Πειραµατική διερεύνηση υποστυλωµάτων σχεδιασµένων µε παλαιότερους Κανονισµούς σε διαξονική καταπόνηση

Πειραµατική διερεύνηση υποστυλωµάτων σχεδιασµένων µε παλαιότερους Κανονισµούς σε διαξονική καταπόνηση Χ. Α. Ζέρης Επίκουρος καθηγητής. Τοµέας οµοστατικής. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΕΜΠ. Γ. ροσόπουλος Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ. Λέξεις κλειδιά: Αντισεισµικός σχεδιασµός, οπλισµένο σκυρόδεµα, υποστυλώµατα, υφιστάµενες κατασκευές, πειραµατική διερεύνηση, διαξονική, λυγισµός οπλισµού. ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Η διαξονική καταπόνηση υποστυλωµάτων σε πλαίσια από οπλισµένο σκυρόδεµα δεν έχει επαρκώς τεκµηριωθεί για υποστυλώµατα υφισταµένων κατασκευών. Αντικείµενο της εργασίας αποτελεί η πειραµατική διερεύνηση της συµπεριφοράς επτά υποστυλωµάτων ΟΣ φυσικής κλίµακας, µε όπλιση (διαµήκη και εγκάρσια) παρόµοια µε τυπικές διατάξεις όπλισης που συναντώνται σε πρωτότυπη υφιστάµενη πενταόροφη κατασκευή καθώς και αντίστοιχη των σύγχρονων Κανονισµών. Τα δοκίµια ελέγχονται υπό συνθήκες ανακυκλιζόµενης καταπόνησης σε σταθερή διεύθυνση κατά τη διαγώνιο, παρουσία σταθερής θλιπτικής αξονικής δύναµης. Περιγράφονται οι πειραµατικές µετρήσεις και η αναλυτική προσοµοίωση µε πεπερασµένα στοιχεία, ενώ µελετάται ο τρόπος αστοχίας και οι δείκτες παρεχόµενης πλαστιµότητας και παραµορφωσιµότητάς τους για χρήση σε µελέτες ανασχεδιασµού. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Η υιοθέτηση των ανελαστικών µεθόδων (ανα)σχεδιασµού υφισταµένων κατασκευών από οπλισµένο σκυρόδεµα (ΟΣ) βάσει καθορισµένης επιτελεστικότητας που προωθείται µέσω της ανάπτυξης του Κανονισµού Επισκευών στην Ελλάδα ενώ, ήδη, έχει καθιερωθεί και στο εξωτερικό, καθιστά αναγκαίο τον καθορισµό αξιόπιστων δεικτών επιτελεστικότητας βάσει των οποίων αντιπαραβάλλεται προς έλεγχο µε την προβλεπόµενη απαίτηση, η (τοπική) συνήθως απόκριση των επί µέρους φορέων της κατασκευής. Η µεθοδολογία ελέγχου προβλέπει τη µόρφωση του µη γραµµικού προσοµοιώµατος της κατασκευής µε βάση τρέχουσας πρακτικής ή πλέον σύνθετα προσοµοιώµατα πεπερασµένων στοιχείων και στη συνέχεια την αποτίµηση της ανελαστικής απόκρισης µε ισοδύναµες στατικές µεθόδους ή µε στατιστική επεξεργασία προβλέψεων οµάδας εν χρόνω δυναµικών αναλύσεων. Αν και ο καθορισµός της αναµενόµενης απαίτησης γίνεται σε επίπεδο ολικών µετατοπίσεων, τελικά ο έλεγχος αποδοχής της κατασκευής γίνεται σε τοπικό επίπεδο, µε περιορισµό των πλαστικών στροφών στις κρίσιµες περιοχές, όπως αυτές προκύπτουν από τον υπολογισµό. Η εφαρµογή της µεθόδου, άρα, προϋποθέτει την ύπαρξη (πέρα από πολλές άλλες παραµέτρους) πειραµατικά καθορισµένων ορίων πλαστικής στροφής και πλαστιµότητας, λαµβάνοντας υπόψη τις παραµέτρους που τα επηρεάζουν. Η ανελαστική απόκριση των υποστυλωµάτων εξαρτάται (πέραν από τα χαρακτηριστικά των υλικών, το διατµητικό µήκος, την αξονική, το ποσοστό οπλισµού) και από τον τρόπο καταπόνησης, η οποία περιλαµβάνει, σε αντίθεση µε τις δοκούς και διαξονική συµπεριφορά. Η διαξονικότητα αυτή ενδέχεται να προέλθει (Zeris & Mahin, 1991) όχι µόνο από τη διέγερση ή τυχόν ασύµµετρη µόρφωση του φορέα, αλλά και λόγω της ανελαστικής απόκρισης της κατασκευής, που ενσωµατώνει ασυµµετρίες αντοχής και δυσκαµψίας, λόγω της µη γραµµικότητας του υλικού (ορθή ή διαγώνια ρηγµάτωση, διαρροή χάλυβα, αστοχία σε θλίψη). Το πρόβληµα 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 1

καθίσταται πλέον καθοριστικό στις υφιστάµενες κατασκευές από ΟΣ, των οποίων η µέθοδος σχεδιασµού τείνει υπό προϋποθέσεις να επικεντρώσει τις βλάβες στα κατακόρυφα αυτά στοιχεία. Με δεδοµένη τη χωρική συµπεριφορά, αναλυτικά προσοµοιώµατα της απόκρισης απλών συστηµάτων έδειξαν ότι η βλάβη που ενσωµατώνεται (υπό µορφή ενεργειακής απορρόφησης) είναι πολλαπλάσια των επίπεδων προβλέψεων και πρέπει να ληφθεί υπόψη (Zeris, 1991). Το πρόβληµα που διερευνάται άρα στην παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην πειραµατική αποτίµηση της ανελαστικής συµπεριφοράς, του τρόπου αστοχίας και των αντίστοιχων δεικτών συµπεριφοράς τυπικών υποστυλωµάτων που απαντώνται σε υφιστάµενες κατασκευές από ΟΣ, σε καταπόνηση κατά µήκος της διαγωνίου. Μελετώνται τρεις οµάδες δοµικών στοιχείων, για να ληφθούν υπόψη αφενός διαφορετικοί λόγοι ανηγµένου διατµητικού µήκους (και επιρροής της διάτµησης) και αφετέρου να συγκριθεί η συµπεριφορά µε αντίστοιχα στοιχεία που έχουν οπλισθεί βάσει των ισχυουσών αντισεισµικών κανονιστικών διατάξεων. 2 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΟΣ Παράλληλα µε την καταστατική προσοµοίωση αξονικών στοιχείων έχει δηµοσιευθεί ένας µεγάλος αριθµός συγκριτικών πειραµάτων µεταξύ υφισταµένων και σύγχρονα οπλισµένων ή (πλέον πρόσφατα), επισκευασµένων και ενισχυµένων κατακόρυφων στοιχείων (για µια εκτεταµένη αναφορά πειραµατικών αποτελεσµάτων βλέπε στη διεύθυνση του PEER, http://nisee.berkeley.edu/spd). Η πειραµατική έρευνα διευρύνεται τόσο σε στοιχεία υποστυλωµάτων υφιστάµενων κτιριακών έργων όσο και σε βάθρα υφιστάµενων γεφυρών, στα οποία επιβάλλεται κατά κύριο λόγο µονότονη ή ανακυκλιζόµενη καµπτική συµπεριφορά και αξονική. ύο δοκίµια κυκλικής και παραλληλόγραµµης διατοµής έλεγξαν σε ανακύκλιση οι Priestley & Benzoni (1996) ενώ οι Saadatmanesh, Ehsani & Jin (1996) και Saadatmanesh, Ehsani & Jin (1997 α), έλεγξαν πέντε δοκίµια βάθρων κυκλικής και πέντε παραλληλόγραµµης διατοµής σε κλίµακα 1/5, αντιπροσωπευτικά υφιστάµενων γεφυρών προ του 1971, που επέδειξαν προβληµατική συµπεριφορά σε σεισµό. Σε τρία από τα στοιχεία αυτά εφήρµοσαν παθητική περιτύλιξη στην παραλληλόγραµµη διατοµή, ενεργητική περιτύλιξη στην παραλληλόγραµµη διατοµή και εξωτερική περιτύλιξη οβάλ µε πλήρωση από σκυρόδεµα ταχείας πήξεως. Τέσσερα υποστυλώµατα συµβατικής όπλισης υφιστάµενων βάθρων (δύο κυκλικής και δύο παραλληλόγραµµης διατοµής) σε κλίµακα 0,20 υπέβαλαν σε πειραµατικό έλεγχο οι Saadatmanesh, Ehsani & Jin (1997 β). Τα δοκίµια, εφοδιασµένα µε ελλιπείς αναµονές και χαµηλή περίσφιγξη, αρχικά καταπονήθηκαν σε αύξουσα ανακυκλιζόµενη φόρτιση και κατόπιν επισκευάσθηκαν και ενισχύθηκαν µε ενεργή περίσφιξη ινοπλισµένων πολυµερών (ΙΝΟΠ) στην κρίσιµη ζώνη. Οι Mo, Yeh & Hsieh (2004) έλεγξαν πειραµατικά οκτώ υποστυλώµατα προβόλους κοίλης τετράγωνης διατοµής 50 επί 50 cm υπό ανακυκλιζόµενη φόρτιση και σταθερό αξονικό φορτίο, µε εναλλακτικά ποσοστά εγκάρσιας και διαµήκους ενίσχυσης από ΙΝΟΠ. Οι Saiidi & Cheng (2004) διεξήγαγαν πειράµατα σε δύο προβόλους βάθρων οκταγωνικής διατοµής µεταβλητών διαστάσεων, υπό κλίµακα 0,40, καταπονήθηκαν σε βαθµό δηµιουργίας σοβαρής βλάβης λόγω αστοχίας του διαµήκους οπλισµού τους και τα οποία κατόπιν επισκευάσθηκαν µε ΙΝΟΠ και επανελέγχθηκαν. Οι Lynn, Moehle, Mahin & Holmes (1996) έλεγξαν κατά την κύρια διεύθυνση οκτώ υποστυλώµατα φυσικής κλίµακας τετράγωνης διατοµής, υπό σταθερό αξονικό και αύξουσα εγκάρσια παραµόρφωση. Οµοίως, οι Iacobucci, Sheikh & Bayrak (2003) έλεγξαν επίσης οκτώ υποστυλώµατα τετράγωνης διατοµής, χρησιµοποιώντας µια παραλλαγή της διάταξης που χρησιµοποιήθηκε και στην παρούσα εργασία µε χρήση κόµβου και συµµετρικών δοκιµίων ελέγχου. Παρόµοια διάταξη διπλού δοκιµίου µε κόµβο χρησιµοποίησαν παλαιότερα και στο ΕΜΠ οι Lu, Vintzileou, Zhang & Tassios (1999) σε τετράγωνα δοκίµια συνεχούς περίσφιγξης υπό κλίµακες, όπου, λόγω ασυµµετρίας κατά την απόκριση υπήρξε τοπική στροφή του κόµβου. Για αυτό το λόγο στην παρούσα εργασία επιλέχθηκε η ενίσχυση του ενός των δύο τµηµάτων του 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 2

δοκιµίου. Πειράµατα ανακυκλιζόµενης φόρτισης σε τέσσερα υποστυλώµατα τετράγωνης διατοµής και φυσικής κλίµακας, µε ελλιπή περίσφιγξη, δηµοσίευσαν και οι Sause, Harries, Walkup, Pessiki & Ricles (2004). Τα πειράµατα, υπό µορφή προβόλου, περιελάµβαναν ένα δοκίµιο ελέγχου και τρία δοκίµια ενισχυµένα εγκαρσίως στην κρίσιµη περιοχή µε ΙΝΟΠ από άνθρακα. Αντικείµενο της µελέτης ήταν η µορφή αστοχίας του φορέα και η παρεχόµενη πλαστιµότητα στροφών, σε ανακυκλιζόµενη απόκριση, µε έµφαση στην αστοχία της περίσφιγξης των ΙΝΟΠ λόγω λυγισµού των ράβδων και της διόγκωσης του σκυροδέµατος. Μια πρόσφατη εµπεριστατωµένη πειραµατική εργασία σε αντιπροσωπευτικά στοιχεία από υφιστάµενους κτιριακούς φορείς υπό κλίµακα δηµοσιεύθηκε από τους Bousias, Triantafillou, Fardis, Spathis & O Reagan (2004). Έγιναν έλεγχοι σε είκοσι συνολικά ορθογωνικά υποστυλώµατα, εκ των οποίων τα µισά είχαν παρόµοια όπλιση η οποία είχε διαβρωθεί µε επιταχυνόµενη διαδικασία διάβρωσης. Τα πειράµατα έγιναν σε µια από τις δύο κύριες διευθύνσεις των υποστυλωµάτων (ξεχωριστά), είτε σε παρθένα ενισχυµένα δοκίµια είτε σε επισκευασµένα / ενισχυµένα µε ΙΝΟΠ δοκίµια που είχαν προηγουµένως υποστεί µεγάλες παραµορφώσεις. Επί πλέον, οι Kotsovos, Baka & Vougioukas. (2003) διεξήγαγαν επίσης σειρά πειραµάτων σε υποστυλώµατα µε διάφορες οπλισµικές διατάξεις, σε υπερστατικά δοκίµια µορφής συνεχούς φορέα δύο ανοιγµάτων, µέχρι την αστοχία. Οι παράµετροι του πειράµατος ήταν το εύρος του αξονικού, η µέθοδος υπολογισµού και όπλισης σε διάτµηση και η φόρτιση (µονοτονική ή ανακυκλιζόµενη µονοαξονικά). Επιπρόσθετα µε τις συµβατικές Κανονιστικές µεθόδους, διερευνήθηκε και η χρήση εναλλακτικού τρόπου υπολογισµού της αντοχής σε διάτµηση. Από την παραπάνω ανάλυση συµπεραίνεται ότι δεν έχει µελετηθεί επαρκώς η απόκριση αυτών καθαυτών είτε ενισχυµένων / επισκευασµένων υποστυλωµάτων µη κυκλικής διατοµής, σε φυσικές κλίµακες. Λόγω του ότι τα υποστυλώµατα, στην πληθώρα των υφιστάµενων δοµικών συστηµάτων, καλούνται κατά την ανελαστική απόκριση της κατασκευής να αποκριθούν στο χώρο και µε δεδοµένο ότι η αστοχία του ΙΝΟΠ ελέγχει σε ουσιαστικό βαθµό και τη φέρουσα ικανότητα του υποστυλώµατος µετά από την ενίσχυση ή επισκευή, κρίθηκε σκόπιµο να µελετηθεί η διαξονική απόκριση τετραγωνικών υποστυλωµάτων σε φυσική κλίµακα πριν και µετά την επέµβαση. 3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ Στα πλαίσια ενός εκτεταµένου Ερευνητικού προγράµµατος πειραµατικού ελέγχου υποστυλωµάτων από ΟΣ επισκευασµένων και/ή ενισχυµένων µε εφαρµογή ΙΝΟΠ που διενεργήθηκε στο Εργαστήριο Οπλισµένου Σκυροδέµατος ΕΜΠ, κατασκευάσθηκαν επτά δοκίµια τετράγωνης καθώς και έξη πρόσθετα δοκίµια παραλληλόγραµµης διατοµής (εκτός συµβατικής υποχρέωσης), µε σκοπό να ελεγχθούν αρχικά µέχρις αστοχίας στην παρθένα τους µορφή και κατόπιν να επισκευασθούν είτε και να ενισχυθούν µε ΙΝΟΠ και να επανελεγχθούν. Τα αποτελέσµατα των περαιτέρω πειραµάτων παρουσιάζονται αλλού. Όλα τα τετράγωνα δοκίµια υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόµενη εγκάρσια φόρτιση παρουσία σταθερής θλιπτικής αξονικής δύναµης, υπό συνθήκες διαξονικής καταπόνησης κατά τη διεύθυνση της διαγωνίου (παρθένα δοκίµια). Τα έξη από αυτά τα υποστυλώµατα κατόπιν επισκευάζονται ή/και µερικά, ενισχύονται, χρησιµοποιώντας διαµήκη ΙΝΟΠ ινών άνθρακα και/ή εγκάρσια ΙΝΟΠ υάλου και επανελέγχονται για την ίδια, τουλάχιστον, εγκάρσια παραµόρφωση και παρόµοια αξονική, επεκτείνοντας περαιτέρω την εγκάρσια καταπόνηση ως την αστοχία. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα για τα επτά υποστυλώµατα τετράγωνης διατοµής σαν µέρος των αποτελεσµάτων. 3.1 Σχεδιασµός και γεωµετρικά στοιχεία Όλα τα δοκίµια είναι αµφιέριστα, 3,40 m µήκος, µε απόσταση των σηµείων στήριξης 125 mm εκατέρωθεν των άκρων τους. Το κάθε δοκίµιο από πλευράς διάταξης οπλισµού χωρίζεται σε δύο τµήµατα διαφορετικού µήκους µεταξύ τους, εκ των οποίων το πρώτο τµήµα το λεγόµενο και 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 3

τµήµα ελέγχου φέρει την επιθυµητή διατοµή ελέγχου του φορέα κατά τις διατάξεις υφισταµένων υποστυλωµάτων, σε σχέση µε το δεύτερο τµήµα, οπότε και αναµένεται να αστοχήσει πρώτο. Το υπόλοιπο του φορέα, το θεωρούµενο και ενισχυµένο, φέρει το διπλάσιο διαµήκη οπλισµό και ένα κατά πολύ πυκνότερο ποσοστό εγκάρσιων συνδετήρων, έτσι ώστε να συµπεριφερθεί ελαστικά µέχρι τη δηµιουργία της πλαστικής άρθρωσης στο ελεγχόµενο τµήµα (υπό σταθερό αξονικό). Λόγω ισοστατικότητας του φορέα, το τµήµα που θα διαρρεύσει πρώτο µεταµορφώνει το φορέα σε µηχανισµό, επικεντρώνοντας σε αυτό το σηµείο την ανελαστική παραµόρφωση. Όλα τα δοκίµια είναι τετράγωνης διατοµής 30/30 cm 2 (κατηγορία ονοµασίας 30) και χωρίζονται σε τρεις οµάδες ανά ζεύγη δύο οµοίων δοκιµίων, για λόγους µετέπειτα ελέγχου µε ή χωρίς ενίσχυση ΙΝΟΠ κατά την επόµενη φάση του Ερευνητικού. Όπως δείχνεται στον Πίνακα 1 τα δοκίµια που φέρουν την ονοµασία ΧΠ είναι τα δοκίµια αναµενόµενης χαµηλής πλαστιµότητας, τα οποία αντιπροσωπεύουν υφιστάµενα υποστυλώµατα που έχουν οπλιστεί σύµφωνα µε τις διατάξεις των Κανονισµών Μελέτης Έργων από Σκυρόδεµα και τον Αντισεισµικό Κανονισµό της δεκαετίας του 60 (Υ Ε, 1954, 1959). Ο οπλισµός και οι διαστάσεις των στοιχείων είναι παρόµοιος µε αυτούς τυπικού γωνιακού υποστυλώµατος µίας τυπικής πενταόροφης οικοδοµής του 50, στην Αθήνα, σχεδιασµένης µε τους παραπάνω Κανονισµούς σε σεισµική ζώνη Ι, επί βράχου. Η πρωτότυπη κατασκευή θεωρείται ότι φέρει ανοίγµατα σε κάθε διεύθυνση 3,50m, µελετήθηκε δε για συµβατικά φορτία κατοικίας (πλάκες 12cm, περιµετρικές µπατικές τοιχοπληρώσεις στις δοκούς, φορτίο επικάλυψης 1,50 kn/m 2, χωρισµάτων 1,00 kn/m 2 και κινητό 2,0 kn/m 2 ) και σεισµικό συντελεστή 4% του βάρους (µόνιµο συν κινητό), µε έλεγχο επιτρεποµένων τάσεων. Ο χαρακτηρισµός ΥΠ παραπέµπει στα δοκίµια αναµενόµενης υψηλότερης πλαστιµότητας, όπως αυτή υλοποιείται µε τις ελάχιστες κατασκευαστικές απαιτήσεις εγκάρσιου οπλισµού των ΕΑΚ και ΕΚΟΣ (ΟΑΣΠ, 2000) σύµφωνα µε τις οποίες αυτά και οπλίστηκαν. Πίνακας 1. Περιγραφή των χαρακτηριστικών των δοκιµίων υποστυλωµάτων ΟΝΟΜΑΣΙΑ ιατάξεις όπλισης πρωτοτύπου Μήκος δοκιµίου (m) Καθαρό ύψος ορόφου πρωτοτύπου (m) Λόγος διάτµησης δοκιµίου ΧΠ301 Υ Ε 1959 1,95 3,90 7,80 (5,50) ΧΠ302 Υ Ε 1959 1,95 3,90 7,80 (5,50) ΧΠ303 Υ Ε 1959 1,20 2,40 4,80 (3,40) ΧΠ304 Υ Ε 1959 1,20 2,40 4,80 (3,40) ΧΠ305 Υ Ε 1959 1,95 3,90 7,80 (5,50) ΥΠ301 ΕΚΟΣ 2000 1,95 3,90 7,80 (5,50) ΥΠ302 ΕΚΟΣ 2000 1,20 2,40 4,80 (3,40) 3.2 Λεπτοµέρειες όπλισης των δοκιµίων Τα δοκίµια Χαµηλής Πλαστιµότητας ΧΠ301 και ΧΠ302 οπλίζονται µε διαµήκη οπλισµό 8Φ14 σε µήκος 1.95m, ο οποίος διπλασιάζεται σε 16Φ14 στο γειτονικό µη ελεγχόµενο τµήµα µήκους 1.20 m µε την τοποθέτηση πρόσθετων διαµήκων οπλισµών µεταξύ των υφισταµένων. Όλοι οι διαµήκεις χάλυβες είναι λείοι, κατηγορίας St I. Στο µήκος των 1.95m, που είναι και το τµήµα του δοκιµίου που ελέγχεται, ο εγκάρσιος οπλισµός είναι δίτµητος Φ6/400 κατηγορίας S220 κάµπτεται δε χωρίς την κλασσική λεπτοµέρεια αγκύρωσης 135 ο κατά ΕΑΚ (2000). Ο εγκάρσιος οπλισµός πυκνώνει σε Φ10/100 στο µη ελεγχόµενο µήκος των 1,20m, σε διάταξη τετράτµητου µε ρόµβο είναι δε κατηγορίας S500, για την πρόσθετη ενίσχυση του µη ελεγχόµενου τµήµατος και σε διάτµηση (Σχήµα 1). Αντίθετα, στα δοκίµια ΧΠ303, ΧΠ304 και ΧΠ305 ο διαµήκης οπλισµός των 8Φ14 είναι τοποθετηµένος στο ελεγχόµενο µήκος των 1,20m, ενώ ο αντίστοιχος των 16Φ14 στο µήκος των 1.95m. Κατ αντιστοιχία, ο εγκάρσιος οπλισµός στο τµήµα των 1.20m είναι λείος 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 4

Φ6/400 κατηγορίας St I, δίτµητος, ενώ στο ενισχυµένο τµήµα οι συνδετήρες είναι από νευροχάλυβα Φ10/100 S500 σε διάταξη τετράτµητου συνδετήρα µε ρόµβο. Το δοκίµιο ΥΠ301 έχει παντού συνδετήρες Φ10/100 υπό µορφή µανδύα από νευροχάλυβα S500. Ο διαµήκης οπλισµός 8Φ14 αναπτύσσεται σε µήκος 1.95m, που αντιπροσωπεύει και το ελεγχόµενο τµήµα, ενώ σε µήκος 1.20m ο οπλισµός διπλασιάζεται σε 16Φ14, τοποθετώντας πρόσθετες ράβδους στα µεσοδιαστήµατα όπως στα ΧΠ301 και ΧΠ302. Τέλος το δοκίµιο ΥΠ302 έχει επίσης σε όλο το µήκος τους συνδετήρες Φ10/100 και διαµήκη οπλισµό 8Φ14 σε µήκος 1.20m, αυξανόµενο στο υπόλοιπο µη ελεγχόµενο τµήµα µήκους 1.95m σε 16Φ14. (α) οκίµια ΧΠ301, ΧΠ302 (β) οκίµια ΧΠ303, ΧΠ304 και ΧΠ305 (γ) οκίµιο ΥΠ301 (δ) οκίµιο ΥΠ302 Σχήµα 1. Αναπτύγµατα οπλισµών των δοκιµίων υποστυλωµάτων. 3.3 Πειραµατική διάταξη Το στατικό προσοµοίωµα το οποίο υλοποιείται στο ισχυρό δάπεδο του Εργαστηρίου ΟΣ ΕΜΠ φαίνεται στο Σχήµα 2. Η διάταξη περιλαµβάνει το δοκίµιο υπό µορφή αµφιέριστου φορέα, στο οποίο ασκείται σταθερή θλιπτική αξονική δύναµη Ν = 192.5 kν (ν = 0.10), όπως προέκυψε από τη µελέτη. Το αξονικό δρα µέσω ενός κατακόρυφου αξονικού εµβόλου κατασκευής ENERPAK και µέγιστης ικανότητας 500 kν, τοποθετηµένου στη βάση του στύλου και εδραζόµενου στο δάπεδο. Για τη µεταφορά της αξονικής στις άνω και κάτω στηρίξεις του δοκιµίου χρησιµοποιούνται µεταλλικές πλάκες µε αρθρωτή σφαιρική σύνδεση, που επιτρέπουν πλήρως τη στροφή στα άκρα του δοκιµίου λόγω της ταυτόχρονης εγκάρσιας παραµόρφωσης. Στο δοκίµιο ασκείται εγκάρσια ανακυκλιζόµενη δύναµη Ρ µέσω εµβόλου το οποίο σταθεροποιείται στο σηµείο επάνω από τη διατοµή η οποία χωρίζεται το δοκίµιο στα δύο τµήµατα, το ελεγχόµενο και το ενισχυµένο. Ανάλογα µε τη θέση του εµβόλου καθ ύψος, το ελεγχόµενο τµήµα βρίσκεται κάτω από την ελεγχόµενη διατοµή (δοκίµια ΧΠ303, ΧΠ304, ΧΠ305 και ΥΠ302) 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 5

ή πάνω από αυτήν (δοκίµια ΧΠ301, ΧΠ302, και ΥΠ301). Όπως φαίνεται και στο Σχήµα 2, το καταπονούµενο σκιασµένο τµήµα µήκους L 2 υπό µελέτη, προσοµοιώνει το ήµισυ του ύψους ενός γωνιακού υποστυλώµατος µεταξύ θεµελίου και του σταθερού σηµείου µηδενισµού των ροπών, σε φυσική κλίµακα, στο ισόγειο της πρωτότυπης πενταόροφης κατασκευής. Η διεύθυνση της δύναµης που ασκεί το εγκάρσιο έµβολο είναι κατά την υποτείνουσα των δύο καθέτων πλευρών της διατοµής του δοκιµίου, µε σκοπό την υλοποίηση διαξονικής καταπόνησης κατά τη διαγώνιο, και υλοποιήθηκε µε χαλύβδινα παρεµβλήµατα µορφής V. Με τη διάταξη αυτή η συνολική πλαστική γωνία στροφής (τόξο στροφικής παραµόρφωσης) συναρτήσει της εγκάρσιας ελεγχόµενης παραµόρφωσης δ στο σηµείο Ρ και εφαρµόζεται στην κρίσιµη διατοµή, ισούται µε το άθροισµα των αντίστοιχων γωνιών του άνω και κάτω τµήµατος και µετρήθηκε πρόσθετα µε δύο βελόµετρα στη θέση του µεταλλικού κόµβου του εµβόλου, επάνω και κάτω από αυτό. Ν Ν R 1 = PL 1 /L Ν M max L 1 L 2 2L M max = L Ρ L 2 R 2 L 2 L 2 R 2 = PL 2 /L M max Σχήµα 2. Ισοδύναµο στατικό προσοµοίωµα δοκιµίου υποστυλώµατος από ΟΣ. 3.4 Μηχανικά χαρακτηριστικά των υλικών Τα δοκίµια σκυροδετήθηκαν µε έτοιµο σκυρόδεµα στο Εργαστήριο ΟΣ ΕΜΠ. Από ελέγχους αντοχής σε θλίψη κυβικών και κυλινδρικών δοκιµίων σκυροδέµατος που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της σκυροδέτησης, ο µέσος όρος της θλιπτικής αντοχής κυλίνδρου στη διάρκεια του περάµατος ήταν 21.0 MPa, κοντά στις παραδοχές ελέγχου της διάταξης (f cm = 20 MPa). Επί πλέον, κατά τη διάρκεια σχεδιασµού έγιναν τυποποιηµένοι έλεγχοι εφελκυσµού σε δοκίµια λείου χάλυβα Φ14, από τους οποίους προέκυψε µία µέση τιµή διαρροής 373.8 ΜΡa που ήταν σηµαντικά υψηλότερη από την ονοµαστική χαρακτηριστική τιµή σχεδιασµού των 220 MΡa του χάλυβα κατηγορίας Stahl-I µε τον οποίο αντιστοιχείται (S220). Οι πειραµατικές αυτές τιµές χρησιµοποιήθηκαν στο σχεδιασµό / έλεγχο των δοκιµίων. Τα διαγράµµατα τάσεων - παραµορφώσεων δίνονται στην Τελική Έκθεση του Ερευνητικού (Ζέρης, 2004). 4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΠΑΡΘΕΝΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ Τα δοκίµια υποβλήθηκαν σε σταθερό αρχικά αξονικό 195 και σε επαναλαµβανόµενους κύκλους αυξανόµενου εύρους, αρχικά σε 60% της αντοχής και κατόπιν σε πολλαπλάσια του µισού της 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 6

παραµόρφωσης διαρροής, όπως µετρήθηκε στη διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας. Η µορφή αστοχίας καθώς και οι καταγεγραµµένη απόκριση των δοκιµίων δείχνεται στο Σχήµα 2, που απεικονίζει το διάγραµµα δύναµης παραµόρφωσης του εµβόλου (Ρ, δ). Τα συνοπτικά αποτελέσµατα των πειραµάτων δείχνονται στον Πίνακα 2: ο αριθµός ανακυκλήσεων (δύο σε µικρό εύρος ή τρεις σε µεγάλο εύρος), τα όρια αντοχής (P min και P max ), η µέση δυσκαµψία κύκλου (Κ sec ) κατά τον αρχικό κύκλο µέγιστης παραµόρφωσης (δ max ) και η µέγιστες πλαστιµότητες που επετεύχθησαν σε όρους µετατόπισης (µ δ ) και ενεργειακής απορρόφησης (µ Ε ). Με εξαίρεση τα υποστυλώµατα ΥΠ, παρατηρείται ότι τα ΧΠ δεν είναι σε θέση να αποδώσουν παραµορφώσεις στο Ρ µεγαλύτερες των 25mm (µ δ = 1.5), λόγω του ότι η αντοχή των δοκιµίων σε µετατοπίσεις µέχρι 45 mm (µ δ περίπου 3.0 που έφτασε το πείραµα) εµφανίζει πτώση σε σχέση µε την µέγιστη P max, σε κάθε περίπτωση µεγαλύτερη του 85% (κριτήριο αστοχίας του εκάστοτε στοιχείου), φθάνοντας έως και 50% της P max στον τρίτο επαναλαµβανόµενο κύκλο κάποιων ΧΠ303, 304 µε a/d = 4.80). Λαµβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η µέση παραµόρφωση διαρροής (εκτιµούµενη από τα πειραµατικά διαγράµµατα Ρ-δ) είναι 15 έως 17 mm, η παραπάνω µέγιστη παραµόρφωση αντιστοιχεί σε παρεχόµενη πλαστιµότητα αξιοπιστίας από µέρους των στύλων ΧΠ περίπου 1,50 (για διατήρηση της φέρουσας ικανότητας) ή 2,70, αλλά σε µειωµένο αριθµό ανακυκλήσεων. Η αντίστοιχη πλαστιµότητα αξιοπιστίας για τα ΥΠ30_ είναι τουλάχιστον 3.40. Πίνακας 2. Πειραµατικά αποτελέσµατα των δεικτών συµπεριφοράς των επτά δοκιµίων. οκίµιο Αρ. Κύκλων δ max mm P min kn P max kn δ/p max mm K sec kn/m E KNmm µ δ µ E ΧΠ301 10 46 102 109 23 2204 3809 2,7 4,5 ΧΠ302 10 49 118 119 25 2335 4824 2,9 5,5 ΧΠ303 7 46 100 114 35 2863 4992 2,6 5,9 ΧΠ304 10 46 111 114 23 2674 3597 3,4 6,5 ΧΠ305 10 45 106 106 22 2285 4539 2,7 5,6 ΥΠ301 9 55 110 117 24 1977 6087 3,4 7,5 ΥΠ302 11 50 107 134 23 2448 5496 3,1 6,4 Η αποµείωση της αντοχής σε ανακύκληση παρατηρείται σε όλα τα ΧΠ_, σε µικρότερο όµως βαθµό για τα ΧΠ301, ΧΠ302 και ΧΠ305 απ ότι στα ΧΠ303 και ΧΠ304, που έχουν µικρότερο λόγο διάτµησης. Μετά από ανάλυση των µετρήσεων P max, υπολογίσθηκε ότι η απαιτούµενη διάτµηση ήταν σε κάθε περίπτωση µικρότερη της οριακής αντοχής κατά τις ισχύουσες διατάξεις, λόγω της συνεισφοράς του αξονικού φορτίου. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώθηκε και πειραµατικά, όπου σε κανένα από τα πέντε δοκίµια, πλην του ΧΠ304, δεν παρατηρήθηκαν λοξές ρωγµές στην κρίσιµη ζώνη του ελεγχοµένου τµήµατος, µε την συµπεριφορά να χαρακτηρίζεται πάντοτε από καµπτικές ρωγµές σε απόσταση από το Ρ ίση προς 1.0d έως 1.5d (όπου d το στατικό ύψος κατά τη διαγώνιο). Στην περίπτωση του ΧΠ304, παρατηρήθηκε µικρού εύρους διαγώνια ρωγµή η οποία όµως παρέµεινε περιορισµένη έως την αστοχία. Τέλος, ελάχιστες έως καθόλου ρωγµές δεν παρατηρήθηκαν, όπως αναµενόταν άλλωστε, στο µη ελεγχόµενο τµήµα, πράγµα που αποδεικνύει την ορθή λειτουργία της διάταξης. Η µείωση της ενεργειακής απορρόφησης στην ανακύκλιση και η αποµείωση της αντοχής συσχετίζονται άµεσα αφενός µεν µε την ολίσθηση των λείων ράβδων στην άρθρωση αλλά κυρίως µε την αποφλοίωση του σκυροδέµατος στην θλιβόµενη γωνία µετά από τις ανακυκλήσεις, σε πλαστιµότητα 1,50, που είχε σαν αποτέλεσµα την απώλεια εγκάρσιας στήριξης της γωνιακής ράβδου σε αυτό το επίπεδο καταπόνησης και την επακόλουθη αστοχία της σε λυγισµό κατά τη σταδιακή ανακύκλιση του δοκιµίου. Ο λυγισµός των γωνιακών και ενίοτε και των δύο αµέσως 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 7

ΒΡΟΧΟΙ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΟΚΙΜΙΟΥ ΧΠ301 ΒΡΟΧΟΙ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΟΚΙΜΙΟΥ ΧΠ302 ΥΝΑΜΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (ΚΝ) 5-6 -4-2 2 4 6-5 ΥΝΑΜΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (ΚΝ) 124.21 112.49 119.10 98.66 109.5 83.21 5-6 -4-2 2 4 6-5 - - - - ΜΕΤΑ ΚΙΝΗΣΗ ΕΓ ΚΑ ΡΣ ΙΟ Υ ΕΜΒ ΟΛ ΟΥ (mm) ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΙΑΞΟΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡ Η Σ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (m m) ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΙΑΞΟΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡ ΗΣ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡ ΗΣ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕ ΘΕΩΡΗΣΗ ΦΑ ΙΝΟΜ Ε ΝΩ Ν Β ΤΑΞΗΣ ΥΝΑΜΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (ΚΝ ΒΡΟΧΟΙ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΟΚΙΜΙΟΥ ΧΠ303 131.86 119.41 117.37 114.12 96.61 80.21 5-6 -4-2 2 4 6-5 - - ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (mm) ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟ ΧΙΑΣ ΙΑΞ ΟΝ ΙΚ Α ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟ ΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡΗ ΣΗ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗ ΛΕΠ Ι ΡΑΣΗ Σ ΥΝΑΜΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (ΚΝ) ΒΡΟΧΟΙ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΟΚΙΜΙΟΥ ΧΠ304 5-6 -4-2 2 4 6-5 - - ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜ ΒΟΛ ΟΥ (m m ) ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΙΑΞΟΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟ ΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡΗ ΣΗ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗ ΛΕΠ Ι ΡΑΣΗ Σ ΚΑΙ ΜΕ ΘΕΩΡΗΣΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ Β ΤΑΞΗ Σ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡ Η Σ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΥΝΑΜΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (ΚΝ) ΒΡΟΧΟΙ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΟΚΙΜΙΟΥ ΧΠ305 5-6 -4-2 2 4 6-5 - ΥΝΑΜΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (ΚΝ ΒΡΟΧΟΙ Υ ΣΤΕΡΗ ΣΗΣ ΟΚΙΜΙΟΥ Υ Π301 121 105 5-5 - 117.27 109.58 - ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (m m ) 108.44 98.15 86.21-8 -6-4 -2 2 4 6 8 ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΙΑΞΟΝΙΚΑ - ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (mm) ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡ Η Σ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟ ΧΙΑΣ ΙΑΞ Ο Ν ΙΚ Α ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟ ΧΙΑΣ MONOΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡΗ ΣΗ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗ ΛΕ Π Ι Ρ ΑΣΗ Σ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΑ ΜΕ ΧΡ Η Σ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕ ΘΕΩΡΗΣΗ ΦΑΙΝΟ Μ Ε ΝΩ Ν Β ΤΑ ΞΗΣ ΥΝΑΜΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (ΚΝ ΒΡΟΧΟΙ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΟΚΙΜΙΟΥ ΥΠ 302 133.97 112 119.32 108.24 98.11 101.82 5-6 -4-2 2 4 6-5 -10 0.0 0-15 0.0 0 ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥ ΕΜΒΟΛΟΥ (m m ) ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΙΑΞΟΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ Μ Ο Ν Ο Α Ξ Ο Ν ΙΚ Α Μ Ε ΧΡ Η Σ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ Μ Ε ΧΡ Η Σ Η ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΚΑΙ Μ Ε ΘΕΩΡΗΣΗ ΦΑ ΙΝΟ Μ Ε ΝΩ Ν Β ΤΑ ΞΗ Σ Σχήµα 2. Πειραµατικοί υστερετικοί βρόχοι των παρθένων δοκιµίων ΧΠ301, ΧΠ302, ΧΠ303, ΧΠ304, ΧΠ305, ΥΠ301 και ΥΠ302 και σύγκριση µε τη θεωρητικά προβλεπόµενη αντοχή βάσει των πειραµατικών χαρακτηριστικών των υλικών. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 8

επόµενων ράβδων (βλέπε και Εικόνα 1) στο µέσο των παρειών, έχει σαν αποτέλεσµα την σταδιακή µείωση της φέρουσας ικανότητας του εκάστοτε δοκιµίου, από 80% (ΧΠ301,2,5) έως 50% (ΧΠ303,4) της P max στην επόµενη σειρά κύκλων, οπότε και διεκόπη το πείραµα. Λυγισµός των γωνιακών αυτών ράβδων παρατηρήθηκε και στα δοκίµια υψηλής πυκνότητας συνδετήρων ΥΠ301,ΥΠ302, οπλισµένα κατά ΕΚΟΣ (ΟΑΣΠ, 2000). Σε αντίθεση µε τα ΧΠ, η εγκάρσια παραµόρφωση της γωνιακής ράβδου παραµένει σταθερά σε πολύ µικρότερο εύρος λόγω της καλύτερης συγκράτησης που προβλέπεται από του ισχύοντες Κανονισµούς. Αυτό είχε σαν αποτέλεσµα την σηµαντικά µικρότερη µείωση της φέρουσας ικανότητας των υποστυλωµάτων ΥΠ30_ στην συνεχή ανακύκληση και την επίτευξη ενός σταθερού υστερετικού βρόγχου, παρά το γεγονός ότι αυτά οδηγήθηκαν, ηθεληµένα, σε µεγαλύτερες εγκάρσιες παραµορφώσεις (50 έως 55 mm) έως να σηµειωθεί αποµείωση 85% της µέγιστης και σε αυτά (Σχήµα 2). ΧΠ301 ΧΠ302 ΧΠ304 ΥΠ302 Εικόνα 1. Χαρακτηριστικές µορφές αστοχίας των υποστυλωµάτων ΧΠ301, ΧΠ302, ΧΠ304 και ΥΠ302 στο πέρας του πειράµατος. 5 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ Πέραν της πειραµατικής αποτίµησης της συµπεριφοράς των δοκιµίων, έγινε και αριθµητική εκτίµηση της απόκρισης µε χρήση προσοµοιωµάτων πεπερασµένων στοιχείων (Μωυσιάδου και 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 9

Τσιαρτσώνη, 2002), για λόγους και βαθµονόµησης της διάταξης. Για τις ανελαστικές αναλύσεις χρησιµοποιήθηκε το πρόγραµµα DRAIN-2DX (Allahabadi και G.Powell, 1988), το οποίο έχει αναπτυχθεί στο Πανεπιστήµιο του Berkeley για την στατική και δυναµική επίλυση επιπέδων δοµικών συστηµάτων στην ανελαστική περιοχή. Το λογισµικό διατίθεται σε µορφή ελεύθερου πηγαίου κώδικα στο διαδίκτυο (www.nisee.org). L 1 L 2 Ρ, δ (α) (β) ΧΠ 301/302 ΧΠ302 150 150 100 100 50 50 P (kn) 0-60 -40-20 0 20 40 60 P (kn) 0-60 -40-20 0 20 40 60-50 -50-100 -100-150 δ (mm) -150 δ (mm) Σχήµα 3. Προσοµοίωµα υπολογισµού µε πεπερασµένα στοιχεία: (α) φορέας και ραβδόµορφα στοιχεία, (β) χαρακτηριστική διατοµή και (γ) σύγκριση της πειραµατικής και αναλυτικής απόκρισης δοκιµίου ΧΠ302. Κατά την προσοµοίωση χρησιµοποιούνται το γραµµικό στοιχείο 01 (ελκυστήρας - θλιπτήρας) για την εφαρµογή ελέγχου µετατοπίσεων (Σχήµα 3) και το µη γραµµικό στοιχείο 15 (υποστύλωµα κατανεµηµένης βλάβης) για προσοµοίωση του στύλου. Το στοιχείο 15 έχει δυνατότητα περαιτέρω διακριτοποίησής του σε εσωτερικές διατοµές ελέγχου, στα δύο άκρα και επιπροσθέτως σε καθορισµένες θέσεις µέσα στο στοιχείο, µε (αξονική και καµπτική) δυσκαµψία µεταξύ ελέγχου ίση µε την µέση τιµή των εκατέρωθεν διατοµών. Κάθε διατοµή διακριτοποιείται µε ίνες υλικών καθορισµένων καταστατικών νόµων τάσεων παραµορφώσεων. Με αυτό τον τρόπο, το στοιχείο προσοµοιώνει την εσωτερικά κατανεµηµένη βλάβη στο υποστύλωµα (αρχικά τη ρηγµάτωση ακολουθούµενη από διαρροή του εφελκυόµενου χάλυβα και τέλος θλιπτική αστοχία του σκυροδέµατος). Στην παρούσα µελέτη η κάθε διατοµή ελέγχου προσοµοιώθηκε σε ίνες ως προς το διαγώνιο άξονα µε καθορισµένη καταστατική συµπεριφορά αξονικής τάσης ανηγµένης παραµόρφωσης, κατά Mander, Priestley & Park (1983), µε βάση τα µηχανικά χαρακτηριστικά του χάλυβα οπλισµού, ενώ προσοµοιώθηκαν ξεχωριστά το µη περισφιγµένο σκυρόδεµα της επικάλυψης και το περισφιγµένο σκυρόδεµα πυρήνα (π.χ. ΥΠ30_). Η αναλυτική πρόβλεψη (βάσει παρόµοιων ιστοριών φόρτισης) συγκρίνεται µε την πειραµατική στο Σχήµα 4. Από τη σύγκριση των δύο φαίνεται ότι η ανάλυση µε πεπερασµένα στοιχεία κατανεµηµένης βλάβης είναι σε θέση να προβλέψει επαρκώς την αντοχή και την αρχική δυσκαµψία του δοκιµίου, ενώ υπερεκτιµά την υστερετική απόσβεση και την αντοχή σε ανακύκλιση λόγω του ότι αγνοούνται φαινόµενα ολίσθησης του λείου οπλισµού στην άρθρωση και του λυγισµού των ράβδων, που παρατηρήθηκαν πειραµατικά. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 10

6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Λόγω της ύπαρξης σταθερού θλιπτικού αξονικού ικανού µεγέθους και του µικρού σχετικά µεγέθους της ροπής αστοχίας και άρα διάτµησης, δεν παρουσιάσθηκε διατµητικός τύπος αστοχίας στο σύνολο των υφισταµένων δοκιµίων µε ανεπαρκή εγκάρσιο οπλισµό (ΧΠ30_), µε εξαίρεση την εµφάνιση µικρού εύρους ρωγµών διάτµησης στο δοκίµιο ΧΠ304, που δεν επεκτάθηκαν όµως κατά την ανακύκλιση σε σηµαντικό βαθµό για να επηρεάσουν την τοπική απαίτηση παραµορφώσεων. O ρυθµός αποµείωσης της αντοχής στα υφιστάµενα δοκίµια ΧΠ303 και ΧΠ304 µε τον µικρότερο λόγο διάτµησης ήταν γενικά ταχύτερος, συνεπώς αυτά τα δοκίµια εµφανίζουν περισσότερο ψαθυρή αποµειούµενη συµπεριφορά. Η απόκριση αυτή σχετίζεται περισσότερο µε την σταδιακή εµφάνιση αυξανόµενων φαινοµένων λυγισµού των γωνιακών ράβδων που σχετίζεται µε το λόγο διάτµησης παρά µε διάτµηση και διαγώνια ρηγµάτωση, που εξάλλου δεν παρατηρήθηκαν. Στα δοκίµια υψηλής περίσφιγξης ΥΠ30_, όπου ο εγκάρσιος οπλισµός είναι πυκνός σε όλο το µήκος τους, αυτό δεν ισχύει άµεσα: σε αυτό το ζεύγος δοκιµίων, η συµπεριφορά του ΥΠ302 µε λόγο διάτµησης 4.80 είναι πλέον σταθερή από αυτή του δοκιµίου ΥΠ301 µε λόγο διάτµησης 7.80. Και σε αυτά τα δοκίµια, πάντως, δεν αποφεύχθηκε ο λυγισµός των γωνιακών ράβδων (πρόκειται για λείες ράβδους από µαλακό χάλυβα) αλλά σε πλαστιµότητα πέραν του 3.0, µε µέγιστη παρεχόµενη πλαστική γωνιακή στροφή µεγαλύτερη των 6.5% rad. Στα δοκίµια ΧΠ30_, εµφανίσθηκε εκτεταµένος λυγισµός του διαµήκους οπλισµού (ιδιαιτέρως το δοκίµιο ΧΠ304), µε αποτέλεσµα η µετελαστική συµπεριφορά τους να είναι έντονα φθίνουσα κατά την ανακύκληση. Το φαινόµενο λυγισµού του διαµήκους οπλισµού είναι εντονότερο στα δοκίµια µε µικρότερο διατµητικό µήκος, λόγω του ότι η κλίση του διαγράµµατος των ροπών είναι πιο απότοµη και άρα η ανελαστική περιοχή περιορίζεται, οπότε και η καταπόνηση του διαµήκους οπλισµού είναι εντονότερη. Λυγισµός δεν αποφεύγεται ούτε στα δοκίµια µε συνεχή εγκάρσιο οπλισµό Φ10/100, περιορίζεται όµως σηµαντικά στις γωνιακές ράβδους µε εµφανώς λιγότερες συνέπειες στην αποµείωση αντοχής και στην ολική πλαστιµότητα. Συµπεραίνεται ότι το φαινόµενο λυγισµού του διαµήκους οπλισµού είναι εξίσου αν όχι πλέον σηµαντικό από τη διάτµηση σε παρόµοια υφιστάµενα υποστυλώµατα και απαιτείται να διερευνηθεί περαιτέρω πειραµατικά και αναλυτικά, µε ευρύτερη επιλογή των παραµέτρων που το επηρεάζουν (εύρος θλιπτικού αξονικού φορτίου, διάµετρος διαµήκων ράβδων, διάµετρος και αποστάσεις συνδετήρων, διαξονικότητα, πλαϊνή παρεµπόδιση µε ΙΝΟΠ). Η απορροφούµενη ενέργεια στο πέρας του εκάστοτε πειράµατος των ΥΠ30_, είναι εµφανώς µεγαλύτερη από την αντίστοιχη των υπόλοιπων δοκιµίων. Η παρουσία συνδετήρων Φ10/100 σε όλο το µήκος των δοκιµίων ελαχιστοποιεί το φαινόµενο λυγισµού και ολίσθησης στην ανακύκλιση των Φ14, παράγοντες που αλλιώς συµβάλλουν αρνητικά στο µέγεθος του υστερετικού βρόχου. Συγκρίνοντας την απορροφούµενη ενέργεια στα δοκίµια ΥΠ301, ΥΠ302 προκύπτει πως το ΥΠ301 µε λόγο διάτµησης 7.80 απορροφάει µεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας στο πέρας του πειράµατος σε σχέση µε το ΥΠ302 µε λόγο διάτµησης 4.80, ενώ αντίστοιχα φαινόµενα ισχύουν και για τα δοκίµια ΧΠ30_. Συνεπώς, τα δοκίµια µε µεγαλύτερο λόγο διάτµησης εµφανίζουν βελτιωµένη συµπεριφορά όσον αφορά την απορροφούµενη ενέργεια. Για την αξιόπιστη αναλυτική προσοµοίωση της συµπεριφοράς υφισταµένων υποστυλωµάτων, πρέπει να συµπεριλαµβάνεται η αποµείωση της αντοχής λόγω λυγισµού του διαµήκους οπλισµού. 7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστούµε θερµά το προσωπικό του Εργαστηρίου ΟΣ ΕΜΠ καθώς και τον ΟΑΣΠ, για τη χρηµατοδότηση του έργου. Οι απόψεις που αναπτύσσονται αφορούν τον Επιστηµονικό Υπεύθυνο. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 11

8 ΑΝΑΦΟΡΕΣ Allahabadi R. και G.Powell. DRAIN 2DX User s Manual. University of California, Berkeley. 1988. EERC 88-06. Bousias N., Triantafillou T., Fardis M., Spathis L. and B. O Reagan. 2004. Fiber-Reinforced Polymer Retrofitting of Rectangular Reinforced Concrete Columns With or Without Corrosions, ACI Structural Jrnl, 101, Αρ. 4, σελ. 512-520. Zeris C. and S. Mahin. 1991. Behavior of R/C Structures Subjected to Biaxial Excitations, Jrnl of the ASCE, 117, Αρ. ST9. Zeris C. 1991. Comparison of Damage Measures for Design of Reinforced Concrete Flexural Members, H. Krawinkler and P. Fajfar Eds. Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Structures. Elsevier. Zέρης Χ. 2004. Επισκευές-ενισχύσεις δοµικών στοιχείων ΟΣ µε σύνθετα υλικά ινών υάλου εµποτισµένων µε εποξειδικές ρητίνες. Τόµος 1: Επισκευές / ενισχύσεις υποστυλωµάτων από ΟΣ µε σύνθετα ινοπλισµένα πολυµερή, Τόµος 2: Εναλλακτικές µέθοδοι ενίσχυσης δοκών από ΟΣ µε σύνθετα ινοπλισµένα πολυµερή. Τελική Έκθεση προς τον ΟΑΣΠ. Iacobucci R., Sheikh S. and O. Bayrak. 2003. Retrofit of Square Concrete Columns with Carbon Fiber-Reinforced Polymer for Seismic Resistance, ACI Structural Jrnl, 100, Αρ. 6, σελ. 785-794. Kotsovos M. D., Baka A., and E. Vougioukas. 2003. Towards the Development of a Safe and Efficient Earthquake-Resistant Design Method for Reinforced-Concrete Structures, ACI Structural Jrnl, 100, No. 1, σελ. 11-18. Lu Y., Vintzileou E., Zhang G.-F. and T.P. Tassios. 1999. Reinforced concrete scaled columns under cyclic actions, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 18, σελ. 151-167. Mander J.B., Priestley M.J.N. and Park R. 1983. Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete, Jnl of Structural Engineering, ASCE, 107, Αρ. ST11. σελ. 1804-26. Mo Y.L., Yeh Y.-K. and D.M. Hsieh. 2004. Seismic retrofit of hollow rectangular bridge columns, Jnl of Composites for Construction, ASCE, 8, Αρ. 1, σελ. 43-51. Μωυσιάδη Κ. και Τσιαρτσιώνη Α. 2002. Ενίσχυση µε σύνθετα υλικά υποστυλωµάτων από ΟΣ σχεδιασµένων µε παλαιότερους Κανονισµούς. ιπλωµατική Εργασία, ΕΜΠ. Priestley M.J.N. και G. Benzoni. 1996. Seismic Performance of Circular Columns with Low Longitudinal Reinforcement Ratios, ACI Structural Jrnl, 93, Αρ.4, σελ. 474-485. Lynn A., Moehle J., Mahin S. and W. Holmes. 1996. Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Building Columns, Earthquake Spectra, 12, Αρ. 4, σελ. 715 739. Saadatmanesh H., M. R. Ehsani and L. Jin. 1996. Seismic strengthening of circular bridge pier models with fiber composites. ACI Struct. Jnl, 93, Αρ. 6, σελ. 639-647. Saadatmanesh H., M. R. Ehsani and L. Jin. 1997. Repair of earthquake damaged R/C columns with FRP wraps. ACI Struct. Jnl, 94, Αρ. 2, σελ. 206-213. Saadatmanesh H., M. R. Ehsani and L. Jin. 1997. Seismic retrofitting of rectangular bridge columns with composite straps. Earthquake Spectra, 13, Αρ. 2, σελ 281-304. Saiidi M. and Z. Cheng. 2004. Effectiveness of composites in earthquake damage repair of reinforced concrete flared columns, Jnl of Composites for Construction, ASCE, 8, Αρ. 4, 306-314. Sause R., Harries K., Walkup S., Pessiki S. and J. Ricles. 2004. Flexural Behavior of Concrete Columns Retrofitted With Carbon Fiber-Reinforced Polymer Jackets, ACI Structural Jrnl, 101, Αρ. 5, σελ. 708-716. ΥΠΕΧΩ Ε, ΟΑΣΠ. 2000. Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός. Αθήνα. ΦΕΚ 2184Β/20-12-99. ΕΚΟΣ 2000. Ελληνικός Κανονισµός Έργων από Σκυρόδεµα. ΥΠΕΧΩ Ε. ΦΕΚ 1329Β/6-11/2000. Υ Ε. 1959. Περί Αντισεισµικού Κανονισµού Οικοδοµικών Έργων. ΦΕΚ 36Α/26/2/59. Υ Ε. 1954. Περί Κανονισµού δια την Μελέτην και Εκτέλεσιν Οικοδοµικών Έργων εξ Ωπλισµένου Σκυροδέµατος. ΦΕΚ 160Α/26/7/54. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 12