ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗΣ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΒΑΣΙΚΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΕΠΙΣΚΕΥΑΣΜΕΝΩΝ/ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΣτέφανοςΗ. ρίτσος Πανεπιστήµιο Πατρών 1 ο Στάδιο: Τεκµηρίωση υφιστάµενης κατάστασης ο Στάδιο: Αποτίµηση επάρκειας κατασκευής 3 ο Στάδιο: Λήψη απόφασης επέµβασης - Επιλογή λύσης 4 ο Στάδιο: Λευκωσία -Λεµεσός, εκέµβριος 008 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 1 Αρχικός σχεδιασµός λύσης 5ο Στάδιο: Κατασκευή του Έργου Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ Απαιτείται καλή γνώση των µέσων που διατίθενται για επεµβάσεις Υλικά και Τεχνολογίες Επεµβάσεων -Ειδικοί Τύποι Σκυροδέµατος -Πολυµερικές Κόλες (ρητίνες) -Επισκευαστικά Κονιάµατα -Επικολλητά Φύλλα από Χάλυβα - ιατµητικοί Σύνδεσµοι (Βλήτρα) Αγκύρια -Αγκυρώσεις και Συγκολλήσεις Νέων Ράβδων Οπλισµού -Σύνθετα Υλικά (Ινοπλισµένα Πολυµερή (FRP)) ΜΕΘΟ ΟΙ Προσθήκη Τοιχωµάτων (α) Εµφατνούµενα (προτιµότερη επιλογή) (β) Εξωτερικά εν επαφή µε τα πλαίσια του φορέα (προσοχή!) ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΩΣ ΣΥΝΟΛΟ ικτυωτά Συστήµατα Προσθήκη Πτερυγίων σε Υποστυλώµατα Μανδύες (α) από Ο.Σ. (β) από µεταλλικά στοιχεία (γ) από σύνθετα υλικά Ειδικότερες Τεχνικές για : -Υποστυλώµατα -Τοιχώµατα - οκούς -Πλάκες -Κόµβους οκών-υποστυλωµάτων -Στοιχεία Θεµελίωσης Αντοχή & υσκαµψία Αντοχή & Πλαστιµότητα Πλαστιµότητα Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 3 Αντοχή & υσκαµψία Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 4
Ελαφρές Βλάβες (ρωγµές ΕΠΙΣΚΕΥΕΣ ΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ρητινενέσεις) Βαριές Βλάβες (αποδιοργάνωση σκυροδέµατος ή/και άνοιγµα συνδετήρων ή/και λυγισµό διαµήκων ράβδων αποκατάσταση ίσης διατοµής) Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 5 υνητικός Στόχος ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Αύξηση Καµπτικής Αντοχής Στοιχείου Αύξηση ιατµητικής Αντοχής Στοιχείου Αύξηση Πλαστιµότητας Στοιχείου Μέθοδος Χρήση έγχυτου ή εκτοξευόµενου Σκυροδέµατος ή Ειδικών Κονιαµάτων Στρώσεις (µονόπλευρες, n πλευρες) Μανδύες Χρήση Χαλύβδινων Στοιχείων Ελάσµατα Γωνιακά Χρήση Σύνθετων Υλικών από Ινοπλισµένα Πολυµερή Ελάσµατα Υφάσµατα Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 6 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Επικουρικός ρόλος παρουσία υφιστάµενου οπλισµού Προϋπόθεση (ACI. 440-R): Ανάληψη φορτίων από την υπάρχουσα κατασκευή: 1.G + 0.85Q Μεγιστοποίηση ταχύτητας εκτέλεσης εργασίας Ελαχιστοποίηση αναστάτωσης Όχι για καµπτική ενίσχυση υποστυλωµάτων Υφάσµατα Ελάσµατα Φύλλα Λωρίδες Πλέγµατα!?!? Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 7 τάση (MPa) 5000 4000 3000 000 1000 0 Μηχανικά Χαρακτηριστικά Σύνθετων Υλικών Carbon FRP Aramid FRP Gla FRP 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 13 14 15 16 17 *Παρατήρηση: όχι για ανάληψη θλιπτικών δυνάµεων Χάλυβας S500 παραµόρφωση (%) Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 8
Μείωση Αντοχής Μειωτικός συντελεστής CΕ για διάφορες συνθήκες περιβάλλοντος (ACI- 440) Συνθήκες Περιβάλλοντος ΙΟΠ Άνθρακας ΙΟΠ - Αραµίδιο ενίσχυση ΙΟΠ - Γυαλί Εσ. οπλισµός ενίσχυση Εσ. οπλισµός Εσωτερικοί χώροι 1.0 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 Εξωτερικοί χώροι 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 Ιδιαίτερα διαβρωτικό περιβάλλον n/ 0.85 n/ 0.70 n/ 0.50 ενίσχυση 1. Επιδιώκεται Μονολιθικότητα - Μεγίστη ενεργοποίηση νέων στοιχείων - Μικρότερες αβεβαιότητες προσοµοιωµάτων. Εξασφαλίζεται η συνεργασία (µεταφορά δυνάµεων) στις συνδέσεις παλαιών-νέων στοιχείων - Έλεγχοι επάρκειας διεπιφανειών αγκυρώσεων συνδέσµων ffk = CΕ ffk Επιρροή µόνιµης σταθερής τάσης (ερπυσµός) 3. Προσδιορίζεται η ικανότητα του νέου, σύνθετου, στοιχείου Στατική κόπωση - Creep Rapture Stre (ACI- 440) - Λαµβάνοντας υπ όψιν τις ολισθήσεις ΙΟΠ Άνθρακας ΙΟΠ - Αραµίδιο ΙΟΠ - Γυαλί 0.55 ffκ 0.3 ffκ 0.0 ffκ Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ Γενικές Απαιτήσεις Εσ. οπλισµός όριο αντοχής ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ - Χρήση γrd 9 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 10 11 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 1 προβληµατική η ανάληψη µονίµων φορτίων ΜΑΝ ΥΕΣ Ο.Σ. Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ
ΕΛΕΓΧΟΙ ΣΥΝ ΕΣΕΩΝ - ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ R jd = Αντίστασησύνδεσης Θλιπτική Εφελκυστική ιατµητική S R jd S jd = Αντίστοιχη δρώσα δύναµη Η αστοχία του ενισχυµένου πρέπει να προηγείται της αστοχίας της διεπιφάνειας jd ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ Σεθλίψη - µε βάση τη θλιπτική αντοχή του ασθενέστερου υλικού Σε εφελκυσµό - επιτρέπεται να λαµβάνεται υπ όψιν η εφελκυστική αντοχή αποκόλλησης (υπό αξιόπιστες και πλήρως ελέγξιµες συνθήκες κατασκευής & συντήρησης) - µε πρόσθετους οπλισµούς - αγκύρια Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 13 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 14 ΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Για ανεκτή τιµή σχετικής ολίσθησης ανάλογα µε την σκοπούµενη στάθµη επιτελεστικότητας, υπολογίζονται οι αντιστάσεις που αναπτύσσονται για το σύνολο των διαθέσιµων µηχανισµών. Συνοχή Τριβή - ορθές τάσεις από εξωτερικές δράσεις - ορθές τάσεις από αντίσταση εξόλκευσης εγκάρσιων οπλισµών Βλήτρα Ανεκτή τιµή ολίσθησης Στάθµη Επιτελεστικότητας Α : 0, mm B : 0,8 mm Γ : 1,5 mm Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 15 Συνοχή : τ f ότανσ ο = 0 τ (N/mm ) 4 3 1 ΣΥΝΟΧΗ Τραχιά διεπιφάνεια µε συνοχή Τραχιά διεπιφάνεια χωρίς συνοχή Λεία διεπιφάνεια µε συνοχή 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 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 16 β) σε διεπιφάνειες κάθετα στις οποίες ασκείται θλιπτική τάση
ΤΡΙΒΗ Τριβή : διατµητικήτάσητ f ότανσ ο 0 Λεία ιεπιφάνεια τ = 0,4 σ f cd = 0,15 σ f cd τ u = µ σ 0 3 0 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 17 µ max σ = 0,44 f c Υπόανακύκληση: όπου Π.χ. n=5 τ = τ f,n f( 1 0,15 n 1) n: πλήθοςκύκλων τ = 0, 7 τ Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ f,n f 18 Τραχεία ιεπιφάνεια ( ) 1/3 τ = 0,4 f σ f cd cd τ (1) 0, 5 = 1,14 τ u f u 3 τ () > 0, 5 = 0, 81+ 0,19 u τf u f 1/ /3 τ f 1/ 3 u c Υπόανακύκληση: = 0, 05 ( n 1) τ1 σc u όπου n: πλήθοςκύκλων τ 1 (): διατµητικήαντίστασηκατάτον 1 ο κύκλο για επιβαλλόµενη ολίσθηση f =,00 mm Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 19 Χρήση Αεροµατσάκονου για Εκτράχυνση της ιεπιφάνειας Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 0
Πρόσθετη Τριβή ΟΠΛΙΣΜΕΝΕΣ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ 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 intzeleou, 1987) (1) Όταν εφαρµόζεται ιατµητική Τάση Οπλισµένες ιεπιφάνειες Αντίσταση Τριβής ( ) 1/3 τ = 0,4 f σ +ρ f 0,3 f f 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 (5) ΑσκείταιΘλιπτικήΤάση (σ c ) στη διεπιφάνεια ράση Σφικτήρα (6) Πρόσθετη Τριβή Πρόσθετη ιατµητική Αντίσταση Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 1 Όπου: ρ= Εµβαδόν ιατοµήςτωνχαλύβδινωνράβδωντης ιεπιφάνειας Εµβαδόν ιατοµής των Επιφανειών Επαφής Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ f mm Οπλισµένες ιεπιφάνειες ράση Βλήτρου ΜΗΧΑΝΙΣΜΟI ΡΑΣΗΣ ΒΛΗΤΡΟΥ ΚΑΙ ΑΓΚΥΡΙΟΥ -N (α) +N (β) N R (γ) (δ) Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 3 Τύποι φόρτισης (α) ράση βλήτρου (β),(γ) ράσηαγκυρίου (δ) Συνδυασµένη δράση βλήτρου και αγκυρίου Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 4
(, ) = min, a, b,, c Αντοχή Βλήτρου (α) (β) A f, a = 3 yd = 1,3 d f.f γ,b b cd yd m 1 ος τύποςαστοχίας ος τύποςαστοχίας 1/5 o 1,1 l b 3/,c = db fcd cp N γc db ( ) ος τύπος αστοχίας 3 ος Τύποι αστοχίας από δράση βλήτρου α) Λόγω διαρροής χάλυβα, β) Λόγω αστοχίας περιβάλλοντος σκυροδέµατος, γ) Λόγω απόσχισης πλευρικού κώνου. (γ) o, c =, c a1.. a 3 1 t a = 1,4 a c p 1,0 [ ( ) ] 0 min max min = max 0,3+ 0,7cn /1,5 c p, cn + cn / 3,5c p 1, Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 6 ΕΠΙΡΡΟΗ ΜΗΚΟΥΣ ΕΜΠΗΞΗΣ ΒΛΗΤΡΟΥ Για l e 8d b : u Για l e = 6d b : = 0,6 u Για 6d b < l e < 8d b : Γραµµική Παρεµβολή Για l e < 6d b : Ανεπαρκές 3d b 5d b d b 6d b Ελάχιστη απαιτούµενη επικάλυψη οπλισµού για πλήρη ενεργοποίηση της ράσης Βλήτρου Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 7 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 8
ιατµητική Αντίσταση ράσης Βλήτρου = 1,3 d f f 1 u,µον. b c y = u,ανακ. u,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 u u F F u b Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 9 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 30 (α) (β) Αστοχία αγκυρίου λόγω ολίσθησης (Γ τύπος) (γ) Αστοχία λόγω απόσχισης ή διάρρηξης σκυροδέµατος (Β τύπος) Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 31 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 3
ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΑΓΚΥΡΙΟΥ (Για τεµάχια ράβδων οπλισµού νευροχάλυβα πακτωµένων µέσω ρητίνης) 1. ιαρροή του αγκυρίου: N = A f yd yd. Αστοχία συνάφειας µεταξύ αγκυρίου και συνδετικού υλικού (ρητίνης): N = f bk l e π d b bd γ b f bk : χαρακτηριστικήτιµήαντοχήςσυνάφειαςσκυροδέµατος γ b = 1,3 3. Αστοχία συνάφειας µεταξύ συνδετικού υλικού (ρητίνης) περιβάλλοντος σκυροδέµατος: 4,5 π l e fck D 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) Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 33 και ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗ ΡΑΣΗΣ ΒΛΗΤΡΟΥ ΑΓΚΥΡΙΟΥ a a d N d + = 1 N N d /N α= εάνοιτιµέςσχεδιασµού and N προκύπτουναπόαστοχίατουχάλυβα α=1,5 εάν οι ως άνω τιµές προκύπτουν από άλλες µορφές αστοχίας α=1 λαµβάνεται ως µία συντηρητική απλοποίηση 3/ 3/ Nd + Sd = 1 Nyd προσεγγιστική εκτίμηση d / Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 34 (ΚΑΝ.ΕΠΕ.) Αλληλεπίδραση µηχανισµών ανάληψης διατµητικού φορτίου f+c fy Χρήση Χαλύβδινων Βλήτρων και Εκτράχυνση της Επιφάνειας σε Υφιστάµενο Υποστύλωµα f+c,u S f,u mm α) ράση συνοχής και τριβής fy,u S S y,u S [mm] [mm] β) ράση τριβής λόγω εγκάρσιου οπλισµού d tot,u d,u γ) ράση βλήτρου S d,u 0,d b S [mm] interface R, total i = κάθε ανεξάρτητη διατµητική αντίσταση δ) ράση όλων των µηχανισµών = Σ S [mm] Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 35 Ri = τιµήπουαντιστοιχείσεµιασυνηθισµένηολίσθησηδιεπιφάνειας Ri S tot,u ΗΣ. πιο Η. ΡΙΤΣΟΣ διαδεδοµένη µέθοδος για επίτευξη επαρκούς σύνδεσης στη διεπιφάνεια 36
ΑΠΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΑΤΜΗΤΙΚΩΝ ΥΝΑΜΕΩΝ ΣΕ ΟΠΛΙΣΜΕΝΕΣ ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ Μεταφορά υνάµεων µε Ηλεκτροσυγκολλήσεις = β F + β F Rd,int D ud F F d b Γιαµικρέςτιµές < 0,40 mm : β D = 0,7 καιβ F = 0,4 (π.χ. Στάθµη Επιτελεστικότητας Α) Γιαµεγάλεςτιµές =,0 mm : β D = 0,7 καιβ F = 0,8 (π.χ. Στάθµη Επιτελεστικότητας Γ) = A. συγκολ. S f yd 5d b 00mm 5d b d b /3 Συγκόλληση κατά παράθεση Γιαάγνωστεςτιµές : β D = 0,6καιβ F = 0,7 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 37 4d b d b 4d b db /3 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 38 Συγκόλληση µε λωρίδες Ηλεκτροσυγκολλήσεις µε Εύκαµπτους Συνδέσµους (Χαλύβδινοι Αναρτήρες) Προσοµοίωµα Εύκαµπτων Συνδέσµων (Taio, 004) new bar T h old bar Όταν συµβαίνει στη διεπιφάνεια, τότε το ένα άκρο του αναρτήρα επιµηκύνεται κατά Το άλλο βραχύνεται / T Εφελκυστικές και Θλιπτικές Τάσεις ενεργοποιούνται στα άκρα: / ε b = = h h και σ =Ε f b yb h Μεταφέρεται ύναµη µεταξύ των Οπλισµών: T = Ab E ( / h ) Ty = Abfyb Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 39 Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 40
Μεταφορά ύναµης Ολίσθηση ιεπιφάνειας ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΕΥΚΑΜΠΤΩΝ ΣΥΝ ΕΣΜΩΝ 1. 1.0 0.8 T = A y b f yb h T/Ty 0.6 h = 60 mm 0.4 h = 10 mm 0. 0.0 0.0 0.1 0. 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 (mm) Ο Μηχανισµός δραστηριοποιείται για πολύ µικρή Ολίσθηση Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 41 A =σ / E A = E A= h h = 0,15 x00 A u 0 h A = = 10 h A h u Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ γ 4 Rd= cr E = 0,15 mm = 00GPa ~ 10 α α 50mm (α) ΥΣΚΑΜΠΤΟΙΣΥΝ ΕΣΜΟΙ 5d b Μίαήδύοκαβίλλιες (d b 14mm) συγκολ. = A f yd / ~ 10 α 5d b 5d b παλαιά ράβδος 0 mm h α>50mm (β) ΕΥΚΑΜΠΤΟΙΣΥΝ ΕΣΜΟΙ 5d b νέα ράβδος Σύνδεσµοι τύπου Ω (d b 14 mm) A. συγκολ = 10 < Afyd h [kn, mm] Σ. Η. ΡΙΤΣΟΣ 43