ΒΑΙΚΑ ΠΡΟΟΜΟΙΩΜΑΤΑ ΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΠΙΚΕΥΑΜΕΝΩΝ/ΕΝΙΧΥΜΕΝΩΝ ΤΟΙΧΕΙΩΝ 1 ο τάδιο: Τεκµηρίωση υφιστάµενης κατάστασης ο τάδιο: ΠΛΑΙΙΟ ΧΕ ΙΑΜΟΥ ΕΙΜΙΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΗ ΥΦΙΤΑΜΕΝΩΝ ΚΑΤΑΚΕΥΩΝ Αποτίµηση επάρκειας κατασκευής τέφανοςη. ρίτσος. Πανεπιστήµιο Η. Πατρών Δ Ρ Ι Τ Ο 3 ο τάδιο: Λήψη απόφασης επέµβασης - Επιλογή λύσης 4 ο τάδιο: Λευκωσία -Λεµεσός, εκέµβριος 008 1 Αρχικός σχεδιασµός λύσης 5ο τάδιο: Κατασκευή του Έργου Απαιτείται καλή γνώση των µέσων που διατίθενται για επεµβάσεις ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΙΜΙΚΗ ΕΝΙΧΥΗ ΤΗ ΚΑΤΑΚΕΥΗ Ω ΥΝΟΛΟ Υλικά και Τεχνολογίες Επεµβάσεων -Ειδικοί Τύποι κυροδέµατος -Πολυµερικές Κόλες (ρητίνες) -Επισκευαστικά. Κονιάµατα Η. Δ Ρ Ι Προσθήκη Τ Τοιχωµάτων Δικτυωτά Ο Προσθήκη Πτερυγίων (α) Εµφατνούµενα σε Υποστυλώµατα -Επικολλητά Φύλλα από Χάλυβα (προτιµότερη επιλογή) υστήµατα -Διατµητικοί ύνδεσµοι (Βλήτρα) Αγκύρια (β) Εξωτερικά εν επαφή µε τα πλαίσια του φορέα (προσοχή!) -Αγκυρώσεις και υγκολλήσεις Νέων Ράβδων Οπλισµού -ύνθετα Υλικά (Ινοπλισµένα Πολυµερή (FRP)) Μανδύες (α) από Ο.. (β) από µεταλλικά στοιχεία (γ) από σύνθετα υλικά Ειδικότερες Τεχνικές για : -Υποστυλώµατα -Τοιχώµατα -Δοκούς -Πλάκες -Κόµβους Δοκών-Υποστυλωµάτων -τοιχεία Θεµελίωσης Αντοχή & Δυσκαµψία Αντοχή & Πλαστιµότητα Πλαστιµότητα 3 Αντοχή & Δυσκαµψία 4
Ελαφρές Βλάβες (ρωγµές ΕΠΙΚΕΥΕ ΔΟΜΙΚΩΝ ΤΟΙΧΕΙΩΝ ρητινενέσεις) Βαριές Βλάβες (αποδιοργάνωση σκυροδέµατος ή/και άνοιγµα συνδετήρων ή/και λυγισµό διαµήκων ράβδων αποκατάσταση ίσης διατοµής) 5 υνητικός τόχος ΕΝΙΧΥΕΙ ΔΟΜΙΚΩΝ ΤΟΙΧΕΙΩΝ Αύξηση Καµπτικής Αντοχής τοιχείου Αύξηση ιατµητικής Αντοχής τοιχείου Αύξηση Πλαστιµότητας τοιχείου Μέθοδος Χρήση έγχυτου ή εκτοξευόµενου κυροδέµατος ή Ειδικών Κονιαµάτων τρώσεις (µονόπλευρες, n πλευρες) Μανδύες Χρήση Χαλύβδινων τοιχείων Ελάσµατα Γωνιακά Χρήση ύνθετων Υλικών από Ινοπλισµένα Πολυµερή Ελάσµατα Υφάσµατα 6 ΕΝΙΧΥΕΙ ΜΕ ΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Επικουρικός ρόλος παρουσία υφιστάµενου οπλισµού Προϋπόθεση (ACI. 440-R): Ανάληψη φορτίων από την υπάρχουσα κατασκευή: 1.G + 0.85Q. Η. Δ Ρ Ι Τ Carbon FRP Ο Μεγιστοποίηση ταχύτητας εκτέλεσης εργασίας 4000 Aramid FRP Υφάσµατα Ελαχιστοποίηση αναστάτωσης 3000 Ελάσµατα Gla FRP Όχι για καµπτική ενίσχυση υποστυλωµάτων Φύλλα 000 Λωρίδες Πλέγµατα τάση (MPa) 5000 1000 Μηχανικά Χαρακτηριστικά ύνθετων Υλικών Χάλυβας S500!?!? 7 0 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 13 14 15 16 17 παραµόρφωση (%) *Παρατήρηση: όχι για ανάληψη θλιπτικών δυνάµεων 8
Μείωση Αντοχής Μειωτικός συντελεστής CΕ για διάφορες συνθήκες περιβάλλοντος (ACI- 440) υνθήκες Περιβάλλοντος ΙΟΠ Άνθρακας ΙΟΠ - Αραµίδιο ενίσχυση ΙΟΠ - Γυαλί Εσ. οπλισµός ΕΠΕΜΒΑΕΩΝ Γενικές Απαιτήσεις Εσ. οπλισµός ενίσχυση Εσ. οπλισµός Εσωτερικοί χώροι 1.0 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 Εξωτερικοί χώροι Ιδιαίτερα διαβρωτικό περιβάλλον 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 ενίσχυση 1. Επιδιώκεται Μονολιθικότητα - Μεγίστη ενεργοποίηση νέων στοιχείων - Μικρότερες αβεβαιότητες προσοµοιωµάτων n/ 0.85 n/ 0.70 n/ 0.50 Επιρροή µόνιµης σταθερής τάσης (ερπυσµός) 3. Προσδιορίζεται η ικανότητα του νέου, σύνθετου, στοιχείου τατική κόπωση - Creep Raptre Stre (ACI- 440) - Λαµβάνοντας υπ όψιν τις ολισθήσεις ΙΟΠ Άνθρακας ΙΟΠ - Αραµίδιο ΙΟΠ - Γυαλί 0.55 ffκ 0.3 ffκ 0.0 ffκ - Χρήση γrd 9. Εξασφαλίζεται η συνεργασία (µεταφορά δυνάµεων) στις συνδέσεις παλαιών-νέων στοιχείων - Έλεγχοι επάρκειας διεπιφανειών αγκυρώσεων συνδέσµων ffk = CΕ ffk όριο αντοχής ΧΕ ΙΑΜΟ 10 προβληµατική η ανάληψη µονίµων φορτίων ΜΑΝΔΥΕ Ο.. 11 1
RSΕΛΕΓΧΟΙ ΥΝ ΕΕΩΝ - Rjd ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝjd εθλίψη ΑΝΤΙΤΑΗ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑ jd= Αντίστασησύνδεσης - µε βάση τη θλιπτική αντοχή του ασθενέστερου υλικού Θλιπτική Εφελκυστική. = Αντίστοιχη ιατµητικήjdη. Δ Ρ Ι ε Τ εφελκυσµό Ο - επιτρέπεται να λαµβάνεται υπ όψιν η εφελκυστική αντοχή αποκόλλησης δρώσα δύναµη (υπό αξιόπιστες και πλήρως ελέγξιµες συνθήκες κατασκευής & συντήρησης) - µε πρόσθετους οπλισµούς - αγκύρια Η αστοχία του ενισχυµένου πρέπει να προηγείται της αστοχίας της διεπιφάνειας 13 14 ΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΤΑΗ ΥΝΟΧΗ υνοχή : τ f ότανσ ο = 0 Για ανεκτή τιµή σχετικής ολίσθησης ανάλογα µε την σκοπούµενη στάθµη 4 επιτελεστικότητας, υπολογίζονται οι αντιστάσεις που αναπτύσσονται για το Τραχιά διεπιφάνεια µε συνοχή 3 σύνολο των διαθέσιµων µηχανισµών. υνοχή Τραχιά διεπιφάνεια χωρίς συνοχή Τριβή - ορθές τάσεις από εξωτερικές δράσεις Λεία διεπιφάνεια µε συνοχή 1 - ορθές τάσεις από αντίσταση εξόλκευσης εγκάρσιων οπλισµών Βλήτρα Ανεκτή τιµή ολίσθησης τάθµη Επιτελεστικότητας Α : 0, mm B : 0,8 mm Γ : 1,5 mm 15 τ (N/mm ) 0 0 0.1 0. 0.3 0.4 0.5 0.6 (mm) -Λείεςεπιφάνειες: 0,5 f ct - ιεπιφάνειεςµετεχνητήτράχυνση: 0,75 f ct -Νέοσκυρόδεµα: 1,00 f ct - Μέγιστη τιµή συνοχής αντιστοιχεί σε πολύ µικρές τιµές σχετικής ολίσθησης Η συνοχή δεν λαµβάνεται υπόψη: α) σε ελέγχους για οριακή κατάσταση αστοχίας 16 β) σε διεπιφάνειες κάθετα στις οποίες ασκείται θλιπτική τάση
ΤΡΙΒΗ Τριβή : διατµητικήτάσητ f ότανσ ο 0 Λεία ιεπιφάνεια τ = 0,4 σ fd cd = 0,15 σ fd cd τ = µ σ 0 3 0 17 µ max σ = 0,44 f c Υπόανακύκληση: όπου Π.χ. n=5 ( 1 0,15 n 1 fd,n fd ) τ = τ n: πλήθοςκύκλων τ = 0, 7 τ fd,n fd 18 Τραχεία ιεπιφάνεια ( ) 1/3 τ = 0,4 f σ fd cd cd τ. Η. (1) 0, 5 1,14 3 Δ = τ Ρ Ι Τ Ο fd τ () > 0, 5 = 0, 81+ 0,19 τ fd fd 1/ /3 τ f 1/ 3 c Υπόανακύκληση: = 0, 05 ( n 1) τ1 σc όπου n: πλήθοςκύκλων τ 1 (): διατµητικήαντίστασηκατάτον 1 ο κύκλο για επιβαλλόµενη ολίσθηση fd =,00 mm 19 Χρήση Αεροµατσάκονου για Εκτράχυνση της ιεπιφάνειας 0
Πρόσθετη Τριβή ΟΠΛΙΜΕΝΕ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΕ Όταν µια Χαλύβδινη Ράβδος διαπερνά µια ιεπιφάνεια, µπορεί να προκύψει δράση σφικτήρα, εάν: Η επιφάνεια του υφιστάµενου σκυροδέµατος έχει εκτραχυνθεί Η χαλύβδινη ράβδος είναι επαρκώς αγκυρωµένη (Taio and intzeleo, 1987) (1) Όταν εφαρµόζεται ιατµητική Τάση Οπλισµένες ιεπιφάνειες Αντίσταση Τριβής ( ) 1/3 τ = 0,4 f σ +ρ f 0,3 f fd cd cd yd cd () ΠροκαλείταιΟλίσθηση (3) Ανοίγει η Επιφάνεια Επαφής(επειδή εξαιτίας της τραχύτητας η µια επιφάνεια κινείται πάνω στην άλλη) (4) Ενεργοποιείται Εφελκυστική ύναµη στη χαλύβδινη ράβδο mm fd (5) ΑσκείταιΘλιπτικήΤάση (σ c ) στη διεπιφάνεια ράση φικτήρα (6) Πρόσθετη Τριβή Πρόσθετη ιατµητική Αντίσταση 1 Όπου: ρ= Εµβαδόν ιατοµήςτωνχαλύβδινωνράβδωντης ιεπιφάνειας Εµβαδόν ιατοµής των Επιφανειών Επαφής Οπλισµένες ιεπιφάνειες ράση Βλήτρου ΜΗΧΑΝΙΜΟI ΡΑΗ ΒΛΗΤΡΟΥ ΚΑΙ ΑΓΚΥΡΙΟΥ -N (α) (β) N +N R (γ) (δ) 3 Τύποι φόρτισης (α) ράση βλήτρου (β),(γ) ράσηαγκυρίου (δ) υνδυασµένη δράση βλήτρου και αγκυρίου 4
(, ) d = min d, a d, b, d, c Αντοχή Βλήτρου (α) (β) A f d, a = 3 yd = 1,3 d f.f γ d,b b cd yd m 1 ος τύποςαστοχίας ος τύποςαστοχίας 1/5. Η. Δ Ρ Ι Τ o 1,1 l b 3/ d,c = db fcd cp ( N) Ο 3 ος τύπος γc db αστοχίας (γ) o d, c = d, c. a1. a Τύποι αστοχίας από δράση βλήτρου α) Λόγω διαρροής χάλυβα, β) Λόγω αστοχίας περιβάλλοντος σκυροδέµατος, γ) Λόγω απόσχισης πλευρικού κώνου. 3 1 c p t a = 1,4 a 1,0 [ ( ) ] 0 min max min = max 0,3+ 0,7cn /1,5 c p, cn + cn / 3,5c p 1, 6 ΕΠΙΡΡΟΗ ΜΗΚΟΥ ΕΜΠΗΞΗ ΒΛΗΤΡΟΥ Για l e 8d b :. Η. Δ Ρ Ι Τ Ο 5d b Για l e = 6d b : = 0,6 d b 3d b Για 6d b < l e < 8d b : Γραµµική Παρεµβολή Για l e < 6d b : Ανεπαρκές 6d b Ελάχιστη απαιτούµενη επικάλυψη οπλισµού για πλήρη ενεργοποίηση της ράσης Βλήτρου 7 8
ιατµητική Αντίσταση ράσης Βλήτρου = 1,3 d f f 1,µον. b c y =,ανακ.,µον. Οπλισµένες ιεπιφάνειες ράση Αγκυρίου Αστοχία αγκυρίου λόγω διαρροής χάλυβα (Α τύπος) 4 3 F F = 0,d +,3d d -0,5 d 0,d F F b d d 9 30 (α) (β) Αστοχία αγκυρίου λόγω ολίσθησης (Γ τύπος) (γ) Αστοχία λόγω απόσχισης ή διάρρηξης σκυροδέµατος (Β τύπος) 31 3
ΧΕ ΙΑΜΟ ΑΓΚΥΡΙΟΥ (Για τεµάχια ράβδων οπλισµού νευροχάλυβα πακτωµένων µέσω ρητίνης) 1. ιαρροή του αγκυρίου: N = A f yd yd ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΗ ΡΑΗ ΒΛΗΤΡΟΥ ΑΓΚΥΡΙΟΥ a a d N d + = 1 N d d. Αστοχία συνάφειας µεταξύ αγκυρίου και συνδετικού υλικού (ρητίνης): N = f bk l e π d b bd 3/ 3/ γ b N d + Sd = 1 (ΚΑΝ.ΕΠΕ.) f bk : χαρακτηριστικήτιµήαντοχήςσυνάφειαςσκυροδέµατος γ b. Η. Δ Ρ Ι Τ Nyd d Ο = 1,3 N 3. Αστοχία συνάφειας µεταξύ συνδετικού υλικού (ρητίνης) και d /N d προσεγ περιβάλλοντος σκυροδέµατος: γιστική εκτίμησ 4,5 π l e fck D η N = ( mm,mpa cd ) γ c D =διάµετροςοπής γ =γ γ µεγ c1 = 1,8 (γιαεφελκυσµό) c c1 int καιγ int. = 1,0 έως 1,4 (ανάλογαµετιςσυνθήκες ποιότητας της εφαρµογής) 33 α= εάνοιτιµέςσχεδιασµού d and N dπροκύπτουναπόαστοχίατουχάλυβα α=1,5 εάν οι ως άνω τιµές προκύπτουν από άλλες µορφές αστοχίας α=1 λαµβάνεται ως µία συντηρητική απλοποίηση d / d 34 Αλληλεπίδραση µηχανισµών ανάληψης διατµητικού φορτίου f+c fy Χρήση Χαλύβδινων Βλήτρων και Εκτράχυνση της Επιφάνειας σε Υφιστάµενο Υποστύλωµα f+c fy,,. S f, Η. Δ S [mm] S S y, Ρ Ι Τ Ο mm [mm] α) Δράση συνοχής και β) Δράση τριβής λόγω εγκάρσιου τριβής οπλισµού d tot, d, γ) Δράση βλήτρου S d, 0,d b S [mm] interface R, total i = κάθε ανεξάρτητη διατµητική αντίσταση δ) Δράση όλων των µηχανισµών = S [mm]. Η. ΡΙΤΟ 35 Ri = τιµήπουαντιστοιχείσεµιασυνηθισµένηολίσθησηδιεπιφάνειας Ri S tot, Η. πιο Η. ΡΙΤΟ διαδεδοµένη µέθοδος για επίτευξη επαρκούς σύνδεσης στη διεπιφάνεια 36
Μεταφορά υνάµεων µε Ηλεκτροσυγκολλήσεις ΑΠΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΥΠΟΛΟΓΙΜΟ ΙΑΤΜΗΤΙΚΩΝ ΥΝΑΜΕΩΝ Ε ΟΠΛΙΜΕΝΕ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΕ Rd,int = βd FD + βf FFd db Για µικρές τιµές < 0,40 mm : βd = 0,7 και βf = 0,4 (π.χ. τάθµη Επιτελεστικότητας Α) 5db συγκολ. d Για µεγάλες τιµές =,0 mm : βd = 0,7 και βf = 0,8 (π.χ. τάθµη Επιτελεστικότητας Γ) = AS. f yd 5db 00mm db/3 υγκόλληση κατά παράθεση Για άγνωστες τιµές : βd = 0,6 και βf = 0,7 37 ኑ4db ኑ4db db ኑdb/3 38 υγκόλληση µε λωρίδες Ηλεκτροσυγκολλήσεις µε Εύκαµπτους υνδέσµους Προσοµοίωµα Εύκαµπτων υνδέσµων (Χαλύβδινοι Αναρτήρες) Αναρτήρες) (Taio, 004) h T new bar old bar Όταν συµβαίνει στη διεπιφάνεια, τότε το ένα άκρο του αναρτήρα επιµηκύνεται κατά / Το άλλο βραχύνεται Εφελκυστικές και Θλιπτικές Τάσεις ενεργοποιούνται στα άκρα: εb = / h = f yb και σb = Ε h h Μεταφέρεται ύναµη µεταξύ των Οπλισµών: T 39 T = Ab E ( / h ) Ty = Ab f yb 40
Μεταφορά ύναµης Ολίσθηση ιεπιφάνειας ΠΡΟΟΜΟΙΩΜΑ ΕΥΚΑΜΠΤΩΝ ΥΝ ΕΜΩΝ 1. 1.0 0.8 T = A y b f yb h T/Ty 0.6 h = 60 mm 0.4 A h = 10 mm =σ / E 0. A cr= 0,15 mm = E A= h h E= 00GPa 0.0 0,15 x00 A A 0.0 0.1 0. 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 = 0 h h (mm) Ο Μηχανισµός δραστηριοποιείται για πολύ µικρή Ολίσθηση 41 A = = 10 h d γ 4 Rd= ~ 10 α α 50mm (α) ΥΚΑΜΠΤΟΙΥΝ ΕΜΟΙ 5d b 5d b. Μίαήδύοκαβίλλιες (d b Η.. Δ συγκολ d = A f Ρ yd / Ι Τ Ο 14mm) ~ 10 α 5d b παλαιά ράβδος 0 mm h α>50mm (β) ΕΥΚΑΜΠΤΟΙΥΝ ΕΜΟΙ 5d b νέα ράβδος ύνδεσµοι τύπου Ω (d b 14 mm) A συγκολ = <. d 10 Afyd h [kn, mm] 43