Δοκιμές υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων με μανδύες σκυροδέματος ή ινοπλισμένα πολυμερή

Δοκιμές υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων με μανδύες σκυροδέματος ή ινοπλισμένα πολυμερή Α-Λ. Σπαθής Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Εργαστήριο Κατασκευών, Τμήμα Πολιτικών, Μηχ, Παν. Πατρών Ε. Ν. Μπούσιας Επίκουρος Kαθηγητής. Εργαστήριο Κατασκευών, Τμήμα Πολιτικών, Μηχ, Παν. Πατρών Μ. Ν. Φαρδής Καθηγητής. Εργαστήριo Κατασκευών, Τμήμα Πολιτικών, Μηχ, Παν. Πατρών Λέξεις κλειδιά: Ανακυκλιζόμενες δοκιμές, μανδύες σκυροδέματος, μανδύες ΙΟΠ, ματίσεις, σεισμική αποκατάσταση, σεισμική ενίσχυση ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα δοκιμών σε 41 υποστυλώματα πριν ή/και μετά την ενίσχυσή τους. Εξετάσθηκαν υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής οπλισμένα με λείες ράβδους και ματίσεις με ημικυκλικά άγκιστρα και ορθογωνικά υποστυλώματα με ράβδους με νευρώσεις και ευθύγραμμη μάτιση των άκρων των οπλισμών. Για την ενίσχυση των υποστυλωμάτων εφαρμόσθηκαν μανδύες εκτοξευόμενου σκυροδέματος με διάφορους τρόπους σύνδεσης με το αρχικό στοιχείο. Επιπλέον, διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα μανδυών ινοπλισμένων πολυμερών με μεταβλητές τον αριθμό των στρώσεων και το ύψος εφαρμογής τους. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πλειονότητα των κτιρίων στην Ελλάδα είναι κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος που κατασκευάσθηκαν αρκετά πριν τη θέσπιση σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών. Σε πολλά από αυτά ο διαμήκης οπλισμός αποτελείται από λείες ράβδους και οι ματίσεις οπλισμών γίνονται με μικρό μήκος υπέρθεσης και ημικυκλικά άγκιστρα στα άκρα. Ο εγκάρσιος οπλισμός ήταν σε αραιές αποστάσεις, με κάμψη των άκρων τους κατά 9 για αγκύρωση. Τα υποστυλώματα αυτά παρουσιάζουν απότομη πτώση αντοχής και μικρή ικανότητα παραμόρφωσης υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Η ικανότητα παραμόρφωσης ή/και η αντοχή τους βελτιώνονται με ενίσχυση μέσω μανδυών από οπλισμένο σκυρόδεμα (συνήθως) ή από ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ). Ακόμη και με την εισαγωγή του νευροχάλυβα και την υιοθέτηση της ευθύγραμμης παράθεσης των ράβδων οπλισμού για μάτισή τους, η πρακτική για τους εγκάρσιους οπλισμούς δεν διαφοροποιήθηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα. Προκύπτει έτσι πρόβλημα τρωτότητας και για τα υποστυλώματα αυτής της κατηγορίας, λόγω μειωμένης ικανότητας παραμόρφωσης, αδυναμίας αποτροπής λυγισμού του κύριου οπλισμού και ανεπαρκούς εγκιβωτισμού του σκυροδέματος. Για τα υποστυλώματα αυτής της κατηγορίας εφαρμόζονται ίδιοι τρόποι ενίσχυσης όπως και σε αυτά με λείες ράβδους. Παρά την ευρεία εφαρμογή των μανδυών οπλισμένου σκυροδέματος και την ολοένα αυξανόμενη χρήση των ΙΟΠ, δεν υπάρχουν ακόμα επαρκή πειραματικά αποτελέσματα για τη πλήρη κατανόηση της απόκρισης υποστυλωμάτων ενισχυμένων με τις παραπάνω μεθόδους. Ιδιαίτερα για υποστυλώματα οπλισμένα με λείες ράβδους και ματίσεις, υπάρχει σχεδόν πλήρης έλλειψη δημοσιευμένων πειραματικών αποτελεσμάτων. Η παρούσα έρευνα αποσκοπεί στη μερική κάλυψη αυτού του κενού. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 1

2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΟΚΙΜΩΝ Εξετάσθηκαν συνολικά 41 υποστυλώματα σε δύο γενικές ομάδες με γενικά χαρακτηριστικά, διαστάσεις, λεπτομέρειες όπλισης και υλικά που συνηθίζονται σε υφιστάμενα κτιρία οπλισμένου σκυροδέματος. Η πρώτη ομάδα αρχικών δοκιμίων (δηλαδή πριν την ενίσχυση) περιλαμβάνει 26 υποστυλώματα (δοκίμια Q) τετραγωνικής διατομής 25 25mm. Τα 15 δοκίμια της δεύτερης ομάδας (δοκίμια R) ήταν ορθογωνικής διατομής 25 5mm. Τα υποστυλώματα ήταν μορφής προβόλου και πακτώνονταν σε πέδιλα ύψους 6mm, μέσω των οποίων αγκυρώνονταν στο δάπεδο του Εργαστηρίου. Το καθαρό τους ύψος αντιπροσώπευε το μισό του ύψους τυπικού ορόφου και ήταν 1.6m (λόγος διάτμησης 6.4 για τη πρώτη ομάδα και 3.2 για τη δεύτερη). Ο διαμήκης οπλισμός των δοκιμίων Q αποτελούνταν από τέσσερις ράβδους λείου χάλυβα Φ14 με ημικυκλικά άγκιστρα διαμέτρου 2.5Φ (Σχήμα 1α). Σε ορισμένα δοκίμια ο διαμήκης οπλισμός ματίστηκε στη βάση του υποστυλώματος με αναμονές από το πέδιλο. Οι ματίσεις είχαν μήκος 15Φ ή 25Φ. Οι διαμήκεις ράβδοι είχαν τάση διαρροής 313MPa και εφελκυστική αντοχή 442MPa. Τα υποστυλώματα ορθογωνικής διατομής είχαν τέσσερις ράβδους νευροχάλυβα Φ18, με όριο διαρροής 514MPa και εφελκυστική αντοχή 659MPa και αγκύρωση στο πέδιλο με ορθογωνικό άγκιστρο. Σε ένα αριθμό δοκιμίων ο διαμήκης οπλισμός ματίστηκε στη βάση του υποστυλώματος, με παράθεση μήκους 15Φ, 3Φ ή 45Φ. Και στους δύο τύπους δοκιμίων ο εγκάρσιος οπλισμός αποτελείτο από συνδετήρες λείου χάλυβα διαμέτρου Φ8 σε αποστάσεις 2mm με αγκύρωση των άκρων τους με κάμψη του ενός κατά 9 ο και του άλλου κατά 135 ο (Σχήμα 1β). Το όριο διαρροής και η εφελκυστική αντοχή των συνδετήρων ήταν 425MPa και 596MPa αντίστοιχα. Τα υποστυλώματα υποβλήθηκαν σε μονοαξονική ανακυκλιζόμενη φόρτιση με εύρος αυξανόμενο κατά 5mm σε κάθε κύκλο, για ευκολότερη αναγνώριση της επιρροής των παραμέτρων των δοκιμών στην ικανότητα παραμόρφωσης. Υδραυλικό έμβολο ασκούσε στην κορυφή των δοκιμίων περίπου σταθερό αξονικό φορτίο 8kN. 25 5 25 Φ14 Φ14 ~185 Φ8/2 Φ18 25 ~19 ~44 (α) (β) (γ) Σχήμα 1. Διατομή υποστυλωμάτων (α) τετραγωνική, (β) ορθογωνική, (γ) μάτιση λείων ράβδων 2.1 Μη-ενισχυμένα δοκίμια τετραγωνικήςδιατομήςμε λείες ράβδους Εξετάσθηκαν πέντε μη-ενισχυμένα δοκίμια τύπου Q: ένα με συνεχή διαμήκη οπλισμό (Q-L), δύο με μήκος μάτισης 15Φ (Q-L1) και 25Φ (Q-L2), αντίστοιχα, και δύο δοκίμια με μήκος μάτισης 15Φ (Q-L1a) και 25Φ (Q-L2a) αλλά με υψηλότερο αξονικό φορτίο από τα δύο προηγούμενα. Οι βρόχοι υστέρησης των δοκιμίων ελέγχου παρουσιάζονται στο Σχήμα 2. Η συμπεριφορά όλων των δοκιμίων ήταν καμπτική, με απότομη πτώση της αντοχής μετά τη μέγιστη 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 2

οριζόντια αντίσταση. Δεν υπάρχει ξεκάθαρη επίδραση της μάτισης στους βρόχους, καθώς τα δοκίμια με συνεχή οπλισμό δεν είχαν καλύτερη απόκριση απ' αυτά με τις ματίσεις. Άξιο αναφοράς είναι ότι η βλάβη στο δοκίμιο Q-L2 αναπτύχθηκε πάνω από τη περιοχή της μάτισης. Η κάτω σειρά στο Σχήμα 2 δείχνει ότι αύξηση του μεγέθους του αξονικού φορτίου προκαλεί μείωση της παραμόρφωσης αστοχίας στο δοκίμιο με το μικρότερο μήκος μάτισης. Στο Σχήμα 4α φαίνονται χαρακτηριστικές μορφές αστοχίας των δοκιμίων. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά υποστυλωμάτων ελέγχου τετραγωνικής διατομής Δοκίμιο Μήκος Στατικό ύψος Παραμόρφωση f μάτισης (mm) c (MPa) ν=n/bhf c αστοχίας, θ u (%) Q-L - 21 27,,44 2.2 Q-L1 15Φ 22 3,3,41 2.5 Q-L2 25Φ 22 3,3,42 1.6 Q-L1a 15Φ 22 28,1,63 1. Q-L2a 25Φ 22 28,1,57 1.35 6 4 Q- Q-L1 Q-L2 2-2 -4-6 -12-9 -6-3 3 6 9 6 Q-L1a 4-9 -6-3 3 6 9 Q-L2a -9-6 -3 3 6 9 12 2-2 -4-6 -12-9 -6-3 3 6 9-9 -6-3 3 6 9 12 Σχήμα 2. Βρόχοι υστέρησης δοκιμίων ελέγχου τετραγωνικής διατομής με λείες ράβδους: επιρροή μήκους μάτισης (άνω και κάτω σειρά) και επιρροή αξονικού φορτίου (σύγκριση άνω με κάτω σειρά) 2.2 Μη-ενισχυμένα δοκίμια ορθογωνικής διατομήςμε νευροχάλυβα Οι βρόχοι υστέρησης των μη-ενισχυμένων δοκιμίων R φαίνονται στο Σχήμα 3 (για συνεχή οπλισμό το δοκίμιο χαρακτηρίζεται με L, ενώ για μήκος μάτισης 15, 25 και 45Φ, με L1, L2 και L3, αντίστοιχα). Το υποστύλωμα με το συνεχή διαμήκη οπλισμό (R-L) διέρρευσε σε κάμψη αλλά, μετά τη μέγιστη αντίσταση, παρουσίασε απότομη πτώση με την ανακύκλιση και εμφάνιση λοξών ρωγμών (επιρροή διάτμησης). Τελικά αστόχησε σε σχετική μετακίνηση 2.5%, με αποδιοργάνωση του σκυροδέματος και λυγισμό των διαμήκων ράβδων. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 3

Πίνακας 2. Χαρακτηριστικά υποστυλωμάτων ελέγχου ορθογωνικής διατομής Δοκίμιο Μήκος μάτισης Στατικό ύψος (mm) f c (MPa) ν=n/bhf c Παραμόρφωση αστοχίας, θ u (%) R- - 455 31..26 2.5 R-L1 15Φ 47 27.4.23 1.9 R-L3 3Φ 465 27.4.28 1.9 R-L4 45Φ 47 27.4.28 2.5 25 2 15 1 5-5 -1-15 -2-25 25 2 15 1 5-5 -1-15 -2 R-L1 R-L4 R-L3 R- -25-9 -6-3 3 6-6 -3 3 6 9 Σχήμα 3. Βρόχοι υστέρησης δοκιμίων ελέγχου ορθογωνικής διατομής με νευροχάλυβα (α) (β) Σχήμα 4. Αστοχία δοκιμίων (α) τετραγωνικής διατομής και (β) ορθογωνικής διατομής Στα δοκίμια με μάτιση του οπλισμού η αρχική δυσκαμψία είναι παρόμοια αυτής του δοκιμίου με συνεχή οπλισμό. Η επιρροή της μάτισης εκδηλώνεται μετά τη διαρροή. Το εύρος των βρόχων υστέρησης και η απορρόφηση ενέργειας μειώνονται με τη μείωση του μήκους μάτισης. Το δοκίμιο 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 4

R-L1 (μάτιση 15Φ) είχε τη χαμηλότερη αντοχή, ενώ παρουσίασε πολύ σύντομα αποφλοίωση του σκυροδέματος στις γωνίες και απώλεια συνάφειας. Η μέγιστη ροπή των υποστυλωμάτων R-L1 και R-L3 αντιστοιχεί στο 8% και 95%, αντίστοιχα, της θεωρητικής ροπής διαρροής, ενώ αυτή των R-L και R-L4 στο 11%. Στο Σχήμα 4β φαίνονται χαρακτηριστικές μορφές αστοχίας. 3 ΕΠΙΣΚΕΥΑΣΜΕΝΑ / ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΑ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ 3.1 Ενίσχυση με μανδύες Ο.Σ τετραγωνικών υποστυλωμάτων με λείες ράβδους Η ενίσχυση υποστυλωμάτων με μανδύα Ο.Σ. εξετάσθηκε σε 11 δοκίμια τετραγωνικής διατομής (Πίνακας 3). Ο μανδύας ήταν από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με πάχος 75mm, το οποίο είναι το ελάχιστο που επιτρέπει επαρκή επικάλυψη του οπλισμού και δυνατότητα κάμψης των άκρων των συνδετήρων κατά 135 ο. Ο οπλισμός του μανδύα αποτελούνταν από 4Φ2 (νευροχάλυβα S5, με όριο διαρροής 487MPa) που είχαν τοποθετηθεί πριν τη σκυροδέτηση του δοκιμίου και αγκυρώνονταν στο πέδιλο με ορθογωνικό άγκιστρο. Ο εγκάρσιος οπλισμός αποτελούνταν από συνδετήρες Φ1/1 (S5, όριο διαρροής 599MPa). Η τελική διατομή είχε πλευρά 4mm και ο λόγος διάτμησης μειώθηκε σε 4.. Κύρια παράμετρος αυτής της σειράς δοκιμών ήταν ο τρόπος σύνδεσης του μανδύα με το αρχικό στοιχείο και η επιρροή προγενέστερης βλάβης. (α) (β) Σχήμα 5. Ενίσχυση με μανδύα Ο.Σ.σε υποστυλώματα: (α) τετραγωνικής διατομής (β) ορθογωνικής διατομής Συγκεκριμένα εξετάσθηκαν (Πίνακας 3): - δοκίμιο με μονολιθική διατομή 4 4mm (Q-RCM) - 3 δοκίμια με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος και καμία επεξεργασία της επιφάνειας - ένα δοκίμιο με συνεχή οπλισμό (Q-RCNT) και δύο με ματίσεις 15Φ (Q-RCL1), 25Φ(Q-RCL2) - δοκίμιο με μανδύα έγχυτου σκυροδέματος και προϋπάρχουσα βλάβη (Q-RCLPD) - δύο δοκίμια με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος, καμία επεξεργασία της επιφάνειας, αρχική βλάβη και μάτιση 15Φ (Q-RCL1PD) ή 25Φ(Q-RCL1PD) - δοκίμιο με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος και αγρίεμα της διεπιφάνειας (Q-RCR) - δοκίμιο με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος και βλήτρα Φ2 ανά.5m στη διεπιφάνεια (Q-RCD) - δοκίμιο με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος, αγρίεμα και βλήτρα ως άνω (Q-RCRD) - δοκίμιο με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος και συγκόλληση των νέων γωνιακών οπλισμών στους παλιούς με "πάπιες" σε δύο θέσεις καθ' ύψος του υποστυλώματος (Q-RCW) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 5

Πίνακας 3. Χαρακτηριστικά υποστυλωμάτων τετραγωνικής διατομής ενισχυμένων με μανδύα Ο.Σ. Δοκίμιο Στατικό f c (MPa) Τρόπος σύνδεσης Μήκος Παραμόρφωση ύψος μάτισης Αρχικό Μανδύας ν=n/bhf c αστοχίας, θ (mm) u (%) δοκίμιο Q-RCM - 35 3.6 - Μονολιθικό.18 5.3 Q-RCNT - 355 26.3 55.3 Καμία σύνδεση.8 5.3 Q-RCLPD - 355 23.1 24.1 Καμία σύνδεση.168 5.3 Q-RCL1 15Φ 36 27.5 55.3 Καμία σύνδεση.85 5.6 Q-RCL2 25Φ 36 25.6 55.3 Καμία σύνδεση.85 5.3 Q-RCL1PD 15Φ 36 28.1 28.7 Καμία σύνδεση.16 4.4 Q-RCL2PD 25Φ 36 28.1 28.7 Καμία σύνδεση.175 5.3 Q-RCR - 355 27.7 58.14 Αγρίεμα.9 5.6 Q-RCD - 355 27.7 58.14 Βλήτρα.85 6.2 Q-RCRD - 355 27.7 58.14 Αγρίεμα & Βλήτρα.94 5.3 Q-RCW - 355 27.7 19.1 Συγκόλληση.13 5.6 2 15 Q-RC Q-RCpd Q-RCL1 1 5-5 -1-15 -2 2 15 Q-RCL2 Q-RCL1pd Q-RCL2pd 1 N k F oce 5-5 -1-15 -2-9 -6-3 3 6 9 12 2-9 -6-3 3 6 9-9 -6-3 3 6 9 12 2 15 Q-RCM 1 5-5 -1-15 -2-9 -6-3 3 6 9 12 Σχήμα 6. Βρόχοι υστέρησης δοκιμίων τετραγωνικής διατομής με λείες ράβδους ενισχυμένων με μανδύες Ο.Σ Στο Σχήμα 6 παρουσιάζονται οι βρόχοι υστέρησης των δοκιμίων. Η ροπή διαρροής και η ικανότητα παραμόρφωσης βελτιώθηκαν στα ενισχυμένα δοκίμια. Η βελτίωση ήταν ανεξάρτητη της 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 6

ύπαρξης μάτισης στο αρχικό υποστύλωμα. Ίδιου επιπέδου αυξήσεις παρατηρήθηκαν και στα υποστυλώματα με διαφορετική προετοιμασία της διεπιφάνειας, ενώ ακόμα και η ύπαρξη προγενέστερης βλάβης στο αρχικό υποστύλωμα δεν φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης. 3.2 Ενίσχυση με μανδύες Ο.Σ ορθογωνικών υποστυλωμάτων Τα δοκίμια με ορθογωνική διατομή ενισχύθηκαν με παρόμοιο τρόπο, αλλά ο διαμήκης οπλισμός του μανδύα ήταν 6Φ18 (νευροχάλυβας S5). Εξετάσθηκαν 3 δοκίμια (Πίνακας 4) με μήκος μάτισης 15Φ (R-RCL1), 3Φ(R-RCL1) και 45Φ(R-RCL1), αντίστοιχα. Η φέρουσα ικανότητα των δοκιμίων αυτών είναι παρόμοια (Σχήματα 7, 8) και προσέγγισε ή και ξεπέρασε τη θεωρητική τιμή της μονολιθικής διατομής. Λόγω των σημαντικών απαιτήσεων συνάφειας, παρατηρήθηκε κατά τις δοκιμές ρηγμάτωση και αποφλοίωση του μανδύα κατά μήκος των γωνιακών ράβδων, σε βαθμό αντιστρόφως ανάλογο του μήκους μάτισης. 4 3 R-RCL1 R-RCL3 R-RCL4 2 1-1 -2-3 -4-9 -6-3 3 6-6 -3 3 6-6 -3 3 6 9 Σχήμα 7. Βρόχοι υστέρησης δοκιμίων ορθογωνικής διατομής με νευροχάλυβα ενισχυμένων με μανδύες Ο.Σ. 4 3 2 1-1 R-L R-L1 R-L3 R-L4 R-RCL1 R-RCL3 R-RCL4-2 -3-4 -1-8 -6-4 -2 2 4 6 8 1 Σχήμα 8. Σύγκριση περιβαλλουσών βρόχων υστέρησης αρχικών ορθογωνικών δοκιμίων και δοκιμίων ενισχυμένων με μανδύα ΟΣ Η συμπεριφορά των ενισχυμένων δοκιμίων είναι παρόμοια με αυτή του μονολιθικού υποστυλώματος. Η δυσμενής επιρροή της πολύ κοντής μάτισης στα ορθογωνικής διατομής υποστυλώματα αν και περιορίστηκε σημαντικά, δεν εξαλείφθηκε πλήρως με την ενίσχυση. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 7

(α) (β) (γ) Σχήμα 9. Αστοχία ενισχυμένων δοκιμίων με μανδύα Ο.Σ. (α) τετραγωνικής διατομής και (β),(γ) ορθογωνικής διατομής Πίνακας 4. Χαρακτηριστικά υποστυλωμάτων ορθογωνικής διατομής ενισχυμένων με μανδύα Ο.Σ. Δοκίμιο Μήκος Στατικό ύψος f c (MPa) Παραμόρφωση ν=n/bhf μάτισης (mm) c Αρχικό δοκίμιο Μανδύας αστοχίας, θ u (%) R-RCL1 15Φ 6 36.7 55.3.66 4.2 R-RCL3 3Φ 65 36.8 55.3.66 3.8 R-RCL4 45Φ 6 36.3 55.3.52 4.7 4 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΝΔΥΑ ΙΟΠ 4.1 Ενίσχυση με ΙΟΠ υποστυλωμάτων τετραγωνικής διατομής με λείες ράβδους Εξετάσθηκε ως εναλλακτική του μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος η κατασκευή μανδύα από υφάσματα ανθρακονημάτων με Μέτρο Ελαστικότητας 23GPa, εφελκυστική αντοχή 345MPa και παραμόρφωση αστοχίας 1.5% στην κύρια διεύθυνση των ινών. Η ενίσχυση περιελάμβανε περίσφιγξη τμήματος της βάσης του υποστυλώματος (ύψους 3mm ή 6mm) με δύο ή τέσσερις στρώσεις υφάσματος, ονομαστικού πάχους.13mm η μια. Η επικόλληση των υφασμάτων έγινε με εποξειδική ρητίνη μετά από προσεκτικό καθαρισμό της επιφάνειας του υποστυλώματος από χαλαρά τμήματα και στρογγύλευση των γωνιών της διατομής. Τα χαρακτηριστικά των δοκιμίων συνοψίζονται στον Πίνακα 6. Από τα διαγράμματα δύναμης-μετακίνησης (Σχήμα 1, 11, 12) προκύπτει ότι η εφαρμογή των μανδυών ΙΟΠ προκαλεί μικρή αύξηση της αντοχής των μελών και μεγάλη αύξηση στην ικανότητα παραμόρφωσης. Ανεξαρτήτως του αριθμού των στρώσεων του ΙΟΠ και του μήκους μάτισης, η απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων ήταν πολύ καλύτερη αυτής των αρχικών, με κατά 2.5 φορές αυξημένη ικανότητα παραμόρφωσης και (συμβατική) παραμόρφωση αστοχίας από 4.7% μέχρι και 7%. Η αύξηση φέρουσας ικανότητας και η απομείωση της αντοχής με την ανακύκλιση είναι παρόμοιες στα δοκίμια με συνεχή οπλισμό (Σχήμα 1) και σε αυτά με μάτιση των οπλισμών (Σχήμα 11) και ανεξάρτητα του αριθμού των στρώσεων των ΙΟΠ και του ύψους εφαρμογής (Σχήμα 12). Σύγκριση της απόκρισης υποστυλωμάτων με συνεχή οπλισμό με αυτά με κοντή (15Φ) ή ενδιάμεση μάτιση (25Φ) με 2 ή 4 στρώσεις στρώσεις ΙΟΠ δείχνει ότι το μήκος της μάτισης δεν επηρεάζει τη φέρουσα ικανότητα, την ικανότητα παραμόρφωσης και το ρυθμό απομείωσης της αντοχής των ενισχυμένων στοιχείων. Εντούτοις, η μείωση του εύρους των βρόχων υστέρησης υποστυλωμάτων με μάτιση των οπλισμών, σε σύγκριση με αυτούς των στοιχείων με συνεχή οπλισμό δείχνει ότι η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας επηρεάζεται κάπως επί το δυσμενέστερο. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 8

Πίνακας 5. Χαρακτηριστικά υποστυλωμάτων τετραγωνικής διατομής ενισχυμένων με μανδύα ΙΟΠ Δοκίμιο Μήκος Στατικό Στρώσεις και f c Παραμόρφωση ν=n/bhf μάτισης ύψος (mm) ύψος ΙΟΠ (MPa) c αστοχίας, θ u (%) Q-P4H2-215 4 -.6m 28.2.44 > 6.9 Q-P4H1-215 4 -.3m 28.1.45 > 6.6 Q-P4H1a - 215 4 -.3m 28.2.45 2.2 Q-P2H2-215 2 -.6m 28.1.45 4.7 Q-P2H1-215 2 -.3m 28.2.4 5. Q-P4L1H2 15Φ 22 4 -.6m 3..4 6.8 Q-P4L1H1 15Φ 215 4 -.3m 27.5.44 6.2 Q-P2L1H2 15Φ 215 2 -.6m 3..4 6. Q-P4L2H2 25Φ 215 4 -.6m 3..42 6.9 Q-P2L2H2 25Φ 22 2 -.6m 3..43 6. 6 Q P2H1 6 Q P2H2 4 4 2 2 2 2 4 4 6 (α) 6 12 9 6 3 3 6 9 12 12 9 6 3 3 6 9 12 6 6 Q P4H1 Q P4H2 4 4 (β) 2 2 2 2 4 4 6 (γ) 6 12 9 6 3 3 6 9 12 12 9 6 3 3 6 9 12 6 6 Q-P4H1a Q L 4 4 (δ) 2-2 2 2-4 4-6 -12-9 -6-3 3 6 9 12 6 12 9 6 3 3 6 9 12 (ε) Σχήμα 1. Διαγράματα δύναμης- μετακίνησης ενισχυμένων με ΙΟΠ δοκιμίων με συνεχή οπλισμό (ζ) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 9

6 Q L1 6 Q L2 4 4 2 2 2 2 4 4 6 (α) 6 12 9 6 3 3 6 9 12 12 9 6 3 3 6 9 12 6 6 Q P2L1H2 Q P2L2H2 (β) 4 4 2 2 2 2 4 4 6 (γ) 6 12 9 6 3 3 6 9 12 12 9 6 3 3 6 9 12 6 6 Q P4L1H2 Q P4L2H2 4 4 (δ) 2 2 2 2 4 4 6 12 9 6 3 3 6 9 12 6 12 9 6 3 3 6 9 12 (ε) (ζ) Σχήμα 11. Διαγράμματα δύναμης-μετακίνησης τετραγωνικών δοκιμίων με μάτιση 15Φ (αριστερά) ή 25Φ (δεξιά): (α), (β) μη-ενισχυμένα δοκίμια, και ενισχυμένα με (γ),(δ) 2 στρώσεις ΙΟΠ, (ε),(ζ) 4 στρώσεις ΙΟΠ 6 4 Q P4L1H1 2 2 4 6 12 9 6 3 3 6 9 12 (α) Σχήμα 12. Τετραγωνικά υποστυλώματα με μάτιση 15Φ λείων οπλισμών και 4 στρώσεις ΙΟΠ σε ύψος από τη βάση: (α).3m; (β).6m. (β) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 1

4.1 Ενίσχυση με μανδύες ΙΟΠ ορθογωνικών υποστυλωμάτων με νευροχάλυβα Τα υποστυλώματα ορθογωνικής διατομής ενισχύθηκαν με μανδύες ΙΟΠ δύο ή πέντε στρώσεων, με τον ίδιο τρόπο όπως τα τετραγωνικής διατομής, αλλά σε ύψος.6m από τη βάση σ' όλα τα δοκίμια. 25 2 R L R P5L R P2L 15 1 5 5 1 15 2 25 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 25 2 15 1 R L1 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 R P5L1(15D) 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 R P2L1(15D) 5 5 1 15 2 25 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 25 2 15 1 R L3 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 R P5L3(3D) 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 R P2L3(3D) 5 5 1 15 2 25 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 25 2 R L4 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 R-P5L4(45D) 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 R-P2L4(45D) 15 1 5 5 1 15 2 25 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1-1 -8-6 -4-2 2 4 6 8 1-1 -8-6 -4-2 2 4 6 8 1 Σχήμα 13. Βρόχοι υστέρησης ορθογωνικών δοκιμίων με νευροχάλυβα ενισχυμένων με μανδύες ΙΟΠ Τα αποτελέσματα των δοκιμών (Σχήμα 13) έδειξαν ότι, αν και υπήρξε σημαντική βελτίωση της απόκρισης των δοκιμίων μετά την ενίσχυση, η αποτελεσματικότητα ήταν μικρότερη απ' ότι στην περίπτωση των υποστυλωμάτων τετραγωνικής διατομής με λείες ράβδους. Στο υποστύλωμα με το μικρότερο μήκος μάτισης (R-P5L1), η ενίσχυση αναβάθμισε την αντοχή του στοιχείου στο 9% 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 11

αυτής του δοκιμίου ελέγχου με συνεχείς οπλισμούς, ενώ σε αυτά με μεγαλύτερο μήκος μάτισης (R-P5L3 και R-P5L4) η αντοχή ξεπέρασε αυτή του μη-ενισχυμένου. Η ρηγμάτωση του σκυροδέματος της επικάλυψης μπροστά από το σημείο τερματισμού των αναμονών λόγω αυξημένων τάσεων αιχμής που παρατηρήθηκε στα μη-ενισχυμένα δοκίμια ελέγχου, δεν εμφανίσθηκε στα ενισχυμένα με ΙΟΠ υποστυλώματα. Παρά το γεγονός ότι η συμβατική παραμόρφωση αστοχίας των ενισχυμένων υποστυλωμάτων με ματίσεις ξεπέρασε το 3.4% σε όλες τις περιπτώσεις, η δυσμενής επιρροή των ματίσεων μετά την ενίσχυση παραμένει αισθητή, κυρίως για πολύ μικρά μήκη μάτισης. Τέλος, παρά τη σημαντική διόγκωση του σκυροδέματος στο εσωτερικό του μανδύα ΙΟΠ, σε κανένα υποστύλωμα ενισχυμένο με πέντε στρώσεις ΙΟΠ δεν συνέβη θραύση του μανδύα. Πίνακας 6. Χαρακτηριστικά υποστυλωμάτων ορθογωνικής διατομής ενισχυμένα με μανδύα ΙΟΠ Δοκίμιο Μήκος μάτισης (mm) Στατικό Στρώσεις και ύψος (mm) ύψος FRP f c (MPa) ν=n/bhf c Παραμόρφωση αστοχίας, θ u (%) R-P5L - 46 5 -.6m 32.9.23 5.3 R-P5L1 15Φ 465 5 -.6m 27..28 5. R-P5L3 3Φ 47 5 -.6m 27..29 > 5.6 R-P5L4 45Φ 47 5 -.6m 27..29 > 5.6 R-P2L - 462 2 -.6m 32.9.23 4.4 R-P2L1 15Φ 46 2 -.6m 26.9.3 3.4 R-P2L3 3Φ 47 2 -.6m 26.9.28 4.7 R-P2L4 45Φ 47 2 -.6m 26.2.28 5.6 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Υποστυλώματα οπλισμένα με τους παλιούς κανονισμούς και λείο οπλισμό έχουν μικρή ικανότητα παραμόρφωσης υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. η οποία πάντως δεν επηρεάζεται περαιτέρω από τη μάτιση των διαμήκων ράβδων (τουλάχιστον για μάτιση μεγαλύτερη από 15Φ). Η ενίσχυσή τους με μανδύα Ο.Σ. αυξάνει την αντοχή και την ικανότητα παραμόρφωσής τους σε επίπεδα αποδεκτά για αντισεισμική συμπεριφορά, ασχέτως της ύπαρξης ή του μήκους της μάτισης. Τυχόν προγενέστερη βλάβη και ο τρόπος σύνδεσης του μανδύα με το παλαιό στοιχείο δεν επηρεάζουν ουσιωδώς την αποτελεσματικότητα των μανδυών. Η ενίσχυση με μανδύες ΙΟΠ αυξάνει λίγο την αντοχή των ενισχυμένων στοιχείων. και σημαντικά την ικανότητα παραμόρφωσής τους. Η αύξηση του αριθμού των στρώσεων ΙΟΠ αυξάνει την αποτελεσματικότητά του,. όχι όμως αναλογικά. Η ύπαρξη ή το μήκος μάτισης δεν επηρεάζει την αποδοτικότητα της ενίσχυσης με ΙΟΠ. Μικρή ικανότητα παραμόρφωσης υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση είχαν και τα ορθογωνικά υποστυλώματα με νευροχάλυβα. Η μάτιση είχε αρκετά δυσμενή επιρροή. ειδικά για πολύ μικρά μήκη ματίσεων (15Φ). Μανδύες Ο.Σ. αυξάνουν εξαιρετικά την αντοχή και την ικανότητα παραμόρφωσης των υποστυλωμάτων αυτής της κατηγορίας. χωρίς όμως να εξαλείφεται πλήρως η δυσμενής επίδραση πολύ κοντών ματίσεων. Η ενίσχυση με μανδύες ΙΟΠ είναι αποτελεσματική με μικρή αύξηση της αποδοτικότητας με αύξηση του αριθμού των στρώσεων από δύο σε πέντε. Αν και σε κάθε περίπτωση η ενίσχυση με ΙΟΠ αύξησε την ικανότητα παραμόρφωσης, η δυσμενής επίδραση των πολύ κοντών ματίσεων ήταν αισθητή και μετά την ενίσχυση. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η έρευνα υποστηρίχθηκε μερικώς απο το ΝΑΤΟ Science for Peace Program και μερικώς από το πρόγραμμα SPEAR (G6RD-21-525) της Ευρωπαϊκής Ένωσης. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου., 26 12