Σύμμεικτες πλάκες από παραμένοντες τύπους ινοπλεγμάτων σε ανόργανες μήτρες και οπλισμένο σκυρόδεμα: πειραματική διερεύνηση μηχανικής συμπεριφοράς και βέλτιστος σχεδιασμός

Abstract

The continuous need for the development of new construction methods and materials is highlighted to the Engineers by the raising demands for cost effective and environmental friendly concrete structures fulfilling at the same time high aesthetic design criteria. The application of semi-prefabrication techniques involving the use of participating Stay-in-Place formwork elements seems to be an attractive solution. The present dissertation deals with the experimental and analytical investigation of one-way concrete slabs cast over Stay-In-Place formwork elements produced from cementitious composite materials reinforced with textile structures from non-metallic continuous fibers (Textile Reinforced Mortar). In this dissertation the development of a design procedure for Composite Reinforced Concrete (RC)/TRM one-way slabs is carried out. For the development of the design procedure the results from an extensive experimental investigation campaign were exploited. The campaign focuses on the mechanical behavior of RC/TRM composite slabs under four point bending. Also tests on the formwork elements under four point bending tests were carried out. Ahead of the bending tests, uniaxial tension tests on dumbbell TRM specimens were conducted in order to characterize the composite material. Finally, the design procedure was integrated on a Genetic Algorithm in order to achieve minimum-cost design solutions.

H αύξηση των περιβαλλοντικών, αισθητικών και λειτουργικών απαιτήσεων που πρέπει να πληρούν οι σύγχρονες κατασκευές Πολιτικού Μηχανικού, σε συνδυασμό με την απαίτηση για συμπίεση του κόστους του κύκλου ζωής τους, οδηγούν στην ανάγκη για τη διερεύνηση της εφαρμογής νέων υλικών και μεθόδων που θα εφαρμοσθούν στη κατασκευή των δομικών έργων. Στην κατεύθυνση αυτή κινούνται οι μέθοδοι κατασκευής δομικών στοιχείων με τη χρήση παραμενόντων τύπων. Η παρούσα Διατριβή πραγματεύεται, τόσο σε αναλυτικό όσο και σε πειραματικό επίπεδο, το σχεδιασμό επίπεδων στοιχείων Ο/Σ που παρασκευάζονται έναντι παραμενόντων τύπων παρασκευασμένων από σύνθετα υλικά τσιμεντοειδούς μήτρας και οπλισμένων με πλέγματα μη μεταλλικών ινών (Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα-ΙΑΜ). Η Διατριβή αναπτύσσει την διαδικασία σχεδιασμού που προορισμός της είναι να ενσωματωθεί σε έναν αλγόριθμο βέλτιστου σχεδιασμού για την επίτευξη σχεδιαστικών λύσεων που θα αντιστοιχούν στο ελάχιστο κόστος κατασκευής για το σύμμεικτο στοιχείο. Η διαδικασία σχεδιασμού τροφοδοτείται από ένα εκτενές πρόγραμμα πειραματικών δοκιμών. Στο Κεφάλαιο 1 παρατίθεται τα πλεονεκτήματα της χρήσης των παραμενόντων τύπων σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους κατασκευής δομικών στοιχείων (ξυλότυποι). Επιπροσθέτως, παρουσιάζονται τα κύρια χαρακτηριστικά των παραμενόντων τύπων που διατίθενται στη βιομηχανία κατασκευής. Τα μειονεκτήματα που προκύπτουν απo την χρήση των υπαρχόντων παραμενόντων τύπων φαίνεται να θεραπεύονται από την εναλλακτική πρόταση της εφαρμογής των συνθέτων υλικών ΙΑΜ. Στο Κεφάλαιο 2 παρατίθενται τα χαρακτηριστικά των επί μέρους υλικών των στοιχείων ΙΑΜ. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται η περιγραφή της συμπεριφοράς των στοιχείων ΙΑΜ έναντι εφελκυσμού, ενώ γίνεται αναφορά και στα κυριότερα αναλυτικά προσομοιώματα που περιγράφουν αυτή τη συμπεριφορά. Τέλος, περιγράφονται και οι συνθήκες συνάφειας για το σύστημα κλώνος-ανόργανη μήτρα. Στο Κεφάλαιο 4 παρατίθενται οι προβληματισμοί αναφορικά με τον σχεδιασμό τόσο παραμενόντων τύπων ΙΑΜ όσο και των σύμμεικτων στοιχείων που παράγονται. Οι προβληματισμοί που παρουσιάζονται οριοθετούν τους στόχους της παρούσας Διατριβής. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται το πρόγραμμα των πειραματικών δοκιμών, καθώς και η πειραματική μεθοδολογία που ακολουθήθηκε. Το πειραματικό πρόγραμμα περιλαμβάνει τις δοκιμές χαρακτηρισμού των στοιχείων ΙΑΜ έναντι μονοαξονικού εφελκυσμού και την πειραματική διερεύνηση δομικών στοιχείων ΙΑΜ και σύμμεικτων στοιχείων ΟΣ/ΙΑΜ έναντι κάμψης τεσσάρων σημείων. Τα αποτελέσματα και ο σχολιασμός των πειραματικών αποτελεσμάτων παρατίθενται στα Κεφάλαια 6 και 7. Στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζεται η αναλυτική διαδικασία προσέγγισης των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από την πειραματική διερεύνηση έναντι κάμψης, καθώς και τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη διαδικασία. Η διαδικασία τροφοδοτείται από τις δοκιμές χαρακτηρισμού των συνθέτων υλικών ΙΑΜ. Επομένως, διεξάγεται ταυτόχρονα και η διερεύνηση του βαθμού εκμετάλλευσης των αποτελεσμάτων των δοκιμών χαρακτηρισμού. Στο Κεφάλαιο 9 παρουσιάζεται η μεθοδολογία σχεδιασμού για το σύμμεικτο δομικό στοιχείο Ο/Σ-ΙΑΜ καθώς και για τον τύπο ΙΑΜ, ενώ στο Κεφάλαιο 10 παρουσιάζεται η μεθοδολογία βέλτιστου σχεδιασμού καθώς και η εφαρμογή της για δύο τύπους με διαφορετική μορφολογία. Η Διατριβή περατώνεται με τα συμπεράσματα που εκπορεύθηκαν, και τις προτάσεις για μελλοντική έρευνα.