Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
1. ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΚΑΙ ΚΟΜΒΩΝ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΟ ΤΟΝ ΔΙΑΜΗΚΗ ΚΑΙ ΕΓΚΑΡΣΙΟ ΟΠΛΙΣΜΟ Η ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΛΥΣΗ ΤΟΥ «ΧΑΛΥΒΟΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ» Προτείνεται διάταξη του διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού των υποστυλωμάτων από σκυρόδεμα διάσπαρτη σ΄όλη την έκταση της διατομής τους με αποτέλεσμα ένα ομοιομορφισμένο υλικό από σκυρόδεμα και χάλυβα, το χαλυβοσκυρόδεμα. Η διάταξη αυτή σε συνδυασμό με διάταξη του διαμήκους οπλισμού καθ΄ύψος των δοκών αίρει τις κατασκευαστικές δυσχέρειες και τα τεχνολογικά προβλήματα στην περιοχή των κόμβων των δομικών στοιχείων από σκυρόδεμα, επιτρέπει τυποποίηση και εκβιομηχάνιση του συνόλου του οπλισμού των υποστυλωμάτων, αυξάνει την ασφάλεια και επισκευασιμότητά τους και εξασφαλίζει μεγαλύτερη πυρασφάλεια και διάρκεια των κατασκευών. Η ίδια καμπτική αντοχή, η μεγαλύτερη διατμητική αντοχή και η καλύτερη υστερητική συμπεριφορά δομικών στοιχείων και κόμβων με την προτεινόμενη λύση απ΄ αυτήν αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική διάταξη του οπλισμού και ίδιο συνολικό οπλισμό επιβεβαιώνεται από τα αποτελέσματα δοκιμασίας σε εναλλασσόμενη καμπτοδιατμητική επιπόνηση δώδεκα γραμμικών στοιχείων και δύο ημιπλαισίων.
1.1 Προβλήματα με τη Συμβατική Όπλιση των Στοιχείων Ο.Σ. Η όπλιση και σκυροδέτηση των κατασκευών από σκυρόδεμα στην περιοχή των κόμβων των γραμμικών μελών του φέροντα οργανισμού αποτελεί μια από τις πλέον δυσχερείς και προβληματικές εργασίες της όλης κατασκευής. Οι αυξημένες απαιτήσεις των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών οδηγούν σε περίπου συμμετρικό διαμήκη οπλισμό των δοκών και πυκνή διάταξη των συνδετήρων στην περιοχή των κόμβων και κοντά σ΄ αυτούς με συνέπεια: •
•
Είναι πρακτικά ανέφικτη η τήρηση των μικρών διαμέτρων που απαιτούνται για τις διαμήκεις ράβδους των δομικών στοιχείων ώστε να μην υπερβαίνεται η τάση συνάφειας των ακραίων διαμήκων ράβδων στην περιοχή των κόμβων.
Όπως φαίνεται στο Σχ. 1, λόγω του αντίθετου πρόσημου της ροπής στις διατομές Α και Β εκατέρωθεν του κόμβου, η μεταβολή της δύναμης των ράβδων του οπλισμού στο μήκος ΑΒ του κόμβου προκύπτει ίση με ΔFs= 2.Αs.fy. Fs2
Η ορθή συμπύκνωση του σκυροδέματος στην περιοχή του κόμβου με τη συνήθη πρακτική της εσωτερικής δόνησης να είναι πρακτικά ανέφικτη.
Fs1
Fs1
Fs2
A
Μη ορθή συμπύκνωση και, ως εκ τούτου, μειωμένη αντοχή του σκυροδέματος οδηγεί σε πρόωρη αστοχία των λοξών θλιπτήρων του κόμβου με τις γνωστές, ιδιαίτερα δυσμενείς, συνέπειες για όλο τον φέροντα οργανισμό της κατασκευής.
B τb
Fs2
A
Fs1
Τb
Β
Σχ. 1.1 Εντατική κατάσταση στην περιοχή του κόμβου
122
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Εξισώνοντας την ΔFs με τη δύναμη συνάφειας Τb=τb.π.Φ.lAB η οποία πρέπει να την εξισορροπήσει, η διάμετρος Φ των διαμήκων ράβδων για τη συνήθη διάσταση των κόμβων lAB = 0,300 m προκύπτει μικρότερη των 14 mm. H απαίτηση αυτή για διαμήκεις ράβδους μικρής διαμέτρου σπανίως τηρείται στις κατασκευές, καθώς το σχετικά περιορισμένο πλάτος των δοκών δεν επιτρέπει διάταξη μεγάλου αριθμού διαμήκων ράβδων. •
Προβληματική, επίσης, αποδεικνύεται στην πράξη και η διάταξη όλου του απαιτούμενου διατμητικού οπλισμού του κόμβου. Σ΄ αρκετές κατασκευές για να διευκολυνθεί η διάστρωση και συμπύκνωση του σκυροδέματος στην περιοχή αυτή δεν επεκτείνονται στον κόμβο οι κατακόρυφοι συνδετήρες των δοκών με συνέπεια ανεπαρκή όπλιση των κόμβων.
Για την άρση των παραπάνω μειονεκτημάτων έχουν κατά καιρούς διερευνηθεί διάφορες τροποποιήσεις της όπλισης των πλαισίων οι οποίες, όμως, δεν οδήγησαν σε ικανοποιητική λύση.
Το οπλισμένο σκυρόδεμα, όμως, ως το συνδυασμένο αποτέλεσμα σκυροδέματος και χάλυβα, επιδεικνύει εκτος από τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των δύο συστατικών του. Ένα από τα κυριότερα μειονεκτήματα του χάλυβα αποτελεί η διαβρωσιμότητά του και η, εν γένει, μικρή ανθεκτικότητά του. Το σκυρόδεμα συνδυαζόμενο με το χάλυβα απώλεσε σε σημαντικό βαθμό την υψηλή ανθεκτικότητά του και την πυρασφάλειά του με συνέπεια σημαντική μείωση της διάρκειας ζωής των κατασκευών από σκυρόδεμα. Στις ημέρες μας η αυξανόμενη ατμοσφαιρική μόλυνση από την υπερεκμετάλλευση των φυσικών πόρων της γης και η μόλυνση των υπόγειων υδάτων της από την υπερεντατική καλλιέργεια των εδαφών της μέσω τοξικών φυτοφαρμάκων επιταχύνει το ρυθμό απώλειας της ανθεκτικότητας και τη συνεπαγόμενη απώλεια της συνάφειας σκυροδέματος και χάλυβα και θέτει ζήτημα αναζήτησης νέων τρόπων ενίσχυσης της ανθεκτικότητας των κατασκευών από σκυρόδεμα.
β
Στην εργασία [1] προτάθηκε η προσθήκη στην περιοχή των κόμβων διαμήκων ράβδων ενδιάμεσα του ύψους των ζυγωμάτων. Στις εργασίες [2] και [3] διερευνήθηκε η συμπεριφορά πλαισίου στο οποίο οι ενδιάμεσες καθ΄ύψος ράβδοι εκτείνονταν και πέραν της περιοχής του κόμβου σ΄ όλο το άνοιγμα του ζυγώματος. Στον κόμβο του πλαισίου δεν διατάχθηκαν κατακόρυφοι συνδετήρες.
β
α
Η διάταξη αυτή απεδείχθη ανεπαρκής, καθώς η αστοχία του πλαισίου επικεντρώηκε στη θέση του κόμβου.
Σημαντικό πρόβλημα των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα αποτελεί και η μικρή σχετικά ανθεκτικότητά τους.
Ο συνδυασμός σκυροδέματος και χάλυβα αποτέλεσε ορόσημο στην ιστορία των δομικών υλικών και συνετέλεσε στην εκρηκτική εξάπλωση των κατασκευών από σκυρόδεμα.
β-β
α-α
Πέραν από τα κατασκευαστικά προβλήματα που περιγράφηκαν παραπάνω: •
α
Σχ. 1.2
Προτεινόμενη όπλιση
1.2 Προτεινόμενη Λύση Για την άρση των κατασκευαστικών δυσχερειών και τεχνολογικών προβλημάτων που εντοπίστηκαν παραπάνω προτείνεται εναλλακτική διάταξη του οπλισμού που φαίνεται στο Σχ. 2.
123
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Αντί της συμβατικής τοποθέτησης του διαμήκους οπλισμού στα πέλματα των δομικών στοιχείων από σκυρόδεμα, προτείνεται: Διάταξη του διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού των υποστυλωμάτων διάσπαρτη σ΄όλη την έκταση της διατομής τους με αποτέλεσμα ένα ομοιομορφισμένο υλικό από σκυρόδεμα και χάλυβα, το χαλυβοσκυρόδεμα. Ο διαμήκης οπλισμός των δοκών κατανέμεται καθ΄ ύψος τους. Η όπλιση των κόμβων διαμορφώνεται από τις διαμήκεις ράβδους των δοκών, τις διαμήκεις ράβδους των υποστυλωμάτων και τους συνδετήρες των υποστυλωμάτων. Ο κλωβός του οπλισμού των υποστυλωμάτων συντίθεται από περισσότερους, επί μέρους κλωβούς διαφορετικού μεγέθους οι οποίοι τοποθετούνται ο ένας μέσα στον άλλο υπό μορφή ρώσικης κούκλας. Ο διαμήκης οπλισμός ισοκατανέμεται στην περίμετρο των επί μέρους κλωβών. Εναλλακτικές δυνατότητες είναι:
Για τη διευκόλυνση της συναρμολόγησης του οπλισμού, καθώς και της διάστρωσης και της συμπύκνωσης του σκυροδέματος των υποστυλωμάτων η αγκύρωση των συνδετήρων των εσωτερικών κλωβών του οπλισμού γίνεται υπό γωνία 90ο. Το σημαντικό στρώμα σκυροδέματος εκατέρωθεν των συνδετήρων αυτών εμποδίζει το άνοιγμά τους και επιτρέπει την απλοποίηση αυτή.
1.3. Πλεονεκτήματα του Χαλυβοσκυροδέματος Η προτεινόμενη όπλιση έχει σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως: Κατασκευαστική ευχέρεια και Δυνατότητα Τυποποίησης και Εκβιομηχάνισης Με την προτεινόμενη όπλιση, ελλείψει πυκνού άνω διαμήκους οπλισμού και κατακόρυφων συνδετήρων στην περιοχή του κόμβου, αίρονται οι κατασκευαστικές δυσχέρειες κατά την διάστρωση και συμπύκνωση του σκυροδέματος στην περιοχή αυτή, ‘οπως φαίνεται στο Σχ. 3.
(α) οι επί μέρους κλωβοί να προκύπτουν με αναδίπλωση δομικού πλέγματος (δύο διευθύνσεων) και (β) ο συνολικός κλωβός του οπλισμού να προκύπτει με αναδίπλωση δομικού πλέγματος (δύο διευθύνσεων) υπό μορφή μαιάνδρου. Το εμβαδόν του συνολικού διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού παραμένει το ίδιο μ΄ αυτό αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική όπλιση και μπορεί να προκύπτει από τις ίδιες υπολογιστικές σχέσεις. Λόγω του μεγαλύτερου αριθμού των ράβδων που επιτρέπει η προτεινόμενη λύση, οι διάμετροι τόσο του διαμήκους όσο και του εγκάρσιου οπλισμού προκύπτουν σημαντικά μικρότερες απ΄ αυτές των αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική όπλιση. Οι εξωτερικές γωνιακές διαμήκεις ράβδοι διαμορφώνονται με μεγαλύτερη διάμετρο, Φ14 για τα υποστυλώματα και Φ12 για τις δοκούς ώστε να προστατεύονται έναντι λυγισμού τους.
ΔΟΝΗΤΗΣ
ΔΟΝΗΤΗΣ
α
α-α
β
β-β
Σχ. 1.3 Ευχέρεια συμπύκνωσης για διάταξη οπλισμού καθύψος Με την καθ΄ ύψος διάταξη των διαμήκων ράβδων στις δοκούς είναι δυνατή η τοποθέτηση περισσότερων ράβδων και, γι΄αυτό, είναι ιδιαίτερα ευχερής η υιοθέτηση ράβδων μικρής διαμέτρου η οποία, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 2.1, είναι ιδιαίτερα σημαντική για την πλήρη ενεργοποίηση των διαμήκων ράβδων. Ως εκ του τρόπου διαμόρφωσής του, είναι δυνατή η τυποποίηση και εκβιομηχάνιση ολόκληρου του σκελετού των οπλισμών των υποστυλωμάτων και όχι μόνον του κλωβού των συνδετήρων που ισχύει σήμερα.
124
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Ο οπλισμός μπορεί να προκύπτει με συνδυασμό επί μέρους συμβατικών κλωβών τυποποιημένων διαστάσεων και τυποποιημένου συνολικού διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού. Μια τέτοια βιομηχανική διαμόρφωση ολόκληρου του κλωβού του οπλισμού των υποστυλωμάτων, εκτός από τα προφανή πλεονεκτήματα για την οικονομία της κατασκευής, θα εξασφαλίζει τα στοιχεία από τοπικές αστοχίες οφειλόμενες σε κακοτεχνίες κατά τη συναρμολόγηση του οπλισμού επί τόπου του έργου. Καλύτερη συνάφεια Η συνάφεια, το κατ΄εξοχήν αποφασιστικό μέγεθος για την ασφάλεια των στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα, ιδιαίτερα στην περίπτωση σεισμικής επιπόνησης και στην περιοχή των κόμβων των δομικών στοιχείων, βελτιώνεται σημαντικά με την προτεινόμενη λύση. Λόγω των μικρών διαμέτρων των ράβδων του οπλισμού οι αναπτυσσόμενες τάσεις συνάφειας παραμένουν μικρές και σε σημαντικό μέρος του διαμήκους οπλισμού αμελητέες, καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 4, οι ενδιάμεσες ράβδοι καθ΄ύψος των στοιχείων παραμένουν εφελκυόμενες και στις δύο απέναντι πλευρές των κόμβων.
Fc
[ε]
Σχ. 1.4
Fs
A
B
c
Εσωτερικές δυνάμεις εκατέρωθεν του κόμβου
Μεγαλύτερη Πυρασφάλεια και Ανθεκτικότητα Για την αντιμετώπιση της μικρής ανθεκτικότητας των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα έχουν παραχθεί και ερευνώνται σε ευρεία κλίμακα ανοξείδωτοι χάλυβες για την αντικατάσταση των συνήθων χαλύβων.
Οι ερευνώμενοι χάλυβες έχουν ιδιαίτερα μεγάλο κόστος προοριζόμενοι εκ των πραγμάτων για «εκλεκτούς» χρήστες των κατασκευών. Το χαλυβοσκυρόδεμα μπορεί να ειδωθεί ως μια απλή λύση προς την κατεύθυνση της αύξησης της ανθεκτικότητας των στοιχείων από σκυρόδεμα η οποία δεν αυξάνει το κόστος της κατασκευής και δεν απαιτεί ιδιαίτερη οργάνωση. Είναι προφανής η αυξημένη πυρασφάλεια και, εν γένει, ανθεκτικότητα των στοιχείων από χαλυβοσκυρόδεμα, καθώς το μεγαλύτερο ποσοστό του διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού τους είναι προστατευμένο από περιβαλλοντικές προσβολές, λόγω του μεγαλύτερου πάχους της επικάλυψής τους. Περαιτέρω αύξηση της ανθεκτικότητας των στοιχείων από χαλυβοσκυρόδεμα προκύπτει και λόγω: •
της καλύτερης συνάφειας των ράβδων του οπλισμού με το σκυρόδεμα, λόγω των μικρότερων διαμέτρων τους και
•
της μεγαλύτερης ομοιογένειας του υλικου και, γι΄αυτό, μείωσης της «παρασιτικής» ρηγμάτωσης της οφειλόμενης σε μη συμβιβαστά τεχνολογικά χαρακτηριστικά σκυροδέματος και χάλυβα.
Η Μεγαλύτερη Ασφάλεια κατά την Αστοχία Μειονέκτημα της προτεινόμενης λύσης φαίνεται να αποτελεί ο αυξημένος κίνδυνος πρόωρου λυγισμού των εξωτερικών διαμήκων ράβδων, λόγω της μικρής διαμέτρου τους. Αν, όμως, ληφθούν υπόψη ότι: •
οι εξωτερικές ράβδοι που υπόκεινται σε λυγισμό είναι μικρό, μόνον, ποσοστό του συνολικού οπλισμού,
•
οι συνθήκες συνάφειας των ράβδων αυτών είναι βελτιωμένες και
•
η παρουσία των ενδιάμεσων εγκάρσιων και διαμήκων ράβδων εν είδει δεύτερης γραμμής άμυνας σε περίπτωση αστοχίας (καθώς η αστοχία των δομικών στοιχείων είναι μια εξελικτική διαδικασία από την επιφάνεια προς το εσωτερικό των στοιχείων),
125
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
ενδεχόμενος πρόωρος λυγισμός ακραίας διαμήκους ράβδου δεν θα επηρεάσει σημαντικά την υστερητική συμπεριφορά των στοιχείων και δεν θα αποδιοργανώσει τα στοιχεία, όπως στην περίπτωση των συμβατικών στοιχείων. Στα συμβατικά στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα έναρξη λυγισμού διαμήκους ράβδου τους σηματοδοτεί και την αστοχία τους οδηγώντας σε επιταχυνόιμενη απώλεια της δυσκαμψίας και της φέρουσας ικανότητάς τους ως αποτέλεσμα της επιταχυνόμενης αποδιοργάνωσης τους στην περιοχή του λυγισμού. Απλούστερη η Διαδικασία Επισκευής Για την επισκευή των συμβατικά οπλισμένων υποστυλωμάτων απαιτείται αποφόρτισή τους και υποστύλωσή τους. Για την επισκευή των υποστυλωμάτων από χαλυβοσκυρόδεμα δεν απαιτείται πλήρης αποφόρτισή τους, ούτε υποστύλωσή τους, καθώς η περιοχή αστοχίας περιορίζεται στο εξωτερικό, μόνον, τμήμα τους.
1.4 1.4.1
Η Λογική της Λύσης Η ίδια Καμπτική Αντοχή Στοιχείων με τη Συμβατική και την Προτεινόμενη Όπλιση
Η διάταξη των διαμήκων ράβδων καθ΄ ύψος των φορέων ή διάσπαρτη σ΄όλη τη διατομή τους έρχεται σ΄αντίθεση με τη συμβατική απαίτηση για διάταξη του καμπτόμενου οπλισμού στα πέλματα των στοιχείων.
αυτών δεν υστερεί αυτής αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική όπλιση. Στο Σχ. 5 δίνονται τα διαγράμματα παραμορφώσεων και εσωτερικών δυνάμεων καθ΄ύψος της διατομής στην κατάσταση αστοχίας (α) για στοιχεία με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματά τους και (β) για στοιχεία με μέρος του διαμήκους οπλισμού ενδιάμεσα του ύψους τους. Όπως προκύπτει από τα παραπάνω διαγράμματα, επειδή το βάθος x της θλιβόμενης ζώνης είναι μικρό στην περίπτωση στοιχείων με συμμετρικό οπλισμό, οι ενδιάμεσες ράβδοι εφελκύονται το ίδιο με τις ακραίες ράβδους στα πέλματα των στοιχείων και, γι αυτό, η συμβολή τους στην καμπτική αντοχή δεν είναι αμελητέα. Η συμβολή των ενδιάμεσων ράβδων στην αύξηση της (συνισταμένης) εφελκυστικής δύναμης Fs1 στοιχείου με καθ΄ύψος διάταξη του διαμήκους οπλισμού εξισορροπεί, όπως φαίνεται στο Σχ. 5, τον μειωμένο μοχλοβραχίονα z των εσωτερικών δυνάμεων με αποτέλεσμα η αναλαμβανόμενη ροπή να είναι ίδια μ΄αυτήν αντίστοιχου στοιχείου με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματα του στοιχείου.
εc
εs1 (α)
Fc
z1
Αs/2
Η απαίτηση αυτή αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο του καμπτικού σχεδιασμού των δομικών στοιχείων, όπως αυτός αναγράφεται στα κλασσικά εγχειρίδια οπλισμένου σκυροδέματος και προδιαγράφεται στους σύγχρονους κανονισμούς. Σύμφωνα με την κλασσική αυτή αντίληψη, η φέρουσα ικανότητα των στοιχείων με την εναλλακτική διάταξη του διαμήκους οπλισμού αναμένεται να είναι σημαντικά μειωμένη, λόγω του μειωμένου μοχλοβραχίονα των εσωτερικών δυνάμεων.
Fs2
x
Αs/2
Fs1 εc
Fs2
Fc
F z2 Fs1
(β) ΜRdu(α) = As/2.fsd.z1 ΜRdu(β) = 3As/4.fsd.z2 Σχ. 1.5
Προσεκτικότερη, όμως, εξέταση αποκαλύπτει ότι η φέρουσα ικανότητα των στοιχείων
126
Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας για (α) συμβατική όπλιση και (β) εναλλακτική όπλιση
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Η γενικευμένη πεποίθηση του τεχνικού κόσμου για υποχρεωτική διάταξη του καμπτικού οπλισμού στα πέλματα των στοιχείων φαίνεται να πηγάζει από την παραδοχή ότι ο ουδέτερος άξονας των καμπτόμενων φορέων είναι στην περιοχή του μέσου της διατομής και, γι΄ αυτό, οι ενδιάμεσες ράβδοι είναι ανενεργές.
Με τον τρόπο αυτό: Αυξάνει η διατμητική αντοχή των στοιχείων, καθώς ενεργοποιούνται περισσότεροι συνδετήρες. Η διατμητική αστοχία αποκτά πλάστιμο χαρακτήρα.
Η παραδοχή αυτή φαίνεται να έχει την προέλευσή της σε περιόδους κατά τις οποίες:
(α)
Ο σχεδιασμός των στοιχείων γινόταν σε κατάσταση λειτουργικότητας (με τη μέθοδο των επιτρεπομένων τάσεων) και, γι΄ αυτό, λόγω της μικρής τιμής της ροπής σχεδιασμού (που ήταν η ροπή των φορτίων λειτουργίας και όχι η ροπή αστοχίας), το βάθος της θλιβόμενης ζώνης προέκυπτε σημαντικό.
(β)
Σχ. 1. 5 Διατμητική ρηγμάτωση στοιχείων με διαμήκεις ράβδους (α) στα πέλματα και (β) καθ΄ύψος των στοιχείων
Ο θλιβόμενος οπλισμός των στοιχείων περιοριζόταν σ΄ αυτόν της συναρμολόγησης των συνδετήρων (οπλισμός montage), και το πλάτος των δομικών στοιχείων ήταν σχετικά μικρό. Στο σύγχρονο σχεδιασμό των κατασκευών ο θλιβόμενος οπλισμός και το πλάτος των στοιχείων έχουν σημαντικά αυξηθεί για λόγους πλαστιμότητας και, γι΄ αυτό, το βάθος της θλιβόμενης ζώνης έχει μειωθεί περαιτέρω. Για παράδειγμα, σ’ ένα στοιχείο με διατομή 300Χ300 mm και συμμετρικό οπλισμό 4Φ14, ποιότητας S500 το βάθος της θλιβόμενης ζώνης για το φορτίο αστοχίας προκύπτει ίσο με 3,5 cm. 1.4.2 Πλεονεκτήματα για τη Διατμητική Συμπεριφορά Οι διαμήκεις ράβδοι ενδιάμεσα του ύψους των στοιχείων δρουν για τη διατμητική ρηγμάτωση με τον ίδιο τρόπο που δρούν οι ακραίες διαμήκεις ράβδοι για την καμπτική ρηγμάτωση. Mε την εμφάνιση της πρώτης τριχοειδούς (λοξής) διατμητικής ρωγμής ενδιάμεσα του ύψους των στοιχείων ενεργοποιούνται οι ενδιάμεσες διαμήκεις ράβδοι παρεμποδίζοντας την ανεξέλεκτη διεύρυνση και επέκταση της ρωγμής αυτής, επιτρέποντας έτσι την εμφάνιση κι άλλων διατμητικών ρωγμών.
Eικόνα 1 Διατμητική ρηγμάτωση σε στοιχείο με διαμήκεις ράβδους καθ΄ύψος του Σ΄αντίθεση με τους συνδετήρες, η διατμητική απόδοση των οποίων εξαρτάται σημαντικά από τη σχετική θέση τους ως προς τη μη επακριβώς καθορισμένη θέση της διατμητικής ρωγμής, η διατμητική απόδοση των ενδιάμεσων ράβδων είναι ανεξάρτητη από τη θέση εμφάνισης της διατμητικής ρωγμής, καθώς οι διαμήκεις ράβδοι εκτείνονται σ΄ όλο το μήκος των στοιχείων. Επιπρόσθετα: Λόγω των μεγαλύτερων τιμών των εσωτερικών δυνάμεων, το βάθος της θλιβόμενης ζώνης προκύπτει μεγαλύτερο και, γι αυτό, είναι μεγαλύτερη η διατμητική συμβολή του σκυροδέματος της θλιβόμενης ζώνης. Λόγω του μεγαλύτερου βάθους της θλιβόμενης ζώνης αποφεύγεται ή καθυστερείται η αστοχία συνάφειας κατά
127
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
μήκος του θλιβόμενου οπλισμού η οποία χαρακτηρίζει τη διατμητική συμπεριφορά των συνήθων στοιχείων, καθώς οι θλιπτικές τάσεις της θλιβόμενης ζώνης κλείνουν τη διατμητική ρωγμή.
Πίνακας 1: Στοιχεία Πρώτης Ομάδας
α/α
5. Λόγω της συνύπαρξης των ορθών εφελκυστικών τάσεων των ενδιάμεσων (καθ΄ύψος) ράβδων, η κλίση της κύριας εφελκυστικής τάσης στην περιοχή του μέσου του ύψους του στοιχείου διατηρείται σταθερή, όπως φαίνεται στο σχήμα, με αποτέλεσμα να καθυστερείται η οριζοντίωσή της που παρατηρείται στα συνήθη στοιχεία λόγω απώλειας συνάφειας των ακραίων διαμήκων ράβδων και να ενεργοποιούνται περισσότεροι συνδετήρες για την ανάληψη της δρώσας τέμνουσας.
1.5
Nr
Ν1
Διάταξη Οπλισμού
Διαμήκης οπλισμός ρ≈ 0.6%
ρ≈ 1.0%
4 Ø.14 6 Ø 14
Ν2
4 Ø 16
Ν3
Πειραματική Διερεύνηση της Σεισμικής Συμπεριφοράς Γραμμικών Στοιχείων
Ε1
Για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των κόμβων των δομικών στοιχείων με την προτεινόμενη όπλιση υποβλήθηκαν σε εναλλασσόμενη επιπόνηση αμφιέρειστα πειραματικά στοιχεία σε διάταξη που στήθηκε στο εργαστήριο σκυροδέματος του ΕΜΠ στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών της περιόδου 1981-1983 και 1998-2001.
8 Ø 10 8 Ø 12
Ε1α
Ε2
12 Ø 8
Ε2α
8 Ø 12
Ε2β
4 Ø 14 + 4 Ø 10
Ε3
4 Ø 14 + 4 Ø 10
Ε4
4 Ø 10 + 4 Ø 14
1.5.1 Πειραματικά Στοιχεία Το πειραματικό πρόγραμμα περιλαμβάνει δοκιμασία σε εναλλασσόμενη επιπόνηση δύο ομάδων αμφιέρειστων πειραματικών στοιχείων μήκους 2200 mm με συμμετρικό διαμήκη οπλισμό. •
Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει:
Δέκα στοιχεία διατομής 300 X 300 mm σχεδιασμένα για καμπτική αστοχία με ίδιο εγκάρσιο οπλισμό, αλλά με τέσσερις διαφορετικές διατάξεις του διαμήκους οπλισμού όπως φαίνεται στον Πίνακα1.διαφορετική διάταξη του διαμήκους οπλισμού. Ο εγκάρσιος οπλισμός αποτελείται από συνδετήρες διαμέτρου 8 mm σ΄απόσταση 100 mm.
Η αντοχή του σκυροδέματος κατά τη δοκιμασία των στοιχείων εκτιμήθηκε 28 MPa.
Η διάταξη του διαμήκους οπλισμού φαίνεται στον Πίνακα 1.
128
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
•
Η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει:
Δύο στοιχεία σχεδιασμένα για καμπτοδιατμητική αστοχία διατομής 300x300 mm: Το στοιχείο Ο.Σ με συμβατική όπλιση αποτελούμενη από έξι διαμήκεις ράβδους διαμέτρου 16 mm με τάση διαρροής 590 MPa, τρεις σε κάθε πέλμα του στοιχείου, και συνδετήρες διαμέτρου 8 mm με τάση διαρροής 590 ΜPa σε απόσταση 100 mm.
στηρίου σκυροδέματος του ΕΜΠ, όπως φαίνεται στο Σχ 6 και την Εικόνα 2. . Για την επιβολή της εναλλασσόμενης μετατόπισης χρησιμοποιήθηκε γρύλος MTS (500 kΝ) ο οποίος πακτώθηκε στο δάπεδο δοκιμών.
Το στοιχείο Χ.Σ με εναλλακτική όπλιση αποτελούμενη από τρεις συμβατικούς κλωβούς οπλισμού διαφορετικού μεγέθους οι οποίοι τοποθετήθηκαν ο ένας μέσα στον άλλο. Κάθε κλωβός αποτελείται από οκτώ διαμήκεις ράβδους διαμέτρου 8 mm με τάση διαρροής 590 MPa ισοκατανεμημένες στην περίμετρο και συνδετήρες διαμέτρου 6 mm με τάση διαρροής 390 MPa σ΄απόσταση 100 mm.
Σχ. 1.6 Πειραματική διάταξη
Το μηχανικό ποσοστό του συνολικού διαμήκη και εγκάρσιου οπλισμού είναι ίδιο και στα δύο στοιχεία. Πίνακας 2: Στοιχεία Δεύτερης Ομάδας
ΧΣ
ΟΣ
1.5.2
24Φ8
6Φ16
Πειραματική Διάταξη και Πειραματική Διαδικασία
Τα στοιχεία αναρτήθηκαν αμφιέρειστα από τα ζυγώματα χαλύβδινων πλαισίων πακτωμένων στο δάπεδο δοκιμασίας του εργα-
Εικόνα 2 Πειραματική διάταξη για γραμμικά στοιχεία . Για την επιβολή της εναλλασσόμενης μετατόπισης χρησιμοποιήθηκε γρύλος MTS (500 kΝ) ο οποίος πακτώθηκε στο δάπεδο δοκιμών. Εμετρούντο το βέλος στο μέσον του ανοίγματος των στοιχείων και η δύναμη απόκρισης. Τα στοιχεία υποβάλλοντο αρχικά σε τρεις έως τέσσερις ανακυκλήσεις μικρής στάθμης για σταθεροποίηση της πειραματικής διάταξης και έλεγχο των μετρητικών οργάνων και στη συνέχεια σε ανακυκλήσεις σε στάθμη επιπόνησης η οποία αντιστοιχούσε σε τιμή του δείκτη πλαστιμότητας ίση με μ=3.
129
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Για την τήρηση σταθερής της ταχύτητας επιπόνησης καθ’ όλη την διάρκεια του πειράματος, ίσης περίπου με 0.2 mm/sec, (λόγω της ιδιαίτερης επιρροής της στη μετελαστική συμπεριφορά των στοιχείων), η παρακολούθηση της εξέλιξης των ρωγμών γινόταν με διαδοχική φωτογράφιση και βιντεοσκόπηση.
Πιν. 3 Πειραματικά και Υπολογιστικά Φορτία Αστοχίας .Pu Πειρ.Pu [kN] α/α
Διάταξη οπλισμού
ρ≈0.6
ρ≈1.0
Υπολ. Pu
Η τήρηση του προγράμματος επιπόνησης γινόταν με οδηγό το διάγραμμα συμπεριφοράς, (διάγραμμα δύναμης-βέλους), σε καταγραφικό δύο αξόνων συνδεδεμένο με τον γρύλο (βλ. Εικόνα 3).
Ν1
129
Ν2
-
Ν3
163
115 169
159
154
117 -
-
Εικόνα 3 Καταγραφικό δύο αξόνων Ως στάθμη διαρροής του χάλυβα ορίζετο η στάθμη απότομης κλίσης του διαγράμματος συμπεριφοράς. 1.5.3
Πειραματικά Αποτελέσματα
Ε1
135
-
Ε1α
-
145
Ε2
119
-
-
149
-
169
-
181
-
180
Ε2α
Στον Πίνακα 3 δίνονται οι πειραματικές και υπολογιστικές τιμές του φορτίου αστοχίας των στοιχείων και στο Σχ. 7 και 9 δίνονται οι καμπύλες συμπεριφοράς των πειραματικών στοιχείων όπως καταγράφηκαν στο καταγραφικό δύο αξόνων το συνδεδεμένο με τη διάταξη δοκιμασίας.
Ε2β
Από τη σύγκριση των τιμών του φορτίου αστοχίας και των διαγραμάτων συμπεριφοράς προκύπτουν τα παρακάτω:
Ε3
Φέρουσα ικανότητα και μονότονη συμπεριφορά
Ε4
Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 3, τόσο τα στοιχεία με τη συμβατική όπλιση, όσο και τα αντίστοιχα στοιχεία με την εναλλακτική όπλιση, εμφανίζουν την ίδια περίπου τιμή του μέγιστου φορτίου και όπως φαίνεται
130
158
113 -
160
170
159
154
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
από τα διαγράμματα συμεπριφοράς την ίδια περίπου παραμορφωσιακή συμπεριφορά στον παρθενικό κύκλο επιπόνησης. Μικρή διαφοροποίηση των διαγραμμάτων συμπεριφοράς στον παρθενικό κλάδο των στοιχείων με την εναλλακτική όπλιση αποτελεί η ασαφής διαρροή και η μικρότερη κράτυνση του διαγράμματος μετά τη διαρροή. Η παρόμοια φέρουσα ικανότητα των στοιχείων με την εναλλακτική όπλιση είναι, όπως αναπτύχθηκε στο κεφ. 1.4.1, αναμενόμενη.
μήκων ράβδων τους, λόγω της διαφορετικής παραμόρφωσής τους. Υστερητική συμπεριφορά Η υστερητική συμπεριφορά των στοιχείων με την εναλλακτική όπλιση εμφανίζει, όπως φαίνεται από τη σύγκριση των διαγραμμάτων συμπεριφοράς, δύο διακριτές διαφορές απ’ αυτήν των αντίστοιχων στοιχείων με τη συμβατική όπλιση: Μεγαλύτερη πτώση του μέγιστου φορτίου μεταξύ παρθενικού και πρώτου κύκλου επιπόνησης και Σημαντικά μεγαλύτερη σταθερότητα των υστερητικών κύκλων, ιδιαίτερα στα στοιχεία Ε4 και ΧΣ, τα οποία φαίνεται ν’ αντέχουν πρακτικά άπειρους κύκλους επιπόνησης. Η μείωση της καμπτικής αντοχής μετά την ανακύκληση της επιπόνησης προκύπτει γιατί: μετά την ανακύκληση οι καμπτικές ρωγμές εκτείνονται σ΄ όλο το ύψος των στοιχείων και γιαυτό η εγκάρσια διατομή του φορέα στην κρίσιμη θέση (θέση ρωγμής) συνίσταται μόνον στη διατομή των ράβδων του διαμήκους οπλισμού. εc
1
Fs2= Αs/2.fs
z1 εs1 2
2
Διαγράμματα Ρ-δ πειραματικών στοιχείων πρώτης ομάδας
Η ασαφής διαρροή και η μικρότερη κράτυνση στα διαγράμματα των στοιχείων με την εναλλακτική όπλιση φαίνεται να αντανακλά τη σταδιακή διαρροή των ενδιάμεσων δια-
Fs1= Αs/2.fs (α)
ε1
1
Σχ 1.7
ε1 = ε2
ε2
ε1 = ε2
z2 Fs1 (β)
Σχ. 1.8 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας μετά την ανακύκληση για διάταξη (α) κατά πλάτος και (β) καθ΄ ύψος της διατομής
131
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Επειδή η διάταξη του διαμήκους οπλισμού είναι συμμετρική, το διάγραμμα των τάσεων καθ΄ ύψος της διατομής είναι συμμετρικό και ο ουδέτερος άξονας θα είναι στη θέση του μέσου του ύψους του φορέα, όπως φαίνεται στο Σχ. 8. Στην περίπτωση στοιχείων με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματα δεν προκύπτει διακριτή διαφοροποίηση της καμπτικής αντοχής μετά την ανακύκληση, καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 8(α), δεν μεταβάλλεται το μέγεθος των εσωτερικών δυνάμεων και η μεταβολή του μοχλοβραχίονα των εσωτερικών δυνάμεων είναι αμελητέα. Στην περίπτωση, όμως, στοιχείων με μέρος του διαμήκους οπλισμού καθ΄ ύψος της διατομής προκύπτει σημαντική μείωση της καμπτικής αντοχής καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 8(β), μειώνεται και το μέγεθος και ο μοχλοβραχίονας των εσωτερικών δυνάμεων. Η μείωση της καμπτικής αντοχής που εντοπίστηκε παραπάνω δεν λαμβάνεται υπόψη στους κανονισμούς και εκτιμάται ότι αποτελεί τη βασική αιτία που επανειλημμένα παρατηρείται στις κατασκευές αστοχία υποστυλωμάτων, μολονότι έχουν τηρηθεί οι απαιτήσεις των κανονισμών για ικανοτικό σχεδιασμό των υποστυλωμάτων ώστε να αστοχήσουν οι δοκοί.
προκειμένου για τα υποστυλώματα είναι λανθασμένη. Υπερτιμά την αντοχή τους.
Με την προτεινόμενη όπλιση, η πτώση του φορτίου μετά την ανακύκληση της επιπόνησης συμβαίνει και στο υποστύλωμα και στη δοκό και δεν προκύπτει πρόβλημα στον ικανοτικό σχεδιασμό του κόμβου.
Η μεγαλύτερη σταθερότητα των υστερητικών κύκλων των στοιχείων με την εναλλακτική όπλιση είναι στο κεφ. 1.2, αναμενόμενη: Το στοιχείο ΧΣ εμφάνισε πρόωρο λυγισμό μίας από τις εικοσιτέσσερις ράβδους του, η οποία, όμως, δεν φάνηκε να επηρέασε διακριτά τη μετέπειτα συμπεριφορά του στοιχείου, ενώ Στο στοιχείο ΟΣ ο λυγισμός της μίας από τις έξι ράβδους του το οδήγησε σε προοδευτική μείωση της δυσκαμψίας και της φέρουσας ικανότητάς του σηματοδοτώντας την τελική αστοχία του.
Στην πλειονότητά τους τα υποστυλώματα στις κατασκευές έχουν μέρος του διαμήκους οπλισμού τους ενδιάμεσα του ύψους της διατομής τους ως: οπλισμό για καμπτική (σεισμική) επιπόνηση προς την κάθετη διεύθυνση, οπλισμό συναρμολόγησης για τον προσθετο οπλισμό «περίσφιξης» που προβλέπεται από τον κανονισμό και στην περίπτωση κυκλικών υποστυλωμάτων λόγω κυκλικού σχήματος της διατομής τους Κατά τον ικανοτικό σχεδιασμό των υποστυλωμάτων σε κάμψη η καμπτική αντοχή τόσο των δοκών όσο και των υποστυλωμάτων τίθεται ίση μ΄ αυτή της μονότονης επιπόνησης.
Σχ. 1.9
Όπως σχολιάστηκε παραπάνω, ενώ για τις δοκούς (η συμβατική διάταξη του οπλισμού είναι στα πέλματα) η παραδοχή αυτή είναι ορθή,
132
Διαγράμματα Ρ-δ πειραματικών στοιχείων δεύτερης ομάδας
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
1.6
Πειραματική Διερεύνηση Κόμβων με την Προτεινόμενη Όπλιση
Για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των κόμβων των δομικών στοιχείων με την προτεινόμενη όπλιση υποβλήθηκαν σε εναλλασσόμενη επιπόνηση δύο ημιπλαίσια, το ΟΣ και ΧΣ, μορφής Τ, όπως φαίνεται στο Σχ. 10, σε διάταξη που στήθηκε στο εργαστήριο σκυροδέματος του ΕΜΠ στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών της περιόδου 2000-2002.
Στο ημιπλαίσιο ΧΣ συνδυάζεται χαλυβοσκυρόδεμα στο κατακόρυφο μέλος και συμβατική διάταξη στα οριζόντια μέλη. Δεν διατάσσεται πρόσθετος διατμητικός οπλισμός στον κόμβο.
Πειραματικό πρόγραμμα Τα πειραματικά ημιπλαίσια μπορούν να ειδωθούν ως το τμήμα μονώροφων πολύστυλων ή πολυώροφων δίστυλων πλαισίων το οριοθετούμενο εκατέρωθεν του κόμβου από τα σημεία μηδενισμού των ροπών, όπως φαίνεται στο Σχ. 10.
P
P
Σχ. 1.10 Αντιστοιχία πειραματικών πλαισίων και κατασκευής Τα • • •
δύο ημιπλαίσια έχουν: Ίδιες γεωμετρικές διαστάσεις, Ίδιο συνολικό διαμήκη Ϊδιο εγκάρσιο οπλισμό
•
Διαφορετική διάταξη του οπλισμού στα γραμμικά μέλη τους καθώς και διαφορετική όπλιση στον κόμβο, όπως φαίνεται στο Σχ. 11 και την Εικόνα 4.
Σχ. 1.11
Όπλιση πειραματικών ημιπλαισίων
Στο ημιπλαίσιο ΟΣ συνδυάζεται συμβατική όπλιση στο κατακόρυφο μέλος, καθύψος διάταξη του διαμήκους οπλισμού στα οριζόντια μέλη. Διατάσσεται πρόσθετος δισδιαγώνιος οπλισμός στον κόμβο.
133
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Δεν υιοθετείται στο ζύγωμα του ημιπλαισίου ΟΣ η συμβατική διάταξη του διαμήκους οπλισμού κατά πλάτος για να αποφευχθεί η πρόωρη αστοχία του στύλου (βλ. Κεφ. 1.5.3).
Ο διατμητικός οπλισμός του κόμβου διαμορφώνεται: Στο ημιπλαίσιο ΧΣ από τον οπλισμό του κατακόρυφου μέλους, χωρίς να συνεχίζονται στον κόμβο οι συνδετήρες των οριζόντιων μελών και χωρίς άλλον πρόσθετο οπλισμό,
ΟΣ
Στο ημιπλαίσιο ΟΣ από τον οπλισμό του κατακόρυφου μέλους οι συνδετήρες του οποίου συνεχίζονται και μέσα στον κόμβο, από τις ενδιάμεσες διαμήκεις ράβδους των οριζόντιων μελών και από πρόσθετον δισδιαγώνιο οπλισμό. •
Ο δυσμενέστερος σχεδιασμός του κόμβου στο ημιπλαίσιο ΧΣ απ΄αυτόν της προτεινόμενης λύσης (δεν υπάρχει η διατμητική συμβολή των ενδιάμεσων διαμήκων ράβδων του ζυγώματος) και ο ευμενέστερος σχεδιασμός του κόμβου στο ημιπλαίσιο αναφοράς ΟΣ απ΄αυτόν της συμβατικής λύσης υιοθετήθηκε ώστε να αυξηθεί η αξιοπιστία των συμπερασμάτων από τη σύγκριση της συμπεριφοράς των δύο πλαισίων, καθώς δεν ήταν δυνατή η δοκιμασία περισσότερων πειραματικών πλαισίων.
Επίσης, για μεγαλύτερη αξιοπιστία σύγκριση των πειραματικών πλαισίων: •
Υιοθετείται εξωτερική αγκύρωση των διαμήκων ράβδων των κατακόρυφων μελών, όπως φαίνεται στο Σχ. 11, ώστε να μην υπεισέλθουν αστάθμητοι παράγοντες από ενδεχομένως διαφορετικές συνθήκες αγκύρωσης των ράβδων στα δύο πλαίσια.
Οι γεωμετρικές διαστάσεις των ημιπλαισίων είναι: Οριζόντια μέλη: 250X350 mm Κατακόρυφα μέλη: 350x350 mm
Εικόνα 4 Οπλισμός ημιπλαισίων Επίσης, για μεγαλύτερη αξιοπιστία στη σύγκριση των πειραματικών πλαισίων: •
στη
Διαστασιολόγηση Πειραματικών Ημιπλαισίων
• •
ΧΣ
Υιοθετείται εξωτερική αγκύρωση των διαμήκων ράβδων των κατακόρυφων μελών, όπως φαίνεται στο Σχ. 11, ώστε να μην υπεισέλθουν αστάθμητοι παράγοντες από ενδεχομένως διαφορετικές συνθήκες αγκύρωσης των ράβδων στα δύο πλαίσια.
Διαστασιολόγηση Πειραματικών Ημιπλαισίων Οι γεωμετρικές διαστάσεις των ημιπλαισίων είναι: • Οριζόντια μέλη: 250X350 mm • Κατακόρυφα μέλη: 350x350 mm Ο διαμήκης οπλισμός των οριζόντιων μελών των πλαισίων αποτελείται από: • Hμιπλαίσιο ΧΣ: 4Φ14 στα πέλματα • Ημιπλαίσιο ΟΣ: 8Φ10 καθύψος της διατομής
134
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Ο διαμήκης οπλισμός του κατακόρυφου μέλους, αποτελείται από: •
Ημιπλαίσιο ΟΣ: 6Φ16 στα πέλματα του στοιχείου
•
Ημιπλαίσιο ΧΣ: 24Φ8 σε τρεις κλωβούς οπλισμού διαφορετικού μεγέθους με οκτώ διαμήκεις ράβδους διαμέτρου 8 mm ο κάθε κλωβός, οι οποίοι τοποθετούνται ο ένας μέσα στον άλλο (εν είδει ρώσικης κούκλας).
πακτωμένου σε ανεξάρτητο χαλύβδινο στύλο. Μέσω ειδικής διάταξης παρεμποδίζονταν η οριζόντια μετακίνηση των πλαισίων.
Ο εγκάρσιος οπλισμός των οριζόντιων μελών αποτελείται από: •
Ημιπλαίσιο ΟΣ: Φ8/100
•
Ημιπλαίσιο ΧΣ: Φ8/100
Ο εγκάρσιος οπλισμός των κατακόρυφων μελών αποτελείται από: •
Ημιπλαίσιο ΟΣ: Φ8/100
•
Ημιπλαίσιο ΧΣ: Φ6/100
Σχ. 1.12 Πειραματική διάταξη
Η τάση διαρροής του οπλισμού με διάμετρο 8 mm μετρήθηκε ίση με 590 MPa και των ράβδων με διάμετρο 6 mm ίση με 390 MΡa. Η αντοχή του σκυροδέματος κατά την δοκιμασία των πλαισίων εκτιμήθηκε στα MΡa. Τα επί μέρους μέλη των πλαισίων σχεδιάστηκαν για σχεδόν ταυτόχρονη αστοχία με τη ροπή αστοχίας του κατακόρυφου μέλους να υπολείπεται κατά τι αυτής του αθροίσματος του αθροίσματος των ροπών αστοχίας των οριζόντιων μελών ώστε να συγκρίνουμε την επιρροή της διαφορετικής όπλισης των στύλων των υμιπλαισίων στη εναλλασσόμενη επιπόνησή τους. Πειραματική διάταξη και μεθόδευση δοκιμών Τα ημιπλαίσια αναρτήθηκαν από τα ζυγώματα δύο χαλύβδινων πλαισίων πακτωμένων στο δάπεδο δοκιμών του εργαστηρίου σκυροδέματος του ΕΜΠ, Στηρίχθηκαν αμφιέρειστα στα άκρα των οριζοντίων μελών τους, όπως φαίνεται στο Σχ. 12 και την Εικόνα 4. Η επιπόνηση, με τη μορφή επιβαλλόμενης μετακίνησης, επιβλήθηκε στην περιοχή του άκρου του κατακόρυφου μέλους μέσω οριζόντιου γρύλου MTS δυναμικότητας 500 KN
Εικόνα 5 Πειραματική διάταξη Τα ημιπλαίσια υποβάλλοντo αρχικά σε τρεις–τέσσερις ανακυκλήσεις μικρής στάθμης για τη σταθεροποίηση της πειραματικής διάταξης και έλεγχο των μετρητικών οργάνων και στη συνέχεια σε ανακυκλήσεις σε στάθμη επιπόνησης αντίστοιχης σε τιμή του δείκτη πλαστιμότητας ίση με μ=2. Για την τήρηση σταθερής της ταχύτητας επιπόνησης καθόλη την διάρκεια του πειράματος, ίσης με 0.2 mm/sec, η παρακολούθηση της εξέλιξης των ρωγμών γινόταν με διαδοχική φωτογράφιση και βιντεοσκόπηση.
135
Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά
Η τήρηση του προγράμματος επιπόνησης γινόταν με οδηγό το διάγραμμα συμπεριφοράς, (δύναμης-βέλους), σε καταγραφικό δύο αξόνων συνδεδεμένο με τα μετρητικά όργανα. Ως στάθμη διαρροής του χάλυβα ορίζετο η στάθμη απότομης κλίσης του διαγράμματος συμπεριφοράς.
κλήσεις της επιπόνησης είναι καμπτική στο κατακόρυφο μέλος. Η υστερητική συμπεριφορά του ημιπλαισίου ΧΣ συγκρινόμενη μ’ αυτήν του ΟΣ εμφάνισε, ως ανεμένετο (βλ. Κεφ.1.5.3): •
Μεγαλύτερη πτώση του μέγιστου φορτίου μετά τον παρθενικό κύκλο Σημαντικά μεγαλύτερη σταθερότητα των υστερητικών κύκλων, διατηρώντας σταθερή την φέρουσα ικανότητα, την δυσκαμψία και την ικανότητα μετασχηματισμού ενέργειας μετά από περισσότερους από δέκα κύκλους
Πειραματικά Αποτελέσματα και Αξιολόγηση Στο Σχ. 13 δίνονται τα διαγράμματα Ρ-δ των πειραματικών ημιπλαισίων, όπως προέκυψαν από το καταγραγραφικό δύο αξόνων. Οι αρχικές ρωγμές εμφανίστηκαν και στα δύο ημιπλαίσια στα οριζόντια μέλη στις διατομές εκατέρωθεν του κόμβου με τη μορφή καμπτικών ρωγμών. Με την εξέλιξη της επιπόνησης εμφανίστηκαν καμπτικές ρωγμές στο κατακόρυφο μέλος του ΧΣ και καμτοδιατμητικές στο κατακόρυφο μέλος του ΟΣ.
Σχ. 1.13 Διαγράμματα Ρ-δ πειραματικών ημιπλαισίων
Εικόνα 6 Εικόνα ρηγμάτωσης ημιπλαισίου ΧΣ Μετά τον πρώτο κύκλο επιπόνησης, στο ημιπλαίσιο ΟΣ εμφανίστηκε στην περιοχή του κόμβου διακριτή κεκλιμένη ρωγμή η οποία εξελίχθηκε σε δίκτυο δισδιαγώνιων ρωγμών. Στο πλαίσο ΧΣ στην περιοχή του κόμβου δεν παρατηρήθηκε διακριτή λοξή ρηγμάτωση, αλλά, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1, η μορφή αστοχίας μετά από δέκα ανακυ-
Το ημιπλαίσιο ΟΣ εμφάνισε προοδευτική απομείωση της δυσκαμψίας και της φέρουσας ικανότητάς του, αντέχοντας τέσσερις μόνον κύκλους επιπόνησης, παρά:
την πρόσθετη διατμητική συμβολή των ενδιάμεσων διαμήκων ράβδων των οριζόντιων μελών του, η οποία αποδείχθηκε ανεπαρκής ως διατμητική όπλιση του κόμβου,
τις πρόσθετες δισδιαγώνιες ράβδους
τις καλύτερες συνθήκες συνάφειας, λόγω της μικρότερης διαμέτρου των διαμήκων ράβδων των οριζόντιων μελών του.
136