Ειδικά Θέματα Εφαρμογής του ΚΑΝΕΠΕ - Εργαστηριακή έρευνα Θωμάς Σαλονικιός Δρ Πολιτικός Μηχανικός, Κύριος Ερευνητής ΙΤΣΑΚ - ΟΑΣΠ, salonikios@itsak.gr 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο έλεγχος και η αποτίμηση της αντοχής και της διαθέσιμης ικανότητας παραμόρφωσης κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα γίνεται ολοένα και περισσότερο κρίσιμη με την γήρανση των κατασκευών και τον ορισμό ολοένα και αυστηρότερων διατάξεων κανονισμών. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται πειραματικές εργασίες και αφορούν στην βαθμονόμηση διατάξεων που αποτελούν ευρύτερο αντικείμενο του ΚΑΝ.ΕΠΕ. Οι πειραματικές δοκιμές διεξήχθηκαν στο Εργαστήριο Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος και Φέρουσας τοιχοποιίας του ΑΠΘ. Ειδικότερα από τα πειράματα που έγιναν προσδιορίζονται: α)τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες της απόκρισης του χάλυβα και του σκυροδέματος εντός των καμπτικών και διατμητικών πλαστικών αρθρώσεων σε τοιχώματα, β) Η ικανότητα παραμόρφωσης των στοιχείων τοιχοποιίας όπως αποδελτιώθηκαν από την διεθνή βιβλιογραφία γ) Ο πειραματικός έλεγχος της αποτελεσματικότητας ενίσχυσης δοκών με σύνθετα υλικά από ίνες άνθρακα και χαλυβδοϋφάσματα, δ) Η δοκιμή μεταλλικής διάταξης ενίσχυσης πλαισίων δοκών υποστυλωμάτων με δυνατότητα προκαθορισμού του προσφερόμενου βαθμού ενίσχυσης των πλαισίων, ε) Η συσχέτιση του βαθμού βλάβης και του βαθμού απώλειας της φέρουσας ικανότητας κτιρίων με το κόστος αποκατάστασης και ενίσχυσης με βάση στοιχεία από τον σεισμό της Αθήνας 1999. 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΡΘΡΩΣΕΩΝ ΤΟΙΧΩΜΑΤΩΝ Στο κεφάλαιο αυτό δίνονται χαρακτηριστικά και ιδιότητες της απόκρισης του χάλυβα και του σκυροδέματος εντός των καμπτικών και διατμητικών πλαστικών αρθρώσεων σε τοιχώματα με άνοιγμα διάτμησης 1.5 και 1.0 και αφορούν υφιστάμενες κατασκευές. Παρουσιάζονται εξισώσεις υπολογισμού της συνεισφοράς στην διατμητική αντοχή της καμπτικής πλαστικής άρθρωσης της λειτουργίας βλήτρου με βάση ορθολογικά κριτήρια σχεδιασμού τα οποία προσεγγίζουν ικανοποιητικά πειραματικά αποτελέσματα. Σχήμα 1. Αριστερά: Περιπτώσεις αστοχίας διατμητικής ολίσθησης. a) Απευθείας διατμητική ολίσθηση, ) Διατμητική ολίσθηση μετά από καμπτική διαρροή. Δεξιά: Καθορισμός της περιβάλλουσας αστοχίας από καμπτική απόκριση αρχικά (V ul ) και αστοχία σε διατμητική ολίσθηση τελικά (V usl ).
Σε τοιχώματα που υπόκεινται σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση η αντοχή σε διάτμηση της καμπτικής πλαστικής άρθρωσης είναι: V usl =T r +T d (1) where: uasl 2.15v M N max Td 0.385, Tr (0.75 ), a s a d 2 s v N v (2) A Η διατμητική αυτή αντοχή προσομοιάζει κυρίως με αντοχή σε διατμητική ολίσθηση. Για τον ορισμό του μήκους πλαστικής άρθρωσης που δημιουργείται στην περίπτωση τοιχωμάτων με άνοιγμα διάτμησης 1.0 και 1.5 υπάρχουν διάφορες εξισώσεις διαθέσιμες στην διεθνή βιβλιογραφία. δίνεται από την παρακάτω εξίσωση: Το μήκος πλαστικής άρθρωσης κατά του Paulay και Priestley είναι: L p =0.08h w +0.022d b y (3) Από τον Ευρωκώδικα 8, μέρος ΙΙ το μήκος πλαστικής άρθρωσης δίνεται: L p =0.1h w +0.015 y d b (4) Σύμφωνα με παραμετρική διερεύνηση και πειραματικές δοκιμές από τον συγγραφέα (Salonikios 2007) το μήκος πλαστικής άρθρωσης προκύπτει: L p =0.044h w +0.014d b y (5) 3. ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Στο κεφάλαιο αυτό δίνεται η ικανότητα παραμόρφωσης στοιχείων τοιχοποιίας πλήρωσης. Κατά την φόρτιση των τοιχοποιιών πλήρωσης σε πλαίσια οπλισμένου σκυροδέματος που υπόκεινται σε σεισμική φόρτιση οι τοιχοποιίες καταπονούνται σε αντιδιαγώνια σύνθλιψη, η οποία μεταφράζεται σε ταυτόχρονη οριζόντια και αξονική φόρτιση. Σε αυτή την ενότητα δίνονται στοιχεία τα οποία δείχνουν την ικανότητα συνεισφοράς των τοιχοποιιών πλήρωσης στην αντοχή των κτιρίων των οποίων αποτελούν μέλος. Ο έλεγχος των στοιχείων τοιχοπλήρωσης σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα δίνεται στο παρακάτω διάγραμμα ροής.
Ελληνική Επιστημονική Εταιρία Ερευνών Σκυροδέματος (ΕΠΕΣ) ΤΕΕ / Τμήμα Κεντρικής Μακεδονίας Πανελλήνιο Συνέδριο Σκυροδέματος «Κατασκευές από Σκυρόδεμα» Θεσσαλονίκη,, 10-12 Νοεμβρίου 2016 Κατά τον ΚΑΝ.ΕΠΕ. ο οποίος αποτελεί τμήμα του Ευρωκώδικα 8, μέρος 3 οι αντοχές των τοιχοπληρώσεων δίνονται σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα: Σχήμα 2. Περιβάλλουσα καμπύλη οριζόντιου φορτίου - γωνιακής παραμόρφωσης κατά ΚΑΝΕΠΕ
Ελληνική Επιστημονική Εταιρία Ερευνών Σκυροδέματος (ΕΠΕΣ) ΤΕΕ / Τμήμα Κεντρικής Μακεδονίας Πανελλήνιο Συνέδριο Σκυροδέματος «Κατασκευές από Σκυρόδεμα» Θεσσαλονίκη,, 10-12 Νοεμβρίου 2016 Από την ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, προκύπτει το παρακάτω διάγραμμα 3 είναι συγκρίσιμο με το διάγραμμα του σχήματος 2. το οποίο Σχήμα 3. Περιβάλλουσες καμπύλες οριζόντιου φορτίου - γωνιακής παραμόρφωσης για δοκίμια της βιβλιογραφίας που θεωρήθηκαν. Ο Ευρωκώδικας 8, μέρος 3 ορίζει όρια μεταξύ καταστάσεων περιορισμού βλαβών 0-4 (DL), σημαντικών βλαβών 4-5.3 (SD) και οιονεί κατάρρευσης >5.3 (NC). Περίπτωση ΙΙ. 4. ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΔΟΚΩΝ ΜΕ ΑΝΑΘΡΑΚΟΫΦΑΣΜΑΤΑΑ ΚΑΙ ΧΑΛΥΒΔΟΫΦΑΣΜΑΤΑ Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται πειραματικός έλεγχος της αποτελεσματικότητας ενίσχυσης 13 δοκών με σύνθετα υλικά από ίνες άνθρακαα και χαλυβδοϋφάσματα. Γίνονται συγκρίσεις μεταξύ δοκών χωρίς και με ενίσχυση και σύγκριση εξισώσεων υπολογισμού. Οι επεμβάσεις αφορούν σε καμπτική ενίσχυση στην στήριξη ή στο άνοιγμα της δοκού ή διατμητική ενίσχυση. Σχήμα 4. Πειραματική διάταξη
300 250 200 150 100 50 0 M.D.DISP. - APPL.FORCE SVS SVM SCM SS3X2M SS12XM mm 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 300 250 200 150 100 50 0 M.D.DISP. - APPL.FORCE IS3X2M IVM IS12XM ICM mm 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 M.D.DISP. - APPL.FORCE IS3X2S-M IVS ICS-M IS12XS-M mm 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 Σχήμα 5. Διαγράμματα αντοχής - βύθισης δοκιμίων και δοκίμιο με ενίσχυση έναντι διάτμησης με χαλυβδοϋφάσματα. Στη συνέχεια δίνεται η αναλυτική εκτίμηση της καμπτικής και διατμητικής αντοχής των δοκιμίων. Για την αύξηση της καμπτικής αντοχής λόγω των ενισχύσεων η σχέση που χρησιμοποιείται είναι: M R, A E h G x (6) δ G 1000 ε 2000 ε 8 1000 ε 4 6 1000 ε 3000 ε 4 2 3000 ε 2 or ε or 0.002 0.002 ε 0.0035 Τα σύμβολα έχουν την συνήθη σημασία τους. Για την διατμητική αντοχή οι σχέσεις υπολογισμού είναι: 2 w V 0.9 2 Rd, d dd, e, W t ot ot sin (7) s
Ελληνική Επιστημονική Εταιρία Ερευνών Σκυροδέματος (ΕΠΕΣ) ΤΕΕ / Τμήμα Κεντρικής Μακεδονίας Πανελλήνιο Συνέδριο Σκυροδέματος «Κατασκευές από Σκυρόδεμα» Θεσσαλονίκη,, 10-12 Νοεμβρίου 2016 dd,e,w είναι η ενεργός αντοχή αποκόλλησης (σχεδιασμού) η οποία δίνεται για περιτυλιγμένες λωρίδες σύνθετου υλικού, ως: L sin 1 dd 1 k e 2z 2 Πίνακας 1. Αντοχές δοκιμίων. u, W ( R) ddd 1 L e sin z (8) Στο πλαίσιο της ενίσχυσης δοκών με σύνθετα υλικά η μεθοδολογία που δίνεται στο παρόν κεφάλαιο προσεγγίζει ικανοποιητικά τις αντοχές και τον τρόπο αστοχίας που παρατηρήθηκαν κατά τις πειραματικές δοκιμές. 5. ΜΕΤΑΛΛΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΠΛΑΙΣΙΩΝ ΔΟΚΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται αποτελέσματα από τη δοκιμή στο εργαστήριο μεταλλικών διατάξεων ενίσχυσης, πλαισίων δοκών υποστυλωμάτων,, έναντι σεισμικών φορτίσεων. Πρόκειται για μηχανισμό με δύο επίπεδα αντίστασης, με μηχανισμό τριβής και με στοιχείο δεσμού το οποίο ενεργοποιείται σε προκαθορισμένο επίπεδο μετακινήσεων. Για τον υπολογισμό της συνεισφοράς του μηχανισμού αυτού στην ανάληψη σεισμικών δράσεων έγινε υπλογισμός με βάση την ροπή στρέψης που εφαρμόσθηκε στους κοχλίες και τους συντελεστές αναγωγής που προσδιορίσθηκαν.
Ελληνική Επιστημονική Εταιρία Ερευνών Σκυροδέματος (ΕΠΕΣ) ΤΕΕ / Τμήμα Κεντρικής Μακεδονίας Πανελλήνιο Συνέδριο Σκυροδέματος «Κατασκευές από Σκυρόδεμα» Θεσσαλονίκη,, 10-12 Νοεμβρίου 2016 Εικόνα 6. Σχηματική παράσταση του μηχανισμού και άποψη του δοκιμίου. Πίνακας 2. Πειραματικές και υπολογιζόμενες αντοχές δοκιμίων LOAD V R SPECIMEN V R0 at V Rma ax at Coe iient δ=00 δ max Medium Value BFS3 BFS5 8.65 13. 05 14.49 20.400 V R0 /0.3=29 V R0 /0.5=26 29 BFS7 BFS7L BFD3 BFD5 20. 10 21. 10 20. 75 33. 90 22.25 With link 94.20 29.75 51.000 V R0 /0.7=29 V R0 /0.7=30 V R0 /0.3=69 V R0 /0.5=68 70 BFD7 BFD7L 49. 90 49. 55 70.49 With link 133.30 V R0 /0.7=71 V R0 /0.7=71 V R0 alulated at δ= =0 Vmax alulated V R0 : Διατμητική αντίσταση κατά την διέλευση από τη θέση ισορροποίας V Rmax : Διατμητική αντίσταση κατά την μέγιστη μετατόπιση Single 1.60 V R0,al l Double 1.44 V R0, 0.3 29=8.7 1.60 8.7=13.9 0.5 29=14.7 1.60 14.7=23.5 0.7 29=20.3 1.60 20.3=32.5 0.7 29=20.3 ------- 0.3 70=21.0 1.44 21.0=30.2 0.5 70=35.0 1.44 35.0=50.4 0.7 70=49.0 1.44 49.0=70.6 0.7 70=49.0 ------- al V R0exp /V V R0anal V max,exp p/v max.anal 0.99/1.04 0.89/0. 87 0.99/0.68 1.04/-- 0.99/0.99 0.97/1.01 1.02/1.00 1.01/--
6. ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΤΟΥ ΒΑΘΜΟΥ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΦΕΡΟΥΣΑΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ ΚΡΙΣΙΜΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ ΜΕ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται συσχέτιση του βαθμού βλάβης και του βαθμού απώλειας της φέρουσας ικανότητας κτιρίων με το κόστος αποκατάστασης και ενίσχυσης με βάση στοιχεία από τον σεισμό της Αθήνας 1999. Για τον σκοπό αυτό συλλέχθηκαν στοιχεία από φακέλους κτηρίων με βλάβες στους οποίους περιλαμβάνονταν στοιχεία για το κόστος αποκατάστασης των βλαβών. Στο σχήμα που ακολουθούν δίνονται οι παραπάνω συσχετίσεις σε συνάρτηση με τον χρωματικό χαρακτηρισμό που ίσχυε την περίοδο εκείνη για τα κτιρία με βλάβες σε πράσινα, κίτρινα και κόκκινα. [ΚΟΣΤΟΣ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ] [ΚΟΣΤΟΣ ΑΝΑΚΑΤΕΣΚΕΥΗΣ] 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.10 0.0 0.25 ΠΕΡΙΟΧΗ : ΑΝΩ ΛΙΟΣΙΑ-ΑΧΑΡΝΕΣ y = 0.9531x 2 + 0.0723x + 0.115 ΕΝΤΥΠΑ 0 0.2 0.4 0.6 0.8ΒΕΛΤΙΣΤΟ 1 ΠΟΛΥΩΝΥΜΟ 2ου ΕΙΚΤΗΣ ΒΛΑΒΗΣ φ ΒΑΘΜΟΥ Σχήμα 7. Συσχέτιση του δείκτη απώλειας φέρουσας ικανότητας της κρίσιμης στάθμης με το πηλίκο του κόστους επισκευής προς το κόστος ανακατασκευής. Διάγραμμα χρήσιμο κατά τις ανελαστικές αναλύσεις του ΚΑΝΕΠΕ. Αξιοποιούνται διατάξεις διεθνών κανονισμών και γίνονται συγκρίσεις σε επίπεδο αντοχών μεταξύ των τιμών που μετρήθηκαν κατά τις πειραματικές δοκιμές και των τιμών που προκύπτουν από αυτούς τους κανονισμούς. Συμπεραίνεται ότι ο ΚΑΝ.ΕΠΕ. αποτελεί έναν σύγχρονο κανονισμό με διατάξεις προσαρμοσμένες στα πρόσφατα επιτεύγματα της έρευνας σχετικά με τις επεμβάσεις στα κτίρια πολλά από τα οποία τεκμηριώνονται και επαληθεύονται και πειραματικά. 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο πλαίσιο της παρούσης εργασίας παρέχονται στοιχεία από την ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας και από πειραματικές δοκιμές, προς αξιοποίηση από τους μελετητές κατά την εφαρμογή διατάξεων του ΚΑΝ.ΕΠΕ. Συμπεραίνεται ότι ο κανονισμός αυτός αποτελεί έναν οδηγό στον οποίο προτείνονται ορθολογικές διατάξεις για τον έλεγχο και την αποτίμηση υφισταμένων κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Τονίζεται ότι υπάρχουν αρκετά θέματα τα οποία χρειάζονται πειραματική διερεύνηση και τεκμηρίωση στο πλαίσιο της βελτίωσης της πρακτικής αξίας και της εγκυρότητας του ΚΑΝ.ΕΠΕ. 1.00
8. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ T. Salonikios Analytial Predition o the Inelasti Response o R/C Walls with Low Aspet Ratio Journal o Strutural Engineering, ASCE, Vol. 133, No 6, June 2007, pp. 844-854. G.J. Mitolidis, T.N. Salonikios, A.J. Kappos, Test on RC beams strengthened at the span with externally bonded polymers reinored with arbon or steel obers Journal o Composites or Constrution, ASCE, Vol. 16, No. 5, 2012, 551-562. G.J. Mitolidis, T.N. Salonikios, A.J. Kappos, Test Results and Strength Estimation o R/C Beams Strengthened Against Flexural or Shear Failure by the Use o SRP and CFRP Composites Part B: Engineering, V. 43, no. 3, 2012, 1117 1129. P. K. Papadopoulos, T. N. Salonikios, S. A. Dimitrakis and A. P. Papadopoulos, Experimental investigation o a new steel rition devie with link element or seismi strengthening o strutures Strutural Engineering and Mehanis Journal, Vol. 46, No. 4, May 2013. Κάππος, Α., Λεκίδης, Β., Σαλονικιός, Θ., Αντωνιάδης, Κ., Παρασκευόπουλος, Η., Συσχέτιση της Δομικής Βλάβης Κτιρίων Ο/Σ με Οικονομικές Απώλειες: Βαθμονόμηση Βάσει Δεδομένων από το Σεισμό της Αθήνας (7-9-1999), 14 ο Εθνικό Συνέδριο Σκυροδέματος, Κως, 15-17 Οκτωβρίου 2003, Εργασία # 45, Τόμος Β, σελ. 484 495.