπαρξης χαλύβδινου οπλισµού και περίσφιγξης µε ΙΩΠ, σύµφωνα µε την τροποποιηµένη θεωρία του θλιπτικού πεδίου (ΤΘΘΠ, MCFT) των Vecchio & Collins (1986), υποβάθµιση της διατµητικής ικανότητας των στοιχείων λόγω της κυκλικής φόρτισης ανάλογα µε την επιτευχθείσα πλαστιµότητα µετατοπίσεων (µ ), µέσω της παραµέτρου k=1.15-0.075µ 1 1 (Lynn( κ.α.,., 1996),
ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΟΚΙΜΙΟΥ Θεωρήσεις: R100B2C πλήρης συνεισφορά των διαµήκων χαλύβδινων οπλισµών στα επισκευασµένα δοκίµια και θεώρηση ασήµαντης επιρροής της ολίσθησης των οπλισµών στην περιοχή αγκύρωσης ή του λυγισµού των ράβδων σε θλίψη στην αρχική φόρτιση δοκιµίων µε 100 mm απόσταση συνδετήρων. διείσδυση των ανηγµένων παραµορφώσεων των χαλύβδινων ράβδων µέσα στον κόµβο λόγω διαρροής. Εποµένως η ανάλυση περιελάµβανε επιπρόσθετα καµπτικό στοιχείο µε µήκος 0.022 Ø L f syl (Priestley κα,, 1996), όπου f syl είναι η µέγιστη εφελκυστική τάση διατοµής µε διάµετρο Ø L.
Η αναλυτική πρόβλεψη του µέγιστου φορτίου στο αρχικό δοκίµιο είχε την τιµή 54 KN σε µετατόπιση 36.6 mm (βύθιση) συγκρινόµενη µε τις πειραµατικές µετρήσεις των 55.26 KN σε βύθιση 40.4 mm 60 P (KN) P (KN) 40 δ (mm) 20 0-80 -60-40 -20 0 20 40 60 80 P max αρχικό -20-40 -60 Επισκευασµ. Αρχικό Επισκ. προβλ. Αρχικό προβλ. Επισκ. Υποθετ. P max, υποθ επισκ P max επισκ. -80
Στο επισκευασµένο δοµικό στοιχείο η πρόβλεψη του µέγιστου φορτίου ήταν 71 KN σε µετατόπιση 26.2 mm, έναντι των πειραµατικών τιµών φορτίου 70.98 KN σε 41.2 mm βύθιση (σύµβολο τριγώνου) δ (mm) 60 40 20 0-80 -60-40 -20 0 20 40 60 80 P max αρχικό -20-40 -60 P (KN) P (KN) Επισκευασµ. Αρχικό Επισκ. προβλ. Αρχικό προβλ. Επισκ. Υποθετ. Συντηρητική η πρόβλεψη µετατόπισης: µερική αποκόλληση στην γωνία του καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ P max, υποθ επισκ P max επισκ. -80
θεώρηση επιπλέον σταδιακής µείωσης της συνεισφοράς του καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ για αύξηση των µετατοπίσεων λόγω µερικής αποκόλλησης στην παρειά του κόµβου (σύµβολο Χ) 60 P (KN) P (KN) 40 δ (mm) 20 0-80 -60-40 -20 0 20 40 60 80 P max αρχικό -20-40 -60 Επισκευασµ. Αρχικό Επισκ. προβλ. Αρχικό προβλ. Επισκ. Υποθετ. P max, υποθ επισκ P max επισκ. -80 Ικανοποιητική πρόβλεψη µετατόπισης
Βασικάσυµπεράσµατα συµπεράσµατα Στοιχεία ωπλισµένου σκυροδέµατος τα οποία έχουν υποστεί σηµαντικές βλάβες στον πυρήνα σκυροδέµατος στην κρίσιµη περιοχή και διαρροή του κύριου χαλύβδινου οπλισµού, µπορούν να επισκευαστούν ικανοποιητικά µε εφαρµογή υφασµάτων ΙΩΠ ως κύριου αλλά και ως οπλισµού περίσφιγξης. Η αστοχία των καµπτικών οπλισµών ΙΩΠ άνθρακα ή γυαλιού συνέβηκε γενικά σε κύκλους υψηλών µετατοπίσεων (40-60 mm) παρά την δηµιουργία στα περισσότερα δοκίµια µιας βασικής ρωγµής µεγάλου εύρους αποκλειστικά σε µια από τις δύο παρειές του κόµβου στο όριο της περιοχής εφαρµογής κονιάµατος υψηλής αντοχής (ισχυρή τοπική ένταση καµπτικού οπλισµού ΙΩΠ)
Βασικάσυµπεράσµατα συµπεράσµατα Το δοκίµιο το οποίο περισφίχθηκε µε δύο στρώσεις υφάσµατος ΙΩΠ άνθρακα (R100B2c) και παρουσίασε κατανεµηµένες ρηγµατώσεις εκατέρωθεν της παρειάς κατά την αρχική φόρτιση, είχε εξαιρετικά σταθερή και βελτιωµένη συµπεριφορά και εµφάνισε κατανεµηµένη βλάβη και στις δύο παρειές του κόµβου µετά την επισκευή. Τόσο το αναλαµβανόµενο φορτίο, όσο και η δυσκαµψία και η απορροφούµενη ενέργεια αναβαθµίστηκαν σηµαντικά µε την τεχνική επισκευής του σκυροδέµατος µε ρητίνες και την χρήση διαµήκους και εγκάρσιου σύνθετου οπλισµού παρά τη µερική αποκόλληση στις γωνίες.