ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΟΔΟΚΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΕΝΑΝΤΙ ΑΝΑΚΥΚΛΙΖΟΜΕΝΗΣ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΩΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΑΠΟΚΤΗΣΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΣΑΡΔΕΛΗ Π. ΔΗΜΗΤΡΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ Χ. ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ 2013 ΠΑΤΡΑ

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στην παρούσα διατριβή του Διπλώματος Ειδίκευσης διερευνάται πειραματικά η ενίσχυση έναντι διάτμησης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με χρήση ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα, υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Η διατριβή εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, στην κατεύθυνση του Αντισεισμικού Σχεδιασμού των Κατασκευών. Η παρασκευή των δοκιμίων καθώς και η διεξαγωγή των πειραματικών δοκιμών πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος από το Απρίλιο του 2012 έως τον Φεβρουάριο του 2013. Επιβλέπων της διατριβής, διετέλεσε ο Καθηγητής και Διευθυντής του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών, κ. Τριανταφύλλου Αθανάσιος, τον οποίο θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά για την πολύτιμη βοήθεια και αμέριστη συμπαράστασή του σε κάθε στάδιο εκπόνησης της εργασίας αυτής. Οι εύστοχες παρατηρήσεις του αποσκοπούσαν στην ουσιαστική κατανόηση της πειραματικής διαδικασίας. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω την Επίκουρη Καθηγήτρια, κ. Παπανικολάου Αικατερίνη, για τις χρήσιμες συμβουλές της κατά την διάρκεια της πειραματικής δοκιμής και τον χρόνο που αφιέρωσε για την μελέτη και εξέταση της παρούσας διατριβής ως μέλος της τριμελούς επιτροπής εξέτασης. Θα ήθελα να ευχαριστήσω, ακόμη, τον Καθηγητή, κ. Δρίτσο Στέφανο για τον χρόνο που αφιέρωσε για την μελέτη και εξέταση της παρούσης διατριβής, ως μέλος της τριμελούς επιτροπής εξέτασης. Για την αγαστή συνεργασία και την πολύτιμη αρωγή της σε κάθε επίπεδο, θα ήθελα να ευχαριστήσω την κ. Τζουρά Ευφροσύνη, υποψήφια διδάκτορα του Τμήματος. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους κκ. Καφφετζάκη Μιχαήλ και Κούτα Λάμπρο, υποψήφιους διδάκτορες του Τμήματος, για την δημιουργία ενός κλίματος συνεργασίας και αλληλοκατανόησης. Ευχαριστώ, επίσης τον κ. Κάρλο Κυριάκο για την βοήθεια του κατά την εκπόνηση της παρούσης διατριβής. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον μεταπτυχιακό φοιτητή Κατσάπη Παναγιώτη και τους προπτυχιακούς φοιτητές Μαρούδα Σπυρίδωνα, Μιχαήλ Αντωνία και Μαραμπέα Ιωάννη για την άψογη συνεργασία. i

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας διατριβής, είναι η κατά βάση πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς διατάξεων ενίσχυσης πλακοδοκών Οπλισμένου Σκυροδέματος, έναντι τέμνουσας υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, με χρήση πλεγμάτων συνεχών ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90, σε ανόργανη μήτρα κονιάματος με βάση το τσιμέντο (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας). Η τεχνική αυτή, αρχικά εφαρμόστηκε με την μορφή τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ μορφής U, με στόχο την διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των ανοιχτών μανδυών ΙΑΜ στην αύξηση της ικανότητας ανάληψης τέμνουσας δύναμης, καθώς και του ρόλου του αριθμού των στρώσεων στην εν λόγω πιθανή αύξηση. Στην συνέχεια, στην προσπάθεια αντιμετώπισης των αδυναμιών των «ανοιχτών» μανδυών, δηλαδή της συνήθους τεχνικής ενίσχυσης δοκών σε τέμνουσα, εφαρμόστηκε ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του μανδύα, αποτελούμενη από καμπύλα μεταλλικά ελάσματα που συγκρατούσαν τον μανδύα και μετέφεραν τις δυνάμεις μέσω μηχανικών αγκυρίων στην μάζα της πλάκας σκυροδέματος της δοκού. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα που εξήχθησαν, ήταν δυνατή η σύγκριση των παραπάνω διατάξεων ενίσχυσης και η εξαγωγή σημαντικών συμπερασμάτων για την πρωτοπόρα τεχνική ενίσχυσης σε τέμνουσα δύναμη πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με χρήση Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας. Σχετικά με τη δομή της διατριβής, αυτή αποτελείται από έξι Κεφάλαια τα οποία με την σειρά τους διαχωρίζονται σε κατάλληλες ενότητες, υποενότητες και παραγράφους. Συνοπτικά περιγράφεται παρακάτω το περιεχόμενο κάθε Κεφαλαίου. Στο πρώτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται μία εισαγωγή για την ανάγκη διατμητικής ενίσχυσης των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Παρουσιάζεται η γενική κατεύθυνση των σύγχρονων Αντισεισμικών Κανονισμών, με στόχο την κατανόηση της συμπεριφοράς της κατασκευής και των μελών της κατά την σεισμική διέγερση και τους λόγους που οδηγούν στην ανάγκη διατμητικής ενίσχυσης των δοκών οπλισμένου σκυροδέματος. Εν συνεχεία, πραγματοποιείται μια παρουσίαση των συμβατικών τεχνικών διατμητικής ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με την εξέλιξή τους, καθώς και τις αδυναμίες που προκύπτουν, με βάση γενικά κριτήρια που ορίζει ο Κανονισμός Επεμβάσεων, οδηγώντας στην ανάγκη αναζήτησης νέας τεχνικής. Τέλος, ii

τίθεται το πρόβλημα που εξετάζεται στην παρούσα διατριβή, με ανάλογη παρουσίαση της γενικής ιδέας των νέων διατάξεων ενίσχυσης που εξετάζονται. Στο δεύτερο Κεφάλαιο πραγματοποιείται μία παρουσίαση των Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας. Παρουσιάζονται πληροφορίες για τις ίνες που απαρτίζουν τα πλέγματα, τους τύπους των πλεγμάτων σύνθετων υλικών, τους τύπους ανόργανης μήτρας και τη συνάφεια μεταξύ πλεγμάτων και μητρικού υλικού. Στην συνέχεια, γίνεται αναφορά στις εφαρμογές των στοιχείων από Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα στις νέες κατασκευές, ενώ ακολουθεί βιβλιογραφική ανασκόπηση για τον (περιορισμένο) αριθμό ερευνητικών εργασιών που αφορούν την εφαρμογή Ινοπλεγμάτων σε Ανόργανη Μήτρα στο πεδίο των ενισχύσεων των κατασκευών, διαπιστώνοντας παράλληλα ότι τα ΙΑΜ δεν έχουν εφαρμοστεί μέχρι σήμερα στη μορφή τρίπλευρου μανδύα για την διατμητική ενίσχυση πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος. Τέλος, στην βιβλιογραφική ανασκόπηση προστίθενται δύο ερευνητικές εργασίες που παρουσιάζουν τεχνικές αγκύρωσης των άκρων τρίπλευρων μανδυών ινοπλισμένων πολυμερών, παρόμοιες με αυτή που εφαρμόσαμε στην παρούσα διατριβή. Στο τρίτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται λεπτομερής παρουσίαση της πειραματικής διαδικασίας που ακολουθήθηκε για την παρασκευή των δοκιμίων. Συγκεκριμένα, αρχικά παρουσιάζεται ο τρόπος που πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός των δοκιμίων, οι οπλισμοί που προέκυψαν, η γεωμετρία τους και οι παράμετροι που καλούμαστε να διερευνήσουμε. Στην συνέχεια, περιγράφεται η διαδικασία κατασκευής των δοκιμίων, η διαδικασία ενίσχυσής τους και η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε, με τελική αναφορά στα χρησιμοποιούμενα υλικά και τις ιδιότητές τους. Στο τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται όλα τα πειραματικά αποτελέσματα, με την μορφή διαγραμμάτων των πειραματικά μετρημένων μεγεθών, δηλαδή του φορτίου καταγραφής του εμβόλου και της σχετικής μετακίνησής του. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται αυτοτελώς για κάθε δοκίμιο, αλλά και συγκριτικά, ενώ ακολουθεί σχολιασμός και σύγκριση των αποτελεσμάτων.τέλος, παρατίθενται τα διαγράμματα των πειραματικών μετρημένων μεγεθών των αισθητήρων, που είχαν επικολληθεί κάτω από το έμβολο, για λόγους πληρότητας και επιβεβαίωσης των αποτελεσμάτων του εμβόλου. Στο πέμπτο Κεφάλαιο, με τίτλο «Αποδοτικότητα διατάξεων ενίσχυσης», παρουσιάζεται αρχικά ο τρόπος ανάληψης τέμνουσας δύναμης από τα σύνθετα υλικά και iii

το πρώτο προσομοίωμα που έχει προταθεί για τον υπολογισμό της συνεισφοράς των Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας στην ανάληψη τέμνουσας δύναμης. Ακολουθούν υπολογισμοί, μέσω των οποίων ποσοτικοποιείται η αποδοτικότητα κάθε διάταξης ενίσχυσης και επιχειρείται η κατανόηση των αδυναμιών που προκύπτουν από την εφαρμογή του προσομοιώματος. Τέλος, στο έκτο και τελευταίο Κεφάλαιο, πραγματοποιείται μία συνοπτική περίληψη του συνόλου της παρούσας διατριβής, με την παράθεση των βασικότερων συμπερασμάτων που προκύπτουν, ενώ γίνεται αναφορά σε προτάσεις για μελλοντική έρευνα, σχετικές με το αντικείμενο της παρούσας διατριβής. iv

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα ΠΡΟΛΟΓΟΣ i ΠΕΡΙΛΗΨΗ ii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ v ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ix ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ xiii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ xvi 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 1.1 Η ΑΝΑΓΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ 1 1.2 Η ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ 2 1.3 Η ΑΝΑΓΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΠΛΑΚΟΔΟΚΩΝ Ο.Σ. 5 1.4 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΟΔΟΚΩΝ Ο.Σ ΜΕ ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΙ Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥΣ 6 1.4.1 Ενίσχυση με μανδύες Ο.Σ. 8 1.4.2 Ενίσχυση με εξωτερικά μεταλλικά στοιχεία 1.4.3 Ενίσχυση με προσθήκη εξωτερικών χαλύβδινων ελασμάτων 10 1.4.4 Ενίσχυση με προσθήκη εξωτερικών επικολλούμενων φύλλων από ινοπλισμένα πολυμερή 12 1.4.4.1 Συνοπτική παρουσίαση σύνθετων υλικών 12 1.4.4.2 Μέθοδοι ενίσχυσης δοκών σε τέμνουσα με χρήση ΙΟΠ 16 1.4.5 Αδυναμίες μεθόδων και ανάγκη αναζήτησης νέας τεχνικής ενίσχυσης 19 1.5 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ 22 2. ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ 24 2.1 ΓΕΝΙΚΑ 24 2.2 ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ 25 2.2.1 Ίνες 25 2.2.2.1 Ίνες άνθρακα 26 v

2.2.2.2 Ίνες υαλού 27 2.2.2.3 Ίνες αραμιδίου 28 2.2.2.4 Ίνες βασάλτη 28 2.2.2 Κλώνοι ινών 29 2.2.3 Πλέγματα ινών 29 2.3 ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ 30 2.3.1 Γενικά 30 2.3.2 Συνήθη κονιάματα ανόργανης μήτρας 31 2.3.3 Κονιάματα που περιέχουν πολυμερή 32 2.3.4 Σκυροδέματα με μη συμβατική κονία 32 2.4 ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΚΑΙ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ 33 2.5 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΑΠΟ ΙΑΜ 34 2.6 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΩΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ 42 2.6.1 Ενίσχυση έναντι κάμψης 44 2.6.2 Περίσφιγξη άοπλου και οπλισμένου σκυροδέματος 46 2.6.3 Αύξηση πλαστιμότητας σε υποστυλώματα 48 2.6.4 Ενίσχυση έναντι τέμνουσας 50 2.6.5 Ενίσχυση φέρουσας τοιχοποιίας 51 2.6.6 Ενίσχυση πλάκας οπλισμένου σκυροδέματος 53 2.7 ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΓΚΥΡΩΣΗΣ ΤΩΝ ΑΚΡΩΝ ΤΟΥ ΜΑΝΔΥΑ 54 2.8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 57 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 59 3.1 ΓΕΝΙΚΑ 59 3.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ 60 3.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ 65 3.3.1 Γενικά 65 3.3.2 Ονοματολογία δοκιμίων και παράμετροι διερεύνησης 65 3.3.3 Γεωμετρία και οπλισμός δοκιμίων 67 3.3.4 Διατάξεις ενίσχυσης 71 3.4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΑΚΑΣΙΑ 76 vi

3.5 ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΟΚΙΜΙΩΝ 80 3.5.1 Γενικά 80 3.5.2 Κατασκευή δοκιμίων 80 3.5.3 Ενίσχυση δοκιμίων 83 3.5.3.1 Ενίσχυση δοκιμίων χωρίς αγκύρωση των άκρων του μανδύα U 83 3.5.3.2 Ενίσχυση δοκιμίων με αγκύρωση των άκρων του μανδύα U 85 3.6 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ 88 3.6.1 Γενικά 88 3.6.2 Σκυρόδεμα 88 3.6.3 Χάλυβας 91 3.6.4 Ανόργανη μήτρα κονιάματος 91 3.6.5 Ινοπλέγματα 96 3.6.6 Ρητίνη πληρώσεως των οπών 98 4. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 99 4.1 ΓΕΝΙΚΑ 99 4.2 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΚΑΘΕ ΔΟΚΙΜΙΟΥ 99 4.2.1 Δοκίμιο αναφοράς Control 99 4.2.2 Δοκίμιο 1L_NA 103 4.2.3 Δοκίμιο 2L_NA 107 4.2.4 Δοκίμιο 2L_A(10) 111 4.2.5 Δοκίμιο 2L_A(15)* 116 4.2.6 Δοκίμιο 2L_A(15) 119 4.3 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ 123 4.3.1 Περιβάλλουσες φορτίου - μετακίνησης 123 4.3.2 Καταγραφές αισθητήρων 129 5. ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ 133 5.1 ΑΝΑΛΗΨΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΔΥΝΑΜΗΣ ΑΠΟ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ 133 5.2 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΑΝΔΥΩΝ ΙΑΜ 134 5.3 ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΜΑΝΔΥΩΝ U 135 vii

5.4 ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΜΑΝΔΥΩΝ U ΜΕ ΕΙΔΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΑΓΚΥΡΩΣΗΣ ΤΩΝ ΑΚΡΩΝ 137 5.4.1 Γενικά 137 5.4.2 Αποδοτικότητα ενίσχυσης 137 6. ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ 141 6.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 141 6.2 ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 142 6.3 ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ 144 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 147 viii

Κατάλογος Σχημάτων Σελίδα 1.1 (α) Τυπική πλάστιμη συμπεριφορά υπό οιονεί-μονοτονική φόρτιση, (β) Τυπική πλάστιμη συμπεριφορά υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, (γ) Τυπική ψαθυρή συμπεριφορά υπό οιονεί-μονοτονική φόρτιση, (δ) Τυπική ψαθυρή συμπεριφορά 3 υπό αναλυκλιζόμενη φόρτιση. 1.2 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες κλειστού μανδύα Ο.Σ. δοκού, 1.Παλαιός οπλισμός, 2.Πρόσθετος οπλισμός, 3.Πρόσθετοι συνδετήρες, 4.Ράβδοι συνδέσεως, 7 5.Μανδύας σκυροδέματος, 6.Συγκόλληση. 1.3 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατμητικής ενίσχυσης δοκού με εξωτερικά μεταλλικά στοιχεία, 1.Υπάρχουσα δοκός, 2.Εξωτερικός χαλύβδινος συνδετήρας, 9 3.Χαλύβδινο έλασμα, 4.Βίδα, 5.Χαλύβδινη γωνιά, 6.Ηλεκτροσυγκόλληση. 1.4 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατμητικής ενίσχυσης δοκού με προσθήκη πλευρικών μεταλλικών ελασμάτων που κοχλιώνονται. 10 1.5 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατμητικής ενίσχυσης δοκού με προσθήκη πλευρικών μεταλλικών ελασμάτων με ειδική πολυμερική κόλλα ως συνδετικό 12 υλικό με την υπάρχουσα δοκό. 1.6 Τομή ελάσματος σύνθετου υλικού σε μεγέθυνση. 13 1.7 Ενδεικτικές διατάξεις ενίσχυσης: (α) Με ύφασμα σύνθετων υλικών, (β) Με λωρίδες σύνθετων υλικών, πλάτους b f,τοποθετημένες ανά ίσες αποστάσεις S f. 17 1.8 Ενδεικτικές διατάξεις ενίσχυσης: (α) Δίπλευρη ενίσχυση σύνθετων υλικών, (β)-(γ) Τρίπλευρη ενίσχυση σύνθετων υλικών πάχους t f. 17 1.9 Ενδεικτικές διατάξεις αγκυρώσεων τρίπλευρου μανδύα: (α) Ιδανική περίπτωση κλειστής ενίσχυσης με πλήρη περιτύλιξη περιμετρικά του κορμού της δοκού, (β) Αγκύρωση στο πέλμα της δοκού, (γ) Αγκύρωση στην θλιβόμενη ζώνη του σκυροδέματος, δ) Αγκύρωση με χρήση πρόσθετων ράβδων σε εγκοπές στο 18 πέλμα της δοκού, (ε) Χαρακτηριστική λεπτομέρεια αγκύρωσης χρήσης ράβδου σε εγκοπή. 1.10 Εξεταζόμενοι μέθοδοι ενίσχυσης και διατάξεις αγκύρωσης των άκρων του τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ. 23 3.1 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης παραμόρφωσης για διάφορους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα 25 [Τριανταφύλλου 2006]. 2.2 Πλέγματα ινών, (α) δύο διευθύνσεων με προσανατολισμό ινών κάθετο 0 /90, (β) τρισδιάστατο πλέγμα, (γ) κυκλικό πλέγμα με διάταξη παραγωγής του. 30 2.3 (α)κλώνος ινών με μερικώς εμποτισμένες ίνες (συνάφεια των περιφερειακών ινών μεγαλύτερη από αυτή των εσωτερικών), (β) εισχώρηση πολυμερών στον κλώνο και πλήρης εμποτισμός όλων των ινών του (συνάφεια των περιφερειακών 34 ινών μικρότερη από αυτή των εσωτερικών). 2.4 Εναλλακτικός τρόπος εφαρμογής της ενίσχυσης (Triantafillou et al 2006). 46 ix

2.5 Λεπτομέρειες οπλισμού πρισματικών δοκιμίων (Triantafillou et al 2006). 47 2.6 Λεπτομέρειες όπλισης και διάταξης δοκιμίων υποστυλωμάτων (Triantafillou et al 2006). 49 2.7 Λεπτομέρειες όπλισης δοκών ενισχυμένων σε διάτμηση (Triantafillou and Papanicolaou 2006). 50 2.8 Εφαρμογή πλέγματος σε ελικοειδή διάταξη για ενίσχυση δοκού έναντι διάτμησης (Triantafillou and Papanicolaou 2006). 51 2.9 (α) Εφαρμογή ινοπλεγμάτων σε κονίαμα (β) πειραματική διάταξη (Papanicolaou et al. 2007). 52 2.10 (α) Γεωμετρία και (β) λεπτομέρειες οπλισμού δοκιμίων [Papanicolaou et al. 2009]. 53 2.11 Σχηματική απεικόνιση διάταξης μηχανικής αγκύρωσης του μανδύα ΙΟΠ. 55 2.12 Διατμητικές τάσεις στις διεπιφάνειες κοχλίες-υφάσματος και υφάσματοςσκυροδέματος. 55 2.13 Τέσσερις μέθοδοι μηχανικής αγκύρωσης του μανδύα ΙΟΠ, με χρήση κοχλιών, ελασμάτων ή και ήλων. 56 3.1 Γεωμετρική μορφή δοκιμίου με διαστάσεις διατομής. 61 3.2 Διαγράμματα ροπών και για τις δύο φορές της σεισμικής δράσης ενός πλαισίου που αναπαριστά έναν τυπικό όροφο. 61 3.3 Τελική μορφή δοκιμίου με θέση τοποθέτησης εμβόλου άσκησης φορτίου. 62 3.4 Διαγράμματα εντατικών μεγεθών προσομοιωμένου δοκού με υπεροπλισμένο θεμέλιο στο άκρο του. 62 3.5 Γεωμετρική μορφή δοκιμίου και διαστάσεις διατομών (σε m). 68 3.6 (α) Τομή δοκιμίου, (β) Κάτοψη θεμελίου δοκιμίου, (γ) Όψη θεμελίου δοκιμίου. 69 3.7 (α) Διατομή πλακοδοκού με διαμήκεις οπλισμούς, (β) Λεπτομέρειες αγκύρωσης διαμήκων οπλισμών πλακοδοκού. 70 3.8 Οπλισμοί που χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία του πλέγματος του θεμελίου του δοκιμίου: (α) Οπλισμοί πλέγματος θεμελίου ονομαστικής διαμέτρου 16mm, (β) Κατακόρυφοι οπλισμοί πλέγματος θεμελίου ονομαστικής διαμέτρου 70 16mm, (γ) Οριζόντιοι οπλισμοί πλέγματος θεμελίου ονομαστικής διαμέτρου 16mm. 3.9 Διάταξη ενίσχυσης δύο πρώτων δοκιμίων, με μία ή δύο στρώσεις Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα, χωρίς κάποια διάταξη αγκύρωσης των άκρων 72 του μανδύα U. 3.10 Διάταξη ενίσχυσης τρίτου δοκιμίου 2L_A(10), με δύο στρώσεις Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα και ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του 73 μανδύα U, με τα αγκύρια να εφαρμόζονται περίπου κατακόρυφα στην πλάκα. 3.11 Διάταξη ενίσχυσης δοκιμίου 2L_A(15), με δύο στρώσεις Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα και ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του μανδύα U, με τα 74 x

αγκύρια να εφαρμόζονται σε γωνία 45 στην πλάκα. 3.12 Λεπτομέρειες μεταλλικών ελασμάτων που χρησιμοποιούνται στην αγκύρωση των άκρων του μανδύα U, (α) Λεπτομέρεια καμπύλου μεταλλικού ελάσματος, (β) Καμπύλο μεταλλικό έλασμα που χρησιμοποιήθηκε στην αγκύρωση του δοκιμίου 2L_A(10), (γ) Καμπύλο μεταλλικό έλασμα που χρησιμοποιήθηκε στην αγκύρωση 74 του δοκιμίου 2L_A(15)*, (δ) Καμπύλο μεταλλικό έλασμα που χρησιμοποιήθηκε στην αγκύρωση του τελευταίου δοκιμίου 2L_A(15). 3.13 Ιστορία οριζόντιας φόρτισης των δοκιμίων. 77 3.14 Γενική μορφή πειραματικής διάταξης. 78 3.15 Γενική μορφή πειραματικής διάταξης. 78 3.16 Αρχή λειτουργίας αισθητήρα μεταβλητής αντίστασης. 79 3.17 Μηχανή για τον προσδιορισμό θλιπτικής αντοχής των κυβικών δοκιμίων σκυροδέματος. 89 4.1 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου αναφοράς Control. 100 4.2 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου αναφοράς Control. 101 4.3 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 1L_NA. 103 4.4 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 1L_ΝΑ. 105 4.5 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_NA. 108 4.6 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_ΝΑ. 109 4.7 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(10). 112 4.8 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(10). 112 4.9 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15)*. 117 4.10 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15)*. 117 4.11 Διάγραμμα φορτίου-μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15). 120 4.12 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15). 121 4.13 Συγκριτική παρουσίαση περιβάλλουσας βρόγχων υστέρησης δύναμης εμβόλου μετακίνησης των πέντε δοκιμίων με την ίδια ιστορία φόρτισης. 124 4.14 Συγκριτική παρουσίαση μέσης δυσκαμψίας συναρτήσει της σχετικής μετακίνησης των πέντε δοκιμίων με την ίδια ιστορία φόρτισης. 127 4.15 Συγκριτική παρουσίαση περιβάλλουσας βρόγχων υστέρησης φορτίουμετακίνησης των δοκιμίων, 2L_A(15) και 2L_A(15)*, με την ίδια διάταξη 128 ενίσχυσης και διαφορετικό βήμα μετατόπισης ανά κύκλο στην ιστορία φόρτισης. 4.16 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου αναφοράς Control. 130 xi

4.17 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 1L_NA. 130 4.18 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_NA. 131 4.19 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(10). 131 4.20 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15)*. 132 4.21 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15). 132 5.1 Μηχανισμός ανάληψης τέμνουσας δύναμης από τα σύνθετα υλικά σε λοξή ρωγμή (Triantafillou 1998). 133 5.2 Συμβολή ανάληψης τέμνουσας δύναμης από τα ινοπλέγματα με ίνες σε δύο ορθογωνικές διευθύνσεις (Triantafillou and Papanicolaou 2006). 134 xii

Κατάλογος Εικόνων Σελίδα 1.1 Φύλλο και ύφασμα ενίσχυσης από συνεχείς ίνες που χρησιμοποιούνται στα συστήματα υγρής εφαρμογής. 15 1.2 Παράδειγμα εφαρμογής προκατασκευασμένων στοιχείων: (α) Γωνιά, (β)-(γ) Εφαρμογή γωνιών για την ενίσχυση δοκού σε διάτμηση, (δ) Τοποθέτηση ράβδων 16 σε εγκοπή. 1.3 Αποκόλληση οπλισμών διάτμησης. 18 2.1 Εφαρμογή στοιχείων όψεως από ΙΑΜ στο Πολυτεχνείου του Aachen. 36 2.2 Προσόψεις κτιρίων που έχουν γίνει εφαρμογή στοιχείων ΙΑΜ. 36 2.3 Στοιχεία τύπου σάντουιτς από ΙΑΜ : (α) Πλέγμα τριών διαστάσεων, (β) Στοιχείο σάντουιτς [ΙΤΑ, ΙΜΒ RWTH Aachen University]. 37 2.4 Παραπέτασμα από ΙΑΜ (Τechnical University Dresden). 37 2.5 Δεξαμενή επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (RWTH Aachen & Mall). 38 2.6 Ηχοπετάσματα: (α) ανάκλασης (Durapact-Fydro), (β) ανάκλασης και απορρόφησης (Durapact-Fydro). 39 2.7 Στοιχεία προστασίας αναχωμάτων (Fydro). 39 2.8 Πρόταση στεγανοποίησης και καμπτικής ενίσχυσης τοίχου υπογείου (Hinzen et al 2006). 39 2.9 Κατασκευές από ΙΑΜ που παραλαμβάνουν φορτία. 40 2.10 Προκατασκευασμένα στοιχεία εγκιβωτισμού για κατασκευή πλακών και τοίχων από οπλισμένο σκυρόδεμα. 41 2.11 Εξώστης από ΙΑΜ α) Διατομή εξώστη ΙΑΜ και β) Ινόπλεγμα με ράβδους οπλισμού. 41 2.12 Τομή συστήματος εξωτερικής θερμομόνωσης από ΙΑΜ. 42 2.13 (α) Λυγισμός ράβδων δοκιμίου ελέγχου, (β) Θραύση ινών μανδύα από ΙΟΠ, (γ) Μανδύας από ΙΑΜ χωρίς βλάβη στο τέλος της δοκιμής (Triantafillou et al 49 2006). 3.1 Απεικονίσεις διάταξης οπλισμών δοκιμίου και λεπτομέρειες όπλισης. 71 3.2 Πλαίσιο διαξονικής καταπόνησης του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών. 77 3.3 Αισθητήρας μεταβλητής αντίστασης. 79 3.4 (α) Μεταλλικός κλωβός, (β) Δοκίμιο πριν την σκυροδέτηση σε μεταλλικό καλούπι. 81 3.5 (α) Πρώτη φάση σκυροδέτησης θεμελίου με ταυτόχρονη δόνηση, (β) Κυβικές μήτρες για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων του σκυροδέματος. 82 3.6 Τελική μορφή των δοκιμίων μετά το ξεκαλούπωμα. 82 3.7 (α) Ζυγαριά ακριβείας, (β) Μηχανικός αναδευτήρας, (γ) Παρασκευή κονιάματος με ανάμιξη των δύο συστατικών, (δ) Έτοιμο κονίαμα. 84 3.8 (α) Αρχική επίστρωση με κονίαμα, (β) Εμποτισμός του πλέγματος με κονίαμα, (γ) Τελική επίστρωση του πλέγματος με κονίαμα, (δ) Ενδιάμεση φάση επίστρω- 85 xiii

σης τελικής στρώσης κονιάματος, (ε) Τελική μορφή δοκιμίου μετά την ενίσχυση. 3.9 (α) Μορφή ενισχυμένου δοκιμίου με δύο στρώσεις ΙΑΜ, (β) Εφαρμογή καμπύλης μεταλλικής γωνιάς, (γ) Μορφή δοκιμίου με διάνοιξη οπών στην πλάκα 86 του δοκιμίου. 3.10 (α) Καθαρισμός οπών με ειδικό εργαλείο, (β) Καθαρισμός οπών με χρήση συμπιεσμένου αέρα, (γ) Εφαρμογή ρητίνης πληρώσεως με την βοήθεια πιστολιού σιλικόνης, (δ) Εισαγωγή μηχανικών αγκυρίων στις πληρωμένες με ρητίνη οπές, 87 (ε) Τελική μορφή ενισχυμένου δοκιμίου με αγκύρωση των άκρων, (στ) Εφαρμογή δυναμόκλειδου στα μηχανικά αγκύρια. 3.11 Δοκιμή θλίψης κυβικού δοκιμίου σκυροδέματος πρότυπων διαστάσεων. 89 3.12 Μηχανή διεξαγωγής πειραματικών μετρήσεων. 93 3.13 Παρασκευή πρισματικών δοκιμίων. 93 3.14 Προσδιορισμός καμπτικής αντοχής. 94 3.15 Προσδιορισμός θλιπτικής αντοχής. 94 3.16 Πλέγμα ινών άνθρακα που χρησιμοποιήθηκε σε κάθε ενίσχυση. 97 3.17 Ρητίνη πληρώσεως των οπών των αγκυρίων. 98 4.1 Εμφάνιση πρώτης διατμητικής ρωγμής, δοκιμίου αναφοράς Control. 100 4.2 Εξέλιξη διατμητικών ρωγμών δοκιμίου αναφοράς Control. 101 4.3 Άποψη του δοκιμίου 1L_NA πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής. 104 4.4 Άποψη του δοκιμίου 1L_NA (α) λίγο μετά την έναρξη της πειραματικής 104 δοκιμής, (β) λίγο μετά το πέρας της πειραματικής δοκιμής. 4.5 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 1L_NA μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία, (α) πλευρά της βασικής 106 όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης. 4.6 Άποψη του δοκιμίου 2L_NA πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής. 107 4.7 Άποψη του δοκιμίου 2L_NA (α) εμφάνιση πρώτης διατμητικής ρωγμής, (β) 108 εμφάνιση δεύτερης διατμητικής ρωγμής, (γ) αποκόλληση του μανδύα. 4.8 Άποψη του δοκιμίου 2L_NA μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας, (α) πλευρά της βασικής όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης 110 παρατήρησης, (γ) αποκόλληση μανδύα. 4.9 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_NA μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής 110 όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης. 4.10 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(10) πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής. 111 4.11 Εξέλιξη διατμητικών ρωγμών κατά την πειραματική. 114 4.12 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_A(10) μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής 115 όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης, (γ) γενική όψη παρατήρησης. 4.13 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15)* πριν την έναρξη της πειραματικής 116 δοκιμής. xiv

4.14 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15)* (α) εμφάνιση πρώτης διατμητικής 118 ρωγμής, (β) εμφάνιση δεύτερης διατμητικής ρωγμής, (γ) τελική μορφή δοκιμίου. 4.15 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_A(15)* μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής 119 όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης, (γ) γενική όψη δοκιμίου. 4.16 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15) πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής. 120 4.17 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15) (α) εμφάνιση πρώτης διατμητικής ρωγμής, (β) εμφάνιση δεύτερης διατμητικής ρωγμής, (γ) επέκταση ρωγμής στην πλάκα, 122 (δ),(ε) εξέλιξη διατμητικών ρωγμών, (στ) τελική μορφή δοκιμίου μετά το πέρας της πειραματικής δοκιμής. 4.18 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_A(15) μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής 123 όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης, (γ) πλευρά που παρουσιάζει την πλάκας της δοκού. xv

Κατάλογος Πινάκων Σελίδα 1.1 Σύγκριση εφαρμοζόμενων μεθόδων διατμητικής ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος, με βάση τα γενικά κριτήρια του ΚΑΝ.ΕΠΕ. 19 2.1 Ιδιότητες υαλού Ε και υαλού S ( Feldman 1989, Kim 1995). 27 2.2 Συντελεστές αποδοτικότητας πλεγμάτων σύμφωνα με τον Wiberg. 45 3.1 Τιμές αρχικού σχεδιασμού αντοχής σε κάμψη και τέμνουσα για διαφορετικές διατάξεις οπλισμών. 65 3.2 Ονοματολογία δοκιμίων και συνοπτική περιγραφή. 67 3.3 Διαστάσεις διατομής πλακοδοκού. 68 3.4 Συνοπτική παρουσίαση διατάξεων ενίσχυσης. 75 3.5 Τιμές θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος. 90 3.6 Ιδιότητες κονιάματος από την εταιρεία παραγωγής. 92 3.7 Θλιπτική αντοχή κονιάματος στις 10 ημέρες. 95 3.8 Εφελκυστική αντοχή κονιάματος στις 10 ημέρες. 96 3.9 Στοιχεία για τα πλέγματα ινών άνθρακα χωρίς επικάλυψη πολυμερών. 97 3.10 Τεχνικά στοιχεία ρητίνης Mapefix VE SF. 98 4.1 Τιμές που συνθέτουν την περιβάλλουσα του δοκιμίου 2L_A(10). 113 4.2 Πίνακας συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων των πέντε δοκιμίων με ίδια ιστορία φόρτισης. 124 4.3 Ποσοστιαίες αύξηση μέγιστου φορτίου εμβόλου ενισχυμένων δοκιμίων σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς. 125 4.4 Ποσοστιαία μεταβολή μέγιστου φορτίου εμβόλου εφαρμόζοντας επιπλέον στρώση τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ. 125 4.5 Ποσοστιαία αύξηση μέγιστου φορτίου εμβόλου λόγω αγκύρωσης των άκρων του τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ. 126 5.1 Τιμές αποδοτικότητας των δοκιμίων με διατάξεις αγκύρωσης. 139 xvi

Σ ε λ ί δ α 1 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Η ΑΝΑΓΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ Τα κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα αποτελούν την πλειονότητα των κατασκευών που μελετήθηκαν και οικοδομήθηκαν σε όλες τις αναπτυγμένες χώρες τουλάχιστον έως τα τέλη της δεκαετίας του 60. Ένας σημαντικός αριθμός από τα κτίρια αυτά κατασκευάστηκαν σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα, λόγω της ταχείας οικονομικής ανάπτυξης, χωρίς να δίνεται η απαραίτητη βαρύτητα σε ζητήματα ανθεκτικότητας και χωρίς να υπάρχει η απαραίτητη ολοκληρωμένη γνώση για την συμπεριφορά των μελών και τις απαιτήσεις τους. Έτσι, ένας μεγάλος αριθμός κατασκευών και τεχνικών έργων υποδομής σε παγκόσμιο επίπεδο, προσεγγίζουν το όριο της συμβατικής διάρκειας ζωής τους και κατά συνέπεια χρήζουν ελέγχου και ενδεχομένως επέμβασης, με σκοπό την αποκατάσταση της στατικής τους επάρκειας, ώστε να είναι δυνατή η εύρυθμη λειτουργία τους. Η ταχεία γήρανση ιδιαίτερα των κατασκευών που βρίσκονται σε δυσμενές, έντονα διαβρωτικό περιβάλλον καθιστούν περισσότερο επιτακτική την ανάγκη της επέμβασης. Πέρα από τα φυσικά αίτια, άλλοι παράγοντες που συμβάλλουν καθοριστικά στην λήψη απόφασης προκειμένου να πραγματοποιηθούν επεμβάσεις σε κατασκευές είναι η αλλαγή χρήσης μίας κατασκευής καθώς και η αύξηση της σεισμικής απαίτησης που επιβάλλεται από τους νέους Αντισεισμικούς Κανονισμούς, ιδιαίτερα για κατασκευές που βρίσκονται σε περιοχές αυξημένης σεισμικής διακινδύνευσης. Στο παρελθόν η απουσία ορθών Αντισεισμικών Κανονισμών και Κανονισμών που στερούνταν βασικών κατασκευαστικών λεπτομερειών όπλισης οδήγησε σε αρκετές καταστροφικές αστοχίες τόσο μεμονωμένων μελών όσο και ολόκληρων κατασκευών. Χαρακτηριστικά, ο πρώτος Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός θεσπίστηκε το 1959, με τα πρόσθετα άρθρα του 1984, ο οποίος θεωρούσε τη σεισμική δράση σαν οριζόντιο φορτίο, ως ποσοστό των κατακόρυφων φορτίων της κατασκευής, χωρίς να λαμβάνει υπόψη τη δυναμική φύση του φαινομένου. Στις μέρες μας, έπειτα από εκτεταμένες έρευνες και μελετώντας πλέον την πραγματική απόκριση των κατασκευών σε διαφορετικές σεισμικές δράσεις, οδηγηθήκαμε σε πολύ πιο αυστηρούς Κανονισμούς. Για την εξυπηρέτηση ευρύτερων κοινωνικο-οικονομικών αναγκών θεσπίζονται διάφορες «στάθμες

Σ ε λ ί δ α 2 επιτελεστικότητας» (στοχευόμενες συμπεριφορές) υπό δεδομένους αντίστοιχους σεισμούς σχεδιασμού. Κατά την φάση της αποτίμησης μίας κατασκευής γίνεται εκτίμηση της φέρουσας ικανότητας του και έλεγχος της ικανοποίησης των ελάχιστων υποχρεωτικών απαιτήσεων που επιβάλλονται από τους ισχύοντες Κανονισμούς. Στόχος της αποτίμησης ή του ανασχεδιασμού αποτελεί ο συνδυασμός αφενός μίας στάθμης επιτελεστικότητας και αφετέρου μιας σεισμικής δράσης με δεδομένη «ανεκτή πιθανότητα υπέρβασης κατά την τεχνική διάρκεια ζωής της κατασκευής». Κατά το στάδιο λοιπόν της αρχικής αποτίμησης, όπως είναι λογικό, τα υφιστάμενα κτίρια παρουσιάζουν αδυναμίες κάτω από τις δράσεις σχεδιασμού, που καθορίζει ο εκάστοτε νέος Αντισεισμικός Κανονισμός, για τις οποίες δεν έχουν εξεταστεί. Παρουσιάζεται συνεπώς η ανάγκη ενίσχυσης (μέλους ή κατασκευής) ως μία διαδικασία επέμβασης σε ένα δόμημα, με ή χωρίς βλάβες, με σκοπό να αυξηθεί η φέρουσα ικανότητα ή πλαστιμότητα (του στοιχείου ή του φορέα) σε στάθμη υψηλότερη από αυτήν του αρχικού σχεδιασμού και στα επιτρεπτά πλαίσια των νέων ισχυόντων Κανονισμών. Προκειμένου μία κατασκευή να επιδείξει αξιόπιστη σεισμική συμπεριφορά πρέπει να διαθέτει ένα πλήρες σύστημα ανάληψης των σεισμικών φορτίων, το όποιο να είναι ικανό να περιορίζει τις μετακινήσεις σε μεγέθη που αντιστοιχούν σε αποδεκτά επίπεδα βλαβών για την επιδιωκόμενη στάθμη επιτελεστικότητας της κατασκευής. Οφείλει λοιπόν να αντιμετωπίσει τις ανεπάρκειες των μελών εφαρμόζοντας τις κατάλληλες, ανάλογα με τον επιδιωκόμενο στόχο, τεχνικές ενίσχυσης. Μια από τις πλέον συνηθισμένες ανεπάρκειες που συναντώνται, είναι οι ανεπάρκειες πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος σε τέμνουσα δύναμη. Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται η ενίσχυση πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με σκοπό την αύξηση της ικανότητας έναντι τέμνουσας. 1.2 Η ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ Ο σχεδιασμός των κατασκευών και ιδιαίτερα ο αντισεισμικός, στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό σε απλοποιητικές και μερικές φορές εμπειρικές προσεγγίσεις που δεν διαθέτουν πλήρη επιστημονική τεκμηρίωση. Ακριβώς λόγω της προσεγγιστικής και ημι-εμπειρικής φύσεως των κανόνων αυτών, οι Αντισεισμικοί Κανονισμοί αναθεωρούνται ως προς αυτούς συχνά. Η βασική απαίτηση που κατά κανόνα θέτουν οι σημερινοί Κανονισμοί για τον αντισεισμικό σχεδιασμό είναι η αποφυγή διακινδύνευσης της ζωής ή της σωματικής

Σ ε λ ί δ α 3 ακεραιότητας ανθρώπων, λόγω κατάρρευσης του συνόλου ή μέρους του δομήματος υπό το σεισμό σχεδιασμού. Ο ικανοτικός σχεδιασμός είναι το βασικό εργαλείο που διαθέτουν στον Μελετητή η Αντισεισμική Τεχνολογία και οι Αντισεισμικοί Κανονισμοί για να κατευθύνει την συνολική απαίτηση παραμόρφωσης και απορρόφησης ενέργειας σ εκείνα τα μέλη και τις περιοχές του δομικού συστήματος που κρίνει σκοπιμότερο. Με βάση τα διαγράμματα έντασης-παραμόρφωσης για μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση, Σχ. 1.1, διαπιστώνουμε πως τα οριζόντια μέλη (περιπτώσεις (α) και (β)) παρουσιάζουν πλάστιμο τρόπο συμπεριφοράς, με επαρκή ικανότητα ανάπτυξης ανελαστικών παραμορφώσεων και απορρόφησης ενέργειας, σε αντίθεση με τα κατακόρυφα (περιπτώσεις (γ) και (δ)) που εμφανίζουν ψαθυρό τρόπο συμπεριφοράς χωρίς την δυνατότητα ανάπτυξης σημαντικών ανελαστικών παραμορφώσεων ιδιαίτερα στην περίπτωση ανακυκλιζόμενης έντασης. Σχήμα 1.1 (α) Τυπική πλάστιμη συμπεριφορά υπό οιονεί-μονοτονική φόρτιση, (β) Τυπική πλάστιμη συμπεριφορά υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, (γ) Τυπική ψαθυρή συμπεριφορά υπό οιονεί-μονοτονική φόρτιση, (δ) Τυπική ψαθυρή συμπεριφορά υπό αναλυκλιζόμενη φόρτιση.

Σ ε λ ί δ α 4 Σύμφωνα με τον ικανοτικό σχεδιασμό, τα μέλη που ιεραρχούνται υψηλότερα (υποστυλώματα και τοιχώματα) από απόψεως σημασίας για το σύνολο του κτιρίου, ή δυσχέρειας επίσκεψης-ελέγχου-επισκευής και χαμηλότερα από άποψη πλαστιμότητας (δηλ. η ικανότητα των μελών να παραμορφώνονται ανελαστικά χωρίς ουσιαστική απώλεια φέρουσας ικανότητας) καθορίζουν τις απαιτούμενες αντοχές, με βάση τις διαθέσιμες ικανότητες (αντοχές) γειτονικών μελών ή περιοχών που ιεραρχούνται χαμηλότερα με τα πρώτα κριτήρια και υψηλότερα με το κριτήριο της πλαστιμότητας. Έτσι τα τελευταία μέλη πρέπει να διαρρεύσουν πριν τα πρώτα, και μάλιστα έτσι ώστε η εξάντληση της ικανότητας τους να εμποδίσει πρακτικά τα πρώτα μέλη να φτάσουν την δική τους ικανότητα (να διαρρεύσουν). Σε δομήματα από οπλισμένο σκυρόδεμα όλοι οι όροφοι θα πρέπει να αναπτύξουν ανελαστικές παραμορφώσεις και αυτό επιτυγχάνεται μόνο αν τα κατακόρυφα μέλη (υποστυλώματα και τοιχώματα) παραμείνουν ελαστικά σε όλους τους ορόφους, με εξαίρεση τη θέση πάκτωσής τους στη θεμελίωση. Έτσι ο ικανοτικός κανονισμός υπερδιαστασιολογεί τα κατακόρυφα δομικά στοιχεία σε κάμψη ως προς τις απαιτήσεις της ελαστικής ανάλυσης σε όλες τις στάθμες πάνω από την βάση του κτιρίου σε σχέση με τα οριζόντια στοιχεία. Λόγω λοιπόν της επιρροής της (θλιπτικής) αξονικής δύναμης, τα κατακόρυφα στοιχεία είναι εγγενώς λιγότερα πλάστιμα από τους δοκούς και πιο σημαντικά για την ασφάλεια του συνόλου, για τους λόγους αυτούς ο ικανοτικός σχεδιασμός τοποθετεί τις «πλαστικές αρθρώσεις» στα άκρα των δοκών και στην βάση του κτιρίου. Από την άλλη, η μεταφορά δυνάμεων με μορφή τέμνουσας δύναμης δεν προσφέρεται για πλάστιμη συμπεριφορά υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Επειδή όμως σε γραμμικά μέλη οπλισμένου σκυροδέματος, όπως οι δοκοί και τα υποστυλώματα, η μεταφορά ροπής και τέμνουσας δύναμης συμβαίνει εν σειρά και όχι εν παραλλήλω (δηλαδή χρειάζεται να λειτουργήσουν και οι δύο μηχανισμοί ταυτόχρονα και καθοριστικός για την αστοχία θα είναι ο ασθενέστερος από τους δύο), οι σύγχρονοι Αντισεισμικοί Κανονισμοί υιοθετούν τον ικανοτικό σχεδιασμό σε διάτμηση, προκειμένου να επιβάλλουν τον σχηματισμό πλαστικών αρθρώσεων στα άκρα των δοκών, προτού το μέλος αστοχήσει (ψαθυρά) σε τέμνουσα δύναμη. Συνεπώς, εξασφαλίζει ότι οι ανελαστικές παραμορφώσεις θα οφείλονται στην (πλάστιμη) καμπτική συμπεριφορά αντί στην ψαθυρή διατμητική.

Σ ε λ ί δ α 5 1.3 Η ΑΝΑΓΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΠΛΑΚΟΔΟΚΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, η μεταφορά δυνάμεων με την μορφή τέμνουσας δύναμης δεν προσφέρεται για πλάστιμη συμπεριφορά υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση καθώς: Μετά την διαρροή των συνδετήρων, οι διατμητικές παραμορφώσεις συνοδεύονται από ολίσθηση κατά μήκος διαμπερών λοξών ρωγμών μεγάλου εύρους. Η ολίσθηση συμβαίνει χωρίς σημαντική αντίσταση και επομένως χωρίς μεγάλη απορρόφηση ενέργειας. Οι λοξές ρωγμές συμβαίνουν σε τυχαίες διευθύνσεις, κάθετα στις οποίες δεν διατίθεται οπλισμός για να τις συγκρατήσει. Έτσι επεκτείνονται σταδιακά προς το θλιβόμενο πέλμα, προκαλώντας τελικά αστοχία του σκυροδέματος της θλιβόμενης ζώνης από συνδυασμό λοξού εφελκυσμού και θλιπτικών τάσεων. Η αστοχία αυτή είναι εγγενώς ψαθυρή και καταστροφική. Συνεπώς, κάθε είδος διατμητικής αστοχίας είναι απαγορευτική, τόσο για τις δοκούς όσο και για τα υποστυλώματα. Η συμπεριφορά των μελών υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση είναι πλάστιμη, μόνο αν καθοριστικός παράγοντας της ανελαστικότητας είναι ο εφελκυόμενος χάλυβας. Αυτό συμβαίνει μόνο σε καμπτόμενα μέλη με χαμηλό ποσοστό εφελκυόμενου οπλισμού (όποτε αυτός θα διαρρέει προτού αστοχήσει το σκυρόδεμα σε θλίψη) και με θλιβόμενη ζώνη που προστατεύεται, μέσω πυκνών συνδετήρων, από πρόωρη θλιπτική αστοχία του πυρήνα του σκυροδέματος και από λυγισμό των ράβδων. Σε όλες τις κατασκευές που οικοδομήθηκαν πριν την θέσπιση των νέων Αντισεισμικών Κανονισμών και συγκεκριμένα στην Ελλάδα προτού το 1984, οι κατασκευαστικές λεπτομέρειες όπλισης των δοκών ήταν ελλιπείς έως ανύπαρκτες. Τα ποσοστά τόσο των διαμήκων όσο και των εγκάρσιων οπλισμών δεν είναι επαρκή και δεν συμμορφώνονται με τους σύγχρονους κανονισμούς. Ειδικότερα, όσον αφορά τους συνδετήρες, που παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάληψη της τέμνουσας δύναμης, χρησιμοποιούνταν λείοι ράβδοι, διαμέτρου 6mm σε απόσταση 300mm (ή και περισσότερο), χωρίς να λαμβάνουν υπόψη τους αυστηρές διατάξεις για ικανοποιητική περίσφιγξη του μέλους. Διαπιστώνουμε λοιπόν την επιτακτική, υπολογιστική τουλάχιστον, ανάγκη ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος έναντι τέμνουσας δύναμης.

Σ ε λ ί δ α 6 1.4 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΠΛΑΚΟΔΟΚΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΙ Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥΣ Οι τεχνικές ενίσχυσης μίας δοκού εξαρτώνται άμεσα από τον επιδιωκόμενο στόχο. Κατά κανόνα, μεταξύ του συνόλου των δοκών της κατασκευής που ανασχεδιάζεται, ενισχύονται αυτές που εμφανίζουν ανεπαρκή καμπτική ή/και διατμητική αντοχή με βάση τις απαιτήσεις και τα κριτήρια σχεδιασμού της επιλεγείσας στάθμης επιτελεστικότητας. Επίσης, ένας άλλος συνήθης λόγος ενίσχυσης είναι η αύξηση των φορτίων που καλείται να παραλάβει η υπόψη δοκός λόγω αλλαγής χρήσης του κτιρίου. Στην πράξη, πολλές φορές, εφαρμόζονται διάφορες τεχνικές διατμητικής ενίσχυσης δοκών χρησιμοποιώντας είτε μεταλλικά στοιχεία που περισφίγγουν εξωτερικά την δοκό είτε επικολλητά φύλλα από χάλυβα, είτε ακόμη και μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος. Τις τελευταίες δεκαετίες όμως έχει αρχίσει να επεκτείνεται η χρήση των μανδυών από ινοπλισμένα πολυμερή. 1.4.1 Ενίσχυση με μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος Η τεχνική της κατασκευής μανδυών οπλισμένου σκυροδέματος αποτελεί τη συνηθέστερη και αποτελεσματικότερη μέθοδο ενίσχυσης δοκών όταν απαιτείται αύξηση τόσο της καμπτικής όσο και της διατμητικής τους αντοχής. Σύμφωνα με την συγκεκριμένη τεχνική αυξάνεται η διατομή της δοκού με νέο σκυρόδεμα, νέους διαμήκεις οπλισμούς και νέους συνδετήρες περιμετρικά του αρχικού στοιχείου. Πριν την σκυροδέτηση του μανδύα τοποθετούνται νέοι διαμήκεις οπλισμοί στην εφελκυόμενη παρειά και νέοι συνδετήρες περιμετρικά του στοιχείου. Για την δημιουργία του μανδύα μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε έγχυτο είτε εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, αν και συνήθως προτιμάται η χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος για λόγους κατασκευαστικής ευκολίας. Στις περιπτώσεις που δεν είναι δυνατή η θραύση της πλάκας στην περιοχή πάνω από την θλιβόμενη παρειά της δοκού, έτσι ώστε να κατασκευαστεί κλειστός μανδύας, επιλέγεται η λιγότερο αποτελεσματική τεχνική της τοποθέτησης του ανοιχτού μανδύα. Για την κατασκευή του χρησιμοποιείται εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ενώ ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται για την διασφάλιση της επαρκούς αγκύρωσης των συνδετήρων. Γίνεται

Σ ε λ ί δ α 7 κατανοητό πως η συγκεκριμένη τεχνική προκαλεί αύξηση της δυσκαμψίας του στοιχείου με αποτέλεσμα να απαιτούνται επιπλέον αναλύσεις του ενισχυμένου φορέα για τον έλεγχο της επάρκειας, καθώς λόγω της αλλαγής της δυσκαμψίας ενός η περισσοτέρων δομικών στοιχείων, προκαλείται αλλαγή των εντατικών μεγεθών όλων των μελών της κατασκευής. Από την άλλη, η διαστασιολόγηση του, είναι μία σχετικά εύκολη διαδικασία θεωρώντας διορθωτικούς συντελεστές μοντέλου τόσο για την διατμητική όσο και για την καμπτική αντοχή. Η εφαρμογή της παραπάνω τεχνικής χρησιμοποιείται μόνο στις περιπτώσεις που υπάρχει ανάγκη για διατμητική ενίσχυση μίας δοκού, καθώς όταν απαιτείται μόνο καμπτική ενίσχυση, εφαρμόζεται η απλούστερη τεχνική της ενίσχυσης με πρόσθετες στρώσεις σκυροδέματος. Σχήμα 1.2 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες κλειστού μανδύα Ο.Σ. δοκού, 1. Παλαιός οπλισμός, 2. Πρόσθετος οπλισμός, 3. Πρόσθετοι συνδετήρες, 4.Ράβδοι συνδέσεως, 5. Μανδύας σκυροδέματος, 6. Συγκόλληση.

Σ ε λ ί δ α 8 1.4.2 Ενίσχυση με εξωτερικά μεταλλικά στοιχεία Μία άλλη μέθοδος για την αύξηση της διατμητικής αντοχής μίας δοκού από οπλισμένο σκυρόδεμα είναι η προσθήκη νέων χαλύβδινων συνδετήρων που περισφίγγουν εξωτερικά τη δοκό. Οι συνδετήρες μπορεί να είναι είτε κατακόρυφοι είτε υπό γωνία 45. Δεν βρίσκονται σε επαφή με τις πλευρές του κορμού αλλά σε κάποια απόσταση η οποία δημιουργείται με την τοποθέτηση χαλύβδινων ελασμάτων στις δύο κάτω γωνιές του κορμού, στις οποίες συγκολλούνται τα μεταλλικά στοιχεία. Οι συνδετήρες μπορούν να μείνουν ακάλυπτοι αφού ελαιοβαφούν. Επιπρόσθετα, μία εναλλακτική τεχνική, είναι να τοποθετηθούν μεταλλικά ελάσματα στις παρειές της δοκού και να συνδεθούν με αυτή μέσω κοχλιών που διαπερνούν εγκάρσια το σώμα της δοκού σε δύο τουλάχιστον θέσεις. Ανάλογα με τις απαιτήσεις της μελέτης ενίσχυσης, ελάσματα για την αύξηση της διατμητικής αντοχής μπορούν να τοποθετηθούν σε διαφορετικές θέσεις κατά μήκος της δοκού. Οι δοκοί από σκυρόδεμα με ανεπαρκή διατμητική αντοχή ενδέχεται να παρουσιάζουν διαγώνιες ρωγμές που ξεκινούν από την εσωτερική παρειά των στηρίξεων με κατεύθυνση προς το μέσον της δοκού. Εάν οι ρωγμές είναι μεγάλου εύρους (> 0.5mm), ο μηχανισμός αλληλοεμπλοκής αδρανών ενδέχεται να μην είναι σε θέση να αποτρέψει την σχετική ολίσθηση μεταξύ των διεπιφανειών των ρωγμών. Σε αυτή την περίπτωση σοβαρών διατμητικών βλαβών η προσθήκη είτε πλευρικών ελασμάτων είτε εξωτερικών συνδετήρων δεν επαρκεί για την επισκευή και ενίσχυση της δοκού, αλλά επιπλέον απαιτείται η σύσφιγξη των στοιχείων ενίσχυσης μέχρι αρνήσεως. Συνεπώς, ζεύγη κοχλιών τοποθετούνται σε κάθε πλευρά της ρηγματωμένης δοκού και εντείνονται αποτρέποντας τη διάρρηξη του σκυροδέματος κατά μήκος της ρωγμής. Η λειτουργία του μηχανισμού αλληλεμπλοκής αδρανών μπορεί να αποκατασταθεί σημαντικά με ρητινενέσεις μέσα στις ρωγμές. Πρόκειται λοιπόν για μία κλειστή ενίσχυση που είναι ιδιαίτερα αποδοτική και οικονομική. Παρόλα αυτά εμφανίζονται προβλήματα που αφορούν την ανθεκτικότητα της ενίσχυσης εξαιτίας της πιθανής διάβρωσης του χάλυβα. Μία εναλλακτική λύση για την αντιμετώπιση της πιθανής διάβρωσης θα ήταν η χρησιμοποίηση ανοξείδωτου χάλυβα γεγονός που αυξάνει το κόστος της τεχνικής. Τέλος, το γεγονός πως τα στοιχεία

Σ ε λ ί δ α 9 παραμένουν εκτεθειμένα, μειώσουν σημαντικά την αισθητική του χώρου, ενώ προκαλείται καταστροφή μέρους της επίστρωσης λόγω της κοχλίωσης στο πάνω μέρος της πλάκας. Σχήμα 1.3 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατμητικής ενίσχυσης δοκού με εξωτερικά μεταλλικά στοιχεία, 1. Υπάρχουσα δοκός, 2. Εξωτερικός χαλύβδινος συνδετήρας, 3. Χαλύβδινο έλασμα, 4. Βίδα, 5. Χαλύβδινη γωνιά, 6. Ηλεκτροσυγκόλληση.

Σ ε λ ί δ α 10 Σχήμα 1.4 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατμητικής ενίσχυσης δοκού με προσθήκη πλευρικών μεταλλικών ελασμάτων που κοχλιώνονται. 1.4.3 Ενίσχυση με προσθήκη εξωτερικών επικολλητών χαλύβδινων ελασμάτων Στην συγκεκριμένη τεχνική, τα λεπτά χαλύβδινα ελάσματα αντί να συνδέονται με κοχλίες μπορούν να επικολληθούν, στις παρειές της δοκού, στην επιφάνεια του σκυροδέματος με χρήση ειδικής πολυμερικής κόλλας. Η επικόλληση των ελασμάτων είναι σαφώς ευκολότερη από την διάνοιξη οπών και την κοχλίωση τους στο σκυρόδεμα. Επίσης, οι εργασίες της ενίσχυσης μπορούν να γίνουν γρήγορα και με μικρή επιβάρυνση τόσο της υφιστάμενης κατασκευής όσο και όχληση των ενοίκων. Το σύστημα ενίσχυσης είναι απόλυτα εξαρτημένο από την ποιότητα της εργασίας, ιδιαίτερα στην φάση εφαρμογής της κόλλας. Εάν η επιφάνεια του σκυροδέματος δεν είναι κατάλληλα προετοιμασμένη, η κόλλα που χρησιμοποιείται είναι ελαττωματική ή δεν μπορεί να ακολουθήσει τον ρυθμό παραμόρφωσης της δοκού ή η διαδικασία δεν γίνει όσο προσεκτικά απαιτείται, το τελικό αποτέλεσμα θα είναι μία χαλαρή σύνδεση του ελάσματος στη δοκό που θα περιορίζει σημαντικά την αποδοτικότητα της ενίσχυσης. Η εποξειδική κόλλα μπορεί να τοποθετηθεί είτε με ρητινένεση είτε με επάλειψη της κόλλας και στις δύο επιφάνειες που πρόκειται να συγκολληθούν. Η σύνδεση της δοκού με

Σ ε λ ί δ α 11 το χαλυβδόφυλλο συνήθως απαιτεί την άσκηση πίεσης, ώστε να επιτευχθεί η απαιτούμενη αντοχή της κόλλας. Η κυριότερη αδυναμία της τεχνικής εντοπίζεται στις υψηλές συγκεντρωμένες τάσεις που αναπτύσσονται στην περιοχή αγκύρωσης των άκρων των ελασμάτων. Οι τάσεις στα άκρα μπορεί να οδηγήσουν σε απόσχιση στη γειτονική, προς το έλασμα, περιοχή σκυροδέματος. Για τον λόγο αυτό θα πρέπει να εξασφαλίζεται επαρκές μήκος αγκύρωσης του ελάσματος, εκτός της περιοχής που απαιτείται διατμητική ενίσχυση. Ένα εξίσου σημαντικό μειονέκτημα της μεθόδου αποτελεί ο κίνδυνος διάβρωσης του χάλυβα στην περιοχή της διεπιφάνειας με το σκυρόδεμα. Η επικάλυψη του ελάσματος με ειδική αντιδιαβρωτική βαφή δεν αποτελεί την βέλτιστη λύση λόγω της πιθανής αλληλεπίδρασης με την εποξειδική κόλλα. Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η προσθήκη εξωτερικού οπλισμού σε μορφή ελασμάτων δεν μπορεί να αποτελεί μακροπρόθεσμη λύση στην περίπτωση που η κατασκευή αντιμετωπίζει προβλήματα διάβρωσης. Τα πρόσθετα μεταλλικά στοιχεία όχι μόνο αποκρύπτουν τα ίχνη της διάβρωσης, αλλά επιπλέον συνεισφέρουν στην ανάπτυξη γαλβανικής δράσης και καθιστούν το πρόβλημα ακόμη πιο έντονο. Τέλος, κατά την εφαρμογή της μεθόδου ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται στην μείωση της αντοχής της εποξειδικής κόλλας υπό αυξανόμενη θερμοκρασία. Όσον αφορά τις κατασκευαστικές λεπτομέρειες το πάχος των ελασμάτων δεν πρέπει να ξεπερνά τα 4mm είτε το 2% του πλάτους του ελάσματος. Έτσι χρησιμοποιούνται ελάσματα μεγάλου μήκους, με πλάτος όσο το ύψος της κρέμασης της δοκού, και πάχος μερικών χιλιοστών. Η ενίσχυση τέτοιου τύπου, καλείται δίπλευρη ενίσχυση και ανήκει στην κατηγορία των ανοιχτών ενισχύσεων. Οφείλεται να σημειωθεί, ότι από ορισμένους Κανονισμούς, όπως είναι ο ΚΑΝ.ΕΠΕ, δεν επιτρέπεται η εφαρμογή ανοιχτών ενισχύσεων υπό την μορφή δίπλευρης ενίσχυσης, παρά μόνο υπό την μορφή συνεχούς U τρίπλευρης ενίσχυσης.

Σ ε λ ί δ α 12 Σχήμα 1.5 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατμητικής ενίσχυσης δοκού με προσθήκη πλευρικών μεταλλικών ελασμάτων με ειδική πολυμερική κόλλα ως συνδετικό υλικό με την υπάρχουσα δοκό. 1.4.4 Ενίσχυση με προσθήκη εξωτερικών επικολλούμενων φύλλων από ινοπλισμένα πολυμερή 1.4.4.1 Συνοπτική παρουσίαση σύνθετων υλικών Κατά την διάρκεια της τελευταίας εικοσαετίας, στο πλαίσιο ερευνητικών προγραμμάτων και δραστηριοτήτων, διεθνείς έρευνες έχουν αναπτύξει μία νέα τεχνική ενίσχυσης, η οποία βασίζεται στη χρήση προηγμένων υλικών που αποτελούνται από τον συνδυασμό ινών (π.χ. άνθρακα, γυαλιού, αραμιδίου) σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης. Τα υλικά αυτά, γνωστά ως ινοπλισμένα πολυμερή (Fiber Reinforced Polymers FRP) ή απλά σύνθετα υλικά, χαρακτηρίζονται από εξαιρετικές ιδιότητες, που κάνουν την εφαρμογή τους στα τεχνικά έργα, και ειδικότερα στο πεδίο των ενισχύσεων ιδιαίτερα ελκυστική. Τα σύνθετα υλικά προκύπτουν από τον συνδυασμό συνεχών ινών, συνήθως μίας διεύθυνσης, και πολυμερικής μήτρας (γι αυτό ονομάζονται και ινοπλισμένα πολυμερή).

Σ ε λ ί δ α 13 Σχήμα 1.6 Τομή ελάσματος σύνθετου υλικού σε μεγέθυνση. Οι ίνες, διαμέτρου 5-25μm, αποτελούν τον φορέα ανάληψης δυνάμεων (κυρίως εφελκυστικών), παράλληλα στη διεύθυνση τους. Κύριο χαρακτηριστικό τους αποτελεί η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή και η γραμμικά ελαστική συμπεριφορά μέχρι την θραύση τους. Οι κυριότεροι τύποι ινών που χρησιμοποιούνται στο πεδίο των ενισχύσεων είναι οι ίνες άνθρακα (ανθρακονήματα), οι ίνες γυαλιού (υαλονήματα) και οι ίνες αραμιδίου. Η μήτρα στα σύνθετα υλικά αποτελεί τη συγκολλητή ύλη μεταξύ των ινών. Συνήθως είναι ένα θερμοσκληρυνόμενο πολυμερές, το οποίο συνδέει τις ίνες μεταξύ τους, τις προστατεύει, εξασφαλίζει την μεταφορά δυνάμεων σε αυτές, αλλά καθορίζει και αρκετές μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών, όπως είναι η αντοχή κάθετα στην διεύθυνση των ινών, η διατμητική και η θλιπτική αντοχή. Οι ρητίνες χρησιμοποιούνται συνήθως ως μήτρες για την παραγωγή των σύνθετων υλικών. Προκειμένου να αναπτυχθεί ισχυρή μηχανική και χημική σύνδεση μεταξύ ινών και ρητίνης, είναι απαραίτητη η ύπαρξη συνάφειας μεταξύ τους. Επιπλέον πρέπει να υπάρχει χημική συμβατότητα έτσι ώστε να μην συμβούν ανεπιθύμητες αντιδράσεις κατά την σύνδεσή τους. Οι ρητίνες από την φύση τους είναι ασθενέστερες από τις ίνες στις οποίες εμποτίζονται. Είναι περισσότερο ευπαθείς στη θερμότητα και στην πυρκαγιά, εμφανίζουν μεγαλύτερη ευαισθησία στους χημικούς διαλύτες, στα οξέα, τις βάσεις και το νερό σε σχέση με τις ίνες και παρουσιάζουν σημαντικές ερπυστικές παραμορφώσεις σε σχέση με τα παραδοσιακά δομικά υλικά. Παρ όλα αυτά, τα ΙΟΠ δεν θα μπορούσαν να υπάρξουν χωρίς τις ρητίνες, καθώς αυτές είναι που μεταφέρουν τα φορτία και κατανέμουν τις τάσεις

Σ ε λ ί δ α 14 στις ίνες της κάθε στρώσης του πολυμερούς κάνοντας το να συμπεριφέρεται σαν ομογενές υλικό. Οι ρητίνες που χρησιμοποιούνται κυρίως για την δημιουργία των ΙΟΠ είναι οι εποξειδικές και σπανιότερα χρησιμοποιείται πολυεστέρας ή βινυλοεστέρας. Οι εποξειδικές ρητίνες θεωρούνται γενικά οι καλύτερες μήτρες σε ινοπλισμένα πολυμερή λόγω της μεγάλης αντοχής, συγκολλητικής ικανότητας, ανθεκτικότητας σε κόπωση και διάβρωση, καθώς και χαμηλής συστολής ξήρανσης. Ενώ χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να αναπτύξουν πλήρως τις μηχανικές τους ιδιότητες και έχουν υψηλότερο κόστος σε σχέση με τις άλλες δύο κατηγορίες ρητινών. Στην περίπτωση ελασμάτων σύνθετων υλικών οι ίνες καταλαμβάνουν περίπου το 50-70% του συνολικού όγκου του υλικού, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό για μανδύες που κατασκευάζονται με επί τόπου εφαρμογή της ρητίνης είναι 20-35%. Τέλος, η κόλλα (κατά κανόνα εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών), εφαρμόζεται μεταξύ του σκυροδέματος και του σύνθετου υλικού, εξασφαλίζοντας έτσι την συνεργασία τους και την μεταφορά τάσεων από το πρώτο στο δεύτερο. Η χρήση εποξειδικών ρητινών απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή στον χρόνο εφαρμογής και εργασιμότητας έτσι ώστε το υλικό να μην χάσει τις συγκολλητικές ιδιότητες, σκληρύνει και μειωθεί το μέτρο ελαστικότητας του. Τα βασικά πλεονεκτήματα των σύνθετων υλικών στον τομέα των επισκευών που χρήζουν ευρείας εφαρμογής είναι: η ανθεκτικότητα σε διάβρωση, το χαμηλό τους βάρους (περίπου 1/4-1/5 του χάλυβα), η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή (πολλαπλάσια του κοινού χάλυβα), η διαθεσιμότητα των υλικών σε πολύ μεγάλα μήκη και η μεγάλη ευκαμψία τους οδηγούν σε μία εξαιρετικά ταχεία και εύκολη εφαρμογή ακόμα και σε δύσκολα προσβάσιμα τμήματα της κατασκευής. Ιδιαίτερα λοιπόν σημαντικό πλεονέκτημα των ΙΟΠ έναντι των παραπάνω τεχνικών ενίσχυσης είναι το γεγονός πως η αλλαγή των διαστάσεων του ενισχυμένου μέλους είναι ελάχιστη, με αποτέλεσμα να μην επηρεάζεται η δυσκαμψία του μέλους και κατεπέκταση η μάζα του κτιρίου. Από την άλλη, παρουσιάζουν τα παρακάτω σημαντικά μειονεκτήματα: Χαμηλή αντοχή ρητινών σε υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης Τg υφίστανται ραγδαία απομείωση του μέτρου ελαστικότητας και άρα περιορισμένη πλέον ικανότητα μεταφοράς δυνάμεων) Υψηλό κόστος ρητινών

Σ ε λ ί δ α 15 Ευαίσθητο υλικό στην πυρκαγιά Δύσκολη εφαρμογή σε υγρές επιφάνειες ή σε χαμηλές θερμοκρασίες Ελλιπείς τεχνογνωσία (δυσχεραίνει την εφαρμογή του) Περιορισμό στην ικανότητα «αναπνοής» των δομικών μελών από ΙΟΠ Ασυμβατότητα με υλικά ιστορικών κατασκευών Δυσκολία διεξαγωγής μη καταστροφικής αποτίμησης βλαβών «πίσω» από τον μανδύα μετά από σεισμό Τα συστήματα ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος είναι γενικά δύο τύπων: (α) «υγρής εφαρμογής» (ή «επί τόπου σκλήρυνσης» της μήτρας) και (β) «προκατασκευασμένα» (η σκλήρυνση της μήτρας έχει προηγηθεί της εφαρμογής). Στα συστήματα υγρής εφαρμογής, ανήκουν κυρίως φύλλα (sheets) ή υφάσματα (fabrics) αποτελούμενα από συνεχόμενες ίνες μίας ή περισσοτέρων διευθύνσεων σε ξηρή κατάσταση τα οποία εμποτίζονται με ρητίνη λίγο πριν την εφαρμογή τους. Στα προκατασκευασμένα υλικά ανήκουν ευθύγραμμα (και σχετικά δύσκαμπτα) ελάσματα (strips), κελύφη (shells), μανδύες (jackets) ή γωνιές (angles) τα οποία επικολλούνται μέσω ρητίνης. Γενικά μπορεί να διατυπωθεί το συμπέρασμα ότι τα προκατασκευασμένα ελάσματα προτιμούνται έναντι των υφασμάτων (ή φύλλων) όταν η εφαρμογή γίνεται σε επίπεδες επιφάνειες (π.χ. καμπτική ενίσχυση δοκών ή πλακών), ενώ σε άλλες περιπτώσεις (π.χ. μανδύες υποστυλωμάτων, διατμητική ενίσχυση δοκών) η εφαρμογή υφασμάτων μέσω της υγρής μεθόδου είναι προτιμητέα. Εικόνα 1.1 Φύλλο και ύφασμα ενίσχυσης από συνεχείς ίνες που χρησιμοποιούνται στα συστήματα υγρής εφαρμογής.

Σ ε λ ί δ α 16 (α) (β) (γ) (δ) Εικόνα 1.2 Παράδειγμα εφαρμογής προκατασκευασμένων στοιχείων: (α) Γωνιά, (β)-(γ) Εφαρμογή γωνιών για την ενίσχυση δοκού σε διάτμηση, (δ) Τοποθέτηση ράβδων σε εγκοπή. 1.4.4.2 Μέθοδοι ενίσχυσης δοκών σε τέμνουσα με χρήση ΙΟΠ Η ενίσχυση δοκών οπλισμένου σκυροδέματος σε τέμνουσα δύναμη με σύνθετα υλικά επιτυγχάνεται μέσω της επικόλλησης υφασμάτων ή, σπανιότερα, ελασμάτων, τα οποία επικολλούνται στις εξωτερικές επιφάνειες με τις ίνες κατά το δυνατόν παράλληλες στις τροχιές των κυρίων τάσεων, δηλαδή περίπου κάθετα στις πιθανές ρωγμές. Όταν αυτό δεν είναι εφικτό οι ίνες εφαρμόζονται με διεύθυνση κάθετη στον άξονα των δομικών μελών. Οι διατάξεις ενίσχυσης δοκών από οπλισμένο σκυρόδεμα σε τέμνουσα μπορεί να είναι είτε δίπλευρη ενίσχυση με λωρίδες συγκεκριμένου πλάτους τοποθετημένες ανά ίσες αποστάσεις, είτε τρίπλευρη με μανδύα μορφής U, πάχους t f, από υφάσματα ινών άνθρακα ή υάλου εμποτισμένων σε ρητίνη, είτε τρίπλευρη με λωρίδες μορφής U, συγκεκριμένου πλάτους ανά ίσες αποστάσεις. Οι συγκεκριμένες διατάξεις ανήκουν στην κατηγορία των ανοικτών ενισχύσεων, καθώς δεν σχηματίζουν μία κλειστή περίμετρο ενίσχυσης περιμετρικά του κορμού, αφού η ύπαρξη της πλάκας το καθιστά αδύνατο. Αυτές οι περιπτώσεις ενίσχυσης παρουσιάζουν μειωμένη αποδοτικότητα η οποία οφείλεται στην αστοχία λόγω πρόωρης αποκόλλησης των άκρων του συνεχούς μανδύα ή των λωρίδων U. Ιδιαίτερα μειωμένη αποδοτικότητα παρουσιάζει η δίπλευρη ενίσχυση (απαγορευτική από αρκετούς Κανονισμούς) που δεν παρουσιάζει καμία συνέχεια του υλικού κατά μήκος της περιμέτρου της δοκού.

Σ ε λ ί δ α 17 (α) Σχήμα 1.7 Ενδεικτικές διατάξεις ενίσχυσης: (α) Με ύφασμα σύνθετων υλικών, (β) Με λωρίδες σύνθετων υλικών, πλάτους b f,τοποθετημένες ανά ίσες αποστάσεις S f. (β) (α) (β) (γ) Σχήμα 1.8 Ενδεικτικές διατάξεις ενίσχυσης: (α) Δίπλευρη ενίσχυση σύνθετων υλικών, (β)- (γ) Τρίπλευρη ενίσχυση σύνθετων υλικών πάχους t f. Η αστοχία λόγω πρόωρης αποκόλλησης, ή γενικά λόγω αποκόλλησης των σύνθετων υλικών, δεν τους επιτρέπει να αναπτύξουν μεγάλες εφελκυστικές παραμορφώσεις και κατά συνέπεια να αναλάβουν σημαντικές εφελκυστικές δυνάμεις, ενώ αποτελεί μία αστοχία ψαθυρού τύπου κάτι το οποίο είναι ανεπιθύμητο στην προσπάθεια επίτευξης πλαστιμότητας (π.χ. στην περίσφιγξη των υποστυλωμάτων). Προκύπτει λοιπόν η ανάγκη χρήσης διατάξεων αγκύρωσης, ικανών να μεταφέρουν τις δυνάμεις από ένα σημείο του μέλους σε ένα άλλο, οδηγώντας σε αστοχία του μανδύα λόγω θραύσης των ινών και όχι λόγω αποκόλλησης του. Ενδεικτικές διατάξεις αγκυρώσεων παρουσιάζονται στο Σχ. 1.9, ενώ έχουν πραγματοποιηθεί πληθώρα πειραματικών δοκιμών με σκοπό την διερεύνηση

Σ ε λ ί δ α 18 και την προσπάθεια βελτίωση της αποδοτικότητας της εν λόγω ενίσχυσης, δημιουργώντας μία σημαντικά μεγάλη βάση δεδομένων, η παρουσίαση της οποίας ξεφεύγει από το αντικείμενο μελέτης της παρούσας διατριβής. Εικόνα 1.3 Αποκόλληση οπλισμών διάτμησης. (α) (β) (γ) (δ) (ε) Σχήμα 1.9 Ενδεικτικές διατάξεις αγκυρώσεων τρίπλευρου μανδύα: (α) Ιδανική περίπτωση κλειστής ενίσχυσης με πλήρη περιτύλιξη περιμετρικά του κορμού της δοκού, (β) Αγκύρωση στο πέλμα της δοκού, (γ) Αγκύρωση στην θλιβόμενη ζώνη του σκυροδέματος, δ) Αγκύρωση με χρήση πρόσθετων ράβδων σε εγκοπές στο πέλμα της δοκού, (ε) Χαρακτηριστική λεπτομέρεια αγκύρωσης χρήσης ράβδου σε εγκοπή.

Σ ε λ ί δ α 19 1.4.5 Αδυναμίες μεθόδων και ανάγκη αναζήτησης νέας τεχνικής ενίσχυσης Η επιλογή της μεθόδου επέμβασης, σύμφωνα με τον ΚΑΝ.ΕΠΕ, οφείλει να γίνεται καταρχήν με βάση γενικά κριτήρια κόστους και χρόνου διαθεσιμότητας των απαιτούμενων μέσων, αρχιτεκτονικών ή άλλων αναγκών κλπ. Τέτοια γενικά κριτήρια θεωρούνται τα ακόλουθα: Το κόστος, τόσο το αρχικό όσο και το μελλοντικό (δηλαδή τα έξοδα συντήρησης και οι πιθανές μελλοντικές φθορές ή βλάβες). Η διαθέσιμη ποιότητα εργασίας (είναι εξαιρετικά σημαντικό τα μέτρα επέμβασης να είναι συμβατά με τα διαθέσιμα μέσα και με την διαθέσιμη ποιότητα εργασίας). Η διαθεσιμότητα του κατάλληλου ποιοτικού ελέγχου. Η χρήση του κτιρίου (πιθανή επίπτωση των εργασιών επέμβασης στη χρήση του κτιρίου). Η αισθητική (το σχήμα επέμβασης ενδέχεται να ποικίλει μεταξύ πλήρως αφανών επεμβάσεων και σκόπιμα διακριτών νέων πρόσθετων στοιχείων). Η διατήρηση της αρχιτεκτονικής ταυτότητας και ακεραιότητας των ιστορικών κτιρίων και η συνεκτίμηση του βαθμού αντιστρεψιμότητας των επεμβάσεων. Η διάρκεια εκτέλεσης των εργασιών. Με βάση τα παραπάνω κριτήρια και με δεδομένο τον επιδιωκόμενο στόχο, διατμητικής ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος, κατασκευάστηκε ο συγκριτικός Πίνακας 1.1, με βάση τον οποίο διαπιστώνουμε τα οφέλη και τις αδυναμίες κάθε επιμέρους μεθόδου. Πίνακας 1.1 Σύγκριση εφαρμοζόμενων μεθόδων διατμητικής ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος, με βάση τα γενικά κριτήρια του ΚΑΝ.ΕΠΕ. Εφαρμοζόμενοι μέθοδοι διατμητικής ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος Κριτήρια Κόστος Μανδύες Ο.Σ Προσιτό κόστος Εξωτερικά μεταλλικά στοιχεία Οικονομική ενίσχυση (Αυξάνεται σε περίπτωση χρήσης ανοξείδωτου χάλυβα) Επικολλούμενα χαλύβδινα ελάσματα Οικονομική ενίσχυση Ινοπλισμένα Πολυμερή Υψηλό κόστος

Σ ε λ ί δ α 20 Κριτήρια Ποιότητα εργασίας Διαθεσιμότητα ποιοτικού ελέγχου Επιπτώσεις στη χρήση του κτιρίου Επιπτώσεις στην αισθητική του χώρου Επέμβαση στην αρχιτεκτονική ταυτότητα Διάρκεια εκτέλεσης εργασιών Αποτέλεσμα που επιτυγχάνουν Κυριότερες αδυναμίες Μανδύες Ο.Σ Δυσκολία στη δημιουργία κλειστού μανδύα λόγω της πλάκας Δυνατότητα άμεσου ελέγχου της ενίσχυσης Απασχόληση κτιρίου για μεγάλο χρονικό διάστημα Αύξηση των διαστάσεων του μέλους Αύξηση των διαστάσεων του μέλους Μεγάλη διάρκεια σε σχέση με τις άλλες μεθόδους Αύξηση διατμητικής αντοχής και δυσκαμψίας μέλους Αύξηση διαστάσεων μέλους Εξωτερικά μεταλλικά στοιχεία Δυσκολία στην δημιουργία κλειστού μανδύα (προβλήματα διάβρωσης χάλυβα) Σε περιπτώσεις που δεν είναι προσβάσιμη η πλάκα είναι δύσκολος ο έλεγχος Απασχόληση κτιρίου και επέμβαση στην πλάκα Στοιχεία εκτεθειμένα Καταστροφή μέρους της επίστρωσης Μέση διάρκεια σε σχέση με τις άλλες μεθόδους Αύξηση διατμητικής αντοχής και πλαστιμότητα μέλους (με επαρκή αγκύρωση) Διάβρωση χάλυβα Επικολλούμενα χαλύβδινα ελάσματα Δυσκολία τοποθέτησης και συγκράτησης ελασμάτων Δυνατότητα άμεσου ελέγχου της ενίσχυσης Δεν έχει επιπτώσεις στην χρήση του κτιρίου Δεν έχει επιπτώσεις στην αισθητική του χώρου Δεν αλλοιώνεται η αρχιτεκτονική ταυτότητα Μικρή διάρκεια Αύξηση διατμητικής αντοχής και πλαστιμότητα μέλους Διάβρωση χάλυβα και μικρή αποτελεσματικότητα Ινοπλισμένα Πολυμερή Απαιτείται εξειδικευμένο προσωπικό Δεν υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου κατάστασης μέλους πίσω από την ενίσχυση Δεν έχει επιπτώσεις στην χρήση του κτιρίου Δεν έχει επιπτώσεις στην αισθητική του χώρου Δεν αλλοιώνεται η αρχιτεκτονική ταυτότητα Μικρή διάρκεια Αύξηση διατμητικής αντοχής και πλαστιμότητα μέλους (με επαρκή αγκύρωση) Πτωχή συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες (ρητινών) Από την παραπάνω σύγκριση δικαιολογείται το γεγονός πως η χρήση μανδυών ΙΟΠ κέρδισε τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερη δημοτικότητα μεταξύ των τεχνικών ενίσχυσης,

Σ ε λ ί δ α 21 λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων που προσφέρουν, με πιο σημαντικά, την υψηλή αντοχή που προς αναλογία βάρους, την αντοχή του σε διάβρωση, την εύκολη και γρήγορη εφαρμογή του και την ελάχιστη αλλαγή διαστάσεων των ενισχυμένων μελών. Παρουσίασαν όμως, όπως είδαμε, ορισμένες αδυναμίες οι οποίες κατά κύριο λόγο οφείλονταν στο οργανικό συνδετικό υλικό των ινών που είναι η ρητίνη. Μία λογική λύση θα ήταν η αντικατάσταση των οργανικών συνδετικών υλικών με άλλα ανόργανα (π.χ. τσιμεντοκονίαμα), δημιουργώντας τα FRMs (Fiber Reinforced Mortars), πράγμα που συνέβη χωρίς ιδιαίτερη επιτυχία. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιήθηκαν για να βελτιώσουν λεπτές διατομές αλλά αντιμετώπισαν προβλήματα, καθώς λόγω της διακριτότητας του κονιάματος, ήταν δύσκολο να επιτευχθεί η διείσδυση και ο εμποτισμός των φύλλων ινών. Σε αντίθεση με τις ρητίνες, δεν μπορούσαν να εμποτίσουν μεμονωμένες ίνες και να οδηγήσουν σε εξαιρετική σύνδεση και αλληλεπίδραση μεταξύ των ινών και της μήτρας. Οι συνθήκες σύνδεσης στο νέο σύνθετο υλικό θα μπορούσαν να βελτιωθούν και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ινών και της μήτρας θα μπορούσαν να γίνουν καλύτερες αν τα συνεχή φύλλα ινών αντικαθίστανται με υφάσματα. Τα υλικά αυτά, που αποδίδονται με την ονομασία ΙΑΜ (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας) - TRM (Textile Reinforced Mortars), περιλαμβάνουν πλέγματα υφάσματος κατασκευασμένα από μακριά υφαντά, πλεκτά ή και άπλεκτα πιλήματα ινών σε τουλάχιστον δύο διευθύνσεις. Η πυκνότητα, που είναι συνάρτηση της ποσότητας των ινών και της απόστασης μεταξύ των ανοιγμάτων σε κάθε διεύθυνση, μπορούν να ελέγχονται ανεξάρτητα, επηρεάζοντας τα μηχανικά χαρακτηριστικά των πλεγμάτων και τον βαθμό διείσδυσης της μήτρας κονιάματος μέσα στο πλέγμα. Παρόλο που η έρευνα της χρήσης πλέγματος σε υλικό ανόργανης σύστασης ως υλικό σύνδεσης, ξεκίνησε πριν από το 1980, προχώρησε με πολύ αργούς ρυθμούς μέχρι την δεκαετία του 90 και μόλις την τελευταία επταετία (2006) η ερευνητική κοινότητα έχει επικεντρωθεί στην μελέτη των ΙΑΜ για την ενίσχυση των κατασκευών. Οι μελέτες είναι περιορισμένες και επικεντρώνονται στην διερεύνηση της συνάφειας του σκυροδέματος με τα νέα υλικά πλεγμάτων με βάση το τσιμέντο και στην καμπτική ή διατμητική ενίσχυση δοκών και υποστυλωμάτων. Καταλήγουν βέβαια στο γεγονός, πως ένα καλά σχεδιασμένο πλέγμα ινών με ανόργανα συνδετικά υλικά παρουσιάζει καλή συμπεριφορά στην ενίσχυση προκαλώντας αύξηση της αντοχής και της πλαστιμότητας.

Σ ε λ ί δ α 22 1.5 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς μεθόδων ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος σε διάτμηση, με χρήση τρίπλευρου μανδύα πλεγμάτων από ίνες άνθρακα δύο διευθύνσεων (0 /90 ) σε ανόργανη μήτρα. Αρχικός στόχος είναι η διερεύνηση της αποδοτικότητας κάθε ενίσχυσης στην αύξηση της διατμητικής αντοχής της πλακοδοκού, καθώς επίσης και του ρόλο του αριθμού των στρώσεων τρίπλευρων μανδυών ΙΑΜ στην εν λόγω πιθανή αύξηση. Εν συνέχεια, εκτιμώντας τις αδυναμίες που παρουσιάζει μία ανοιχτή διάταξη ενίσχυσης, επιδιώξαμε την αποτελεσματική αγκύρωση των άκρων του τρίπλευρου μανδύα με πρόσθετες διατάξεις αγκύρωσης, αποτελούμενες από καμπύλα μεταλλικά ελάσματα σε συνδυασμό με μηχανικά αγκύρια. Οι εν λόγω διατάξεις, συνίσταται στην μηχανική αγκύρωση των άκρων του μανδύα με εφαρμογή καμπύλων μεταλλικών ελασμάτων που συγκρατούν τον μανδύα και μεταφέρουν δυνάμεις με μηχανικά αγκύρια, στην μάζα σκυροδέματος της πλάκας της δοκού. Οι διατάξεις αγκύρωσης που εξετάζονται, διαφοροποιούνται από τις εξής παραμέτρους: Την γωνία διεύθυνσης του αγκυρίου στην πλάκα του σκυροδέματος. Εξετάζεται η περίπτωση που η κλίση του αγκυρίου είναι περίπου κατακόρυφη (απόκλιση από την κατακόρυφο 20-30 ) και υπεισέρχεται στην πλάκα της δοκού και η περίπτωση που η κλίση του αγκυρίου σχηματίζει γωνία 45 από την κατακόρυφο. Την ποσότητα των αγκυρίων, ομοιόμορφα κατανεμημένα στο μεταλλικό έλασμα. Εξετάζεται η περίπτωση των 5 και 7 αγκυρίων ανά πλευρά της δοκού. Περισσότερες λεπτομέρειες για την ακριβή γεωμετρία των δοκιμίων καθώς και των διατάξεων αγκύρωσης, δίνονται στο Κεφάλαιο 3. Στο σημείο αυτό, ακολουθούν σχήματα μέσω των οποίων γίνονται κατανοητές οι εξεταζόμενες μέθοδοι ενίσχυσης καθώς και οι διατάξεις αγκύρωσης των άκρων του μανδύα ΙΑΜ.

Σ ε λ ί δ α 23 (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 1.10 Εξεταζόμενες μέθοδοι ενίσχυσης: (α) Ενίσχυση με μία στρώση τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ μορφής U, (β) Ενίσχυση με δύο στρώσεις τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ μορφής U, (γ) Ενίσχυση με δύο στρώσεις τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ και διάταξη αγκύρωσης των άκρων, κάνοντας χρήση καμπύλου μεταλλικού ελάσματος και μηχανικών αγκυρίων αγκυρωμένα σχεδόν κάθετα στην πλάκα της δοκού, (δ) Ενίσχυση με δύο στρώσεις τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ και διάταξη αγκύρωσης των άκρων, κάνοντας χρήση καμπύλου μεταλλικού ελάσματος και μηχανικών αγκυρίων, αγκυρωμένα υπό γωνία 45 στην πλάκα της δοκού. Στο 3 ο Κεφάλαιο, πραγματοποιείται επίσης η λεπτομερής παρουσίαση της προετοιμασίας των δοκιμίων, συμπεριλαμβανομένων των διαδικασιών της ενίσχυσης. Τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών παρουσιάζονται στο 4 ο Κεφάλαιο, ενώ η προσπάθεια μελέτης της απόδοσης κάθε μεθόδου ενίσχυσης παρουσιάζεται στο 5 ο Κεφάλαιο. Τα συγκεντρωτικά συμπεράσματα των μεθόδων ενίσχυσης και οι προτάσεις για περεταίρω έρευνα παρουσιάζονται στο 6 ο Κεφάλαιο, ενώ στο Κεφάλαιο 2 που ακολουθεί πραγματοποιείται μια παρουσίαση των Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας και μία βιβλιογραφική ανασκόπηση.

Σ ε λ ί δ α 24 2. ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Τις τελευταίες δεκαετίες το πεδίο των επισκευών και των ενισχύσεων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος και φέρουσας τοιχοποιίας έχει αρχίσει να απασχολεί σε σημαντικό βαθμό τον τεχνικό κόσμο, για λόγους που σχετίζονται αφενός με την μείωση της σεισμικής τρωτότητας και αφετέρου με την αναβάθμιση κατασκευών λόγω παλαιότητας, φθοράς, αλλαγής χρήσης κλπ. Η συνεχής ανάγκη για ποιοτική και οικονομική βελτιστοποίηση των κατασκευών έχει οδηγήσει την διεθνή επιστημονική κοινότητα στην διερεύνηση της δυνατότητας εφαρμογής νέων σύνθετων υλικών στις κατασκευές. Τα τελευταία χρόνια η έρευνα έχει εστιαστεί σε ένα νέο επίτευγμα στα σύνθετα υλικά, στην προσπάθεια αντιμετώπισης των προβλημάτων που παρουσιάστηκαν από τα ινοπλισμένα πολυμερή. Το νέο σύνθετο υλικό αποδίδεται στη διεθνή βιβλιογραφία με τον όρο Τextile Reinforced Concrete (TRC), και αποτελείται από ινοπλέγματα (δύο η περισσοτέρων διαστάσεων) σύνθετων υλικών σε μήτρα εξαιρετικά λεπτόκοκκου σκυροδέματος (ή κονιάματος) με μέγιστο κόκκο αδρανών τα 2mm. Αυτό επιτρέπει την κατασκευή πολύ λεπτών στοιχείων σκυροδέματος με υψηλή αντοχή τόσο σε θλίψη όσο και σε εφελκυσμό. Η μήτρα που περιβάλλει τις ίνες αποτελεί την συγκολλητή ύλη μεταξύ των ινών και είναι υπεύθυνη για την μεταφορά των δυνάμεων προς αυτές. Η Ελληνική απόδοση του όρου είναι Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας (ΙΑΜ). Η ανάπτυξη των ΙΑΜ αποτελεί κατά κάποιο τρόπο εξέλιξη του ινοπλισμένου σκυροδέματος, όπου σε όλο τον όγκο του σκυροδέματος προστίθενται τυχαία ίνες μικρού μήκους. Η τυχαία διεύθυνση των ινών δεν επιτρέπει μεγάλη εκμετάλλευση των ιδιοτήτων τους ως προς την δυνατότητα ανάληψης δυνάμεων. Αντιθέτως η τοποθέτηση των ινοπλεγμάτων παράλληλα στην διεύθυνση των κυρίων τάσεων επιτρέπει καλύτερη εκμετάλλευση των μηχανικών ιδιοτήτων των ινών. Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται αρχικά μία παρουσίαση των υλικών που συνθέτουν τα ΙΑΜ, δηλαδή των ινοπλεγμάτων, της μήτρας και των παραμέτρων που επηρεάζουν την συνάφεια μεταξύ μήτρας και ινοπλέγματος. Στην συνέχεια γίνεται μία σύντομη αναφορά στις εφαρμογές των ΙΑΜ, κυρίως στο πεδίο των ενισχύσεων, και τέλος μία παρουσίαση της ερευνητικής προσπάθειας σε επίπεδο πειραματικής διερεύνησης, που

Σ ε λ ί δ α 25 πραγματοποιείται τα τελευταία χρόνια, με αντικείμενο την εφαρμογή σύνθετων ινοπλισμένων στοιχείων ανόργανης μήτρας με σκοπό την ενίσχυση δομικών στοιχείων. 2.2 ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ 2.2.1 Ίνες Οι ίνες, διαμέτρου 5-25μm, αποτελούν τον φορέα ανάληψης των εφελκυστικών δυνάμεων στα σύνθετα υλικά από ΙΑΜ. Η αποδοτικότητα του σύνθετου υλικού σχετικά με την δυνατότητα ανάληψης φορτίων επηρεάζεται σε σημαντικό βαθμό από τις μηχανικές ιδιότητες των ινών. Κύριο χαρακτηριστικό τους είναι η υψηλή εφελκυστική αντοχή τους, καθώς και η γραμμικά ελαστική συμπεριφορά τους μέχρι το σημείο θραύσης τους, σε αντίθεση με το χάλυβα και τον χάλυβα προέντασης που όπως φαίνεται και από το Σχ. 2.1, παρουσιάζουν διγραμμική συμπεριφορά και αυξημένη πλαστιμότητα. Σχήμα 2.1 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης παραμόρφωσης για διάφορους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα [Τριανταφύλλου 2006].

Σ ε λ ί δ α 26 Οι ίνες κατατάσσονται, ανάλογα με την μορφή και την διάταξή τους, σε διακριτές, συνεχείς και πλέγματα ινών. Όπως είναι φυσικό, οι συνεχείς ίνες, προσδίδουν μεγαλύτερη αντοχή από τις διακριτές καθότι η τυχαία διεύθυνση των ινών δεν επιτρέπει την πλήρη εκμετάλλευση των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Γενικά, η αύξηση του μήκους τους συνεπάγεται και αύξηση της αντοχής. Οι ίνες που χρησιμοποιούνται κυρίως στα ΙΑΜ είναι από άνθρακα, γυαλί, αραμίδιο ή βασάλτη. Υπάρχουν όμως και ίνες από άλλα υλικά όπως το πολυπροπυλένιο και το πολυαιθυλένιο που χρησιμοποιούνται στα ινοπλισμένα σκυροδέματα. 2.2.2.1 Ίνες άνθρακα Οι ίνες άνθρακα διατίθενται στο εμπόριο από τα τέλη της δεκαετίας του 1950. Ο άνθρακας παράγεται από πολυακρυλονιτρίλιο, πίσσα (υποπροϊόν της διάλυσης του πετρελαίου) ή ρεγιόν με πυρόλυση σε πολύ υψηλή θερμοκρασία (συχνά έως 3000 C). Μέσω της πυρόλυσης απομακρύνονται από το πολυμερές του άνθρακα διάφορες ενώσεις κυανίου και άτομα υδρογόνου. Τα κρυσταλλικά φύλλα άνθρακα που σχηματίζονται εντείνονται έτσι ώστε να προσανατολιστούν παράλληλα προς τον άξονα της ίνας. Με τον τρόπο αυτό οι κρύσταλλοι στερεοποιούνται σε μία βέλτιστη διάταξη. Θεωρητικά, οι ίνες άνθρακα είναι δυνατό να αποκτήσουν μηχανικές ιδιότητες που προσεγγίζουν τα 100 GPa εφελκυστικής αντοχής και 1000 GPa μέτρου ελαστικότητας. Πάντως οι τιμές αυτές κατά κανόνα δεν αναπτύσσονται πλήρως λόγω ατελειών που παρουσιάζονται στην κρυσταλλική δομή. Οι ίνες άνθρακα που διατίθενται στο εμπόριο έχουν εφελκυστική αντοχή που κυμαίνεται από 2100 MPa έως 6800 MPa με συνήθη για τις εφαρμογές τιμή της τάξης των 3500 MPa και μέτρο ελαστικότητας από 215 GPa έως 700 GPa. Η επιμήκυνση θραύσης κυμαίνεται από 0.2 έως 2.5%, ανάλογα με το είδος του νήματος και τη μέθοδο κατασκευής. Τα χαρακτηριστικά που καθιστούν τις ίνες άνθρακα ως το κατάλληλο υλικό για την παρασκευή στοιχείων ΙΑΜ είναι η υψηλή ανθεκτικότητα έναντι όξινων, οργανικών και αλκαλικών διαλυμάτων καθώς και η καλή συμπεριφορά έναντι μόνιμων φορτίων και υψηλών θερμοκρασιών. Γενικά, όταν απαιτείται ο βέλτιστος συνδυασμός μηχανικής συμπεριφοράς και ελάττωσης βάρους, οι χρησιμοποιούμενες ίνες είναι συνήθως από

Σ ε λ ί δ α 27 άνθρακα. Λόγω της δράσης του ως ευγενές μέταλλο, ο άνθρακας έχει υψηλή αγωγιμότητα και μπορεί να προκαλέσει γαλβανική διάβρωση των μετάλλων που έρχονται σε επαφή μαζί του. Για τον λόγο αυτό πρέπει να αποφεύγεται η απευθείας επαφή του χάλυβα ή του αλουμινίου με τις ίνες άνθρακα. Αξίζει να σημειωθεί ότι το κόστος των ανθρακονημάτων, παρότι παραμένει αρκετό υψηλό σε σχέση με τα υπόλοιπα είδη ινών, έχει μειωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, ενώ σημαντικό μειονέκτημά τους είναι η ευαισθησία τους σε μικρο-κρούσεις και γενικώς σε πλευρικά φορτία. 2.2.2.2 Ίνες υάλου Τα υαλονήματα εμφανίστηκαν για πρώτη φορά στο εμπόριο το 1939. Παράγονται με μηχανικό τρόπο από ύαλο που τήκεται. Το κύριο χαρακτηριστικό του υάλου είναι ότι δεν παρουσιάζει ούτε πλήρως κρυσταλλική δομή αλλά ούτε ιδιότητες ρευστού. Οι ίνες υάλου μπορεί να είναι : (α) τύπου Ε, που είναι ο κοινός και πλέον συνηθισμένος τύπος υάλου (με βασικό μειονέκτημα την μείωση της αντοχής σε αλκαλικό περιβάλλον όπως είναι αυτό του σκυροδέματος), (β) τύπου Ζ (ή ΑR) με μεγάλη αντοχή σε αλκαλικό περιβάλλον και (γ) τύπου S, με κύρια χαρακτηριστικά την υψηλή αντοχή και το υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Aν και, όπως φαίνεται στον Πίν. 2.1, ο ύαλος S έχει μεγαλύτερη εφελκυστική αντοχή και μέτρο ελαστικότητας από την ύαλο Ε, λόγω του υψηλού κόστους έχει περιορισμένη εφαρμογή σε σχέση με το δεύτερο. Πίνακας 2.1 Ιδιότητες υάλου Ε και υάλου S ( Feldman 1989, Kim 1995). Είδος υαλονήματος Εφελκυστική αντοχή (MPa) Μέτρο Ελαστικότητας (GPa) Επιμήκυνση θραύσης (%) Πυκνότητα (gr/cm 3 ) Υαλός-Ε 1900-3000 70-75 3.0-4.5 2.54 Υαλός-S 3500-4800 85-90 4.5 5.5 2.48 Το κυριότερο πλεονέκτημα όλων των τύπων ινών υάλου έναντι των υπολοίπων είναι το αρκετά χαμηλότερο κόστος, σχεδόν πέντε φορές κάτω από το κόστος του άνθρακα και η υψηλή αντοχή. Στα μειονεκτήματα συγκαταλέγονται το χαμηλό μέτρο ελαστικότητας και η χαμηλή αντοχή έναντι φθοράς εκτριβής. Τέλος, η παραμόρφωση αστοχίας είναι της τάξης του 2%.

Σ ε λ ί δ α 28 2.2.2.3 Ίνες αραμιδίου Η εμπορική ονομασία των πρώτων ινών πολυαραμίδης που κυκλοφόρησαν στην αγορά στις αρχές της δεκαετίας του 1970 είναι Kevlar. Η χρήση των σύνθετων υλικών από ίνες πολυαραμίδης σε δομικά έργα είναι περιορισμένη σε σχέση με τα υαλονήματα και τα ανθρακονήματα. Κύρια εφαρμογή τους αποτελεί η θωράκιση κατασκευών από κρουστικά φορτία (π.χ. σε κατασκευές μανδυών σε υποστυλώματα γεφυρών, όπου υπάρχει κίνδυνος πρόσκρουσης οχημάτων). Λόγω της χημικής δομής του πολυμερούς από το οποίο παράγονται, οι ίνες πολυαραμίδης έχουν υψηλό μέτρο ελαστικότητας και υψηλή πυκνότητα. Παρόλο που ορισμένες από τις ίνες της κατηγορίας αυτής παρουσιάζουν εφελκυστική αντοχή από 3500 έως 4100 MPa και το μέτρο ελαστικότητα της τάξης των 175 GPa, που σε εξαιρετικές περιπτώσεις μπορεί να φτάσει έως τα 210 GPa, η συνήθης τιμή της εφελκυστικής αντοχής είναι 3800 MPa, ενώ το μέτρο ελαστικότητας κυμαίνεται από 70 έως 130 GPa. Η επιμήκυνση θραύσης είναι μεταξύ 2.5 και 5.0%. Το κύριο μειονέκτημα των ίνων αραμιδίου είναι πως ο συντελεστής θερμικής διαστολής των ινών δεν είναι συμβατός με αυτόν του σκυροδέματος και κατά συνέπεια δημιουργούνται ανεπιθύμητες τάσεις στην διεπιφάνεια μήτρας σκυροδέματος, ενώ η συμπεριφορά των ινών αραμιδίου σε αλκαλικό περιβάλλον δεν είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική. 2.2.2.4 Ίνες βασάλτη Οι ίνες βασάλτη έχουν παρόμοιες μηχανικές ιδιότητες με αυτές των ινών υάλου αλλά έχουν υψηλή ανθεκτικότητα έναντι υψηλών θερμοκρασιών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο βασάλτης είναι πέτρωμα πυριγενούς προελεύσεως (συναντώνται ορυκτά όπως το πυροξένιο, ο πλαγιόκλαστος, ο ολιβίτης, ο βωξίτης). Οι ίνες βασάλτη παράγονται από μια απλή διαδικασία τήξης του πετρώματος σε θερμοκρασία 1400 C. Δεδομένου ότι συναντάται σε μεγάλες ποσότητες στη φύση και λόγω της απλής διαδικασίας παραγωγής τους, οι ίνες βασάλτη είναι φιλικές προς το περιβάλλον, μη τοξικές, ανθεκτικές σε διάβρωση και με ικανοποιητικές θερμομονωτικές ιδιότητες.

Σ ε λ ί δ α 29 Η εφελκυστική αντοχή των συνεχών ινών βασάλτη είναι σχεδόν διπλάσια της αντίστοιχης αντοχής των ινών υάλου τύπου - Ε και το μέτρο ελαστικότητας αυξημένο κατά 15-30%. Το βασικό πλεονέκτημα των ινών βασάλτη είναι ο συνδυασμός της ιδιαίτερα χαμηλής τιμής τους σε σχέση με τα άλλα είδη ινών και οι καλές μηχανικές τους ιδιότητες. Εξαιτίας του γεγονότος ότι η παραγωγή των ινών βασίζεται στην τήξη των πετρωμάτων βασάλτη είναι δύσκολο να παραχθούν παρτίδες με την ίδια σύσταση και κατ επέκταση με τα ίδια μηχανικά χαρακτηριστικά. 2.2.2 Κλώνοι ινών Ένας κλώνος μπορεί να αποτελείται από χιλιάδες νήματα ινών. Η λεπτότητα του κλώνου μετράται με τη μονάδα tex που δηλώνει το βάρος του κλώνου (gr) ανά μονάδα μήκους (1000m). Ουσιαστικά, η λεπτότητα του κλώνου εξαρτάται από τον αριθμό των ινών, την πυκνότητά τους και την διάμετρό τους. Τα πλέγματα ινών αποτελούνται από ευθύγραμμους κλώνους (yarns) νημάτων ινών (filaments) σε δύο ή και περισσότερες διευθύνσεις. Οι ίνες είναι συνήθως μεγάλου μήκους και διατίθενται σε μορφή νημάτων (τυλιγμένων σε κουβάρια), σε μορφή υφάσματος (ίνες σε δύο συνήθως διευθύνσεις) ή σε μορφή ταινιών με πλάτος μερικών εκατοστών. 2.2.3 Πλέγματα ινών Η σύνθεση των κλώνων ινών σε πλέγματα επιτρέπει την καλύτερη εκμετάλλευση των μηχανικών ιδιοτήτων των ινών καθώς είναι δυνατή η παρασκευή πλεγμάτων με τους κλώνους σε διάφορες διευθύνσεις, ενώ οι αποστάσεις μεταξύ των κλώνων καθορίζονται από τις απαιτήσεις της εφαρμογής του ΙΑΜ. Σημαντικότερο κριτήριο για τον καθορισμό της απόστασης μεταξύ των κλώνων ινών σε κάθε διεύθυνση αποτελεί η δυνατότητα εισχώρησης επαρκούς ποσότητας μητρικού υλικού μεταξύ και εντός των κλώνων. Ακόμα μια σημαντική απαίτηση για τα πλέγματα ινών αποτελεί η γεωμετρική τους σταθερότητα, η ικανότητα τους δηλαδή να διατηρούν την ευθυγραμμία των κλώνων τους σταθερή σε κάθε διεύθυνση κατά τη διαδικασία του εμποτισμού τους με το μητρικό υλικό. Η

Σ ε λ ί δ α 30 γεωμετρική σταθερότητα των πλεγμάτων επιτυγχάνεται συνήθως με προεμποτισμό των ινών του πλέγματος. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι ινοπλεγμάτων που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ΙΑΜ συνοψίζονται στο Σχ. 2.2. Αποτελούνται κατά κύριο λόγο από πλέγματα δύο διευθύνσεων (Σχ. 2.2α), όπου η διάταξη των δεσμών ινών μπορεί να είναι κάθετη (0 /90 ) ή χιαστί (45 /-45 ) για πλέγματα δύο διευθύνσεων ή συνδυασμός και των δύο (0 /45 /90 /-45 ) για πλέγματα τεσσάρων διευθύνσεων. Τρισδιάστατα πλέγματα (Σχ. 2.2β) εφαρμόζονται σε στοιχεία που απαιτούν εφελκυόμενο οπλισμό και στις δύο πλευρές τους, με δυνατότητα διαφορετικής διάταξης της ποσότητας οπλισμού ινών στα δύο επίπεδα. Τέλος στο Σχ. 2.2γ παρουσιάζεται η διάταξη παραγωγής κυκλικών ινοπλεγμάτων τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κυκλικών στοιχείων από ΙΑΜ (π.χ. αγωγοί, δεξαμενές επεξεργασίας υγρών αποβλήτων). (α) (β) (γ) Σχήμα 2.2 Πλέγματα ινών, (α) δύο διευθύνσεων με προσανατολισμό ινών κάθετο 0 /90, (β) τρισδιάστατο πλέγμα, (γ) κυκλικό πλέγμα με διάταξη παραγωγής του. 2.3 ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ 2.3.1 Γενικά Η ανόργανη μήτρα (inorganic matrix) σκυροδέματος που χρησιμοποιείται στα στοιχεία ΙΑΜ, αποτελεί την συγκολλητή ύλη των ινών μεταξύ τους όταν οι κλώνοι του πλέγματος δεν είναι εμποτισμένοι με πολυμερή. Το μητρικό υλικό, στα σύνθετα υλικά, είναι αυτό που εξασφαλίζει την μεταφορά των δυνάμεων στις ίνες, τις προστατεύει από τις διάφορες περιβαλλοντικές προσβολές αλλά και καθορίζει και αρκετές μηχανικές ιδιότητες

Σ ε λ ί δ α 31 των σύνθετων υλικών, όπως είναι η αντοχή κάθετα στη διεύθυνση των ινών, η διατμητική και θλιπτική αντοχή. Οφείλει να πληροί ορισμένες ειδικές απαιτήσεις οι οποίες σχετίζονται με την μέθοδο παραγωγής, τις μηχανικές ιδιότητες και την ανθεκτικότητα του οπλισμού των ινοπλεγμάτων. Η βασικότερη απαίτηση έγκειται στην κατά το δυνατόν καλύτερη διείσδυση του κονιάματος στο πλέγμα ινών προκειμένου να επιτευχθούν καλές συνθήκες συνάφειας μεταξύ πλέγματος και μήτρας. Για τον λόγο αυτό το σκυρόδεμα πρέπει να διαθέτει ικανοποιητική ρευστότητα με τον μέγιστο κόκκο αδρανών να μην ξεπερνά, συνήθως, τα 2mm, γεγονός για το οποίο το μητρικό υλικό χαρακτηρίζεται και ως κονίαμα. Επιπλέον, η σύσταση της μήτρας πρέπει να προσαρμόζεται βάση των ιδιοτήτων του πλέγματος που χρησιμοποιείται και να είναι χημικά συμβατή με την χημική δομή του, ώστε να διαθέτει ανθεκτικότητα το σύνθετο υλικό. Συνοψίζοντας, ο σχεδιασμός της σύστασης της μήτρας πρέπει να εξασφαλίζει έναν βέλτιστο συνδυασμό υλικών, ο οποίος θα είναι σύμφωνος με τις απαιτήσεις περί εργασιμότητας, μηχανικών ιδιοτήτων, ανθεκτικότητας και κόστους παραγωγής των στοιχείων ΙΑΜ από την βιομηχανία. Τα διάφορα είδη σκυροδέματος που χρησιμοποιούνται, ανάλογα με την σύσταση της βασικής τους κονίας, μπορούν να διακριθούν σε τρεις κατηγορίες και πιο συγκεκριμένα στα συνήθη κονιάματα ανόργανης μήτρας, στα κονιάματα με προσθήκη πολυμερών και στα κονιάματα μη τσιμεντοειδούς βάσης. 2.3.2 Συνήθη κονιάματα ανόργανης μήτρας Σε αυτή τη κατηγορία ανήκουν τα συμβατικά κονιάματα, όπου η βασική κονία αποτελείται από τσιμέντο Πόρτλαντ, με κάποιες πρόσθετες ειδικές απαιτήσεις. Πρώτη απαίτηση είναι η επίτευξη μεγάλης ρευστότητας για το μείγμα (η οποία εξασφαλίζει και τη δυνατότητα διείσδυσης του κονιάματος στο πλέγμα), η οποία καθίσταται εφικτή με τη χρησιμοποίηση αδρανών με μέγιστο κόκκο τα 0.6mm. Σημαντική απαίτηση για τα κονιάματα ανόργανης μήτρας αποτελεί επίσης η μείωση της ποσότητας υδρασβέστου [Ca(OH) 2 ] στον τσιμεντοπολτό, η οποία συνοδεύεται από τη μείωση της αλκαλικότητας της μήτρας με αποτέλεσμα την προστασία των ινών υάλου. Τούτου επιτυγχάνεται μέσω προσθήκης κατάλληλης ποσότητας λεπτόκοκκων υλικών με μεγάλη περιεκτικότητα σε

Σ ε λ ί δ α 32 οξείδια του πυριτίου (SiO 2 ), όπως η ιπτάμενη τέφρα, η πυριτική παιπάλη και λιγότερο ο καολινήτης. Τα οξείδια του πυριτίου αντιδρούν με την ελεύθερη υδράσβεστο προς το σχηματισμό ασβεστοπυριτικών ενύδρων. Τέλος το ποσοστό της πυριτικής παιπάλης δεν πρέπει να ξεπερνά το 10% της συνολικής ποσότητας λεπτόκοκκων υλικών έτσι ώστε να διατηρηθεί η εργασιμότητα του μείγματος. 2.3.3 Κονιάματα που περιέχουν πολυμερή Η προσθήκη κλασμάτων πολυμερών διαμέτρου 0.1-0.2μm στην ανόργανη μήτρα επιφέρει αύξηση της εφελυστικής αντοχής του κονιάματος και σημαντική βελτίωση στις συνθήκες συνάφειας μεταξύ μήτρας και πλέγματος. Λόγω της εξαιρετικά μικρής διαμέτρου των μορίων του πολυμερούς μπορούν να εισχωρήσουν στα μικρά κενά των κλώνων ινών (yarn) που δημιουργούνται μεταξύ των μεμονωμένων ινών (filaments) πριν την τοποθέτηση του κονιάματος, με αποτέλεσμα τον καλύτερο εμποτισμό των ινών. Οι ιδιότητες των κονιαμάτων που περιέχουν πολυμερή καθορίζονται από παράγοντες όπως: Ο τύπος του χρησιμοποιούμενου πολυμερούς Ο λόγος πολυμερούς προς τσιμέντο (5-20%) Ο λόγος νερού προς τσιμέντο (0.2-0.5) Η ύπαρξη ή όχι αέρα και γενικότερα οι συνθήκες συντήρησης 2.3.4 Σκυροδέματα με μη συμβατική κονία Στα σκυροδέματα αυτής της κατηγορίας, το μεγαλύτερο ποσοστό της βασικής κονίας αποτελείται από τσιμέντα με βάση το φώσφορο και το αλουμίνιο. Τα τσιμέντα αυτά βρίσκονται σε ερευνητικό στάδιο. Το βασικό μειονέκτημα αυτής της κατηγορίας είναι ότι δεν προσφέρουν ικανοποιητικό χρόνο εργασιμότητας.

Σ ε λ ί δ α 33 2.4 ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΚΑΙ ΠΛΕΓΜΑΤΟΣ Η συμπεριφορά ενός σύνθετου υλικού εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από την συνάφεια της διεπιφάνειας ινών και σύνθετου υλικού. Σε περίπτωση καλών συνθηκών συνάφειας, το υλικό που προκύπτει χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή αλλά ψαθυρότητα, ενώ σε περίπτωση που η διεπιφάνεια είναι ασθενής προκύπτει ένα όλκιμο υλικό. Κάθε κλώνος αποτελείται από πλήθος ινών, οι οποίες διακρίνονται στις περιφερειακές ίνες (sleeve filaments) και στις ίνες του πυρήνα (core filaments) ανάλογα με την θέση που βρίσκονται. Οι περιφερειακές ίνες έρχονται σε άμεση επαφή με την ανόργανη μήτρα και επομένως έχουν πολύ καλή συνάφεια με το μητρικό υλικό, με αποτέλεσμα να αποφεύγεται η ολίσθηση τους και να συμμετέχουν με υψηλή αποδοτικότητα στην ανάληψη φορτίων. Αντίθετα οι εσωτερικές ίνες, Σχ. 2.3α, παρουσιάζουν μειωμένη συνάφεια με το μητρικό υλικό σε σχέση με τις περιφερειακές ίνες, καθώς μικρή ποσότητα ανόργανης μήτρας εισχωρεί στον πυρήνα του κλώνου, με αποτέλεσμα να ολισθαίνουν σημαντικά, σχεδόν ελεύθερες με μοναδική αντίσταση την τριβή μεταξύ τους. Για να επιτευχθεί καλύτερη συνάφεια μεταξύ των ινών του πυρήνα και της μήτρας, οι κλώνοι θα πρέπει να είναι προεμποτισμένοι με πολυμερή (εποξειδική ρητίνη ή συνθετική ρητίνη βινυλίου). Η ρητίνη εισχωρεί σε όλο το βάθος του πυρήνα του κλώνου, Σχ. 2.3β, και εξασφαλίζει την σύνδεση των ινών με την ρητίνη, αποφεύγοντας την ολίσθηση των εσωτερικών ινών, με αποτέλεσμα ο κλώνος να λειτουργεί σαν ένα απόλυτα ομοιογενές υλικό. Στο παρελθόν έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες ερευνητικής διερεύνησης ώστε να χαρακτηριστεί ο μηχανισμός συνάφειας των ινών με το πλέγμα [Bartos 1987, Nammur and Naaman 1989, Ohno and Hannant 1994, Brameshuber et al 2000, Xu et al 2006]. Ο Bartos (1987) προκειμένου να περιγράψει τον τρόπο αστοχίας των μερικώς εμποτισμένων κλώνων πρότεινε έναν σύνθετο μηχανισμό συνάφειας μεταξύ κλώνων ινών και μητρικού υλικού. Σύμφωνα με αυτόν τον μηχανισμό οι περιφερειακές ίνες που είναι επαρκώς εμποτισμένες με το μητρικό υλικό μπορούν να αστοχήσουν ενώ οι εσωτερικές ολισθαίνουν. Επισημαίνεται ότι όταν η ολίσθηση των εσωτερικών ινών είναι ελεγχόμενη, ο εν λόγω μηχανισμός συνάφειας είναι εξαιρετικά ευνοϊκός, καθώς συνδυάζει υψηλές τάσεις συνάφειας που εξασφαλίζονται από τις περιφερειακές ίνες και αυξημένη απορρόφηση ενέργειας που εξασφαλίζεται από την ολίσθηση των ινών του πυρήνα. Οι Xu

Σ ε λ ί δ α 34 et al (2006) διερεύνησαν την επίδραση διαφόρων παραγόντων στην αποτελεσματικότητα της διεπιφάνειας μήτρας - ινοπλέγματος και πρότειναν : Εμποτισμός ινών με πολυμερή Επικάλυψη με άμμο προεμποτισμένων με ρητίνη πλεγμάτων για την περαιτέρω ενίσχυση της διεπιφάνειας Χρησιμοποίηση κονιαμάτων με υψηλή εργασιμότητα Ωστόσο ο μηχανισμός χρήζει περαιτέρω έρευνας. (α) Σχήμα 2.3 (α) Κλώνος ινών με μερικώς εμποτισμένες ίνες (συνάφεια των περιφερειακών ινών μεγαλύτερη από αυτή των εσωτερικών), (β) εισχώρηση πολυμερών στον κλώνο και πλήρης εμποτισμός όλων των ινών του (συνάφεια των περιφερειακών ινών μικρότερη από αυτή των εσωτερικών). (β) 2.5 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΑΠΟ ΙΑΜ Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν τα ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας σε σύγκριση με τα συμβατικά οπλισμένα στοιχεία ανοίγουν τον δρόμο για την ολοένα και αυξανόμενη χρήση τους στις κατασκευές. Η δυνατότητα τοποθέτησης των πλεγμάτων οπλισμού σε οποιαδήποτε διεύθυνση, αναλαμβάνοντας τις αντίστοιχες τάσεις, διευρύνουν το πεδίο εφαρμογής τους. Στα στοιχεία ΙΑΜ υπάρχει η δυνατότητα κατασκευής λεπτότοιχων δομικών στοιχείων με πάχος από 10-30mm και μεγάλη ικανότητα παραλαβής φορτίων, σε αντίθεση με τα λεπτότερα δομικά στοιχεία σκυροδέματος με συμβατικό οπλισμό των οποίων το πάχος είναι πολύ μεγαλύτερο, 70-100mm, εξαιτίας της ανάγκης για προστασία του χαλύβδινου οπλισμού από διάβρωση. Επιπρόσθετα, οι λείες εξωτερικές

Σ ε λ ί δ α 35 επιφάνειες των ΙΑΜ και η ευκολία σχεδιασμού καμπύλων επιφανειακών στοιχείων τα καθιστούν απαραίτητα σε αρχιτεκτονικές εφαρμογές. Η ενίσχυση των κατασκευών, η προπαρασκευή αλλά και η εφαρμογή των ΙΑΜ για καθαρά αρχιτεκτονικούς λόγους είναι μερικά μόνο από τα πεδία ανάπτυξης τους. Οι εφαρμογές στοιχείων ΙΑΜ ανέρχονται ήδη σε εκατοντάδες στις χώρες της Βόρειας Ευρώπης. Χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογών ΙΑΜ σε νέες κατασκευές και τεχνικά έργα παρουσιάζονται παρακάτω. Στοιχεία κάλυψης επιφανειών από ΙΑΜ Τα στοιχεία ΙΑΜ, όπως επισημάνθηκε, χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα μικρό πάχος πράγμα που συνεπάγεται ότι και το βάρος τους είναι αντίστοιχα μικρό. Αυτό καθιστά τα στοιχεία ΙΑΜ ιδιαιτέρως οικονομικά από πλευράς χρησιμοποίησης υλικών κατά την παρασκευή τους, αλλά και λόγω του ότι δεν απαιτούνται περίπλοκα συστήματα αγκύρωσής τους. Στις περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται ως στοιχεία κάλυψης (π.χ. όψεων) οφείλουν να πληρούν ορισμένες προδιαγραφές που αφορούν την αντοχή σε εφελκυστικές δυνάμεις και σε φορτία ανεμοπίεσης. Την ανάληψη των εφελκυστικών δυνάμεων αναλαμβάνουν τα ινοπλέγματα, ενώ η αντοχή των ΙΑΜ σε άνεμο επιτυγχάνεται μέσω της χρήσης υψηλής αντοχής σκυροδέματος. Στην Βόρεια και Δυτική Ευρώπη καθώς και σε χώρες όπως η Γερμανία, η Ελβετία και η Αυστρία χρησιμοποιούνται ευρέως στοιχεία κάλυψης από στοιχεία ΙΑΜ. Χαρακτηριστική είναι η πρώτη εφαρμογή που έγινε σε κτίριο επέκτασης (Εικ. 2.1) του Πολυτεχνείου του Aachen (RWTH Aachen). Τυπική επιλογή υλικού για την κάλυψη των όψεων των κτιρίων μέχρι τότε ήταν η χρήση τυπικών πετρωμάτων. Μία κλασσική επιλογή που όμως κοστίζει αρκετά και που πολλές φορές κατασκευαστικοί περιορισμοί δεν επιτρέπουν την χρήση τέτοιων υλικών. Συνεπώς, τα ΙΑΜ, ως στοιχεία όψης αποτελούν μία εναλλακτική λύση με χαμηλότερο κόστος και με ιδιαίτερο αρχιτεκτονικό αποτέλεσμα.

Σ ε λ ί δ α 36 Εικόνα 2.1 Εφαρμογή στοιχείων όψεως από ΙΑΜ στο Πολυτεχνείου του Aachen. Εικόνα 2.2 Προσόψεις κτιρίων που έχουν γίνει εφαρμογή στοιχείων ΙΑΜ. Στοιχεία τύπου σάντουιτς από ΙΑΜ Τα στοιχεία τύπου σάντουιτς από ΙΑΜ αποτελούν έναν άλλο τύπο στοιχείων για την κάλυψη των επιφανειών. Η σκυροδέτησή τους είναι ανάλογη με αυτή των συμβατικών οπλισμών σκυροδέματος. Αποτελούνται από δύο κελύφη, το ένα κέλυφος είναι το στοιχείο ΙΑΜ ενώ το άλλο είναι ένα στοιχείο από σύνηθες σκυρόδεμα. Μεταξύ των δύο αυτών κελυφών παρεμβάλλεται και το υλικό θερμομόνωσης του στοιχείου. Αρχικά παρασκευάζεται το στοιχείο από ΙΑΜ. Διοχετεύεται λεπτόκοκκο σκυρόδεμα ανάμεσα στα δύο επίπεδα του οπλισμού. Μετά την σκλήρυνση του σκυροδέματος από ΙΑΜ πραγματοποιείται και η σκυροδέτηση του κελύφους με το συμβατικό σκυρόδεμα. Τα δύο αυτά κελύφη συνδέονται μέσω αγκυρίων που έχουν στηριχθεί στο στοιχείο από ΙΑΜ.

Σ ε λ ί δ α 37 Εικόνα 2.3 Στοιχεία τύπου σάντουιτς από ΙΑΜ : (α) Πλέγμα τριών διαστάσεων, (β) στοιχείο σάντουιτς [ΙΤΑ, ΙΜΒ RWTH Aachen University]. Παραπετάσματα από ΙΑΜ Μια πρότυπη εφαρμογή παρουσιάσθηκε από το Πολυτεχνείο της Δρέσδης (ΤU Dresden). Παρασκευάσθηκε ένα παραπέτασμα από ΙΑΜ (Εικ. 2.4). Το στοιχείο έχει διαστάσεις 2.50x1.50m 2, ενώ το πάχος του είναι 20mm. Χρησιμοποιήθηκε πλέγμα οπλισμού από ίνες γυαλιού με επικάλυψη ζιρκονίου που προσδίδει ανθεκτικότητα σε αλκαλικό περιβάλλον (ΑR Glass). Τα άκρα του στοιχείου κατασκευάσθηκαν με μεγαλύτερη δυσκαμψία ενώ για τον οπλισμό των άκρων χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι ινών γυαλιού. Έτσι, μειώθηκε το ελάχιστο βάρος του στοιχείου και οι διαστάσεις του. Εικόνα 2.4 Παραπέτασμα από ΙΑΜ (Τechnical University Dresden).

Σ ε λ ί δ α 38 Κατασκευές και δομικά στοιχεία από ΙΑΜ σε έργα για την προστασία του περιβάλλοντος. Στις δεξαμενές επεξεργασίας υγρών λυμάτων οι φυσικοχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά την διάσπαση των λυμάτων με την παρουσία μικροοργανισμών είναι εξαιρετικά επιβλαβείς για τον συμβατικό οπλισμό με αποτέλεσμα να επιλέγονται μεγάλα πάχη επικάλυψης. Αυτό έχει ως συνέπεια την δημιουργία δεξαμενών με μεγάλο κόστος. Η χρήση πλεγμάτων μη μεταλλικών ινών είναι η πιο ενδεδειγμένη, δεδομένου ότι οι ίνες δεν είναι ευαίσθητες σε φαινόμενα διάβρωσης (Εικ. 2.5). Τα στοιχεία ΙΑΜ λόγω του μικρού τους βάρους είναι ευέλικτα στην ανύψωση και τοποθέτηση τους. Έτσι, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως ηχοπετάσματα σε κατοικημένες περιοχές, είτε ως ανακλαστήρες ήχους (Εικ. 2.6α), είτε ως στοιχεία τύπου σάντουιτς που στο εσωτερικό τους έχουν ηχομονωτικό υλικό (Εικ. 2.6β). Ακόμη, χρησιμοποιούνται στοιχεία ΙΑΜ για την προστασία των κατασκευών από πλημμυρικά φαινόμενα (Εικ. 2.7) και από υπόγεια ύδατα (Εικ. 2.8). Εικόνα 2.5 Δεξαμενή επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (RWTH Aachen & Mall).

Σ ε λ ί δ α 39 (α) (β) Εικόνα 2.6 Ηχοπετάσματα: (α) ανάκλασης (Durapact-Fydro), (β) ανάκλασης και απορρόφησης (Durapact-Fydro). Εικόνα 2.7 Στοιχεία προστασίας αναχωμάτων (Fydro). Εικόνα 2.8 Πρόταση στεγανοποίησης και καμπτικής ενίσχυσης τοίχου υπογείου (Hinzen et al 2006).

Σ ε λ ί δ α 40 Κατασκευές και δομικά στοιχεία από ΙΑΜ για την παραλαβή φορτίων Η ικανότητα δημιουργίας στοιχείων ΙΑΜ με μικρό πάχος, μεγάλη ποικιλία σχημάτων και δυνατότητα παραλαβής σημαντικών δυνάμεων τα καθιστούν ιδιαίτερα ελκυστικά σε διάφορες κατασκευές που χρησιμοποιούνται ώστε να παραλαμβάνουν φορτία. Έτσι, χρησιμοποιούνται ως παραμένοντες τσιμεντότυποι για την κατασκευή δομικών στοιχείων σκυροδέματος. Χαρακτηριστικό είναι το στοιχείο ΙΑΜ (Εικ. 2.10), που κατασκεύασαν στο Πολυτεχνείο του Aachen σε συνεργασία με το Πολυτεχνείο της Στουτγκάρδης, που λειτουργούν ως τύποι και μπορούν να παραλάβουν φορτία αναπτυσσόμενα κατά την σκυροδέτηση. Μία ακόμη εφαρμογή των ΙΑΜ, είναι σε επεκτάσεις εξωστών σε παλαιά κτίρια, όπου συνήθως γίνεται με την χρήση ελαφρών μεταλλικών κατασκευών χωρίς να οδηγούμαστε σε αποδεκτό αποτέλεσμα από αισθητικής άποψης. Το Πολυτεχνείο της Δρέσδης σε συνεργασία με το ερευνητικό ίδρυμα Chemnitz πρότειναν την αντικατάσταση της χρήσης μεταλλικών στοιχείων με μια απλή κατασκευή από ΙΑΜ διαστάσεων 2.75x 1.60m 2 (Εικ 2.11). Τα άκρα του στοιχείου με ύψος 70mm έχουν ενισχυμένη δυσκαμψία και οπλίζονται με ράβδους ινών γυαλιού. Για τον οπλισμό του μόλις 20mm επίπεδου στοιχείου χρησιμοποιήθηκε πλέγμα ινών γυαλιού δυο διευθύνσεων ανθεκτικού σε αλκαλικό περιβάλλον. Τέλος, βρίσκουν εφαρμογή σε πλαίσια από προκατασκευασμένα στοιχεία ΙΑΜ πολυγωνικής μορφής, σε γέφυρες, σε επίπεδα δικτυώματα, σε συστήματα στέγασης και πλευρικής κάλυψης, σε αγωγούς κ.τ.λ. Εικόνα 2.9 Κατασκευές από ΙΑΜ που παραλαμβάνουν φορτία.

Σ ε λ ί δ α 41 Εικόνα 2.10 Προκατασκευασμένα στοιχεία εγκιβωτισμού για κατασκευή πλακών και τοίχων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Εικόνα 2.11 Εξώστης από ΙΑΜ α) Διατομή εξώστη ΙΑΜ και β) Ινόπλεγμα με ράβδους οπλισμού. Συστήματα εξωτερικής θερμομόνωσης από ΙΑΜ Το σύστημα εξωτερικής θερμομόνωσης από ΙΑΜ αποτελεί μία σχετικά οικονομική λύση αν αναλογιστεί κανείς τα οφέλη που προσφέρει, καθώς κρίνεται αποδοτικότερη σε σχέση με την παραδοσιακή ενδιάμεση μόνωση και δικέλυφη κατασκευή. Με το σύστημα εξωτερικής θερμομόνωσης υπάρχει καλύτερη εκμετάλλευση της θερμοχωρητικότητας της τοιχοποιίας, ενώ τα στοιχεία αυτού του τύπου είναι ελαφροβαρή ώστε να μην επιβαρύνουν την κατασκευή με μόνιμα φορτία. Τέλος, πρόκειται για μία εναλλακτική κατασκευή

Σ ε λ ί δ α 42 θερμομόνωσης χαμηλού κόστους με ικανοποιητική ευελιξία στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό. Εικόνα 2.12 Τομή συστήματος εξωτερικής θερμομόνωσης από ΙΑΜ. 2.6 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΩΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ Μια εκ πρώτης όψεως λογικοφανής λύση στα προβλήματα των ΙΟΠ θα μπορούσε να είναι, όπως αναφέραμε στο προηγούμενο κεφάλαιο, η αντικατάσταση της ρητίνης, η οποία αποτελεί το συνδετικό υλικό μεταξύ των συνεχών ινών, δηλαδή την «μήτρα», με πολύ λεπτόκοκκο υλικό ανόργανης σύστασης, π.χ. τύπου κονιάματος με βάση το τσιμέντο. Η κοκκομετρία των κονιαμάτων, ακόμα και των εξαιρετικά λεπτόκοκκων δεν επιτρέπει τον πλήρη εμποτισμό των ινών συνεχών υφασμάτων, με αποτέλεσμα την εμφάνιση πτωχών χαρακτηριστικών συνάφειας μεταξύ των ινών και του μητρικού υλικού (κονίαμα). Παρόλα αυτά η χρήση υφασμάτων με ίνες μίας διεύθυνσης σε μήτρα κονιάματος έχει μελετηθεί από αρκετούς ερευνητές σε εφαρμογές ενίσχυσης. Οι Kurtz and Balaguru (2001) και οι Garon et al. (2001), εξέτασαν τη συμπεριφορά υφασμάτων από ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα πυριτικού αλουμινίου παρουσία υδατοδιαλυτού διεγέρτη. Τα υφάσματα συνεχών ινών άνθρακα που επικολλήθηκαν εξωτερικά ως οπλισμός καμπτικής ενίσχυσης πάνω σε δοκούς οπλισμένου σκυροδέματος χαρακτηρίστηκαν από παρόμοια συμπεριφορά σε όρους αντοχής και δυσκαμψίας σε σύγκριση με αντίστοιχες ίνες άνθρακα που είχαν επικολληθεί

Σ ε λ ί δ α 43 μέσω ρητίνης, αλλά με εμφανώς μειωμένη πλαστιμότητα. Επίσης, οι Toutanji et al. (2003), εξέτασαν την αντοχή σε κόπωση δοκών οπλισμένου σκυροδέματος που είχαν ενισχυθεί σε κάμψη με ύφασμα ινών άνθρακα και την ίδια ανόργανη μήτρα και βρέθηκε ικανοποιητική. Ο Wiberg (2003), στα πλαίσια της διδακτορικής του διατριβής διεξήγαγε δοκιμές πλήρους κλίμακας σε δοκούς οπλισμένου σκυροδέματος που είχαν ενισχυθεί έναντι κάμψης ή διάτμησης, με ανθρακοϋφάσματα σε ανόργανη ή οργανική μήτρα. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι η μέθοδος ενίσχυσης μέσω ανόργανης μήτρας, παρόλο που υπολείπεται σε σύγκριση με αυτή της οργανικής, είναι εξαιρετικά αποτελεσματική, ιδιαίτερα όταν στο κονίαμα προστεθεί μικρή ποσότητα πολυμερών. Μία ενδιαφέρουσα εναλλακτική πρόταση είναι αυτή της αντικατάστασης των «συμβατικών» υφασμάτων συνεχών ινών (συνήθως) μίας διεύθυνσης, με υφάσματα ινών σε μορφή πλέγματος (textile) με βροχίδες. Τα πλέγματα αυτά μπορούν να κατασκευάζονται από δέσμες ινών ανά αποστάσεις σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η καλή συνεργασία ινών και μητρικού υλικού (κονιάματος) κυρίως μέσω μηχανικής εμπλοκής του κονιάματος στα κενά μεταξύ των δεσμών. Οι πρώτες εργασίες όπου ινοπλέγματα συνδυάστηκαν με κονιάματα για την ενίσχυση δομικών στοιχείων ήταν αυτές των Curbach & Brueckner (2003) και Curbach & Ortlepp (2003). Στις εργασίες αυτές γίνονται μελέτες συνάφειας ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας σκυροδέματος και παρουσιάζονται αποτελέσματα δοκιμών κάμψης επί δοκών ενισχυμένων με υαλοπλέγματα σε τσιμεντοκονίαμα. Το βασικό συμπέρασμα που προκύπτει από αυτές τις εργασίες είναι ότι μέσω σωστού σχεδιασμού του συστήματος ενίσχυσης, ο οποίος περιλαμβάνει κατάλληλη επιλογή πλέγματος και κονιάματος, η ενίσχυση στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος μέσω ΙΑΜ μπορεί να αποτελέσει μία ενδιαφέρουσα εναλλακτική πρόταση. Η χρήση των ΙΑΜ για την κατασκευή μανδυών με στόχο την περίσφιγξη σκυροδέματος και την ενίσχυση έναντι τέμνουσας παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στις εργασίες των Triantafillou & Papanicolaou (2005), Triantafillou et al (2006) και Triantafillou & Papanicolaou (2006). Η εναλλακτική αυτή πρόταση της χρήσης ΙΑΜ ως υλικού ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος και τοιχοποιίας αναπτύσσεται και μελετάται συστηματικά τα τελευταία χρόνια στο Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Κύριος στόχος του εκτεταμένου πειραματικού προγράμματος που διεξάγεται αποτελεί η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των

Σ ε λ ί δ α 44 στοιχείων ΙΑΜ και η σύγκρισή τους με ισοδύναμους οπλισμούς ενίσχυσης από ΙΟΠ. Παρακάτω δίνεται μία συνοπτική παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων από δοκιμές που έγιναν με χρήση μανδυών ΙΑΜ με στόχο: 1) Την ενίσχυση έναντι κάμψης. 2) Την περίσφιγξη άοπλου και οπλισμένου σκυροδέματος υπό αξονική θλίψη. 3) Την αύξηση της ικανότητας παραμόρφωσης υποστυλωμάτων μέσω περίσφιγξης στα άκρα. 4) Την ενίσχυση κρίσιμων έναντι τέμνουσας περιοχών σε στοιχεία Ο.Σ. 5) Την ενίσχυση φέρουσας τοιχοποιίας για φόρτιση εκτός και εντός επιπέδου. 6) Την καμπτική ενίσχυση πλακών οπλισμένου σκυροδέματος. Εκ των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι τα νέα σύνθετα υλικά (Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα) τυγχάνουν εξαιρετικής αποτελεσματικότητας και αναμένεται ότι θα αποτελέσουν μία ενδιαφέρουσα πρόταση στο πεδίο των ενισχύσεων. 2.6.1 Ενίσχυση έναντι κάμψης Η πρώτη χρονικά πειραματική διερεύνηση δοκών ενισχυμένων με ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα έγινε το 1999 από τον Wiberg στα πλαίσια της διδακτορικής του διατριβής. Ο Wiberg τονίζοντας ότι η ανομοιογένεια του δεσμού ανόργανης μήτρας ινών άνθρακα μειώνει την αποδοτικότητα των πλεγμάτων υπολόγισε συντελεστές αποτελεσματικότητας που εξήχθησαν από την πειραματική διερεύνηση δοκών μικρής και μεγάλης κλίμακας. Η μείωση της αποδοτικότητας σύμφωνα με τον Wiberg οφείλεται και στην πρόσθετη καμπυλότητα που είναι δυνατόν να υπάρξει στο πλέγμα εξαιτίας της πλέξης του ή και της μεθόδου εφαρμογής τους. Η μείωση της αποτελεσματικότητας οφείλεται επίσης και στην διεύθυνση των ινών στο σύνθετο στοιχείο. Αν η διεύθυνση τους αποκλίνει από την διεύθυνση των κυρίων τάσεων, τότε η αποτελεσματικότητα τους μειώνεται. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι συντελεστές αποδοτικότητας που εξήχθησαν από την πειραματική διερεύνηση των δοκών μικρής κλίμακας. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται οι δοκοί που ενισχύθηκαν με 1 έως 5 στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα (κυματοειδώς πλεγμένου) δύο διευθύνσεων. Επίσης παρουσιάζεται και ο συντελεστής απόδοσης του στοιχείου ενίσχυσης του οποίου το ύφασμα έχει προεμποτιστεί με εποξειδική ρητίνη.

Σ ε λ ί δ α 45 Ο συντελεστής αποτελεσματικότητας υπολογίζεται από το πηλίκο της εφελκυστικής δύναμης που παρατηρήθηκε από το πείραμα προς το γινόμενο A f (εμβαδόν ινών) επί την ε- φελκυστική αντοχή των ινών (f fu ). Πίνακας 2.2 Συντελεστές αποδοτικότητας πλεγμάτων σύμφωνα με τον Wiberg. Αριθμός Επιφανειακή Προεμποτισμένο A f n στρώσεων μάζα πλέγματος (gr/m 2 ) ή μη (mm 2 ) 1 95 μη 4.07 0.375 2 95 μη 8.14 0.352 3 95 μη 12.21 0.349 4 95 μη 16.29 0.308 5 95 μη 20.36 0.344 1 95 προεμποτισμένο 4.07 0.888 1 170 μη 12.10 0.300 1 170 προεμποτισμένο 12.10 0.550 Όπως ήταν αναμενόμενο, ο συντελεστής αποδοτικότητας για τα προεμποτισμένα υφάσματα με εποξειδική ρητίνη είναι πολύ μεγαλύτερος. Οι Triantafillou et al (2006) διερεύνησαν πειραματικά την καμπτική συμπεριφορά τριών δοκών οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων με ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας. Η διερεύνηση έγινε μέσω δοκιμών μονοτονικής κάμψης τεσσάρων σημείων. Οι αμφιέρειστες δοκοί ήταν ορθογωνικής διατομής 150x25 mm και συνολικού μήκους 2.30m. Τα στοιχεία ήταν σκοπίμως υπερδιαστασιολογημένα έναντι τέμνουσας και υποδιαστασιολογημένα έναντι κάμψης, ώστε η αστοχία πριν την ενίσχυση να οφείλεται στην κάμψη. Η πρώτη δοκός ήταν η δοκός αναφοράς, η δεύτερη ήταν ενισχυμένη με τέσσερεις στρώσεις πλέγματος ινών σε ανόργανη μήτρα και η τρίτη είχε τον ίδιο οπλισμό ενίσχυσης αλλά η μήτρα του συστήματος ήταν οργανική. Από την πειραματική διερεύνηση των παραπάνω δοκιμίων προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα: Η αστοχία στην δοκό με οργανική μήτρα προήλθε από θραύση των ινών του συνθέτου υλικού ενώ η αστοχία της δοκού με ανόργανη μήτρα προήλθε από την διαστρωματική απόσχιση του πλέγματος ινών από την μήτρα στο άκρο του στοιχείου.

Σ ε λ ί δ α 46 Το δοκίμιο με την ανόργανη μήτρα είχε μικρότερο φορτίο διαρροής, μεγαλύτερη παραμορφωσιμότητα κατά την αστοχία και μικρότερη δυσκαμψία μετά την διαρροή. Συγκριτικά με την δοκό με την οργανική μήτρα το σύστημα με την ανόργανη μήτρα είχε 30% μικρότερη αποτελεσματικότητα σε όρους δύναμης και 30% καλύτερη αποτελεσματικότητα σε όρους παραμόρφωσης. 2.6.2 Περίσφιγξη άοπλου και οπλισμένου σκυροδέματος Οι Triantafillou et al (2006) για την μελέτη της περίσφιγξης σκυροδέματος με χρήση ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας πραγματοποίησαν πειραματική διερεύνηση, η οποία περιελάμβανε δοκιμές κεντρικής θλίψης σε τέσσερεις ομάδες δοκιμίων. Κύριοι στόχοι ήταν να μελετηθούν: ο ρόλος της αντοχής του κονιάματος στα χαρακτηριστικά περίσφιγξης του άοπλου σκυροδέματος (Ομάδα Α), η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ συγκριτικά με αυτή των μανδυών ΙΟΠ ως προς την περίσφιγξη άοπλου σκυροδέματος (Ομάδα Β και C), o ρόλος του αριθμού των στρώσεων ΙΑΜ στην περίσφιγξη άοπλου σκυροδέματος (Ομάδες Α, Β και C), η αποτελεσματικότητα μίας νέας τεχνικής, Σχ. 2.4, βάσει της οποίας η περίσφιγξη επιβάλλεται μέσω λωρίδων σε σπειροειδή διάταξη χωρίς επικόλληση με εξαίρεση στα άκρα (Ομάδα C) και η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ συγκριτικά με αυτήν των μανδυών ΙΟΠ ως προς την περίσφιγξη οπλισμένου σκυροδέματος για διαφορετικές αποστάσεις συνδετήρων (Ομάδα D) και Σχ. 2.5. Σχήμα 2.4 Εναλλακτικός τρόπος εφαρμογής της ενίσχυσης (Triantafillou et al 2006).

Σ ε λ ί δ α 47 Σχήμα 2.5 Λεπτομέρειες οπλισμού πρισματικών δοκιμίων (Triantafillou et al 2006). Για την πειραματική μελέτη χρησιμοποιήθηκαν: (α) Άοπλα κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 150mm και ύψους 300mm (Ομάδες Α και Β). (β) Άοπλα πρισματικά δοκίμια τετραγωνικής διατομής 200x200mm και ύψους 700mm (Ομάδα C). (γ) Οπλισμένα πρισματικά δοκίμια τετραγωνικής διατομής 200x200mm και ύψους 700mm (Ομάδα D ). Η σύσταση της μήτρας ήταν ανόργανη αλλά και οργανική, ώστε να είναι δυνατές οι συγκρίσεις. Από την επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων εξήχθησαν τα παρακάτω συμπεράσματα: Η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ ως προς την αύξηση της αντοχής και της παραμορφωσιμότητας των στοιχείων άοπλου ή οπλισμένου σκυροδέματος είναι γενικώς υψηλή και μόνον ελαφρώς μειωμένη ως προς την αντίστοιχη των μανδυών ΙΟΠ. Όπως και στην περίπτωση μανδυών ΙΟΠ, η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ αυξάνεται (μη αναλογικά) με τον αριθμό των στρώσεων. Οι καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης σκυροδέματος περισφιγμένου με μανδύες ΙΑΜ έχουν περίπου την (γνώριμη) διγραμμική μορφή που παρατηρείται και στο σκυρόδεμα με μανδύες ΙΟΠ. Υπό την προϋπόθεση κατάλληλης επιλογής κονιάματος, οι μανδύες ΙΑΜ εξαντλούν την εφελκυστική αντοχή τους, γεγονός που καταδεικνύει την πλήρη αξιοποίηση της υψηλής αντοχής των ινών. Η αστοχία των μανδυών ΙΑΜ λόγω εγκάρσιας διόγκωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος είναι γενικώς βαθμιαία και όχι τόσο ξαφνική (και ψαθυρή)

Σ ε λ ί δ α 48 όπως στην περίπτωση των μανδυών ΙΟΠ, γεγονός που οφείλεται στην σταδιακή θραύση δεσμών ινών. Η θραύση αυτή επεκτείνεται σχετικά αργά σε γειτονικές δέσμες, ως αποτέλεσμα της ανακατανομής της έντασης που παρέχει η ανόργανη μήτρα σε σχέση με την πολυμερική (εποξειδική ρητίνη). Έτσι, η συμπεριφορά σκυροδέματος περισφιγμένου με ΙΑΜ είναι πιο πλάστιμη σε σχέση με το αντίστοιχο περισφιγμένο με ΙΟΠ. Η αναλυτική προσομοίωση για την περίσφιγξη με ΙΑΜ μπορεί να γίνει αξιοποιώντας υφιστάμενα προσομοιώματα περίσφιγξης με ΙΟΠ, στα οποία λαμβάνεται υπόψη η μειωμένη αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ μέσω κατάλληλων μειωτικών συντελεστών ( π.χ. Triantafillou et al 2006). Η περίσφιγξη μέσω λωρίδων σε ελικοειδή διάταξη και αγκύρωση μόνο στα άκρα των δομικών στοιχείων αποτελεί ενδιαφέρουσα τεχνική ικανοποιητικής αποτελεσματικότητας. 2.6.3 Αύξηση πλαστιμότητας σε υποστυλώματα Οι Triantafillou et al (2006) μελέτησαν την συμπεριφορά μανδυών από ΙΑΜ για την περίσφιγξη υποστυλώματων από οπλισμένο σκυρόδεμα, που δεν πληρούν τις σύγχρονες ανάγκες πλαστιμότητας και συγκρίθηκαν με μανδύες ίσης δυστένειας από ΙΟΠ. Δοκιμάστηκαν για τον λόγο αυτό τρία στοιχεία τύπου προβόλου, τετραγωνικής διατομής 250x250mm, αναπαριστώντας σε πλήρη κλίμακα υποστυλώματα με ύψος ίσο με το μισό του ύψους ενός τυπικού ορόφου (1.60m). Το πρώτο ήταν το δοκίμιο ελέγχου, το δεύτερο ήταν ενισχυμένο στον πόδα με δύο στρώσεις μανδύα ινοπλισμένων πολυμερών κάνοντας χρήση υφάσματος ινών άνθρακα μίας διεύθυνσης και ονομαστικό πάχος 0.17mm και το τρίτο από τέσσερεις στρώσεις μανδύα από πλέγμα ινών άνθρακα (ίσης δυστένειας με τον μανδύα ΙΟΠ) σε ανόργανη μήτρα. Ο μανδύας κάλυπτε τον πόδα των υποστυλωμάτων σε ύψος 430mm. Λεπτομέρειες φαίνονται στο Σχ. 2.6 και την Εικ. 2.13. Κύριο χαρακτηριστικό της απόκρισης του δοκιμίου αναφοράς ήταν η διαρροή σε κάμψη, η οποία όμως ακολουθήθηκε από λυγισμό των διαμήκων ράβδων, λόγο του μεγάλου αστήρικτου μήκους από τους αραιά τοποθετημένους συνδετήρες και αποδιοργάνωση του σκυροδέματος πάνω από την βάση. Διαπιστώθηκε πως η απόκριση των ενισχυμένων υποστυλωμάτων βελτιώθηκε σημαντικά λόγω της περίσφιγξης από τους

Σ ε λ ί δ α 49 μανδύες. Η αντοχή καθορίστηκε και πάλι από καμπτική διαρροή στη διατομή της βάσης στο ίδιο περίπου φορτίο, ωστόσο ο επακόλουθος λυγισμός των διαμήκων ράβδων ήταν σχετικά ελεγχόμενος, λόγω της περίσφιγξης των μανδυών. Έτσι κατέστη δυνατή η ανάπτυξη μεγάλης οριζόντιας μετατόπισης, η οποία συνοδεύτηκε από μικρή (μανδύας ΙΟΠ) έως οριακή (μανδύας ΙΑΜ) πτώση του φορτίου. Συμπερασματικά, η αποτελεσματικότητα του μανδύα ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα ως προς την καθυστέρηση των δυσμενών συνεπειών του λυγισμού των ράβδων ήταν τουλάχιστον ίση, αν όχι μεγαλύτερη, από αυτή του μανδύα ινοπλισμένων πολυμερών ίσης δυστένειας. Σχήμα 2.6 Λεπτομέρειες όπλισης και διάταξης δοκιμίων υποστυλωμάτων (Triantafillou et al 2006). (α) (β) (γ) Εικόνα 2.13 (α) Λυγισμός ράβδων δοκιμίου ελέγχου, (β) Θραύση ινών μανδύα από ΙΟΠ, (γ) Μανδύας από ΙΑΜ χωρίς βλάβη στο τέλος της δοκιμής (Triantafillou et al 2006).

Σ ε λ ί δ α 50 2.6.4 Ενίσχυση έναντι τέμνουσας Οι Triantafillou and Papanicolaou (2006) μελέτησαν την χρήση μανδυών ΙΑΜ ως μέσο ενίσχυσης κρίσιμων έναντι τέμνουσας περιοχών σε στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος. Η διερεύνηση έγινε μέσω δοκιμών μονοτονικής και ανακυκλιζόμενης φόρτισης τεσσάρων σημείων επί έξι αμφιερείστων στοιχείων ορθογωνικής διατομής 150x300mm και συνολικό ύψος 2.60m. Τα στοιχεία ήταν σκοπίμως υπερδιαστοσιολογημένα έναντι κάμψης και υποδιαστασιολογημένα έναντι τέμνουσας, ώστε η αστοχία πριν την ενίσχυση να οφείλεται σε διάτμηση, Σχ.2.7. Σχήμα 2.7 Λεπτομέρειες όπλισης δοκών ενισχυμένων σε διάτμηση (Triantafillou and Papanicolaou 2006). Κύριοι στόχοι του πειραματικού προγράμματος ήταν να μελετηθούν: (α) Η αποτελεσματικότητα μανδύα ΙΑΜ συγκριτικά με αυτήν του μανδύα ΙΟΠ ως προς την ενίσχυση οπλισμένου σκυροδέματος έναντι τέμνουσας. (β) Ο ρόλος του αριθμού των στρώσεων μανδυών ΙΑΜ στην ενίσχυση έναντι τέμνουσας. (γ) Η αποτελεσματικότητα μανδύα ο οποίος κατασκευάζεται με λωρίδες σε ελικοειδή διάταξη συγκριτικά με το συμβατικό μανδύα του μονού υφάσματος, Σχ 2.8.

Σ ε λ ί δ α 51 Σχήμα 2.8 Εφαρμογή πλέγματος σε ελικοειδή διάταξη για ενίσχυση δοκού έναντι διάτμησης (Triantafillou and Papanicolaou 2006). Από τα έξι δοκίμια που παρουσιάστηκαν τα τέσσερα δοκιμάστηκαν σε μονοτονική φόρτιση και τα υπόλοιπα δύο σε ανακυκλιζόμενη. Εκ των τεσσάρων πρώτων, ένα ήταν δοκίμιο αναφοράς, ένα ενισχύθηκε με δύο στρώσεις ΙΑΜ με τρόπο συμβατικό, ένα ενισχύθηκε με δύο στρώσεις του ίδιου ινοπλέγματος σε πολυμερική (εποξειδική) μήτρα και ένα ενισχύθηκε με δύο στρώσεις ΙΑΜ οι οποίες κατασκευάστηκαν με δύο λωρίδες σε ελικοειδή διάταξη. Επειδή όλοι οι προαναφερθέντες τύποι μανδύα μετέτρεψαν τον μηχανισμό αστοχίας από ψαθυρό διατμητικού τύπου σε πλάστιμο καμπτικού τύπου, τα επόμενα δύο ενισχύθηκαν με μία μόνο στρώση μανδύα, ώστε να καταστεί εφικτή η αστοχία των ενισχυμένων δοκιμίων και πάλι λόγω διάτμησης και με τον τρόπο αυτό να ποσοτικοποιηθεί η συμβολή του μανδύα στην ανάληψη τέμνουσας. Στο ένα εκ των δύο αυτών δοκιμίων ο μανδύας ήταν τύπου ινοπλέγματος σε ανόργανη μήτρα και στο άλλο σε εποξειδική ρητίνη. Κύριο συμπέρασμα της εργασίας αυτής ήταν ότι οι μανδύες ΙΑΜ αποτελούν μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα πρόταση διατμητικής ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, με αποτελεσματικότητα ενδεχομένως μικρότερη σε σχέση με τους μανδύες ΙΟΠ, κάτι όμως που μπορεί να αντισταθμιστεί εύκολα μέσω της κατάλληλης επιλογής του αριθμού των στρώσεων. 2.6.5 Ενίσχυση φέρουσας τοιχοποιίας Οι Papanicolaou et al. (2006α,β) και Papanicolaou et al. (2007) διεξήγαγαν εκτεταμένο πειραματικό πρόγραμμα προκειμένου να διερευνήσουν την αποτελεσματικότητα των ΙΑΜ ως υλικού ενίσχυσης στοιχείων φέρουσας τοιχοποιίας. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε δοκιμές επί 41 δρομικών τοιχίσκων οπτοπλινθοδομής, μικρής και μεσαίας κλίμακας, η πλειονότητα των οποίων ενισχύθηκε με

Σ ε λ ί δ α 52 αμφίπλευρους (και συμμετρικούς ως προς τον αριθμό των στρώσεων) μανδύες ΙΑΜ. Τα δοκίμια δοκιμάστηκαν υπό συνθήκες ανακυκλιζόμενης φόρτισης σε: (α) εντός επιπέδου κάμψη με την παράλληλη επιβολή αξονικού φορτίου, (β) εκτός επιπέδου κάμψη και (γ) εντός επιπέδου διάτμηση με ή δίχως την παράλληλη επιβολή αξονικού φορτίου. Κύρια παράμετρος προς διερεύνηση ήταν ο αριθμός των στρώσεων, ενώ παράλληλα έγινε σύγκριση των ενισχυμένων με ΙΑΜ δοκιμίων με αντίστοιχα δοκίμια ενισχυμένα με μανδύες από ΙΟΠ, οι οποίοι διέφεραν ως προς τους μανδύες ΙΑΜ μόνο ως προς το συνδετικό υλικό των ινών (εποξειδική ρητίνη έναντι κονιάματος με βάση το τσιμέντο). Σχήμα 2.9 (α) Εφαρμογή ινοπλεγμάτων σε κονίαμα, (β) πειραματική διάταξη (Papanicolaou et al. 2007). Βάσει των αποτελεσμάτων των εν λόγω εργασιών, η αύξηση της αποδοτικότητας αυτής (ΙΑM συγκριτικά με ΙΟΠ) ήταν 15%-30% για την περίπτωση των διατμητικών τοιχωμάτων, 135% για την περίπτωση στοιχείων τύπου δοκού - υποστυλώματος και 350% για την περίπτωση στοιχείων τύπου δοκού. Επιπλέον, ανεξάρτητα από το συνδετικό υλικό (κονίαμα ή ρητίνη), η αντοχή αυξανόταν με την αύξηση των στρώσεων και του εφαρμοζόμενου αξονικού φορτίου, με ταυτόχρονη μείωση της παραμορφωσιμότητας του στοιχείου.

Σ ε λ ί δ α 53 2.6.6 Ενίσχυση πλάκας οπλισμένου σκυροδέματος Οι Papanicolaou et al. (2009) διερεύνησαν πειραματικά μια νέα τεχνική καμπτικής ενίσχυσης πλακών δυο διευθύνσεων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Κατασκευάστηκαν τέσσερα δοκίμια τύπου πλάκας επί τεσσάρων περιμετρικών δοκών (μονολιθική σκυροδέτηση πλάκας - δοκών). Οι πλάκες σε κάτοψη ήταν διαστάσεων 2000x2000mm. Οι δοκοί είχαν διαστάσεις διατομής 300x150mm (ύψος x πλάτος). Το πάχος της πλάκας ήταν 120mm και η απόσταση μεταξύ των εσωτερικών παρειών των πλακών ήταν 1700mm, Σχ. 2.10. Οι δοκοί είχαν υπερδιαστασιολογηθεί έναντι κάμψης και διάτμησης, έτσι ώστε η αστοχία των δοκιμίων να μην προκληθεί από αστοχία των περιμετρικών στοιχείων έδρασης. Ένα δοκίμιο δοκιμάστηκε χωρίς ενίσχυση και αποτέλεσε το δοκίμιο ελέγχου και τρία δοκίμια ενισχύθηκαν με επικολλητά ΙΑΜ (ανοιχτοί μανδύες). Η πρώτη πλάκα ενισχύθηκε με μια στρώση πλέγματος ινών άνθρακα, η δεύτερη με δυο στρώσεις και η τρίτη με τρεις στρώσεις πλέγματος ινών υάλου. Σχήμα 2.10 (α) Γεωμετρία και (β) λεπτομέρειες οπλισμού δοκιμίων [Papanicolaou et al. 2009]. Μετά το πέρας των πειραματικών δοκιμών και την ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων, διαπιστώθηκε αύξηση της φέρουσας ικανότητας των πλακών κατά 26%, 53% και 20% αντίστοιχα (σύμφωνα με τη σειρά των δοκιμίων όπως αναφέρθηκε προηγουμένως) σε σύγκριση με την πλάκα ελέγχου και αύξηση δυσκαμψίας και της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας.

Σ ε λ ί δ α 54 2.7 ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΓΚΥΡΩΣΗΣ ΤΩΝ ΑΚΡΩΝ ΤΟΥ ΜΑΝΔΥΑ Παρακάτω παρουσιάζουμε δύο τεχνικές αγκύρωσης των άκρων του μανδύα, που εφαρμόστηκαν στην απόληξη μανδυών ινοπλισμένων πολυμερών με σκοπό την αύξηση της αποδοτικότητας της ενίσχυσης σε διάτμηση στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος. Οι τεχνικές αυτές μοιάζουν με τις τεχνικές αγκύρωσης που εφαρμόσαμε στην παρούσα διατριβή (καμπύλα μεταλλικά ελάσματα σε συνδυασμό με μηχανικά αγκύρια που εισέρχονται περίπου κατακόρυφα στην πλάκα της δοκού) και για τον λόγο αυτό κρίνεται χρήσιμη η παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων τους. Sato et al. (1997a) Οι Sato et al. (1997a), παρουσίασαν στο 3 διεθνές συνέδριο FRPRCS που πραγματοποιήθηκε στο Sapporo της Ιαπωνίας, τα αποτελέσματα από 3 πειράματα κάμψης τεσσάρων σημείων αμφιερείστων δοκών διατομής Τ (ύψος 300mm, πάχος πλάκας 100mm, πλάτος κορμού 150mm, πλάτος πλάκας400 mm, λόγος α/d=2). Οι δοκοί, οι οποίες ήταν υπεροπλισμένες σε κάμψη, ενώ σε διάτμηση ήταν οπλισμένες με συνδετήρες Φ6/100 στις περιοχές των δύο διατμητικών ανοιγμάτων, διέφεραν μεταξύ τους στα εξής: Η πρώτη δοκός ήταν το δοκίμιο αναφοράς (δεν είχε εξωτερική ενίσχυση) Η δεύτερη δοκός ήταν ενισχυμένη στις δύο περιοχές των διατμητικών ανοιγμάτων με μανδύα FRP μορφής U (μία στρώση άνθρακα) Η τρίτη δοκός είχε την ίδια εξωτερική ενίσχυση με την δεύτερη με την διαφορά της πρόσθετης αγκύρωσης του μανδύα U, στα άκρα του με μηχανικό τρόπο. Η διάταξη αγκύρωσης (Σχ. 2.11) περιλαμβάνει ένα χαλύβδινο έλασμα που τοποθετείται στην απόληξη του μανδύα και αγκυρώνεται στη μάζα του σκυροδέματος με μηχανικά αγκύρια (κοχλίες). Από τα πειραματικά αποτελέσματα, προέκυψε αύξηση της ικανότητας ανάληψης τέμνουσας δύναμης κατά 12.1% για την ενισχυμένη δοκό με τον μανδύα τύπου U και κατά 32.7% για την ενισχυμένη δοκό με τον μανδύα τύπου U και την πρόσθετη αγκύρωση των άκρων. Ένα σημαντικό συμπέρασμα του Sato et al. (1997a), ήταν πως η αντοχή του μανδύα που αντιστοιχεί σε αποκόλληση είναι αυξημένη στην περίπτωση εφαρμογής της

Σ ε λ ί δ α 55 μηχανικής αγκύρωσης με την περιγραφείσα διάταξη. Το τελευταίο δικαιολογείται από την μεταφορά διατμητικών τάσεων (στην περιοχή απόληξης του μανδύα) όχι μόνο μέσω διεπιφάνειας σκυροδέματος και ρητίνης, αλλά και μέσω της διεπιφάνειας της ρητίνης και πλάκας αγκύρωσης (Σχ. 2.12). Σχήμα 2.11 Σχηματική απεικόνιση διάταξης μηχανικής αγκύρωσης του μανδύα ΙΟΠ. Σχήμα 2.12 Διατμητικές τάσεις στις διεπιφάνειες κοχλίες-υφάσματος και υφάσματοςσκυροδέματος. Sato et al. (1997b) Στο 3 διεθνές συνέδριο FRPRCS, παρουσιάστηκε ακόμα μία εργασία από τους Sato et al, με θέμα την διατμητική ενίσχυση δοκών οπλισμένου σκυροδέματος, με εξωτερικώς επικολλώμενα FRP, εμβαθύνοντας στην αντιμετώπιση του προβλήματος της αγκύρωσης των άκρων του μανδύα τύπου U. Οι προτεινόμενες αυτή τη φορά τεχνικές διατάξεις αγκύρωσης ήταν τέσσερις (Σχ. 2.13). Από αριστερά προς τα δεξιά η δυσκολία πρακτικής εφαρμογής της προτεινόμενης ενίσχυσης μειώνεται, ενώ αντιθέτως η αποδοτικότητα (σε όρους ικανότητας ανάληψης τέμνουσας δύναμης) αυξάνεται. Η διάταξη με αριθμό 4 (με βάση το Σχήμα 2.13) εντάσσεται στην κατηγορία των «κλειστών ενισχύσεων», καθώς τα

Σ ε λ ί δ α 56 μεταλλικά αγκύρια διαπερνούν την πλάκα και συνδέουν το μεταλλικό έλασμα στην κάτω πλευρά της πλάκας με την μεταλλική πλάκα στο άνω μέρος της πλάκας. Η δυσκολία στην εφαρμογή της διάταξης αυτής, έγκειται στο γεγονός της ταυτόχρονης εργασίας σε δύο ορόφους. Οι διατάξεις με αριθμό 3 και 2, ανήκουν στις «ημι-κλειστές» ενισχύσεις καθώς ενώ δεν εξασφαλίζεται η περιμετρική συνέχεια της ενίσχυσης, οι συνθήκες που επικρατούν στις απολήξεις του μανδύα, δεν αντιστοιχούν σε αυτές των ελευθέρων άκρων. Η διαφορά μεταξύ της διάταξης 3 και 2 εντοπίζεται μόνο στο βάθος έμπηξης των αγκυρίων στον κορμό. Τέλος, η διάταξη 1, χαρακτηρίζεται από την κατανεμημένη καθ ύψος ύπαρξη καρφιών που μέσω λεπτής μεταλλικής πλάκας «δένουν» το μανδύα στην επιφάνεια του σκυροδέματος. Σχήμα 2.13 Τέσσερις μέθοδοι μηχανικής αγκύρωσης του μανδύα ΙΟΠ, με χρήση κοχλιών, ελασμάτων ή και ήλων. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε 12 δοκίμια δοκών οπλισμένου σκυροδέματος διατομής Τ (ύψος 500mm, πάχος πλάκας 100mm, πλάτος κορμού 350mm, πλάτος πλάκας 800mm) τα οποία υποβλήθηκαν είτε σε μονοτονική φόρτιση με διάταξη τριών σημείων, είτε σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση με διάταξη κάμψης τεσσάρων σημείων αλλά με επιβολή μετακινήσεων εναλλασσόμενης φοράς, ώστε να είναι δυνατή η ανάπτυξη διπλής καμπυλότητας (για προσομοίωση σεισμικής δράσης, δηλαδή δύο επιβαλλόμενων ίδιας φοράς ροπών στα άκρα της δοκού). Τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν, περιγράφονται συνοπτικά στο σημείο αυτό: Στη σειρά δοκιμών κάμψης τριών σημείων μονοτονικής φόρτισης, η διάταξη 4 οδήγησε σε αύξηση φορτίου κατά 119% (σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς-

Σ ε λ ί δ α 57 χωρίς ενίσχυση), η διάταξη 3 σε αύξηση κατά 99%. Θέτοντας ως βάση σύγκρισης το δοκίμιο που ήταν ενισχυμένο με μανδύα τύπου U, αλλά χωρίς κάποια διάταξη αγκύρωσης, τα ποσοστά αύξησης του φορτίου είναι 105% και 86% για την διάταξη 3 και 4, αντίστοιχα. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η αστοχία της ενίσχυσης για το δοκίμιο με την διάταξη 4, επήλθε λόγω θραύσης των ινών υφάσματος και όχι λόγω αποκόλλησης όπως συνέβη σε όλες τις άλλες περιπτώσεις. Στην σειρά δοκιμίων αντισυμμετρικής κάμψης τεσσάρων σημείων, μονοτονικής φόρτισης, όπου εξετάσθηκε η συμπεριφορά των διατάξεων 1,2 και 3, παρατηρήθηκε πως η αποδοτικότητα των διατάξεων 1 και 2 ήταν περίπου ίση, οδηγώντας σε αύξηση φορτίου κατά 15%, ενώ η διάταξη 3 οδήγησε σε αύξηση φορτίου κατά 33%. Στα δοκίμια με την διάταξη 1 ή 2, το ύφασμα αποκολλήθηκε από τα αγκύρια ή τα αγκύρια εξολκεύθηκαν από τη μάζα τους σκυροδέματος, ενώ στο δοκίμιο με την διάταξη 3, παρά την ρηγμάτωση του σκυροδέματος στις περιοχές περιμετρικά των αγκυρίων, δεν παρατηρήθηκε αποκόλληση του υφάσματος ή εξόλκευση των αγκυρίων. Στην τελευταία σειρά δοκιμών αντισυμμετρικής κάμψης τεσσάρων σημείων, ανακυκλιζόμενης φόρτισης, η διάταξη 1 οδήγησε σε αύξηση φορτίου κατά 23%, ποσοστό ίδιο με αυτό στο οποίο οδήγησε και η διάταξη 3. Τέλος, το αντίστοιχο ποσοστό αύξησης για την διάταξη 4, ήταν 44.7%. Εξαιτίας του μεγαλύτερου ανοίγματος στην πειραματική διάταξη της τελευταίας σειράς δοκιμίων, σε όλα τα δοκίμια που ήταν ενισχυμένα, σημειώθηκε καμπτική διαρροή. 2.8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αναπτύχθηκε μία νέα τεχνική ενίσχυσης δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος και φέρουσας τοιχοποιίας. Η τεχνική βασίζεται στη χρήση σύνθετων υλικών τα οποία αποτελούνται από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα (π.χ. κονίαμα με βάση το τσιμέντο), αποσκοπώντας στην επίλυση προβλημάτων που χαρακτηρίζουν τα ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ) σχετικά με την χρήση εποξειδικών ρητινών. Τα ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα (ΙΑΜ) δοκιμάστηκαν με μορφή μανδύα για την ενίσχυση: (α) οπλισμένου σκυροδέματος με στόχο την περίσφιγξη, την αύξηση της πλαστιμότητας υποστυλωμάτων και την ενίσχυση έναντι τέμνουσας δύναμης, (β) φέρουσας τοιχοποιίας

Σ ε λ ί δ α 58 υπό εκτός και εντός επιπέδου ανακυκλιζόμενη φόρτιση και (γ) ενίσχυση πλάκας οπλισμένου σκυροδέματος. Βάσει των πειραματικών αποτελεσμάτων αποδεικνύεται ότι η αποτελεσματικότητα των μανδυών ΙΑΜ είναι υψηλή και γενικώς παρόμοια με αυτή των ΙΟΠ. Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω και με δεδομένη την ανάγκη ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος σε τέμνουσα δύναμη (βλ. Κεφάλαιο 1) διαπιστώνουμε την ανάγκη που προέκυψε για την πειραματική διερεύνηση της ενίσχυσης τους σε διάτμηση με χρήση τρίπλευρου μανδύα ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. Η τεχνική ενίσχυσης που πραγματοποιήθηκε στην παρούσα διατριβή αποσκοπούσε στην διερεύνηση: (α) της αποδοτικότητας κάθε ενίσχυσης στην αύξηση ικανότητας της δοκού να παραλάβει τέμνουσα δύναμη, (β) του ρόλου του αριθμού των στρώσεων ΙΑΜ στην εν λόγω αύξηση, (γ) την αποτελεσματικότητα του τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ ο οποίος αγκυρώνεται στην πλάκα με μία νέα τεχνική αγκύρωσης και η σύγκριση του με τον ισοδύναμο σε στρώσεις ανοιχτό μανδύα ΙΑΜ, (δ) την διερεύνηση της επιρροής διαφόρων παραμέτρων (π.χ. αριθμός αγκυρίων ανά πλευρά αγκύρωσης) στην αποτελεσματικότητα της αγκύρωσης και κατεπέκταση του μανδύα ΙΑΜ.

Σ ε λ ί δ α 59 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Οι επιλογές που διαθέτει ο Μηχανικός για την ενίσχυση δομικών στοιχείων αυξάνονται διαρκώς. Το μεγαλύτερο βάρος των ερευνών, που έχουν διεξαχθεί ως σήμερα, έχει δοθεί στην ενίσχυση δομικών στοιχείων που καταπονούνται από οριζόντιες δυνάμεις και κυρίως από τον σεισμό. Με βάση τους σύγχρονους Αντισεισμικούς Κανονισμούς, οι δοκοί αποτελούν τα δομικά στοιχεία που είναι ικανά να αναπτύσσουν ανελαστικές παραμορφώσεις και σχεδιάζονται ώστε να σχηματίζονται στα άκρα τους οι «πλαστικές αρθρώσεις» ή σε κάποια μεμονωμένα κατακόρυφα στοιχεία και όχι στα άκρα των υποστυλωμάτων. Για τον λόγο αυτό οι έρευνες είχαν επικεντρωθεί σε αρχικό στάδιο στην ενίσχυση των κατακόρυφων και πιο «σημαντικών» δομικών στοιχείων στην κατασκευή. Από την άλλη, πρωταρχικής σημασίας είναι η αποφυγή καταστροφικών επιπτώσεων στα οριζόντια στοιχεία της κατασκευής που μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο την ασφάλεια των ενοίκων. Έτσι, συνυπολογίζοντας και τις ανεπάρκειες των παλαιών κτιρίων οφείλουμε να διερευνήσουμε ακόμη περισσότερο την ενίσχυση των δοκών στις κατασκευές και κατά κύριο λόγο την ενίσχυση σε τέμνουσα δύναμη υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση προκειμένου να αποφευχθεί «ψαθυρή» αστοχία. Στις διαθέσιμες τεχνικές παρατηρήσαμε αντικειμενικές δυσκολίες στην εφαρμογή τους αφού απαιτούν χρόνο, αυξημένο κόστος, δυσκολία αποτελεσματικής εφαρμογής, έμπειρο προσωπικό κλπ. Επίσης, παρόλο που η ενίσχυση δοκών μέσω ινοπλισμένων πολυμερών δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα, δεν είναι εφικτή η πλήρης εκμετάλλευση των ιδιοτήτων των υλικών που εμπλέκονται (π.χ. αποκολλήσεις που οδηγούν σε πρώιμες αστοχίες), ενώ σημαντικά είναι και τα μειονεκτήματα που παρουσιάζει η χρήση των ρητινών ως συνδετικό υλικό. Οι έρευνες έχουν δείξει πως αν το συνδετικό υλικό αντικατασταθεί με άλλο ανόργανης σύστασης (π.χ. κονίαμα), τότε φαινόμενα πρώιμης «ψαθυρής» αστοχίας, όπως οι αποκολλήσεις των στρώσεων της ενίσχυσης, αποφεύγονται υπό την προϋπόθεση πως γίνεται χρήση ινοπλεγμάτων με επαρκή αγκύρωση. Επίσης, η επέμβαση μπορεί να γίνει

Σ ε λ ί δ α 60 ταχύτερα αφού δεν απαιτείται τόσο επιμελής προετοιμασία του υποστρώματος. Επιπλέον, το κόστος του κονιάματος είναι χαμηλότερο από αυτό της ρητίνης. Όλα τα παραπάνω καθιστούν την ενίσχυση δοκών με ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας μια εξαιρετικά συμφέρουσα λύση, εφόσον συντελούν στην αύξηση της φέρουσας ικανότητάς τους. Το πειραματικό πρόγραμμα το οποίο διεξήχθη στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών, το διάστημα Απρίλιος 2012 Φεβρουάριος 2013, περιελάμβανε την κατασκευή έξι δοκών οπλισμένου σκυροδέματος διατομής Τ (πλακοδοκός), με σκοπό την ενίσχυση πέντε εξ αυτών σε τέμνουσα δύναμη με χρήση εξωτερικά επικολλούμενων ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. Η χρήση ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα στην ενίσχυση πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος αποτελεί μία πρωτοπόρα τεχνική, η οποία δεν έχει διερευνηθεί αρκετά. Έτσι, έναν από τους στόχους αποτελεί η διερεύνηση του ρόλου του αριθμού των στρώσεων των ΙΑΜ στην αύξηση της διατμητικής αντοχής. Το βασικό πρόβλημα της ενίσχυσης δοκών έναντι τέμνουσας, με χρήση μανδύα U (τρίπλευρος) από σύνθετα υλικά, εντοπίζεται στην πρόωρη αποκόλληση του μανδύα κυρίως λόγω ανεπαρκούς αγκύρωσης των άκρων. Για τον λόγο αυτό, πραγματοποιείται η διερεύνηση της συμπεριφοράς μίας νέας τεχνικής αγκύρωσης, η οποία περιλαμβάνει ένα καμπύλο μεταλλικό έλασμα που τοποθετείται στην απόληξη του μανδύα και αγκυρώνεται στην μάζα του σκυροδέματος της πλάκας με μηχανικά αγκύρια. Περισσότερες λεπτομέρειες θα δοθούν στην περιγραφή των δοκιμίων, ενώ οι μόνες αναφορές που υπάρχουν στην βιβλιογραφία από παρόμοια τεχνική αγκύρωσης παρουσιάστηκαν στο Κεφάλαιο 2. Στις ενότητες που ακολουθούν πραγματοποιείται μία αναλυτική περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας, η οποία περιλαμβάνει τον σχεδιασμό των δοκιμίων, τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν, την προετοιμασία των δοκιμίων και την πειραματική διάταξη. 3.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Η γεωμετρία όλων των δοκιμίων, αφορά στοιχεία τύπου δοκού οπλισμένου σκυροδέματος με διατομή Τ (πλακοδοκός) σταθερών διαστάσεων κατά μήκος της. Ο σχεδιασμός ξεκινά με δεδομένες διαστάσεις διατομής, οι οποίες παρουσιάζονται στο Σχ.

Σ ε λ ί δ α 61 3.1 και συγκεκριμένα με πλάτος κορμού (b w ) 150mm, πλάτος πλάκας (b) 350mm, ύψος (h) 350mm και πάχος πλάκας (h f ) 100mm. Σχήμα 3.1 Γεωμετρική μορφή δοκιμίου με διαστάσεις διατομής. Στην προσπάθεια προσομοίωσης της δοκού θα πρέπει να λάβουμε υπόψη και τους περιορισμούς που προκύπτουν από την πειραματικό πλαίσιο καταπόνησης των δοκιμίων. Έτσι, το καθαρό άνοιγμα του πλαισίου φόρτισης ανέρχεται στα 2.9m, γεγονός που δεν επιτρέπει μήκος δοκιμίου μεγαλύτερο από 2.7m, συνυπολογίζοντας τις αποστάσεις που θα πρέπει να αφεθούν ελεύθερες από κάθε άκρο των υποστυλωμάτων του πλαισίου (π.χ. 0.1m εκατέρωθεν). Από την άλλη, η επιλογή διαστάσεων μίας διατομής δοκού που προσεγγίζει πλήρη κλίμακα μπορεί να αποβεί απαγορευτική εξαντλώντας την φορτοϊκανότητα του εμβόλου. Παρακάτω παρουσιάζουμε ένα πλαίσιο τυπικού ορόφου και τα αναμενόμενα διαγράμματα για κάθε φορά σεισμικής έντασης, Σχ. 3.2. Σχήμα 3.2 Διαγράμματα ροπών και για τις δύο φορές της σεισμικής δράσης ενός πλαισίου που αναπαριστά έναν τυπικό όροφο.

Σ ε λ ί δ α 62 Συνυπολογίζοντας τους παραπάνω περιορισμούς και δεδομένου ότι για ανακυκλιζόμενη ένταση το διάγραμμα ροπών της δοκού μηδενίζει περίπου στο μέσο και αντιστρέφεται για κάθε φορά έντασης, αποφασίσαμε να προσομοιώσουμε τον κόμβο της πλακοδοκού κοντά στην στήριξη με ένα υπεροπλισμένο πέδιλο, διαστάσεων 1.20x0.50m σε κάτοψη και ύψος 0.50m, προκειμένου να δημιουργηθούν συνθήκες πάκτωσης. Έτσι, αναπαριστάνοντας σε κλίμακα 2/3 δοκούς επιλέξαμε μήκος δοκού 1m, σημειώνοντας πως στην εξαγωγή συμπερασμάτων το δοκίμιο θεωρείται πλήρους κλίμακας, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη επιρροές λόγω μεγέθους ( size effects ). Παρακάτω δίνεται η τελική μορφή του δοκιμίου που προέκυψε, Σχ. 3.3, και τα διαγράμματα εντατικών μεγεθών της προσομοιωμένης δοκού με συγκεντρωμένο φορτίο στο άκρο της, Σχ. 3.4. Σχήμα 3.3 Τελική μορφή δοκιμίου με θέση τοποθέτησης εμβόλου άσκησης φορτίου. Σχήμα 3.4 Διαγράμματα εντατικών μεγεθών προσομοιωμένης δοκού με υπεροπλισμένο θεμέλιο στο άκρο του.

Σ ε λ ί δ α 63 Στην συνέχεια θα παρουσιάσουμε την διαδικασία υπολογισμού των οπλισμών που τελικώς χρησιμοποιήθηκαν. Αρχικά, θα πρέπει να επισημάνουμε πως όλα τα δοκίμια οφείλουν να πληρούν την ακόλουθη απαίτηση: I. Η αστοχία πρέπει να είναι διατμητικού τύπου σε όλα τα δοκίμια (ενισχυμένα και μη). Συνεπώς, κύριος στόχος είναι να κατασκευαστούν δοκίμια που θα εξαντλούν την διατμητική τους αντοχή ακόμα και σε περίπτωση ενίσχυσης τους, γεγονός που μας οδηγεί στην υπερόπλιση τους σε κάμψη. Ο υπολογισμός της ροπής αντοχής έγινε με ανάλυση της διατομής θεωρώντας απλοποιημένη ορθογωνική κατανομή των τάσεων στην θλιβόμενη ζώνη και θλιπτική τάση σκυροδέματος ίση με την μέση θλιπτική τάση αντοχής σκυροδέματος C12/15. Από την συγκεκριμένη διαδικασία και από ισορροπία δυνάμεων και για τις δύο περιπτώσεις φόρτισης, αρχικά καταλήξαμε σε διαμήκεις οπλισμούς 3Φ20 στο κάτω πέλμα της δοκού και 2Φ20 στον κορμό και 2Φ18 στην πλάκα, στο άνω πέλμα της δοκού (όλοι οι χάλυβες ανήκουν στην κατηγορία B500C). Για την αποφυγή τοπικής αστοχίας λόγω θλίψης του σκυροδέματος στο ανώτερο τμήμα της δοκού όπου εφαρμόζεται το οριζόντιο έμβολο και το αξονικό φορτίο τοποθετήθηκαν δίτμητοι συνδετήρες διαμέτρου 8mm και σε αποστάσεις μεταξύ τους 80mm μέχρι τα 300mm από την κορυφή του δοκιμίου (κατηγορίας B500C), ενώ σε όλο το υπόλοιπο τμήμα της δοκού δεν τοποθετήθηκαν εγκάρσιοι οπλισμοί. Τέλος, το θεμέλιο υπεροπλίστηκε με πλέγμα διαμέτρου 16mm και στις δύο διευθύνσεις, κατηγορίας B500C. Εκτελώντας πειραματική δοκιμή στο εν λόγω δοκίμιο παρουσιάστηκε διατμητική αστοχία στα 81.17 KN, γεγονός που μας οδήγησε σε περεταίρω διερεύνηση διάταξης οπλισμών που θα οδηγούσε σε μικρότερη τιμή διατμητικής αντοχής. Τελικά, επιλέχθηκαν να τοποθετηθούν διαμήκεις οπλισμοί 3Φ18 στο κάτω πέλμα της δοκού και 2Φ18 στον κορμό και 2Φ16 στην πλάκα, στο άνω πέλμα της δοκού. Όλη η υπόλοιπη διάταξη του δοκιμίου παρέμεινε ίδια με το αρχικό δοκίμιο ελέγχου, ενώ περισσότερες λεπτομέρειες παρουσιάζονται στην Ενότητα 3.3.3. Στον Πίνακα 3.1 που ακολουθεί, παρουσιάζουμε τις αντοχές που προέκυψαν από την αναλυτική διαδικασία τόσο σε κάμψη όσο και σε διάτμηση. Επισημαίνουμε πως κύριος στόχος ήταν η υπερόπλιση των δοκιμίων σε κάμψη ώστε η αστοχία να οφείλεται στην διάτμηση ακόμα και στα ενισχυμένα δοκίμια. Ο υπολογισμός της διατμητικής αντοχής του δοκιμίου αναφοράς έγινε με βάση τις σχέσεις

Σ ε λ ί δ α 64 που δίνει ο Ευρωκώδικας 2, ο πρότυπος Κανονισμός 1990 των C.E.B/FIP και την πρόταση του Remmel. Από τις εμπειρικές σχέσεις που έχουν προταθεί μέχρι σήμερα για την διατμητική αντοχή μελών χωρίς οπλισμό διάτμησης ιδιαίτερη σημασία έχει η σχέση που έχει υιοθετήσει σαν βάση ο Ευρωκώδικας 2 και μαζί μ αυτόν και ο Κανονισμός για την Μελέτη και Κατασκευή Έργων από Σκυρόδεμα. Κατ αυτήν η αντοχή σε τέμνουσα στοιχείων χωρίς αξονική δύναμη, με ορθογωνική διατομή πλάτους b w και στατικού ύψους d, διαμήκη εφελκυόμενο ρ 1 και θλιπτική αντοχή σκυροδέματος f c, ισούται με: V R = c max(1, 1.6-d) min(2, 1.2+40 ρ 1 ) f c 2/3 b w d (3.1) Ο πρότυπος Κανονισμός 1990 των C.E.B/FIP υιοθετεί για την διατμητική αντοχή των ανωτέρων στοιχείων σχέση της μορφής: V R = c ( ) ρ 1 f c ) 1/3 b w d (3.2) Αξιοσημείωτη είναι επίσης και η πρόταση του Remmel: V R = c f ct ( ) b w d (3.3),όπου f ct =2.12 ln (1 0.1f c ) και l ch = (3.4) & (3.5) Στις παραπάνω σχέσεις παρατηρείται, πως ως πλάτος της θλιβόμενης διαγωνίου λαμβάνεται το πλάτος του κορμού κάτι το οποίο στην περίπτωση δοκού διατομής Τ (πλακοδοκού) μπορεί να θεωρηθεί συντηρητικό, καθώς βρίσκεται υπό θλίψη και μέρος της πλάκας.

Σ ε λ ί δ α 65 Πίνακας 3.1 Τιμές αρχικού σχεδιασμού αντοχής σε κάμψη και τέμνουσα για διαφορετικές διατάξεις οπλισμών. V RD,C (KN) Διατάξεις Μ RD C.E.B EC-2 Remmel οπλισμού (ΚΝm) (c=0.18) (c=0.05) (c=0.05) 3Φ20 κάτω, 2Φ20&2Φ18 πάνω 132 52.58 44.94 30.29 3Φ18 κάτω, 2Φ18&2Φ16 πάνω 112 49.08 41.61 28.27 3.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ 3.3.1 Γενικά Στην παρούσα Ενότητα 3.3, πραγματοποιείται η αναλυτική περιγραφή και παρουσίαση των έξι συνολικά δοκιμίων ώστε να καθίστανται σαφείς οι λεπτομέρειες και οι διαφορές τους. Βασικά στοιχεία της παρουσίασης αποτελούν η ονοματολογία των δοκιμίων και τα λεπτομερή σχέδια που περιγράφουν τον τρόπο όπλισης τους καθώς και τις διατάξεις ενίσχυσης των πέντε εξ αυτών. 3.3.2 Ονοματολογία δοκιμίων και παράμετροι διερεύνησης Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης σε έξι δοκίμια τύπου δοκού οπλισμένου σκυροδέματος διατομής Τ (πλακοδοκοί). Τα πέντε δοκίμια ενισχύθηκαν εξωτερικά με ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας, ενώ το ένα δεν ενισχύθηκε και αποτέλεσε το δοκίμιο αναφοράς. Η ενίσχυση των πέντε δοκιμίων, συνιστάται στην εξωτερική επικόλληση ινοπλεγμάτων άνθρακα σε ανόργανη μήτρα κονιάματος με βάση το τσιμέντο, στις τρείς πλευρές του κορμού της πλακοδοκού (μανδύας μορφής U) σε μήκος από την βάση του θεμελίου μέχρι το σημείο εφαρμογής της οριζόντιας δύναμης. Ένα δοκίμιο από τα πέντε ενισχύθηκε με μία στρώση ΙΑΜ, ένα με δύο στρώσεις ΙΑΜ και τα υπόλοιπα τρία δοκίμια ενισχύθηκαν με δύο στρώσεις ΙΑΜ αλλά με εφαρμογή ειδικής διάταξης αγκύρωσης στα άκρα του μανδύα, με χρήση καμπύλου

Σ ε λ ί δ α 66 μεταλλικού ελάσματος και μηχανικών αγκυρίων σε σταθερή απόσταση μεταξύ τους κατά μήκος της δοκού. Από τα τελευταία τρία δοκίμια, μόνο τα δύο διέφεραν ως προς τις αποστάσεις των αγκυρίων της ειδικής διάταξης, ενώ το ένα δοκιμάστηκε με διαφορετική παράμετρο το βήμα της μετατόπισης ανά κύκλο ανακυκλιζόμενης φόρτισης, που εφαρμοζόταν από το έμβολο στο δοκίμιο. Συνεπώς, τα δύο πρώτα δοκίμια βοηθούν στην διερεύνηση αποτελεσματικότητας των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας στην ενίσχυση πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος σε διάτμηση καθώς και στον ρόλο του αριθμού των στρώσεων στην αύξηση της διατμητικής αντοχής. Από την άλλη, το δοκίμιο που ενισχύθηκε με δύο στρώσεις ΙΑΜ χωρίς αγκύρωση των άκρων του μανδύα αποτελεί το δοκίμιο αναφοράς για τον προσδιορισμό της επιπρόσθετης τέμνουσας που οφείλεται στην εκάστοτε διάταξη αγκύρωσης. Ενώ, η αλλαγή της απόστασης των αγκυρίων σε μία διάταξη ενίσχυσης μας βοηθά στην καλύτερη κατανόηση των παραμέτρων που συντελούν στην αποτελεσματικότητα της συγκεκριμένης αγκύρωσης και στον προσδιορισμό της αλλαγής της τέμνουσας. Τέλος, δίνεται η δυνατότητα σύγκρισης και επαλήθευσης δύο ίδιων διατάξεων ενίσχυσης και διερεύνησης του ρόλου του βήματος της μετατόπισης ανά κύκλο φόρτισης στην απόκριση των δοκιμίων. Ακολουθεί ο Πίνακας 3.2, με την ονοματολογία των δοκιμίων και την περιγραφή της αντίστοιχης ενίσχυσης. Η σήμανση των δοκιμίων δίνεται ως NL_X(Y) όπου: N δηλώνει τον αριθμό των στρώσεων του πλέγματος ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90, Χ δηλώνει αν υπάρχει (Α) ή όχι (ΝΑ) κάποια μορφή αγκύρωσης του μανδύα U από ΙΑΜ και τέλος σε περίπτωση αγκύρωσης (Α) δηλώνεται μέσα στην παρένθεση (Υ) η απόσταση ανάμεσα στα αγκύρια σε κάθε πλευρά σε cm. Ενώ το δοκίμιο με * διαφοροποιείται από τα υπόλοιπα ως προς το βήμα της μετακίνησης ανά κύκλο φόρτισης. Οι κύριες παράμετροι που τέθηκαν υπό διερεύνηση, συνοψίζονται παρακάτω στα εξής παρακάτω: Η αποδοτικότητα της κάθε ενίσχυσης ξεχωριστά Ο ρόλος του αριθμού των στρώσεων του μανδύα στην αύξηση της διατμητικής αντοχής Η αποτελεσματικότητα των διατάξεων ενίσχυσης με αγκύρωση των άκρων σε σύγκριση με τους ανοιχτούς μανδύες ενίσχυσης

Σ ε λ ί δ α 67 Η συγκριτική συμπεριφορά των διατάξεων ενίσχυσης με αγκύρωση των άκρων, θέτοντας ως βάση την απόσταση των αγκυρίων Ο ρόλος του βήματος της μετακίνησης ανά κύκλο φόρτισης, στην ιστορία φόρτισης του δοκιμίου Πίνακας 3.2 Ονοματολογία δοκιμίων και συνοπτική περιγραφή. Ονομασία δοκιμίου Μανδύας ΙΑΜ - U Διάταξη αγκύρωσης Control - - 1L_NA 1 στρώση πλέγματος ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90-2L_NA 2 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90-2L_A(10) 2L_A(15)* 2L_A(15) 2 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90 2 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90 2 στρώσεις πλέγματος ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90 Χρήση καμπύλου μεταλλικού ελάσματος πάχους 4mm και ακτίνας 20mm και 7 μεταλλικά αγκύρια σε κάθε πλευρά ομοιόμορφα κατανεμημένα ανά 100mm, αγκυρωμένα στην πλάκα στην κάθετη σχεδόν διεύθυνση και σε βάθος 80mm Χρήση καμπύλου μεταλλικού ελάσματος πάχους 4mm και ακτίνας 20mm και 5 μεταλλικά αγκύρια σε κάθε πλευρά ομοιόμορφα κατανεμημένα ανά 150mm, αγκυρωμένα στην πλάκα με γωνία 45 από την κάθετη διεύθυνση και σε βάθος 80mm Χρήση καμπύλου μεταλλικού ελάσματος 3mm και ακτίνας 20mm και 5 μεταλλικά αγκύρια σε κάθε πλευρά ομοιόμορφα κατανεμημένα ανά 150mm, αγκυρωμένα στην πλάκα με γωνία 45 από την κάθετη διεύθυνση και σε βάθος 8 mm 3.3.3 Γεωμετρία και οπλισμός δοκιμίων Τα 6 δοκίμια που κατασκευάστηκαν ήταν στοιχεία δοκού οπλισμένου σκυροδέματος διατομής Τ σταθερών διαστάσεων κατά μήκος της δοκού, αναπαριστάνοντας σε κλίμακα 2/3 δοκούς, με μήκος ίσο με 1.00m. Οι δοκοί πακτώνονταν σε ένα υπεροπλισμένο πέδιλο

Σ ε λ ί δ α 68 διαστάσεων 1.20x0.50m σε κάτοψη και ύψος 0.50m μέσα στο οποίο αγκυρώνονταν οι διαμήκεις οπλισμοί. Το πέδιλο που λειτουργεί σαν πάκτωση για τις δοκούς, αποτελεί την προσομοίωση του κόμβου κοντά στην στήριξη, όπου έχω μέγιστη τιμή της ροπής. Στο παρακάτω σχήμα, αποτυπώνεται η μορφή του δοκιμίου και οι διαστάσεις της διατομής. Σχήμα 3.5 Γεωμετρική μορφή δοκιμίου και διαστάσεις διατομών (σε m). Πίνακας 3.3 Διαστάσεις διατομής πλακοδοκού. Γεωμετρικό μέγεθος Διάσταση Πλάτος κορμού 150 mm Πλάτος πλάκας 350 mm Ύψος h 350 mm Πάχος πλάκας h f 100 mm Η διαστασιολόγηση των δοκών έγινε με βάση όσα αναφέραμε στην Ενότητα 3.2, ενώ αξίζει να σημειωθεί πως υπερδιαστασιολογήθηκαν έναντι κάμψης ώστε η αστοχία τόσο του δοκιμίου αναφοράς, όσο και των ενισχυμένων να οφείλεται σε διάτμηση. Πιο συγκεκριμένα, σε κάθε δοκίμιο τοποθετήθηκαν στο κάτω πέλμα (κορμό) της διατομής της πλακοδοκού τρείς διαμήκεις ράβδοι με νευρώσεις, ονομαστικής διαμέτρου 18mm, κατηγορίας B500C, με κάμψη των δύο άκρων κατά 90. Στο άνω πέλμα (πλάκα) της δοκού τοποθετήθηκαν δύο διαμήκεις ράβδοι με νευρώσεις, ονομαστικής διαμέτρου 18

Σ ε λ ί δ α 69 mm, κατηγορίας B500C, με κάμψη των δύο άκρων κατά 90, οι οποίες τοποθετήθηκαν μέσα στο πλάτος του κορμού και δύο ράβδοι με νευρώσεις, ονομαστικής διαμέτρου 16mm, κατηγορίας B500C, με κάμψη των δύο άκρων κατά 90 στην διεύθυνση της πλάκας, οι οποίες τοποθετήθηκαν εκατέρωθεν του κορμού. Ο διαμήκης οπλισμός ήταν συνεχής και αγκυρώνονταν στο πέδιλο του δοκιμίου, ενώ η επικάλυψη ήταν παντού 20mm. Για την αποφυγή τοπικής αστοχίας λόγω θλίψης του σκυροδέματος στο ανώτερο τμήμα της δοκού όπου εφαρμόζεται το οριζόντιο έμβολο, κρίθηκε αναγκαίο να τοποθετηθούν δίτμητοι συνδετήρες στο υπόψη τμήμα, ονομαστικής διαμέτρου 8mm, κατηγορίας B500C, σε αποστάσεις των 80mm ξεκινώντας από το ανώτατο σημείο (Σχήμα 3.6 α). Σε όλο το υπόλοιπο ύψος της δοκού δεν τοποθετήθηκαν άλλοι εγκάρσιοι οπλισμοί. Το θεμέλιο οπλίστηκε με πλέγμα διαμέτρου 16mm και στις δύο διευθύνσεις, κατηγορίας B500C, σε αποστάσεις των 120mm οριζόντια και 95mm κατακόρυφα, Σχ.3.6 (β) και (γ). Ακολουθούν σχήματα και εικόνες ώστε να καθίσταται σαφές πως είναι οπλισμένη κάθε περιοχή του δοκιμίου. (α) (β) (γ) Σχήμα 3.6 (α) Τομή δοκιμίου, (β) Κάτοψη θεμελίου δοκιμίου, (γ) Όψη θεμελίου δοκιμίου.

Σ ε λ ί δ α 70 (α) Σχήμα 3.7 (α) Διατομή πλακοδοκού με διαμήκεις οπλισμούς, (β) Λεπτομέρειες αγκύρωσης διαμήκων οπλισμών πλακοδοκού. (β) (α) (β) (γ) Σχήμα 3.8 Οπλισμοί που χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία του πλέγματος του θεμελίου του δοκιμίου: (α) Οπλισμοί πλέγματος θεμελίου ονομαστικής διαμέτρου 16mm, (β) Κατακόρυφοι οπλισμοί πλέγματος θεμελίου ονομαστικής διαμέτρου 16mm, (γ) Οριζόντιοι οπλισμοί πλέγματος θεμελίου ονομαστικής διαμέτρου 16mm.

Σ ε λ ί δ α 71 Εικόνα 3.1 Απεικονίσεις διάταξης οπλισμών δοκιμίου και λεπτομέρειες όπλισης. 3.3.4 Διατάξεις ενίσχυσης Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα πέντε από τα συνολικά έξι δοκίμια, ενισχύθηκαν έναντι τέμνουσας δύναμης με μανδύα Ινοπλεγμάτων σε Ανόργανη Μήτρα μορφής U (τρίπλευρος μανδύας). Τα δύο από αυτά ενισχύθηκαν με μία και δύο στρώσεις ΙΑΜ αντίστοιχα, ενώ στα τρία τελευταία εφαρμόστηκαν δύο στρώσεις ΙΑΜ σε συνδυασμό με μία ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του μανδύα. Πριν προχωρήσουμε στην λεπτομερή παρουσίαση των διατάξεων ενίσχυσης των πέντε δοκιμίων, θα πρέπει να αναφέρουμε πως η θεωρητικά ιδανική εφαρμογή του τρίπλευρου μανδύα και της εκάστοτε διάταξης αγκύρωσης, είναι πολύ πιθανό να απέχει σε κάποιο βαθμό από την πραγματική εφαρμογή. Αρχικά, στο πρώτο ενισχυμένο δοκίμιο 1L_NA, εφαρμόστηκε τρίπλευρος μανδύας με μία στρώση πλέγματος συνεχών ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90 χωρίς επικάλυψη πολυμερών, σε ανόργανη μήτρα κονιάματος με βάση το τσιμέντο που περιέχει πολυμερή. Ο μανδύας U εφαρμόστηκε από την βάση της δοκού (θέση θεμελίου) και σε ύψος 800mm,ενώ το πάχος του ανέρχεται περίπου στα 2cm. Ομοίως, στο δεύτερο δοκίμιο 2L_NA, εφαρμόστηκε τρίπλευρος μανδύας με δύο στρώσεις πλέγματος ΙΑΜ από την βάση της δοκού μέχρι τα 800mm και με πάχος περίπου 3.5cm. Σημειώνεται πως οι

Σ ε λ ί δ α 72 ιδιότητες των υλικών περιγράφονται λεπτομερώς στην Ενότητα 3.5, ενώ στο Σχ. 3.9, παρουσιάζεται η διάταξη ενίσχυσης των παραπάνω δοκιμίων. Σχήμα 3.9 Διάταξη ενίσχυσης δύο πρώτων δοκιμίων, με μία ή δύο στρώσεις Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα, χωρίς κάποια διάταξη αγκύρωσης των άκρων του μανδύα U. Το επόμενο δοκίμιο, 2L_A(10), ενισχύθηκε με μανδύα U από δύο στρώσεις ΙΑΜ, όπως παραπάνω, με την διαφορά ότι στα άκρα του εφαρμόστηκε ειδική διάταξη αγκύρωσης. Για την διάταξη της αγκύρωσης των άκρων του τρίπλευρου μανδύα, χρησιμοποιήθηκε ένα καμπύλο μεταλλικό έλασμα, ακτίνας 20mm με πλευρικές αποστάσεις 20 και 10mm, βλέπε Σχ. 3.10 & 3.12, και με πάχος (t f ) 4mm. Στο μεταλλικό έλασμα διανοίχτηκαν οπές διαμέτρου 10mm ανά 100mm (πρώτη οπή σε απόσταση 50mm από κάθε άκρο του ελάσματος) για να περάσουν τα αγκύρια και να αγκυρώσουν μέσα στην μάζα σκυροδέματος της πλάκας. Ως αγκύρια χρησιμοποιήθηκαν ντίζες 6mm, γαλβανιζέ, οι οποίες αγκυρώθηκαν μέσα στην πλάκα σε βάθος 80mm. Οι οπές, που διανοίχτηκαν στην θέση εφαρμογής της μεταλλικής γωνιάς, με βάθος 90mm, διάμετρο 10mm (όσο και της μεταλλικής γωνιάς) και μικρή γωνία σε σχέση με την κατακόρυφο, αρχικά πληρώθηκαν με ρητίνη βινυλεστέρα και στην συνέχεια εισήχθησαν τα αγκύρια.

Σ ε λ ί δ α 73 Παρόμοια τεχνική αγκύρωσης των άκρων του μανδύα εφαρμόστηκε και στα υπόλοιπα δοκίμια, με ορισμένες χαρακτηριστικές διαφορές. Συγκεκριμένα, στο τέταρτο δοκίμιο 2L_A(15)*, τα αγκύρια τοποθετήθηκαν σε μεταξύ τους απόσταση 150mm (αφέθηκαν 50mm από κάθε άκρο), έτσι και οι αποστάσεις των οπών της μεταλλικής γωνίας και του δοκιμίου διανοίχτηκαν στις ίδιες αποστάσεις. Ενώ, η γωνία διάνοιξης των οπών στην πλάκα του δοκιμίου σ αυτή την περίπτωση έγινε με κλίση 45 από την κατακόρυφο. Τέλος, ακριβώς ίδια διάταξη αγκύρωσης πραγματοποιήθηκε στο τελευταίο δοκίμιο 2L_A(15), με μόνη διαφορά το μικρότερο πάχος της μεταλλικής γωνιάς από 4mm σε 3mm. Οι παραπάνω διατάξεις ενίσχυσης έχουν ήδη παρουσιαστεί στον Πίνακα 3.2, ο οποίος περιλαμβάνει την ονοματολογία των δοκιμίων. Συνοψίζοντας στο σημείο αυτό, αναφορικά με τις τρείς διατάξεις ενίσχυσης με αγκύρωση των άκρων του μανδύα U, αυτό που τις διαφοροποιεί είναι ο αριθμός των αγκυρίων σε κάθε πλευρά (7 αγκύρια ανά πλευρά ή 5 αγκύρια ανά πλευρά) και ο τρόπος εφαρμογής του αγκυρίου μέσα στην μάζα του σκυροδέματος (μικρή κλίση σε σχέση με την κατακόρυφο ή κλίση 45 ). Στα σχήματα που ακολουθούν (Σχ. 3.10, 3.11 και 3.12) παρουσιάζονται οι λεπτομέρειες των διαφόρων διατάξεων ενίσχυσης και στον Πίνακα 3.4 μία συνοπτική παρουσίαση των διατάξεων ενίσχυσης. Σχήμα 3.10 Διάταξη ενίσχυσης τρίτου δοκιμίου 2L_A(10), με δύο στρώσεις Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα και ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του μανδύα U, με τα αγκύρια να εφαρμόζονται περίπου κατακόρυφα στην πλάκα.

Σ ε λ ί δ α 74 Σχήμα 3.11 Διάταξη ενίσχυσης δοκιμίου 2L_A(15), με δύο στρώσεις Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα και ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του μανδύα U, με τα αγκύρια να εφαρμόζονται σε γωνία 45 στην πλάκα. (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 3.12 Λεπτομέρειες μεταλλικών ελασμάτων που χρησιμοποιούνται στην αγκύρωση των άκρων του μανδύα U, (α) Λεπτομέρεια καμπύλου μεταλλικού ελάσματος, (β) Καμπύλο μεταλλικό έλασμα που χρησιμοποιήθηκε στην αγκύρωση του δοκιμίου 2L_A(10), (γ) Καμπύλο μεταλλικό έλασμα που χρησιμοποιήθηκε στην αγκύρωση του δοκιμίου 2L_A(15)*, (δ) Καμπύλο μεταλλικό έλασμα που χρησιμοποιήθηκε στην αγκύρωση του τελευταίου δοκιμίου 2L_A(15).

Σ ε λ ί δ α 75 Πίνακας 3.4 Συνοπτική παρουσίαση διατάξεων ενίσχυσης. Διάταξη ενίσχυσης Σκαρίφημα διατομής Όνομα δοκιμίου Τρίπλευρος μανδύας με 1 στρώση ΙΑΜ 1L_NA Τρίπλευρος μανδύας με 2 στρώσεις ΙΑΜ 2L_NA Τρίπλευρος μανδύας με 2 στρώσεις ΙΑΜ 7 αγκύρια ανά πλευρά, τοποθετούμενα περίπου κατακόρυφα στην πλάκα 2L_A(10) Τρίπλευρος μανδύας με 2 στρώσεις ΙΑΜ 5 αγκύρια ανά πλευρά, τοποθετούμενα υπό γωνία 45 στην πλάκα 2L_A(15)* Τρίπλευρος μανδύας με 2 στρώσεις ΙΑΜ 5 αγκύρια ανά πλευρά, τοποθετούμενα υπό γωνία 45 στην πλάκα 2L_A(15)

Σ ε λ ί δ α 76 3.4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΑΚΑΣΙΑ Ο σχεδιασμός της πειραματικής διάταξης βασίστηκε στην απαίτηση για επιβολή οριζόντιας ανακυκλιζόμενης φόρτισης (στην κεφαλή του δοκιμίου) κατά την διάρκεια της δοκιμής. Για την υλοποίηση του σχεδιασμού της πειραματικής διάταξης χρησιμοποιήθηκε το ισχυρό πλαίσιο διαξονικής καταπόνησης του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών, Εικ. 3.2. Το πλαίσιο αυτό προσφέρει την δυνατότητα χρήσης ενός συστήματος με ισχυρό δάπεδο και ακλόνητα κατακόρυφα στοιχεία αντίδρασης. Το δάπεδο του πλαισίου διαθέτει οπές ανά σταθερές αποστάσεις, οι οποίες επιτρέπουν την διέλευση χαλύβδινων ντιζών, στις οποίες είναι δυνατή η πάκτωση διαφόρων τμημάτων της πειραματικής διάταξης. Προκειμένου να πακτωθεί το πέδιλο στο ισχυρό δάπεδο του πλαισίου τοποθετήθηκαν δύο ισχυρές κοιλοδοκοί σε κάθε πλευρά του πεδίλου μέσα από τις οποίες διέρχονταν ντίζες υψηλής αντοχής διαμέτρου 30mm που βιδώνονταν σφιχτά στις οπές του πλαισίου. Με αυτό τον τρόπο επετεύχθη πλήρης πάκτωση του πεδίλου. Η πειραματική διάταξη παρουσιάζεται αναλυτικά στο Σχ. 3.14 & 3.15. Τα δοκίμια φορτίστηκαν με οριζόντια δύναμη σε ύψος 0.70m από την βάση, μέσω σερβοϋδραυλικού εμβόλου MTS αγκυρωμένου σε απόσταση 0.1m από την κορυφή του στοιχείου. Για την αγκύρωση του εμβόλου χρησιμοποιήθηκε μία πλάκα με οπές και ντίζες υψηλής αντοχής που διαπερνούσαν το έμβολο και την πλάκα, προκαλώντας την αγκύρωση του. Η ιστορία φόρτισης αποτελούνταν από επαναλαμβανόμενους κύκλους μετατοπίσεων αυξανόμενου εύρους (κατά 2 mm/κύκλο στα πέντε δοκίμια και κατά 5 mm/κύκλο στο ένα δοκίμιο 2L_A(15)*), μέχρι την επίτευξη επιβολής μεγάλης μετατόπισης (περίπου 25 mm), Σχ. 3.13. Οι καταγραφές των τιμών διαφόρων μεγεθών δύναμης, μετακίνησης έγινε μέσω data acquisition system (ειδικό καταγραφικό σύστημα). Κατά την διάρκεια των δοκιμών καταγράφονται η δύναμη και η μετατόπιση του εμβόλου και η αξονική μετατόπιση του στελέχους ενός αισθητήρα μεταβλητής αντίστασης, ο οποίος προσαρμόστηκε σε ύψος 0.70m από την βάση, ακριβώς κάτω από το έμβολο (στην πλευρά της πλάκας). Για την τοποθέτηση του αισθητήρα χρησιμοποιήθηκε άκαμπτο μεταλλικό στοιχείο σε κάποια απόσταση από το δοκίμιο πάνω στο οποίο στερεωνόταν ο αισθητήρας και στην συνέχεια επικολλούταν στο κατάλληλο σημείο του δοκιμίου.

Σ ε λ ί δ α 77 Σχήμα 3.13 Ιστορία οριζόντιας φόρτισης των δοκιμίων. Εικόνα 3.2 Πλαίσιο διαξονικής καταπόνησης του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών.

Σ ε λ ί δ α 78 Σχήμα 3.14 Γενική μορφή πειραματικής διάταξης. Σχήμα 3.15 Γενική μορφή πειραματικής διάταξης. Ο αισθητήρας που χρησιμοποιήθηκε παρουσιάζεται στην Εικ. 3.3. Ο αισθητήρας επικολλάται στο δοκίμιο στο άκρο α όπως φαίνεται και στην εικόνα. Το στέλεχος 1 διαθέτει αποκλειστικά την δυνατότητα αξονικής μετακίνησης. Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα παρουσιάζεται στο Σχ. 3.16 και βασίζεται στην αρχή λειτουργίας του

Σ ε λ ί δ α 79 ποτενσιόμετρου. Ο μετρητής συνδέεται με πηγή σταθερής τάσης 5 Volts. Η μετακίνηση του στελέχους προκαλεί μετατόπιση του δρομέα στο σημείο Γ. Η αλλαγή της θέσης του σημείου Γ οδηγεί στην αλλαγή της τιμής της αντίστασης R του συστήματος. Η αλλαγή της αντίστασης οδηγεί με την σειρά της αλλαγή της μετρούμενης τάσης στον κλάδο ΑΓ. Η διαφορά δυναμικού συνδέεται με την μετατόπιση Χ με τον τύπο: ΑΓ = (3.1) = Όπου L: το ολικό μήκος της αντίστασης Χ: η απόσταση του δρομέα από το άκρο της αντίστασης : η σταθερή τάση λειτουργίας (5 Volts) Εικόνα 3.3 Αισθητήρας μεταβλητής αντίστασης. Σχήμα 3.16 Αρχή λειτουργίας αισθητήρα μεταβλητής αντίστασης.

Σ ε λ ί δ α 80 3.5 ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΟΚΙΜΙΩΝ 3.5.1 Γενικά Ένα σημαντικό και απαιτητικό κομμάτι της παρούσας πειραματικής εργασίας, είναι αναμφισβήτητα αυτό της προετοιμασίας των δοκιμίων κυρίως στο μέρος που αφορά την κατασκευή των δοκιμίων. Ακολουθούν δύο υποενότητες, οι οποίες διαχωρίζουν την κατασκευή και την ενίσχυση των δοκιμίων και περιλαμβάνουν πλούσιο φωτογραφικό υλικό για την καλύτερη εποπτεία του συνόλου της διαδικασίας. 3.5.2 Κατασκευή δοκιμίων Τα δοκίμια σκυροδετήθηκαν από διαφορετικές παρτίδες έτοιμου σκυροδέματος κατηγορίας C12/15. Η συναρμολόγηση των μεταλλικών κλωβών, Εικ. 3.4(α), δηλαδή το δέσιμο διαμήκων ράβδων με συνδετήρες έγινε από ειδικό τεχνικό προσωπικό, με αποτέλεσμα οι θέσεις και οι αποστάσεις των οπλισμών να διατηρούνται όσο το δυνατόν σταθερές για όλα τα δοκίμια. Προκειμένου να είναι δυνατή η μεταφορά των δοκιμίων, τοποθετήθηκαν τέσσερις χαλύβδινοι συνδετήρες επί του θεμελίου περιμετρικά της δοκού, οι οποίοι μετά την σκυροδέτηση χρησίμευαν ως λαβές για το μηχάνημα ανύψωσης ( κλάρκ ). Για την κατασκευή των δοκιμίων έγινε χρήση μεταλλικών συναρμολογούμενων καλουπιών, Εικ. 3.4(β), έτσι ώστε να είναι δυνατή η επίτευξη ακρίβειας στις διαστάσεις των δοκιμίων καθώς και η επαναχρησιμοποίηση των καλουπιών. Κατά την τοποθέτηση των κλωβών στα μεταλλικά καλούπια τοποθετήθηκαν πλαστικοί κυκλικοί αποστάτες επί των συνδετήρων για την εξασφάλιση της απαιτούμενης επικάλυψης, η οποία ήταν 20mm.

Σ ε λ ί δ α 81 (α) (β) Εικόνα 3.4 (α) Μεταλλικός κλωβός, (β) Δοκίμιο πριν την σκυροδέτηση σε μεταλλικό καλούπι. Για την σκυροδέτηση των δοκιμίων, η οποία έγινε στον εξωτερικό χώρο του εργαστηρίου, χρησιμοποιήθηκε σκυρόδεμα από τοπική βιομηχανία έτοιμου σκυροδέματος. Πραγματοποιήθηκαν δύο σκυροδετήσεις (9/7/2012 η πρώτη και 26/10/2012 η δεύτερη) δημιουργώντας τρία δοκίμια σε καθεμία. Σε κάθε σκυροδέτηση χρησιμοποιήθηκε 1.5m 3 σκυροδέματος, που μεταφερόταν στο σημείο με όχημα της βιομηχανίας. Ως εκ τούτου όλα τα δοκίμια έχουν σκυρόδεμα της ίδιας ακριβώς σύνθεσης. Στα έτοιμα καλούπια πραγματοποιούταν η έγχυση του σκυροδέματος, ακολουθούσε η δόνηση του με χρήση βενζινοκίνητου δονητή και έπειτα η επιπέδωση της ελεύθερης επιφάνειας. Η διαδικασία σκυροδέτησης λαμβάνει χώρα πρώτα στο θεμέλιο και έπειτα στη δοκό. Για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων του σκυροδέματος, επιστρατεύτηκαν 8 κυβικές μήτρες πρότυπων διαστάσεων οι οποίες γεμίζονταν με σκυρόδεμα και δονούνταν. Ακολουθούν χαρακτηριστικές φωτογραφίες.

Σ ε λ ί δ α 82 (α) (β) Εικόνα 3.5 (α) Πρώτη φάση σκυροδέτησης θεμελίου με ταυτόχρονη δόνηση, (β) Κυβικές μήτρες για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων του σκυροδέματος. Μετά το τέλος της σκυροδέτησης, τα δοκίμια καλύφθηκαν με υγρές λινάτσες για την διατήρηση των καλύτερων δυνατών συνθηκών συντήρησης και έμεναν 7 ημέρες στα καλούπια τους, για την απόκτηση επαρκούς αντοχής πριν την απομάκρυνσή τους. Μετά την παρέλευση του παραπάνω χρονικού διαστήματος, τα καλούπια λύνονταν και τα δοκίμια ξεκαλουπώνονταν. Η συντήρηση των δοκιμίων κατά τα αρχικά στάδια της ενυδάτωσης, η οποία αποσκοπούσε στην προστασία του σκυροδέματος από πρόωρη ξήρανση, πραγματοποιήθηκε μέσω πλημμυρίσματος της ελεύθερης επιφάνειας για τις πρώτες ημέρες πριν το ξεκαλούπωμα και έπειτα η συντήρηση συνεχιζόταν μέσω διαβροχής τουλάχιστον μία φορά την ημέρα. Τα κυβικά δοκίμια προτύπων διαστάσεων για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του υλικού, είχαν τις ίδιες συνθήκες συντήρησης για τουλάχιστον 28 ημέρες. Η τελική μορφή των δοκιμίων παρουσιάζεται στην παρακάτω Εικ. 3.6. Εικόνα 3.6 Τελική μορφή των δοκιμίων μετά το ξεκαλούπωμα.

Σ ε λ ί δ α 83 3.5.3 Ενίσχυση δοκιμίων Η δεύτερη φάση περιλαμβάνει την προετοιμασία των επιφανειών των δοκιμίων και την επικόλληση των μανδυών σύνθετων υλικών μέσω ανόργανης μήτρας. Η ενίσχυση των δοκιμίων, η οποία δεν έγινε για όλα τα δοκίμια ταυτόχρονα, αλλά σύμφωνα με τον ανάλογο χρονικό προγραμματισμό, διαχωρίζεται στην ενίσχυση των δοκιμίων με ή χωρίς αγκύρωση των άκρων του τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ. Καταρχήν, πραγματοποιείται η διαδικασία προετοιμασίας της επιφάνειας στην οποία επρόκειτο να επικολληθεί ο μανδύας ΙΑΜ, η οποία ήταν κοινή για όλα τα δοκίμια. Η προεργασία αυτή έχει ως σκοπό την εκτράχυνση των επιφανειών, με χρήση ηλεκτρικού τριβείου, μέχρι απομακρύνσεως του επιφανειακού τσιμεντοπολτού και αποκαλύψεως των αδρανών. Με τον τρόπο αυτό βελτιώνεται η πρόσφυση μεταξύ της επιφάνειας σκυροδέματος και της ανόργανης μήτρας και ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος τραυματισμού του μανδύα από τυχόν εξογκώματα. Με χρήση του ίδιου εργαλείου πραγματοποιείται καμπύλωση των γωνιών του κορμού, με σκοπό την αποφυγή συγκέντρωσης τάσεων στην γωνία του μανδύα, και κατά συνέπεια θραύση των ινών στην περιοχή αυτή. Η ακτίνα καμπυλότητας κατά προσέγγιση ισούται με 12mm. Τέλος, όλες οι επιφάνειες καθαρίζονται από την σκόνη με τη βοήθεια συμπιεσμένου αέρα. 3.5.3.1 Ενίσχυση δοκιμίων χωρίς αγκύρωση των άκρων του μανδύα U Για τα δύο πρώτα δοκίμια, που ενισχύθηκαν με μία και δύο στρώσεις τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ αντίστοιχα, χωρίς κάποια μορφή αγκύρωσης των άκρων ακολουθήθηκε η παρακάτω διαδικασία. Αρχικά, έγινε η κοπή των πλεγμάτων από ίνες άνθρακα στο επιθυμητό μήκος και ύψος, αφήνοντας παράλληλα ένα κενό 10mm από την βάση του θεμελίου ώστε αφενός να μην παρεμποδίζεται η στροφή της ακραίας διατομής και αφετέρου να μην υφίσταται σύνθλιψη ο μανδύας λόγω της στροφής αυτής. Έπειτα, κατασκευάστηκε το μητρικό υλικό με ανάμειξη κατάλληλης ποσότητας νερού και τσιμεντοκονιάματος ( η αναλογία ανάμιξης νερού προς κονίαμα ήταν 0.18:1). Η ζύγιση των δύο συστατικών έγινε με ζυγαριά ακριβείας, ενώ η ανάμιξή τους με την βοήθεια μηχανικού αναδευτήρα, όπως φαίνεται στην Εικ. 3.7.

Σ ε λ ί δ α 84 (α) (β) (γ) (δ) Εικόνα 3.7 (α) Ζυγαριά ακριβείας, (β) Μηχανικός αναδευτήρας, (γ) Παρασκευή κονιάματος με ανάμιξη των δύο συστατικών, (δ) Έτοιμο κονίαμα. Στην συνέχεια, αφού υγράνθηκε η επιφάνεια του δοκιμίου, τοποθετήθηκε μία στρώση τσιμεντοκονιάματος στις πλευρές του κορμού της δοκού προκειμένου να χρησιμεύσει ως υπόστρωμα υποδοχής για το πλέγμα. Αφού τοποθετήθηκε το πλέγμα όσο το δυνατόν πιο ευθύγραμμα πάνω στην αρχική επίστρωση του κονιάματος ασκήθηκε πίεση χειρωνακτικά προκειμένου να επικολληθεί πάνω σε αυτή. Ιδιαίτερη μέριμνα δόθηκε στον πλήρη και ομοιόμορφο εμποτισμό των ινών του πλέγματος με κονίαμα. Αυτό επετεύχθη μέσω άσκησης πίεσης επί του πλέγματος και τάνυσής του με τρόπο ώστε το κονίαμα να εξέρχεται από τις βροχίδες του τελευταίου. Τέλος, η εξωτερική επιφάνεια της ενισχυόμενης περιοχής καλύφθηκε από μία τελική στρώση κονιάματος, η οποία εξασφάλιζε τόσο την προστασία του μανδύα από εξωτερικές φθορές όσο και μία καλαίσθητη λεία εξωτερική επιφάνεια, ενώ στην περίπτωση ενίσχυσης με δύο στρώσεις μανδύα, αποτελούσε το υπόστρωμα για την επιπλέον στρώση την οποία πάλι διαδεχόταν μία τελική στρώση κονιάματος.

Σ ε λ ί δ α 85 (α) (β) (γ) (δ) (ε) Εικόνα 3.8 (α) Αρχική επίστρωση με κονίαμα, (β) Εμποτισμός του πλέγματος με κονίαμα, (γ) Τελική επίστρωση του πλέγματος με κονίαμα, (δ) Ενδιάμεση φάση επίστρωσης τελικής στρώσης κονιάματος, (ε) Τελική μορφή δοκιμίου μετά την ενίσχυση. 3.5.3.2 Ενίσχυση δοκιμίων με αγκύρωση των άκρων του μανδύα U Στα τελευταία τρία δοκίμια ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία ενίσχυσης με δύο στρώσεις τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ αγκυρώνοντας όμως τα άκρα του. Οι διατάξεις ενίσχυσης και αγκύρωσης που χρησιμοποιήθηκαν παρουσιάστηκαν στην Ενότητα 3.3.4. Αρχικά, εφαρμόστηκαν δύο στρώσεις τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία. Για κάθε δοκίμιο χρησιμοποιήθηκαν δύο μεταλλικά ελάσματα στα οποία διανοίχτηκαν οπές σε συγκεκριμένες αποστάσεις. Στην συνέχεια εφαρμόστηκαν στα

Σ ε λ ί δ α 86 άκρα του μανδύα συμπιέζοντας το στρώμα ενίσχυσης πίσω από τα ελάσματα ώστε να εφαρμοστούν κατάλληλα στη γωνία της διατομής του δοκιμίου, με την μεγαλύτερη πλευρά προς την πλάκα του δοκιμίου (Εικ. 3.9). Το ενισχυμένο δοκίμιο παρέμενε μία ημέρα ώστε να αποκτήσει μία αρχική αντοχή το κονίαμα. Την επόμενη ημέρα στις θέσεις των οπών που είχαν διανοιχθεί στην μεταλλική γωνιά, χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό δράπανο στο οποίο προσαρτάται τρυπάνι, διανοίχθηκαν οπές στην πλάκα του δοκιμίου διαμέτρου 10mm. (α) (β) (γ) Εικόνα 3.9 (α) Μορφή ενισχυμένου δοκιμίου με δύο στρώσεις ΙΑΜ, (β) Εφαρμογή καμπύλης μεταλλικής γωνιάς, (γ) Μορφή δοκιμίου με διάνοιξη οπών στην πλάκα του δοκιμίου. Οι οπές γίνονται στα σημεία όπου είχαν σχεδιαστεί ως θέσεις των αγκυρίων με βάθος 90mm, με μικρή κλίση ως προς την κατακόρυφο (η γωνία εισαγωγής του τρυπανιού κυμαινόταν μεταξύ 20 και 30 ) στην πλάκα για το ένα δοκίμιο και με κλίση 45 ως προς την κατακόρυφο για τα υπόλοιπα δοκίμια. Οι οπές καθαρίζονται από την σκόνη με την

Σ ε λ ί δ α 87 βοήθεια ειδικού εργαλείου και συμπιεσμένου αέρα, εν συνεχεία με την βοήθεια ενός πιστολιού σιλικόνης πληρώνονται με ειδική ρητίνη βινυλεστέρα και έπειτα τοποθετούνται τα μηχανικά αγκύρια στις οπές, με την εισχώρηση του ενός εκ των δύο άκρων τους. Τα μηχανικά αγκύρια έξω από τις οπές διαθέτουν κατάλληλο μήκος ώστε να προσαρμοστούν παξιμάδια τα οποία βιδώνονται με την βοήθεια δυναμόκλειδου (8 Nm). Στις εικόνες που ακολουθούν παρουσιάζεται η διαδικασία εφαρμογής των μηχανικών αγκυρίων στην διάταξη αγκύρωσης των άκρων του τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ. (α) (β) (γ) (δ) (ε) (στ) Εικόνα 3.10 (α) Καθαρισμός οπών με ειδικό εργαλείο, (β) Καθαρισμός οπών με χρήση συμπιεσμένου αέρα, (γ) Εφαρμογή ρητίνης πληρώσεως με την βοήθεια πιστολιού σιλικόνης, (δ) Εισαγωγή μηχανικών αγκυρίων στις πληρωμένες με ρητίνη οπές, (ε) Τελική μορφή ενισχυμένου δοκιμίου με αγκύρωση των άκρων, (στ) Εφαρμογή δυναμόκλειδου στα μηχανικά αγκύρια.

Σ ε λ ί δ α 88 Είναι σημαντικό να αναφερθεί πως κατά το στάδιο της δημιουργίας του κονιάματος της ανόργανης μήτρας προκειμένου να διερευνηθεί πειραματικά η αντοχή του, λαμβάνονταν από το ίδιο κάθε φορά κονίαμα πρισματικά δοκίμια διαστάσεων 40mmx40mmx160mm. Μετά το πέρας της διαδικασίας ενίσχυσης, το δοκίμιο χρωματιζόταν λευκό ώστε να είναι δυνατή η καλύτερη εποπτεία του πειράματος και η έκταση των ρωγμών. Τέλος, διανοίγονταν οπές στα σημεία όπου θα αγκυρωνόταν το έμβολο, ενώ το δοκίμιο ήταν έτοιμο για την διαδικασία της δοκιμής μετά την διέλευση δύο εβδομάδων από την ολοκλήρωση της ενίσχυσης των στρώσεων ΙΑΜ. 3.6 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ 3.6.1 Γενικά Στις υποενότητες που ακολουθούν περιγράφονται βασικές μηχανικές ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν, αλλά και της πειραματικής διαδικασίας για τον προσδιορισμό τους. 3.6.2 Σκυρόδεμα Το σκυρόδεμα που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων προήλθε από εργοστάσιο παραγωγής έτοιμου σκυροδέματος και παραδόθηκε σε μία παρτίδα σε κάθε σκυροδέτηση. Η κατηγορία αντοχής του ήταν C12/15, με μέγιστο κόκκο αδρανών 16mm (γαρμπιλοσκυρόδεμα). Για την επαλήθευση της εγγυημένης αντοχής και κυρίως για τον προσδιορισμό της ακριβούς τιμής αντοχής του, κατά την σκυροδέτηση ελήφθησαν δείγματα σκυροδέματος σε κυβικές μήτρες πρότυπων διαστάσεων, πλευράς 150mm. Ο προσδιορισμός της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος πραγματοποιήθηκε μέσω μηχανής του Εργαστηρίου ικανότητας 1600 ΚN. Η ρύθμιση της ταχύτητας επιβολής των μετατοπίσεων γίνεται χειροκίνητα. Το φορτίο και η διαδρομή του εμβόλου καταγράφηκαν σε ηλεκτρονικό υπολογιστή ο οποίος είναι συνδεδεμένος με την μηχανή. Ο προσδιορισμός της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος έγινε την ημέρα πραγματοποίησης των πειραματικών δοκιμών των πλακοδοκών.

Σ ε λ ί δ α 89 Σχήμα 3.17 Μηχανή για τον προσδιορισμό θλιπτικής αντοχής των κυβικών δοκιμίων σκυροδέματος. Εικόνα 3.11 Δοκιμή θλίψης κυβικού δοκιμίου σκυροδέματος πρότυπων διαστάσεων.

Σ ε λ ί δ α 90 Πίνακας 3.5 Τιμές θλιπτικής αντοχής σκυροδέματος. Ημερ. Σκυροδετήσεων 9/07/2012 26/10/2012 Αντιστοιχία δοκιμίων Ημερ. πειραματικής δοκιμής Control 12/09/2012 1L_NA 12/09/2012 2L_NA 04/10/2012 2L_A(10) 07/12/2012 2L_A(15)* 08/01/2013 2L_A(15) 31/01/2013 Αρ. Μήτρας Θλιπτική αντοχή (ΜPa) 1 22.08 2 23.24 3 23.38 4 24.76 5 25.51 6 25.64 1 23.07 2 27.57 1 24.20 2 26.35 1 24.05 2 27.10 Mέσος όρος θλιπτικής κυβικής αντοχή (ΜPa) Αναγωγή σε κυλινδρική αντοχή (ΜPa) 24.1 19.92 25.32 21.03 25.3 20.99 25.6 21.26 Στον παραπάνω Πίνακα 3.5, φαίνονται οι τιμές θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος των δοκιμίων, όπως προκύπτει από τις κυβικές μήτρες σκυροδέματος. Ο προσδιορισμός των τιμών αυτών, έγινε την ημέρα του πειράματος του κάθε δοκιμίου. Παρατηρείται, πως στα πρώτα τρία δοκίμια χρησιμοποιήθηκε ο μέσος όρος των 6 κυβικών μητρών, γεγονός που οφείλεται στις ημερομηνίες διεξαγωγής των πειραμάτων. Στην τελευταία στήλη του Πίνακα 3.5 παρατίθενται οι αντίστοιχες τιμές κυλινδρικής αντοχής σκυροδέματος, όπως προκύπτουν από αναγωγή. Γενικά η αναγωγή αντοχής κύβου 150mm f c,cube (σε MPa), σε αντοχή κυλινδρικού 150mmx300mm f c, μπορεί να γίνει με τη χρήση των παρακάτω εξισώσεων: f c = (0.678+0.0076 f c,cube ) f c,cube αν f c,cube 16 MPa (3.2α) f c = (0.744+0.0034 f c,cube ) f c,cube αν 16 f c,cube 30 MPa (3.2β) f c = (0.788+0.00196 f c,cube ) f c,cube αν 30 < f c,cube (3.2γ) Συνεπώς, οι τιμές της τελευταίας στήλης του Πίν. 3.5, προκύπτουν με χρήση της Σχ. 3.2β και οι τιμές της πέμπτης στήλης του ίδιου Πίνακα προσδιορίστηκαν από πειραματικές δοκιμές μονοαξονικής θλίψης των κυβικών δοκιμίων του σκυροδέματος.

Σ ε λ ί δ α 91 3.6.3 Χάλυβας Όλες οι ράβδοι οπλισμού, καθώς και οι συνδετήρες που τοποθετήθηκαν στα δοκίμια ήταν κατηγορίας χάλυβα Β500C. 3.6.4 Ανόργανη μήτρα κονιάματος Η ανόργανη μήτρα που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένα θιξοτροπικό μείγμα λεπτόκοκκου τσιμεντοκονιάματος που περιείχε στην σύνθεση του και ποσότητα πολυμερών. Παρήχθη από την εταιρεία FYFE EUROPE S.A. και είχε την εμπορική ονομασία Tyfo C-Matrix. Το κονίαμα αναμειγνυόταν με νερό για χρονικό διάστημα πέντε λεπτών με αναμεικτήρα χειρός. Ο λόγος του νερού προς το κονίαμα ήταν ίσος με 0.18. Ο προτεινόμενος λόγος του νερού προς το κονίαμα με βάση την εταιρεία παραγωγής ήταν 0.15~0.18. Η συνιστώμενη ποσότητα του νερού μπορεί να προσαρμοστεί για βέλτιστη λειτουργικότητα, αν όμως ξεπεράσει το 10% αυτής υπάρχει κίνδυνος πτώσης των μηχανικών ιδιοτήτων. Το νωπό ανάμιγμα χαρακτηριζόταν από ικανή εργασιμότητα σε κατακόρυφες επιφάνειες (πλαστικό κονίαμα) και από μικρή απώλεια κάθισης στο χρόνο (50-60 λεπτά σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 20 C). Για την αποτελεσματική εφαρμογή του ήταν απαραίτητος ο καθαρισμός και η ύγρανση της επιφάνειας του υποστρώματος. Η θερμοκρασία βάσης και περιβάλλοντος δεν έπρεπε να είναι κάτω από τους 5 C και πάνω από τους 30 C. Ακολουθεί σύνοψη των χαρακτηριστικών του προϊόντος: Εφαρμογή με το χέρι ή με ψεκασμό Καλή εργασιμότητα, θιξοτροπικό υλικό Τέλεια πρόσφυση σε σκυρόδεμα και τοιχοποιία βάσης Μόνιμα ανθεκτικό στο νερό Καλές μηχανικές ιδιότητες Ανθεκτικό στον παγετό Κατάλληλο για επαφή με πόσιμο νερό

Σ ε λ ί δ α 92 Πίνακας 3.6 Ιδιότητες κονιάματος από την εταιρεία παραγωγής. Πυκνότητα (kg/m 3 ) Εφελκυστική αντοχή σε κάμψη (MPa) Θλιπτική αντοχή (MPa) Αντοχή πρόσφυσης (MPa) 1540 ± 40 7ημ. 3.5 7ημ. 20 28ημ. 7 28ημ. 25 1.5 Η εφελκυστική αντοχή από κάμψη του τσιμεντοκονιάματος προσδιορίστηκε από δοκιμές κάμψης τριών σημείων επί πρισματικών δοκιμίων με διαστάσεις 40mmx40mmx160mm και η θλιπτική του αντοχή (στην ίδια ηλικία) εκτιμήθηκε από δοκιμές θλίψης επί των τεμαχίων τα οποία προέκυψαν από τις προαναφερθείσες δοκιμές κάμψης. Η δοκιμή κάμψης τριών σημείων έγινε σε μηχανή διεξαγωγής πειραματικών δοκιμών MTS (Universal Testing Machine) ικανότητας 250 KN. Στην Εικ. 3.13 παρουσιάζονται τα κυριότερα εξαρτήματα της μηχανής. Στο κινούμενο έμβολο πακτώνεται μέσω των αρπαγών εξάρτημα που λειτουργεί ως άρθρωση. Στην συνέχεια δύο μεταλλικές στηρίξεις προσαρμόζονται πάνω στην άρθρωση. Το δοκίμιο τοποθετείται πάνω στις μεταλλικές στηρίξεις των οποίων η απόσταση είναι τέτοια ώστε το ελεύθερο μήκος του δοκιμίου που πρόκειται να καμφθεί να είναι 100 mm. Στις αρπαγές του ακλόνητου άνω μέρους της μηχανής προσαρμόζεται εξάρτημα το οποίο έρχεται σε επαφή με το μέσο της ανώτερης επιφάνειας του δοκιμίου. Πάνω από το σταθερό μέρος της μηχανής βρίσκεται και ο αισθητήρας του φορτίου (δυναμοκυψέλη) που μετρά την αντίδραση του δοκιμίου λόγω της επιβολής των μετακινήσεων. Ο ρυθμός επιβολής της μετατόπισης είναι 0.2 mm/min. Η καμπύλη δύναμης-μετατόπισης του εμβόλου καταγράφεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή μέσω ειδικού λογισμικού.

Σ ε λ ί δ α 93 Εικόνα 3.12 Μηχανή διεξαγωγής πειραματικών μετρήσεων. Εικόνα 3.13 Παρασκευή πρισματικών δοκιμίων. Το δοκίμιο λόγω της καμπτικής του αστοχίας διαχωρίστηκε σε δύο τμήματα. Τα τμήματα αυτά θα χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αντοχής του μείγματος. Για την δοκιμή προσδιορισμού της θλιπτικής αντοχής χρησιμοποιήθηκε η μηχανή MTS της Εικ. 3.13. Όπως φαίνεται και στην Εικ. 3.16 το δοκίμιο τοποθετείται ανάμεσα σε δύο μεταλλικές πλάκες 40mmx40mmx10mm και στην συνέχεια επιβάλλεται μετατόπιση μέσω του εμβόλου με ρυθμό επιβολής 0.5 mm/min.

Σ ε λ ί δ α 94 Εικόνα 3.14 Προσδιορισμός καμπτικής αντοχής. Εικόνα 3.15 Προσδιορισμός θλιπτικής αντοχής. Τα μέγιστα φορτία που καταγράφηκαν χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής και θλιπτικής αντοχής αντίστοιχα. Η εφελκυστική αντοχή δίνεται από τον τύπο:

Σ ε λ ί δ α 95 (3.3) Όπου P: Το μέγιστο φορτίο που καταγράφεται L: Το ελεύθερο μήκος μεταξύ των στηρίξεων b: Το πλάτος του δοκιμίου h: Το ύψος του δοκιμίου Η θλιπτική τάση δίνεται από τον τύπο: (3.4) Όπου P είναι το μέγιστο φορτίο που καταγράφεται και Α το εμβαδόν επαφής του δοκιμίου με τις μεταλλικές πλάκες. Στους Πίνακες 3.8 και 3.9 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την δοκιμή των πρισματικών δοκιμίων. Η τελική τιμή προέκυψε από τον μέσο όρο των μετρήσεων. Πίνακας 3.7 Θλιπτική αντοχή κονιάματος στις 10 ημέρες. Θλιπτική αντοχή κονιάματος ΔΟΚΙΜΙΟ P (ΚΝ) σ (ΜPa) Μ.Ο. (ΜPa) Δ1α 29.51 18.44 Δ1β 30.05 18.78 Δ2α 30.01 18.76 Δ2β 30.30 18.94 19.11 Δ3α 32.21 20.13 Δ3β 31.38 19.61

Σ ε λ ί δ α 96 Πίνακας 3.8 Εφελκυστική αντοχή κονιάματος στις 10 ημέρες. Εφελκυσμός σε κάμψη ΔΟΚΙΜΙΟ P (ΚΝ) σ (ΜPa) Μ.Ο. (ΜPa) Δ1 1.56 3.65 Δ2 1.76 4.12 3.91 Δ3 1.69 3.96 3.6.5 Ινοπλέγματα Όπως έχει ήδη αναφερθεί στις ενισχύσεις χρησιμοποιήθηκαν πλέγματα ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0 /90. Τα πλέγματα ήταν συσκευασμένα σε ρολά μεγάλου μήκους και με την βοήθεια κοπτικού εξαρτήματος πραγματοποιήθηκε η κοπή τους σε λωρίδες διαστάσεων 0.75mx0.75m για την κάθε στρώση ενίσχυσης. Τα πλέγματα προστατεύθηκαν από την σκόνη δεδομένου ότι η σκόνη επηρεάζει αρνητικά τις συνθήκες συνάφειας μεταξύ πλέγματος και ανόργανης μήτρας. Οι κλώνοι των ινών δεν ήταν εμποτισμένες με πολυμερή. Η επιφάνεια διατομής των ινών σε ένα πλέγμα δίνεται από τον τύπο: A f = t f b (3.5) Όπου t f το ισοδύναμο πάχος των ινών και b το πλάτος της λωρίδας του πλέγματος. Το ισοδύναμο πάχος των ινών δίνεται από τον τύπο: t f = m d /ρ f (3.6) Όπου m d η επιφανειακή μάζα του πλέγματος στην εξεταζόμενη διεύθυνση ινών και ρ η πυκνότητα των ινών. Στον παρακάτω Πίνακα 3.10 παρουσιάζονται πληροφορίες για το πλέγμα ινών που χρησιμοποιήθηκε. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται το μέτρο ελαστικότητας, η εφελκυστική

Σ ε λ ί δ α 97 αντοχή και η πυκνότητα των ινών. Επίσης, αναφέρονται και άλλα στοιχεία όπως η μάζα του ινοπλέγματος ανά μονάδα επιφάνειας και η κατανομή των ινών στις δύο διευθύνσεις. Πίνακας 3.9 Στοιχεία για τα πλέγματα ινών άνθρακα χωρίς επικάλυψη πολυμερών. Στοιχεία πλέγματος συνεχών ινών άνθρακα (0 /90 ) Μέτρο ελαστικότητας ινών 225 GPa Εφελκυστική αντοχή ινών 3800 MPa Κατανομή ινών ανά διεύθυνση 50-50 Μάζα ανά τετραγωνικό μέτρο 174 gr/m 2 Καθαρό άνοιγμα βροχίδας 7 mm Αξονική απόσταση κλώνων 10 mm Πυκνότητα ινών 1.8 gr/cm 3 Ισοδύναμο πάχος πλέγματος 0.096 mm Εικόνα 3.16 Πλέγμα ινών άνθρακα που χρησιμοποιήθηκε σε κάθε ενίσχυση.

Σ ε λ ί δ α 98 3.6.6 Ρητίνη πληρώσεως των οπών Στις περιπτώσεις ενίσχυσης των δοκιμίων με αγκύρωση των άκρων, χρησιμοποιήθηκε ρητίνη βινυλεστέρα με σκοπό την πλήρωση των οπών που διανοίχτηκαν στην πλάκα της δοκού και βοηθούν στην καλύτερη αγκύρωση των μηχανικών αγκυρίων στο σκυρόδεμα. Παρήχθη από την εταιρεία Mapei και είχε την εμπορική ονομασία Mapefix VE SF 300. Τα τεχνικά στοιχεία περιγράφονται στον Πίνακα 3.11 και προέρχονται από το τεχνικό έντυπο της εταιρείας παραγωγής της. Πίνακας 3.10 Τεχνικά στοιχεία ρητίνης Mapefix VE SF 300. Mapefix VE SF 300 Πυκνότητα 1.65 gr/cm 3 Διακύμανση θερμοκρασίας εφαρμογής Από -10 C έως 35 C Αντοχή σε θλίψη 80 N/mm 2 Αντοχή σε εφελκυσμό 17 N/mm 2 Μέτρο Ελαστικότητας 4000 N/mm 2 Χημική αντίσταση Αντίσταση στο νερό Πολύ καλή Άριστη Εικόνα 3.17 Ρητίνη πληρώσεως των οπών των αγκυρίων.

Σ ε λ ί δ α 99 4. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται μία παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων, όπως αυτά καταγράφθηκαν κατά την πειραματική διαδικασία, συνοδεία παρατηρήσεων και φωτογραφικού υλικού. Εκτός από την παρουσίαση των αποτελεσμάτων ξεχωριστά για κάθε δοκίμιο, πραγματοποιείται και συγκριτική παράθεση τους, καθιστώντας εφικτό τον γενικότερο σχολιασμό της συμπεριφοράς των συστημάτων ενίσχυσης και την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. 4.2 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΚΑΘΕ ΔΟΚΙΜΙΟΥ 4.2.1 Δοκίμιο αναφοράς Control Η μέγιστη τέμνουσα δύναμη που σημειώθηκε ισούται με 66.4 kn και αντιστοιχεί σε μετατόπιση στη θέση επιβολής του φορτίου ίση με 5.86 mm. Καταγράφτηκε στον 3ο κύκλο φόρτισης κατά την διεύθυνση ώθησης του εμβόλου. Στην άλλη διεύθυνση (έλξη), σημειώθηκε μέγιστο φορτίο στα 47.97 kn το οποίο αντιστοιχούσε σε μετακίνηση 11.596 mm και καταγράφθηκε στον 6ο κύκλο φόρτισης του. Η πρώτη λοξή διατμητική ρωγμή (γωνία περίπου ίση με 45 ) εμφανίστηκε στον κορμό, Εικ. 4.1&4.2(α), σε τιμή φορτίου εμβόλου περίπου ίση με 47 kn. Στην συνέχεια εμφανίζεται η δεύτερη διατμητική ρωγμή στον κορμό της δοκού, η οποία είναι περίπου αντιδιαμετρική με την πρώτη (χιαστή) και επεκτείνεται ελάχιστα προς την πλάκα, Εικ. 4.1(β). Καθώς εξελίσσεται η πειραματική διαδικασία, κατά την φόρτιση παρατηρείται αύξηση του εύρους και επέκταση της αντίστοιχης ρωγμής τόσο στον κορμό όσο και στην πλάκα, Εικ. 4.1(γ)~(ζ), την οποία διαδέχεται η αποφόρτιση προς την αντίθετη κατεύθυνση με κλείσιμο της μίας ρωγμής και άνοιγμα της άλλης. Η τελική μορφή διατμητικής αστοχίας του δοκιμίου εμφανίζεται στην Εικ. 4.1(η). Αξιοσημείωτες είναι οι ρωγμές που εμφανίζονται στην άκρη του κορμού του

Σ ε λ ί δ α 100 δοκιμίου και δηλώνουν έλλειψη συνάφειας σκυροδέματος και χάλυβα στην περιοχή της επικάλυψης. Σχήμα 4.1 Εμφάνιση πρώτης διατμητικής ρωγμής, δοκιμίου αναφοράς Control. Λόγω μικρομετακινήσεων και αποκόλλησης αδρανών οι ρωγμές δεν κλείνουν αμέσως μετά την αντιστροφή της φοράς του πρόσημου της τέμνουσας. Για να κλείσουν και να επιτρέψουν την μεταφορά θλιπτικών τάσεων κάθετα στην επιφάνειας τους, απαιτούν μια σημαντική διατμητική παραμόρφωση στην αντίθετη κατεύθυνση. Η συμπεριφορά αυτή αντιστοιχεί στο περίπου οριζόντιο τμήμα του κλάδου αποφόρτισης επαναφόρτισης. 150 100 50 66,4 Φορτίο (kn) 0-50 -100-47,97-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου (mm) Σχήμα 4.1 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου αναφοράς Control.

Σ ε λ ί δ α 101 150 100 66,4 50 Φορτίο (kn) 0-50 -100-47,97-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου (mm) Σχήμα 4.2 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου αναφοράς Control. (α) (β) (γ) (δ) (ε) (στ) (ζ) (η) Εικόνα 4.2 Εξέλιξη διατμητικών ρωγμών δοκιμίου αναφοράς Control.

Σ ε λ ί δ α 102 Παρατηρώντας τα διαγράμματα φορτίου μετακίνησης για το δοκίμιο αναφοράς, Σχ. 4.1&4.2, διαπιστώνουμε πως κατά την διεύθυνση ώθησης του εμβόλου, επιτυγχάνεται μέγιστο φορτίο κατά τον 3ο κύκλο φόρτισης στα 66.4 kn. Στον επόμενο κύκλο σημειώνεται πτώση του φορτίου κατά 9 kn (από τα 66 kn στα 55 kn) με την μετέπειτα σταδιακή αύξηση μέχρι τον 6ο κύκλο φόρτισης και τέλος την πτώση στον 7ο κύκλο κατά 6 kn (από τα 59 kn στα 53 kn) μέχρι την ολοκλήρωση της πειραματικής διαδικασίας. Παρόμοιες παρατηρήσεις έγιναν και για την διεύθυνση της έλξης του δοκιμίου. Συγκεκριμένα σημειώνεται αύξηση του φορτίου μέχρι τον 3ο κύκλο φόρτισης (46 kn), ενώ στον επόμενο κύκλο παρατηρείται μικρή πτώση 1.5 kn την οποία διαδέχεται σταδιακή αύξηση μέχρι τον 6ο κύκλο όπου επιτυγχάνεται και το μέγιστο φορτίο των 47.97 kn για αυτή την φορά φόρτισης. Τέλος στον 7ο κύκλο, επέρχεται μικρή πτώση φορτίου γεγονός που καταγράφεται μέχρι την ολοκλήρωση της πειραματικής διαδικασίας. Μετά τις σημειωθείσες μικρές πτώσεις φορτίου που παρατηρήθηκαν παραπάνω, ακολούθησε η σταδιακή πτώση, με το στοιχείο να παρουσιάζει μια ψευδοπλαστιμότητα, εξαιτίας του νέου μηχανισμού ανάληψης των δράσεων μετά την αστοχία, που βασίζεται στην έντονη δράση βλήτρου που προσφέρουν οι διαμήκεις χαλύβδινοι ράβδοι. Καθώς λοιπόν οι δύο σχεδόν διαχωρισμένοι όγκοι σκυροδέματος τείνουν να απομακρυνθούν μεταξύ τους, οι διαμήκεις ράβδοι μέσω της δυσκαμψίας τους προσφέρουν σημαντική αντίσταση στον εν λόγω διαχωρισμό. Οι ρωγμές λοιπόν που σχηματίζονται στο σκυρόδεμα κατά την απόκριση καλούνται να μεταφέρουν αργότερα σημαντικές διατμητικές δυνάμεις. Επειδή οι ρωγμές έχουν ανώμαλη επιφάνεια και διαπερνώνται λοξά από ράβδους οπλισμού, μπορούν να μεταφέρουν δυνάμεις παράλληλες στην επιφάνειά τους, δηλαδή διατμητικές, μέσω τριβής ( αλληλοεμπλοκή αδρανών ) και μέσω δράσης βλήτρου των οπλισμών που τις διαπερνούν. Η ανακύκλιση όμως λειαίνει και εξομαλύνει την επιφάνεια της ρωγμής, αποδυναμώνοντας το μηχανισμό αλληλοεμπλοκής αδρανών. Επίσης, συνθλίβει και σταδιακά καταστρέφει το σκυρόδεμα γύρω από τις ράβδους που λειτουργούν ως βλήτρα. Συνεπώς, υπό ανακυκλιζόμενη ένταση, η μεταφορά τέμνουσας παράλληλα στις ρωγμές με αλληλοεμπλοκή αδρανών και δράση βλήτρου χαρακτηρίζονται από χαμηλή απορρόφηση ενέργειας και μείωση της δυσκαμψίας και της αντοχής με την ανακύκλιση. Όλα τα παραπάνω, σε συνδυασμό με την ψαθυρή διατμητική αστοχία που καταγράφθηκε και το γεγονός ότι καμία καμπτική ρωγμή δεν έγινε εμφανής καθόλη την διάρκεια της

Σ ε λ ί δ α 103 πειραματικής δοκιμής, επιβεβαιώνονται από την μορφή των βρόγχων υστέρησης κάθε κύκλου φόρτισης, Σχ. 4.1. Έτσι οι βρόγχοι παρουσιάζουν στένωση στο μέσο και σχήμα ανάποδου S απορροφούν δε ελάχιστη ενέργεια. 4.2.2 Δοκίμιο 1L_NA Το δοκίμιο 1L_NA, το οποίο ήταν ενισχυμένο με μία στρώση τρίπλευρου μανδύα ινοπλέγματος σε ανόργανη μήτρα (Εικ.4.3), χωρίς πρόσθετη διάταξη αγκύρωσης των άκρων του, παρουσίασε διατμητική αστοχία με έντονες λοξές (χιαστή) ρωγμές, χωρίς αποκόλληση του μανδύα. Το μέγιστο φορτίο του εμβόλου που σημειώθηκε ισούται με 70.55 kn και αντιστοιχεί σε μετατόπιση στην θέση επιβολής του φορτίου ίση με 5.25 mm. Καταγράφτηκε στον 3ο κύκλο φόρτισης κατά την ώθηση του εμβόλου. Στην άλλη διεύθυνση (έλξη), σημειώθηκε μέγιστο φορτίο στα 65.55 kn το οποίο αντιστοιχούσε σε μετακίνηση 12.08 mm και καταγράφηκε στον 6ο κύκλο φόρτισης. 150 100 50 70,55 Φορτίο (kn) 0-50 -65,55-100 -150-40 -35-30 -25-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου(mm) Σχήμα 4.3 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 1L_NA.

Σ ε λ ί δ α 104 Εικόνα 4.3 Άποψη του δοκιμίου 1L_NA πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής. (α) Εικόνα 4.4 Άποψη του δοκιμίου 1L_NA (α) λίγο μετά την έναρξη της πειραματικής δοκιμής, (β) λίγο μετά το πέρας της πειραματικής δοκιμής. (β)

Σ ε λ ί δ α 105 150 100 70,55 50 Φορτίο (kn) 0-50 -100-65,55-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου (mm) Σχήμα 4.4 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 1L_ΝΑ. Σημειώθηκε σημαντική αύξηση του μέγιστου φορτίου εμβόλου στην διεύθυνση έλξης του δοκιμίου (από 47.85 kn στα 66.53kN) σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς που δεν φέρει ενίσχυση και μικρή αύξηση του μέγιστου φορτίου στην άλλη διεύθυνση (ώθηση) της φόρτισης (από 66.4 kn στα 70.55kN). Παρατηρώντας την περιβάλλουσα των βρόγχων υστέρησης του διαγράμματος φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, Σχ. 4.4, διαπιστώνουμε πως στην διεύθυνση ώθησης του εμβόλου, επιτυγχάνεται μέγιστο φορτίο κατά τον 3ο κύκλο φόρτισης στα 70.55 kn το οποίο διαδέχεται έντονη πτώση του φορτίου μέχρι την ολοκλήρωση της πειραματικής διαδικασίας. Παρόμοια συμπεράσματα προκύπτουν κατά την διεύθυνση έλξης του εμβόλου, με το μέγιστο αρνητικό φορτίο εμβόλου των 65.55 kn να καταγράφεται στον 6ο κύκλο φόρτισης και την μετέπειτα υποβάθμιση της αντοχής και της δυσκαμψίας να σημειώνεται μέχρι το τέλος του πειράματος. Για ακόμη μία φορά, το φορτίο μετά την αστοχία, έπεσε στα ίδια περίπου επίπεδα τιμών με το δοκίμιο αναφοράς, ενώ τα μέγιστα φορτία σε κάθε διεύθυνση καταγράφθηκαν στους ίδιους κύκλους φόρτισης με το αρχικό.

Σ ε λ ί δ α 106 Τέλος, όσον αφορά τις ρωγμές παρατηρήσαμε παρόμοια συμπεριφορά του ενισχυμένου δοκιμίου με αυτές του δοκιμίου αναφοράς. Με την πρώτη διατμητική ρωγμή να εμφανίζεται στον κορμό με μικρή επέκταση προς την πλάκα και να ακολουθεί η εμφάνιση της χιαστή ρωγμής με την αλλαγή της φοράς της φόρτισης (Εικ. 4.4α). Η τελική μορφή του δοκιμίου παρουσιάζεται στην Εικόνα 4.4β, ενώ μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας, αφαιρέθηκε ο μανδύας και αποκαλύφθηκαν οι βλάβες της δοκού στο εσωτερικό της (Εικ. 4.5). Στις εικόνες που ακολουθούν είναι ξεκάθαρες οι δύο βασικές διατμητικές ρωγμές καθώς και η απομάκρυνση του σκυροδέματος σε αρκετά σημεία. (α) Εικόνα 4.5 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 1L_NA μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία, (α) πλευρά της βασικής όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης. (β)

Σ ε λ ί δ α 107 4.2.3 Δοκίμιο 2L_NA Το δοκίμιο 2L_NA, το οποίο ήταν ενισχυμένο με δύο στρώσεις τρίπλευρου μανδύα ινοπλέγματος σε ανόργαμη μήτρα (Εικ. 4.6), χωρίς πρόσθετη διάταξη αγκύρωσης των άκρων του, παρουσίασε διατμητική αστοχία με μέγιστη τιμή φορτίου ίση με 77.75 kn, η οποία αντιστοιχεί σε μετατόπιση του εμβόλου 7.08 mm. Καταγράφτηκε στον 4ο κύκλο φόρτισης κατά την ώθηση του εμβόλου. Στην άλλη διεύθυνση (έλξη), σημειώθηκε μέγιστο φορτίο στα 63.35 kn το οποίο αντιστοιχούσε σε μετακίνηση 7.32 mm και καταγράφθηκε στον 4ο κύκλο φόρτισης. Εικόνα 4.6 Άποψη του δοκιμίου 2L_NA πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής. Σε τιμή φορτίου εμβόλου, περίπου ίση με -60 kn, εμφανίστηκε στον κορμό η πρώτη λοξή διατμητική ρωγμή (Εικ.4.7α), ενώ λίγο αργότερα με την αντιστροφή της φόρτισης και με τιμή φορτίου περίπου ίδιο, κάπου στα 54 kn, εμφανίστηκε η δεύτερη χιαστή διατμητική ρωγμή (Εικ.4.7β). Οι ρωγμές εμφανίστηκαν στον 3ο κύκλο φόρτισης, ενώ στον επόμενο κύκλο καταγράφτηκε το μέγιστο φορτίο και στις δύο διευθύνσεις. Στην συνέχεια παρατηρήθηκε η αποκόλληση του μανδύα ΙΑΜ (Εικ.4.7γ) σε τιμή φορτίου περίπου ίση με 73 kn, η οποία ξεκίνησε περίπου από το μέσο της ενίσχυσης και επεκτάθηκε μέχρι την θέση που βρίσκεται το πέρας της διατμητικής ρωγμής (εφελκυσμός πάνω από την ρωγμή). Η αποκόλληση του μανδύα συνοδεύτηκε από πτώση του φορτίου στους επόμενους

Σ ε λ ί δ α 108 κύκλους φόρτισης, μέχρι το σημείο που αντιστέκεται ο πλέον ενεργοποιούμενος μηχανισμός ανάληψης δράσεων όπως περιγράφηκε και στην περίπτωση του δοκιμίου αναφοράς καθώς επίσης και την προέκταση της διατμητικής ρωγμής στην πλάκα. 150 100 77.75 50 Φορτίο (kn) 0-50 -100-63.35-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου (mm) Σχήμα 4.5 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_NA. (α) (β) (γ) Εικόνα 4.7 Άποψη του δοκιμίου 2L_NA (α) εμφάνιση πρώτης διατμητικής ρωγμής, (β) εμφάνιση δεύτερης διατμητικής ρωγμής, (γ) αποκόλληση του μανδύα.

Σ ε λ ί δ α 109 150 100 77,75 50 Φορτίο (kn) 0-50 -100-63,35-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου (mm) Σχήμα 4.6 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_ΝΑ. Παρατηρήθηκε μικρότερη ρηγμάτωση του δοκιμίου σε σύγκριση με το προηγούμενο που ήταν ενισχυμένο με μία στρώση ΙΑΜ, γεγονός που δικαιολογείται από την έντονη αποκόλληση του μανδύα που δεν λειτουργεί πλέον ως «ενιαίο σώμα» με το δοκίμιο. Στην ρωγμή οι ίνες δεν κόπηκαν αλλά συνέχισαν να ολισθαίνουν, ενώ καταγράφηκε σημαντική αύξηση του φορτίου και στις δύο διευθύνσεις σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς. Χαρακτηριστικά σημειώθηκε 17.09% αύξηση του φορτίου για την διεύθυνση ώθησης του εμβόλου και 32.05% για την διεύθυνση έλξης. Η τελική μορφή του δοκιμίου παρουσιάζεται στην Εικ. 4.8, με εμφανή την αποκόλληση του δοκιμίου (Εικ. 48β), ενώ μετά το πέρας της πειραματικής δοκιμής αφαιρέθηκε εντελώς ο μανδύας και αποκαλύφθηκαν οι βλάβες της δοκού (Εικ. 4.9). Παρατηρώντας τις Εικόνες 4.5 και 4.9, διαπιστώνουμε πως το παρόν δοκίμιο παρουσίασε λιγότερες φθορές σε σύγκριση με το προηγούμενο δοκίμιο γεγονός που οφείλεται στην πρόσθετη στρώση μανδύα ΙΑΜ. Ο μανδύας λειτούργησε αρκετά καλά ιδιαίτερα από την κύρια ρωγμή και πάνω, ενώ οι βλάβες στην πλάκα περιορίστηκαν σημαντικά.

Σ ε λ ί δ α 110 (α) (β) (γ) Εικόνα 4.8 Άποψη του δοκιμίου 2L_NA μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας, (α) πλευρά της βασικής όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης, (γ) αποκόλληση μανδύα. (α) (β) Εικόνα 4.9 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_NA μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης.

Σ ε λ ί δ α 111 4.2.4 Δοκίμιο 2L_A(10) Το δοκίμιο 2L_A(10), το οποίο ήταν ενισχυμένο με τρίπλευρο μανδύα ΙΑΜ δύο στρώσεων, και ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του, που περιελάμβανε καμπύλο μεταλλικό έλασμα (πάχους 4 mm) και 7 μηχανικά αγκύρια ανά πλευρά, τοποθετούμενα περίπου κατακόρυφα στην πλάκα της δοκού (Εικ. 4.10), αστόχησε διατμητικά. Οφείλουμε να επισημάνουμε το γεγονός πως κατά τους 5 πρώτους κύκλους φόρτισης η πειραματική διαδικασία προχωρούσε κανονικά, κατά τον 6ο όμως κύκλο φόρτισης το δοκίμιο ολίσθησε από την βάση προκαλώντας χαλάρωση των ντιζών που διέρχονταν από τις οπές του πλαισίου και βοηθούσαν στην πάκτωση του πέδιλου. Έγινε προσπάθεια να σφιχτούν οι ντίζες καθώς εξελισσόταν η πειραματική διαδικασία και στον επόμενο κύκλο καταγράφθηκε απότομη αύξηση του φορτίου, με τιμή 124.27 kn,το οποίο δεν μπορούμε να το θεωρήσουμε ορθά ως μέγιστο φορτίο εμβόλου το οποίο οφείλεται στην ενίσχυση του δοκιμίου. Το γεγονός αυτό ενισχύεται και από το γεγονός πως στην διεύθυνση που καταγράφθηκε το εν λόγω φορτίο, το δοκίμιο είχε ήδη σημειώσει μέγιστη τιμή κατά τον 5ο κύκλο, με τιμή φορτίου εμβόλου 96.8 kn και σε μετακίνηση 10.13 mm, ενώ στον επόμενο κύκλο, λίγο πρίν την ολίσθηση, σημειώθηκε πτώση φορτίου κατά 3 kn. Για λόγους πληρότητας θα παρουσιάσουμε όλα τα αποτελέσματα, κρίνεται όμως αναγκαία η επανάληψη της δοκιμής της εν λόγω διάταξης ενίσχυσης για σαφή και ορθά συμπεράσματα. Εικόνα 4.10 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(10) πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής.

Σ ε λ ί δ α 112 150 100 96,80 124,27 50 Φορτίο (kn) 0-50 -100-98,75-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση (mm) Σχήμα 4.7 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(10). Σχήμα 4.8 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(10).

Σ ε λ ί δ α 113 Πίνακας 4.1 Τιμές που συνθέτουν την περιβάλλουσα του δοκιμίου 2L_A(10). Κύκλος Μέγιστες τιμές φορτίου εμβόλου ανά κύκλο και ανά διεύθυνση Τιμή Μετακίνηση φορτίου εμβόλου εμβόλου (kn) (mm) Μετακίνηση εμβόλου (mm) Τιμή φορτίου εμβόλου (kn) 0 0 0 0 0 1 2,08 26,25-1,83-23,07 2 4,15 58,23-3,91-48,71 3 5,98 82,76-5,86-68,97 4 7,69 89,23-7,93-84,47 5 10,13 96,80-9,89-98,75 6 11,96 93,75-8,30-91,67 7 13,79 124,27-13,79-91,43 8 14,53 108,64-15,63-84,96 9 16,85 82,76-17,94-80,20 10 19,53 70,68-19,90-70,80 11 21,97 63,35-21,85-60,67 12 23,56 56,40-23,56-50,54 13 25,76 51,76-25,76-45,53 14 27,47 46,26-27,34-42,60 15 29,66 43,46-29,17-42,11 16 31,49 39,79-31,86-37,84 Σύμφωνα με τον παραπάνω Πίν. 4.1, το μέγιστο φορτίο εμβόλου που σημειώθηκε ισούται με 124.27 kn και αντιστοιχεί σε μετατόπιση του εμβόλου 13.79 mm. Καταγράφτηκε στον 7ο κύκλο φόρτισης κατά την ώθησή του. Στην άλλη διεύθυνση (έλξη), σημειώθηκε μέγιστο φορτίο στα 98.75 kn το οποίο αντιστοιχούσε σε μετακίνηση 9.89 mm και καταγράφθηκε στον 5ο κύκλο φόρτισης. Κατά την διάρκεια της αποφόρτισης του 6ου κύκλου πραγματοποιείται ολίσθηση του εμβόλου, με αποτέλεσμα το φορτίο του εμβόλου από -91.67 kn (σε μετακίνηση -8.30 mm) να πέσει στα -36.37 kn (σε μετακίνηση εμβόλου -9.03 mm). Κατά τους πρώτους κύκλους φόρτισης, πριν την ολίσθηση, ήταν εμφανής ο περιορισμός των ρωγμών στην πλάκα και η συγκράτησή τους από την πρόσθετη αγκύρωση σε σύγκριση με την απόκριση των προηγούμενων δοκιμίων (Εικ. 4.11α). Μετά την ολίσθηση παρατηρήθηκαν ασύμμετροι κύκλοι φόρτισης και οι ρωγμές προχώρησαν στην πλάκα (Εικ. 4.11β). Ύστερα από την καταγραφή του μέγιστου φορτίου παρατηρήθηκε πτώση του και στις δύο διευθύνσεις, με μικρή αύξηση του τελικού φορτίου σε σχέση με τα προηγούμενα (μέχρι τον 12ο κύκλο), γεγονός που οφείλεται στην ψευδοπλαστιμότητα που προσδίδει η παρούσα διάταξη ενίσχυσης, καθώς επίσης ακόμα πιο έντονη ρηγμάτωση με μεγαλύτερη επέκταση στην πλάκα. Στο τέλος της πειραματικής

Σ ε λ ί δ α 114 διαδικασίας είναι ξεκάθαρη η εικόνα της διατμητικής αστοχίας, ενώ παρατηρούμε τις κυριότερες ρωγμές να συγκεντρώνονται στα μεσαία αγκύρια (Εικ. 4.11γ). (α) (β) (γ) Εικόνα 4.11 Εξέλιξη διατμητικών ρωγμών κατά την πειραματική διαδικασία.

Σ ε λ ί δ α 115 Μετά την ολοκλήρωση της δοκιμής, ο μανδύας αφαιρέθηκε και αποκαλύφθηκαν οι εσωτερικές βλάβες της δοκού, Εικ.4.12. Περισσότερες βλάβες παρατηρούνται στην πλάκα της δοκού, ενώ είναι ξεκάθαρες οι διατμητικές ρωγμές στον κορμό. Τα μηχανικά αγκύρια δεν αστόχησαν, γεγονός που μας οδηγεί στην θεώρηση καλών συνθηκών συνάφειας της διεπιφάνειας τόσο του σκυροδέματος με την ρητίνη, όσο και της ρητίνης με τα αγκύρια. Οι βλάβες φαίνονται πιο έντονες σε σύγκριση με τα προηγούμενα δοκίμια, όμως οφείλουμε να επισημάνουμε, πως κατά τους πρώτους κύκλους ήταν εμφανής ο περιορισμός των ρωγμών στην πλάκα, με την παρούσα τελική μορφή να δημιουργήθηκε στη φάση του πειράματος που αντιστοιχεί στο τελευταίο τμήμα των διαγραμμάτων μετά την αστοχία. (α) (β) (γ) Εικόνα 4.12 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_A(10) μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης, (γ) γενική όψη παρατήρησης.

Σ ε λ ί δ α 116 4.2.5 Δοκίμιο 2L_A(15)* Το δοκίμιο 2L_A(15)*, το οποίο ήταν ενισχυμένο με τρίπλευρο μανδύα ΙΑΜ δύο στρώσεων, και ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του, που περιελάμβανε καμπύλο μεταλλικό έλασμα (πάχους 4 mm) και 5 μηχανικά αγκύρια ανά πλευρά, τοποθετούμενα υπό γωνία 45 στην πλάκα της δοκού (Εικ. 4.13), αστόχησε διατμητικά. Το μέγιστο φορτίο εμβόλου που σημειώθηκε ισούται με 119.99 kn και αντιστοιχεί σε μετατόπιση του εμβόλου 13.55 mm. Καταγράφτηκε στον 3ο κύκλο φόρτισης κατά την ώθηση του εμβόλου. Στην άλλη διεύθυνση (έλξη), σημειώθηκε μέγιστο φορτίο στα 113.4 kn το οποίο αντιστοιχούσε σε μετακίνηση 14.89 mm και καταγράφθηκε στον 3ο κύκλο φόρτισης. Πρέπει να τονίσουμε πως το βήμα της μετατόπισης ανά κύκλο στην ιστορία φόρτισης του εν λόγω δοκιμίου ήταν διαφορετικό σε σχέση με τα υπόλοιπα δοκίμια (βήμα 5 mm/κύκλο αντί για 2 mm/κύκλο σε όλα τα προηγούμενα δοκίμια), ενώ δεν παρουσιάστηκε αστοχία των αγκυρίων αλλά θραύση ινών του μανδύα. Εικόνα 4.13 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15)* πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής.

Σ ε λ ί δ α 117 Σχήμα 4.9 Διάγραμμα φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15)*. Σχήμα 4.10 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15)*.

Σ ε λ ί δ α 118 Η πρώτη λοξή διατμητική ρωγμή (Εικ. 4.14α), εμφανίστηκε στον μανδύα για φορτίο περίπου ίσο με -61 kn στον 1 ο κύκλο φόρτισης, με την δεύτερη λοξή χιαστή διατμητική ρωγμή στην άλλη διεύθυνση (Εικ. 4.14β), να κάνει την εμφάνισή της σε φορτίο εμβόλου περίπου ίσο με 80 kn. Στον επόμενο κύκλο η δεύτερη διατμητική ρωγμή επεκτείνεται προς την πλάκα, ενώ στον 3 ο κύκλο παρατηρούμε το μέγιστο φορτίο και στις δύο διευθύνσεις, με την αναμενόμενη μετέπειτα πτώση του φορτίου και την έντονη ρηγμάτωση κυρίως στην πλάκα. Δεν παρατηρήθηκε αποκόλληση του μανδύα, ούτε εξόλκευση των αγκυρίων. Μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας αφαιρέθηκε ο μανδύας και αποκαλύφθηκαν οι εσωτερικές βλάβες της δοκού (Εικ. 4.15). Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός της έντονης ρηγμάτωσης της πλάκας και η απομάκρυνση της επικάλυψης σε αρκετά μεγάλες περιοχές της και η σχετικώς λιγότερο βλαφθείσα περιοχή του κορμού που ήταν ενισχυμένη με μανδύα ΙΑΜ. Τέλος, επιβεβαιώθηκε η αστοχία και η θραύση αρκετών ινών της ενίσχυσης. (α) (β) (γ) Εικόνα 4.14 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15)* (α) εμφάνιση πρώτης διατμητικής ρωγμής, (β) εμφάνιση δεύτερης διατμητικής ρωγμής, (γ) τελική μορφή δοκιμίου.

Σ ε λ ί δ α 119 (α) (β) (γ) Εικόνα 4.15 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_A(15)* μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης, (γ) γενική όψη δοκιμίου. 4.2.6 Δοκίμιο 2L_A(15) Το δοκίμιο 2L_A(15), το οποίο ήταν ενισχυμένο με τρίπλευρο μανδύα ΙΑΜ δύο στρώσεων, και ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του, που περιελάμβανε καμπύλο μεταλλικό έλασμα (πάχους 3 mm) και 5 μηχανικά αγκύρια ανά πλευρά, τοποθετούμενα υπό γωνία 45 στην πλάκα της δοκού (Εικ. 4.16), αστόχησε διατμητικά. Το μέγιστο φορτίο του εμβόλου που σημειώθηκε ισούται με 119.26 kn και αντιστοιχεί σε μετατόπιση του εμβόλου 18.07 mm. Καταγράφτηκε στον 9 ο κύκλο φόρτισης και κατά την διεύθυνση έλξης του εμβόλου. Στην άλλη διεύθυνση (ώθηση), σημειώθηκε μέγιστο φορτίο στα 109.5 kn το οποίο αντιστοιχούσε σε μετακίνηση 9.52 mm και καταγράφθηκε στον 5 ο κύκλο φόρτισης. Πρέπει εδώ να τονίσουμε πως εφαρμόσαμε ίδια διάταξη ενίσχυσης με το προηγούμενο δοκίμιο 2L_A(15)*, με μόνη διαφορά στην πειραματική διαδικασία το βήμα της μετατόπισης ανά κύκλο στην ιστορία φόρτισης (βήμα 2 mm/κύκλο), ώστε από την μία να είναι συγκρίσιμο με τα προηγούμενα δοκίμια και από την άλλη να μας επιτρέψει την

Σ ε λ ί δ α 120 διερεύνηση της επιρροής του βήματος της μετατόπισης ανά κύκλο φόρτισης στα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας και την πιθανή επαλήθευσή τους. Εικόνα 4.16 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15) πριν την έναρξη της πειραματικής δοκιμής. 150 100 109.5 50 Φορτίο (kn) 0-50 -100-119.26-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου (mm) Σχήμα 4.11 Διάγραμμα φορτίου-μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15).

Σ ε λ ί δ α 121 Η πρώτη λοξή διατμητική ρωγμή κάνει την εμφάνιση της στον 3ο κύκλο φόρτισης σε φορτίο εμβόλου περίπου ίσο με -70 kn (Εικ. 4.17α), ενώ στον επόμενο κύκλο εμφανίζεται η χιαστή ρωγμή της άλλης διεύθυνσης (Εικ. 4.17β) σε φορτίο περίπου ίσο. Στον 5 ο κύκλο επιτυγχάνεται το μέγιστο φορτίο των 109.5 kn κατά την ώθηση του εμβόλου και ακολουθεί πτώση του στους επόμενους κύκλους και επέκταση της ρωγμής στην πλάκα της δοκού (Εικ. 4.17γ). Στην άλλη διεύθυνση (έλξη), το μέγιστο φορτίο των 119.26 kn επιτυγχάνεται αρκετά αργότερα, στον 9ο κύκλο με την διαδοχή της πτώσης του φορτίου στους επόμενους κύκλους. Καθώς εξελισσόταν η πειραματική διαδικασία, η ρηγμάτωση ήταν ακόμα πιο έντονη, τόσο στον κορμό όσο και στην πλάκα (Εικ. 4.17δ-ε), με την τελική μορφή του δοκιμίου να εμφανίζεται στην Εικ. 4.17στ. Μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας ο μανδύας αφαιρέθηκε και έγινε η αποκάλυψη των εσωτερικών βλαβών (Εικ. 4.18). Είναι εμφανείς οι σοβαρές βλάβες στην πλάκα της δοκού που δεν περιβάλλεται από κάποια ενίσχυση (Εικ. 4.18γ), καθώς και η απομάκρυνση της επικάλυψης σε σημαντικό βαθμό στον κορμό της δοκού (Εικ. 4.18α). Παρατηρώντας τις ίνες μετά την ολοκλήρωση της δοκιμής διαπιστώθηκε η αστοχία τους λόγω λοξής ρηγμάτωσης, ενώ αξίζει να σημειωθεί η υποβάθμιση της αντοχής και της δυσκαμψίας, και στις δύο διευθύνσεις μετά το μέγιστο φορτίο, σε τελικές τιμές λίγο μεγαλύτερες από το δοκίμιο αναφοράς. Σχήμα 4.12 Περιβάλλουσα βρόγχων υστέρησης, φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15).

Σ ε λ ί δ α 122 (α) (β) (γ) (δ) (ε) (στ) Εικόνα 4.17 Άποψη του δοκιμίου 2L_A(15) (α) εμφάνιση πρώτης διατμητικής ρωγμής, (β) εμφάνιση δεύτερης διατμητικής ρωγμής, (γ) επέκταση ρωγμής στην πλάκα, (δ),(ε) εξέλιξη διατμητικών ρωγμών, (στ) τελική μορφή δοκιμίου μετά το πέρας της πειραματικής δοκιμής.

Σ ε λ ί δ α 123 (α) (β) (γ) Εικόνα 4.18 Αποκάλυψη βλαβών του δοκιμίου 2L_A(15) μετά την απομάκρυνση του μανδύα αφότου ολοκληρώθηκε η πειραματική διαδικασία (α) πλευρά της βασικής όψης παρατήρησης, (β) πλευρά της δευτερεύουσας όψης παρατήρησης, (γ) πλευρά που παρουσιάζει την πλάκας της δοκού. Από τα αποτελέσματα την παρούσας πειραματικής διαδικασίας, και λαμβάνοντας υπόψη το προηγούμενο δοκίμιο που μας διευκολύνει στην επαλήθευση τους, διαπιστώνουμε την αρκετά μεγάλη αύξηση της δύναμης του εμβόλου σε σχέση με όλα τα προηγούμενα δοκίμια χωρίς διάταξη αγκύρωσης των άκρων. Χαρακτηριστικά επισημαίνουμε την αύξηση του φορτίου του εμβόλου και στις δύο διευθύνσεις κατά 64.91% (ώθηση) και 148.60% (έλξη), σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς. 4.3 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ 4.3.1 Περιβάλλουσες φορτίου - μετακίνησης Στην παρούσα υποενότητα πραγματοποιείται μια παράθεση σε ένα κοινό γράφημα των διαγραμμάτων της περιβάλλουσας των βρόγχων υστέρησης φορτίου εμβόλου μετακίνησης των πέντε δοκιμίων με την ίδια ιστορία φόρτισης, με σκοπό την παρατήρηση και την διεξαγωγή συμπερασμάτων. Το γράφημα αυτό, παρουσιάζεται στο Σχ. 4.13, ενώ ακολουθούν και συγκριτικοί Πίνακες 4.2~4.6 των αποτελεσμάτων για την καλύτερη

Σ ε λ ί δ α 124 εποπτεία. Στην συνέχεια, παρατίθενται σε κοινό γράφημα, οι περιβάλλουσες των βρόγχων υστέρησης φορτίου εμβόλου μετακίνησης των δύο τελευταίων δοκιμίων, με στόχο την διεξαγωγή συμπερασμάτων όσο αφορά την επιρροή του βήματος της μετατόπισης ανά κύκλο φόρτισης στην απόκριση ίδιων δοκιμίων και την πιθανή επαλήθευση των αποτελεσμάτων, Σχ. 4.14. Φορτίο (kn) 150 100 50 0-50 -100 109,50 77,75 70.55 66,4-65,55-98,75-47,97-63,35 124,27-119,26-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετακίνηση Εμβόλου(mm) control 1L_NA 2L_NA 2L_A(10) 2L_A(15) Σχήμα 4.13 Συγκριτική παρουσίαση περιβάλλουσας βρόγχων υστέρησης δύναμης εμβόλου μετακίνησης των πέντε δοκιμίων με την ίδια ιστορία φόρτισης. Πίνακας 4.2 Πίνακας συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων των πέντε δοκιμίων με ίδια ιστορία φόρτισης. Ονομασία δοκιμίου Μέγιστο φορτίο Μετακίνηση στο μέγιστο φορτίο (mm) Βαθμός ενίσχυσης ώθηση έλξη ώθηση έλξη ώθηση έλξη ( ) Μορφή αστοχίας CONTROL 66,40 47,97 5,86 11,60 1,00 1,00 Διατμητική 1L_NA 70,55 65,55 5,25 12,08 1,06 1,37 Διατμητική, χωρίς αποκόλληση μανδύα 2L_NA 77,75 63,35 7,08 7,32 1,17 1,32 Διατμητική, με αποκόλληση μανδύα 2L_A(10) 124,27 98,75 13,79 13,79 1,87 2,06 Διατμητική, χωρίς αποκόλληση μανδύα, ολίσθηση ινών και χαλάρωση παξιμαδιών 2L_A(15) 109,50 119,26 9,52 18,07 1,65 2,49 Διατμητική, αστοχία ινών

Σ ε λ ί δ α 125 Παρόλο το σχετικά περιορισμένο αριθμό δοκιμών ανά τύπο δοκιμίων και ανά εξεταζόμενη παράμετρο, όλα τα πειραματικά αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν στο παρόν κεφάλαιο καταδεικνύουν την υψηλή αποτελεσματικότητα των μανδυών με ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα. Καθίσταται άμεσα σαφές πως η ικανότητα ανάληψης τέμνουσας δύναμης της πλακοδοκού, αυξάνεται με την χρήση των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας ως εξωτερική ενίσχυση σε διάτμηση, Πίν. 4.2~4.3. Αρχικά, εφαρμόζοντας μία στρώση ΙΑΜ με την μορφή τρίπλευρου μανδύα σημειώθηκε αύξηση του μέγιστου φορτίου εμβόλου σε ποσοστό 6.25% και 36.64% κατά την διεύθυνση ώθησης και έλξης του εμβόλου αντίστοιχα (σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς). Στο επόμενο δοκίμιο, αυξάνοντας σε δύο τον αριθμό των στρώσεων μανδύα ΙΑΜ, παρατηρήθηκε επιπλέον αύξηση μέγιστου φορτίου, κατά την ώθηση, σε ποσοστό 10.21%, ενώ στην άλλη διεύθυνση καταγράφηκαν παρόμοιες τιμές με το ενισχυμένο δοκίμιο μίας στρώσης πιθανότατα λόγω της αποκόλλησης του (αύξηση 32.05% σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς), Πίν. 4.4. Πίνακας 4.3 Ποσοστιαία αύξηση μέγιστου φορτίου εμβόλου ενισχυμένων δοκιμίων σε σύγκριση με το δοκίμιο αναφοράς. Ποσοστιαία αύξηση μέγιστου φορτίου εμβόλου από το δοκίμιο αναφοράς, % ( 100 ) Δοκίμιο ώθηση έλξη 1L_NA 6,25 36,64 2L_NA 17,09 32,05 2L_A(10) 87,15 105,85 2L_A(15) 64,91 148,60 Πίνακας 4.4 Ποσοστιαία μεταβολή μέγιστου φορτίου εμβόλου εφαρμόζοντας επιπλέον στρώση τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ. Ποσοστιαία μεταβολή μέγιστου φορτίου εμβόλου λόγω επιπλέον στρώσης τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ, % ( 100%) Δοκίμιο ώθηση έλξη 2L_ΝΑ 10,21-3,36 Όταν η χρήση των τρίπλευρων μανδυών ΙΑΜ συνδυάζεται με την εφαρμογή ειδικής διάταξης αγκύρωσης των άκρων του, αποτελούμενη από καμπύλο μεταλλικό έλασμα και

Σ ε λ ί δ α 126 μηχανικά αγκύρια που τοποθετούνται στην πλάκα, η αύξηση της ικανότητας ανάληψης τέμνουσας δύναμης μπορεί να αποδειχτεί σημαντική. Το μεταλλικό έλασμα λόγω του μικρού πάχους, ακολουθούσε την παραμόρφωση, συγκρατούσε τον μανδύα και προκαλούσε ισοκατανομή των τάσεων στα μηχανικά αγκύρια, τα οποία με την σειρά τους μετέφεραν τις τάσεις στην πλάκα του σκυροδέματος. Η χρήση των διατάξεων αγκύρωσης της απόληξης του τρίπλευρου μανδύα συντελεί στην επιπρόσθετη αύξηση της αναλαμβανόμενης τέμνουσας δύναμης, πέραν δηλαδή της τέμνουσας που αναλαμβάνει το σύστημα ενίσχυσης που αποτελείται μόνο από τον μανδύα ΙΑΜ μορφής U (εν προκειμένω, το δοκίμιο 2L_ΝΑ). Στον παρακάτω Πίνακα 4.5, παρουσιάζεται η ποσοστιαία αύξηση της αναλαμβανόμενης τέμνουσας που οφείλεται στην εφαρμογή της εκάστοτε διάταξης αγκύρωσης των άκρων του μανδύα. Η συνεισφορά του επιπλέον αριθμού αγκυρίων, ισοκατανεμημένων σε κάθε μεταλλικό έλασμα, δεν μπορεί να εκτιμηθεί με σαφήνεια λόγω της επιφυλακτικότητας των αποτελεσμάτων του δοκιμίου 2L_A(10), εξαιτίας ολίσθησης της βάσης του. Παρόλα ταύτα, παρατηρείται σημαντική αύξηση της ικανότητας αναλαμβανόμενης τέμνουσας με την εν λόγω τεχνική αγκύρωσης, λαμβάνοντας υπόψη και την επαλήθευση, όπως θα δούμε παρακάτω των αποτελεσμάτων του δοκιμίου 2L_A(15). Αξίζει να σημειωθεί, ότι πρόκειται για μικρό αριθμό δοκιμίων και ως εκ τούτου κάθε είδους συμπεράσματα ενδέχεται να μην είναι ασφαλή, στην παρούσα λοιπόν ενότητα πραγματοποιείται απλώς ένας αρχικός σχολιασμός των πειραματικών αποτελεσμάτων. Πίνακας 4.5 Ποσοστιαία αύξηση μέγιστου φορτίου εμβόλου λόγω αγκύρωσης των άκρων του τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ. Ποσοστιαία αύξηση φορτίου εμβόλου λόγω αγκύρωσης των άκρων του τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ, % ( 100%) Δοκίμιο ώθηση έλξη 2L_A(10) 57,83 55,89 2L_A(15) 40,83 88,26 Σχετικά με την μορφή που έχουν οι περιβάλλουσες των βρόγχων υστέρησης φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης, τρία είναι τα άξια σημεία αναφοράς. Το πρώτο είναι, το γεγονός της ίσης σχεδόν δυσκαμψίας των τεσσάρων δοκιμίων, στα αρχικά τουλάχιστον

Σ ε λ ί δ α 127 στάδια φόρτισης, όπου η βλάβη είναι μικρή και δεν την έχει επηρεάσει, κάτι που είναι αναμενόμενο αφού ο μανδύας με το μικρό του πάχος δεν επηρεάζει τις γεωμετρικές ιδιότητες της διατομής (ελάχιστη αύξηση στα δοκίμια με διατάξεις αγκύρωσης). Το δεύτερο σημείο άξιο αναφοράς έχει να κάνει με τον τρόπο πτώσης του φορτίου. Σε κάθε ενισχυμένο δοκίμιο μετά την καταγραφή του μέγιστου φορτίου, παρατηρείται έντονη υποβάθμιση της αντοχής και της δυσκαμψίας, Σχ. 4.14. Τέλος, πρέπει να επισημάνουμε πως μετά την διατμητικού τύπου αστοχία όλων των δοκιμίων, παρατηρείται πως το φορτίο στις ανοιχτές ενισχύσεις πέφτει σε τιμές όπου ο κύριος μηχανισμός ανάληψης είναι η έντονη δράση βλήτρου των διαμήκων ράβδων οπλισμού της πλάκας και του κορμού (υπενθυμίζεται πως τα δοκίμια ήταν υπεροπλισμένα σε κάμψη για την αποφυγή διαρροής του διαμήκους οπλισμού στη θέση μέγιστης ροπής, η οποία πιθανότατα θα οδηγούσε σε καμπτικού τύπου αστοχία), ενώ στις ενισχύσεις με ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του το φορτίο πέφτει σε τιμές ελαφρώς υψηλότερες από τις παραπάνω προσδίδοντας επιπλέον πλαστιμότητα στο μέλος. 0,025 Μέση Δυσκαμψία K (kn/m) 0,020 0,015 0,010 0,005 CONTROL 1L_NA 2L_NA 2L_A(10) 2L_A(15) 0,000 0,002 0,007 0,012 0,017 0,022 0,027 Μέση σχετική μετατόπιση (m) Σχήμα 4.14 Συγκριτική παρουσίαση μέσης δυσκαμψίας συναρτήσει της σχετικής μετακίνησης των πέντε δοκιμίων με την ίδια ιστορία φόρτισης.

Σ ε λ ί δ α 128 Στην συνέχεια παρουσιάζουμε σε κοινό διάγραμμα, Σχ. 4.15, τις περιβάλλουσες των βρόγχων υστέρησης φορτίου εμβόλου σχετικής μετακίνησης των πειραματικών αποτελεσμάτων των δοκιμίων 2L_A(15)* και 2L_A(15), τα οποία διέθεταν την ίδια ακριβώς διάταξη ενίσχυσης, δοκιμάστηκαν όμως με διαφορετικό βήμα μετατόπισης ανά κύκλο στην ιστορία της ανακυκλιζόμενης φόρτισης. 150 100 109,50 119,99 Φορτίο (kn) 50 0-50 2L_A(15) ανά 2 mm 2L_A(15) ανά 5 mm -100-119,26-113,40-150 -40-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Μετατόπιση Εμβόλου (mm) Σχήμα 4.15 Συγκριτική παρουσίαση περιβάλλουσας βρόγχων υστέρησης φορτίουμετακίνησης των δοκιμίων, 2L_A(15) και 2L_A(15)*, με την ίδια διάταξη ενίσχυσης και διαφορετικό βήμα μετατόπισης ανά κύκλο στην ιστορία φόρτισης. Όπως είναι προφανές, πραγματοποιείται αρχικά μία επαλήθευση της σχετικά μεγάλης αύξησης του μέγιστου φορτίου εμβόλου με την παρούσα διάταξη ενίσχυσης, ενώ τα διαγράμματα δεν παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές. Οι αρχικές δυσκαμψίες φαίνονται να ταυτίζονται, ενώ παρατηρείται πως επιτυγχάνεται παρόμοια τιμή στο μέγιστο φορτίο. Η πτώση φορτίου είναι λίγο πιο ομαλή για το δοκίμιο με το μικρό βήμα μετατόπισης ανά κύκλο φόρτισης, ενώ οι βλάβες που παρατηρήθηκαν μετά την αφαίρεση των μανδυών, Σχ. 4.14&4.17, παρουσιάζουν ορισμένες διαφορές, με την πιο έντονη ρηγμάτωση στην πλάκα της δοκού για το δοκίμιο με το μεγάλο βήμα φόρτισης. Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω και με την επιφύλαξη του μικρού αριθμού τον δοκιμίων, διαπιστώνουμε πως το βήμα της

Σ ε λ ί δ α 129 μετατόπισης ανά κύκλο στην ιστορία φόρτισης των εν λόγω διατάξεων ενίσχυσης, δεν επηρέασε σε σημαντικό βαθμό την απόκριση των δοκιμίων, ενώ ταυτόχρονα οι δοκιμές συμβάλλουν στην επαλήθευση της μεγάλης αύξησης της διατμητικής αντοχής που είναι επακόλουθο των συγκεκριμένων διατάξεων ενίσχυσης. Άξιο σχολιασμού είναι η θραύση των ινών στις εν λόγω διατάξεις ενίσχυσης λόγω λοξής ρηγμάτωσης, η οποία πραγματοποιήθηκε σταδιακά και ήταν σχετικά ελεγχόμενη. Το καμπύλο μεταλλικό έλασμα συγκρατούσε τον μανδύα και προσέφερε ισοκατανομή των τάσεων, οι οποίες μέσω των αγκυρίων μεταφέρονταν στην πλάκα σκυροδέματος της δοκού. Δεν παρατηρήθηκε εξόλκευση των αγκυρίων, γεγονός που μας οδηγεί στην θεώρηση καλών συνθηκών συνάφειας της διεπιφάνειας τόσο του σκυροδέματος με την ρητίνη βινυλεστέρα όσο και της ρητίνης βινυλεστέρα με τα μηχανικά αγκύρια. Εν κατακλείδι, πρέπει να τονίσουμε το γεγονός πως κατά την διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας, οι ρωγμές και τα σημεία της δοκού με τις μεγαλύτερες βλάβες ήταν ιδιαίτερα εμφανή και ορατά στον μανδύα των δοκιμίων. Το γεγονός αυτό προσδίδει ένα σημαντικό πλεονέκτημα στους μανδύες ΙΑΜ, κάνοντας άμεση και εύκολη την επιθεώρηση των ορατών περιοχών που εμφανίζουν βλάβες. Σε αντίθεση με την συμπεριφορά των μανδυών ΙΟΠ, που σε παρόμοιες περιπτώσεις θα είχαν μείνει ανέπαφα, καθιστώντας την εκτίμηση των ζημιών (π.χ. σε περιπτώσεις μετά από σεισμό) δύσκολη και αντιοικονομική διαδικασία (π.χ. σε περίπτωση μη-καταστροφικής αξιολόγησης μέσω χρήσης θερμογράφου υπερύθρων). Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνεται και από τις Εικόνες που παρουσιάσαμε παραπάνω με την μορφή των δοκιμίων μετά το πέρας της πειραματικής διαδικασίας με και χωρίς τους μανδύες ΙΑΜ, που μαρτυρούν το μέγεθος και τις θέσεις των βλαφθείσων περιοχών. 4.3.2 Καταγραφές αισθητήρων Για λόγους πληρότητας, οφείλουμε να παρουσιάσουμε τα διαγράμματα των βρόγχων υστέρησης φορτίου σχετικής μετακίνησης, που καταγράφθηκαν από τους αισθητήρες που ήταν τοποθετημένοι σε ύψος 0.70 m από την βάση του δοκιμίου (κάτω από τον έμβολο). Κρίναμε ορθότερο να χρησιμοποιήσουμε τα διαγράμματα των βρόγχων υστέρησης του εμβόλου, λόγω αδυναμίας ποσοτικοποίησης των πιθανών σφαλμάτων που εισάγονται σε κάθε καταγραφή από τους αισθητήρες (π.χ. μπορεί να μην κόλλησαν σωστά

Σ ε λ ί δ α 130 στην επιφάνεια του δοκιμίου). Παρόλα ταύτα, παρατηρείται ταύτιση των διαγραμμάτων βρόγχων υστέρησης φορτίου - μετακίνησης του εμβόλου και του αισθητήρα. Ακολουθούν τα διαγράμματα, Σχ. 4.16~4.21, για κάθε δοκίμιο. Σχήμα 4.16 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου αναφοράς Control. Σχήμα 4.17 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 1L_NA.

Σ ε λ ί δ α 131 Σχήμα 4.18 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_NA. Σχήμα 4.19 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(10).

Σ ε λ ί δ α 132 Σχήμα 4.20 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15)*. Σχήμα 4.21 Διάγραμμα αισθητήρα φορτίου σχετικής μετακίνησης, δοκιμίου 2L_A(15).

Σ ε λ ί δ α 133 5. ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ 5.1 ΑΝΑΛΗΨΗ ΤΕΜΝΟΥΣΑΣ ΔΥΝΑΜΗΣ ΑΠΟ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Κατά την οριακή κατάσταση διατμητικής αστοχίας οι ίνες που διαπερνούν μία λοξή (διατμητικού τύπου) ρωγμή ενεργοποιούνται και παραλαμβάνουν δυνάμεις κατ αντιστοιχία με τους εσωτερικού συνδετήρες, Σχ. 5.1, βάσει του προσομοιώματος του ισοδύναμου δικτυώματος του Mörch-Ritter. Σχήμα 5.1 Μηχανισμός ανάληψης τέμνουσας δύναμης από τα σύνθετα υλικά σε λοξή ρωγμή (Triantafillou 1998). Για την περίπτωση χρήσης λωρίδων πάχους t f και πλάτους b f (κάθετα στον άξονα κάθε λωρίδας, δηλαδή κάθετα στις ίνες), ανά αποστάσεις s f (παράλληλα στον άξονα του μέλους), τέμνουσα δύναμη σχεδιασμού που παραλαμβάνεται από τα σύνθετα υλικά, V Rd,f, δίνεται από την σχέση: (5.1),όπου d f = ύψος του μανδύα που διαπερνάται από την ρωγμή, μετρούμενο από την στάθμη του διαμήκους οπλισμού (και ίσο με 0.9d στην περίπτωση που ο οπλισμός διάτμησης καλύπτει πλήρως τις πλευρές), θ = γωνία ρωγμής προς τον άξονα του μέλους (μπορεί να ληφθεί ίση με 45, βάσει του κλασικού δικτυώματος του Mörch-Ritter), α = γωνία