Ενισχύσεις δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος

Abstract

The existence of structures designed with older codes that don’t cover new seismic requirements, makes the need for intervention to strengthen or repair them for safety reasons with advanced composites extremely urgent (Fardis et al., 2007, Bournas et al., 2009, Mirmiran et al. 1997, Rousakis et al., 2004, Sami et al., 2010). This paper deals with the experimental investigation of the behavior of reinforced concrete columns, which have been constructed according to older concrete codes and are strengthened in flexure andshear with FRP ropes and FRP sheets and the columns are subjected to combined axial and lateral pseudo-seismic load. The tests included four large scale specimens with two different cross sections 450mm x 200mm and 300mm x 300mm and height of 2000mm for both. The two columns had lap splices of the longitudinal reinforcement (540mm according to Greek Concrete Structures Code 1954) and the remaining two had no lap splices. The concrete was of quality C16/20 and the steel S500. The The tests took place in RC Lab of DUTH. After the initial testing, all the columns were repaired with mortar patch and were strengthened in flexure with NSM FRP ropes (cords). In addition, FRP unidirectional sheets provided the required shear strengthening and confinement (~30% increase). The specimens were subjected to cycles of increased lateral displacement of the free end (displacement at 1500 mm height) with a hydraulic dynamic actuator. Axial loads of the superstructure were simulated by the application of an axial fixed force of 400KN by a hydraulic actuator. LVDTs and special wire meters were used to get the measurements of the displacements at various spots (up to 350mm from the base)

Η ύπαρξη πολλών κατασκευών που σχεδιάστηκαν με παλαιότερους κανονισμούς που δεν καλύπτουν τις σύγχρονες απαιτήσεις αντισεισμικότητας, καθιστά προφανή την ανάγκηεπέμβασης για ενίσχυση ή επισκευή τους για λόγους ασφαλείας με προηγμένα σύνθετα υλικά.(Fardis et al. 2007, Bournas et al. 2009, Mirmiran et al. 1997, Rousakis et al. 2004, Samiet al. 2010). Η παρούσα διατριβή αφορά στην πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς υποστυλωμάτων από ωπλισμένο σκυρόδεμα, τα οποία είναι κατασκευασμένα σύμφωνα μεπαλαιότερους κανονισμούς σκυροδέματος και έχουν ενισχυθεί καμπτικά και διατμητικά με ελάσματα και υφάσματα ινοπλισμένων πολυμερών, υπό συνθήκες ψευδοσεισμικής φόρτισης.Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν τέσσερα δοκίμια σε φυσική κλίμακα σε δύο διαφορετικές διατομές (450mmx200mm και 300mmx300mm) ύψους 2000mm και με μάτισητου διαμήκους οπλισμού (540mm κατά ΕΚΩΣ1954) και χωρίς μάτιση, κατηγορίας σκυροδέματος C16/20 και χάλυβα S500. Η ενίσχυσή τους έγινε καμπτικά με την χρήση κορδονιού με ίνες άνθρακα NSM (sikawrap fx 50c) και διατμητικά με την χρήση ανθρακοϋφασμάτων (sikawrap 600c και sikawrap 230c) με στόχο την αύξηση της καμπτικής τους ικανότητας κατά περίπου 30%. Έγινε επανάληψη της ίδιας πειραματικής διαδικασίας όπως και στα αρχικά δοκίμια (δοκίμια αναφοράς) και γίνονται συγκρίσεις μεταξύ των ενισχυμένων και των αρχικών δοκιμίων με σκοπό την διεξαγωγή συμπερασμάτων για την αποτελεσματικότητα των ενισχύσεων των υποστυλωμάτων με την χρήση σύνθετων υλικών καθώς και τις διαφορές της συμπεριφοράς των δοκιμίων. Στοιχεία που ελέγχονται είναι η αντοχή, η δυσκαμψία, η πλαστιμότητα, η ικανότητα παραμόρφωσης και η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας των δοκιμίων. Η φόρτιση γίνεται με προκαθορισμένη μετατόπιση με μέγιστη τα 50mm.Στα πειράματα που έγιναν στο ισχυρό τοιχίο του εργαστηρίου ωπλισμένου σκυροδέματος του Δ.Π.Θ. , ο σεισμός προσομοιώθηκε με την επιβολή οριζόντιας μετατόπισης από υδραυλικό έμβολο της MTS (σε ύψος 1500mm) και τα φορτία της κατασκευής ανωδομής προσομοιώνονται με την επιβολή αξονικής σταθερής δύναμης 400KN από υδραυλικό γρύλο. Χρησιμοποιήθηκαν αρκετά μετρητικά όργανα όπως space ages σε τρείς στάθμες αναφοράς έως το ύψος των 350mm από τη βάση (περίπου όσο και το μήκος της πλαστικής άρθρωσης που αναμένεται να σχηματιστεί) για την μέτρηση της στροφής της διατομής, strain gauges πάνω οπλισμούς για την μέτρηση της παραμόρφωσής τους και space age στο ύψος της επιβολής του οριζόντιου φορτίου για τη μέτρηση της οριζόντιας μετατόπισης στη στάθμη εκείνη.