o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 7 Νοεμβρίου, 8 Άρθρο 77 Πειραματική διερεύνηση της ενίσχυσης πλαισιακών φορέων παλαιών οικοδομών με ανεπαρκείς αγκυρώσεις των διαμήκων οπλισμών των δοκών στους κόμβους Experimental investigation of the retrofitting of subassemblages of old R/C structures having inadequate anchorages of beam bars in the joints Γεώργιος ΚΑΛΟΓΕΡΟΠΟΥΛΟΣ, Αλέξανδρος - Δημήτριος ΤΣΩΝΟΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα εργασία ερευνάται πειραματικά η αποτελεσματικότητα μιας προτεινόμενης λύσης προσεισμικής ενίσχυσης εξωτερικών κόμβων δοκού υποστυλωμάτων με ανεπαρκείς αγκυρώσεις των διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού στη θέση του κόμβου. Για τις ανάγκες της εργασίας κατασκευάστηκαν τρία δοκίμια εξωτερικών κόμβων δοκού υποστυλώματος μορφής Τ, τα K, L και SL. Τα Κ και L κατασκευάστηκαν όμοια μεταξύ τους και αντιπροσώπευαν δομικά υποσύνολα παλαιάς κατασκευής. To Κ υποβλήθηκε σε σεισμικού τύπου καταπόνηση. Στο δοκίμιο L πραγματοποιήθηκε προσεισμική ενίσχυση με χρησιμοποίηση ράβδων επέκτασης των διαμήκων οπλισμών της δοκού, πλακών αγκύρωσης, καθώς και την κατασκευή ολόπλευρου μανδύα στον στύλο. Το ενισχυμένο δοκίμιο SL, που προέκυψε μετά από τις επεμβάσεις στο L, υποβλήθηκε στην ίδια σεισμική καταπόνηση με το παρθενικό Κ. Η λυσιτέλεια της πραγματοποιηθείσης επέμβασης κρίνεται από τη σύγκριση της σεισμικής αποκρίσεως και τον τρόπο αστοχίας των δύο δοκιμίων, αρχικής και ενισχυμένης μορφής (Κ και SL ). ABSTRACT : The present study is an experimental investigation of the performance of a proposed solution for Post Earthquake Retrofitting of External beam column joints, with inadequate anchorages of the beam bars in the joints. For that purpose three beam column subassemblages, K, L and SL, were designed and constructed. The specimens K and L were similar and they represented subassemblages of older structures. Specimen K was the control specimen. Both K and L had inadequate shear reinforcement in the columns and the joint area and inadequate anchorages of the longitudinal bars of the beam in the joints. The subassemblage L was retrofitted before being subjected to the cyclic lateral load. Then, the retrofitted specimen was named SL and was subjected to seismic load by the same way as the control specimen. Comparing the results referring to the Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ, email : jkalog@phed-sr.auth.gr Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, email : tsonosa@civil.auth.gr
behavior of the subassemblages K and SL arrived to the conclusion that the proposed solution for Post Earthquake Retrofitting of External beam column joints is very effective. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σε αρκετές ανακοινώσεις του διεθνούς χώρου πραγματοποιείται ιδιαίτερη αναφορά στα προβλήματα που δημιουργούνται σε μία κατασκευή κατά τη διάρκεια ενός σεισμού λόγω πλημμελών, μη επαρκών αγκυρώσεων των οπλισμών στους εξωτερικούς κόμβους δοκού υποστυλώματος (Park and Paulay, 98), (Soleimani, Popov and Bertero, 978), (Filippou, 98). Οι ανεπαρκείς αγκυρώσεις των οπλισμών στους εξωτερικούς κόμβους όμως, παρουσιάζονται κατά κόρον στις παλαιές κατασκευές, γεγονός που οφείλεται κυρίως στην μη εμπεριστατωμένη γνώση, την απουσία πειραματικών μελετών των επιπτώσεων, την εποχή εκείνη, και την ελλιπή αναφορά στο θέμα αυτό, στους παλαιούς Ελληνικούς και διεθνείς κανονισμούς. Η ισχύς των νέων αντισεισμικών κανονισμών διεθνώς, καθώς και η εμπειρία από τους σεισμούς, καθιστά προφανή την ανάγκη προσεισμικής ενίσχυσης των κατασκευών της δεκαετίας του 7 και των παλαιότερων, προκειμένου να αποκτήσουν την ικανότητα της σεισμικής απόκρισης των σύγχρονων κατασκευών. Το γεγονός αυτό αποτέλεσε βασικό κίνητρο για την εκπόνηση της παρούσης εργασίας, αντικείμενο της οποίας είναι η πειραματική εξέταση της αποτελεσματικότητας της προτεινόμενης λύσης προσεισμικής ενίσχυσης εξωτερικού κόμβου δοκού υποστυλώματος μορφής Τ, παλαιάς κατασκευής. Για τον σκοπό αυτό, κατασκευάστηκαν στο εργαστήριο Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιίας του Α.Π.Θ, τρία δοκίμια εξωτερικών κόμβων δοκού υποστυλώματος μορφής Τ, τα Κ, L και SL, με λόγο ικανοτικού σχεδιασμού μεγαλύτερο από ένα (), ελλιπή οπλισμό διάτμησης στην θέση του κόμβου, αλλά κυρίως με ανεπαρκείς αγκυρώσεις των διαμήκων οπλισμών της δοκού. Τα δοκίμια K και L αντιπροσωπεύουν δομικά υποσύνολα παλαιάς κατασκευής. Το K υποβλήθηκε σε σεισμική καταπόνηση κατά την οποία παρουσίασε πρώιμη αστοχία των αγκυρώσεων των διαμήκων οπλισμών της δοκού, και χρησιμοποιήθηκε ως δοκίμιο ελέγχου (control specimen). Στο δοκίμιο L πραγματοποιήθηκε προσεισμική ενίσχυση με ηλεκτροκόλληση ράβδων επέκτασης των διαμήκων οπλισμών της δοκού, χρησιμοποίηση πλακών αγκύρωσης, καθώς και την κατασκευή ολόπλευρου μανδύα στον στύλο. Το ενισχυμένο πλέον δοκίμιο SL, που προέκυψε μετά από τις προαναφερθείσες επεμβάσεις στο L, υποβλήθηκε στην ίδια σεισμική φόρτιση με το K και τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την σύγκριση της σεισμικής αποκρίσεως και τον τρόπο αστοχίας τους κατέδειξαν ότι η προτεινόμενη λύση, εν συσχετισμό με την εν γένει ενίσχυση με μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος, είναι ιδιαίτερα αποδοτική, εξασφαλίζοντας μία εξαιρετική βελτίωση στην σεισμική συμπεριφορά του ενισχυμένου δομικού υποσυνόλου, SL, συγκριτικά με εκείνη του παρθενικού K. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗΣ ΛΥΣΗΣ ΠΡΟΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Σχεδιασμός δοκιμίων Πρόγραμμα δοκιμίων Στο Σχήμα φαίνονται οι λεπτομέρειες σχεδιασμού των δοκιμίων πλαισιακού υποσυνόλου δοκού υποστυλωμάτων Κ και L υπό κλίμακα :.
Τα υποστυλώματα των δοκιμίων (Σχήμα ) φέρουν οπλισμό διάτμησης Φ/ ενώ στην περιοχή του κόμβου υπάρχει μόνο ένας συνδετήρας Φ. Οι στύλοι και οι κόμβοι επομένως των δοκιμίων Κ και L αντιπροσωπεύουν στύλους και κόμβους δοκού υποστυλώματος παλαιών οικοδομών. Στο ίδιο σχήμα φαίνεται επίσης η ανεπαρκής αγκύρωση των διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού στον κόμβο των δοκιμίων. Τα Κ και L σχεδιάστηκαν ώστε ο λόγος ικανοτικού σχεδιασμού να είναι Μ R =.9 > και οι τιμές των διατμητικών τάσεων μικρότερες από το όριο που θεσπίζει η επιτροπή ACI ASCE -, δηλαδή : τ = γ * f c <, * f c (τιμές του συντελεστή γ :.MPa για το δοκίμιο Κ και.8 MPa για το L ), ώστε αποφευχθεί ενδεχόμενη διατμητική αστοχία στην περιοχή των στύλων και του κόμβου και να μελετηθεί αποκλειστικά η επίπτωση της ανεπαρκούς αγκύρωσης των ράβδων της δοκού στη σεισμική συμπεριφορά των δομικών υποσυνόλων. Σχήμα. Διαστάσεις και λεπτομέρειες οπλισμού δοκιμίων Κ, L. Το Κ υποβλήθηκε σε σεισμική καταπόνηση κατά την οποία παρουσίασε πρώιμη αστοχία των αγκυρώσεων των διαμήκων οπλισμών της δοκού, και χρησιμοποιήθηκε ως δοκίμιο ελέγχου (control specimen). Στο δοκίμιο L πραγματοποιήθηκε προσεισμική ενίσχυση με ηλεκτροκόλληση ράβδων επέκτασης των διαμήκων οπλισμών της δοκού, χρησιμοποίηση πλακών αγκύρωσης, καθώς και την κατασκευή
ολόπλευρου μανδύα γύρω από τους στύλους και τον κόμβο (Σχήμα a). Τα διάφορα στάδια της ενίσχυσης φαίνονται στις φωτογραφίες στο Σχήμα 8. Για τον σχεδιασμό της ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκε στις μεν περιοχές των υποστυλωμάτων ο Ε.Κ.Ω.Σ ενώ στην περιοχή του κόμβου οι συστάσεις της Επιτροπής ACI ASCE -. Σύμφωνα με τις συστάσεις αυτές ικανοποιητική σεισμική συμπεριφορά σε έναν εξωτερικό κόμβο εξασφαλίζεται εφόσον ισχύουν:. Ο λόγος οριακών καμπτικών αντοχών υποστυλωμάτων δοκού, Μ R, να έχει τιμή μεγαλύτερη ή ίση με,.. Οι διατμητικές τάσεις στον κόμβο που λαμβάνονται σύμφωνα με την επιτροπή από την έκφραση τ = γ * f c (MPa) να έχουν χαμηλές τιμές, μικρότερες από,* f c (MPa).. Ο οπλισμός των συνδετήρων στον κόμβο θα πρέπει να ικανοποιεί τις συνθήκες: A sh =, * [(S h * h * f c ) / f yh ] * ( A g / A c ) A sh,9 * (S h * h * f c ) / f yh όπου: S h : απόσταση συνδετήρων h : διάσταση της μίας πλευράς πυρήνα ορθογωνικού υποστυλώματος A g : επιφάνεια διατομής υποστυλώματος A c : επιφάνεια διατομής πυρήνα υποστυλώματος f yh : όριο διαρροής του οπλισμού συνδετήρων. Οι ανωτέρω συνθήκες δίδουν μία ελάχιστη απαίτηση οπλισμού συνδετήρων κόμβου Φ8/. Στο ενισχυμένο δοκίμιο SL, που προέκυψε μετά από τις προαναφερθείσες επεμβάσεις στο L, τοποθετήθηκαν συνδετήρες Φ8/7 στα υποστυλώματα του μανδύα και Φ8/ στην περιοχή του κόμβου του μανδύα ενίσχυσης (Σχήμα a). Για την επέκταση της αγκύρωσης των διαμήκων ράβδων της δοκού χρησιμοποιήθηκαν ράβδοι διαμέτρου Φ οι οποίες ηλεκτροκολλήθηκαν στους διαμήκεις οπλισμούς της δοκού και αγκυρώθηκαν στην οπίσθια πλευρά του κόμβου μέσω μεταλλικών πλακών αγκύρωσης. Οι οπλισμοί αυτοί κατόπιν μηχανουργικής επεξεργασίας απέκτησαν σπειρώματα στα άκρα τους ώστε να εφαρμοσθούν τα περικόχλια. Για την κατασκευή του μανδύα ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκε έτοιμο μη συρρικνούμενο σκυρόδεμα υψηλής αντοχής (Tsonos, ), (Τσώνος, ), (Tsonos, 8), (Καραγιάννης και Σιρκελής, ). Οι θλιπτικές αντοχές των δοκιμίων Κ, L και SL ήταν. MPa,. MPa και 8. MPa αντίστοιχα. Στα Σχήματα a, b φαίνονται οι διαστάσεις οι οπλισμοί και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού του ενισχυμένου δοκιμίου SL.
Σχήμα a. Διαστάσεις και λεπτομέρειες οπλισμού δοκιμίου SL. Σχήμα b. Διαστάσεις και λεπτομέρειες οπλισμού δοκιμίου SL. Διάταξη Φόρτισης μετρήσεις Τα δομικά υποσύνολα Κ και SL υποβλήθηκαν σε σεισμική καταπόνηση με τον ίδιο νόμο φόρτισης και εξετάστηκε η σεισμική τους συμπεριφορά. Η φόρτιση των δοκιμίων έγινε με επιβολή κύκλων μετατόπισης διαδοχικά αυξανόμενου εύρους με αύξηση mm ανά κύκλο, σε διάταξη φόρτισης που βρίσκεται εγκατεστημένη στο Εργαστήριο Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας Τοιχοποιίας της Π.Σ του Α.Π.Θ. Το δοκίμιο Κ υποβλήθηκε σε έξη κύκλους μετατόπισης ενώ το προσεισμικά ενισχυμένο σε ένδεκα. Το αξονικό φορτίο που επιβαλλόταν στα
υποστυλώματα των δύο δοκιμίων ήταν σταθερό και ίσο με t. Στο Σχήμα δίδεται το πρόγραμμα φόρτισης των δοκιμίων. Πλευρική μετατόπιση Δ(mm) 7 - - - - - - - - - - - - - -7 Αριθμός κύκλου 7 - - - - - -7 Ανηγμένη σχετική γωνία R(%) Σχήμα. Ιστορία φόρτισης δοκιμίων. Πειραματικά αποτελέσματα των δοκιμίων Κατά την σεισμική καταπόνηση του παρθενικού δοκιμίου K, σχηματίστηκε από τον πρώτο κιόλας κύκλο φόρτισης, διαμπερές ρήγμα, που προσομοιάζει με καμπτικού τύπου ρήγμα, στην δοκό στη θέση ένωσής της με τους στύλους. Η εμφάνιση του εν λόγω ρήγματος ήταν αναμενόμενη και οφείλεται στην απουσία επαρκών αγκυρώσεων των διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού στον κόμβο, που έχει ως αποτέλεσμα την άμεση σχεδόν εξόλκευσή τους με την επιβολή της σεισμικής φόρτισης. Το γεγονός αυτό εξηγεί την εντονότατη αύξηση των ολισθήσεων των ράβδων, που αποτυπώνεται με έντονη στένωση των βρόχων υστέρησης γύρω από τους άξονες (pinching) (Σχήμα a), καθώς και την αύξηση του εύρους του διαμπερούς ρήγματος σε κάθε επόμενο κύκλο μετατόπισης (Σχήμα ). Στη δοκό δεν παρατηρούνται άλλες βλάβες, ενώ στον κόμβο εμφανίστηκαν μόνο λίγες, μικρές, επιφανειακές ρωγμές. Η απουσία διατμητικής βλάβης στον κόμβο, ο οποίος έφερε ελάχιστο οπλισμό διάτμησης (συνδετήρες Φ/) και είχε σχεδιαστεί ώστε να καταπονείται με χαμηλές διατμητικές τάσεις, οφείλεται στην ταυτόχρονη, με την επιβολή της μετατόπισης, εξόλκευση των διαμήκων οπλισμών της δοκού, η οποία έχει σαν αποτέλεσμα την μη μεταφορά υψηλών διατμητικών τάσεων από την δοκό στον κόμβο. Η αστοχία του παρθενικού δοκιμίου Κ είναι αστοχία της αγκύρωσης των διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού. Από τον πρώτο κιόλας κύκλο επιβαλλόμενης μετατόπισης (Σχήμα a) παρατηρούνται σημαντικές ολισθήσεις των διαμήκων οπλισμών της δοκού, ενώ στον δεύτερο κύκλο η αντοχή έχει περιοριστεί στο ένα τρίτο περίπου της αρχικής τιμής και μειώνεται ακόμα περισσότερο
αυξανομένων των μετατοπίσεων. Η ραγδαία πτώση σε πρώιμο στάδιο της αντοχής, της ακαμψίας και της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας του κόμβου καταδεικνύει τις σοβαρές συνέπειες των ανεπαρκών αγκυρώσεων των διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού στην θέση του κόμβου. Η εικόνα αστοχίας του Κ φαίνεται στο (Σχήμα 9). Στο προσεισμικά ενισχυμένο δοκίμιο SL η αποκατάσταση της επάρκειας των αγκυρώσεων των διαμήκων ράβδων ολισμού της δοκού στον κόμβο δεν επέτρεψε την εξόλκευση των οπλισμών της δοκού όπως στο παρθενικό δοκίμιο K. Η αστοχία -και ο σχηματισμός των πλαστικών αρθρώσεων- οδηγήθηκε στην δοκό, μακριά από τον κόμβο (Σχήμα 9), εξασφαλίζοντας την απορρόφηση σημαντικών ποσοτήτων της σεισμικής ενέργειας στην θέση του κόμβου. Το γεγονός αυτό αποτυπώνεται και στην μορφή των βρόχων υστέρησης (Σχήμα b), οι οποίοι παρουσιάζουν αυξημένη επιφάνεια και μεγάλο περιαξονικό εύρος, χωρίς σημαντικές στενώσεις λόγω ολισθήσεων των ράβδων μέχρι και τον έβδομο κύκλο φόρτισης. Στις περισσότερες διαμήκεις ράβδους της δοκού δεν υπήρξε αστοχία στις θέσεις όπου συγκολλήθηκαν οι ράβδοι επέκτασης της αγκύρωσης μέχρι και το τέλος του ενδέκατου κύκλου φόρτισης. Οι αυξημένες ολισθήσεις μετά τον όγδοο κύκλο, καθώς και η πτώση της αντοχής από τον δεύτερο και σε κάθε επόμενο κύκλο φόρτισης, οφείλονται σε σταδιακή αστοχία τμήματος των συγκολλήσεων των ράβδων επέκτασης της αγκύρωσης των διαμήκων ράβδων της δοκού. Στα ενισχυμένα με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος υποστυλώματα και τον κόμβο δεν παρουσιάστηκε καμία βλάβη μέχρι και το τέλος του πειράματος. Στην δοκό οι πλαστικές αρθρώσεις εμφανίστηκαν μακριά από την θέση ένωσής της με τον κόμβο.. Οι υστερητικοί βρόχοι επιβαλλόμενων τεμνουσών δοκού V b μετατοπίσεων φορτιζομένου άκρου για τα δοκίμια Κ και SL φαίνονται στα Σχήματα a, b. Από τη σύγκριση της σεισμικής συμπεριφοράς του ενισχυμένου δοκιμίου με αυτής του παρθενικού προκύπτουν τα εξής : Το ενισχυμένο δοκίμιο εμφανίζει ιδιαίτερα βελτιωμένες όλες τις μηχανικές αντισεισμικές ιδιότητες (αντοχή, ακαμψία, ικανότητα απορρόφησης ενέργειας) συγκριτηκά με το παρθενικό Κ. Η βελτίωση αυτή οφείλεται αφενός στην αποκατάσταση της επάρκειας των αγκυρώσεων των διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού στον κόμβο, που απέτρεψε την εξόλκευση των τελευταίων, αφετέρου δε στην επαρκή όπλιση του κόμβου σύμφωνα με τις διατάξεις της επιτροπής ACI ASCE -.
Δοκίμιο Κ Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn - - - - - - - - - Μετακινήσεις (mm) Σχήμα a. Υστερητικοί βρόχοι φορτίου μετατόπισης του δοκιμίου Κ. Δοκίμιο SL Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn - - - 9 8 7 7 89 - -8-7 - - - - - - 7 8 Μετακινήσεις (mm) Σχήμα b. Υστερητικοί βρόχοι φορτίου μετατόπισης του δοκιμίου SL.
Στα διαγράμματα των σχημάτων 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, δίνονται τα αποτελέσματα μικρομετρήσεων της μετακινήσεως των ράβδων οπλισμού των δύο δοκιμίων, Κ και SL, που καταγράφηκαν με τη βοήθεια ηλεκτρικών ταινιών μηκύνσεως. Η θέση όπου τοποθετήθηκε κάθε ταινία δίνεται δίπλα από κάθε διάγραμμα. Στο παρθενικό δοκίμιο Κ, η πρώιμη εξόλκευση των ανεπαρκώς αγκυρωμένων στη θέση του κόμβου διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού δικαιολογεί τις κατά πολύ μικρότερες από την παραμόρφωση διαρροής του χάλυβα (, ) τιμές των αναπτυσσόμενων παραμορφώσεων στις ράβδους της δοκού. Στην περίπτωση του συνδετήρα του κόμβου (Σχήμα 7c) οι αναπτυσσόμενες παραμορφώσεις του χάλυβα είναι σημαντικά μικρότερες ακόμα και από εκείνες των ράβδων της δοκού, γεγονός που επαληθεύει ότι ο κόμβος λειτουργεί στην ελαστική περιοχή. Από την παρατήρηση των διαγραμμάτων των σχημάτων (Σχήμα 7a, 7b), που αφορούν στην κάτω και άνω διαμήκη ράβδο οπλισμού της δοκού του δοκιμίου Κ αντίστοιχα, προκύπτει ότι η μέγιστη κατ απόλυτη τιμή παραμόρφωση των ράβδων αναπτύσσεται κατά τον πρώτο κύκλο φόρτισης, ενώ κατά τους επόμενους κύκλους οι παραμορφώσεις σταδιακά μειώνονται. Η διαδοχική, σε κάθε επόμενο κύκλο φόρτισης, μείωση των παραμορφώσεων οφείλεται στην πρώιμη απώλεια της προσφύσεως των ράβδων λόγω ανεπαρκούς αγκύρωσής τους που οδηγεί στην εξόλκευσή τους. Σε κάθε επόμενο κύκλο οι ράβδοι παραμορφώνονται λιγότερο καθώς η ολίσθησή τους αυξάνεται όλο και περισσότερο. Στην περίπτωση του προσεισμικά ενισχυμένου δοκιμίου SL, οι τιμές των αναπτυσσόμενων παραμορφώσεων στην κάτω διαμήκη ράβδο της δοκού (Σχήμα 7e) είναι σημαντικά αυξημένες σε σχέση με τις αντίστοιχες στο παρθενικό δοκίμιο, ενώ παράλληλα ο ρυθμός μείωσής τους ως τον τέταρτο κύκλο φόρτισης είναι μικρότερος από εκείνον στο δοκίμιο Κ. Το γεγονός, ωστόσο, ότι οι τιμές των παραμορφώσεων της ράβδου μειώνονται (με εξαίρεση τον ο κύκλο) αντί να αυξάνονται σε κάθε επόμενο κύκλο φόρτισης οφείλεται στην σταδιακή, κατά τη διάρκεια της σεισμικής φόρτισης, αστοχία τμήματος της ηλεκτροκόλλησης στη ράβδο επέκτασης της αγκύρωσης του οπλισμού της δοκού, η οποία οδήγησε με την σειρά της στην σταδιακή αύξηση των ολισθήσεων της ράβδου και επομένως σε μείωση της παραμόρφωσής της. Η εφαρμοζόμενη κατά την προσεισμική ενίσχυση αγκύρωση της ράβδου της δοκού, μέσω της ράβδου επέκτασης της αγκύρωσης και της πλάκας αγκύρωσης, λειτούργησε παρόλα αυτά ικανοποιητικά αποτρέποντας την άμεση εξόλκευση και τις ιδιαίτερα αυξημένες ολισθήσεις της ράβδου της δοκού που παρουσιάζονται στο παρθενικό δοκίμιο Κ. Στη ράβδο επέκτασης της αγκύρωσης, που ηλεκτροκολλήθηκε στην κάτω διαμήκη ράβδο της δοκού και αγκυρώθηκε στο πίσω μέρος του κόμβου μέσω πλάκας αγκύρωσης (Σχήμα 7d), παρατηρείται αύξηση των τιμών των αναπτυσσόμενων παραμορφώσεων από τον δεύτερο μέχρι και τον έκτο κύκλο φόρτισης. Από τα διαγράμματα των σχημάτων (Σχήμα 7f, 7g) που αφορούν στο συνδετήρα του κόμβου του αρχικού δοκιμίου και στο συνδετήρα του μανδύα στη θέση του
κόμβου, είναι προφανές ότι οι αναπτυσσόμενες παραμορφώσεις του χάλυβα περιορίζονται σε πολύ μικρές τιμές, γεγονός που οφείλεται στο ότι και στην περίπτωση του δοκιμίου SL,όπως και στο παρθενικό δοκίμιο Κ, ο κόμβος λειτουργεί στην ελαστική περιοχή.. ΔΟΚΙΜΙΟ Κ STRAIN GAGE No Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn).... -. -.... -. -. STRAIN GAGE No (SPECIMEN K) -. Παραμόρφωση (ο/οο) Strain gage No Σχήμα 7a. Καταγραφή ηλεκτρικής ταινίας μηκύνσεως Νο στο δοκίμιο Κ. ΔΟΚΙΜΙΟ Κ STRAIN GAGE No Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn) -.... - - - STRAIN GAGE No (SPECIMEN K) Strain gage No - Παραμόρφωση (ο/οο) Σχήμα 7b. Καταγραφή ηλεκτρικής ταινίας μηκύνσεως Νο στο δοκίμιο Κ.
ΔΟΚΙΜΙΟ Κ STRAIN GAGE No Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn - -. 8 -. -. -. - -. 8 -. -. -. -....8 - - - Παραμόρφωση (ο/οο) STRAIN GAGE No (SPECIMEN K) Strain gage No Σχήμα 7c. Καταγραφή ηλεκτρικής ταινίας μηκύνσεως Νο στο δοκίμιο Κ. ΔΟΚΙΜΙΟ SL STRAIN GAGE No Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn - -. -... - - - 7 7 Παραμόρφωση (ο/οο) STRAIN GAGE No (SPECIMEN SL) Strain gage No Σχήμα 7d. Καταγραφή ηλεκτρικής ταινίας μηκύνσεως Νο στο δοκίμιο SL.
ΔΟΚΙΜΙΟ SL STRAIN GAGE No Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn - - - - - - - Παραμόρφωση (ο/οο) 7 STRAIN GAGE No (SPECIMEN SL) Strain gage No Σχήμα 7e. Καταγραφή ηλεκτρικής ταινίας μηκύνσεως Νο στο δοκίμιο SL. ΔΟΚΙΜΙΟ SL STRAIN GAGE No STRAIN GAGE No (SPECIMEN SL) 7 -...8. - - - - Παραμόρφωση (ο/οο) Strain gage No Σχήμα 7f. Καταγραφή ηλεκτρικής ταινίας μηκύνσεως Νο στο δοκίμιο SL.
ΔΟΚΙΜΙΟ SL STRAIN GAGE No Επιβαλλόμενη Τέμνουσα Vb (kn) -. - -. -. - - 7 7 STRAIN GAGE No (SPECIMEN SL) Παραμόρφωση (ο/οο) - Strain gage No Σχήμα 7g. Καταγραφή ηλεκτρικής ταινίας μηκύνσεως Νο στο δοκίμιο SL. Σχήμα 8. Οπλισμοί ενίσχυσης του δοκιμίου SL.
Σχήμα 9. Εικόνα αστοχίας των δοκιμίων Κ και SL. Σύγκριση της σεισμικής απόκρισης των δοκιμίων Η ερμηνεία των ποιοτικών στοιχείων που προκύπτουν από τα διαγράμματα επιβαλλόμενης τέμνουσας V b μετακίνησης δ, επεκτείνεται με την κατασκευή διαγραμμάτων συσχετισμού της αντοχής, της ακαμψίας και της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας των δύο δοκιμίων, K και SL. Η σεισμική συμπεριφορά των δοκιμίων εξετάζεται κατά τους έξη πρώτους κύκλους επιβαλλόμενης μετατόπισης, που υπάρχουν μετρήσεις και για τα δύο δοκίμια. ΑΝΤΟΧΗ: Η συγκριτική μελέτη των διαγραμμάτων που δίνονται στα σχήματα a, b φανερώνει την ιδιαίτερα αυξημένη αντοχή που παρουσιάζει το ενισχυμένο δοκίμιο σε σχέση με το παρθενικό, καθώς και τον ηπιότερο ρυθμό απώλειάς της από κύκλο σε κύκλο φόρτισης. Όπως προκύπτει (Σχήματα α, b), η μεγαλύτερη ποσοστιαία πτώση της αντοχής στο παρθενικό δοκίμιο Κ πραγματοποιείται κατά τον δεύτερο άνω ημίκυκλο επιβαλλόμενης μετατόπισης, γεγονός που δείχνει και την ισχυρή εξόλκευση των ράβδων οπλισμού της δοκού. Από την μεταβολή του λόγου των αντοχών των K και SL γίνεται εμφανής η αποτελεσματικότητα της πραγματοποιηθείσας προσεισμικής ενίσχυσης στη μείωση του ρυθμού πτώσης της αντοχής του κόμβου και τη διατήρηση της αντοχής σε υψηλά επίπεδα, κατά τους διαδοχικούς κύκλους εναλλασσόμενης φόρτισης. ΑΚΑΜΨΙΑ: Το προσεισμικά ενισχυμένο δοκίμιο SL εμφανίζει, όπως ήταν αναμενόμενο (Σχήμα c), αυξημένη δυσκαμψία σε σχέση με το παρθενικό K, γεγονός που οφείλεται στον τελείως διαφορετικό τύπο αστοχίας του ενισχυμένου δομικού υποσυνόλου, ο οποίος αποκλείει την άμεση εξόλκευση των διαμήκων ράβδων οπλισμού της δοκού. Χαρακτηριστικό είναι ότι ακόμα και κατά τον έκτο κύκλο φόρτισης η ακαμψία του δοκιμίου SL παραμένει ιδιαίτερα αυξημένη, σχεδόν τετραπλάσια εκείνης του παρθενικού K. Όπως και με την αντοχή, η μεγαλύτερη
ποσοστιαία πτώση της δυσκαμψίας k του παρθενικού δοκιμίου K πραγματοποιείται κατά τον δεύτερο κύκλο φόρτισης. ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Στο ραβδόγραμμα του σχήματος (Σχήμα d) παρουσιάζεται η ενέργεια που απορροφούν τα δοκίμια K και SL ξεχωριστά, σε καθέναν από τους έξη πρώτους κύκλους φόρτισης. Το προσεισμικά ενισχυμένο δομικό υποσύνολο, SL, εμφανίζει ιδιαιτέρως αυξημένη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας. Όπως συνέβη και με την αντοχή και τη δυσκαμψία, η μεγαλύτερη ποσοστιαία πτώση του ποσού της ενέργειας που απορροφά το παρθενικό δοκίμιο K πραγματοποιείται στο δεύτερο κύκλο. Η σημαντική αυτή πτώση οφείλεται στην εξόλκευση των ανεπαρκώς αγκυρωμένων στον κόμβο του παρθενικού δοκιμίου διαμήκων οπλισμών της δοκού, η οποία συμβαίνει ήδη κατά τον πρώτο κύκλο φόρτισης. Αντιθέτως, το ενισχυμένο δοκίμιο εμφανίζει αύξηση της απορροφούμενης ενέργειας κατά τον δεύτερο κύκλο. Στο τέλος του έκτου κύκλου το ενισχυμένο δοκίμιο εμφανίζει δυνατότητα απορρόφησης ενέργειας κατά 9% περίπου περισσότερης από εκείνη που απορροφά το παρθενικό K. Δοκίμια SL / K Λόγος αντοχών Άνω ημίκυκλος Σχήμα a. Σύγκριση αντοχής δοκιμίου SL με την αντοχή του Κ. Δοκίμια SL / K Λόγος αντοχών.... Κάτω ημίκυκλος Σχήμα b. Σύγκριση αντοχής δοκιμίου SL με την αντοχή του Κ.
Δοκίμια SL / K Ακαμψία (kn/mm)... Κ SL Μετατόπιση Δ (mm) Σχήμα c. Σύγκριση ακαμψίας δοκιμίου SL με την ακαμψία του Κ. Δοκίμια SL / K Απορρόφηση ενέργειας (knmm) 8 K SL Κύκλος φόρτισης Σχήμα d.σύγκριση ικανότητας απορρόφησης ενέργειας μεταξύ των δοκιμίων SL, Κ. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ. Η σεισμική συμπεριφορά του παρθενικού δοκιμίου K χαρακτηρίζεται από έντονη επιδείνωση των μηχανικών αντισεισμικών ιδιοτήτων (αντοχή, ακαμψία, ικανότητα απορρόφησης ενέργειας). Η αστοχία του δοκιμίου οφείλεται στην άμεση, με την επιβολή της φόρτισης, εξόλκευση των διαμήκων οπλισμών της
δοκού και τον σχηματισμό διαμπερούς ρήγματος εξόλκευσης (το οποίο προσομοιάζει με καμπτικού τύπου ρήγμα) στην παρειά του κόμβου, καθώς επίσης και μικρότερων ρηγμάτων εξόλκευσης στο σώμα του κόμβου.. Το προσεισμικά ενισχυμένο δομικό υποσύνολο SL εμφανίζει ιδιαίτερα βελτιωμένη σεισμική απόκριση σε σχέση με το παρθενικό K. Η αντοχή του SL είναι σημαντικά μεγαλύτερη του K. Επίσης, το ενισχυμένο δοκίμιο, SL, είναι σαφώς πιο δύσκαμπτο του παρθενικού. Η βελτίωση της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας που επέφερε η ενίσχυση στο δομικό υποσύνολο SL είναι θεαματική, καθώς το τελευταίο απορροφά στο τέλος του έκτου κύκλου φόρτισης ποσό ενέργειας 9% μεγαλύτερο εκείνου που απορροφά το παρθενικό δοκίμιο K. Με την ενίσχυση των στύλων και του κόμβου επετεύχθη ο επιθυμητός σχηματισμός αστοχίας με πλαστική άρθρωση στη δοκό στη θέση ένωσής της με τον στύλο. Η βλάβη στο σύνολό της συγκεντρώθηκε στη δοκό. Τόσο οι στύλοι όσο και ο κόμβος παρέμειναν ανέπαφοι (Σχήμα 9).. Παρά την σημαντική βελτίωση όλων των μηχανικών αντισεισμικών ιδιοτήτων που επέφερε η προσεισμική ενίσχυση στο δομικό υποσύνολο SL, στον βρόχο υστέρησης του ενισχυμένου δοκιμίου παρατηρείται πτώση της αντοχής του από κύκλο σε κύκλο φόρτισης, καθώς και αύξηση των ολισθήσεων μετά τον όγδοο κύκλο (pinching). Η πτώση αυτή της αντοχής και η στένωση μετά τον όγδοο κύκλο, οφείλονται σε σταδιακή, κατά την επιβολή της σεισμικής φόρτισης, αστοχία τμήματος των ηλεκτροκολλήσεων των ράβδων επέκτασης της αγκύρωσης των διαμήκων οπλισμών της δοκού, και συγχρόνως, στον λυγισμό (buckling) εκείνων των διαμήκων ράβδων της δοκού των οποίων οι ηλεκτροκολλήσεις δεν αστόχησαν. Ο λυγισμός των διαμήκων οπλισμών ήταν ιδιαίτερα εμφανής μετά το τέλος του πειράματος (Σχήμα 9). Στην προαναφερθείσα σταδιακή αστοχία τμήματος των ηλεκτροκολλήσεων οφείλεται και το γεγονός ότι ενώ κατά τους άνω ημίκυκλους φόρτισης (Σχήμα a) η αντοχή του δοκιμίου SL συγκριτικά με εκείνη του παρθενικού Κ παρουσιάζεται έως και δεκαέξι φορές σχεδόν αυξημένη ( ος κύκλος), στους κάτω ημίκυκλους (Σχήμα b) είναι μόλις τρείς φορές μεγαλύτερη ( ος κύκλος), καθώς στην πλευρά αυτή της δοκού παρατηρήθηκε η αστοχία των ηλεκτροκολλήσεων των ράβδων.. Από τις παρατηρήσεις που προηγήθηκαν προκύπτει πως η εφαρμοζόμενη προσεισμική ενίσχυση του δοκιμίου SL, με ολόπλευρο μανδύα σκυροδέματος γύρω από τους στύλους και τον κόμβο και με τη χρήση ράβδων επέκτασης των διαμήκων οπλισμών της δοκού που ηλεκτροκολλούνται στις τελευταίες και αγκυρώνονται μέσω μεταλλικών πλακών, είναι επιτυχής. Αποδεικνύεται επομένως η λυσιτέλεια της προτεινόμενης λύσης προσεισμικής ενίσχυσης στύλων κόμβων παλαιών κτιριακών κατασκευών.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ACI ASCE Committee, Detroit (), Recommendations for Design of Beam-Column Joints in Monolithic Reinforced Concrete Structures (ACIR- ), American Concrete Institute, pp. -9. Ζαράρης Πρ. Δ., (99), Μέθοδοι Υπολογισμού Σιδηροπαγούς Σκυροδέματος, Εκδότικός Οίκος Αδελφών Κυριακίδη α.ε., Θεσσαλονίκη. Filippou, F.C., May (98), Effects of Bond Deterioration on Reinforced Concrete Frames, Ph. D. Dissertation, Dept. of Civil Engineering, University of Calif. Berkeley. Καραγιάννης, Χ. και Σιρκελής Γ., (), Επισκευή και Ενίσχυση Ακραίων Κόμβων Οπλισμένου Σκυροδέματος με Χρήση Ενέσιμης Ρητίνης και Λεπτού Μανδύα, Τεχνικά Χρονικά, Διμηνιαία έκδοση του Τ.Ε.Ε., Τεύχος Νοεμβρίου-Δεκεμβρίου. Karayiannis, C.G., Chalioris, C.E., and Sideris, K. K., (998), Effectiveness of RC Beam Column Connection Repair using Epoxy Resin Injections, journal of Earthquake Engineering, Vol., No., pp. 7-. O.Α.Σ.Π., Σ.Π.Μ.Ε., Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (Ε.Α.Κ.),. O.Α.Σ.Π., Σ.Π.Μ.Ε., Ελληνικός Κανονισμός Οπισμένου Σκυροδέματος (Ε.Κ.Ο.Σ.),. Πενέλης Γ. Γρ., Κάππος Α. Ι., (99), Αντισεισμικές Κατασκευές από Σκυρόδεμα. Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη. Park, R. and Paulay, T., Joints in Reinforced Concrete Frames Designed for Earthquake Resistance, Research Report 8-9, June 98, Departement of Civil Engineering, University of Canterbury Christchurch New Zealand, p.7 Paulay T. and Priestley M. J.N., (99) Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings. John Wiley &Sons. Rodriguez M. and Park R., (99), Repair and Strengthening of Reinforced Concrete Buildings for Seismic Resistance, Earthquake Spectra, Vol. 7, No, pp. 9-9. Soleimani, D., Popov, E.P. and Bertero, V.V., (978), Hysteretic Behavior of Reinforced Concrete Beam Column Subassemblages, ACI journal Proceedings V. 7, title No. 7-8, pp.79-9. Τσώνος, Α. Γ., (998), Συμβολή στη Σεισμική Συμπεριφορά Επισκευασμένων και Ενισχυμένων Δοκιμίων από Ο/Σ, Τεχνικά Χρονικά, επιστημονική έκδοση Τ.Ε.Ε., τεύχος, σελ.7-9. Τσώνος, Α.- Δ., (). Εξέταση της Aποδοτικότητας των Mανδυών Ο/Σ Kλειστού και Aνοικτού Tύπου στην Eνίσχυση Yποστυλωμάτων και Kόμβων από Ο/Σ. (Μέρος ο Μετασεισμική ενίσχυση). Επιστημονική Έκδοση Κτίριο, Α - Β/-, σελ.79-88. Τσώνος, Α.- Δ., (). Εξέταση της Aποδοτικότητας των Mανδυών Ο/Σ Kλειστού και Aνοικτού Tύπου στην Eνίσχυση Yποστυλωμάτων και Kόμβων από Ο/Σ. (Μέρος ο Προσεισμική Ενίσχυση Συγκρίσεις αποδοτικότητας Προσεισμικής - Μετασεισμικής ενίσχυσης). Επιστημονική Έκδοση Κτίριο, Α - Β/-, σελ. 89-. Τσώνος, Α. Γ., (). Ενίσχυση Εξωτερικών Κόμβων Δοκού Υποστυλώματος από Ο/Σ με Τοπικό Δίπλευρο ή Τρίπλευρο Μανδύα, Επιστημονική Έκδοση Κτίριο, Α Β/, σελ. -. Τσώνος, Α. Γ., (99). Συμβολή στη Βελτίωση της Σεισμικής Συμπεριφοράς Εξωτερικών Κόμβων Πλαισίων από Ο/Σ. Διδακτορική Διατριβή, Πολυτεχνική Σχολή Α.Π.Θ. Tsonos, A. G., (), Seismic Repair of Exterior R/C Beam to Column Joints Using Two-Sided and Three-Sided Jackets Structural Engineering and Mechanics, An international Joyrnal, Vol., No., pp. 7-.
Tsonos, A. G., (7), Cyclic Load Behavior of Reinforced Concrete Beam Column Subassemblages of Modern Structures. ACI Structural Journal, Technical Paper, Vol., No. Tsonos, A. G., (8), Effectiveness of CFRP-jackets and RC jackets in Postearthquake and Pre-earthquake retrofitting of beam-column subassemblages, Engineering Structure, Vol., pp.777-79.