Συνδιασμένη αντισεισμική ενίσχυση και ενεργειακή αναβάθμιση τοιχοποιΐας σε εκτός και εντός επιπέδου καταπόνηση με χρήση ινοπλασμένων κονιαμάτων και θερμομονωτικών πλακών: πειραματική και αναλυτική μελέτη

Abstract

In this thesis the application of Textile Reinforced Mortars (TRM) in combination with thin insulation plates, as a means of seismic strengthening and energy upgrading of unreinforced masonry walls subjected to in-plane and out-of-plane cyclic loading is experimentally and analytically investigated. The proposed system is basically a modification of the ‘‘external insulation’’ scheme; it comprised (typically glass) fiber textile as reinforcement of the mortar that is used for bonding the insulation plates. Various cases of applying the materials, to achieve the best mechanical behavior of the strengthened element, are investigated. The analytical part aims to approach the experimental results using basic mechanics of materials theory. Three groups of medium scale specimens are examined: (A) shear wall specimens, (B) pillar elements and (C) lintel elements. Overall, it is concluded that the new retrofitting system not only improves the thermal performance of masonry walls but also is highly effective as a means of seismic retrofitting for out-of-plane and in-plane loading, as long as proper bonding between the different layers is achieved. According to the experimental results, positioning the reinforcement outside the thermal insulation improves substantially the strength and deformation capacity when compared to TRM jacketing alone. Analytical end experimental results confirm that the prevailing failure mode is TRM tensile failure with fiber rupture. Another possibility is debonding, which could be avoided in practice through the provision of mechanical anchorage.

Η σύγχρονη απαίτηση για ασφαλή και ενεργειακά αποδοτικά κτίρια με ιδιαίτερη βαρύτητα στο χαμηλό ανθρακικό αποτύπωμα των τελευταίων, καλεί για στατική - σεισμική αναβάθμιση των παλαιών κτιριακών υποδομών αλλά και την εξίσου σημαντική θερμομόνωσή τους. Η ανάγκη για μείωση των αέριων ρύπων καύσης και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα αλλά και της απεξάρτησης από εισαγόμενα και συνεχώς ακριβότερα ορυκτά καύσιμα οδηγεί τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης στην υιοθέτηση πολιτικών αειφόρου ανάπτυξης με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εξηλεκτρισμού όλων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, ορίζοντας, εκτός των άλλων, αυστηρούς στόχους για τη μείωση των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων. Σε αυτό το πλαίσιο, η παρούσα εργασία προσεγγίζει ολιστικά το πρόβλημα και προτείνει ένα συνδυασμένο σύστημα σεισμικής ενίσχυσης και ενεργειακής αναβάθμισης στοιχείων τοιχοποιίας (π.χ. σε κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία ή ακόμα και σε τοιχοπληρώσεις). Πραγματοποιείται η περιγραφή του συστήματος και ο λόγος ύπαρξής του, ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζεται μια αναλυτική προσέγγιση υπολογισμού της αντοχής και τον μορφών αστοχίας για εκτός και εντός επιπέδου φόρτιση και για διάφορα σχήματα ενίσχυσης. Τέλος, πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές σε συνολικά 17 τοιχίσκους σε εκτός επιπέδου φόρτιση και σε 15 τοιχίσκους σε εντός επιπέδου φόρτιση. Γίνεται σύγκριση της θεωρητικής αντοχής με τα πειραματικά αποτελέσματα και προκύπτουν συμπεράσματα για τεχνικές απαιτήσεις και περιορισμούς. Πιο αναλυτικά, προτείνεται η εξέλιξη της τεχνικής εξωτερικής επικόλλησης θερμομονωτικών πλακών και ο συνδυασμός της με την τεχνική ενίσχυσης με Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ). Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται ένα σύνθετο σύστημα τύπου «sandwich», με ευνοϊκότερα χαρακτηριστικά από αυτά που αφορούν στη μεμονωμένη χρήση ΙΑΜ για την ενίσχυση της τοιχοποιίας. Γίνονται πειραματικές δοκιμές με δύο ειδών θερμομονωτικές πλάκες και δύο ειδών υαλοπλέγματα δομικής ενίσχυσης σε διάφορες διαστρώσεις και συνδυασμούς υλικών. Ταυτόχρονα, πέντε δοκίμια εκτός επιπέδου φόρτισης με πυράντοχες μονωτικές πλάκες χαμηλής διατμητικής αντοχής υποβάλλονται σε μονόπλευρη δοκιμή πυρός, με στόχο την εξέταση της απομένουσας αντοχής μετά από τη σχετική υποβάθμιση των αντοχών τους. Με βάση την πειραματική διαδικασία και τους αναλυτικούς υπολογισμούς στην παρούσα διατριβή συμπεραίνεται ότι ο συνδυασμός σεισμικής ενίσχυσης με ταυτόχρονη ενεργειακή αναβάθμιση είναι εφικτός, παρέχοντας βελτιωμένη λύση σε ό,τι αφορά στα μηχανικά χαρακτηριστικά, ενώ παράλληλα παρέχει οικονομικά οφέλη αλλά και οφέλη ταχύτητας εφαρμογής. Για την εκτός επιπέδου καταπόνηση, οι τιμές των αντοχών και των παραμορφώσεων αστοχίας είναι μεγαλύτερες όταν οι στρώσεις ενίσχυσης απομακρύνονται από την τοιχοποιία και ενδιάμεσά τους μεσολαβεί στρώση θερμομόνωσης. Για την εντός επιπέδου φόρτιση το προτεινόμενο σύστημα ενίσχυσης αυξάνει τις τιμές της αντοχής της τοιχοποιίας, ενώ φαίνεται η θέση του οπλισμού να μην παίζει ιδιαίτερο ρόλο, καθώς δεν παρατηρείται ξεκάθαρη υπεροχή κάποιου συγκεκριμένου σχήματος ενίσχυσης.