Συµπεριφορά τοίχων πληρώσεως µε διάζωµα Ω.Σ

Συµπεριφορά τοίχων πληρώσεως µε διάζωµα Ω.Σ. ή µε οπλισµό οριζόντιων αρµών

E. N. Βιντζηλαίου Αναπληρώτρια Καθηγήτρια. Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος ΕΜΠ.

Β. Α. Παλιεράκη Υποψήφια ∆ιδάκτορας. Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος ΕΜΠ.

Λέξεις κλειδιά: τοίχοι πληρώσεως, διάζωµα, οπλισµός αρµών ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Όπως είναι γνωστό, στην πλειονότητα των κτηρίων Ω.Σ. στην χώρα µας, οι εξωτερικοί τοίχοι πληρώσεως κατασκευάζονται από κοίλη οπτοπλινθοδοµή, µε πάχος κάθε παρειάς ίσο µε 90mm. ∆εδοµένης της αυξηµένης τρωτότητας αυτών των τοιχοποιιών έναντι σεισµού (τόσο εντός όσο και εκτός επιπέδου), είναι συχνή η κατασκευή ενδιάµεσου καθ’ ύψος διαζώµατος από Ω.Σ. Παρ’ όλα αυτά, σε ορισµένες περιπτώσεις, παρατηρείται δυσµενής επιρροή αυτών των διαζωµάτων στην συµπεριφορά των υποστυλωµάτων εκατέρωθεν του τοίχου πληρώσεως. Σ’ αυτήν την εργασία εξετάζεται και η εναλλακτική περίπτωση τοποθέτησης οπλισµού οριζόντιων αρµών. Μια τέτοια λύση προσφέρει το πρόσθετο πλεονέκτηµα του χαµηλότερου κόστους και της ταχύτερης κατασκευής. Γι’ αυτόν τον σκοπό, κατασκευάζονται δοκίµια από οπτοπλινθοδοµή (είτε µε ενδιάµεσο διάζωµα από Ω.Σ., είτε µε οπλισµό οριζόντιων αρµών), τα οποία δοκιµάζονται σε διαγώνια θλίψη, καθώς και τοίχοι οι οποίοι υποβάλλονται σε εκτός επιπέδου κάµψη. Η εργασία περιλαµβάνει παρουσίαση και σύντοµο σχολιασµό των πειραµατικών αποτελεσµάτων.

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Είναι γνωστό ότι οι τοίχοι πληρώσεως, αν και θεωρούνται µη φέροντα στοιχεία κατά τον σχεδιασµό κατασκευών Ω.Σ., επηρεάζουν την σεισµική συµπεριφορά των κατασκευών. Εξ άλλου, η αποδιοργάνωση των τοίχων πληρώσεως µπορεί να προκαλέσει ανθρώπινες απώλειες, ενώ αποτελεί βλάβη πολύ µεγάλου κόστους (λόγω συνακόλουθων βλαβών σε εγκαταστάσεις). Στην χώρα µας, την δεκαετία του 70, υιοθετήθηκε ένας τύπος κατασκευής αυξηµένης τρωτότητας σε σεισµό για τους περιµετρικούς τοίχους: Πρόκειται για την κοίλη οπτοπλινθοδοµή, κάθε παρειά της οποίας έχει πάχος 90mm. Το κενό ανάµεσα στις δύο παρειές χρησιµοποιείται για την τοποθέτηση µονωτικού υλικού ή συρόµενων θυρών και παραθύρων. Οι σεισµοί των τελευταίων δεκαετιών έχουν αποδείξει την τρωτότητα αυτών των λεπτών τοίχων, τόσο έναντι εντός επιπέδου τέµνουσας όσο και έναντι εκτός επιπέδου κάµψεως. Προκειµένου να βελτιωθεί η συµπεριφορά αυτών των κοίλων τοιχοποιιών, εξετάζονται διάφορες εναλλακτικές λύσεις, και συγκεκριµένα: (α) Κατασκευή ενδιάµεσων καθ’ ύψος διαζωµάτων από Ω.Σ. Στις περιοχές των ανοιγµάτων, τα διαζώµατα κατασκευάζονται είτε ως υπέρθυρα είτε στο κάτω µέρος των ανοιγµάτων, είτε (σπανιότερα) και στις δύο θέσεις. Πάντως, τα διαζώµατα κατασκευάζονται ανεξάρτητα σε κάθε παρειά. (β) Όπλιση κάθε παρειάς µε αραιό οπλισµό οριζόντιων αρµών. Μια άλλη λύση, η οποία όµως απαιτεί γενικότερες αλλαγές σε οικοδοµικά στοιχεία, είναι η κατασκευή µονής οπτοπλινθοδοµής (άοπλης ή ωπλισµένης), η οποία να εξασφαλίζει τα απαραίτητα χαρακτηριστικά µόνωσης εντός του πάχους της. Στο πλαίσιο ενός γενικότερου προγράµµατος, εξετάζονται και οι τρεις εναλλακτικές περιπτώσεις, µέσω δοκιµών διαγώνιας θλίψεως και εκτός επιπέδου κάµψεως. Σ’ αυτήν την εργασία, περιλαµβάνεται παρουσίαση και σχολιασµός των αποτελεσµάτων που αφορούν τις

15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Αλεξανδρούπολη, 25-27 Οκτωβρίου, 2006 1

δοκιµές διαγώνιας θλίψεως και της εκτός επιπέδου κάµψεως τοίχων οι οποίοι προσοµοιώνουν µια παρειά κοίλης οπτοπλινθοδοµής.

2 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ∆ΟΚΙΜΩΝ ∆ΙΑΓΩΝΙΑΣ ΘΛΙΨΗΣ 2.1 Γεωµετρία των δοκιµίων Το πειραµατικό πρόγραµµα περιλαµβάνει 12 δοκίµια. Όλα τα δοκίµια έχουν πάχος ίσο µε 90 mm, ίσο µε το πάχος µιας παρειάς κοίλης τοιχοποιίας. Για να διερευνηθεί η επιρροή του µήκους της πλινθοπληρώσεως στην εντός επιπέδου συµπεριφορά, επελέγησαν δύο λόγοι µήκους προς ύψος (L/H~1,0 και 2,0). Τα δοκίµια οπλίσθηκαν µε τρεις εναλλακτικούς τρόπους, ενώ µερικοί τοίχοι παρέµειναν άοπλοι (τοίχοι αναφοράς). Οι τρεις εναλλακτικοί τρόποι όπλισης είναι οι ακόλουθοι: (α) ∆ιάζωµα Ω.Σ. περί το µέσον του ύψους του τοίχου, (β) Οπλισµός οριζόντιων αρµών (τύπου δικτυώµατος) σε δύο διαδοχικούς αρµούς κονιάµατος (στις αντίστοιχες περίπου θέσεις στις οποίες είναι τοποθετηµένος ο διαµήκης οπλισµός του διαζώµατος Ω.Σ. και (γ) Μεταλλικό πλέγµα αρµών, σε δύο διαδοχικούς αρµούς κονιάµατος, όπως και για την περίπτωση (β). Τα κύρια χαρακτηριστικά της γεωµετρίας και της όπλισης των τοίχων περιλαµβάνονται στον Πίνακα 1. Εξ άλλου, στις Εικόνες 1 και 2 δίνεται η γεωµετρία των δοκιµίων, καθώς και η µορφή των οπλισµών οριζόντιων αρµών οι οποίοι χρησιµοποιήθηκαν. 2.2 Υλικά

2.2.1 Οπτόπλινθοι Για την κατασκευή των δοκιµίων χρησιµοποιήθηκαν οπτόπλινθοι διαστάσεων 90x120x190 [mm] µε οριζόντιες οπές. Πρόκειται για το τυπικό είδος οπτόπλινθου που χρησιµοποιείται για την κατασκευή περιµετρικών τοίχων. Η µέση θλιπτική αντοχή των οπτόπλινθων καθέτως προς τον άξονα των οπών είναι ίση µε 2.7 N/mm2. Πίνακας 1. ∆οκιµές διαγώνιας θλίψης. Γεωµετρικά χαρακτηριστικά δοκιµίων και παράµετροι διερεύνησης. Όνοµα δοκιµίου

Μήκος προς ύψος (L/H)

Τρόπος όπλισης Ποσότητα/ οπλισµός

∆ιαστάσεις (m)

PL13 1:1 Άοπλο (δοκίµιο αναφοράς) -- 0.90x0.91 PL14 1:1 Άοπλο (δοκίµιο αναφοράς) -- 0.91x0.91 TB3 1:1 ∆ιάζωµα Ω.Σ. 4Φ8 0.89x0.92

TB12 1:1 ∆ιάζωµα Ω.Σ. 4Φ8 0.90x0.91 ML1 1:1 Μεταλλικό πλέγµα Σε δύο αρµούς 0.91x0.91

ML10 1:1 Μεταλλικό πλέγµα Σε δύο αρµούς 0.91x0.92 BJR2 1:1 Οπλισµός αρµών (δικτύωµα) Σε δύο αρµούς 0.90x0.90

BJR11 1:1 Οπλισµός αρµών (δικτύωµα) Σε δύο αρµούς 0.90x0.92 PL15 2:1 Άοπλο (δοκίµιο αναφοράς) -- 1.37x0.72 TB6 2:1 ∆ιάζωµα Ω.Σ. 4Φ8 1.38x0.76 ML4 2:1 Μεταλλικό πλέγµα Σε δύο αρµούς 1.40x0.75 BJR5 2:1 Οπλισµός αρµών (δικτύωµα) Σε δύο αρµούς 1.38x0.76

TB: ∆ιάζωµα, BJR: Οπλισµός οριζόντιων αρµών (δικτύωµα), ML: Μεταλλικό πλέγµα, PL: Άοπλοι τοίχοι (δοκίµια αναφοράς)


2.2.2 Συνδετικό Κονίαµα Για την κατασκευή των τοίχων χρησιµοποιήθηκε ασβεστοκονίαµα µε τις ακόλουθες αναλογίες των συνιστώντων υλικών (κατ’ όγκον): ασβέστης/τσιµέντο/άµµος= 1/0.25/4. Πρέπει να τονιστεί ότι σκοπός ήταν να προσοµοιωθεί η κατασκευή των τοίχων πληρώσεως στο εργοτάξιο. Για τον λόγο αυτό, δεν έγινε ιδιαίτερη προσπάθεια ώστε οι αναλογίες να παραµείνουν σταθερές σε όλα τα αναµίγµατα που παρασκευάστηκαν. Για τούτο, παρατηρείται µεγάλη διακύµανση στις µηχανικές ιδιότητες του κονιάµατος. Κατά την διάρκεια κατασκευής των τοιχίσκων λαµβάνονταν, από κάθε ανάµιγµα, συµβατικά δείγµατα από το συνδετικό κονίαµα (40x40x160 [mm]). Τα δοκίµια αυτά υποβλήθηκαν σε δοκιµή κάµψης και σε δοκιµή θλίψης. Πρέπει να σηµειωθεί ότι τα δοκίµια του κονιάµατος δοκιµάστηκαν την ηµέρα δοκιµής των αντίστοιχων τοιχίσκων σε διαγώνια θλίψη. Η αντοχή του κονιάµατος σε εφελκυσµό από κάµψη κυµαινόταν µεταξύ 1.0 MPa και 2.6 MPa, ενώ η θλιπτική του αντοχή ήταν µεταξύ 6.3 MPa και 16.8 MPa.

Εικόνα 1. Η γεωµετρία, και οι θέσεις του οπλισµού και των βελοµέτρων για τους τοίχους πάχους 90 mm και λόγου L:H ~ 1,0.

Εικόνα 2. Η γεωµετρία, και οι θέσεις του οπλισµού και των βελοµέτρων για τους τοίχους πάχους 90 mm και λόγου L:H ~ 2,0.

2.2.3 Σκυρόδεµα Σκυρόδεµα χρησιµοποιήθηκε µόνο για την κατασκευή των διαζωµάτων στα αντίστοιχα δοκίµια. Και σε αυτή την περίπτωση, οι κτίστες χρησιµοποίησαν αναλογίες όπως αυτές που θα χρησιµοποιούσαν στο εργοτάξιο, χωρίς να έχει γίνει σχεδιασµός του µίγµατος. Οι αναλογίες που χρησιµοποιήθηκαν (για 1 m3 σκυροδέµατος) ήταν οι ακόλουθες: 840 kg άµµος, 700 kg χαλίκι, 400 kg τσιµέντο and 210 kg νερό.

(α) (β)

(α) (β)


2.2.4 Οπλισµός Οι 9 ωπλισµένοι τοιχίσκοι είτε είχαν διάζωµα στη µέση του ύψους τους, είτε οπλισµό σε οριζόντιους αρµούς, κατά τις Εικόνες 1 και 2. Για να είναι εφικτή η άµεση σύγκριση των αποτελεσµάτων, οπλίσθηκαν οι δύο οριζόντιοι αρµοί που αντιστοιχούν στην θέση του διαζώµατος. Τα διαζώµατα οπλίσθηκαν µε 4Φ8. ∆οκιµάστηκαν δύο διαφορετικοί τύποι οπλισµού οριζόντιων αρµών, (α) MURFOR RND/Z (γαλβανισµένο) πλάτους 50mm, µε διαµήκεις ράβδους Φ4 και συνδετήριες ράβδους Φ3.75, (β) µεταλλικό πλέγµα (Catnic). Βεβαίως, αν και οι θέσεις των οπλισµών είναι πρακτικώς οι ίδιες σε όλα τα ωπλισµένα δοκίµια, τα ποσοστά οπλισµού διαφέρουν.

3 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ∆ΟΚΙΜΙΩΝ

Τα δοκίµια κατασκευάστηκαν σε υπόστεγο, στον χώρο του Εργαστηρίου, όπου και παρέµειναν συντηρούµενοι για 15 ηµέρες, πριν απ’ την µεταφορά τους στο εσωτερικό του Εργαστηρίου. Η κατασκευή έγινε από δύο πεπειραµένους οικοδόµους. Αποφασίστηκε να προσοµοιωθούν οι συνθήκες κατασκευής στο εργοτάξιο. Έτσι, δεν τέθηκαν απαιτήσεις σχετικές µε το πάχος των αρµών και τον βαθµό πλήρωσης των αρµών µε κονίαµα. Αντιθέτως, απαιτήθηκε γεωµετρική ακρίβεια κατά την κατασκευή, ώστε να αποφευχθούν κυρίως εκτός επιπέδου ατέλειες, οι οποίες θα µπορούσαν να επηρεάσουν την πειραµατική διαδικασία.

4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ∆ΙΑ∆ΙΚΑΣΙΑ

Η πειραµατική διάταξη διαµορφώθηκε στο δάπεδο δοκιµών του Εργαστηρίου (Εικόνα 3). Το φορτίο επιβάλλεται κατακορύφως (κατά την διαγώνιο των δοκιµίων) µέσω υδραυλικού γρύλλου (µέγιστου φορτίου 1000 kΝ ή 500 kN, ανάλογα µε τις διαστάσεις του δοκιµίου). Προκειµένου να εξασφαλιστεί η ευστάθεια των δοκιµίων στη θέση δοκιµής, καθώς και η κατανοµή του επιβαλλόµενου φορτίου σε επαρκές µήκος, κατασκευάστηκαν βάσεις από ξύλο δρυός. Η επιλογή του ξύλου έγινε λόγω του σηµαντικά µικρότερου βάρους του (έναντι του Ω.Σ. ή του χάλυβα), ώστε να είναι ευχερής η µεταφορά των βάσεων και η τοποθέτησή τους στα δοκίµια. Η δρυς επελέγη λόγω της µεγάλης αντοχής και των µικρών παραµορφώσεών της, τουλάχιστον υπό τα αναµενόµενα να επιβληθούν φορτία. Τα δοκίµια ασβεστώθηκαν πριν από τη δοκιµή, ώστε να είναι εµφανείς οι ρωγµές που θα δηµιουργούνταν.

Το φορτίο επιβλήθηκε µε βήµα 0,1KN. Οι κατακόρυφες και οριζόντιες παραµορφώσεις µετρήθηκαν µέσω βελοµέτρων τοποθετηµένων κατά µήκος των δύο διαγωνίων του δοκιµίου, όπως φαίνεται στις Εικόνες 1, 2 και 3. Η ακριβής θέση των βελοµέτρων υπαγορεύτηκε από τη γεωµετρία των τοιχίσκων, καθώς και από τη δυνατότητα διάνοιξης οπών στις οπτοπλίνθους. Η µικρή κλίση µερικών βελοµέτρων σε σχέση µε τις διαγώνιους του δοκιµίου δεν επηρεάζει τις µετρήσεις.

Εικόνα 3. Τα δοκίµιο ML1 και BJR5 πριν από τη δοκιµή σε διαγώνια θλίψη. ∆ιακρίνονται το µεταλλικό πλαίσιο, ο γρύλλος, τα βελόµετρα και οι ξύλινες βάσεις στην κορυφή και στην βάση των δοκιµίων.


5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ

5.1 ∆οκίµια µε λόγο µήκους προς ύψος ίσο µε 1.0

Εικόνα 4. Ο τρόπος αστοχίας της πρώτης οµάδας δοκιµίων: (α) PL 13, (β) PL 14, (γ) TB 3, (δ) TB 12, (ε) ML 1, (ζ) ML 10, (στ) BJR 2, (η) BJR 11. Άοπλα δοκίµια PL13 και PL14: Αστόχησαν υπό φορτίο 34.57 kN και 46.84 kN αντιστοίχως. Και οι δύο τοιχίσκοι αστόχησαν µε την εµφάνιση ρωγµής κατά µήκος της φορτιζόµενης διαγώνιου (Εικόνα 4α και 4β). Η ρωγµή ακολούθησε τους οριζόντιους και κατακόρυφους αρµούς, διασχίζοντας τις διεπιφάνειες οπτόπλινθων-κονιάµατος.

∆οκίµια µε διάζωµα Ω.Σ., ΤΒ3 και ΤΒ12: Η δοκιµή του τοιχίσκου TB3 δεν ήταν επιτυχής, καθώς παρατηρήθηκε τοπική αστοχία οπτοπλίνθου στην κεφαλή του τοιχίσκου (Εικόνα 4γ). Το δοκίµιο TB12 αστόχησε υπό φορτίο ίσο µε 55.02 kN. Η αστοχία του τοίχου προκλήθηκε από ολίσθηση κατά µήκος του αρµού µεταξύ του διαζώµατος και των οπτόπλινθων (Εικόνα 4δ) και ήταν απότοµη.

∆οκίµια µε µεταλλικό πλέγµα αρµών, ML1 και ML10: Η δοκιµή του τοιχίσκου ML1 ήταν ανεπιτυχής, αφού το δοκίµιο αστόχησε λόγω τοπικής σύνθλιψης των οπτόπλινθων κοντά στην κάτω βάση (Εικόνα 4ε). Το δοκίµιο ML10 έφτασε σε µέγιστο φορτίο 47.79 kN. Η αστοχία του ήταν ψαθυρή. Αστόχησε µε τον σχηµατισµό διαγώνιας ρωγµής (Εικόνα 4στ) και µε θραύση του µεταλλικού πλέγµατος (Εικόνα 5).

∆οκίµια µε οπλισµό αρµών µορφής δικτυώµατος, BJR2 και BJR11: Τα δοκίµια αστόχησαν υπό φορτίο 80.31 kN και 47.97 kN αντιστοίχως. Η µεγάλη διαφορά στα φορτία αστοχίας αποδίδεται στην µεγάλη διαφορά αντοχών του κονιάµατος που χρησιµοποιήθηκε για τα δύο δοκίµια (Πίνακας 2). Και τα δύο δοκίµια αστόχησαν µε την εµφάνιση διαγώνιας ρωγµής (Εικόνα 4ζ και 4η). Παρατηρήθηκε και περιορισµένη ολίσθηση κατά µήκος οριζόντιου αρµού. Είναι σηµαντικό ότι δεν παρατηρήθηκε θραύση του οπλισµού (Εικόνα 5), χαρακτηριστικό το οποίο σχολιάζεται σε επόµενη παράγραφο.

Η συµπεριφορά των τοιχίσκων αποτυπώνεται στα διαγράµµατα της Εικόνας 6: Από τα διαγράµµατα κατακόρυφου φορτίου-κατακόρυφης παραµόρφωσης φαίνεται ότι η αστοχία όλων των δοκιµίων συνέβη υπό µικρή παραµόρφωση κατά την διαγώνιο του τοιχίσκου. Εξ άλλου, µε εξαίρεση τους τοιχίσκους BJR2 και BJR11 (στους οποίους ο οπλισµός δεν εµφάνισε θραύση), το

(α) (β) (γ) (δ)

(ε) (στ) (ζ) (η)


µέγιστο φορτίο ακολουθήθηκε από έναν σχεδόν κατακόρυφο φθιτό κλάδο. Όπως αναµενόταν, λόγω του µικρού ποσοστού οπλισµού, η όπλιση των δοκιµίων δεν οδήγησε σε αύξηση του φορτίου αστοχίας των τοιχίσκων (µε εξαίρεση το δοκίµιο BJR11, στο οποίο το κονίαµα είχε µεγάλη θλιπτική αντοχή). Αξίζει, επίσης, να παρατηρηθεί (Εικόνα 6β) η απότοµη αστοχία του δοκιµίου µε διάζωµα Ω.Σ., υπό πολύ µικρή οριζόντια παραµόρφωση. Παρατηρείται, επίσης, ότι για το δοκίµιο µε µεταλλικό πλέγµα (ML10), το µέγιστο φορτίο επιτυγχάνεται κατά την στιγµή εµφάνισης της διαγώνιας ρωγµής. Το φορτίο διατηρείται σχεδόν σταθερό για ένα διάστηµα, µέχρι την θραύση του οπλισµού (Εικόνα 5α), οπότε ο τοίχος χωρίζεται σε δύο περίπου τριγωνικά τµήµατα. Αντιθέτως, τα δοκίµια µε οπλισµό αρµών, µορφής δικτυώµατος, µετά την εµφάνιση της διαγώνιας ρωγµής, παρουσιάζει αύξηση του φορτίου το οποίο αναλαµβάνει, χάρη στην ενεργοποίηση του οπλισµού, διατηρεί δε το µέγιστο φορτίο για περαιτέρω αύξηση του ανοίγµατος της διαγώνιας ρωγµής.

Εικόνα 5. Λεπτοµέρεια του τρόπου αστοχίας των τοιχίσκων (α) ML10 και (β) BJR11.

-0.002 -0.0016 -0.0012 -0.0008 -0.0004 0ε

0

20

40

60

80

100

load

(kN

)

Τετραγωνικά ∆οκίµια-Κατακόρυφα ΒελόµετραPL 13PL 14TB 12ML 10BJR 2BJR 11

0 0.5 1 1.5 2 2.5

δ (mm)

0

20

40

60

80

100

load

(kN

)

Τετραγωνικά ∆οκίµια-Οριζόντια ΒελόµετραPL 13PL 14TB 12ML 10BJR 2BJR 11

Εικόνα 6. (α) Καµπύλες φορτίου-ανηγµένης παραµόρφωσης και (β) φορτίου-οριζόντιας παραµόρφωσης για τα δοκίµια µε λόγο L/H ίσο µε 1.0.

(α) (β)

(α) (β)


5.2 ∆οκίµια µε λόγο µήκους προς ύψος ίσο µε 2,0

Εικόνα 7. Ο τρόπος αστοχίας της δεύτερης οµάδας δοκιµίων: (α) PL 15, (β) TB 6, (γ) ML 4, (δ) BJR 5. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 7, στα στοιχεία του Πίνακα 2, καθώς και στα διαγράµµατα της Εικόνας 8, τα δοκίµια αυτής της οµάδας παρουσίασαν κοινά χαρακτηριστικά. Έτσι, τα τέσσερα δοκίµια δεν εµφάνισαν ουσιώδεις διαφορές στο µέγιστο φορτίο. Τούτο ερµηνεύεται από τον τρόπο αστοχίας τους, ο οποίος ήταν παρόµοιος. Πράγµατι, σε όλες τις περιπτώσεις η αστοχία οφειλόταν κυρίως σε ολίσθηση κατά µήκος οριζόντιου ή οριζόντιων αρµών κονιάµατος. Η αστοχία ήταν σε όλες τις περιπτώσεις απότοµη και συνέβη υπό πρακτικώς µηδενικό άνοιγµα ρωγµών, καθώς και υπό µικρή θλιπτική παραµόρφωση κατά την διαγώνιο. Αυτά τα αποτελέσµατα δείχνουν ότι, στην περίπτωση σχετικώς µακρών τοίχων, οι εναλλακτικοί τρόποι όπλισης των δοκιµίων δεν οδηγούν σε βελτίωση της συµπεριφοράς των πλινθοπληρώσεων. Αντιθέτως, φαίνεται να είναι αναπόφευκτος ο σχηµατισµός µιας περίπου οριζόντιας ρωγµής σε θέση που αντιστοιχεί σε ενδιάµεση περιοχή καθ’ ύψος των παρακείµενων υποστυλωµάτων. Αυτή η συµπεριφορά δικαιολογεί πλήρως την σχετική απαίτηση του ΕΚΩΣ (2000), ο οποίος απαιτεί να θεωρείται κρίσιµο όλο το ύψος του υποστυλώµατος, όταν υπάρχει τοίχος πληρώσεως µόνον από την µια πλευρά του.

-0.0005 -0.0004 -0.0003 -0.0002 -0.0001 0ε

0

20

40

60

80

load

(kN

)

Ορθογώνια ∆οκίµια-Κατακόρυφα ΒελόµετραPL 15TB 6ML 4BJR 5

Εικόνα 8. Καµπύλες φορτίου-ανηγµένης παραµόρφωσης για τα δοκίµια µε λόγο L/H ίσο µε 2,0.

(α) (β) (γ) (δ)


Πίνακας 2. Συνοπτική παρουσίαση των πειραµατικών αποτελεσµάτων. ∆οκίµιο H/L fm

(MPa) Pu

(kN) εv w (mm) Τρόπος αστοχίας

PL13 1:1 7.9 34.57 0.0011 1.71/1.84 ∆ιαγώνια ρωγµή PL14 1:1 7.9 46.84 0.0015 2.14/2.37 ∆ιαγώνια ρωγµή TB3 1:1 14.9 (*) (*) (*) Τοπική σύνθλιψη των οπτόπλινθων της πάνω

γωνίας TB12 1:1 6.3 55.02 0.00082 0.155/0.006 Ολίσθηση κατά µήκος του διαζώµατος. Απότοµη

αστοχία ML1 1:1 16.8 (*) (*) (*) Τοπική σύνθλιψη των οπτόπλινθων της κάτω

γωνίας ML10 1:1 7.9 47.79 0.0011 1.33/1.64 ∆ιαγώνια ρωγµή, θραύση του οπλισµού BJR2 1:1 16.8 80.31 0.0015 1.68/1.70 ∆ιαγώνια ρωγµή-Περιορισµένη ολίσθηση (µετά

τον σχηµατισµό της ρωγµής) BJR11 1:1 6.3 46.97 0.0013 1.02 ∆ιαγώνια ρωγµή-Περιορισµένη ολίσθηση (µετά

τον σχηµατισµό της ρωγµής) PL15 1:2 7.9 69.04 0.00023 0.00-0.085 ∆ιαγώνια ρωγµή + ολίσθηση κατά µήκος

οριζόντιων αρµών TB6 1:2 14.9 69.03 0.00034 0.00-1.11 Ολίσθηση κατά µήκος διαζώµατος ML4 1:2 16.8 57.03 0.00041 0.0-0.065 ∆ιαγώνια ρωγµή + ολίσθηση κατά µήκος

οριζόντιων αρµών + θραύση του οπλισµού BJR5 1:2 16.8 70.14 0.00041 0-0.60 Ολίσθηση κατά µήκος οπλισµένου αρµού

fm: θλιπτική αντοχή κονιάµατος, Pu: µέγιστο φορτίο, εv: ανηγµένη παραµόρφωση κατά την αστοχία, w: µέγιστο άνοιγµα διαγώνιας ρωγµής (κατά την ολοκλήρωση της δοκιµής)

6 ΕΚΤΟΣ ΕΠΙΠΕ∆ΟΥ ΚΑΜΨΗ

6.1 Γεωµετρία δοκιµίων-Υλικά Στην Εικόνα 9 φαίνεται η γεωµετρία των τοίχων που κατασκευάστηκαν, ώστε να δοκιµαστούν σε εκτός επιπέδου κάµψη. Τα υλικά που χρησιµοποιήθηκαν για την κατασκευή τους είναι ίδια µε εκείνα που χρησιµοποιήθηκαν και για την κατασκευή των τοιχίσκων της διαγώνιας θλίψης. Το κονίαµα δοµήσεως είχε (κατά την ηµέρα δοκιµής) θλιπτική αντοχή 17.5 MPa και αντοχή σε εφελκυσµό από κάµψη ίση µε 2.90 MPa. ∆εδοµένου ότι οι δοκιµές διαγώνιας θλίψης έδειξαν ότι η προσθήκη µεταλλικού πλέγµατος αρµών δεν οδήγησε σε βελτίωση της συµπεριφοράς της πλινθοπληρώσεως, αυτό το είδος όπλισης δεν εξετάσθηκε στις δοκιµές εκτός επιπέδου κάµψεως. Αντιθέτως, εξετάσθηκαν δύο περιπτώσεις πλινθοπληρώσεων µε οπλισµό οριζόντιων αρµών, µορφής δικτυώµατος (βλ. Εικόνα 9): Η περίπτωση όπλισης δύο διαδοχικών αρµών (κατ’ αναλογία και για άµεση σύγκριση µε την περίπτωση του διαζώµατος), καθώς και η περίπτωση οπλισµού κατανεµηµένου σε όλο το ύψος του τοίχου.

6.2 Κατασκευή δοκιµίων-Πειραµατική διάταξη Η κατασκευή των δοκιµίων έγινε εντός του Εργαστηρίου, σε θέση κατακόρυφη. Η δοκιµή των τοίχων έγινε σε θέση οριζόντια. Έτσι, κάθε δοκίµιο, µέσα σε ξύλινο νάρθηκα, στρεφόταν κατά 900, για να τοποθετηθεί σε οριζόντια θέση, πάνω σε µεταλλική τράπεζα, η οποία κατασκευάσθηκε γι’ αυτόν τον σκοπό (Εικόνα 10). Εν συνεχεία, αποµακρυνόταν ο ξύλινος νάρθηκας, τοποθετούνταν τα βελόµετρα για την µέτρηση των βυθίσεων και άρχιζε η δοκιµή. Για την επιβολή του φορτίου χρησιµοποιήθηκαν χαλύβδινα βάρη (~20Kg), σχήµατος ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου. Η τοποθέτησή τους πάνω στον τοίχο γινόταν σε κατάλληλες θέσεις, ώστε να εξασφαλίζεται πρακτικώς οµοιόµορφη κατανοµή του φορτίου. Η δοκιµή ήταν αργή και η καταγραφή των βυθίσεων στο µέσον του ανοίγµατος γινόταν µέσω επτά ηλεκτρικών βελοµέτρων (1-7, Εικόνα 9).


Εικόνα 9. Γεωµετρία, τρόπος όπλισης δοκιµίων εκτός επιπέδου κάµψεως και θέσεις βελοµέτρων.

Εικόνα 10. ∆οκίµιο εκτός επιπέδου κάµψεως στην θέση δοκιµής. Λόγω του τρόπου της δοκιµής, οι τοίχοι µετά από την αφαίρεση του ξύλινου νάρθηκα ευρίσκονταν υπό οµοιόµορφο κατακόρυφο φορτίο (περίπου ίσο µε 0.90 kN/m2) ίσο µε το ίδιο βάρος τους. Βάσει των υπολογισµών που προηγήθηκαν και όπως αποδεικνύεται από τα διαγράµµατα φορτίου-βέλους, καθώς και από την παρατήρηση των δοκιµίων, αυτό το φορτίο ήταν µικρότερο από το φορτίο ρηγµατώσεως των τοίχων. Στην περίπτωση ενός δοκιµίου, λόγω ατυχούς χειρισµού κατά την τοποθέτησή του στην θέση δοκιµής, εµφανίσθηκε µικρού ανοίγµατος ρωγµή κατά το πλάτος του τοίχου (στο µέσον του ανοίγµατος) πριν απ’ την έναρξη της δοκιµής. Τούτο επηρέασε την µορφή του διαγράµµατος στην αρχική φάση, όχι όµως την υπόλοιπη συµπεριφορά του δοκιµίου, όπως θα φανεί στα επόµενα.

7 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

7.1 Τρόπος αστοχίας Στην Εικόνα 11 αποτυπώνεται ο τρόπος αστοχίας των τεσσάρων δοκιµίων. Το δοκίµιο αναφοράς (PL-OUT) αστόχησε, όπως αναµενόταν, µε την εµφάνιση µιας ρωγµής κατά το πλάτος του τοίχου. Το δοκίµιο χωρίστηκε σε δύο περίπου ισοµήκη τµήµατα, καθώς η ρωγµή πέρασε εν µέρει από τους αρµούς του κονιάµατος και εν µέρει από τις οπτοπλίνθους. Αστόχησε υπό κατακόρυφο


οµοιόµορφο φορτίο περίπου ίσο µε 1.9 kN/m2, όπως και τα επόµενα δύο δοκίµια. Το δοκίµιο µε διάζωµα Ω.Σ. (TB-OUT) αστόχησε µε τον τρόπο που φαίνεται στην Εικόνα 11β: Εµφανίσθηκαν (µη συνεχείς) ρωγµές στα δύο τµήµατα εκατέρωθεν του διαζώµατος. Καθώς το φορτίο αυξανόταν, το ένα ήµισυ του τοίχου αποκολλήθηκε από το διάζωµα και αστόχησε µε ψαθυρό τρόπο, καθώς ήταν άοπλο. Η δοκιµή σταµάτησε σ’ αυτό το σηµείο. Το δοκίµιο µε οπλισµό αρµών στις θέσεις του οπλισµού του διαζώµατος (BJR1-OUT) εµφάνισε τις αναµενόµενες καµπτικές ρωγµές (Εικόνα 11γ). Ήταν δυνατή περαιτέρω µικρή αύξηση του φορτίου υπό σηµαντική αύξηση των βελών, χωρίς λύση της συνέχειας του τοίχου. Τέλος, το δοκίµιο µε τον πυκνότερο οπλισµό αρµών (BJR2-OUT) εµφάνισε ένα πυκνό δίκτυο κατανεµηµένων καµπτικών ρωγµών. Έφθασε σε φορτίο το οποίο υπερέβη τα 3.0 kN/m2 και σε µεγάλο βέλος κάµψεως, χωρίς να καταρρεύσει.

(α)

(β)

(γ)

(δ) Εικόνα 11. Μορφολογία ρηγµατώσεως των δοκιµίων κατά την αστοχία τους: (α) PL-OUT, (β) TB-OUT, (γ) BJR1-OUT, (δ) BJR2-OUT.


7.2 Σχολιασµός των αποτελεσµάτων Στην Εικόνα 12 φαίνονται τα διαγράµµατα οµοιόµορφου κατανεµηµένου φορτίου-βέλους κάµψεως στο µέσον του ανοίγµατος για τα τέσσερα δοκίµια. Οι µετρήσεις βέλους έχουν προκύψει απ’ το βελόµετρο 1, το οποίο είχε τοποθετηθεί περί το κέντρο κάθε τοίχου (Εικόνα 9).

0 20 40 60 80βέλος (mm)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

οµοιόµορφο

φορτίο

(kN

/m2 )

BJR2-OUTBJR1-OUTPL-OUTTB-OUT

Εικόνα 12. ∆ιαγράµµατα φορτίου-βέλους στο µέσον του ανοίγµατος για τα τέσσερα δοκίµια. Παρατηρείται ότι το άοπλο δοκίµιο αναφοράς έδειξε ελαστική γραµµική συµπεριφορά µέχρι την αστοχία, η οποία συνέβη υπό µικρό βέλος (ολίγων χιλιοστοµέτρων). Το δοκίµιο µε οπλισµό αρµών σε δύο θέσεις είχε την ίδια αρχική δυσκαµψία µε το άοπλο δοκίµιο. Όµως, η παρουσία του οπλισµού επέτρεψε µετά την ρηγµάτωση (και παρά την δραστική µείωση της δυσκαµψίας) µικρή περαιτέρω αύξηση του αναλαµβανόµενου φορτίου, το οποίο-πάντως-δεν υπερέβη το φορτίο αστοχίας του άοπλου τοίχου. Είναι, όµως, πολύ σηµαντικό ότι ανέλαβε µεγάλες παραµορφώσεις (βέλος περίπου ίσο µε 60 mm) χωρίς να καταρρεύσει. Η δοκιµή σταµάτησε για λόγους προστασίας των µετρητικών οργάνων. Το δοκίµιο µε διάζωµα Ω.Σ. είχε την ίδια περίπου αρχική δυσκαµψία µε τα προηγούµενα δύο δοκίµια. Το πρώτο περίπου οριζόντιο τµήµα της καµπύλης αντοστοιχεί στην εµφάνιση ρωγµής (περί το µέσον του ανοίγµατος) στην διεπιφάνεια του διαζώµατος µε το ένα από τα δύο τµήµατα του τοίχου. Το επιβαλλόµενο φορτίο συνέχισε να αυξάνεται (υπό µειωµένη δυσκαµψία) µέχρις ότου το άλλο τµήµα της τοιχοποιίας αποκολλήθηκε από το διάζωµα και εν συνεχεία κατέρρευσε. Αµέσως πριν απ’ την κατάρρευσή του αυτό το τµήµα είχε βέλος στο µέσον του ανοίγµατός του περίπου ίσο µε 18 mm. Τέλος, το δοκίµιο µε οπλισµό αρµών σε τέσσερις θέσεις (BJR2-OUT) έδειξε µιαν εξαιρετικά πλάστιµη συµπεριφορά. Επί πλέον, ανέλαβε φορτίο σηµαντικά µεγαλύτερο από τα άλλα τρία δοκίµια. Παρατηρείται ότι η αρχική δυσκαµψία αυτού του τοίχου ήταν σηµαντικά µικρότερη από εκείνην των άλλων τοίχων. Τούτο οφείλεται στην εξ ατυχήµατος ρηγµάτωση του τοίχου περί το µέσον του ανοίγµατός του, κατά την τοποθέτησή του στην θέση δοκιµής. Παρά ταύτα, χάρη στην ενεργοποίηση του οπλισµού, ανέπτυξε και άλλες ρωγµές εκατέρωθεν της αρχικής και το βέλος στο µέσον του ανοίγµατός του έφθασε τα 70 mm περίπου, χωρίς ο τοίχος να αποδιοργανωθεί και να καταρρεύσει. Και εδώ, η δοκιµή σταµάτησε για λόγους προστασίας του εξοπλισµού. Πρέπει, πάντως, να αναφερθεί ότι η ανάπτυξη τόσο µεγάλων εκτός επιπέδου παραµορφώσεων στους τοίχους πληρώσεως θα ήταν εφικτή µόνον υπό συνθήκες πολύ καλής πλευρικής αγκύρωσής τους στα εκατέρωθεν υποστυλώµατα.


8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Οι δοκιµές που πραγµατοποιήθηκαν στο πλαίσιο αυτού του προγράµµατος, µε σκοπό την µελέτη της εντός και της εκτός επιπέδου συµπεριφοράς των πλινθοπληρώσεων, επιτρέπουν την διατύπωση των ακόλουθων συµπερασµάτων-παρατηρήσεων: (α) Από απόψεως αντοχής έναντι διαγώνιας θλίψεως, η προσθήκη διαζώµατος Ω.Σ. ή οπλισµού

αρµών (στις µικρές ποσότητες που επελέγησαν) είναι ισοδύναµες. Σε όλες τις εναλλακτικές λύσεις που εξετάσθηκαν δεν παρατηρήθηκε αύξηση της αντοχής των πλινθοπληρώσεων έναντι διαγώνιας θλίψεως. Παρ’ όλα αυτά,

(β) στην περίπτωση πλινθοπληρώσεων µε µήκος το οποίο δεν διαφέρει ουσιωδώς από το ύψος, παρατηρούνται διαφορές στην εν γένει συµπεριφορά των πλινθοπληρώσεων ανάλογα µε τον τρόπο όπλισης. Έτσι, η παρουσία του διαζώµατος Ω.Σ. οδηγεί σε ψαθυρή αστοχία µε την εµφάνιση ρωγµής ολισθήσεως κατά µήκος της διεπιφάνειας οπτοπλίνθου-σκυροδέµατος. Η παρουσία του µεταλλικού πλέγµατος αρµών δεν τροποποιεί τον τρόπο αστοχίας των άοπλων πλινθοπληρώσεων. Όµως, το πλέγµα αποδεικνύεται αναποτελεσµατικό, καθώς θραύεται και δεν εµποδίζει την αποδιοργάνωση του τοίχου. Τέλος, ο οπλισµός αρµών µορφής δικτυώµατος αποδεικνύεται αποτελεσµατικός, καθώς δεν µεταβάλλει τον τρόπο αστοχίας των άοπλων πλινθοπληρώσεων, ενώ παραλλήλως επιτρέπει την εµφάνιση µεγάλων διαγώνιων ρωγµών, χωρίς να θραύεται. Πάντως,

(γ) στην περίπτωση µακρών τοίχων, η βελτίωση της συµπεριφοράς των πλινθοπληρώσεων θα πρέπει να αναζητηθεί µε άλλους τρόπους. Πράγµατι, κανένας από τους εξετασθέντες τρόπους δεν αποδείχθηκε αποτελεσµατικός, καθώς σε όλες τις περιπτώσεις η αστοχία (λόγω της µειωµένης ως προς την οριζόντια κλίσεως της επιβαλλόµενης τέµνουσας) προκαλείται από ολίσθηση κατά µήκος οριζόντιου αρµού.

(δ) Σε ότι αφορά την εκτός επιπέδου συµπεριφορά των τοίχων πληρώσεως, οι δοκιµές έδειξαν ότι η προσθήκη διαζώµατος Ω.Σ. ή περίπου ισοδύναµου οπλισµού αρµών (µορφής δικτυώµατος) δεν συνεπάγεται αύξηση του µέγιστου φορτίου το οποίο µπορεί να αναλάβει ο τοίχος. Παρατηρείται, παρ’ όλα αυτά ουσιώδης υπεροχή του οπλισµού αρµών, καθώς επιτρέπει την εκδήλωση πολύ µεγάλων εκτός επιπέδου βελών, χωρίς αποδιοργάνωση της πλινθοπλήρωσης. Τέλος, η αύξηση του οπλισµού αρµών οδηγεί σε σηµαντική αύξηση του µέγιστου αναλαµβανόµενου φορτίου, καθώς και περαιτέρω αύξηση της παραµορφωσιµότητας.

(ε) Θα πρέπει, τέλος, να αναφερθεί ότι αυτή η µελέτη έχει ανάγκη από επέκταση και συµπλήρωση (πειραµατική και αναλυτική), ώστε να αναδειχθούν οι συνέπειες της συµπεριφοράς που διαπιστώθηκε στην συµπεριφορά πλινθοπληρωµένων πλαισιωτών κατασκευών από Ω.Σ. και να διερευνηθούν και άλλες δυνατότητες για την βελτίωση της συµπεριφοράς των τοιχοπληρώσεων, όπως π.χ. η κατανεµηµένη (αντί της συγκεντρωµένης) όπλισή τους.

9 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Το πειραµατικό πρόγραµµα χρηµατοδοτήθηκε από την NV BEKART SA και από τον ΣΕΒΚ. ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΕΚΩΣ. 2000. Ελληνικός Κανονισµός Ωπλισµένου Σκυροδέµατος. Αθήνα: ΟΑΣΠ.


Συµπεριφορά τοίχων πληρώσεως µε διάζωµα Ω.Σ

Documents

Transcript of Συµπεριφορά τοίχων πληρώσεως µε διάζωµα Ω.Σ