Αντισεισμικός σχεδιασμός κατασκευών από σκυρόδεμα

ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΑΠΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ

ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ

EIΔΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΟΠΛΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ

ΣΣΥΥΜΜ ΒΒΑΑΤΤΙΙ ΚΚΕΕΣΣ ΚΚΑΑΙΙ ΕΕΝΝ ΑΑΛΛΛΛ ΑΑΚΚΤΤ ΙΙ ΚΚΕΕΣΣ ΘΘΕΕΩΩΡΡΗΗΣΣΕΕ ΙΙ ΣΣ ΚΚΑΑΙΙ ΛΛ ΥΥΣΣΕΕ ΙΙ ΣΣ

ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΑΠΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ

Τόμος 2Β: ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ

1η έκδοση: Απρίλιος 2004 2η έκδοση: Μάρτιος 2005 (Αναθεωρημένη) 3η έκδοση: Ιανουάριος 2006 (Αναθεωρημένη) 4η έκδοση: Σεπτέμβριος 2008 (Αναθεωρημένη)

Οι άλλοι Τόμοι είναι:

Τόμος 1Α ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΜΕ ΤΙΣ ΣΠΟΥΔΕΣ, TIΣ ΕΡΕΥΝΕΣ ΚΑΙ ΤΗΝ ΑΓΟΡΑ

Τόμος 1Β : ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Συντομευμένη Παρουσίαση

Τόμος; 1Γ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ-ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΦΟΡΕΙΣ

Τόμος 2Α: ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΙΔΙΚΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΝΤΕΤΑΜΕΝΩΝ ΦΟΡΕΩΝ

Σύνταξη, κειμενογράφιση, σχεδίαση και μορφοποίηση: Α. Μπάκα (Μη αμειβόμενα βιβλία)

Η εικόνα στο εξώφυλλο είναι από την ιστοσελίδα living room.org

Εκτύπωση: ΕΜΠ Τεχνική Επιμέλεια: Ν. Γκάνης, Ν. Δημάκης, Γ. Καραγκιοζόπουλος,

Μ. Σακελλάρης, Α. Χρυσανθόπουλος

2

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ

«Να κρίνεις τους ανθρώπους ανάλογα με τα ερωτήματα που θέτουν, παρά με βάση τις απαντήσεις που δίνουν».

Βολταίρος

Το βοήθημα αποτελείται από τέσσερις ενό-τητες.

Στην Ενότητα Α δίνονται οι αρχές και οι βάσεις του αντισεισμικού σχεδιασμού.

Στην Ενότητα Β δίνονται τα διαδοχικά βήματα αντισεισμικού σχεδιασμού σύμφωνα με τον ισχύοντα κανονισμό.

Στην Ενότητα Γ αξιολογούνται από πλευράς αντισεισμικής προστασίας των κατασκευών:

• Οι ειδικές διατάξεις εγκάρσιου οπλισμούσύνθετου ορθογωνικού και ρομβοειδούςσυνδετήρα και ορθογωνικής σπείρας(θώρακα).

• Τα υλικά και οι τεχνικές επισκευής καιενίσχυσης

• Η σεισμική συμπεριφορά στοιχείων μεανθρακονήματα, υαλονήματα και μανδύαεκτοξευόμενου σκυροδέματος

Στην Ενότητα Δ παρουσιάζονται δύο νέα υπο-σχόμενα υλικά για αντισεισμικές κατασκευές:

• Το χαλυβοσκυρόδεμα και

• Το Συρματοσκυρόδεμα

Όπως και στους άλλους τόμους καταβλήθηκε προσπάθεια η παρουσίαση των θεμάτων να είναι αιτιολογική και συνεκτική και, γιαυτό, απλή και περιεκτική, στοχεύοντας:

Να παρουσιάσει τους «ελλείποντεςκρίκους» οι οποίοι δυσχεραίνουν τηνκατανόηση των ακαδημαϊκώνσυγγραμμάτων και κανονισμών

Να συμβάλλει στην κατανόηση τουισχύοντος «παραδείγματος» στον τομέατων κατασκευών από σκυρόδεμα, όπωςαυτό έχει διαμορφωθεί από τους συντάκτεςτων σύγχρονων κανονισμών

Να ενθαρρύνει κριτική στάση απέναντι στο«παράδειγμα» αυτό εντοπίζοντας τηνπολυπλοκότητα και ανεδαφικότητααρκετών όψεών του

Να αναδείξει την αναποτελεσματικότητακαι τους κινδύνους της καλλιέργειαςδεξιοτήτων για ταχεία και προκαθορισμένηεπίλυση – απάντηση προβλημάτων -ερωτημάτων διατυπωμένων από άλλους

Να μετατοπίσει την έμφαση στηνδιατύπωση των προβλημάτων -ερωτημάτων και την ανάδειξη νέωνλύσεων

Με τη σημερινή έκρηξη των υπολογιστικών μεσων και τη δυνατότητα απελευθέρωσης των μηχανικών από τη μηχανιστική διαδικασία των υπολογισμών που επιτρέπει και, αφ΄ετέρου, με τη σύγχρονη έφοδο του άκριτου τεχνοκρατισμού και την επιχειρούμενη απενεργοποίηση της απλής λογικής και τη συνεπαγόμενη καθυπόταξη των ανθρώπινων συνειδήσεων, οι στόχοι αυτοί κρίνονται εφικτοί και επιτακτικοί.

Ο βαθμός προσέγγισης των στόχων που ετέθησαν θα κριθεί από τη στάση των νέων ανθρώπων προς τους οποίους απευθύνεται το βοήθημα ως φυσικών φορέων ανατροπής του παλιού και εκδήλωσης του νέου.

Σεπτέμβριος 2008

3

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Ο τόμος αυτός, όπως και οι άλλοι τόμοι, είναι αποτέλεσμα μιας σειράς συνεχώς αναβαθμιζόμενων σημειώσεων στα πλαίσια άτυπων φροντηστηριακών μαθημάτων για την επιβοήθηση των φοιτητών στις απαιτήσεις των εκάστοτε διδασκόντων των μαθη-μάτων με αντικείμενο το σκυρόδεμα οι οποίες τα τελευταία έξι χρόνια αναπροσαρμόζονται για να συμβαδίσουν με τη διδασκαλία των μαθημάτων αυτών από τον συντάκτη του βιβλίου.

Το περιεχόμενο, τα κείμενα, τα σχέδια και η διάρθρωση του βοηθήματος υπακούει στους στόχους που παρατίθενται παρα-πάνω. Δεν έχουν βασιστεί σε άλλα βιβλία, ελληνικά ή ξένα, ή οποιεσδήποτε άλλες πηγές, καθώς ο στόχος του βιβλίου δεν είναι η παρουσίαση πληροφοριών, πινάκων, νομογραφημάτων, ή άλλων τεχνικών στοιχείων τα οποία καλύπτονται από την υπάρχουσα βιβλιογραφία.

Τα τεχνικά στοιχεία και οι αξιολογήσεις υλικών στην Ενότητα Γ και Δ βασίζονται σε άποτελέσματα πειραμάτων στο εργαστήριο σκυροδέματος του ΕΜΠ στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών που σχεδιάστηκαν και συντονίστηκαν από τον συντάκτη του βιβλίου.

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΚΑΙ ΣΥΓΝΩΜΗ

Ευχαριστώ γνωστούς και άγνωστους που μου επέτρεψαν να ασχοληθώ με το βοήθημα αυτό απαλλάσσοντάς με από άλλες πιο κοπιαστικές και κοινωνικά λιγότερο αποδεκτές εργασίες (κατά την άποψή μου περισσότερο σημαντικές).

Ζητώ συγνώμη από γνωστούς και άγνωστους που στις περιόδους σύνταξης και ανασύνταξης του βιβλίου παραμέλησα ή παρέβλεψα και αρνήθηκα τη συνδρομή μου.

Ζητώ συγνώμη που με την έκδοση του βιβλίου (τα χαρτιά, τα μελάνια, τους υπολογιστές και τις άλλες μηχανές) διαιωνίζω την κατάσταση καταναγκαστικής δουλειάς και εκμετάλλευσης ανθρώ-πων σε όλο τον κόσμο κσι της κακομεταχείρησης του φυτικού και ζωϊκού «βασιλείου».

4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Ενότητα Α

ΑΡΧΕΣ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

1. Η Αποκαλυπτική Δράση του Σεισμού και οι Ευθύνες των Μηχανικών 102. Οι Ιδιαιτερότητες της Σεισμικής Φόρτισης 143. Διαφοροποιήσεις στην Ανάληψη των Φορτίων και την Ανάλυση του Φ. Ο 154. Διαφοροποιήσεις στη Διαμόρφωση του Φέροντα Οργανισμού 175. Διαφοροποίηση στις Οριακές Καταστάσεις Σχεδιασμού 206 . Η σύγχιση των Ορολογιών και οι Συνέπειες 21 7. Η Πλαστιμότητα και η Σημασία της για τον Αντισεισμικό Σχεδιασμό 227Α Πλαστιμότητα και Τύποι Αστοχίας 26 8. Εξασφάλιση Πλαστιμότητας σ΄ Επίπεδο Διατομής 299. Εξασφάλιση Πλαστιμότητας σ Επίπεδο Φορέα και Κατασκευής,-

Ικανοτικός Σχεδιασμός 3210. Ικανοτικός Σχεδιασμός σε Τέμνουσα 3311. Ικανοτικός Σχεδιασμός Υποστυλωμάτων σε Κάμψη 3612. Oι Πολυπλοκότητες των Κανονισμών και η Παραγνώριση της Ουσίας 3713. Διαφοροποιήσεις στην Καμπτική Συμπεριφορά και Αντοχή 3814 . Διαφοροποιήσεις στην Καμπτική Ρηγμάτωση 41 15 . Η Ανεπάρκεια των Κανονιστικών Διατάξεων - Ακύρωση του Ικανοτικού Σχεδιασμού 43 16. Διαφοροποιήσεις στην Διατμητική Συμπεριφορά και Αντοχή

(Κοντά Υποστυλώματα) 4517. Διαφοροποιήσεις στη Διατμητική Όπλιση 4718. Διαφοροποιήσεις στη Συμπεριφορά και το Σχεδιασμό λόγω της

Ταχύτητας της Επιπόνησης 5119. Διαφοροποιήσεις στις Αγκυρώσεις και τις Λεπτομέρειες Οπλισης 5220 Σχεδιασμός Κόμβων 55 21 Εναλλακτική Λϋση για την Όπλιση των Κόμβων 63 22 Πλαστιμότητα και Περίσφιξη - Μια Ανορθολογική Συσχέτιση 66

5

23. Αντισεισμική Συμπεριφορά Στοιχείων με Ειδικές ΔιατάξειςΕγκάρσιου Οπλισμού 70

24 Η Απόσταση των Συνδετήρων Καθοριστικό Μέγεθος για την Πλαστιμότητα των Φορέων 76 25 Σεισμός και οι Τρεις Καταστάσεις του Σκυροδέματος 77 26 Αριθμητική Εφαρμογή Ικανοτικού Σχεδιασμού, 78

Ενότητα Β ΔΙΑΔΟΧΙΚΑ ΒΗΜΑΤΑ

ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

1. Η Φύση των Σεισμικών Φορτίων 822. Τιμή Σεισμικού Φορτίου 843, Συνδυασμοί Σεισμικών και Κατακόρυφων Φορτίων και

Τιμές των Δράσεων 85

4. Μεγάθη Σεισμικής Επιπόνησης και Κατανομή τους σταΚατακόρυφα Στοιχεία Στατική Επίλυση (Ανάλυση) 87

6. Διαδοχικά Βήματα Σχεδιασμού 887. Έλεγχος σε Κατάσταση Λειτουργίας για Περιορισμό των Βελών 908. Σχεδιασμός σε Κατάσταση Αστοχίας - Ικανοτικός Έλεγχος 919. Οριστική Διαστασιολόγηση 93

Ενότητα Γ

ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΙΔΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΟΠΛΙΣΜΟΥ

ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ

1 Υλικά και τεχνικές Επισκευής και Ενίσχυσης Δομικών Στοιχείων 99 2 Αντισεισμική Αξιολόγηση Μεθόδων Επισκευής 102 3 Αντισεισμικότητα Στοιχείων με Ανθρακονήματα, Υαλονήματα και

Μανδύα Εκτοξευόμενου Σκυροδέματος 109

6

Ενότητα Δ

ΥΠΟΣΧΟΜΕΝΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

1. Χαλυβοσκυρόδεμα 12222.. Μικροκισσηρόδεμα 13733.. Σεισμική Συμπεριφορά Στοιχείων με Συρματοκισσηρόδεμα 145

7

ΙΙΣΣΤΤΟΟΡΡΙΙΕΕΣΣ ΜΜΕΕ ΣΣΕΕΙΙΣΣΜΜΟΟΥΥΣΣ ΚΚΑΑΙΙ ΜΜΗΗΧΧΑΑΝΝΙΙΚΚΟΟΥΥΣΣ

Τρεις φίλοι μια φορά αποφάσισαν να ζήσουν μακριά Πήγαν σε μια ερημιά και έχτισαν ένα σπίτι

σε μια βουνοπλαγιά Το χτίσανε απλά: Δύο στύλοι μπροστά στα χαμηλά,

δύο στην κορφή,πάνω στους στύλους δοκάρια, πάνω πλάκα

και πάνω σ ΄αυτή ιδιόμορφη κατασκευή

Και πάνε όλα καλά για χρόνια αρκετά μέχρι την εποχή που γίνεται σεισμός

έξι Ρίχτερ δυνατός

Οι δυο φίλοι έχουν γεράσει πολύ για περιπέτειες τώρα πια σκέφτονται πως είναι αργά

και καλούν ειδικό όσο είναι ακόμη καιρός

για έλεγχο αντισεισμικό

Έρχεται ο ειδικός από τους άλλους πιο ακριβός.

Είναι ξακουστός. Και αποφαίνεται αυτός:

Μανδύες παρακαλώ, εδώ και εδώ, προληπτικώς.

Μπαίνουν τα μπετά στα παλτά και οι φίλοι συχάζουν οριστικά.

Περνάνε μέρες και γίνεται ξανά σεισμός Ευτυχώς που είχε έρθει ο ειδικός!

Μα,…. Να! Ακούγεται τριγμός, Γίνεται χαμός,

Πώς είναι δυνατόν!

Οι στύλοι οι παχείς κείτονται κατά γης !!!!!!!

Οι φίλοι μας οργίζονται πολύ

Ο σεισμός πέντε Ρίχτερ δυνατός και έγινε χαλασμός!

Τρέχουν στην πόλη παρευθύς τον ειδικό να βρούνε να ξελογαριαστούνε!

Ψυχραιμία! Δεν χτύπησε κανείς Κυριάρχησε περισυλλογή

Γίνανε φίλοι και οι τέσσερις μαζί ανέβηκαν στη βουνοκορφή

Και χρόνια πολλά μετά σε μια βουνοπλαγιά Βρέθηκε σκαλισμένη ζωγραφική που ακόμη δεν έχει αποκρυπτογραφηθεί

8

Ενότητα Α

ΑΡΧΕΣ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

Α. Αρχές Αντισεισμικού Σχεδιασμού

9

1. Η ΑΠΟΚΑΛΥΠΤΙΚΗ ΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΟΥ ΚΑΙΟΙ ΕΥΘΥΝΕΣ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

«Πολυμαθίη γνώσιν έχειν ου διδάσκει» Ηράκλειτος (Η πολυμάθεια δεν διδάσκει γνώση)

1.1 Η Αποκαλυπτική Δράση σ΄Επίπεδο Κατασκευών

Ο σεισμός αποτελεί ενεργειακή εκφόρτιση συσσωρευμένων εντάσεων της γης εκδηλού-μενη με τη μορφή εδαφικής ταλάντωσης συμ-παρασύροντας στην εκφόρτιση αυτή και την κατασκευή ως τεχνητή προέκταση του εδά-φους. Όπως κάθε εκφόρτιση, ο σεισμός δρα απο-καλυπτικά τόσο σ΄επίπεδο κατασκευής, όσο και σ΄επίπεδο ρόλου του μηχανικού και της κατασκευής στην ευρύτερη κοινωνία. Σ΄επίπεδο κατασκευής ο σεισμός δρα απο-καλυπτικά με διάφορους τρόπους, όπως:

Καθιστά Εμφανείς ΠροϋπάρχουσεςΕκδηλωμένες Ρωγμές

Οι ρωγμές αυτές δεν γίνονται αντιληπτές γιατί καλύπτονται από τις επικαλύψεις ή το σοβά (έχουν εκδηλωθεί πριν). Με τη δόνηση έρχονται στην επιφάνεια.

(α) (β)

Σχ. 1.1 Ρωγμές λόγω: (α) συστολής πήξεως,(β) συστολής ξηράνσεως

Συνήθεις τύπους τέτοιων αστοχιών αποτε-λούν:

• Η ρηγμάτωση πλακών και γραμμικών φορέωνλόγω παρεμποδιζόμενης (από τις στηρίξεις)συστολής πήξεως ή ξηράνσεως τουσκυροδέματος, όπως αυτές στο Σχ. 1(α) και1(β).

Οι ρωγμές λόγω συστολής κατά την πήξη τουσκυροδέματος εμφανίζονται όταν πήζει τοσκυρόδεμα (5-7 ώρες από τη σκυροδέτηση) καιδεν εξελλίσσονται.

Μπορούν να αποφευχθούν, καθώς το σκυρό-δεμα τη στιγμή της εμφάνισής τους είναι σεπλαστική κατάσταση (σαν πάστα) και μπορούννα κλείσουν εύκολα.

Oι ρωγμές λόγω συστολής ξηράνσεως εμφανί-ζονται, όπως φαίνεται στο Σχ. 2(α), στις θέσεις των συνδετήρων των δοκών και των υποστυ-λωμάτων (εξασθενημένες θέσεις της διατομής του σκυροδέματος) και εξελίσσονται μέχρι τα 2 έως 3 πρώτα χρόνια από τη σκυροδέτηση.

(α) (β)

Σχ. 1.2 Ρωγμές λόγω (α) αποκόλλησης από τοιχοποίια και (β) διάβρωσης του οπλισμού

• Ρωγμές στον αρμό τοιχοποιών καιστοιχείων από σκυρόδεμα, όπως π.χ. ηρωγμή καθύψος του υποστυλώματος στοΣχ. 2(α). (Από τη διαφορά του ήχουεκατέρωθεν της ρωγμής μπορεί εύκολα ναδιαπιστωθεί ο τύπος της ρωγμής).

Καθιστά ΑντιληπτέςΠροϋπάρχουσες Εμφανείς Ρωγμές

Οι ρωγμές αυτές, μολονότι έχουν εμφανιστεί πριν το σεισμό, δεν γίνονται αντιληπτές παρά μόνον μετά από επισταμένο έλεγχο που συνήθως ακολουθεί (και για ψυχολογικούς λόγους) μετά από ισχυρό σεισμό.

Συνήθεις τύπους τέτοιων αστοχιών αποτε-λούν:

• Ρωγμές κατά μήκος του οπλισμού οφειλό-μενεςσε διόγκωση του σκυροδέματος λόγωδιάβρωσης των ράβδων, όπως αυτή στο Σχ.2(β).

ρωγμή

ΚΑΤΟΨΗ ΚΤΙΡΙΟΥ

Σχ. 1.3 Ρωγμές εν είδει αρμού διαστολής

• Ρωγμές, όπως φαίνεται στο Σχ. 3, σε επιμήκηκτίρια στα οποία δεν έχουν προβλεφθεί αρμοί


10

συστολοδιαστολής (λόγω συστολής ξηράνσεως και θερμοκρασιακών μεταβολών), οι οποίες λειτουργούν ως φυσικοί αρμοί (εμφανίζονται σε εξασθενημένες σε κάτοψη διατομές του κτιρίου).

Αποκαλύπτει Εξασθενημένες Θέσειςτης Κατασκευής

Η εξασθένιση αυτή η οποία δεν γίνεται αντιληπτή κατά τη χρήση της κατασκευής, λόγω της υποτονικής επιπόνησής της, σχε-τίζεται σε μεγάλο βαθμό με ανεπαρκή αγκύρωση των ράβδων του οπλισμού, λόγω:

• Ανεπαρκούς επιφάνειας επαφής οπλισμούκαι σκυροδέματος, όπως στην περίπτωση: κτιρίου σκυροδετημένου με μεγάλου

μεγέθους κροκάλες (στρογγυλευμένααδρανή από ποτάμια ή παραλίες),

σημαντικών κενών σκυροδέτησης,

παρουσίας ξένων σωμάτων σ΄επαφή με τιςράβδους του οπλισμού,

συσσώρευσης ράβδων οπλισμού, ιδιαίτεραστις περιοχές των κόμβων.

• Ανεπαρκούς μήκους,είτε αλλοιωμένης(λόγω διάβρωσης ή επικόλλησηςελαίωνκ.λ.π) επιφάνειας των ράβδων τουοπλισμού.

• Απώλειας της συνάφειας των ράβδωνλόγω πρόωρου λυγισμού τους, ελλείψει πυκνών συνδετήρων, είτε

κακότεχνων συνδετήρων οι οποίοιανοίγουν.

ΤΟΜΗ

Σχ. 1.4 Ανορθολογικοί σχεδιασμοί

Αποκαλύπτει ΑναντιστοιχίεςΜελέτης και Κατασκευής , όπως:

• Ηθελημένες ανορθολικές αλλαγές τηςμελέτης κατά την κατασκευή, όπωςπαράλλειψη δομικών στοιχείων, ή αλλαγήτων διαστάσεών τους

• Αυθαίρετες ανορθολογικές επεμβάσειςμετά την κατασκευή,

• Αυθαίρετες αλλαγές της χρήσης τηςκατασκευής με συνέπεια υπερφόρτωσήτης στο σύνολό της είτε σε μέλη της

• Μη ηθελημένες αλλαγές οφειλόμενες στηνπαράβλεψη της συνεργασίας του φέροντοςοργανισμού της κατασκευής και τουοργανισμού πληρώσεως, όπως η συχνάεμφανιζόμενη μετά από σεισμούς διατμητικήαστοχία υποστυλωμάτων ημιυπόγειων χώρωνπου φαίνεται στο Σχ.4(α), οφειλόμενη στηνπαράβλεψη της μείωσης του ενεργούς μήκουςτου υποστυλώματος από την τοιχοποιία.

(α) (β)

Σχ. 1.4 Θέσει κοντό υποστύλωμα

Το υποστύλωμα στην κατασκευή, λόγω του μειωμένου μήκους του έχει μεγαλύτερη δυσκαμψία και έπρεπε να σχεδιαστεί με μεγαλύτερη δύναμη σεισμού.

Αποκαλύπτει ΠροβλήματαΣχέσεων, όπως:

• Μη αρμονικών σχέσεων μεταξύ τωνεργαζόμενων - συντελεστών της κατα-σκευής.

Χαρακτηριστική της περίπτωσης αυτήςείναι η αποκάλυψη ντενεκέ σε θέσειςκόμβων που παρατηρήθηκε σε μερικέςκατασκευές κατά τον προτελευταίο σεισμόστην Αττική.

• Μη αρμονικών σχέσεων μεταξύ τωνμεγεθών συμπεριφοράς τηςκατασκευής λόγω:

εσφαλμένου σχεδιασμού

αυθαίρετων επεμβάσεων μετά τηνολοκλήρωση της κατασκευής,

• Ακριβούς και ψηφιοποιημένης μελέτης αλ-λά ανορθολογικής σύλληψης του φέ-ροντα οργανισμού, όπως στην περίπτω-ση της διαμόρφωσης στο Σχ. 4.αναδεικνύοντας ότι:

Το περισσότερο ή το δυνατότερο δενείναι κατ΄ανάγκη και καλύτερο.

Τεχνολογική υπεροχή και ορθολογικήικανότητα ενδέχεται να μην συμβα-δίζουν.


11

1.2 Η Αποκάλυψη των Ευρύτερων Ευθυνών των Μηχανικών

1.2.1 Μια Διαχρονικά Δυσλειτουργική Πεποίθηση

Μετά από κάθε σεισμό οι διάφοροι ειδήμονες, σεισμολόγοι και μηχανικοί συνεπικουρούμενοι από δημοσιογράφους και πολιτικούς, ενημε-ρώνουν το «κοινό» για τα αίτια των κατα-στροφών και ανακοινώνουν κονδύλια, επι-τροπές, έρευνες, συνέδρια και τα συνα-φή για τη μελλοντική αντιμετώπιση αυτής της «φυσικής καταστροφής».

Με τον τρόπο αυτό καλλιεργείται η πεποίθηση ότι πρόκειται για ένα καθαρά τεχνικό πρό-βλημα, που, απαιτεί κονδύλια και ειδήμονες για την αντιμετώπισή του.

Η πεποίθηση αυτή παραμένει σταθερή ακόμη και όταν, επανειλημμένα τον τελευταίο καιρό, τα θύματα των σεισμών αυξάνουν σταθερά, παρά την εκτιμούμενη ως ολοένα και πιο αυξημένη αντισεισμικότητα των κατασκευών, χάρις στους ολοένα και πιο αυστηρούς αντι-σεισμικούς κανονισμούς, παραβλέποντας ότι:

σε μια χαώδη περίοδο σαν τη σημερινήείναι αυξημένες οι πιθανότητες για ένανμεγαλύτερο σεισμό απ΄αυτόν πουλαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό.

1.2.1 Η Ευθύνη των Μηχανικών για την Μετατροπή ενός Κοινωνικο-

πολιτικού Προβλήματος σε Ουδέτερο Τεχνικό

«Οι ισχυροί σεισμοί δεν ήταν περισσότεροι εφέτος από άλλες φορές, αλλά η ατυχία ήταν ότι έπληξαν πυκνοκατοικημένες περιοχές προκαλώντας μεγάλο αριθμό θυμάτων», δήλωσε η Όλις Ουόκερ, σεισμο-λόγος στο Κέντρο Γεωλογικών Μελετών του Εδιμβούργου στα «Νέα» (22-9-1999).

Οι πυκνοκατοικημένες περιοχές που ομολο-γούνται στην παραπάνω διαπίστωση ως η βασική αιτία για τις συμφορές των σεισμών, καθώς και ο σύγχρονος τρόπος δόμησης που ενέχεται ιδιαίτερα σ΄αυτό, δεν αξιολογείται ποτέ σχεδόν από τους ειδήμονες.

Τι απομένει απ' όλα αυτά; Ίσως, η τραγική πραγματικότητα ότι οι πλούσιοι μπορούν να προστατευτούν από τους σεισμούς καλύτερα από ό,τι οι φτωχοί» καταλήγει ο Ρούσσος Βρανάς σε άρθρο του στα «Νέα».

Οι μηχανικοί και αυτοί που συντάσσουν τους αντισεισμικούς κανονισμούς καλύπτουν τις αληθινές αιτίες των καταστροφών από σει-σμούς

εμφανίζοντας ένα έντονακοινωνικοπολιτικό πρόβλημα ως καθαράουδέτερο τεχνικό, ως πρόβλημακαλύτερης γνώσης των κατασκευών.

Ο μεθοδευόμενος συνωστισμός στα μεγάλα αστικά κέντρα και ο επιτυγχανόμενος με τον τρόπο αυτό μεγαλύτερος έλεγχος και εξου-σιασμός των ανθρώπων δεν έχει καμμία θέση στις αναλύσεις των ειδικών.

Ένα φυσικό φαινόμενο, που από μόνο του δεν θα ήταν προβληματικό, και υπό άλλες συνθήκες, όταν οι άνθρωποι δεν θα ήταν εγκλωβισμένοι μέσα σε πέτρινα κελιά και θα είχαν άμεση πρόσβαση σε ευρύχωρους άχτιστους χώρους, θα μπορούσε ίσως να είναι γιορτή, απολαμβάνοντας τη χορευτική κίνηση της γης, μετατρέπεται σε όλεθρο και απω-θημένο φόβο των ανθρώπων, λόγω αδιαφα-νών επιλογών.

1.2.3 Η Ευθύνη των Μηχανικών για την Ανοχή στον Τρόπο Δόμησης των Κατασκευών

Τα «Όχι» που Οφείλονται Μετά το τσουνάμι στην Ασία πολυτελή πολυώροφα κτίρια-ξενοδοχεία ανεγείρονται στην πολύπαθη παραλία (και μάλιστα με χρήματα της διεθνούς οικονομικής βοήθειας, όπως πληροφορούμαστε από το διαδίκτυο). Μηχανικοί μετέχουν στη μελέτη και ανέγερση των μορφωμάτων αυτών.

Και στην Ελλάδα, μετά από καταστροφικούς σεισμούς που ισοπέδωσαν ολόκληρες περιο-χές, όπως στο Βόλο κ.α, οι πολυκατοικίες επανέκαμψαν σε πλήρη αίγλη.

Και ενώ σήμερα στην Ελλάδα παραμένουν απούλητα αναρίθμητα διαμερίσματα πολυκα-τοικιών μηχανικοί-κατασκευαστές πολυκατοι-κιών συνεχίζουν να προσφέρουν και να μετεκπαιδεύουν στα επενδυτικά τους προ-γράμματα ιδιοκτήτες ανθοστόλιστων αν-θρώπινων μονοκατοικιών να τις ανταλ-λάξουν με πολλά μπετονιένα κελιά, γιατί έτσι λέει ο νόμος της αγοράς.

Μηχανικοί, επίσης, μελετούν και μετέχουν στην κατασκευή κτισμάτων με φυτευτά υπο-στυλώματα ή προεντεταμένους φορείς σε περιοχές έντονα σεισμογενείς, κι ας γνωρίζουν ότι η συμπεριφορά τους στο σεισμό είναι ιδιαίτερα επιβαρυντική.

Τα φυτευτά υποστυλώματα φυτεμένα όχι στη γη είναι προφανές ότι θα ταρακουνηθούν


12

πολύ, όχι μόνον πλευρικά αλλά και πάνω-κάτω (από την κατακόρυφη συνιστώσα του σεισμού).

Δυσμενή συμπεριφορά θα επιδείξουν επίσης και οι προεντεταμένες δοκοί.

Αφήνονται να πειστούν ότι η ανάγκη απαιτεί την επικινδυνότητα αυτή. Αλ-λοιώς, πώς θα ήταν δυνατοί οι μεγάλοι χώροι αναψυχής, τα μεγάλα κινηματοθέατρα, οι μεγάλοι εκθεσιακοί και καλλιτεχνικοί χώροι,

οι μεγάλοι βιομηχανικοί χώροι και όλες αυτές οι ανάγκες της σύγχρονης ζωής;

Έχουν αφεθεί να πειστούν ότι οι μικροί ανθρώπινοι χώροι αναψυχής, καλλιτεχνίας ή εργασίας όπου οι άνθρωποι γνωρίζονται και επικοινωνούν μεταξύ τους είναι παρωχημένοι.

Η πρόοδος και η ανάπτυξη απαιτεί αρένες απρόσωπης μη επικοινωνούσας αναψυχής, καλλιτεχνίας και εργασίας.

ΜΕΤΡΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΙΣΧΥΡΟΥ ΣΕΙΣΜΟΥ ΜΙΑ ΛΟΓΙΚΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΗ ΑΠΟΨΗ ΠΡΟΣ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ

Παρακάτω παρατίθεται απόσπασμα από άρθρο του αρχηγού της Αμερικανικής Ομάδας Διεθνούς Διάσωσης το οποίο τελευταία έχει τύχει μεγάλης δημοσιότητας στο διαδίκτυο. Για το πλήρες κείμενο στα αγγλικά και επιφυλάξεις που έχουν διατυπωθεί για την πλήρη υιοθέτηση των απόψεων που εκφράζονται σ΄αυτό μπορεί να βρεί κανείς στο διαδίκτυο πληκτρολογώντας στην αναζήτηση είτε το: Doug Copp είτε το: Triangle of Life, ΤΟ ΤΡΙΓΩΝΟ ΤΗΣ ΖΩΗΣ «Το όνομά μου είναι Doug Copp. Είμαι ο Αρχηγός Διάσωσης και Διευθυντής Καταστροφών της Αμερικανικής Ομάδας Διεθνούς Διάσωσης (American Rescue Team International, ARTI), της πιο έμπειρης ομάδας διάσωσης του κόσμου.

Οι πληροφορίες που περιέχονται σ' αυτό το άρθρο θα σώσουν ζωές σε ενδεχόμενο σεισμού.

Το πρώτο κτίριο στο οποίο μπουσούλισα στα τέσσερα χρόνια μου ήταν ένα σχολείο στη πόλη του Μεξικού κατά τη διάρκεια του σεισμού του 1985. Όλα τα παιδιά ήταν κάτω από τα θρανία. Όλα τα παιδιά κυριολεκτικά καταπλακώθηκαν και δεν επέζησαν. Θα μπορούσαν να είχαν σωθεί άν είχαν ξαπλώσει δίπλα στα θρανία κατά μήκος του διαδρόμου. Ήταν φρικτό, δεν ήταν καθόλου αναπόφευκτο. Αναρωτήθηκα γιατί τα παιδιά δεν ήταν στους διαδρόμους. Δεν ήξερα τότε ότι είχε δοθεί οδηγία στα παιδιά να κρυφτούν κάτω από οποιοδήποτε έπιπλο.

Αλλά, όταν τα κτίρια γκρεμίζονται, το βάρος της οροφής που πέφτει πάνω στα διάφορα αντικείμενα ή έπιπλα ενός δωματίου συνθλίβει αυτά τα αντικείμενα, αφήνοντας κάποιο χώρο ή κενό δίπλα τους. Αυτός ο χώρος είναι αυτό που αποκαλώ 'τρίγωνο ζωής'. Όσο μεγαλύτερο και δυνατότερο είναι το αντικείμενο, τόσο πιο λίγο θα συμπιεστεί. Όσο πιο λίγο συμπιεστεί, τόσο πιο μεγάλο το κενό και τόσο μεγαλύτερη η πιθανότητα ο άνθρωπος που χρησιμοποιεί το κενό αυτό για την ασφάλειά του να μη τραυματιστεί.

Την επόμενη φορά που θα δείτε κτίρια που έχουν καταρρεύσει στην τηλεόραση, παρατηρείστε τα 'τρίγωνα' που έχουν σχηματιστεί. Είναι παντού. Είναι το πιο κοινό σχήμα που θα δείτε στα γκρεμισμένα κτίρια. Είναι παντού.

ΔΕΚΑ ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ ΓΙΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΑΠΟ ΣΕΙΣΜΟ

1. Σχεδόν όλοι που απλά 'βουτούν και κρύβονται κάτω από κάτι' όταν καταρρέει ένα κτίριο συνθλίβονται μέχρι θανάτου.Οι άνθρωποι που χώνονται κάτω από αντικείμενα, όπως θρανία ή αυτοκίνητα, συνθλίβονται. 2. Οι γάτες, τα σκυλιά και τα μωρά πολύ συχνά και φυσικά διπλώνουν το σώμα τους στην εμβρυακή θέση. Πρέπει νακάνετε και εσείς το ίδιο σε περίπτωση σεισμού. Είναι ένα φυσικό ένστικτο ασφάλειας και επιβίωσης. Μπορείτε να επιβιώσετε σε ένα μικρό κενό. Πηγαίνετε δίπλα σε ένα αντικείμενο, δίπλα σε ένα καναπέ, δίπλα σε ένα ογκώδες αντικείμενο που θα συμπιεστεί ελαφρά αλλά θα αφήσει ένα κενό δίπλα του. 3. Τα ξύλινα κτίρια είναι η ασφαλέστερη κατασκευή που μπορεί κανείς να βρεθεί κατά τη διάρκεια ενός σεισμού. Το ξύλοείναι ελαστικό και κινείται με τη δύναμη του σεισμού. Αν όντως ένα ξύλινο κτίριο καταρρεύσει, δημιουργούνται μεγάλα κενά επιβίωσης. Επιπλέον, ένα ξύλινο κτίριο έχει λιγότερη συμπυκνωμένη μάζα όταν καταρρεύσει. Τα κτίρια από τούβλα θα σπάσουν σε πολλά ατομικά τούβλα. Τα τούβλα αυτά θα προκαλέσουν πολλούς τραυματισμούς, αλλά λιγότερα πολτοποιημένα πτώματα σε σύγκριση με πλάκες από μπετόν. 4.Αν είστε ξαπλωμένος σε ένα κρεβάτι τη νύχτα και συμβεί σεισμός, απλά κυλήστε έξω από το κρεβάτι. Ένα ασφαλέςκενό θα υπάρχει γύρω από το κρεβάτι. Τα ξενοδοχεία θα είναι σε θέση να πετύχουν ένα πολύ υψηλότερο ποσοστό επιβίωσης από σεισμό, απλά με το να αναρτήσουν μία πινακίδα στο πίσω μέρος της πόρτας κάθε δωματίου, που να λέει στους ενοίκους να ξαπλώσουν στο πάτωμα δίπλα στη βάση του κρεβατιού κατά τη διάρκεια ενός σεισμού. 5. Αν συμβεί ένας σεισμός και δεν μπορείτε εύκολα να ξεφύγετε με το να βγείτε έξω από τη πόρτα ή το παράθυρο, τότεξαπλώστε κάτω και διπλώστε το σώμα σας στην εμβρυακή θέση δίπλα σε ένα καναπέ ή σε μία μεγάλη καρέκλα. 6. Σχεδόν όλοι που πηγαίνουν κάτω από το κούφωμα της πόρτας όταν καταρρέει το κτίριο, σκοτώνονται. Και αυτό γιατίαν κάθεστε κάτω από το κούφωμα και η πόρτα πέσει προς τα μπρος ή προς τα πίσω θα συνθλιφτείτε από την οροφή από πάνω. Αν ή πόρτα πέσει προς τα πλάγια θα κοπείτε στη μέση από το κούφωμα. Και στις δύο περιπτώσεις θα σκοτωθείτε!


13

2. ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ

Η εδαφική σεισμική κίνηση μεταδιδόμενη (και ενισχυόμενη) μέσω του εδάφους της θεμελίωσης στη βάση της κατασκευής συνεχίζει μεταδιδόμενη στο σώμα της κατασκευής (ως προέκτασης του γήϊνου φλοιού) και τη θέτει σε εξαναγκασμένη κίνηση των επί μέρους μελών της. Τα μέλη της κατασκευής αντιστεκόμενα στην αλλαγή της θέσης τους, λόγω της αδράνειάς τους εντείνονται αυτοεπι-πονούμενα.

2.1 Η Σεισμική Φόρτιση ως Πλευρική Δύναμη Αν η κατασκευή υποβληθεί σε μετατόπιση xο στη βάση της, λόγω της αντίστασής της, δεν θα υποστεί απλά μετάθεση, αλλά θα παρα-μορφωθεί, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

Σχ. 2.1 Παραμόρφωση κατασκευής υπό σεισμική δράση

Η απόκριση αυτή μπορεί να θεωρηθεί απλο-ποιητικά ίδια με την απόκριση προβόλου πα-κτωμένου στο έδαφος και επιπονούμενου με πλευρική δύναμη Ε, η οποία, όπως αποδει-κνύεται στην ενότητα Ρ, κεφ. 1, προκύπτει από τη σχέση (1):

Ε = K.xο (1) όπου Κ είναι η δυσκαμψία της κατασκευής, δηλ. η αντίστασή της στη μεταβολή της θέσης της.

Αν η επιβαλλόμενη μετατόπιση x(t) στη βάση της κατασκευής μεταβάλλεται με το χρόνο, όπως η σειμική φόρτιση, και αν Κ (δυσκαμ-ψία), c (απόσβεση) και m (μάζα) είναι οι αντι-στάσεις της κατασκευής στη μετατόπιση x(t), στην ταχύτητα μεταβολής dx/dt και στην επι-τάχυνση dx2/dt2, η απόκριση της κατασκευής περιγράφεται από τη σχέση δυναμικής ισορ-ροπίας (2):

Ε(t) = m.d2x/dt2 + c.dx/dt + K.x (2)

Στην ενότητα Ρ κεφ. 1 αποδεικνύεται ότι για συνήθεις κατασκευές η εξίσωση δυναμικής ισορροπίας της κατασκευής υπό επιβαλλόμενη μετατόπιση xo(t) είναι όμοια μ΄αυτήν κατακευής υπό επιβαλλόμενη δύναμη με τιμή που προκύπτει από τη σχέση (3):

Ε(t) = m.d2xo/dt2 (3)

2.2 Ιδιαιτερότητες στα Χαρακτη- ριστικά της Φόρτισης Η σεισμική φόρτιση διαφοροποιείται από την κατακόρυφη φόρτιση ως προς τα παρακάτω χαρακτηριστικά:

Χαρακτ/κά ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ

ΚΑΤΑΚΟΡΥΦ ΦΟΡΤΙΣΗ

1. ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ Οριζόντια Κατακόρυφη

2. ΤΥΠΟΣ Τυχηματική Μόνιμη ή Μεταβλητή

3. ΦΥΣΗ .Επιβολή Πα-ραμόρφωσης

Επιβολή Δύναμης

4. ΕΝΑΛΛΑΓΗ Εναλλασσό-μενη

Μονότονη

5. ΑΠΟΚΡΙΣΗ Δυναμική Στατική

2.3 Διαφοροποιήσεις στη Διαμόρ- φωση του Φ.Ο και στο Σχεδια- σμό Σ΄ αντιστοιχία με τις παραπάνω ιδιαιτερό-τητες οι διαφοροποιήσεις στο σχεδιασμό είναι:

1. Διαφορετική διαμόρφωση του ΦέρονταΟργανισμού και ανάλυσή του ως ενιαίουδομικού πλαισίου.

2. Σχεδιασμός για μη κατάρρευση (αποδοχήεπισκευάσιμων βλαβών).

3. Σχεδιασμός για Φέρουσα Ικανότητα και Πλα-στιμότητα.

4. Διαφοροποιήσεις στις αντοχές των φορέων,ιδιαίτερα στη διατμητική αντοχή και τηναντοχή συνάφειας καιι ιδιαίτερη βαρύτητα τωνλεπτομερειών όπλισης, λόγω αυξημένωντάσεων συνάφειας.

5. Στατική ανάλυση δυναμική ή ισοδύναμηστατική.

Οι διαφοροποιήσεις αυτές αναλύονται στα ε-μενα κεφάλαια.

xo


14

3. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΑΝΑΛΗΨΗΣΤΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΚΑΙ ΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ Φ.Ο

Λόγω της μονολιθικής φύσης του, ο φέροντας οργανισμός αποτελεί ένα συνεχές όλο. Ο μηχανισμός ανάληψης του φορτίου από τα επί μέρους μέλη του διαφοροποιείται ανάλογα με την διεύθυνση των ασκούμενων φορτίων, όπως εντοπίζεται παρακάτω.

3.1 Μηχανισμός Μεταφοράς Κατακόρυφων Φορτίων

Ροή ΦορτίωνΣτην περίπτωση κατακόρυφης φόρτισης, τα φορτία τα φέρουν άμεσα οι πλάκες (κάθετα προς το μέσον επίπεδό τους) οι οποίες τα με-ταφέρουν στις δοκούς. Οι δοκοί τα μετα-φέρουν στα υποστυλώματα και τα υποστυ-λώματα τα μεταφέρουν στο έδαφος.

Μεταβίβαση ΕπιπόνησηςΗ μεταβίβαση της επιπόνησης από μέλος σε μέλος γίνεται μέσω των μετακινήσεων, στροφών και μετατοπίσεων, στις θέσεις συνάντησης των επί μέρους μελών του φέ-ροντα οργανισμού, στους κόμβους του.

Στην περίπτωση κατακόρυφων φορτίων η μετάθεση των κόμβων είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(α), αμελητέα. Η μεταφορά των φορτίων από μέλος σε μέλος επιτελείται, κυρίως μέσω στροφών στις θέσεις των κόμβων.

Κατ΄ αυτόν τον τρόπο, τα μέλη του Φ.Ο. επι-πονούνται άμεσα από τα φορτία που ασκούν-ται σ΄αυτά και έμμεσα από τις στροφές στη θέση των κόμβων που προκαλούνται από τη δράση φορτίων σε γειτονικά μέλη.

Για παράδειγμα το μέλος ΑΒ του Φ.Ο. στο Σχ. 1(α) εντείνεται άμεσα λόγω του φορτίου Q1 που δρα σ΄αυτό και έμμεσα λόγω των στρο-φών των διατομών του Α και Β που προκα-λούνται από τη δράση του φορτίου Q2 στο μέλος ΓΔ.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 1(α), οι στροφές αυτές είναι έντονες στα οριζόντια μέλη που είναι γει-τονικά και στην ίδια στάθμη με το φορτι-ζόμενο οριζόντιο μέλος, ενώ ατονούν στα κατακόρυφα μέλη και στα οριζόντια μέλη σε άλλες στάθμες του φέροντα οργανισμού.

Για δράση του φορτίου σε μια στάθμη του Φ.Ο, π.χ. στο μέλος ΑΒ, η ένταση στα οριζόν- τια μέλη στις άλλες στάθμες του Φ.Ο, π.χ. στο μέλος ΓΔ, και στα κατάκόρυφα μέλη θεωρείται αμελητέα γιατί είναι πολύ μικρές οι

στροφές που προκαλούνται στα άκρα των μελών αυτών από τη δράση του φορτίου στο μέλος ΑΒ.

Γι΄αυτό:

Είναι δυνατός ο ανεξάρτητοςσχεδιασμός των οριζόντιων μελών, πλακών και δοκών, κάθε ορόφου της κατασκευής.

Ο φέροντας οργανισμός ισοδυναμείται με σύστημα ανεξάρτητων οριζόντιων συνεχών φορέων που φορτίζονται μόνο με τα άμεσα φορτία που επιβάλλονται σ΄ αυτούς, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(β).

Σχ. 3.1 Περίπτωση κατακόρυφων φορτίων (α) Εικόνα παραμόρφωσης (β) Απλοποίηση Φ.Ο.

ΣυμπερασματικάΣτην περίπτωση δράσης μόνον κατακόρυφων φορτίων μπορεί να γίνουν, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(β), οι παρακάτω απλοποιήσεις:

Τα οριζόντια μέλη σχεδιάζονται μόνονγια τα δικά τους φορτία ως συνεχείςφορείς.

A Β

Γ Δ Q1

Q2

Q1

Q1

(α)

(β)


15

Τα κατακόρυφα μέλη σχεδιάζονται ωςαμφίπακτα επιπονούμενα με τιςαντιδράσεις των οριζόντιωνγραμμικών μελών.

3.2 Mηχανισμός Μεταφοράς Πλευρικών Φορτίων

Ροή ΦορτίωνΣτην περίπτωση των πλευρικών φορτίων, ό-πως στην περίπτωση σεισμικού φορτίου ή φορτίου ανέμου, η ανάληψη των φορτίων γίνεται, όπως φαίνεται στο Σχ. 2(α), από τις πλάκες (στάθμες συγκέντρωσης μάζας) κατά τη διεύθυνση του μέσου επιπέδου τους και απ΄αυτές μεταφέρονται στα κατακόρυφα στοιχεία (τοιχώματα ή πλαίσια) και στη συνέ-χεια στο έδαφος.

Μεταβίβαση ΕπιπόνησηςΟι πλάκες, οι οποίες στην περίπτωση αυτή δρούν ως δίσκοι, υπό την δράση των πλευ-ρικών φορτίων μετατοπίζονται οριζοντίως αν-αγκάζοντας σε μετατόπιση και τα κατακό-ρυφα στοιχεία με τα οποία είναι συνδεδεμέ-νες.

Η μετατόπιση των πλακών είναι διαφορετική σε διαδοχικές στάθμες και, γι αυτό, τα κατά-κόρυφα μέλη υποκείμενα σε διαφορετικές με-τατοπίσεις στα άκρα τους εντείνονται.

(α)

(β)

Σχ. 3.2 Περίπτωση πλευρικών φορτίων (α) Μηχανισμός μεταφοράς (β) Εικόνα παραμόρφωσης

ΣυμπερασματικάΣτην περίπτωση των πλευρικών φορτίων, δεν είναι δυνατή η ανεξάρτητη ανάλυση για κάθε στάθμη του φέροντα οργανισμού, καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 2(β), επιπονούνται άμεσα τα μέλη σ΄όλες τις στάθμες του φέροντα οργανισμού.

Ο φέροντας οργανισμός οφείλει να σχεδιαστεί ενιαίος ως χωρικό πλαίσιο.

3.3 Η Διαφραγματική Λειτουργία των Πλακών

Οι πλάκες στην περίπτωση της πλευρικής φόρτισης, αν φέρουν περιμετρικά δοκούς και δεν έχουν σημαντικά ανοίγματα, δρουν, όπως φαίνεται στο Σχ. 2(α), ως διαφράγματα, δηλαδή απλά μετατίθενται, χωρίς να καμπυ-λώνονται (χωρίς καμπτικό βέλος) και άρα δεν εντείνονται.

♦ Γι αυτό, δεν απαιτείται πρόσθετοςσχεδιασμός των πλακών πέραν αυτού γιατα κατακόρυφα φορτία

Αν οι πλάκες έχουν σημαντικά ανοίγματα δρούν ως καμπτόμενες (υψίκορμες) δοκοί με πλάτος το πάχος τους και ύψος τη διάσταση την παράλληλη προς το πλευρικό φορτίο.

3.4 Ο Ρόλος των Τοιχοποιών Στην περίπτωση των πλευρικών φορτίων μετέχει στην ανάληψη του φορτίου και ο οργανισμός πληρώσεως, οι τοιχοποίες, κα-θώς κατά κανόνα είναι σ΄ επαφή με το πλαί-σιο του φέροντα οργανισμού.

Το ποσοστό του φορτίου που αναλαμβάνεται από τις τοιχοποίες είναι τόσο πιο μεγάλο, όσο πιο παραμορφώσιμο είναι το πλαίσιο του φέροντα οργανισμού και όσο πιο δύσκαμπτη είναι η τοιχοποιϊα, καθώς, όπως αναπτύσσεται στην ενότητα Α, κεφ. 10, η ένταση είναι απο-τέλεσμα παρεμποδιζόμενης παραμόρφωσης.

Εκτός, όμως, από την ευνοϊκή αυτή επιρροή τους, οι τοιχοποίες έχουν και δυσμενή επιρ-ροή, καθώς αυξάνοντας τη δυσκαμψία της κατασκευής μειώνουν τη θεμελιώδη ιδιοπερί-οδό της και, γι αυτό αυξάνουν, (βλ. ενότητα Β, κεφ.2) το σεισμικό φορτίο.

Λόγω των δύο αυτών αντιτιθέμενων επιρ-ροών των τοιχοποιών, στις συνήθεις κατα-σκευές αμελείται η επιρροή τους.


16

4. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΦΕΡΟΝΤΑ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ

Η διαμόρφωση του φέροντα οργανισμού είναι καθοριστική για την ασφάλεια της κατασκευής. Ορθοί υπολογισμοί των επί μέρους μελών της κατασκευής έχουν νόημα μόνον στην περίπτωση ορθολογικής διαμόρφωσης του φέροντα οργανισμού.

Η διαμόρφωση του φέροντα οργανισμού (Φ.Ο) εξαρτάται από τα αρχιτεκτονικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά της κατασκευής (ωφέλιμα ύψη, είδος και μέγεθος φορτίων κ.λ.π) και δεν μπορεί να ακολουθηθεί καθο-ρισμένη διαδικασία.

Κάθε κατασκευή είναι μοναδική ως προς κά-ποια αρχιτεκτονικά και λειτουργικά χαρακτη-ριστικά της τα οποία μπορεί να είναι απoφα-σιστικά για την επιλογή του τύπου της διάτα-ξης του φέροντα οργανισμού.

Αποδεκτές είναι όλες οι διαμορφώσεις που εί-ναι συμβιβαστές με την επιπόνηση που θα αναπτυχθεί. Μία απ΄αυτές, όμως, είναι η πιο κατάλληλη για τη συγκεκριμένη κατασκευή.

Η διαμόρφωση του φέροντα οργανισμού για την ανάληψη και πλευρικών (σεισμικών) φορτίων δεν είναι το ίδιο ευχερής, όπως στην περίπτωση κατακόρυφων φορτίων.

Απαιτεί κατανόηση του μηχανισμού ανάληψης και κατανομής της επιπόνησης στο σύνολο της κατασκευής και δημιουργική σύλληψη.

Ο μηχανισμός ανάληψης των πλευρικών φορ-τίων είναι, όπως σχολιάστηκε στο προηγού-μενο κεφάλαιο, διαφορετικός από το μηχα-νισμό ανάληψης των κατακόρυφων φορτίων και, γι΄ αυτό, και η διαμόρφωση του φέροντα οργανισμού είναι διαφορετική.

4.1 Βασικά Κριτήρια Διαμόρφω- σης του Φ.Ο. καθ΄ Ύψος Κατ΄αρχήν, πρέπει να εξασφαλιστεί:

ότι η κατασκευή δεν θα ανατραπεί,όπως στην περίπτωση της διαμόρφωσηςστο Σχ. 1(α), και

ότι δεν θα ολισθήσει το ένα τμήμα τηςως πρός το άλλο, όπως στην περίπτωσητης διαμόρφωσης στο Σχ. 1(β).

Ιδανική διαμόρφωση αποτελεί η πυραμοει-δής διαμόρφωση όπως στο Σχ. 1(δ), μίμη-ση των φυσικών σχηματισμών του εδάφους (βουνών).

Στην περίπτωση κατασκευής με κατακόρυφα μόνον φορτία οι παραπάνω διαμορφώσεις (α)

και (β) είναι εξίσου αποδεκτές με τις διαμορ-φώσεις (γ) και (δ).

(α) (β)

(γ) (δ)

Σχ. 4.1 (α) και (β) μη αποδεκτές και (γ) και (δ) αποδεκτές διαμορφώσεις καθ΄ύψος του φέροντα οργανισμού

4.3 Βασικά Κριτήρια Διαμόρφω- σης του Φ.Ο. σε Κάτοψη Σε κάτοψη πρέπει να εξασφαλιστεί ότι η κα-τασκευή δεν θα υποστεί σημαντική στρε-πτική επιπόνηση, όπως στην περίπτωση της διαμόρφωσης στο Σχ. 2(α).

Στη διαμόρφωση αυτή το κέντρο της μάζας των κατακόρυφων στοιχείων στο οποίο θα ασκηθεί η αδρανειακή δύναμη του σεισμού α-πέχει σημαντικά από το κέντρο στρέψης της κατασκευής το οποίο αντιστοιχεί στο κέντρο των δυσκαμψιών των κατακόρυφων στοι-χείων του φέροντα οργανισμού της κατα-σκευής (βλ. ενότητα Β, κεφ. 4.1).

Ιδανική διαμόρφωση αποτελεί η συμμετρι-κή κάτοψη του φέροντα οργανισμού, όπως αυτή που φαίνεται στο Σχ. 2(β) στην οποία το κέντρο μάζας και το κέντρο δυσκαμψίας συμπίπτουν.


17

4.2 Πρόσθετα Κριτήρια Διαμόρ- φωσης του Φ.Ο για Στατικό

Αντισεισμικό Σχεδιασμό Ο φέροντας οργανισμός οφείλει να συμπε-ριφερθεί ως ενιαίος φορέας, ιδιαίτερα στην περίπτωση που εφαρμόζεται στατικός αντισει-σμικός σχεδιασμός.

Όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 2, η οπτική της σεισμικής φόρτισης ως στατικής πλευρικής δύναμης προυποθέτει συμπεριφορά της κατά-σκευής ως ενιαίου προβόλου πακτωμένου στο έδαφος.

Γι΄ αυτό, στην περίπτωση εφαρμογής στατι-κού αντισεισμικού σχεδιασμού οι απαιτήσεις συνεκτικότητας του Φ.Ο (συνεργασίας των επί μέρους φορέων του) είναι πιο αυστηρές.

Στον αντισεισμικό κανονισμό τίθενται απαιτή-σεις για ομαλή μεταβολή της μάζας και της δυσκαμψίας σε κάτοψη και καθ΄ υψος.

4.4 Συνήθεις Τύποι Φ.Ο. Για κατασκευές κτιρίων διαμορφώνονται συ-νήθως τρεις βασικοί τύποι αντισεισμικής διά-ταξης:

Δύσκαμπτα πλαίσια

Είναι πλαίσια με δύσκαμπτη σύνδεση (κόμβο) δοκών και υποστυλωμάτων ώστε να εμποδί-ζεται αλλαγή στη γωνία μεταξύ τους.

Η ανάληψη των πλευρικών φορτίων γίνεται, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 3, μέσω στροφών των κόμβων οι οποίες προκαλούν τέμνουσες και ροπές στα μέλη του πλαισίου.

Επίσης προκαλούνται, όπως σχολιάζεται στο κεφ. 5, ενότητα Ρ), αξονικές δυνάμεις στους στύλους του πλαισίου λόγω των ροπών ανα-τροπής που προκύπτουν από τις πλευρικές δυνάμεις.

Οι αξονικές δυνάμεις στα ζυγώματα του πλαι-σίου τυπικά αμελούνται για κτίρια στα οποία οι πλάκες δρουν ως διαφράγματα.

Τοιχώματα

Είναι κατακόρυφα στοιχεία μεγάλου μήκους (επιμήκη υποστυλώματα) με ενισχυμένη όπλι-ση (ή και δυσκαμψία) στα άκρα τους.

Λειτουργούν ως πρόβολοι δοκοί για τη μετα-φορά των πλευρικών φορτίων στο έδαφος.

Επειδή τα πλευρικά φορτία δρουν από οποι-αδήποτε διεύθυνση, αναλύονται σε δυο κά-θετες συνιστώσες (βλ. κεφ. 1, ενότητα Ρ) και,

γι αυτό, τα πλαίσια και τα τοιχώματα δια-τάσσονται σε κάθετες διευθύνσεις.

Μικτή Διάταξη Δύσκαμπτων Πλαισίωνκαι Τοιχωμάτων

Στην περίπτωση αυτή, επειδή τα τοιχώματα είναι πιο δύσκαμπτα από τα πλαίσια και λιγό-τερα πλάστιμα, (λόγω του μεγάλου ύψους και του μικρού πλάτους της εγκάρσιας διατομής τους), απαιτείται πρόσθετη προσοχή ώστε να εξασφαλιστεί η συνεκτικότητα του φέρον-τα οργανισμού.

Βασική απαίτηση είναι:

Η μέγιστη μετόπιση της κατασκευής ναμην υπερβεί αυτήν του τοιχώματος.

Σε περίπτωση που η παραπάνω απαίτηση δεν είναι δυνατόν να τηρηθεί, πρέπει να εξασφα-λιστεί:

Το πλαίσιο να μπορεί ν΄αντέξει τοπροσθετα φορτίο όταν το τοίχωμα χάσεισημαντικό μέρος της φέρουσαςικανότητάς του.

(α) (β)

(γ)

Σχ. 4.2 (α) και (β) αποδεκτή και (γ) μη αποδεκτή διαμόρφωση σε κάτοψη του φέροντα οργανισμού

4.5 Κριτήρια Επιλογής Τύπου Αντισεισμικής Διάταξης

Μικρή Μετατόπιση Κατασκευής

Για μείωση της μετατόπισης της κατασκευής κατά τη σεισμική επιπόνηση και ελαχιστο-ποίηση των συνεπειών του σεισμού στα μη φέροντα στοιχεία (τοιχοποιίες) απαιτούνται δύσκαμπτες διατάξεις.

Μικρή επιτάχυση

Για ελαχιστοποίηση των συνεπειών στον εξο-πλισμό των κτιρίων, ιδίως σε κτίρια με ειδικές


18

χρήσεις, εκτός από τις μικρές μετατοπίσεις απαιτούνται και μικρές επιταχύνσεις.

Η Τελική Επιλογή ως Εναρμόνιση ΔύοΑντιτιθέμενων Επιρροών

Για μικρές επιταχύνσεις απαιτούνται εύκαμ-πτες κατασκευές.

• Δύσκαμπτες διατάξεις μειώνουν τησχετική μετακίνηση των ορόφων. αλλάαυξάνουν τη σεισμική επιπόνηση καιπροκαλούν μεγάλες επιταχύνσειςπατωμάτων.

• Εύκαμπτες διατάξεις μειώνουν τα σεισμικάφορτία και τείνουν να μειώνουν τιςεπιταχύνσεις, αλλά αυξάνουν τη σχετικήμετακίνηση.

Η τελική επιλογή θα καθοριστεί ανάλογα με τις απαιτήσεις και ιδιαιτερότητες κάθε κατα-σκευής.

4.6 Διάταξη Σεισμικής Μόνωσης Τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει η υιοθέτηση διατάξεων σεισμικής (από) μόνωσης.

Αποτελούν εναλλακτική λύση αντιμετώπισης της σεισμικής επιπόνησης μέσω ανεξαρτητο-ποίησης της κατασκευής από τις κινήσεις του εδάφους.

Η ανεξαρτοποίηση αυτή επιτυγχάνεται μέσω:

• Εύκαμπτης διαμόρφωσης στη βάση τηςοικοδομής στο οριζόντιο επίπεδο ώστε ναπεριοριστεί η περίοδος της σεισμικήςέντασης και να μειωθεί η επιπόνηση τηςκατaσκευής.

• Εισαγωγής στοιχείων απόσβεσης για ναπεριοριστεί το εύρος της ταλάντωσης καιπεριοριστούν οι σχετικές μετακινήσειςμεταξύ εδάφους και κατασκευής σεικανοποιητικό μεγεθος.

(α)

(β)

(γ)

Σχ. 4.3 Τύποι αντισεισμικής διάταξης (α) δύσκαμπτα πλαίσια (β) τοιχώματα και (γ) μικτή


19

5. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΙΣ ΟΡΙΑΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

Επειδή η σεισμική επιπόνηση είναι τυχηματική (μπορεί και να μην ασκηθεί) για λόγους οικονομίας γίνεται αποδεκτό να αστοχεί η κατασκευή για το σεισμό σχεδιασμού και να απαιτείται επισκευή για την επαναχρησιμοποίησή της.

5.1 Η Έννοια του Σχεδιασμού σε Κατάσταση Αστοχίας για Κατακόρυφα Φορτία Στην περίπτωση της κατακόρυφης φόρτισης ο σχεδιασμός σε κατάσταση αστοχίας στο-χεύει να εξασφαλίσει ότι η φόρτιση Ρk της κατά-σκευής θα υπολείπεται σημαντικά από τη φόρτιση αστοχίας Ρu ώστε η κατασκευή να μην βγαίνει εκτός λειτουργίας κάθε φορά που θα δέχεται όλα τα φορτία της.

Για να επιτευχθεί αυτό ο φορέας σχεδιάζεται:

με μεγαλύτερα φορτία, τα φορτίασχεδιασμού Ρd

με μειωμένη την αντοχή

Τα φορτία σχεδιασμού προκύπτουν πολλα-πλασιάζοντας τα (μέγιστα) φορτία που θα δράσουν στην κατασκευή με συνετελεστές ασφαλείας.

Η αντοχή του φορέα προκύπτει θεωρώντας μειωμένη αντοχή των υλικών του διαιρώντας την αντοχή του σκυροδέματος και του χάλυ-βα με συντελεστές ασφαλείας.

Ο αυξητικός συντελεστής ασφαλείας για τα μεταβλητά φορτία λαμβάνεται ίσος με 1,5 ενώ ο μειωτικός συντελεστής ασφαλείας για την αντοχή του σκυροδέματος λαμβάνεται ίσος με 1,5.

Θεωρώντας ενιαίο συντελεστή ασφαλείας ο φορέας σχεδιάζεται για 1,5x1,5 = 2,25 φορές μεγαλύτερη επιπόνηση.

Στην πράξη επειδή για τα μόνιμα φορτία και την αντοχή του χάλυβα οι συντελεστές ασφαλείας είναι μικρότεροι, ο ενιαίος συν-τελεστής ασφαλείας προκύπτει μικρό-τερος.

Σχ. 5.1 Πραγματικό διάγραμμα σ-ε χάλυβα

Πρόσθετη ασφάλεια αποτελεί η παραδοχή για διγραμμικό διάγραμμα [σ-ε] του χάλυβα.

Όπως φανεται από το πραγματικό διάγραμμα του χάλυβα στο Σχ. 1, η μέγιστη τάση του χάλυβα είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την τάση διαρροής fy που λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό.

Στις δοκούς και τις πλάκες η παραμόρφωση του εφελκυόμενου χάλυβα κατά την αστοχία είναι πολύ μεγαλύτερη και, γι΄αυτό, η τάση του χάλυβα κατά την αστοχία είναι μεγα-λύτερη από την fy.

5.2 Η Έννοια του Σχεδιασμού σε Κατάσταση Αστοχίας για Σεισμικά Φορτία Στην περίπτωση της σεισμικής φόρτισης ο σχεδιασμός σε κατάσταση αστοχίας έχει δια-φορετική έννοια από την παραπάνω και η υιοθέτησή του ίδιου όρου αποτελεί μάλλον ατυχή έκφραση των κανονισμών.

Λόγω της τυχηματικής φύσης της σεισμικής φόρτισης (μπορεί και να μην ασκηθεί η φόρτιση αυτή) για λόγους οικονομίας επιτρέπεται η φόρτιση Ρk της κατασκευής να είναι ίση με τη φόρτιση αστοχίας Ρu, δηλ. η κατασκευή να λειτουργήσει σε κατάσταση α-στοχίας, και ως εκ τούτου να εμφανίσει εκτε-ταμένες ρωγμές και βέλη, όπως φαίνεται στο Σχ. 2, και να απαιτείται επισκευή για την επαναλειτουργία της.

Γι αυτό, για τη φόρτιση αυτή δεν τίθενται συντελεστές ασφαλείας ούτε στα φορτία, ούτε στις αντοχές των υλικών.

Ρ

Σχ. 5.2 Αύξηση βέλους δ και ανοίγματος ρωγμών w με την αύξηση της επιπόνησης

Για λόγους οικονομίας γίνεται, επίσης, η πα-ραδοχή ότι κατά τη διάρκεια του σεισμού σχε-

δ, ωεs

σs


20

διασμού δεν θα δρούν όλα τα κινητά φορτία της κατασκευής.

5.3 Οι Δύο Συνδυασμοί Φορτίων και οι Τρεις Τιμές των Στατικών Μεγεθών

Οι συνδυασμοί των φορτίων για το σχεδιασμό του Φ.Ο της κατασκευής δίνονται παρακάτω.

Για το σχεδιασμό μόνον με τακατaκόρυφα φορτία: 1,35 gk και 1,50 qk

Για το σχεδιασμό με τα κατακόρυφα καιτα σεισμικά φορτία:

gk , 0.3qk και Εk, όπου Εk τα σεισμικά φορτία (βλ. κεφ. 3, ενότητα Β).

Τα στατικά μεγέθη που προκύπτουν από τον πρώτο συνδυασμό συμβολίζονται:

Μsd , Vsd κ.λ.π.

Τα στατικά μεγέθη που προκύπτουν από τον δεύτερο συνδυασμό συμβολίζονται:

ΜΕ , VΕ κλπ.

Εκτός από τα μεγέθη αυτά υπολογίζονται, επίσης, και οι «ικανοτικές» τιμές των μεγεθών αυτών συμβολιζόμενες ως:

ΜCD και VCD.

Για την έννοια των μεγεθών αυτών βλ. κεφ. 9 και 10.

5.4 Οι Τρεις Μορφές της Ανίσωσης Ασφαλείας Ο σχεδιασμός του Φ.Ο υπακούει στην ανίσω-ση ασφαλείας:

S ≤ Ru (α)

όπου: S είναι το μέγεθος της δράσης, π.χ. Μs, Vs, κλπ. Ru είναι το αντίστοιχο μέγεθος αστοχίας

Αντίστοιχες στις τρεις διαφορετικές τιμές των δράσεων είναι οι τρεις παρακάτω μορφές της ανίσωσης ασφαλείας:

Μsd ≤ ΜRdu , Vsd ≤ VRdu (1)

ΜE ≤ ΜRu , VE ≤ VRu (2)

ΜCD ≤ ΜRu, , VCD ≤ VRu (3)

ΜRdu και VRdu είναι τα μεγέθη αστοχίας (αντοχές) που προκύπτουν με βάση τις μειωμένες αντοχές fcd = fck/1,5 και fsd = fsk/1,15, ενώ

ΜRu και VRu είναι τα μεγέθη αστοχίας που προκύπτουν με τις αντοχές fck και fsk.

Επιλύοντας την ανίσωση ασφαλείας (1) προκύπτουν οι γεωμετρικές διαστάσεις και ο οπλισμός των μελών του Φ.Ο και υπολογί-ζονται οι δυσκαμψίες τους οι οποίες απαι-τούνται για τον υπολογισμό των μεγεθών ΜE και VE στην ανίσωση (2). Ο σχεδιασμός μόνο με τα κατακόρυφα

φορτία αποτελεί κατά κάποιον τρόπο την προμελέτη.

6. Η ΣΥΓΧΙΣΗ ΤΩΝ ΟΡΟΛΟΓΙΩΝ ΚΑΙ ΟΙ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ

Όταν μετά ένα ισχυρό σεισμό εμφανίζονται ρωγμές και παραμένοντα βέλη στα δομικά στοιχεία μιας κατασκευής, στις περισσότερες περιπτώσεις επι-κρατεί η εντύπωση ότι ο σχεδιασμός της κατα-σκευής ήταν λανθασμένος. Δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις δικαστικών διε-νέξεων στην περίπτωση που μετά ένα σεισμό παρατηρηθεί εκτεταμένη ρηγμάτωση, μολονότι ο σεισμός μπορεί να εκτιμηθεί ότι αντιστοιχεί στο σεισμό για τον οποίο σχεδιάστηκε η κατασκευή ή και σε ακόμη πιο ισχυρό. Όπως σχολιάστηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, η εμφάνιση εκτεταμένης ρηγμάτωσης και μεγάλων βελών στα δομικά στοιχεία είναι σύμφωνη με τον ισχύοντα αντισεισμικό κανονισμό. Οι φορείς σχεδιάζονται να αστοχήσουν αλλά

να μην καταρρεύσουν. Η μη κατάρρευση των δομικών στοιχείων ε-ξασφαλίζεται θέτοντας την παραμόρφωση αστο-χίας του εφελκυόμενου οπλισμού τους σημαν-τικά μικρότερη από την παραμόρφωση θραύ-

σης του (η οποία είναι μεγαλύτερη του 100‰). Κατάρρευση ενός στοιχείου θα συμβεί όταν θα θραυστούν ή θα εξολκευτούν οι ράβδοι του οπλισμού. Η παρατηρούμενη σύγχιση και οι αντιδικίες σε

περίπτωση ενδείξεων αστοχίας των δομικών στοιχείων κατά τη σεισμική επιπόνηση φαίνεται να έχει τη βάση της στο γεγονός ότι ο όρος «σχεδιασμός σε κατάσταση αστοχίας» χρησιμοποιείται, επίσης, και για το σχεδιασμό σε κατακόρυφα φορτία.

Όπως σχολιάζεται στο κεφ. 5.1, ο όρος αυτός στην περίπτωση των κατακόρυφων φορτίων έχει διαφορετική έννοια. Δεν επιτρέπεται να αστοχή-σουν τα δομικά στοιχεία για τα ωφέλιμα φορτία τους. • Η σύγχιση αυτή και οι αντιδικίες που τη

συνοδεύουν θα είχαν αποφευχθεί αν δεν είχε υιοθετηθεί στους κανονισμούς ο ίδιος όρος για δύο εντελώς διαφορετικούς σχεδιασμούς.


21

7. Η ΠΛΑΣΤΙΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ

Επειδή, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, επιτρέπεται η λειτουργία της κατασκευής σε κατάσταση αστοχίας και επειδή η σεισμική φόρτιση είναι επιβαλλόμενη παραμόρφωση και όχι επιβαλλόμενη φόρτιση, στο σχεδιασμό των φορέων υπεισέρχονται και παραμορφωσιακά μεγέθη του φορέα σε κατάσταση αστοχίας, η πλαστιμότητα.

7.1 Η Πλαστιμότητα ως Μέγεθος της Παραμορφωσιακής Συμπεριφοράς σε Κατάσταση Αστοχίας

Διακρίνονται δύο τύποι παραμορφωσιακής συ-μπεριφοράς: η ελαστική και η ελαστοπλαστι-κή.

Στο Σχ. 1 δίνονται τα διαγράμματα συμπε-ριφοράς για τους δύο αυτούς τύπους.

Στον κατακόρυφο άξονα των διαγραμμάτων τίθεται το μέγεθος της δράσης και στον ορι-ζόντιο άξονα το μέγεθος της απόκρισης της κατασκευής.

Στην περίπτωση καμπτικής επιπόνησης στον κατακόρυφο άξονα τίθεται το φορτίο Ρ ή η ροπή Μ και στον οριζόντιο η μετατόπιση δ (βέλος).

Σχ. 7.1 Διαγράμματα συμπεριφοράς για (α) ελαστική και (β) ελαστοπλα-

στική συμπεριφορά

Ορίζονται δύο δείκτες παραμορφωσιακής συμ-περιφοράς:

Η Δυσκαμψία του Φορέα

Είναι η κλίση του διαγράμματος καμπτικής συμπεριφοράς ενός φορέα για στάθμη επιπό-νησης μικρότερη από τη στάθμη αστοχίας, δηλαδή για ροπή μικρότερη από τη ΜΥ στο διάγραμμα συμπεριφοράς στο Σχ.1.

Εκφράζει τη δυσκολία παραμόρφωσης του φορέα (το βαθμό αντίστασής του στην παρα-μόρφωση).

Η Πλαστιμότητα του φορέα

Είναι μέγεθος για στάθμη επιπόνησης που αντιστοιχεί στην αστοχία του φορέα, δηλαδή

για ροπή μεγαλύτερη από τη ΜΥ στο διάγραμ-μα συμπεριφοράς στο Σχ.1.

Εκφράζει την ευκολία παραμόρφωσης του φορέα στη στάθμη αστοχίας (σε αντίθεση με το μέγεθος της δυσκαμψίας το οποίο εκφράζει τη δυσκολία παραμόρφωσης στη στάθμη λειτουργίας του φορέα).

Η αστοχία φορέα με μεγαληπλαστιμότητα είναι πιο παρατεταμένηαπ΄αυτήν φορέα με μικρότερηπλαστιμότητα.

7.2 Ο Δείκτης Πλαστιμότητας ως Μέτρο της Πλαστιμότητας

Μέτρο της πλαστιμότητας ορίζεται ο δείκτης πλαστιμότητας μ ο οποίος δίνεται από τη σχέση:

μ = δu/δy ,

όπου: δy είναι η μετατόπιση που αντιστοιχεί στη διαρροή του εφελκυόμενου χάλυβα, και

δu είναι η μετατόπιση που αντιστοιχεί σε απότομη πτώση του φορτίου ή της καμπτικής ροπής, όπως φαίνεται στο Σχ. 2.

Σχ. 7.2 Ορισμός δείκτη πλαστιμότητας μ για (α) διγραμμικό και (β) καμπύλο διάγραμμα συμπεριφοράς

δ (β)δy

Μy

Μ

δ (α)δu

Μy

Μ Μ

Μy Μy

δ δ

δy

δu

Μ


22

Σε περίπτωση που η στάθμη διαρροής στο διάγραμμα συμπεριφοράς δεν είναι σαφής, ο δείκτης πλαστιμότητας εντοπίζεται όπως φαί-νεται στο Σχ. 2(β).

Η οριζοντίωση του δια-γράμματος μετά τη διαρροή του εφελκυ-όμενου χάλυβα προκύ-πτει γιατί, ενώ με την αύξηση της επιπόνησης αυξάνει η παραμόρφωση εs1 και η εc και, γι΄αυτό, αυξάνει η καμπυλότητα 1/r, η τάση και, άρα, και η δύναμη του χάλυβα παραμένει, όπως φαίνεται στο σχήμα, σταθερή.

Η μικρή αύξηση της ροπής μετά την παραμόρφωση διαρροής εy του εφελκυόμενου χάλυβα οφείλεται στην μικρή αύξηση του μοχλοβραχίονα z των εσωτερικών δυνάμεων λόγω της μικρής μείωσης του βάθους της θλιβόμενης ζώνης x. (Επειδή ο ουδέτερος άξονας είναι προς την ίνα 2, η μείωση του x είναι, όπως φαίνεται στο σχήμα, μικρότερη απ΄ό,τι η αύξηση της εs1).

7.3 Τα Επίπεδα Αναφοράς της Κατασκευής κσι οι Δύο Δείκτες Πλαστιμότητας

Κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού ακολου-θούνται τα παρακάτω βήματα:

1. Ο ενιαίος φέροντας οργανισμός τηςκατασκευής θεωρείται ότι αποτελείται από επί μέρους φορείς, 2. Ο κάθε φορέας θεωρείται ότι απαρτίζεταιαπό επί μέρους διατομές. Σ΄αντιστοιχία με τα επίπεδα αυτά του σχεδια-σμού διακρίνονται οι παρακάτω δείκτες πλα-στιμότητας:

Ο δείκτης πλαστιμότηταςμετακινήσεων μδ = δu/δy.

δ: το βέλος του φορέα στην κρίσιμη διατομή.

Αντιστοιχεί σε επίπεδο φορέα.

Ο δείκτης πλαστιμότηταςκαμπυλοτήτων μ1/R = (1/r)u/(1/r)y.

Αντιστοιχεί σε επίπεδο διατομής.1/r: η καμπυλότητα της κρίσιμης διατομήςτου φορέα, (βλ. κεφ. 8.1).r: είναι, όπως φαίνεται στο σχήμα, η ακτίνα καμπυλότητας του φορέα. Αν θεωρήσουμε τον παρα-μορφωμένο φορέα τόξοκύκλου, r είναι η ακτίνα τουκύκλου.

7.4 Πλαστιμότητα και Aνακατανομή της Έντασης

Η απαίτηση για Υπερστατικότητα

7.4.1 Η Έννοια της Πλαστικής Άρθρωσης

Όπως φαίνεται στο Σχ. 3(α), σε μια θέση του φορέα η γωνία στροφής dφ κατά μήκος του κεντροβαρικού άξονά του είναι ανάλογη της καμπυλότητας 1/r της εγκάρσιας διατομής του φορέα στη θέση αυτή.

Όταν στις κρίσιμες διατομές του φορέα η καμπτική ροπή υπερβεί τη ροπή διαρροής Μy, η καμπυλότητα 1/r και, άρα, και η γωνία dφ αυξάνεται συνεχώς για αμελητέα αύξηση του φορτίου. Η παραμορφωσιακή κατάσταση στη θέση αυτή αντιστοιχεί σ΄αυτήν αρθρωτής στήριξης και δηλώνεται ως πλαστική άρθ-ρωση.

(α) lp: μήκος πλαστικής

άρθρωσης Μ Mu lp

My

dφ Μy Μu

(β) Σχ. 7.3 (α) Συσχέτηση dφ και 1/r

(β) μήκος πλαστικής άρθρωσης

Η περιοχή του φορέα στην οποία η δρώσα ροπή υπερβαίνει, όπως φαίνεται στο Σχ. 3(β), τη ροπή διαρροής Μy αποτελεί το μήκος της πλαστικής άρθρωσης. Είναι η περιοχή στην οποία όλες οι εγκάρσιες διατομές του φορέα συμπεριφέρονται ως αρθρώσεις.

Η περιοχή αυτή δηλώνεται, επίσης, και ως το κρίσιμο μήκος του φορέα.

7.4.2 Η Αύξηση της Φέρουσας Ικανότητας Υπερστατικών Φορέων

Στην περίπτωση υπερστατικών φορέων η πλαστιμότητα του φορέα του επιτρέπει να φέρει μεγαλύτερο φορτίο λόγω ανακατανομής της έντασής του.

Για παράδειγμα:

r dφ 1/r = dφ/dx

δ dφ γραμμή κάμψεως

σs

fs εY εs1

x

εs1

r


23

Στην περίπτωση μιας αμφίπακτης δοκού στην ελαστική περιοχή (για μικρή επιπόνηση) είναι:

• Μ = q.l2/12 στις στηρίξεις• Μ = l2/24 στο μέσον του ανοίγματος

Όταν η ροπή στις ακραίες διατομές φθάσει την τιμή διαρροής Μy το φορτίο θα είναι:

q = 12 Μy/l2 (1)

ΜY MY

Μy MΥ

Σχ. 7.4 Δημιουργία πλαστικών αρθρώσεων στις στηρίξεις αμφίπακτου φορέα

Με περαιτέρω αύξηση της ροπής στις διατομές αυτές σχηματίζονται πλαστικές αρθρώσεις και ο φορέας συμπεριφέρεται, όπως φαίνεται στο Σχ. 4, ως αμφιέρειστος επιπονούμενος στις αρθρωτές στηρίξεις του με ροπές ίσες με Μy.

Αν ο φορέας έχει ικανή πλαστιμότητα, θα μπορέσει να συνεχίσει να δέχεται φορτίο.

Με την αύξηση του φορτίου η ροπή στις πλαστικές αρθρώσεις παραμένει περίπου σταθερή, ενώ αυξάνεται η ροπή στο μέσον του ανοίγματός του έως ότου σχηματιστεί και εκεί πλαστική άρθρωση, οπότε ο φορέας καθίστα-ται μηχανισμός και δεν μπορεί ν΄αντέξει άλλο φορτίο.

Στην οριακή αυτή κατάσταση από την ισορροπία του φορέα προκύπτει:

2Μy=qu.l2/8 (2)

Από τη σχέση (2) προκύπτει:

qu = 16 My/l2 (3)

Συγκρίνοντας τις τιμές στη σχέση (1) και (3) προκύπτει:

qu / q = 16/12 = 1.33 (4)

Από τη σχέση (4) προκύπτει ότι: Χάρις στην δυνατότητα ανακατανομής της

έντασης που επιτρέπει η πλαστιμότητα του φορέα, η φέρουσα ικανότητα του φορέα αυξάνεται κατά 33%.

Ανακεφαλαιωτικά:

Αν η κατασκευή ειναι πλάστιμη και υπερ-στατική: Μπορεί να υπερβληθεί η αντοχή διαρροής σε

μια κρίσιμη διατομή ενός μέλους της χωρίς

να αστοχήσει όλο το σύστημα της κατασκευής.

Λόγω της πλαστιμότητάς του, το μέλος θα καθυστερήσει την αστοχία του και θα δώσει τη δυνατότητα να αναλάβουν περαιτέρω φορτίο και να φθάσουν σε διαρροή κι΄άλλες κρίσιμες διατομές στο μέλος αυτό ή σε άλλα μέλη της κατασκευής.

Η κατασκευή θα καταρρεύσει όταν αστοχήσουν τόσα μέλη της και σε τέτοιες θέσεις (όπως σε θέσεις υποστυλωμάτων) ώστε η κατασκευή να μετατραπεί σε μηχανισμό.

7.5 Πλαστιμότητα και Μέγεθος της Επιπόνησης Οι καμπύλες (1) και (2) στο Σχ. 5 αντιστοι-χούν στις καμπύλες συμπεριφοράς φορέα με δύο διαφορετικούς σχεδιασμούς, λιγότερο και περισσότερο πλάστιμο.

M

Mu

(1) (2)

δ (α)

δ

δ2 (2)

δ1 (1)

Mu Μ (β)

Σχ. 7.5 Φέρουσα ικανότητα σε (α) κατακόρυφα φορτία και (β) σεισμικά φορτία

Στην περίπτωση κατακόρυφης φόρτισης επι-βαλλόμενο μέγεθος είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 5(α), το φορτίο και ο φορέας αποκρίνεται με μετατόπιση δ.

Και οι δύο σχεδιασμοί (1) και (2) είναι αποδεκτοί, αφού εξασφαλίζουν ίδια φέρουσα ικανότητα του φορέα, αφού η ροπή αστοχίας είναι η ίδια και για τους δύο σχεδιασμούς.

Ο φορέας με το σχεδιασμό (2) με τη μεγα-λύτερη πλαστιμότητα δεν μπορεί να δεχθεί μεγαλύτερο φορτίο.


24

Σε σύγκριση με τον φορέα (1) θα επιδείξει απλά πιο παρατεταμένη αστοχία και, γι αυτό, θα διαθέτει μεγαλύτερη ασφάλεια.

Στην περίπτωση της σεισμικής φόρτισης επι-βαλλόμενο μέγεθος είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 5(β), η μετατόπιση δ και ο φορέας αποκρίνεται με φορτίο Ρ.

Ο φορέας (2) θ΄ αντέξει σεισμική φόρτιση, μεγέθους δ2, μεγαλύτερη απ΄αυτήν, μεγέθους δ1, που θ΄αντέξει ο φορέας (1).

Για δεδομένη σεισμική φόρτιση μεγέθους δ η δύναμη απόκρισης θα είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 6, αντίστροφα ανάλογη του δείκτη πλαστιμότητας του φορέα.

δ

δu Γ Β

(2) (1)

δy Δ Ε

Α Ρελπλ Ρελ

Σχ. 7.6 Ορισμός δείκτη ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς

Αν Ρελ και Ρελπλ είναι η δύναμη απόκρισης φορέα με ελαστική και ελαστοπλαστική συμ-περιφορά, αντίστοιχα, από τα όμοια τρίγωνα ΑΒΓ και ΑΔΕ στο Σχ. 6 προκύπτει:

Ρελ/Ρελπλ = δu/δy (1)

Ρελπλ = Ρελ/q (2)

Από τις σχέσεις (1) και (2) προκύπτει η (3):

q = Ρελ /Ρελπλ (3) Ρελ/Ρελπλ = δu/δy = μδ

7.5.1 Συντελεστής Ελαστοπλαστικής Συμπεριφοράς και η Εξάρτησή του από την Πλαστιμότητα

Ο λόγος Ρελ/Ρελπλ δηλώνεται ως δείκτης ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς και συμβολί-ζεται με το q.

q = Ρελ /Ρελπλ (2)

Ο συντελεστής q δηλώνει τη μείωση της επιπονούσας δύναμης λόγω ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς της κατασκευής.

Ο λόγος δu/δy ισούται με το δείκτη πλαστι-μότητας μδ.

Αντικαθιστώντας στη σχέση (1) τους λόγους με τα μεγέθη q και μδ προκύπτει ότι:

Ο συντελεστής q μπορεί να ληφθεί ίσος μετο δείκτη πλαστιμότητας μδ .

Κατά τον αντισεισμικό σχεδιασμό υιοθετείται μία τιμή για τον συντελεστή q (για κατά-σκευές από σκυρόδεμα οι κανονισμοί συνι-στούν q = 3) η οποία οφείλει να εξασφαλιστεί διαστασιολογώντας την κατασκευή έτσι ώστε να διαθέτει τον δείκτη πλαστιμότητας μδ που αντιστοιχεί στην τιμή αυτή του μδ (βλ. και κεφ. 2, ενότητα Β).

7.6 Η Διαφορετική Βαρύτητα της Πλαστιμότητας στους Δύο Σχεδιασμούς της Κατασκευής Από τα παραπάνω προκύπτει ότι το μέγεθος της πλαστιμότητας έχει εντελώς άλλη βαρύ-τητα κατά τους δύο σχεδιασμούς του Φ.Ο της κατασκευής:

Κατά τον αντισεισμικό σχεδιασμό τομέγεθος της πλαστιμότητας είναι το ίδιοσημαντικό όσο και οι καμπτικές,διατμητικές και κ.λ.π αντοχές των φο-ρέων, αφού η τιμή της πλαστιμότητας κα-θορίζει την τιμή των σεισμικών φορτίων που θαδράσουν στην κατασκευή.

Αν δεν υλοποιηθεί η τιμή της πλαστιμότηταςπου υιοθετήθηκε κατά τον σχεδιασμό, θαμεταβληθεί το μέγεθος των σεισμικών φορτίωνπου θα δράσουν στην κατασκευή.


Αν η τιμή της πλαστιμότητας στην κατασκευήείναι η μισή από την τιμή που ελήφθη στοσχεδιασμό, η τιμή των σεισμικών φορτίων πουθα δράσουν στην κατασκευή θα είναι διπλάσιααπό αυτή που ελήφθη στο σχεδιασμό.

Οι συνέπειες θα είναι ίδιες μ΄ αυτές που θαπροέκυπταν αν οι αντοχές των φορέων τηςκατσκευής ήταν μικρότερες απ΄αυτές τουσχεδιασμού.

Κατά το σχεδιασμό με κατακόρυφα μόνονφορτία η ικανή πλαστιμότητα των φορέωνείναι απλά ένα επιθυμητό μέγεθος, καθώςμεγαλύτερη πλαστιμότητα σημαίνει πιοπαραταμένη αστοχία και, γιαυτό, περισσότερεςπροειδοποιητικές ενδείξεις με τη μορφήαυξανόμενου βέλους και διευρυνόμενωνρωγμών παρέχοντας το χρονικό περιθώριο γιατην εγκατάλειψη της κατασκευής ή και γιαμερική αποφόρτισή της και αποφυγή τηςτελικής αστοχίας της.

♦ Αν ληφθεί, όμως, υπόψη ότι για τακατακόρυφα φορτία η κατασκευήσχεδιάζεται με αρκετό περιθώριοασφαλείας ώστε να μην φθάσει σεκατάσταση αστοχίας, η προστατευτικήαυτή δράση του πλάστιμου σχεδιασμούτων κατασκευών θα ενεργοποηθεί μόνονσε ακραίες μη προβλεπόμενες περιπτώσειςυπερφόρτισης της κατασκευής.


25

7Α. ΠΛΑΣΤΙΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΤΥΠΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ

7Α.1 Η Εννοια της Αστοχίας Με τον όρο αστοχία δεν νοείται κατάρρευση του φορέα αλλά αχρήστευσή του.

Σχ. 7.6 Τύποι αστοχίας και αντίστοιχα

διαγράμματα συμπεριφοράς Ρ-δ (α) πλάστιμος, (β) ψαθυρός, (γ) ακαριαίος

Ο φορέας που αστοχεί εμφανίζει εκτεταμένη ή έντονη ρηγμάτωση, είτε σημαντικό βέλος και απαιτείται σημαντική αποφόρτιση και επισκευή ώστε να αποκατασταθεί η φέρουσα ικανότητά του. Αν δεν αποφορτιστεί, ο φορέας οδηγείται σε κατάρρευση, άμεσα αν η συμπεριφορά του αντιστοιχεί σ΄ αυτήν που φαίνεται στο Σχ. 1(β) και 1(γ), είτε μετά κάποιο χρονικό διάστημα αν η συμπεριφορά του αντιστοιχεί σ΄ αυτήν στο Σχ. 1(α).

7Α. 2 Οι Τρεις Τύποι Αστοχίας Πλάστιμη Αστοχία

Αν η αστοχία του φορέα είναι αυτή στο Σχ. 6(α) και στην εικόνα 1, η αστοχία αποκαλείται πλάστιμη.

Εικόνα 7.1 Πλάστιμη (καμπτική) αστοχία

Χαρακτηρίζεται από εκτεταμένη ρηγμάτωση (περισσότερες της μίας ρωγμές μικρού ανοίγματος) και σημαντικό βέλος.

Στην περίπτωση αυτή μπορεί να αποφευχθεί η κατάρρευση του φορέα, γιατί:

Εμφανίζονται ενδείξεις (με τη μορφήσημαντικής ρηγμάτωσης και βέλους του

φορέα) της επαπειλούμενης κατάρρευσης, και

Υπάρχει χρονικό περιθώριο γιααποφόρτιση του φορέα.

Ψαθυρή Αστοχία

Aν η συμπεριφορά του φορέα είναι αυτή στο Σχ. 6(β). η αστοχία του αποκαλείται ψαθυ-ρή και χαρακτηρίζεται από εντοπισμένη ρηγμάτωση (μία ή δύο μόνον ρωγμές μεγά-λου εύρους) και μικρό βέλος. Η αστοχία αυτή δεν είναι επιθυμητή γιατί:

Δεν εμφανίζονται αρκετές ενδείξεις τηςεπερχόμενης κατάρρευσης, και

Δεν υπάρχει αρκετό χρονικό περιθώριογια την αποφόρτιση του φορέα ωστε νααποφευχθεί η κατάρρευση.

Ακαριαία Αστοχία

Αν η συμπεριφορά του φορέα είναι αυτή στο Σχ. 6(γ), δεν υπάρχει καθόλου περιθώριο για αποφόρτιση του φορέα, η αστοχία του είναι ακαριαία και ισοδυναμεί με κατάρ-ρευση του φορέα. Ο τύπος αυτός αστοχίας δεν επιτρέπεται για κατασκευές από σκυρό-δεμα.

7Α.3 Η Ψαθυρότητα της Διατμητικής Αστοχίας

Η διατμητική αστοχία εμφανίζεται με τη μορφή:

Λοξής σύνθλιψης του σκυροδέματοςλόγω ανεπάρκειας του λοξού θλιπτήρατου φορέα (περίπτωση φορέων μεανεπαρκές πλάτος). ή

Μεμονωμένης λοξής ρωγμής με διακριτάχείλη, λόγω ανεπάρκειας του λοξού ήεγκάρσιου ελκυστήρα του φορέα.

Η πρώτη περίπτωση της σύν-θλιψης του σκυροδέματος είναι σαφώς ψαθυρή αστοχία, καθώς η συμπεριφορά του σκυροδέματος σε θλίψη είναι, όπως φαίνεται από το διάγραμμα [σc- εc] συμπεριφοράς του σκυροδέματος στο σχήμα, ψαθυρή.

H δεύτερη περίπτωση αστοχίας λόγω της διακριτής λοξής ρηγμάτωσης θα ανεμένετο να είναι πιο πλάστιμη, καθώς η παρουσία των εγκάρσιων ελκυστήρων του οπλισμού (των συνδετήρων) παρεμποδίζει την ανεξέ-λεκτη εξέλιξη της ρηγμάτωσης αυτής.

δ (α) δ (β) δ ( )

σc


26

Εν τούτοις, και αυτή η περίπτωση αστοχίας είναι ψαθυρή γιατί, όπως φαίνεται στο Σχ. 7 και την εικόνα 2, οι διατμητικές ρωγμές:

Σχ. 7.7 Διατμητική αστοχία

Συναντούν τον διαμήκη εφελκυόμενοοπλισμό σε θέση κοντά στην αγκύρωσήτου και καταστρέφοντας τη συνάφειαοπλισμού–σκυροδέματος στη θέση αυτήοδηγούν σε καταστροφή της αγκύρωσηςτου διαμήκους εφελκυόμενου οπλισμού

Συναντούν τον διαμήκη θλιβόμενο οπλισμόσε θέση κοντά στη μέγιστη καμπτικήεπιπόνηση και καταστρέφοντας τοπικάτη συνάφεια του θλιβόμενου οπλισμού,οδηγούν, όπως φαίνεται στο Σχ. 6(β)σε πρόωρο λυγισμό του με αποτέλεσμαεκτίναξη του σκυροδέματος τηςεπικάλυψης, αποδιοργάνωση τουδιαμήκους θλιπτήρα και απότομη αστοχία.

Εικόνα 7.2 Μορφολογία διατμητικής αστοχίας (λοξού ελκυστήρα)

Λόγω της ταχείας εξέλιξης της διατμητικής αστοχίας, διατμητική ρηγμάτωση εμφανίζεται συνήθως στο ένα μόνο διατμητικό μήκος του φορέα (κι ας είναι ίδια η τιμή της τέμνουσας και άρα και η ένταση των λοξών ράβδων και στα δύο διατμητικά μήκη).

7Α.4 Η Πλαστιμότητα της Καμπτικής Αστοχίας

Η καμπτική αστοχία είναι, εν γένει, πλάστιμη.

(α) (β) (γ)

Σχ. 7.8 (α) καμπτική ρηγμάτωση, (β) καμπτική αστοχία και (γ) καμτοδιατμητική αστοχία

Όπως φαίνεται στο Σχ. 8, οι καμπτικές ρωγμές:

Δεν οδηγούν σε αστοχία της αγκύρωσηςτου διαμήκους εφελκυόμενου οπλισμού,γιατί δεν τον συναντούν σε θέση κοντάστην αγκύρωσή του. Η ράβδος τουοπλισμού εκτείνεται σημαντικά πέραν απότη θέση της καμπτικής ρηγμάτωσης,τουλάχιστον κατά το απαιτούμενο μήκοςαγκύρωσης.

Δεν συναντούν το θλιβόμενο οπλισμό καιδεν οδηγούν σε πρόωρο λυγισμό του.

Λόγω της βραδύτερης, πιο παρατεταμένης, εξέλιξης της καμπτικής αστοχίας των φορέων από Ο. Σ., ο φορέας μπορεί να αστοχήσει σε περισσότερες από μία κρίσιμες θέσεις εμφανί-ζοντας περισσότερες από μία καμπτικές ρωγ-μές σε κάθε θέση, όπως φαίνεται στο Σχ. 8(β).

7Α.5 Η Μειωμένη Πλαστιμότητα της Καμπτοδιατμητικής

Αστοχίας Στην περίπτωση ταυτόχρονης καμπτικής και διατμητικής αστοχίας, δηλ. στην περίπτωση καμπτοδιατμητικής αστοχίας, αποφεύγονται οι δυσμενείς παρενέργειες του λυγισμού του θλιβόμενου οπλισμού και της ολίσθησης του εφελκυόμενου οπλισμού που παρατηρείται στην περίπτωση της καθαρά διατμητικής αστοχίας που σχολιάστηκε παραπάνω. Οι λοξές ρωγμές εμφανίζονται στην περιοχή του φορέα μεταξύ της μέγιστης τέμνουσας και της μέγιστης ροπής. Οι λοξές ρωγμές, λόγω των σημαντικών καμπτικών εφελκυστικών τάσεων στη θέση του διαμήκους ελκυστήρα, πλησιάζοντας στο εφελκυόμενο πέλμα του φορέα κατακορυ-

Λυγισμός οπλισμού

Διατμητική ρωγμή

Διατμητική ρωγμή


27

φώνονται, όπως φαίνεται στο Σχ. 8(γ), με αποτέλεσμα οι λοξές ρωγμές να μην συν-αντούν τον διαμήκη εφελκυόμενο οπλισμό κοντά στην αγκύρωσή του και να απο-φεύγεται η ολίσθησή του και η ψαθυρότητα που συνεπάγεται. Η αστοχία είναι πιο παρατεταμένη και, γι΄αυτό, εμφανίζονται περισσότερες από μία λοξές, καμπτοδιατμητικές, ρωγμές.

7Α.6 Η Ψαθυρότητα της Αστοχίας της Αγκύρωσης του Οπλισμού Προϋπόθεση για την παραμόρφωση και ένταση ενός φορέα είναι η μετακίνησή του να είναι παρεμποδιζόμενη. Ομοίως, προϋπόθεση για την παραμόρφωση και την ένταση των ράβδων του χάλυβα είναι η επιμήκυνσή τους να είναι παρεμποδιζόμενη. Οι ράβδοι του χάλυβα παραμορφώνονται και εντείνονται μόνον αν στηρίζονται σε κάποια θέση τους, δηλ. αν είναι αγκυρωμένες στο σκυρόδεμα, αν είναι κολλημένες σ αυτό.

Όπως μία δοκός, αν υποχωρήσουν οι στηρίξεις της, απλά κατέρχεται χωρίς να παραμορφώ-νεται και, κατά συνέπεια, χωρίς να εντείνεται, έτσι και μια ράβδος χάλυβα αν δεν είναι αγκυρωμένη, απλά ολισθαίνει χωρίς να εντεί-νεται και ο φορέας παραμένει άοπλος και αστοχεί ακαριαία.

Σχ. 7.3 Αστοχία αγκύρωσης

Γι αυτό, αστοχία της αγκύρωσης των ράβδων του οπλισμού, λόγω ελλειπούς μήκους αγκύρωσής τους, είτε κακής επαφής τους με το σκυρόδεμα (π.χ. κακή συμπύκνωση του σκυροδέματος), οδηγεί σε κατάρρευση του φορέα.

7Α.7 Συμπερασματικά: Σχεδιασμός των Φορέων για Καμπτική Αστοχία

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι οι φορείς πρέπει να σχεδιάζονται ώστε να αστοχήσουν καμπτικά.


28

8. ΕΞΑΣΦΑΛΙΣΗ ΠΛΑΣΤΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΕΠΙΠΕΔΟ ΔΙΑΤΟΜΗΣ

8.1 Συσχέτιση Καμπυλότητας και Παραμορφώσεων Διατομής Θέτοντας στο διάγραμμα συμπεριφοράς του φορέα αντί του βέλους δ την καμπυλότητα 1/R προκύπτει το διάγραμμα συμπεριφοράς Μ-1/R της κρίσιμης διατομής του.

Η καμπυλότητα αποτελεί για την διατομή ό,τι το βέλος για το φορέα.

Είναι κατά κάποιο τρόπο το βέλος ανηγμένο ως προς το μήκος και το στατικό σύστημα του φορέα (δ = 1/R. l2/a).

Τα μεγέθη απόκρισης του φορέα σ΄ επίπεδο διατομής είναι οι παραμορφώσεις εc και εs και το διάγραμμα συμπεριφοράς θα προέκυπτε τριαξονικό.

Η καμπυλότητα 1/R αποτελεί δείκτη των συνδυασμένων παραμορφώσεων εc και εs και με τον τρόπο αυτό το διάγραμμα συμπεριφο-ράς της διατομής παραμένει δύο αξόνων.

Το διάγραμμα Μ-1/R αναφέρεται σεδιατομή.

Ισχύει για όλους τους φορείς που έχουν τη δεδομένη διατομή ανεξάρτητα του μήκους τους και του στατικού συστή-ματός τους.

Η συσχέτιση της καμπυλότητας 1/R και των παραμορφώσεων εc και εs μιας διατομής ενός φορέα προκύπτει αν θεωρήσουμε την καμπυ-λωμένη μορφή του φορέα ως τόξο κύκλου με ακτίνα (καμπυλότητας) R, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

dl dl Ο

dφ dφ = dl / R

εc.dl R εc/x=dl.εs/(h-x) =>

dφ=dl.(εc+εs)/(x+d-x) =>

x dφ ν d 1/R = (εc+εs)/d

εs.dl dl

Σχ. 8.1 Συσχέτιση καμπυλότητας 1/R και παραμορφώσεων εc και εs

Στο Σχ. 1(α) φαίνεται στοιχειώδες τμήμα του φορέα μήκους dl στην κρίσιμη περιοχή του, στο Σχ. 1(β) η νέα του θέση κατά την επιπόνησή του.

Όπως φαίνεται στο μεγενθυμένο Σχ. 1(γ), το τμήμα dl έχει συσταλεί κατά Δdl2 στην ίνα 2, έχοντας υποστεί μια θλιπτική παραμόρφωση εc=Δdl2/dl και έχει εκταθεί στη στάθμη του εφελκυόμενου χάλυβα κατά Δdl1 έχοντας υπο-στεί μια εφελκυστική παραμόρφωση εs = Δl1/dl.

Από τα όμοια τρίγωνα στο Σχ. 1(γ) προκύπτει η σχέση:

Από τα όμοια τρίγωνα προκύπτουν οι σχέσεις:

dφ = dl/R = εc.dl/x = εs.dl/(d-x) = (εc+εs)/d

Από τις παραπάνω σχέσεις προκύπτουν οι σχέσεις (1) και (2):

1/R= εc/x (1)

1/R = (εc+εs)/d (2)

Η σχέση (1) προσφέρεται για να εκτιμηθεί η τιμή της καμπυλότητας και η σχέση (2) για να εντοπιστούν οι παράμετροι επιρροής.

8.2 Διαστασιολόγηση για Εξασφάλιση Πλαστιμότητας σε Επίπεδο Διατομής Aντικαθιστώντας στη σχέση

μ1/R = (1/R)u / (1/R)y

τις καμπυλότητες (1/R)u και (1/R)y με τις παραμορφώσεις με βάση τις σχέσεις (2) και (3) προκύπτουν οι παρακάτω εκφράσεις για τον δείκτη μ:

μ1/R =(εc /x) u / (εc /x) y (4)

μ1/R =(εc +εs) u / (εc +εs) y (5)

Επειδή η τιμή της παραμόρφωσης διαρροής του εφελκυόμενου χάλυβα εsy είναι σταθερή, ίση με fsy/Es, και η διακύμανση της τιμής της αντίστοιχης παραμόρφωσης εc της ακραίας θλιβόμενης ίνας είναι μικρή (η μέγιστη τιμή της εc είναι 3,5 ‰, ενώ η μέγιστη τιμή της εs είναι 68 ‰), η τιμή της (1/R)y δεν έχει, όπως φαίνεται και στο Σχ. 2, μεγάλη διακύμανση.

Γι΄αυτό, ο δείκτης πλαστιμότητας μ μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι ανάλογος με την κα-μπυλότητα αστοχίας (1/R)u= εcu/xu.


29

Στο Σχ. 2 φαίνονται τα διαγράμματα συμπερι-φοράς φορέα σχεδιασμένου για (α) μικρή και (β) μεγάλη πλαστιμότητα.

Τα δύο διαγράμματα ενώ έχουν σημαντική διαφορά ως προς το σημείο u (στάθμη αστο-χίας) έχουν πολύ μικρή διαφορά ως προς το σημείο y (στάθμη διαρροής του εφελκυόμενου χάλυβα).

M M

1/RY 1/Ru 1/R 1/RY 1/Ru 1/R

(α) (β)

Σχ. 8.2 Διάγραμμα Ρ-δ φορέα με (α) μικρή πλαστιμότητα (β) μεγάλη πλαστιμότητα

Μπορεί λοιπόν να θεωρηθεί ότι η πλαστιμό-τητα αυξάνει:

με τη μείωση του βάθους τηςθλιβόμενης ζώνης x σε κατάστασηαστοχίας και

την αύξηση της παραμόρφωσηςαστοχίας εcu του σκυροδέματος.

Για την αύξηση της εcu στους κανονισμούς και τα κλασσικά εγχειρίδια προδιαγράφεται περί-σφιξη του σκυροδέματος μέσω πύκνωσης και ειδικών διατάξεων του εγκάρσιου οπλισμού.

Οι διατάξεις αυτές έχουν βασιστεί ως επί το πλείστον στα αποτελέσματα πειραμάτων σε δοκίμια υπό κεντρική θλίψη και η εφαρμογή τους σε στοιχεία υπό σεισμική επιπόνηση (κατ’ εξοχήν καμπτική επιπόνηση) είναι συζητή-σιμη, όπως σχολιάζεται στο κεφ. 23.

Για τη μείωση του βάθους της θλιβόμενης ζώνης απαιτείται: Μείωση του εφελκυόμενου οπλισμού. Αύξηση του θλιβόμενου οπλισμού Αύξηση του πλάτο ους της θλιβόμενης

ζώνης. Αύξηση του εμβαδού της διατομής για

μείωση της ανηγμένης αξονικής δύναμης

Η μείωση του βάθους της θλιβόμενης ζώνης στις παραπάνω περιπτώσεις προκύπτει εύκολα από τη σχέση της ισοδυναμίας εξωτερικών και εσωτερικών δυνάμεων οι οποίες φαίνονται στο Σχ. 3.

εc 0,85 fcd 0,85 fcd

x 0,4x Fsd2 Fsd2

Αs1 Fcd

As2 z= d-0,4x z

εs1

Fsd1

Σχ. 8.3 Εσωτερικές δυνάμεις καθ΄ύψος της διατομής

Fcd + Fsd2 - Fsd = Nsd =>

0.8 x b 0.85 fcd + As2 fsd2 - As1 fsd1 = Nsd =>

x=(As1fsd1-As2fsd2+Nsd)/(0.8x.b.0.85fcd) (6)

Όπως προκύπτει από τη σχέση (6) το βάθος x μειώνεται επίσης με : • Μείωση της ποιότητας του εφελκυόμενου

οπλισμού • Αύξηση της ποιότητας του θλιβόμενου

οπλισμού • Αύξηση της ποιότητας του σκυροdδέματος

8.3 Αύξηση Πλαστιμότητας Τοιχωμάτων Όπως προκύπτει από τη σχέση (6), τα τοιχώ-ματα υπό σεισμική φόρτιση, λόγω του μικρού πλάτους τους και λόγω του αξονικού φορτίου τους χαρακτηρίζονται από μικρή πλαστιμό-τητα.

Κάτοψη

τομή

(α) (β)

Σχ. 8.4 (α) Διαπλάτυνση των πελμάτων συνήθων τοιχωμάτων, (β) Φυσικό προσομοίωμα συνήθων τοιχωμάτων υπό σεισμική επιπόνηση


30

Για την αύξηση της πλαστιμότητάς τους μπο-ρεί να διαπλατυνθούν τα πέλματά τους, όπως φαίνεται στο Σχ. 4(α), αυξάνοντας έτσι το πλάτος της θλιβόμενης ζώνης τους.

Σχ. 8.5 (α) Καθ΄ύψος τομή χαμηλού τοιχώματος, (β) Κανονικό τοίχωμα με λειτουργία χαμηλού τοιχώματος

Η διαπλάτυνση αυτή δεν έχει νόημα στην περίπτωση χαμηλών τοιχωμάτων, καθώς στα στοιχεία αυτά, όπως φαίνεται από το φυσικό προσομοίωμά τους στο Σχ. 6, οι περιοχές στα πέλματα παραμένουν άτονες.

Σχ. 8.6 Φυσικό προσομοίωμα χαμηλών τοιχωμάτων υπό σεισμική επιπόνηση

Στους φορείς αυτούς (φορείς με μικρό λόγο διάτμησης, ή υψίκορμους) απαιτείται αύξηση του πλάτους του κορμού τους.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 5(β), λειτουργία χαμη-λού τοιχώματος εμφανίζουν και τοιχώματα σχετικά μεγάλου ύψους όταν παρεμποδίζεται η πλευρική μετατόπισή τους σε σημαντικό μέρος του ύψους τους.

8.4 Tιμή του Δείκτη μ1/r Όπως εντοπίστηκε στο κεφ. 7, η τιμή του δείκτη πλαστιμότητας μετακινήσεων μδ εξαρ-τάται από το δείκτη ελαστοπλαστικής συμπε-ριφοράς q και για συνήθεις κατασκευές από σκυρόδεμα λαμβάνεται ίσος περίπου με 3.

Για να επιτευχθεί η τιμή αυτή, ο φορέας πρέπει να διαστασιολογηθεί ώστε στην κρίσι-μη διατομή του η τιμή του δείκτη μ1/r να είναι σημαντικά πιο μεγάλη, της τάξεως του 6 έως 8.

Η τιμή της μετακίνησης δ (βέλους) στην κρί-σιμη διατομή ενός φορέα προκύπτει από τη σχέση (1):

δ = (1/r). lo2/a, a= 8÷10 (1)

Θέτοντας lo = 5,0 m προκύπτει ότι η τιμή της μετακίνησης δ είναι 2,5 έως 3 φορές μεγαλύτερη από την τιμή της καμπυλότητας 1/r και, γι΄αυτό, ο δείκτης καμπυλοτήτων πρέπει να έχει 2,5 έως 3 φορές μεγαλύτερη τιμή από το δείκτη μετακινήσεων

ελκυστήρας

θλιπτήρας

τομή

κάτοψη (α) (β)


31

9. ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣΕξασφάλιση Πλαστιμότητας

σ΄Επίπεδο Διατομής-Φορέα-Κατασκευής

9.1 Ο Φορέας ως Σύστημα Διατομών και ο Φ.Ο ως Σύστημα Φορέων

Ο παραπάνω σχεδιασμός για εξασφάλιση της πλαστιμότητας σ΄επίπεδο διατομής δεν επαρ-κεί. Μπορεί η κατασκευή να είναι, όπως φαί-νεται στο Σχ. 1, πλάστιμη σε επίπεδο διατο-μής, λιγότερο πλάστιμη σε επίπεδο φορέα και ακόμη λιγότερο πλάστιμη σε επίπεδο ενιαίου φέροντα οργανισμού.

Μ Μ Η

1/R δ δ

(α) (β) (γ)

Σχ. 9.1 Διαγράμματα συμπεριφοράς σε επίπεδο (α) διατομής, (β) φορέα και (γ) φέροντα οργανισμού

Κάθε φορέας μπορεί να ειδωθεί ως σύστημα επί μέρους διατομών και ο φέρων οργανισμός ως σύστημα επί μέρους φορέων.

9.2 Η Συμπεριφορά του Ασθενούς Κρίκου Καθοριστική για τη Συμπεριφορά του Συστήματος

Η συμπεριφορά ενός συστήματος καθορίζεται από τη συμπεριφορά του ασθενούς μέλους, όπως γίνεται ιδιαίτερα εμφανές με το μηχα-νικό ανάλογο μιας αλυσίδας.

Είναι προφανές ότι η ικανότητα και η συμ-περιφορά του ασθενούς κρίκου είναι αυτή που θα καθορίσει την ικανότητα και τη συμπεριφορά ολόκληρης της αλυσίδας. Η μεγαλύτερη ικανότητα των γειτονικών κρίκων θα παραμένει, όπως φαίνεται στο Σχ. 2, ανεκμε-τάλλευτη.

Γι αυτό, για μεγαλύτερη πλαστιμότητα του συστήματος πρέπει να εξασφαλιστεί ότι ασθε-νής κρίκος του θα είναι αυτός με τη μεγαλύ-τερη πλαστιμότητα.

Σε επίπεδο διατομής από τα δύο υλικά, το σκυρόδεμα και το χάλυβα, ο χάλυβας είναι το πλάστιμο (όλκιμο) υλικό. Γι αυτό, ασθενής κρίκος πρέπει να είναι ο χάλυβας, δηλ. η δια-

τομή να είναι υποωπλισμένη, όπως σχολιά-στηκε στο κεφ. 8.

9.3 Ικανοτικός Σχεδιασμός σε Τέμνουσα Σε επίπεδο φορέα πρέπει να εξασφαλιστεί κρίσιμη (ασθενής) διατομή του να είναι δια-τομή με καμπτική αστοχία. Όπως σχολιάστηκε στην ενότητα Ζ του πρώ-του τόμου, η διατμητική αστοχία είναι ψαθυ-ρή. Αν ο φορέας αστοχήσει διατμητικά, η μεγάλη πλαστιμότητα των διατομών του με καμπτική αστοχία παραμένει ανεκμετάλλευτη. Για να εξασφαλιστεί ότι κρίσιμη διατομή του φορέα θα είναι η διατομή με την καμπτική α-στοχία απαιτείται ο σχεδιασμός των φορέων σε διάτμηση να γίνεται όχι με την τιμή της τέμνουσας που προκύπτει από τη στατική επί-λυση, αλλά για μία μεγαλύτερη τέμνουσα, την τέμνουσα ικανοτικού σχεδιασμού, όπως σχολιάζεται στο κεφ. 10.

9.4 Ικανοτικός Σχεδιασμός Υποστυλωμάτων σε Κάμψη Σε επίπεδο φέροντα οργανισμού πρέπει να εξασφαλιστεί κρίσιμος φορέας να είναι δοκός και όχι υποστύλωμα. Η αστοχία κάποιου υποστυλώματος έχει μεγα-λύτερες συνέπειες και συμπαρασύρει σε αστο-χία και τα οριζόντια στοιχεία. Αφ΄ετέρου, το υποστύλωμα, λόγω της συνύπαρξης θλιπτικής αξονικής δύναμης, χαρακτηρίζεται, όπως προκύπτει από τη σχέση (6) στο κεφ. 8, από μειωμένη πλαστιμότητα.

Αν αστοχήσει το υποστύλωμα θα μείνει ανεκμετάλλευτη η μεγαλύτερη πλαστιμότητα της δοκού. Για να εξασφαλιστεί ότι κρίσιμος φορέας θα είναι η δοκός και όχι το υποστύλωμα, (δηλ. ότι θα στοχήσει η δοκός και όχι το υποστύλωμα) το υποστύλωμα σχεδιάζεται όχι με την καμπτική ροπή που προκύπτει από τη στατική επίλυση, αλλά με μεγαλύτερη ροπή, την ροπή ικανοτικού σχεδιασμού, όπως αναλύεται στο κεφ. 11.

Σχ. 9.2 Ο ασθενής κρίκος καθοριστικός για τη συμπεριφορά της αλυσσίδας


32

10. ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΕ ΤΕΜΝΟΥΣΑΟ ικανοτικός σχεδιασμός (ή έλεγχος) σε διάτμηση αφορά τόσο σε υποστυλώματα, όσο και σε δοκούς, σε αντίθεση με τον ικανοτικό σχεδιασμό (ή έλεγχο) σε κάμψη που αφορά μόνον σε υποστυλώματα.

10.1 Τιμές και Συμβολισμοί Στατικών Μεγεθών

Έχουν υιοθετηθεί οι παρακάτω συμβολισμοί των στατικών μεγεθών ανάλογα με τον τύπο σχεδιασμού: Μsd , Vsd για σχεδιασμό με κατακόρυφα

φορτία. ΜΕ , ΜΕ για σχεδιασμό με κατακόρυφα και

σεισμικά φορτία. ΜCD , VCD για ικανοτικό σχεδιασμό

(βλ. παρακάτω).

Τα αντίστοιχα μεγέθη αντοχής συμβολίζονται ως ΜRdu , VRdu.

Στους παραπάνω συμβολισμούς: το Ε παραπέμπει στη λέξη Earthquake

(Σεισμός) και το CD στο Capacity Design (Ικανοτικός

Σχεδιασμός).

10.2 Τιμές Τεμνουσών VE για Συνδυασμό Κατακόρυφων και Σεισμικών Φορτίων

Στο Σχ. 1 φαίνονται τα διαγράμματα ροπών πλαισιακού φορέα για τις δύο φορές της σειμικής φόρτισης.

Εντοπίζεται ότι:

• τα πρόσημα των ροπών αντιστρέφονταιμε την αντιστροφή της φόρτισης, π.χ. ανη ροπή στη θέση Α είναι ME

Α+ (MEΑ>0) για

διεύθυνση σεισμού θα είναι MEΑ-

(MEΑ<0) για διεύθυνση σεισμού .

• Τα πρόσημα της ροπής σε δύο διαδοχικέςστηρίξεις ενός ζυγώματος ή στύλου είναιαντίθετα, π.χ. αν είναι ME

Α+ (MEΑ>0) στη

θέση Α, τότε για την ίδια διεύθυνση τουσεισμού στη θέση Β θα είναι ME

Β-

(MEΒ<0).

Θεωρώντας την ένταση ενός μέλους του πλαισίου, π.χ. του φορέα ΑΒ, ως επαλληλία της έντασής του ως:

αμφιέρειστου επιπονούμενου με τακατακόρυφα φορτία στο άνοιγμα και

αμφιέρειστου επιπονούμενου μεσυγκεντρωμένες ροπές στις στηρίξεις,

οι τιμές των τεμνουσών για κάθε διεύθυνση της φόρτισης προκύπτουν από τις παρακάτω σχέσεις όπως αναλύεται στον Τόμο 2, ενότητα Γ, κεφ. 2.4:

VEA = Vo –(ME

A+ - ME Β-)/l (1)

VEΑ = Vo - (ME

A- - MEB+)/l (2)

VEΒ= Vo –(ME

Β-- MEΑ+)/l (3)

VEΒ= Vo - (ME

Β+ - MEΑ-)/l (4)

Στις παραπάνω σχέσεις είναι:

Vo: η τέμνουσα στην διατομή Α ή Β της αμφιέρειστης δοκού ΑΒ επιπονούμενης με κατακόρυφα φορτία gk+0,3qk

(MEA+-ME

Β-)/l: η τέμνουσα στη διατομή Α της αμφιέρειστης δοκού ΑΒ επιπο- νούμενης με τις ροπές ME

Α + και ME

Β- στα άκρα της.

Α Β Α Β

ΜΑ+ ΜΒ- ΜΑ- ΜΒ+

Α Β Α Β

Α ΑΑ

Σχ. 10.1 Διαγράμματα ροπών για σεισμικά φορτία

10.3 Γιατί ο Σχεδιασμός σε Τέμνουσα δεν γίνεται με

τις Τιμές VE της Στατικής Επίλυσης όπως όταν δρουν

μόνον τα κατακόρυφα φορτία Για να μην αστοχήσει ο φορέας σε διάτμηση πρέπει να σχεδιαστεί με τη μέγιστη δυνατή τιμή της τέμνουσας.

Όπως προκύπτει από τις παραπάνω σχέσεις, η τιμή αυτή προκύπτει όταν οι καμπτικές ροπές


33

φθάσουν τη μέγιστη τιμή τους, δηλ. την τιμή της ροπής αστοχίας MRdu.

Η ποσότητα, όμως, του οπλισμού που προκύ-πτει από το σχεδιασμό δεν είναι αυτή η οποία και θα τοποθετηθεί στην πράξη. Ο οπλισμός διατίθεται σε ράβδους με τυποποιημένες δια-μέτρους και δεν είναι δυνατόν να τοποθετηθεί κλάσμα μιας ράβδου.


Αν προκύψει από το σχεδιασμό εμβαδόν καμπτικού οπλισμού ίσο με 6,953 cm2, θα τοποθετηθούν τέσσερις ράβδοι με διάμετρο 16 mm οι οποίες αντιστοιχούν σε εμβαδόν οπλισμού 8 cm2.

Έτσι η καμπτική αντοχή, και, γιαυτό, και η τέμνουσα που θα αναπτυχθεί θα είναι μεγαλύτερη απ΄ αυτή με βάση την οποία έχει υπολογιστεί η τέμνουσα σχεδιασμού κατά (8,0-6,9)/6,9 = 15%.

Στην περίπτωση που δρουν μόνον τακατακόρυφα φορτία:

είναι επιθυμητή η καμπτική αστοχία*, αλλά δεν απαγορεύεται η διατμητική αστοχία των φορέων, αφού, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 5.1, πρέπει να εξασφαλιστεί ότι οι φορείς δεν θα αστοχήσουν**, η δε πλαστι-μότητα των φορέων δεν αποτελεί μέγεθος σχεδιασμού τους για τα φορτία αυτά.

Στην περίπτωση συνύπαρξης και τηςσεισμικής φόρτιση:

επειδή οι φορείς σχεδιάζονται για να αστο-χήσουν και η πλαστιμότητα αποτελεί βασικό μέγεθος του αντισεισμικού σχεδιασμού δεν επιτρέπεται η διατμητική αστοχία των φορέων.

Για να αποφευχθεί η αστοχία αυτή πρέπει οι φορείς αυτοί να σχεδιαστούν με την μεγαλύτερη δυνατή τιμή της τέμνουσας. Η τιμή αυτή προκύπτει όταν οι τέμνουσες σχεδιασμού υπολογιστούν με βάση τις (μεγαλύτερες) τιμές των πραγματικών ροπών αστοχίας των φορέων***, όπως δίνονται στο κεφ. 10.4.

Γι αυτό, οι φορείς δεν σχεδιάζονται με τις τιμές VΕ που προκύπτουν από τη στατική επίλυση, αλλά με τις τιμές VCD οι οποίες είναι οι τιμές της τέμνουσας που θα αναπτυχθούν στις κρίσιμες διατομές του φορέα όταν οι διατομές αυτές αστοχήσουν καμπτικά (έχουν δημιουργηθεί στις θέσεις αυτές πλαστικές αρθρώσεις, βλ.κεφ. 7.4.1).

Οι τιμές αυτές της τέμνουσας ονομάζονται ικανοτικές γιατί αντιστοιχούν στην εξάντλη-ση της καμπτικής ικανότητας των φορέων.

10.4 Τιμές Τεμνουσών VCD Ικανοτικού Σχεδιασμού

Οι ικανοτικές τιμές VCD των τεμνουσών προ-κύπτουν από τις σχέσεις (1) έως (4) στο κεφ. 10.2, αντικαθιστώντας τις τιμές MΕ των ρο-πών (που προκύπτουν από τη στατική επί-λυση) με τις πραγματικές τιμές αστοχίας (αντοχές) MRU.

VCDA = Vo - (Mru

A+ - MruB-)/l (1*)

VCDΑ = Vo - (Mru

A- - MruB+)/l (2*)

VCDΒ = Vo - (Mru

Β- - MruΑ+)/l (3*)

VCDΒ = Vo - (Mru

Β+ - MruΑ-)/l (4*)

Οι πραγματικές τιμές των ροπών Mru προκύ-πτουν από την παρακάτω σχέση:

Mru = As,eff.fsk,max.z

Στη σχέση αυτή As,eff είναι ο πραγματικός οπλι σμός που τοποθετείται στο φορέα, fsk,max

είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 2, η πραγματική τάση θραύσεως του χάλυβα και όχι η συμβατική τιμή διαρροής του fsy.

Σχ. 10.2 Διάγραμμα [σs - εs] (α) πραγματικό, (β) συμβατικό

___________________ * Γιατί σε περίπτωση που από κάποια υπερφόρτωση οδηγηθεί ο φορέας σε αστοχία θα υπάρχουν περισσότερεςπροειδοποιητικές ενδείξεις με τη μορφή βέλους και εκτεταμένης ρηγμάτωσης και η αστοχία θα είναι πιο παρατεταμένη και θα υπάρχουν περιθώρια για απόφόρτισή του.

**Σχεδιάζονται με αρκετό περιθώριο ασφαλείας, (αυξητικούς συντελεστές για τα φορτία και μειωτικούς συντελεστές για τις αντοχές των υλικών.

***Γι, αυτό, προηγείται ο σχεδιαμός σε κάμψη ώστε με βάση τον οπλισμό που τοποθετείται να υπολογιστεί η (πραγματική) ροπή αστοχίας. Για τα κατακόρυφα φορτία ο σχεδιασμός σε διάτμηση μπορεί να γίνει ανεξάρτητα από το σχεδιασμό σε κάμψη.

σs σs fs,max

fsy fsy

(α) εs (β)


34

Αν υπάρχουν τιμές για την υπολογιστική τιμή MRdU (=As,eff.fyd.z) των ροπών αστοχίας από το σχεδιασμό για τα κατακόρυφα φορ-τία, στις παραπάνω σχέσεις τίθενται οι τιμές αυτές αλλά πολλαπλασιασμένες με τον συντε-λεστή γCD αναγωγής τους σε MRU.

Στην περίπτωση αυτή οι ικανοτικές τέμνουσες δίνονται από τις παρακάτω σχέσεις:

VCDA = Vo – [(Mrdu

A+ - MrduB_)/l]. γCD (1**)

VCDΑ = Vo –[(Mrdu

A- - MrduB+)/l]. γCD (2**)

Η τιμή του συντελεστή γCD τίθεται ίση με γCD

=1,40 (15% για αναγωγή της fyd σε fyk και 25% για αναγωγή της fyk σε fyk,max).

Προκειμένου για υποστυλώματα [στις σχέσεις (1) έως (4) τίθεται γCD=1,20. Η παραμόρ-0φωση αστοχίας εs1 είναι σχετικά μικρή και η μέγιστη τάση του χάλυβα είναι ίση με την τάση διαρροής fys. Δεν προφθαίνει να φθάσει τη μέγιστη τιμή fyk,max. Γι αυτό στον συντε-λεστή δεν λαμβάνεται υψη το 25% αναγωγής των αντοχών του χάλυβα.

Η τιμή MRdU είναι μικρότερη από την τιμή MRU και η υιοθέτησή της είναι υπερ της ασφαλείας στην περίπτωση σχεδιασμού μόνον για κατά-κόρυφα φορτία, όπως προκύπτει από την ανίσωση ασφαλείας: Msd ≤MRdU.

Στην περίπτωση της ικανοτικής τέμνουσας, όμως, υπερ της ασφαλείας (μεγαλύτερη τιμή της ικανοτικής τέμνουσας) προκύπτει, όπως φαίνεται από τις σχέσεις (2*) και (3*) όταν τεθεί η μεγαλύτερη τιμή MRU.

10.5 Παράδειγμα Αστοχίας Ικανοτικού Σχεδιασμού

Τύπος Αστοχίας

Κατασκευή αστοχεί για μικρότερο σεισμό από τον σεισμό σχεδιασμού. Η αστοχία εμφανί-ζεται με τη μορφή διατμητικής αστοχίας των υποστυλωμάτων.

Επεμβάσεις κατά την κατασκευή

Η μελέτη του έργου ελέγχεται ορθή.

Κατά τον έλεγχο της καλής εφαρμογής της μελέτης διαπιστώνεται αύξηση του διαμήκους οπλισμού των υποστυλωμάτων. Η αύξηση αυτή έγινε από τον κατασκευαστή κατόπιν απαίτησης του ιδιοκτήτη για αυξημένη αντι-σεισμική ασφάλεια της κατασκευής.

Εντοπισμός αιτίας αστοχίας

Λόγω του περισσότερου διαμήκους οπλισμού που τοποθετήθηκε στα υποστυλώματα, αυξή-θηκε η καμπτική φέρουσα ικανότητά τους χωρίς όμως να αυξηθεί και η αντίστοιχη διατμητική ικανότητα, αφού δεν τοποθετήθη-κε και περισσότερος διατμητικός (εγκάρσιος) οπλισμός.

Ασθενής κρίκος της κατασκευής αναδείχθηκε η δiατμητική επιπόνηση η οποία καθόρισε και την πλαστιμότητα του συνόλου της κατα-σκευής.

Η διατμητική αστοχία χαρακτηρίζεται από μι-κρή πλαστιμότητα (ψαθυρότητα) και η εν δυνάμει μεγαλύτερη πλαστιμότητα της κατα-σκευής σε άλλες θέσεις έμεινε ανενεργή.

Λόγω της μείωσης της πλαστιμότητας της κα-τασκευής μειώθηκε ο συντελεστής q συμπερι-φοράς της και η τιμή της σεισμικής δύναμης με την οποία θα έπρεπε να σχεδιαστεί η κατασκευή είναι μεγαλύτερη απ΄αυτήν με την οποία σχεδιάστηκε.


35

11. ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΑΜΨΗ

11.1 Γιατί ο Σχεδιασμός σε Κάμψη των Υποστυλωμάτων δεν γίνεται με την Τιμή ΜE

της Στατικής Επίλυσης Με τον προηγούμενο ικανοτικό σχεδιασμό εξασφαλίζεται ότι ζυγώματα και στύλοι θα αστοχήσουν καμπτικά και όχι διατμητικά.

Με τον δεύτερο ικανοτικό σχεδιασμό πρέπει να εξασφαλιστεί ότι θα αστοχήσουν τα ζυγώ-ματα και όχι οι στύλοι.

Στον ακραίο κόμβο του πλαισίου η καμπτική δρώσα ροπή του στύλου είναι ίδια μ’ αυτήν του ζυγώματος.

Για να μην αστοχήσει ο στύλος πρέπει η καμπτική αντοχή του να μην υπολείπεται της καμπτικής αντοχής του ζυγώματος.

Αν ο στύλος σχεδιαστεί θέτοντας MΕ=MRdu (όπως στην περίπτωση σχεδιασμού με κατακόρυφα φορτία) υπάρχει περίπτωση η πραγματική καμπτική αντοχή να προκύψει μικρότερη απ΄αυτή της δοκού για τους παρακάτω δύο λόγους:

1) Εν γένει τοποθετείται περισσότεροςοπλισμός από αυτόν που προκύπτειαπό το σχεδιασμό.

Η ποσότητα του οπλισμού που προκύπτει από το σχεδιασμό δεν είναι αυτή η οποία και θα τοποθετηθεί στην πράξη και, όπως σχολιά-στηκε στο κεφ. 10.3, η πραγματική καμπτική αντοχή θα είναι μεγαλύτερη απ΄αυτήν που έχει λήφθεί υπόψη στο σχεδιασμό.

Αν το ποσοστό αύξησης της καμπτικής αντο-χής του στύλου είναι μικρότερο από το ποσοστό αύξησης της αντοχής της δοκού, η πραγματική αντοχή των στύλου θα είναι μι-κρότερη απ΄αυτήν της δοκού και θα αστοχήσει ο στύλος.


Για ακραίο κόμβο είναι Μsdc = Msd

b

όπου: c: υποστύλωμα (column) b: δοκός (beam)

Εφαρμόζοντας την ανίσωση ασφαλείας προκύπτει: Για το υποστύλωμα: Μsd

c = MRduc => As1= 4.3 cm2=>

4Φ14 => Aseff=4.5 cm2

Για τη δοκό: Μsd

b = MRdub => As1= 4.8 cm2=>

5Φ14 => Aseff=6.9 cm2

H υπέρβαση της (υπολογιστής) αντοχής στην κατασκευή θα είναι 4.5/4.3 για το υποστύλωμα και 6.0/4.8 για τη δοκό και μολονότι και τα δύο στοιχεία έχουν σχεδιαστεί να έχουν την ίδια αντοχή, η αντοχεί του υποστυλώματος θα υπολείπεται της αντοχής της δοκού και θα αστοχήσει το υποστύλωμα.

2) Η ενεργοποίηση του εφελκυόμενουοπλισμού είναι μεγαλύτερη στιςδοκούς.

Στο σχεδιασμό η αντοχή του εφελκυόμενου χάλυβα λαμβάνεται ίση με την τάση διαρροής του fyd.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 10.2(α), η τιμή αυτή είναι ακριβής, αν η παραμόρφωση αστοχίας του εφελκυόμενου χάλυβα είναι ίση ‘η λίγο μεγαλύτερη από την παραμόρφωση εyd διαρ-ροής του (για χάλυβα S500 είναι: εyd = fyd/Es = 435/200.000 = 2,17‰).

Η παραμόρφωση αστοχίας του εφελκυό-μενου οπλισμού των δοκών (λόγω του σημαντικού θλιβόμενου οπλισμού και αρα του μικρού βάθους x της θλιβόμενης ζώνης) και ιδιαίτερα των πλακοδοκών (λόγω του ακόμη μικρότερου x του οφειλόμενου στο μεγάλο εντεινόμενο πλάτος της θλιβόμενης ζώνης τους) είναι, κατά κανόνα, πολύ μεγαλύτερη από την παραμόρφωση διαρροής του χάλυβα.

Γι΄αυτό, η τάση του εφελκυόμενου οπλισμού των δοκών κατά την αστοχία τους υπερβαίνει την τάση fyd με βάση την οποία έχει προκύψει η καμπτική αντοχή τους Mrdu και ενδέχεται να φθάσει την μέγιστη τιμή της fsd,max, όπως φαίνεται στο Σχ. 10.2(α).

Στο υποστύλωμα, λόγω της συνύπαρξης θλι-πτικής αξονικής δύναμης, η παραμόρφωση αστοχίας του εφελκυόμενου χάλυβα παραμέ-νει μικρή και δεν υπερβαίνει (ή υπερβαίνει λίγο μόνον) την τάση διαρροής fyd.

Γι΄αυτό, η αντοχή των δοκών ενδέχεται να είναι μεγαλύτερη απ΄αυτήν των υποστυλω-μάτων κατά 25% περίπου (fsd,max/fyd ≈ 1,25).

11.2 Τιμή Ικανοτικής Ροπής για το Σχεδιασμό Ακραίου Υποστυλώματος Για να αποφευχθεί η αστοχία του υποστυ-λώματος για τους παραπάνω δύο λόγους, το


36

υποστύλωμα σχεδιάζεται όχι με τη ροπή ΜΕC

που προκύπτει από τη στατική επίλυση, αλλά με τη ροπή MCD ικανοτικού σχεδιασμού που δίνεται από την παρακάτω σχέση:

MCDc = α. ME

c (5)

όπου: α= Mrub/MΕb ή

α = Mrdub/MΕb. γcd και

MEc: η ροπή του υποστυλώματος που

προκύπτει από τη στατική επίλυση, βλ. Σχ. 10.1

Mrub:η πραγματική καμπτική αντοχή της δοκού της συνδεδεμένης με το υποστύλωμα (Mru

= As.fsk,max.z )

Mrdub:η καμπτική αντοχή σχεδιασμού της δοκού (Mrdu

= As.fyd.z )

MEb: η ροπή της δοκού που

προκύπτει από τη στατική επίλυση

c: column (υποστύλωμα), b: beam (δοκός)

Στο συντελεστή α ο λόγος Mrdub/ ΜE

b αποτελεί διόρθωση της ροπής για τον πρώτο λόγο και ο συντελεστής γcd = 1,40 διόρθωση της ροπής για τον δεύτερο λόγο που σχολιάζονται στο κεφ. 11.1.

11.3 Tιμή Ικανοτικής Ροπής για το Σχεδιασμό Ενδιάμεσου Υποστυλώματος

Αν στο υποστύλωμα συντρέχουν περισσότερες από μία δοκοί (ενδιάμεσο υποστύλωμα) η σχέση (5) λαμβάνει τη μορφή της σχέσης (6):

MCD = α. MEc (6)

όπου: α= ΣMrub/ΣMΕb ή

α=Σ Mrdub/ΣMΕb. γcd

Στο άθροισμα Σ των ροπών των δοκών που συντρέχουν στο υποστύλωμα, οι τιμές των ροπών τίθενται με το πρόσημό τους, όπως αυτό προκύπτει από τη μορφή του διαγράμ-ματος των ροπών για τη σεισμική δύναμη προς τις δύο διευθύνσεις, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

Προκύπτουν δύο τιμές για το συντελεστή α, μία για κάθε διεύθυνση της σεισμικής δύνα-μης. Στη σχέση (6) τίθεται η μεγαλύτερη τιμή του.

ΜRb MR

b

MRc MR

c

11.1 Υπολογισμός τιμής του συντελεστή α

11.4 Ικανοτικός Έλεγχος Υποστυλωμάτων

Σε περίπτωση ελέγχου η ανίσωση ασφαλείας παίρνει τη μορφή της σχέσης (7):

Mruc ≥ ΣMrub. 1,25 (7)

Ο συντελεστής 1,25 τίθεται για τους λόγους που σχολιάστηκαν στο κεφ. 10.2.

11.5 Παράδειγμα Αστοχίας Ικανοτικού Σχεδιασμού Κατασκευή αστοχεί για πολύ μικρότερη σει-σμική επιπόνηση απ΄ αυτήν που αντιστοιχεί στο σεισμό σχεδιασμού.

Η αστοχία εμφανίζεται με τη μορφή καμπτικής αστοχίας των υποστυλωμάτων.

Η μελέτη ελέγχεται ορθή. Κατά τον έλεγχο της καλής εφαρμογής της μελέτης εντοπίζεται ότι ο οπλισμός των δοκών 5Φ14 S400 έχει αντικατασταθεί με 5Φ14 S500. Αναζητείται ο λόγος αστοχίας.

Λόγω της αύξησης της ποιότητας του οπλι-σμού των δοκών, αυξήθηκε η ροπή αστοχίας τους χωρίς να αυξηθεί και αυτή των υποστυ-λωμάτων.

Ασθενής κρίκος της κατασκευής αναδείχθηκε το υποστύλωμα η πλαστιμότητα του οποίου καθόρισε και την πλαστιμότητα του συνόλου της κατασκευής.

Η αστοχία υποστυλώματος χαρακτηρίζεται από μικρή πλαστιμότητα (ψαθυρότητα) και η εν δυνάμει μεγαλύτερη πλαστιμότητα της κατασκευής σε άλλες θέσεις έμεινε ανενεργή.


37

12. Η ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ ΚΑΙ Η ΠΑΡΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΗΣ ΟΥΣΙΑΣ

12.1 Οι Ικανοτικές Τιμές των Στατικών Μεγεθών ως οι Μέγιστες Δυνατές Τιμές τους Όπως προκύπτει από τα παραπάνω, η ικα-νοτική τιμή VCD της τέμνουσας είναι η μέγιστη δυνατή τιμή της.

Προκειμένου για αντισεισμικό σχεδιασμό, όπως αναλύθηκε στο κεφ. 3, οι φορείς αντιμετωπίζονται ως πλαισιακοί και, γι αυτό, στις στηρίξεις των φορέων (κόμβους του πλαισιακού φορέα) αναπτύσσονται καμπτικές ροπές και η τέμνουσα στις θέσεις αυτές είναι συνάρτηση της τιμής των ροπών αυτών (βλ. 1ο τόμο, ενότητα Γ κεφ. 20).

Όπως προκύπτει από τις σχέσεις στο κεφ. 10.2, η τιμή της τέμνουσας είναι ανάλογη των τιμών των ροπών στις στηρίξεις των φορέων.

Γι αυτό, η ικανοτική τιμή VCD της τέμνουσας, ως η μέγιστη δυνατή τιμή της, προκύπτει όταν οι ροπές στις στηρίξεις πάρουν τη μέγιστη δυνατή τιμή τους.

Η μέγιστη δυνατή τιμή της ροπής που μπορεί να δράσει στο φορέα είναι η (πραγματική) καμπτική αντοχή ή ροπή αστοχίας MRu.

12.2 H Πολυπλοκότητα των Κανονισμών Η ικανοτική τιμή της τένουσας προκύπτει, λοιπόν, από τους τύπους που δίνουν την τιμή της τέμνουσας (για υπερστατικούς φορείς) με μόνη διαφορά ότι στους τύπους αυτούς αντί για την τιμή των ροπών που προκύπτει από τη στατική επίλυση (η οποία αντιστοιχεί στη θεωρητική ροπή αστοχίας αφού στο σχεδιασμό τίθεται Msd(ή MΕ) = MRdU) τίθεται η τιμή της πραγματικής ροπής αστοχίας.

Στους κανονισμούς και τα ακαδημαϊκά εγχειρίδια ο ικανοτικός σχεδιασμός παρουσιά-ζεται ως ειδική διαδικασία σχεδιασμού με επί μέρους προδιαγραφόμενα βήματα, και παλιό-τερα αποτελούσε αντικείμενο ολόκληρου σεμιναρίου.

12.3 Ο Ικανοτικός Ελεγχος ως Διόρθωση του Σχεδιασμού Όπως σχολιάστηκε στα κεφ. 10,1 και 11.1 η ανάγκη για ικανοτικό σχεδιασμό προκύπτει γιατί οι τιμές των αντοχών των φορέων που λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό τους απέχουν σημαντικά από τις πραγματικές τιμές τους.

Για παράδειγμα, οι δρώσες ροπές σε ακραίο κόμβο είναι ίδιες στο υποστύλωμα και στη δοκό. Αφού κατά το σχεδιασμό οι δρώσες ροπές τίθενται ίσες με τις καμπτικές αντοχές κάθε στοιχείου, υποστύλωμα και δοκός σχεδιάζονται με ίδιες αντοχές.

Αν οι τιμές των καμπτικών αντοχών που λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό ήταν ορθές, ίδιες μ΄αυτές των φορέων στην κατασκευή, δεν θα υπήρχε περίπτωση να προηγηθεί αστοχία του υποστυλώματος. Υποστύλωμα και δοκός θα αστοχούσαν ταυτόχρονα.

12.4 Οι Συνέπειες της Πολυπλο- κότητας των Κανονισμών

Η Παραβλεψη της Ουσίας Ο υπολογισμός των καμπτικών αντοχών

με βάση το πραγματικό εμβαδόν τουοπλισμού που τίθεται στην κατασκευή καιόχι μ΄αυτό που προκύπτει υπολογιστικά είναιη ουσία του ικανοτικού ελέγχου.

Σε κανονισμούς και ακαδημαϊκά εγχειρίδια η ουσία αυτή του ικανοτικού ελέγχου παρα-βλέπεται θέτοντάς την (και μάλιστα χωρίς αιτιολόγηση) σε υποσημείωση (δηλ. ότι στους τύπους η ροπή αστοχίας υπολογίζεται με το πραγματικό εμβαδόν του οπλισμού).

Αντιθέτως, ως ουσία του ικανοτικού ελέγχου αναδεικνύονται οι τύποι υπολογισμού της τέμνουσας οι οποίοι, όπως σχολιάστηκε παρα-πάνω, δεν είναι παρά οι τύποι υπολογισμού της τέμνουσας σε φορέα με καμπτικές ροπές στις στηρίξεις.


38

13. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΚΑΜΠΤΙΚΗΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΙ ΤΗΝ ΚΑΜΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ

Στα προηγούμενα κεφάλαια εντοπίστηκαν οι μεταβολές στα μεγέθη των δράσεων, καμπτικών ροπών και τεμνουσών, που αποτελούν το πρώτο σκέλος της ανίσωσης ασφαλείας, λόγω των διαφοροποιήσεων της σεισμικής φόρτισης. Στο κεφάλαιο αυτό και το επόμενο εντοπίζονται οι μεταβολές στην καμπτική και διατμητική αντοχή που αποτελούν το δεύτερο σκέλος της ανίσωσης ασφαλείας που είναι το κλειδί κάθε σχεδιασμού.

13.1 Μεταβολή στο Διάγραμμα Συμπεριφοράς

Στο Σχ. 1(α) δίνεται το διάγραμμα συμπε-ριφοράς Ρ-δ ενός φορέα υπό μονότονη επι-πόνηση (περίπτωση κατακόρυφων φορτίων) και στο Σχ. 1(β) και (γ) το διάγραμμα συμπεριφοράς του φορέα υπό εναλλασσόμενη επιπόνηση μικρού εύρους (ανακύκλιση για μετατόπιση δ = δy, όπου δy είναι η μετατόπιση που αντιστοιχεί στην διαρροή του εφελκυό-μενου χάλυβα) και μεγάλου εύρους (ανακύ-κλιση για μετατόπιση δ = 3δy).

(α) (β)

(γ)

Σχ. 13.1 Διάγραμμα Ρ-δ δοκού για (α) μονότονη επιπόνηση, (β) στάθμη εναλλαγής δ = δy και (γ) δ = 3δy

Στην περίπτωση της εναλλασσόμενης επιπό-νησης το διάγραμμα συμπεριφοράς είναι υπό μορφή (υστερητικών) βρόχων που προκύ-πτουν λόγω της ανακύκλισης της επιπόνησης.

Το εμβαδόν κάθε βρόχου αποτελεί μέτρο της μετασχηματιζόμενης ενέργειας.

Στο Σχ. 2 δίνεται η προοδευτική εξέλιξη του διαγράμματος Ρ-δ στην περίπτωση εναλλασ-σόμενης επιπόνησης και η αντίστοιχη εξέλιξη της ρηγμάτωσης του φορέα για τις παρακάτω στάθμες της επιβαλλόμενης μετατόπισης: (α): αρχική επιπόνηση μέχρι δ = 3δy, (β): αποεπιπόνηση μέχρι Ρ = 0, (γ):ανάστροφη επιπόνηση. μέχρι δ = 3δ (δ): εκ νέου επιπόνηση μέχρι δ = 3δy.

(α) (β)

(γ) (δ)

Σχ. 13.2 Προοδευτική εξέλιξη διαγράμματος Ρ-δ και αντίστοιχης ρηγμάτωσης του φορέα

-200-150-100-50

050

100150200

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

P(KN)

f (mm)

δy 3δy

Pu

Py

δy 3δy

Pu

Py

P

δ

Ρ

δ


39

13.2 Μεταβολή στους Δείκτες Συμπεριφοράς

Στην περίπτωση κατακόρυφης φόρτισης δεί-κτες της συμπεριφοράς του φορέα είναι η τιμή της καμπτικής αντοχής Μu ή του μέγιστου φορτίου Ρu και προκειμένου για υπολογισμό βελών η δυσκαμψία του φορέα.

Στην περίπτωση της εναλλασσόμενης επιπό-νησης εκτός από το μέγιστο φορτίο σημαν-τικοί δείκτες συμπεριφοράς είναι και τα παρακάτω μεγέθη: Ο αριθμός των κύκλων επιπόνησης τους

οποίους αντέχει ο φορέας χωρίς σημαντικήμείωση της φέρουσας ικα-νότητάς του.

Η μείωση του μέγιστου φορτίου με τοναριθμό των κύκλων (βλ. πίνακα 1).

Η μείωση της δυσκαμψίας σε κάποια στάθμη(π.χ. η αρχική δυσκαμψία, βλ. κεφ.12.2 στηνενότητα Α) με τον αριθμό των κύκλων.

13.3 Μεταβολή των Δεικτών Συμπεριφοράς με την Εναλλαγή της Επιπόνησης Όπως φαίνεται από τη μορφή του διαγράμ-ματος συμεριφοράς στο Σχ. 1(γ), με την εν-αλλαγή της επιπόνησης παρατηρούνται οι πα-ρακάτω μεταβολές: Μείωση της δυσκαμψίας Μείωση της (απομένουσας) πλαστιμότητας Μείωση της φέρουσας ικανότητας (μεγιστης

δυνατής δύναμης επιπόνησης)

Μείωση του εμβαδού των υστερητικώνβρόχων

13.4 Συνέπειες από τη Μεταβολή των Δεικτών

Στην περίπτωση μέτριων σεισμών που επι-υπονούν τον φορέα στην ελαστική του περιο-

χή (γραμμική περιοχή του διαγράμματος συ-μπεριφοράς), οι παραπάνω μεταβολές είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(β) αμελητέες.

Ο φορέας μπορεί να θεωρηθεί ότι μπορεί να αντέξει μια απειρία τέτοιων επιπονήσεων, α-φού αυτές δεν τον εξασθενούν.

Στην περίπτωση ισχυρού σεισμού που επι-πονεί το φορέα στην περιοχή της αστοχίας του:

Λόγω της μείωσης της πλαστιμότητας τουφορέα αυξάνει η επιπονούσα δύναμη(βλ. κεφ. 6), ενώ,

Λόγω της μείωσης της δυσκαμψίας, τηςαντοχής και του εμβαδού του υστερητικούβρόχου μειώνεται η απόκριση του φορέασ΄ αυτή.

Γι αυτό, η ικανότητα του φορέα για ανάληψη σεισμικού φορτίου φθίνει συνεχώς.

13.5 Μεταβολή στην Καμπτική Αντοχή

Όπως φαίνεται στο διάγραμμα στο Σχ. 1(γ), δεν παρατηρείται διακριτή μεταβολή του με-γιστου φορτίου μετά τους πρώτους δυό-τρεις κύκλους.

Γι αυτό:

Δεν προβλέπεται στους κανονισμούςδιαφοροποίηση στην τιμή τηςκαμπτικής αντοχής.

Σημειώνεται ότι:

Η μη διαφοροποίηση της καμπτικήςαντοχής είναι λάθος , όπως σχολιάζεταιστο κεφ. 15, για στοιχεία με περιμετρικήκατανομή του διαμήκους οπλισμού πουαποτελούν την πλειοψηφία τωνκατακόρυφων στοιχείων, υποστυλωμάτωνκαι τοιχωμάτων.

Πίνακας 1: Μεταβολή φορτίου Ρ και δυσκαμψίας Κ με τον αριθμό των κύκλων

ΚΥΚΛΟΙ ΦΟΡΤΙΣΗΣ

1ος 2ος 3ος 4ος 5ος 6ος 7ος 8ος 9ος 10ος 11ος

Pmax [kN] 168,5 153,2 149,3 146,2 143,7 143 138,1 132 120,2 100,1

Κ 33,96 34,13 34,3 34,08 33,16 34,03 31,7 34,83 32,9 34,29


40

14. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝΚΑΜΠΤΙΚΗ ΡΗΓΜΑΤΩΣΗ

14.1 Διαφοροποίηση στη Μορφολογία των Ρωγμών

Οι καμπτικές ρωγμές, κάθετες στις ορθές εφ-ελκυστικές τάσεις, εμφανίζονται κάθετες στον κεντροβαρικό άξονα του φορέα στις θέσεις της μέγιστης τιμής της καμπτικής ροπής.

Σχ. 14.1 Καμπτική ρηγμάτωση

Στην περίπτωση της μονότονης επιπόνησης το άνοιγμα των ρωγμών αυτών βαίνει μειούμενο και μηδενίζεται στη στάθμη (περίπου) του ου-δέτερου άξονα.

Στην περίπτωση της εναλλασσόμενης επιπό-νησης οι καμπτικές ρωγμές εκτείνονται, όπως φαίνεται στο Σχ. 13.2(δ) και στο Σχ.1, σ΄ όλο το ύψος της διατομής, καθώς οι ρωγμές που προκύπτουν πριν και μετά την αντιστροφή της επιπόνησης εμφανίζονται στην ίδια περίπου θέση και διεύθυνση.

14.2 Διαφοροποίηση στον Τύπο Αστοχίας

Σε φορείς σχεδιασμένους για καμπτική αστο-χία μετά την ανάπτυξη μιας σειράς καμπτι-κών ρωγμών η αστοχία σηματοδοτείται από την εμφάνιση σύνθλιψης του σκυροδέματος στην θλιβόμενη ζώνη, όπως φαίνεται στο Σχ.2.

Σχ. 14.2 Καμπτική αστοχία

14.3 Αρχική και Τελική Αστοχία

14.3.1 Τελική Αστοχία Λόγω Λυγισμού των Διαμήκων Ράβδων

Λόγω της αποκόλλησης του σκυροδέματος της επικάλυψης των διαμήκων θλιβόμενων ράβ-δων κατά την (αρχική) καμπτική αστοχία, επι-ταχύνεται ο λυγισμός των διαμήκων ράβ-δων και, γι αυτό, επιταχύνεται η απώλεια της

φέρουσας ικανότητας των φορέων και επέρ-χεται η τελική αστοχία τους.

Η επιτάχυνση αυτή εξαρτάται, προφανώς από την πυκνότητα των συνδετήρων και τη διά-μετρο των διαμήκων ράβδων.

Είναι εντονότερη στην περίπτωση μεγαλύτε-ρης απόστασης των συνδετήρων είτε μικρό-τερης διαμέτρου των διαμήκων ράβδων.

Ρ Ρ

δ

(α) (β)

Σχ. 14.3 Μορφή διαγράμματος Ρ-δ για φορέα με (α) πυκνούς συνδετήρες και (β) αραιούς συνδετήρες-Moνότονη επιπόνηση

Αντανακλάται στο διάγραμμα συμπεριφοράς των φορέων στην μεν περίπτωση της μονότονης επιπόνησης από τη μεγαλύτερη κλίση του κατερχόμενου κλάδου, όπως φαίνεται στο Σχ. 3(β), στη δε εναλλασσόμενη επιπόνηση από το μεγαλύτερο βαθμό μείωσης της φέρουσας ικανότητας μεταξύ διαδοχικών κύκλων επιπόνησης, όπως φαίνεται στο Σχ. 4(β).

Ρ Ρ

(α) (β)

Σχ. 14.4 Μορφή διαγράμματος Ρ-δ για φορέα με (α) πυκνούς συνδετήρες και (β) αραιούς συνδετήρες-Εναλλασσόμενη επιπόνηση

δ


41

14.3.2 Καμπτοδιατμητική Τελική Αστοχία

Σε μερικά πειραματικά στοιχεία έχει παρα-τηρηθεί η τελική αστοχία να είναι καμπτοδια-τμητική, όπως φαίνεται στο Σχ. 5, μολονότι η μορφολογία της ρηγμάτωσης στους πρώτους κύκλους είναι καθαρά καμπτική (ρωγμές κά-θετες στον κεντροβαρικό άξονα του στοι-χείου).

Σχ. 14.5 Καμπτοδιατμητικός τύπος αστοχίας

Η εμφάνιση λοξών διατμητικών ρωγμών σε στοιχεία σχεδιασμένα για καμπτική αστοχία μπορεί εύκολα να καατανοηθεί, αν η εναλ-λαγή της επιπόνησης ειδωθεί ως αύξηση του επιβαλλόμενου φορτίου.

Αυτό πιστοποιείται από τη συνεχή αύξηση του ανοίγματος των καμπτοδιατμητικών ρωγμών με τον αριθμό των κύκλων, όπως ακριβώς θα συνέβαινε αν αντί να αυξάνονται οι κύκλοι αυξανόταν το φορτίο.

Και, όπως το στοιχείο θα αστοχούσε διατμη-τικά αν το φορτίο ξεπερνούσε κάποια τιμή (την αντίστοιχη στη διατμητική αντοχή του), έτσι και το στοιχείο αστοχεί διατμητικά μετά κάποιο αριθμό κύκλων.

14.3.3 Συμπερασματικά

Ο τύπος της τελικής αστοχίας στοιχείων με αρχική καμπτική αστοχία (αστοχία κατά τους πρώτους κύκλους επιπόνησης) μπορεί να είναι λόγω: Λυγισμού των διαμήκων ράβδων Εμφάνισης δισδιαγώνιων ρωγμών

Ποιός από τους δύο τύπους τελικής αστοχίας θα εμφανιστεί σε έναν φορέα εξαρτάται από τη σχέση του εγκάρσιου και διαμήκους οπλι-σμού. Οι διατμητικά υπεροπλισμένοι φορείς θα εμφανίσουν τον πρώτο τύπο τελικής αστοχίας. Οι υπόλοιποι φορείς θα εμφανίσουν τον δεύτερο τύπο αστοχίας.

14.4 Εικόνες Αστοχίας στις Κατασκευές Στα παρακάτω σχήματα φαίνονται ενδεικτικές εικόνες ρωγμών και αστοχιών κατασκευών στην Αττική κατά τον τελευταίο σεισμό. Είναι εμφανής ο λυγισμός των διαμήκων ράβδων που αποτέλεσε και τον τελικό τύπο αστοχίας των κατασκευών αυτών.

Εικόνα 1

Εικόνα 2

Εικόνα 3

Εικόνα 4


42

15. Η ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΑ ΤΩΝ ΚΑΝΟΝΙΣΤΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΚΥΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΥ

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΙΤΙΕΣ Στους κανονισμούς δεν προβλέπεται μεταβολή της καμπτικής αντοχής λόγω της εναλλαγής της φόρτισης. Η παραδοχή αυτή δεν είναι ορθή και είναι η αιτία που έχουν παρατηρηθεί αστοχία υποστυλωμάτων μολονότι έχει τηρηθεί ο ικανοτικός σχεδιασμό.

15.1 Η Μείωση της Καμπτικής Αντοχής Στύλων και Τοιχωμάτων

Το διάγραμμα στο Σχ. 13.1(γ) έχει προκύψει για φορείς με τον διαμήκη οπλισμό τοποθετη-μένο στα πέλματα του φορέα, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(α).

(β)

(γ)

Σχ. 15.1 Μεταβολή διαγράμματος Ρ-δ με τη διάταξη του διαμήκους οπλισμού

Η διάταξη αυτή του διαμήκους οπλισμού είναι τυπική για τα οριζόντια στοιχεία, τις δοκούς, αλλά όχι για τα κατακόρυφα στοιχεία, υπο-στυλώματα και τοιχώματα.

Στην πλειονότητα των υποστυλωμάτων η διά-ταξη του διαμήκους οπλισμού αποκλίνει ση-μαντικά από την τυπική αυτή διάταξη. Σημαν- τικό μέρος του διαμήκους οπλισμού των στοιχείων αυτών είναι τοποθετημένο ενδιά-μεσα του ύψους των στοιχείων, όπως φαίνε-ται στο Σχ. 1(β) και (γ).

Ο ενδιάμεσος οπλισμός τοποθετείται ως:

οπλισμός για καμπτική (σεισμική)επιπόνηση προς την κάθετη διεύθυνση,

οπλισμός συναρμολόγησης για τονπροσθετο οπλισμό «περίσφιξης» πουπροβλέπεται από τον κανονισμό και στηνπερίπτωση κυκλικών υποστυλωμάτωνλόγω κυκλικού σχήματος της διατομήςτους.

Διαμήκης οπλισμός ενδιάμεσα του ύψους το-ποθετείται, επίσης, και στα τοιχεία.

Στα στοιχεία με διαμήκη οπλισμό ενδιάμεσα του ύψους τους, όπως συμβαίνει στα υποστυ-λώματα και τα τοιχώματα, το διάγραμμα Ρ-δ διαφοροποιείται.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 1(β) και 1(γ), κατά την πρώτη ανακύκληση της επιπόνησης παρατηρείται διακριτή μείωση της φέρουσας ικανότητας (του μέγιστου Ρ).

Παρακάτω επεξηγείται η μείωση αυτή της καμπτικής αντοχής στα κατακόρυφα στοιχεία.

15.2 Η Σημαντική Συμβολή του Ενδιάμεσου Οπλισμού στην Μονότονη Καμπτική Αντοχή

Στο Σχ. 2 φαίνονται τα διαγράμματα παρα-μορφώσεων και εσωτερικών δυνάμεων καθ΄ ύψος της διατομής στην κατάσταση αστοχίας (α) για στοιχεία με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματα του στοιχείου και (β) για στοιχεία με μέρος του διαμήκους οπλισμού ενδιάμεσα του ύψους.

-200-150-100-50

050

100150200

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

P(KN)

f (mm)

-200-150-100

-500

50100150200

-40 -20 0 20 40

P(KN)

f (mm)

-200

-100

0

100

200

-40 -20 0 20 40f (mm)

P (KN)

(α)


43

Όπως προκύπτει από το διάγραμμα παραμορ-φώσεων, επειδή το βάθος x της θλιβόμενης ζώνης είναι μικρό στην περίπτωση στοιχείων με συμμετρικό οπλισμό, οι ενδιάμεσες διαμή-κεις ράβδοι εφελκύονται το ίδιο με τις ακραίες διαμήκεις ράβδους και, γι αυτό, η συμβολή τους στην καμπτική αντοχή δεν είναι αμελη-τέα.

Στην περίπτωση ισοκατανομής των διαμήκων ράβδων καθ ύψος, η αύξηση του ποσοστού του εφελκυόμενου οπλισμού εξισορροπεί, ό-πως φαίνεται στο Σχ. 2, τον μειωμένο μοχ-λοβραχίονα των εσωτερικών δυνάμεων με αποτέλεσμα η αναλαμβανόμενη ροπή να είναι ίδια μ΄αυτήν αντίστοιχου στοιχείου με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματα του στοιχείου.

εc Fs2

Αs/2 x Fc

Αs/2 z1

εs1 Fs1 (α)

εc Fs2

Fc F z2

Fs1 εs1

(β)

ΜRdu(α)

= As/2.fsd.z1

ΜRdu(β)

= 3As/4.fsd.z2

Σχ. 15.2 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας για διάταξη του οπλισμού (α) κατά πλάτος (β) καθ΄ ύψος

15.3 Η Σημαντική Μείωση της Καμπτικής Αντοχής μετα την Ανακύκληση της Επιπόνησης σε Φορείς με Ενδιάμεσο Οπλισμό

Όπως φαίνεται στο Σχ. 3, μετά την ανα-κύκληση της επιπόνησης οι καμπτικές ρωγμές εκτείνονται σ΄όλο το ύψος των στοιχείων, καθώς οι καμπτικές ρωγμές που εμφανίζονται στην άνω εφελκυόμενη περιοχή του φορέα για αρνητική φορά της ροπής είναι μεγάλες και κατά την αντιστροφή της ροπής οι ρωγμές αυτές στην, θλιβόμενη τώρα, άνω περιοχή δεν κλείνουν.

Στο Σχ. 4 φαίνονται οι εσωτερικές δυνάμεις καθ΄ ύψος της διατομής μετά την ανακύκλιση της επιπόνησης (μεγάλου εύρους) (α) για στοιχεία με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματα και (β) για στοιχεία με μέρος του διαμήκους οπλισμού καθ΄ ύψος της διατομής.

Εικόνα 15.3 Εικόνα ρηγμάτωσης στοιχείων μετά την ανακύκλhση της επιπόνησης

Αφού στην περίπτωση ανακύκλησης μεγάλου εύρους η ρωγμή εκτείνεται σ΄όλο το ύψος της διατομής του φορέα, η εγκάρσια διατομή του φορέα στην κρίσιμη διατομή (θέση ρωγμής) συνίσταται μόνον στη διατομή των ράβδων του διαμήκους οπλισμού.

Αφού η διάταξη του διαμήκους οπλισμού είναι συμμετρική, το διάγραμμα των τάσεων καθ΄ ύψος της διατομής θα είναι συμμετρικό και ο ουδέτερος άξονας θα είναι στη θέση του μέσου του ύψους του φορέα. Γι αυτό: Η συμβολή της θλιπτικής δύναμης του

σκυροδέματος καθώς και η συμβολή τωνδιαμήκων ράβδων στο μέσον του ύψουςμηδενίζεται.

1 εc Fs2= Αs/2.fs

z1

εs1 Fs1= Αs/2.fs2 ε1 = ε2 (α)

1 ε1

z2

Fs1

2 ε2 ε1 = ε2 (β)

Σχ. 15.4 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας μετά την ανακύκλιση για διάταξη (α) κατά πλάτος και (β) καθ΄ ύψος

Στην περίπτωση στοιχείων με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματα δεν προκύπτει διακριτή διαφοροποίηση της καμπτικής αντοχής μετά την ανακύκληση, καθώς, όπως φαίνεται στο


44

Σχ. 4(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 δια-τομής προκύπτει σημαντική μείωση της καμπτικής αντοχής καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 4(β), μειώνεται και το μέγεθος και ο μοχλοβραχίονας των εσωτερικών δυνάμεων.

15.4 Αιτία για την Αστοχία του Ικανοτικού Σχεδιασμού στην Πράξη

Η μείωση της καμπτικής αντοχής που εντο-πίστηκε παραπάνω δεν λαμβάνεται υπόψη στους κανονισμούς και εκτιμάται ότι αποτελεί τη βασική αιτία που επανειλημμένα παρατη-ρείται στις κατασκευές αστοχία υποστυλω-μάτων, μολονότι έχουν τηρηθεί οι απαι-τήσεις των κανονισμών για ικανοτικό σχεδιασμό των υποστυλωμάτων ώστε να αστοχήσουν οι δοκοί.

Κατά τον ικανοτικό σχεδιασμό των υποστυ-λωμάτων σε κάμψη η καμπτική αντοχή τόσο των δοκών όσο και των υποστυλωμάτων τίθεται ίση μ΄ αυτή της μονότονης επιπό-νησης.

Όπως σχολιάστηκε παραπάνω, ενώ για τις δοκούς η παραδοχή αυτή είναι ορθή, προ-κειμένου για τα υποστυλώματα είναι λανθα-σμένη. Υπερτιμά την αντοχή τους.

15.5 Ο Μεγαλύτερος Κίνδυνος για Υποστυλώματα Κυκλικά και Επισκευασμένα με Μανδύα

Ιδιαίτερα σημαντική είναι η υπερτίμηση αυτή της αντοχής στην περίπτωση κυκλικών υποστυλωμάτων καθώς και υποστυλωμά-των επισκευασμένων ή ενισχυμένων με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος.

(α) (β)

Σχ. 15.5 Υποστύλωμα (α) κυκλικό (β) με μανδύα από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

Στα στοιχεία αυτά είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 5, μεγάλο το ποσοστό του ενδιάμεσου διαμήκους οπλισμού τους και, γι΄αυτό, είναι σημαντική η μείωση της καμπτικής αντοχής

τους με την ανακύκλιση της επιπόνησης και μεγαλύτερος ο κίνδυνος αστοχίας του ικανοτικού σχεδιασμού.

Η μείωση της καμπτικής αντοχής μετά την ανακύκλιση της επιπόνησης δεν αναμένεται στην περίπτωση καμπτοδιατμητικής αστοχίας των φορέων, καθώς στην περίπτωση αυτή η ρωγμή που εμφανίζεται μετά την ανακύκλιση της επιπόνησης δεν εμφανίζεται κατά μήκος της προηγούμενης.

15.6 Ο Μεγαλύτερος Κίνδυνος για Υποστυλώματα με Διαξονική Επιπόνηση

Η υπερτίμηση της καμπτικής αντοχής που εν-τοπίστηκε παραπάνω για τα στοιχεία με εν-διάμεσο οπλισμό καθ΄ύψος της διατομής αναμένεται στην περίπτωση διαξονικής εναλ-λασσόμενης επιπόνησης και για τα υποστυ-λώματα με τη συνήθη διάταξη του διαμήκους οπλισμού στις γωνίες της διατομής τους, καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 6, στην περίπτωση αυτή ο οπλισμός στις γωνίες αποτελεί για την επιπόνηση αυτή ενδιάμεσο οπλισμό.

α-α

Σχ. 15.6 Εσωτερικές δυνάμεις στην περίπτωση διαξονικής επιπόνησης

15.7 Τροποποίηση του Ικανοτικού Σχεδιασμού για Άρση της Αστοχίας του

Με βάση τα παραπάνω, για να αρθούν οι αιτίες της αστοχίας του ικανοτικού σχεδια-σμού των υποστυλωμάτων, απαιτείται η πα-ρακάτω τροποποίηση:

• Ως ροπή αστοχίας τωνυποστυλωμάτων να τίθεται ηκαμπτική αντοχή μετά τηνανακύκλιση της επιπόνησης και όχιαυτή της μονότονης επιπόνησης.

Η τιμή αυτή της αντοχής προκύπτει θεω-ρώντας μηδενική τη θλιπτική δύναμη του σκυροδέματος και εσωτερικές δυνάμεις, όπως φαίνεται στο Σχ. 4.

α α


45

16. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΙ ΤΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ

Η διατμητική αντοχή μειώνεται λόγω της εναλλαγής της επιπόνησης. Η μείωση αυτή λαμβάνεται υπόψη στους κανονισμούς.

16.1 Μεταβολή στη Διατμητική Ρηγμάτωση και Συμπεριφορά Στο Σχ. 1(α) φαίνεται το διάγραμμα Ρ-δ και στο Σχ. 1(β) η εικόνα ρηγμάτωσης φορέα σχεδιασμένου για διατμητική αστοχία.

Με την εναλλαγή της επιπόνησης παρατηρεί-ται, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(β), εμφάνιση δισδιαγώνιων λοξών ρωγμών με συνέπεια, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(α), έντονη απο-μείωση της φέρουσας ικανότητας (μέγιστης τιμής του Ρ), αλλά και της δυσκαμψίας, της πλαστιμότητας και της μετασχηματιζόμενης ενέργειας (εμβαδού βρόχων) του διαγράμ-ματος. Η απομείωση αυτή οφείλεται, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(β):

Στη διακοπή της συνέχειας της λοξήςθλιβόμενης ζώνης (λοξού θλιπτήρα τουισοδύναμου δικτυώματος).

Εξασθένιση του επικουρικού μηχανισμούτης εμπλοκής των αδρανών, λόγωαποδιοργάνωσης του σκυροδέματος τηςπεριοχής.

Ενδεχόμενη εξασθένιση της φέρουσαςικανότητας των συνδετήρων, λόγωενδεχόμενης αυξημένης επιπόνησής τους(διασταύρωσής τους με ρωγμή σε δύοθέσεις).

(α)

(β)

Σχ. 16.1 (α) Διάγραμμα Ρ-δ στοιχείου με διατμητική αστοχία, (β) δισδιαγώνια ρηγμάτωση

Λόγω της παραπάνω δυσμενούς επίπτωσης της εναλλαγής της επιπόνησης στη διατμητική συμπεριφορά του φορέα, ο σχεδιασμός σε διάτμηση διαφοροποιείται απ΄ αυτόν για μο-νότονη επιπόνηση.

Λαμβάνεται μειωμένη η τέμνουσα Vcd που αναλαμβάνει ο διατμητικά άοπλος φορέ-ας. Άρα, η τιμή της τέμνουσας που πρέπει να αναλάβουν οι συνδετήρες προκύπτει μεγαλύ-τερη και, γι΄αυτό απαιτείται περισσότερος εγκάρσιος οπλισμός.

16.2 Η Διαφοροποίηση της Διατμητικής Αντοχής σε

Δοκούς και Υποστυλώματα Η μείωση της Vcd διαφοροποιείται στους κανο-νισμούς ανάλογα με το είδος του δομικού στοιχείου.

Η μείωση αυτή προδιαγράφεται μεγαλύτερη για τις δοκούς, μικρότερη για τα τοιχεία και ακόμη μικρότερη για τα υποστυλώματα.

Οι ευνοϊκές διατάξεις για τα κατακόρυφα στοι-χεία, μολονότι στα στοιχεία αυτά η αντι-στροφή της τέμνουσας είναι πλήρης και είναι σίγουρη η εμφάνιση δισδιαγώνιας διατμητικής ρωγμής, οφείλονται στις παρακάτω ιδιαιτερό-τητες των στοιχείων αυτών:

Στη συνύπαρξη θλιπτικού αξονικούφορτίου.

Το θλιπτικό φορτίο παρεμποδίζει, όπωςφαίνεται στο Σχ. 2, το άνοιγμα τωνδιατμητικών ρωγμών.

Σχ. 16.2 Η ευνοϊκή δράση θλιπτικού Φορτίου στη διατμητική αντοχή

Στη διάταξη διαμήκων ράβδων εκτός απότα πέλματα των στοιχείων και ενδιάμεσατου ύψους τους.

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 (βλ. κεφ. 21.3 ).

Ρ

δ


46

17. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΟΠΛΙΣΗ-ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΟΛΙΣΘΗΣΗ ΔΟΚΩΝ ΜΕ ΜΙΚΡΟ ΛΟΓΟ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ

ΟΙ ΑΝΤΙΦΑΣΕΙΣ ΣΤΟΥΣ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΥΣ Βλέπε και Τόμο 2A: Φορείς με μικρό λόγο διάτμησης, κεφ.:Κοντά Υποστυλώματα

. 17.1 Η Απαίτηση των Kανονισμών

για Δισδιαγώνιο Οπλισμό

Στον κανονισμό προδιαγράφονται τρεις τύποι διατμητικής όπλισης, όπως φαίνονται στο Σχ 1: Α : Συνδετήρες. Β: Συνδετήρες και δισδιαγώνιος οπλισμός. Γ: Δισδιαγώνιος οπλισμός μόνον.

Γ Β Α

Σχ. 17.1 Τρεις τύποι διατμητικής όπλισης

Η όπλιση Γ με δισδιαγώνιο οπλισμό προ-βλέπεται σε φορείς με μεγάλη τιμή της τέμνουσας όταν κατά τη σεισμική επιπόνηση συμβαίνει σημαντική αντιστροφή της τέμνου-σας.

Η όπλιση Β προβλέπεται για φορείς με ενδιάμεση τιμή της τέμνουσας και με αντιστροφή της τέμνουσας. Η μισή τέμνουσα αναλαμβάνεται με συνδετήρες και η άλλη μισή με δισδιαγώνιο οπλισμό.

Δείκτης για το βαθμό αντιστροφής της τέμ-νουσας αποτελεί ο λόγος ζ των τεμνουσών για τις δύο φορές του σεισμού.

Αρνητικές τιμές του ζ αντιστοχούν σε αντι-στροφή της τέμνουσας με την πλήρη αντι-στροφή να αντιστοιχεί σε τιμή ζ=-1.

Πλήρης αντιστροφή συμβαίνει στα υποστυλώ-ματα.

Στις δοκούς η μέγιστη και ελάχιστη τιμή της τέμνουσας για τις δύο φορές του σεισμού προκύπτει από τις σχέσεις (1) και (2):

VEA = Vo –(ME

A+ - ME Β-)/l (1)

VEΑ = Vo - (ME

A- - MEB+)/l (2)

Επειδή η Vo παραμένει σταθερή και για τις δύο φορές τους σεισμού, οι δε ροπές MΕ στις δύο στηρίξεις των δοκών δεν αντιστρέφονται πλήρως κατά την αντιστροφή της φοράς του σεισμού, ο λόγος ζ είναι πάντα ζ>-1 και δεν προκύπτει πλήρης αντιστροφή της τέμνου-σας.

Στο Σχ. 2 φαίνονται οι περιοχές τιμών της τέμνουσας και του λόγου ζ για κάθε τύπο διατμητικής όπλισης των δοκών που δίνεται στον κανονισμό.

V/(τ.bw.d)

Όπλιση Γ 12

6 Όπλιση Β 6

3 Όπλιση Α

-1 0 +1 ζ= maxV/minV

Σχ. 17.2 Τύπος διατμητικής όπλισης ανάλογα με την τιμή της V και του ζ

Διακρίνονται οι παρακάτω περιοχές τιμών της τέμνουσας:

Vsd/(τ.bw.d)< 3.(2+ζ) => Συνδετήρες Vsd/(τ.bw.d)> 6.(2+ζ) => Δισδιαγώνιος

3.(2+ζ) <Vsd/(τ.bw.d) < 3.(2+ζ) => Συνδετήρες + Δισδιαγώνιος

Εύρεση Απαιτούμενου ΔισδιαγώνιουΟπλισμού

Στο Σχ. 3 φαίνονται οι δυνάμεις που δρουν στο φορέα στο τμήμα του μεταξύ της στήριξής του και τομής του στη θέση των δισδιαγώνιων ράβδων.

Από την ισορροπία των οριζόντιων και κατακόρυφων δυνάμεων προκύπτει:

Νsd = FsD2.cosθ - FsD1.cosθ (1) maxVsd = FsD1.sinθ + FsD2.sinθ (2)

FsD1

Νsd θ

θ

Vsd FsD2

Σχ. 17.3 Δυνάμεις στο φορέα


47

Από την επίλυση των σχέσεων (1) και (2) προκύπτουν οι μέγιστες τιμές των δυνάμεων FsD1 και FsD2.

Τα εμβαδά των δισδιαγώνιων ράβδων προκύ-πτουν:

ΑsD1 = FsD1/fsd , ΑsD2 = FsD2/fsd

Με την αντιστροφή της τέμνουσας αντιστρέ-φεται η ένταση στις διαγώνιες ράβδους, όπως φαίνεται στο Σχ. 4.

FsD1

Νsd θ θ

Vsd FsD2

Σχ. 17.4 Δυνάμεις στο φορέα με την αντιστροφή της φοράς του σεισμού

Ο Κίνδυνος Λυγισμού τουΔισδιαγώνιου Οπλισμού καιΠροτεινόμενες Διαμορφώσεις του

Η διάταξη του δισδιαγώνιου οπλισμού είναι ιδιαίτερα δυσχερής.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 3 και 4, κάθε διαγώνια ράβδος θλίβεται ή εφελκύεται ανάλογα με τη φορά του σεισμού. Ως εκ της θέσεως της δεν περιορίζεται το μήκος λυγισμού της από τους συνδετήρες.

Για να αποφευχθεί ο κίνδυνος λυγισμού της πρέπει η διαγώνια ράβδος να έχει μεγάλη διάμετρο και να διατάσσεται στο μέσον του πλάτους του στοιχείου ώστε να αποφευχθεί κατά το δυνατόν η αποκόλληση της επικάλυψης και να καθυστερήσει ο λυγισμός της ράβδου.

Η διάταξη αυτή, όμως, είναι κατασκευαστικά δυσχερής για τη σκυροδέτηση του φορέα.

Στη βιβλιογραφία προτείνεται αντί μεμονω-μένων ράβδων η διάταξη κλωβού υποστυ-λώματος, όπως φαίνεται στο Σχ. 5, η οποία είναι, επίσης, δυσχερής.

Σχ. 17.5 Εναλλακτική διαμόρφωση δισδιαγώνιου οπλισμού

17.2 Οι Αντιφάσεις και οι Ανορθολογισμοί στις Κανονιστικές Διατάξεις

17.2.1 Η Παραβίαση του Ικανοτικού Σχεδιασμού

Όπως φαίνεται στο Σχ. 3 και 4, εκτός από την κατακόρυφη συνιστώσα του δισδιαγώνιου οπλισμού η οποία αναλαμβάνει την τέμνουσα, αναπτύσσεται και σημαντική οριζόντια συνι-στώσα η οποία αυξάνει την καμπτική αντοχή της δοκού.

Αύξηση της καμπτικής αντοχής της δοκού χωρίς αντίστοιχη αύξηση της αντοχής του υποστυλώματος παραβιάζει τον ικανοτικό σχεδιασμό με κίνδυνο να αστοχήσει το υποστύλωμα.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 6, η εφελκυόμενη διαγώνια ράβδος εντείνεται το ίδιο με την ακραία διαμήκη ράβδο και συμβάλλει σημαντικά στην καμπτική αντοχή.

1 1 1 σc

fy 1 1 1

[ε] [σ]

Σχ. 17.6 Ορθή παραμόρφωση και τάση διαγώνιας ράβδου στην κρίσιμη διατομή

17.2.2 Η Μη Αναγκαιότητα Ισχυρότερου Διατμητικού Οπλισμού

Όπως φαίνεται στο Σχ. 7, από τη σύγκριση των τεμνουσών δύο φορέων με ίδια διατομή και, άρα, με ίδια καμπτική αντοχή, ο φορέας με το μικρότερο άνοιγμα έχει μεγαλύτερη δρώσα τέμνουσα όσο ο λόγος της απόστασης c του φορτίου από τη στήριξη των δύο φορέων, δηλ. η δρώσα τέμνουσα είναι αντίστροφα ανάλογη του λόγου διάτμησης αs.

Ο λόγος διάτμησης είναι: αs = Μsd/(Vsd.d) = P.c/(P.d) = c/d

M = P1 c1 = P2 c2 => V2/ V1 = P2/ P1 = c2/ c1

P1 P2

c1 c2

Σχ. 17.7 Σύγκριση τεμνουσών


48

Κατά τη σεισμική επιπόνηση οι δοκοί αποτελούν ζυγώματα πλαισίων και στο διάγραμμα των ροπών τους εμφανίζεται σημείο καμπής.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 8, στο φυσικό προσομοίωμα των φορέων στην περιοχή του σημείου καμπής αναπτύσσεται ένας λοξός θλιπτήρας και ένας λοξός ελκυστήρας οι οποίοι εκτείνονται σ΄απόσταση d εκατέρωθεν του σημείου καμπής.

Οι λοξές αυτές ράβδοι είναι κατά τη διεύθυνση των διαγωνίων του φορέα, δισ-διαγώνιες, μόνον σε φορείς με λόγο διάτμησης περίπου ίσο με 1, δηλαδή, αν θεωρήσουμε το σημείο καμπής των ροπών στο μέσον του ανοίγματος, σε φορείς με άνοιγμα περίπου διπλάσιο του ύψους τους.

Σε φορείς με μεγαλύτερο λόγο διάτμησης οι ράβδοι αυτές, όπως φαίνεται στο Σχ. 8, απέχουν πολύ από το να είναι δισδιαγώνιες.

αs=1 αs=2

αs=4

[M]

Σχ. 17.8 Φυσικά προσομοιώματα φορέων με λόγο διάτμησης 1, 2 και 4

Όπως προκύπτει από τομή του προσομοι-ώματος στη θέση των δισδιαγώνιων ράβδων, βλ. Σχ. 3 και 4, ο διαγώνιος ελκυστήρας δεν αναλαμβάνει όλη την τέμνουσα αλλά τη μισή.

Την άλλη μισή την αναλαμβάνει ο θλιπτήρας με την κατακόρυφη συνιστώσα του. Γιαυτό, απαιτείται περίπου ο μισός διατμητικός οπλι-σμός συνδετήρων.

Άρα,

Δεν δικαιολογείται η αυστηροποίηση του κανονισμού για τον διατμητικό οπλισμό των φορέων αυτών.

17.2.3 Η Απαίτηση Συνδετήρων για Ενίσχυση της Συνάφειας που Παραλείπεται στον Κανονισμό

Αντί για δισδιαγώνιο οπλισμό, σε φορείς με λόγο διάτμησης περίπου 2 απαιτούνται πυκνοί συνδετήρες για να ενισχύσουν τη συνάφεια των διαμήκων ράβδων.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 9, για την ισορροπία του τμήματος ΑΒ των διαμήκων ράβδων στην περιοχή του σημείου καμπής της ροπής απαιτείται ανάπτυξη πολύ ισχυρών τάσεων συνάφειας.

Α Β Fsd2 Fsd1

Tb

Σχ. 17.9 Ανάπτυξη μεγάλης δύναμης συνάφειας στην περιοχή του σημείου καμπής

Το φαινόμενο αυτό εξασθενεί σε φορείς με μεγαλύτερο λόγο διάτμησης, καθώς τόσο η θλιπτική δύναμη στο άκρο του ενός προβόλου που αποτελεί το μισό του φορέα, όσο και η εφελκυστική δύναμη στο άκρο του άλλου προβόλου-μισού είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 8, μειωμένη.

17.3 Το Φαινόμενο της Διατμητι- κής Ολίσθησης των Δοκών με Μεγάλη Τέμνουσα Όπως σχολιάστηκε παραπάνω, οι δοκοί με τη μεγάλη τέμνουσα για τις οποίες απαι-τείται στον κανονισμό δισδιαγώνιος οπλισμός είναι δοκοί με μικρό λόγο διάτμη-σης, δηλ. φορείς με μικρή απόσταση του φορτίου από τη στήριξη.

Οι δοκοί αυτές, αν έχουν σχεδιαστεί ορθά,με ικανό πλάτος ώστε να μην αστοχήσει ολοξός διαγώνιος θλιπτήρας του


49

προσομοιώματός τους , θα αστοχήσουν καμπτικά, όπως φαίνεται στο Σχ. 10.

Αν υποστούν μεγάλη εναλλασσόμενη επιπό-νηση ενδέχεται, όπως σχολιάζεται στο κεφ. 13, η καμπτική ρωγμή που θα εμφανιστεί στην κρίσιμη διατομή να παραμείνει ανοικτή σε όλο το ύψος τους, όπως φαίνεται στο Σχ. 10.

Σχ. 17.10 Διατμητική ολίσθηση στην κρίσιμη διατομή φορέων με μικρό λόγο διάτμησης

Στην περίπτωση αυτή, λόγω της μεγάλης τιμής της δρώσας τέμνουσας, τα τμήματα του φορέα εκατέρωθεν της ρωγμής τείνουν να ολισθήσουν το ένα ως προς το άλλο, όπως φαίνεται στο Σχ. 10.

Η (διατμητική) αυτή ολίσθηση συγκρα-τείται, όπως φαίνεται στο σχήμα, από τον δια-μήκη καμπτικό οπλισμό μέσω της κάθετης συνιστώσας του (δράση βλήτρου του διαμή-κους οπλισμού).

Η ολίσθηση αυτή πρέπει να παρεμποδιστεί, γιατί, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα συμπεριφοράς στο Σχ. 11, επηρεάζει δυσμενώς την απόκριση του φορέα.

Σχ. 17.11 Στένωση στο διάγραμμα Ρ-δ για φορείς χωρίς διαμήκεις ράβδους καθ΄ύψος του φορέα

Λόγω της ολίσθησης αυτής, το διάγραμμα συμπεριφοράς Ρ-δ, εμφανίζει, όπως φαίνεται στο Σχ. 11, στένωση στην περιοχή της αρ-χής του διαγράμματος και μειώνεται η ικα-νότητα του φορέα για μετασχηματισμό της σεισμικής ενέργειας (το εμβαδόν των βρόχων αντιστοιχεί στη μετασχηματιζόμενη σεισμική ενέργεια).

Η Εξάρτηση από το Είδοςτου Δομικού Στοιχείου

Η διατμητική ολίσθηση δεν εμφανίζεται σε φορείς με διαμήκεις ράβδους ενδιάμε-σα του ύψους τους, λόγω της ευνοϊκής δράσης των ενδιάμεσων ράβδων.

Γι΄αυτό, η διάταξη του διαμήκους οπλισμούκαθ΄ύψος του φορέα, (αντί της συμβατικήςδιάταξης του οπλισμού στα πέλματα του φορέα)που σχολιάζεται στο κεφ. 15.2, είναι καλύτερηλύση για την αποφυγή του φαινομένου αυτού.

Αυτός είναι ο λόγος που το φαινόμενο της διατμητικής ολίσθησης εμφανίζεται συνήθως σε δοκούς με μικρό λόγο διάτμησης και λιγό-τερο σε χαμηλά τοιχώματα και σχεδόν ποτέ σε κοντά υποστυλώματα (φορείς με μικρό λόγο διάτμησης). Τόσο στα τοιχώματα όσο και στα υποστυλώ-ματα μέρος του διαμήκους οπλισμού είναι τοποθετημένος ενδιάμεσα του ύψους τους για τους λόγους που αναφέρονται στο κεφ. 15. Επίσης, ευνοϊκό ρόλο στην αποφυγή της δια-τμητικής ολίσθησης στα στοιχεία αυτά παίζουν και οι παρακάτω παράγοντες: Η συνύπαρξη της θλιπτικής αξονικής

δύναμης (μεγαλύτερη στα υποστυλώματα και μικρότερη στα τοιχώματα),

Η διάταξη συμμετρικού οπλισμούεπιτρέπει μικρότερο παραμένον άνοιγμα των καμπτικών ρωγμών μετά την ανακύκλιση της επιπόνησης.

17.4 Όπλιση Δοκών για Αντιμετώπιση της

Διατμητικής Ολίσθησης Για την αντιμετώπιση του φαινομένου της διατμητικής ολίσθησης των δοκών με μεγάλη αντιστρεφόμενη τέμνουσα υπάρχουν δύο δυνατές διατάξεις οπλισμού: Διάταξη ενδιάμεσων διαμήκων ράβδων,

όπως φαίνεται στο Σχ. 12(α), είτε Διάταξη, δισδιαγώνιου οπλισμού, όπως

φαίνεται στο Σχ. 12(β).

(α) (β)

Σχ. 17.12 Διάταξη οπλισμού για παρεμπό- διση της διατμητικής ολίσθησης

Η πρώτη διάταξη με τις ενδιάμεσες διαμήκεις ράβδους δεν έχει τις κατασκευαστικές και τεχνολογικές δυσχέρειες των δισδιαγώνιων ράβδων που εντοπίστηκαν στο κεφ. 17.1, καθώς:

Μπορούν να διαταχθούν επιφανειακά καιδεν παρεμποδίζουν τη συμπύκνωση τουσκυροδέματος.

Ρ

δ


50

Δεν βρίσκονται σε θλιβόμενη περιοχή καιδεν κινδυνεύουν να λυγίσουν.

Όπως, όμως, αναφέρθηκε στο κεφ.17.2.1, πρέπει να λαμβάνεται στον ικανοτικό σχεδια-

σμό του υποστυλώματος σε κάμψη η αυξημένη καμπτική ροπή της δοκού λόγω των ενδιάμεσων αυτών οπλισμών.

18. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΚΑΙ ΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΥΨΗΛΗΣ

ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΠΟΝΗΣΗΣ

Αύξηση της ταχύτητας της φόρτισης επιφέρει τις παρακάτω μεταβολές στα υλικά της κατα-σκευής:

1. Αύξηση της αντοχής* του σκυροδέματος.

2. Μείωση της οριακής παραμόρφωσης* τουσκυροδέματος.

3. Αύξηση του ορίου διαρροής του χάλυβα**

Λόγω των μεταβολών αυτών προκύπτουν οι παρακάτω μεταβολές για τους φορείς της κατασκευής:

• Μείωση της πλαστιμότητά τους

• Αύξηση της φέρουσας ικανότητάς τους

Οι δύο αυτές μεταβολές έχουν αντιτιθέμενες επιρροές στην ασφάλεια των φορέων.

Η αύξηση της φέρουσας ικανότητας των φορέων είναι υπέρ της ασφάλειας αλλά η μείωση της πλαστιμότητάς τους αυξάνει, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 7, τη δύναμη που τους επιπονεί και είναι κατά της ασφάλειας.

Γι αυτό, δεν προβλέπεται στους κανονισμούς κάποια διαφοροποίηση λόγω της υψηλής ταχύτητας της σεισμικής επιπόνησης.

____________________________

* Η αύξηση της αντοχής και η μείωση της παραμόρφωσης οφείλεται στην απουσία της επιρροής τουμη γραμμικού ερπυσμού που υπεισέρχεται στην περίπτωση μικρής ταχύτητας της επιπόνησης.

Στην περίπτωση των κατακόρυφων φορτίων η ταχύτητα επιβολής των φορτίων στην κατασκευή είναιπολύ μικρή, το σημαντικότερο δε μέρος των φορτίων δρα μόνιμα. Γιαυτό, το σκυρόδεμα ερπύειαυξάνοντας την παραμόρφωσή του.

Η επιρροή του ερπυσμού είναι σημαντική για υψηλέςστάθμες φόρτισης γιατί σ΄αυτές ο ερπυσμός είναι μηγραμμικός. Γιαυτό, και η παραμόρφωση στις στάθμεςαυτές, η οριακή παραμόρφωση του σκυροδέματος αυξάνεισημαντικά με δυσμενή επίπτωση στην αντοχή του η οποίαμειώνεται σημαντικά (μείωση της τάξεως του 10 έως 15%).

Στο σχήμα φαίνεται η δυσμενής επιρροή της υψηλήςταχύτητας της επιπόνησης στην οριακή παραμόρφωση καιτη στάθμη της αντοχής του σκυροδέματος.

Για τη φύση και τις επιρροές του ερπυσμού βλέπε Τόμο 2: Χρόνιες Παραμορφώσεις του Σκυροδέματος.

** Η αύξηση του ορίου διαρροής του χάλυβα οφείλεται στην απουσία της επιρροής της χαλάρωσης (βλέπε Τόμο 2: Σχεδιασμός Προεντεταμένων Φορέων).

σ

v v > v΄

v΄

ε


51

19. ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΑΓΚΥΡΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΤΙΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΟΠΛΙΣΗΣ

19.1 Ο Ψαθυρός Τύπος Αστοχίας Λόγω Υπέρβασης της Αντο- χής Συνάφειας

Στο Σχ. 1(α) έχει απομονωθεί το σκυρόδεμα γύρω από τμήμα ράβδου οπλισμού και στο Σχ. 1(β) έχει απομονωθεί το τμήμα της ράβ-δου από το σκυρόδεμα που την περιβάλλει.

H δύναμη της ράβδου στο ένα άκρο είναι μη-δενική (ελεύθερο άκρο) ενώ η δύναμη που απαιτείται να αναπτυχθεί στο άλλο άκρο (θέση κρίσιμης διατομής) για να αναλάβει την επιπόνηση Μsd είναι Fsd1 = Μsd/z.

Για να μπορέσει να αναπτυχθεί η δύναμη αυτή πρέπει να παρεμποδιστεί η κίνηση της ράβδου κατά τη διεύθυνση της δύναμης Fsd1. Ένταση προκύπτει μόνον όταν η μετακίνηση είναι παρεμποδιζόμενη.

Την παρεμπόδιση αυτή προσφέρουν οι τριβές τ που αναπτύσσονται στην επιφάνεια επαφής ράβδου και περιβάλλοντος σκυροδέματος και αγκυρώνουν (κρατούν στη θέση της) τη ράβδο.

Σχ. 18.1 Λοξή ρηγμάτωση λόγω υπέρβασης των τάσεων συνάφειας

Οι τριβές αυτές όταν δρούν στην διεπιφάνεια δύο διαφορετικών υλικών δηλώνονται ως τάσεις συνάφειας.

Είναι οι ίδιες τριβές οι οποίες παρεμποδίζουν τις στρώσεις και τις εγκάρσιες διατομές ενός φορέα τη μία ως προς την άλλη που στην περίπτωση αυτή δηλώνονται ως διατμητικές τάσεις. Ίσες και αντίθετες τάσεις τ αναπτύσσονται α-πό τη ράβδο στο περιβάλλον σκυρόδεμα.

Ίσες διατμητικές τάσεις αναπτύσσονται και κατά την κάθετη έννοια (θεώρημα Causi)

συντρέχουσες με τις οριζόντιες, όπως φαίνε-ται στο Σχ. 1, με αποτέλεσμα ανάπτυξη τοπικά γύρω από την ράβδο λοξών εφελκυστικών και λοξών θλιπτικών τάσεων.

Με την αύξηση της επιπόνησης αυξάνεται η τιμή των τάσεων τ και, γι αυτό, και η τιμή της λοξής εφελκυστικής τάσης η οποία όταν φθά-σει την τιμή της εφελκυστικής αντοχής του σκυροδέματος οδηγεί σε λοξή ρηγμάτωση, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Με την δημιουργία της πρώτης λοξής ρωγμής στην πρώτη κρίσιμη θέση κατά μήκος της ράβδου και την καταστροφή της συνάφειας στη θέση αυτή, αυξάνεται η τάση συνάφειας στη γειτονική θέση (αφού έχει μειωθεί το μήκος συνάφειας κατά το άνοιγμα της ρωγ-μής) η οποία οδηγεί με τη σειρά της σε λοξή ρηγμάτωση και καταστροφή της συνάφειας και στη θέση αυτή, κ.ο.κ. με συνέπεια μια αλυσιδωτή πορεία κατά την οποία όλες οι διατομές κατά μήκος της ράβδου καθίστανται κρίσιμες με συνέπεια την αποκόλληση της ράβδου σ΄ όλο το μήκος της, την εξόλκευσή της, χωρίς να έχει αυξηθεί η επιπόνηση.

19.2 Η Μείωση της Αντοχής Συνάφειας λόγω της Εναλ-

Λαγής της Επιπόνησης

Με την εναλλαγή της σεισμικής επιπόνησης εναλλάσσονται οι δυνάμεις των ράβδων του οπλισμού με συνέπεια, όπως φαίνεται στο Σχ.2(α), εναλλαγή των τάσεων συνάφειας μεταξύ των ράβδων του οπλισμού και του περιβάλλοντος σκυροδέματος και εμφάνιση δισδιαγώνιων ρωγμών στην περιοχή γύρω από τις ράβδους και, γι αυτό, ταχύτερη απομείωση της αντοχής συνάφειας.

Σχ. 18.2 Δισδιαγώνια ρηγμάτωση λόγω εναλλασσόμενης επιπόνησης

F

Fsd


52

Γι αυτό, τίθενται αυστηρότερες διατάξεις για τις αγκυρώσεις των ράβδων.

Αστοχία της αγκύρωσης των ράβδων ακυ-ρώνει οποιοδήποτε ικανοτικό σχεδιασμό, α-φού η αστοχία λόγω υπέρβασης της αντοχής συνάφειας είναι ιδιαίτερα ψαθυρή και εκδη-λώνεται χωρίς προειδοποίηση με εξόλκευση των ράβδων του οπλισμού όπως αναλύθηκε παραπάνω.

19.3 Διαφοροποιήσεις στον Υπολογισμό του Μήκους Αγκύρωσης

Απαιτούμενο μήκος Αγκύρωσης στοΣχεδιασμό για Κατακόρυφα Φορτία

Το απαιτούμενο μήκος αγκύρωσης lb,net μιας ράβδου στο σχεδιασμό γιο τα κατακόρυφα φορτία δίνεται από την παρακάτω σχέση (βλ. Τόμος 2: Αγκυρώσεις):

lb,net = α1. α2. (Φ/4). σsd/fbd (1)

Η τάση σsd της ράβδου συναρτήσει της μέγιστης τάσης fsd προκύπτει από τη σχέση (2):

• σsd = fsd . As,ef/As,cal (2)Από τις σχέσεις (1) και (2) προκύπτει η σχέση (α) που δίνεται στους κανονισμούς:

lb,net = α1. α2.lb.As,ef/As,cal (α)

όπου: lb= Φ/4. fsd /fbd

Απαιτούμενο μήκος Αγκύρωσης στονΑντισεισμικό Σχεδιασμό

Στον αντισεισμικό σχεδιασμό, όμως, όπως σχολιάστηκε στο κεφ.10.3 και το κεφ. 12, οι φορείς σχεδιάζονται για να αστοχήσουν.

Γιαυτό, η τάση των ράβδων είναι:σsd = fsd και το απαιτούμενο μήκος αγκύρωσης lb,netδίνεται από τη σχέση (β):

lb,net = α1. α2.lb (β)

19.3 Η Απαίτηση Μικρότερης Διαμέτρου των Ράβδων Όπως φαίνεται στο Σχ. 3, 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 (λόγω του σχηματισμού διαμπε-ρούς ρωγμής Fs2 = Fs2, βλ. κεφ. 15).

Εξισώνοντας την ΔFs με τη δύναμη συνάφειας Fb=fb.π.Φ.lAB η οποία πρέπει να την εξισορ-ροπήσει προκύπτει η σχέση (β):

2Αs fyd = fbd. πΦ lAB (β)

Συγκρίνοντας τη σχέση (β) που ισχύει στην περιοχή του κόμβου με τη σχέση (α) στο κεφ. 19.3 που ισχύει στις άλλες θέσεις προκύπτουν τα παρακάτω: Για ίδια διάμετρο Φ των ράβδων και ίδιο μήκος

αγκύρωσης, στην περιοχή του κόμβουαπαιτείται διπλάσια αντοχή συνάφειας.Τούτο δεν μπορεί να εξασφαλιστεί γιατί, όπωςσχολιάστηκε στο κεφ. 19.2, η αντοχή συνάφειαςστην περιοχή του κόμβου είναι εξασθενημένη.

Για ίδια διάμετρο Φ και ίδια αντοχή συνάφειας,το απαιτούμενο μήκος αγκύρωσης προκύπτειδιπλάσιο.

Για ίδιο μήκος αγκύρωσης, η απαιτούμενηδιάμετρος Φ της ράβδου πρέπει να είναι η μισήαπό ό,τι στις άλλες θέσεις.

Αν ληφθεί υπόψη ότι το διαθέσιμο μήκος αγκύρωσης lAB (ίσο με τις εγκάρσιες διαστ-άσεις των υποστυλωμάτων) είναι της τάξεως του 0.30 έως 0.50 m, από τη σχέση (β) προκύπτει ότι:

Απαιτούνται πολύ μικρές διάμετροιράβδων, μικρότερες των 14 mm.

Για μεγαλύτερες διαμέτρους απαιτείται μεγα-λύτερο μήκος αγκύρωσης, άρα μεγαλύτερη διάσταση του υποστυλώματος.

Σχ. 3 Εντατική κατάσταση στην περιοχή του κόμβου

Η απαίτηση αυτή οδηγεί σε μεγάλο αριθμό διαμήκων ράβδων. Λόγω του σχετικά μικρού πλάτους των δοκών η απαίτηση αυτή δεν μπορεί να ικανοποιηθεί. Ακόμη και αν αυξηθεί το πλάτος και καταστεί δυνατή η τοποθέτηση των ράβδων, η λύση εξακολουθεί να είναι προβληματική, καθώς η παρουσία πολλών διαμήκων ράβδων στην επάνω πλευρά των

Fs2 Fs1

[σs]

[τb]

BA


53

οριζόντιων στοιχείων παρεμποδίζει τη σκυρο-δέτηση και συμπύκνωση του σκυροδέματος στην περιοχή του κόμβου και κοντά σ αυτόν.

Η παρεμπόδιση αυτή αποτελεί μόνιμο πρό-βλημα όλων των σκυροδετήσεων σε περιοχές αρνητικών ροπών οριζόντιων φορέων.

Εναλλακτική διάταξη του διαμήκους οπλισμού για την αναίρεση της δυσχέρειας αυτής με παράλληλη βελτίωση και της εν γένει συμπεριφοράς των φορέων αναπτύσσεται στο κεφ. 21. .


54

20. ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΟΜΒΩΝ

20.1 Η Ιδιαίτερη Σημασία των Κόμβων Ο ορθός σχεδιασμός των κόμβων είναι ιδιαίτερα κρίσιμος για τους παρακάτω λόγους: Αστοχία των κόμβων συνεπάγεται αστοχία και

των γραμμικών μελών που συντρέχουνσ΄αυτόν.

Λόγω της περιορισμένης έκτασής τους και τηςθέσης τους σε περίπτωση αστοχίας τους ηαποκατάστασή τους είναι δυσχερής καιεπισφαλής.

Οι κόμβοι είναι οι περιοχές αγκύρωσης τωνδιαμήκων ράβδων των γραμμικών μελών καιενδεχόμενη ρηγμάτωσή τους εξασθενεί τησυνάφεια σκυροδέματος και οπλισμού μεσυνέπεια οι ράβδοι του οπλισμού να μηνμπορούν ν΄αναπτύξουν τη μέγιστη δυνατή τάσητους και, ως εκ τούτου, τα γραμμικά μέλη να μηνμπορούν ν΄αναπτύξουν την πλήρη φέρουσαικανότητά τους για την οποία έχουν σχεδιαστεί.

Εκτεταμένη ρηγμάτωση των κόμβων μειώνει τηδυσκαμψία τους και αυξάνει τις αποκλίσεις τωνκατακόρυφων στοιχείων επαυξάνοντας ταφαινόμενα 2ης τάξεως και τον κίνδυνο αστοχίαςλόγω λυγισμού τους.

20.2 Η Αυξημένη Επιπόνηση των Κόμβων Η επιπόνηση στην περιοχή των κόμβων είναι ιδιαίτερα δυσμενής για τους παρακάτω λόγους: Οι κόμβοι έντείνονται με τη συνισταμένη ένταση

των γραμμικών μελών που συντρέχουνσ΄αυτούς, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

Σχ. 20.1 Αυξημένη επιπόνηση κόμβου με τη συνισταμένη ένταση των μελών

Η επιπόνησή τους είναι κατά τη διεύθυνση τηςδιαγωνίου τους και, γιαυτό, απαιτείται ιδιαίτερηπροσοχή στο πάχος της επικάλυψης τουοπλισμού στην εισέχουσα γωνία, όπως φαίνεταιστο Σχ. 2(α).

Λόγω της αναγκαστικής απόκλισης από τηνευθυγραμμία των διαμήκων οπλισμών, το σκυρόδεμα επιπονείται τοπικά με δυνάμεις άντυγας, όπως φαίνεται στο Σχ.2(β) και απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στις λεπτομέρειες όπλισης (ακτίνες καμπύλωσης

(α) (β)

Σχ.20.2 (α) Κίνδυνος αποκόλλησης της επικάλυψης στις εισέχουσες γωνίες, (β) τοπική επιπόνηση του σκυροδέματος

20.3 Οι Αυξημένες Κατασκευαστικές Δυσχέρειες Λόγω της αυξημένης επιπόνησής τους και της περιορισμένης έκτασής τους η ποσότητα του οπλισμού που προκύπτει από το σχεδιασμό τους είναι ιδιαίτερα μεγάλη.

Η διάταξη όλων των ράβδων του οπλισμού η ορθή αγκύρωσή τους και εν συνεχεία η ορθή σκυροδέτηση των κόμβων είναι ένα από τα μεγαλύτερα κατάσκευαστικά προβλήματα το οποίο μέχρι σήμερα δεν έχει αντιμετωπιστεί ικανοποιητικά.

20.4 Εναλλακτικές Μέθοδοι Για την αντιμετώπιση των κατασκευαστικών προβλημάτων στην περιοχή των κόμβων έχουν προταθεί λύσεις, όπως η τοπική χρήση του (ιδιαίτερα δαπανηρού) ινωπλισμένου σκυροδέματος ή χρήση του (υπό ανάπτυξη) αυτοσυμπύκνούμενου σκυροδέματος), οι οποίες, όμως, δεν έχουν υιοθετηθεί στην πράξη.

Στην πράξη συνήθης πρακτική είναι να μην τοποθετείται όλος ο οπλισμός που προκύπτει από το σχεδιασμό τους με συνέπεια μειωμένη αντοχή τους.

Στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών του ερ-γαστηρίου σκυροδέματος του ΕΜΠ, έχει εντοπιστεί η λύση μιας άλλης διάταξης του οπλισμού η οποία σχολιάζεται στο κεφ. 21.


55

20.5 Κριτήριο Σχεδιασμού Κόμβου: Περιορισμός Ρηγμάτωσης

Επειδή οι κόμβοι είναι οι περιοχές αγκύρω-σης των διαμήκων ράβδων των γραμμικών μελών και, όπως σχολιάστηκε παραπάνω, ενδεχόμενη αστοχία τους έχει εκτεταμένες συνέπειες και η επισκευή τους είναι ιδιαίτερα δυσχερής και επισφαλής, η διαστασιολόγηση και η όπλισή τους βασίζεται στον περιο-ρισμό της ρηγμάτωσής τους ώστε να αποφευχθεί η αστοχία τους.

Γιαυτό, μολονότι σχεδιάζονται για τα φορτία αστοχίας το φυσικό προσομοίωμά τους δεν είναι αυτό της αστοχίας τους, όπως στην περίπτωση των γραμμικών μελών.

20.6 Εντατική Κατάσταση στον Κόμβο Η εντατική κατάσταση του κόμβου αντιστοιχεί σ΄ αυτή δίσκου, καθώς οι δυνάμεις που μεταφέρονται μέσω αυτού είναι κατά το μέσο επίπεδό του.

Ο κόμβος λειτουργεί ως μέσον μεταφοράς στο υποκείμενο υποστύλωμα των εντατικών μεγεθών του υπερκείμενου υποστυλώματος και των δοκών που συντρέχουν σ΄αυτόν.

Οι μεταφερόμενες δυνάμεις συνίστανται στο ζεύγος Fs και Fc της καμπτικής ροπής, στην αξονική Ν και την τέμνουσα V.

Στη γενική περίπτωση ενδιάμεσου κόμβου πολύστυλου και πολυώροφου πλαισίου τα μεγέθη επιπόνησης φαίνονται στο Σχ. 3.

.

hc

Σχ. 20.3 Ανάπτυξη διατμητικών τάσεων σε ενδιάμεσο κόμβο

Ένταση λόγω της Αξονικής Δύναμης

Η αξονική των δοκών μεταφέρεται με ανάπτυξη ορθής τάσης σx ομοιόμορφα κατανεμημένης καθύψος του κόμβου.

Η αξονική του υπερκείμενου υποστυλώματος μεταφέρεται μέσω ορθών τάσεων σy

ομοιόμορφα κατανεμημένων στο πλάτος του κόμβου.

Ένταση λόγω Ροπής και Τέμνουσας

H μεταφορά της καμπτικής ροπής και της τέμνουσας γίνεται μέσω ανάπτυξης διατμητικών τάσεων στοv κόμβο.

Σε οριζόντια τομή στο μέσον του κόμβου, όπως φαίνεται στο Σχ. 3, οι διατμητικές τάσεις τ αντιστοιχούν σε δρώσα τέμνουσα Τd ίση με τη συνισταμένη των οριζόντιων δυνάμεων στο τμήμα το υπερκείμενο της τομής.

Για τον κόμβο στο Σχ. 3 είναι:

Τd = (Fcd + Fsd) - Vsdc => Τd = fsd(Αs1

l+ As1r)/z - Vsd

c (1) ή Τd = (Μsd

l+ Msdr)/z -Vsd

c (1α)

H τιμή της διατμητικής δύναμης Τd διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του κόμβου

Θεωρώντας παραβολική μεταβολή της διατμητικής τάσης στη διατομή α-α στο Σχ. 3 διαστάσεων bc.hc (c: column στύλος) η μέγιστη διατμητική τάση τ που αναπτύσσεται δίνεται από τη σχέση (2):

2/3 τ = Τd/( bc.hc) =>

τ = 3Τd/(2 bc.hc) (2)

Συνισταμένη Ένταση

Όπως προέκυψε παραπάνω η συνολική ένταση του κόμβου αντιστοιχεί στις τάσεις τ, σh σv.

Από τη σύνθεση των τάσεων αυτών προκύπτει, όπως φαίνεται στο Σχ. 4, μια λοξή εφελκυστική τάση σΙ και μια λοξή θλιπτική τάση σΙΙ.

Η τιμή τους προκύπτει από τις παρακάτω σχέσεις:

_____________ σΙ= (σx+ σY)/2 -√ (σx+ σY)2/4 2 + τ2 (3)

_____________ σΙΙ = (σx+ σY)/2 +√ (σx+ σY)2/4 2 + τ2 (4)

Εξάρτηση της Έντασης του Κόμβουαπό τη Διαστασιολόγηση τωνΓραμμικών Μελών

Όπως προκύπτει από τη σχέση (1) η τιμή των διατμητικών τάσεων και, άρα, και των λοξών τάσεων εξαρτάται από τη διαστασιολόγηση των γραμμικών μελών.

α V sd Τd

Fsd

Vsdc

Vsd


56

Είναι διαφορετική για υπεροπλισμένες διατο-μές στις οποίες η ροπή αναλαμβάνεται με πολύ οπλισμό Αs1 και μικρό μοχλοβραχίονα z και διαφορετική για υποοπλισμένες διατομές στις οποίες η ροπή αναλαμβάνεται με λίγο οπλισμό Αs1 και μεγάλο z.

σΙ σΙΙ

σ τ

Σχ. 20.4 Λοξές εφελκυστικές τάσεις σΙ και θλιπτικές σΙΙ στον κόμβο

20.7 Το Αναπόφευκτο της Ρηγμάτωσης του Κόμβου

Για να παρεμποδιστεί η ρηγμάτωση οι λοξές τάσεις σΙΙ και σΙ πρέπει να είναι μικρότερες από τις αντίστοιχες επιτρεπόμενες τάσεις.

σΙ < επ σΙ = (2/3)fct (5) σΙΙ < επ σΙΙ = 0,5 fcκ (6)

Η εφελκυστική και θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος τίθενται μειωμένες λόγω της ετερόσημης διαξονικής έντασης του κόμβου.

Αντικαθιστώντας στη σχέση (5) τις τιμές των τάσεων συναρτήσει των μεγεθών στις σχέσεις (1), λόγω της μικρής τιμής της εφελκυστικής αντοχής fct του σκυροδέματος, προκύπτει ότι για τους περισσότερους τύπους κόμβων δεν είναι δυνατή για τις συνήθεις διαστασιολο-γήσεις των γραμμικών μελών να ισχύει η ανισότητα και, άρα, δεν είναι δυνατή η αποφυγή της ρηγμάτωσης του κόμβου.

20.8 Διαστασιολόγηση του Κόμβου Οι διαστάσεις του κόμβου επιλέγονται ώστε να ισχύει η ανισότητα (6) και να μην υπερβληθεί η λοξή θλιπτική τάση, καθώς

υπέρβασή της σηματοδοτεί και την αστοχία του κόμβου, όπως σχολιάζεται παρακάτω.

20.9 Ρηγμάτωση και Όπλιση των Κόμβων

Με την αύξηση της επιπόνησης, όταν η αναπτυσσόμενη κύρια λοξή τάση σΙ ευπερβεί την εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος εμφανίζεται λοξή ρωγμή, όπως φαίνεται στο Σχ. 5(α).

Η ρωγμή εμφανίζεται κάθετα στη διεύθυνση της εφελκυστικής τάσης σΙ και, όπως σχολιάστηκε παραπάνω, είναι αναπόφευκτη για τα φορτία αστοχίας των γραμμικών μελών.

Για την ανάληψη των λοξών τάσεων σΙ, και την παρεμπόδιση του ανεξέλεγκτου ανοίγ-ματος των λοξών ρωγμών μετά την υπέρβαση της εφελκυστικής αντοχής του σκυροδέματος διατάσσεται λοξός οπλισμός κατά τη διεύθυν-ση των λοξών τάσεων σΙ, όπως φαίνεται στο Σχ. 6(β), ή κλωβός οριζόντιων και κατακόρυ-φων συνδετήρων, όπως φαίνεται στο Σχ. 6(α) ώστε να καλύπτεται και η περίπτωση αντιστροφής της έντασης και της ρηγμάτωσης λόγω εναλλασσόμενης σεισμικής επιπόνησης.

(α) (β)

Σχ. 20.5 Ρωγμές από υπέρβαση τάσεων (α) υπέρβαση της σΙ και

(β) υπέρβαση της σΙΙ

Ο κλωβός των συνδετήρων προκύπτει με πύκνωση των συνδετήρων των υποστυλω-μάτων και δοκών που συντρέχουν στον κόμβο.

Σε αρκετούς κανονισμούς απαιτείται και πρόσθετη διάταξη δισδιαγώνιου οπλισμού.

(α) (β)

Σχ. 20.6 Όπλιση κόμβου (α) Κλωβός συνδετήρων (β) Λοξός οπλισμός

Ns

Fc

Fs

Ns


57

Στο Σχ. 5(β) φαίνεται η ρηγμάτωση του κόμβου σε περίπτωση υπέρβασης της λοξής θλιπτικής τάσης σΙΙ.

Εμφανίζονται κατά τη διέθυνση της θλιπτικής τάσης και, άρα, στην ίδια θέση με τις προηγούμενες. Διακρίνονται απ΄ αυτές από τη μορφολογία τους. Είναι υπό τη μορφή σύνθλιψης του σκυροδέματος και όχι με τη μορφή καλά οριοθετημένων μεμονωμένων ρωγμών, όπως οι πρώτες.

Η εμφάνισή τους σηματοδοτεί και την τελική αστοχία του κόμβου. Γιαυτό, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 20.8, το πάχος του κόμβου πρέπει να είναι επαρκές ώστε να αποφευχθεί η αστοχία αυτή.

20.10 Φυσικό Προσομοίωμα Κόμβου Όπως σχολιάστηκε παραπάνω, στην περιοχή του κόμβου αναπτύσσονται, εν γένει, λοξές εφελκυστικές και θλιπτικές τάσεις.

Η εντατική του κατάσταση αντιστοιχεί σ΄αυτήν ενός λοξού ελκυστήρα και ενός λοξού θλιπτήρα, όπως φαίνεται στο Σχ. 7.

Σχ. 20.7 Φυσικό προσομοίωμα κόμβου πριν τη ρηγμάτωσή του: Ανάπτυξη λοξού θλιπτήρα και λοξού ελκυστήρα σκυροδέματος

Στην περίπτωση γωνιακών κόμβων, εμφα-νίζεται μόνον ένας λοξός θλιπτήρας ή ένας λοξός ελκυστήρας, ανάλογα με τη φορά των καμπτικών ροπών στα άκρα τους, όπως φαίνεται στο Σχ. 9.

Σχ. 20.8 Φυσικό προσομοίωμα κόμβου μετά τη ρηγμάτωσή του

Μετά την αστοχία του λοξού ελκυστήρα του σκυροδέματος, λόγω υπέρβασης της εφελκυστικής αντοχής του, το φυσικό προσομοίωμα του φορέα αντιστοιχεί σ΄αυτό ενός λοξού θλιπτήρα και διαμήκων και εγκάρσιων ελκυστήρων στις θέσεις των οριζόντιων και εγκάρσιων συνδετήρων, όπως φαίνεται στο Σχ. 8.

Σχ. 20.9 Φυσικό προσομοίωμα γωνιακού κόμβου

20.11 Σχεδιασμός Γωνιακών Κόμβων Όπως φαίνεται στο Σχ. 9, στον κόμβο αναπτύσσεται λοξός ελκυστήρας στην περί-πτωση θετικών ροπών και λοξός θλιπτήρας στην περίπτωση αρνητικών ροπών.

Για ίδιο ύψος ζυγώματος και στύλου η δύναμη των ράβδων αυτών είναι ίση με:

FD =√2.Fcd = √2.Fsd1= √2Αs1.fsd (1) (για μηδενική αξονική είναι Fcd= Fsd1).

√2.Fsd1 √2.Fsd1

Fsd1 (α) Fsd1 (β)

Σχ. 20.9 Συνισταμένη ένταση στον κόμβο

Διακρίνονται οι περιπτώσεις κόμβων με θετική ροπή και κόμβων με αρνητική ροπή.

20.11.1 Κόμβοι με Θετική Ροπή Ρηγμάτωση

Όπως φαίνεται στο Σχ. 10, η δρώσα τέμνουσα Τd στον κόμβο είναι ίση με την εφελκυστική δύναμη Fsd1.

max Τd = Fcd = Fsd1 = Αs1.fsd ή (2)

max Τd = Msd/z = Msd/0,9d (2α)

Θεωρώντας αμελητέα την αξονική του ζυγώματος είναι: max σΙ = max τ.


58

Για να μην ρηγματωθεί ο κόμβος πρέπει να ισχύει:

max σΙ = max τ < επ σΙ = (2/3)fct (3)

Θεωρώντας παραβολική κατανομή των δια-τμητικών τάσεων τ μέσα στον κόμβο θα είναι:

Τd Τd

Fsd1 Fsd1

Σχ. 20.10 Τέμνουσα στον κόμβο

max τ = 3/2 τm = 3/2. Αs1.fsd /(bd) (4) ή max τ = /2 τm=3/2. Τd/(bd) = 3/2.Msd/(b.0,9 d2) (4α)

Αντικαθιστώντας στην (3) την τιμή της max τ από τις σχέσεις (4) προκύπτει:

3/2. Αs1.fsd /(bd) < 2/3.fct (5)

3/2.Msd/(b.0,9 d2) <2/3. (5β)

Για συνήθεις τιμές της ροπής Msd ή του διαμήκους οπλισμού Αs1 από τις σχέσεις (5) προκύπτουν υπερβολικά μεγάλες διαστάσεις για τον κόμβο.

(α) (β)

Σχ. 20.11 Ρηγμάτωση κόμβου (α) λόγω λοξού εφελκυσμού, (β) συνολική ρηγμάτωση

Γιαυτό, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 20.7, η ρηγμάτωση του κόμβου είναι αναπό-φευκτη και ο λοξός εφελκυσμός του κόμβου πρέπει να αναληφθεί από οπλισμό

Fsd1√2/2

Fsd1

(α) (β)

Σχ.20.12 Ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων στην εισέχουσα γωνία από την κάθετη στη διαγώνιο του κόμβου συνιστώσα της Fs1

Στο Σχ. 11 φαίνεται η εικόνα ρηγμάτωσης στον κόμβο, στο Σχ. 11(α) λόγω της λοξής εφελκυστικής τάσης σΙ και στο Σχ. 11(β) λόγω των εφελκυστικών ορθών τάσεων στην εισέχουσα γωνία, όπως φαίνεται στο Σχ. 12.

Όπλιση

Πρέπει να διαταχθεί λοξός οπλισμός με εμβαδόν ίσο με √2Αs1 για να αναλάβει τη λοξή εφελκυστική δύναμη √2 Fsd1, όπως φαίνεται στο Σχ. 9.

Ο οπλισμός αυτός μπορεί να είναι είτε λοξοί συνδετήρες, όπως φαίνεται στο Σχ. 12(α), είτε να προκύψει με συνέχιση και πύκνωση των συνδετήρων των γραμμικών μελών.

Η ανάληψη των εφελκυστικών τάσεων στην εισέχουσα γωνία του κόμβου μπορεί να θεωρηθεί ότι γίνεται (έμμεσα) από τις διαμήκεις ράβδους των γραμμικών μελών.

Στην περίπτωση, όμως, κόμβων με μεγάλη γωνία απαιτείται διάταξη πρόσθετου κάθετου οπλισμού ίσου με Αs1√2/2, όπως φαίνεται στο Σχ. 13(β), γιατί, όπως φαίνεται στο Σχ. 12(β), οι εφελκυστικές τάσεις είναι μεγα-λύτερες.

Σχ. 20.13 Όπλιση κόμβων

Διάταξη και Αγκύρωση των ΔιαμήκωνΡάβδων

• Βασική Αρχή

Επειδή, εν γένει, απαιτούνται μεγαλύτερα μήκη αγκύρωσης από τα διαθέσιμα ευθύ-γραμμα μήκη, οι ράβδοι πρέπει να κάμπτονται, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Οι ράβδοι τείνουν να ευθυ-γραμμιστούν όταν εφελκύ-ονται ή να διπλώσουν όταν θλίβονται και, γιαυτό, στη θέση της απόκλισής τους από την ευθυγραμμία αναπτύσσονται δυνά-μεις άντυγας, όπως φαίνεται στο σχήμα, οι οποίες επιπονούν το σκυρόδεμα στη θέση αυτή.


59

Η κάμψη των ράβδων θα πρέπει να γίνεται με τρόπο ώστε οι δυνάμεις άντυγας να μην είναι επιβαρυντικές για τη ρηγμάτωση του κόμβου (να μην τείνουν να αυξήσουν το άνοιγμα των ρωγμών).

• Αγκύρωση Εφελκυόμενου Οπλισμού

Οι εφελκυόμενες διαμήκεις ράβδοι των ευθύγραμμων μελών πρέπει να διατάσσονται και να αγκυρώνονται όπως φαίνεται στο Σχ. 14(α) ή (β).

Διάταξη των ράβδων όπως φαίνεται στο Σχ. 14(γ) οδηγεί σε εκτίναξη της επικάλυψης στην εισέχουσα γωνία.

Διάταξη όπως στο Σχ. 14(δ) είναι δυσμενής καθώς οι δυνάμεις άντυγας στο σημείο κάμψης των ράβδων τείνουν να διευρύνουν τη λοξή ρηγμάτωση του κόμβου.

Η διάταξη στο Σχ. 14(β) είναι αποδεκτή καθώς αναπτύσσονται, όπως φαίνεται στο σχήμα, και δυνάμεις άντυγας που κλείνουν τη λοξή ρωγμή.

Αρμός διας κοπής

(α) (β)

(γ) (δ)

Σχ. 20.14 Αγκύρωση διαμήκων ράβδων (α) και (β) ορθή

(γ) και (δ) λανθασμένη

Η διάταξη αυτή είναι προτιμότερη όταν προβλέπεται αρμός διακοπής της σκυροδέ-τησης στο υποστύλωμα (ο οποίος πρέπει να είναι κάτω από την κρίσιμη διατομή, όπως φαίνεται στο σχήμα).

• Αγκύρωση Θλιβόμενου Οπλισμού

Ο θλιβόμενος οπλισμός δατάσ-σεται, όπως φαίνεται στο σχή-μα.

Για να αποφευχθεί η εκτίναξης της επικάλυψης στην εξωτερική γωνία η ακτίνα καμπυλότητας της ράβδου πρέπει να είναι όσο γίνεται μεγαλύτερη.

20.11.2 Κόμβοι με Αρνητική Ροπή Διαστασιολόγηση

Στον κόμβο αναπτύσσεται, όπως φαίνεται στο Σχ. 9(β) λοξός θλιπτήρας. Για να μην αστοχήσει πρέπει να ισχύει η σχέση (6).

max σΙΙ = max τ < επ σΙΙ = νfcd (6)

Αντικαθιστώντας στην (6) την τιμή της max τ από τις σχέσεις (4) προκύπτει:

3/2. Αs1.fsd /(bd) < 0,6 fcd (7) ή

3/2.Msd/(b.0,9 d2) < 0,6 fcd (7β)

Από τις σχέσεις (7) προκύπτουν οι απαι-τούμενες ελάχιστες διαστάσεις του κόμβου.

Από τη σχέση (7) προκύπτει ότι: Το απαιτούμενο πλάτος του κόμβου είναι

τόσο πιο μικρό όσο πιο υποωπλισμέναείναι τα ευθύγραμμα μέλη (δηλ. η ροπή νααναλαμβάνεται με μεγάλο d και μικρό Αs1)

Όπλιση

Καθώς δεν αναπτύσσεται λοξός εφελκυσμός δεν απαιτείται ιδιαίτερος οπλισμός κόμβου. Αρκεί η συνέχιση και μέσα στον κόμβο των συνδετήρων των υποστυλωμάτων ή και των δοκών αν δεν εμποδίζεται η σκυροδέτηση.

Διάταξη και Αγκύρωση των ΔιαμήκωνΡάβδων

Η διάταξη των εφελκυόμενων διαμήκων ράβδων μπορεί να γίνει όπως φαίνεται στο Σχ. 15(α), αλλά, όπως φαίνεται στο σχήμα, οι δυνάμεις άντυγας στη θέση καμπύλωσης των ράβδων επιβαρύνουν το λοξό θλιπτήρα που αναπτύσσεται και πρέπει να κρατηθούν μικρές. Γιαυτό, η ακτίνα καμπύλωσης των ράβδων πρέπει να είναι όσο γίνεται μεγαλύ-τερη.

Η διάταξη των θλιβόμενων ράβδων μπορεί να γίνει, όπως φαίνεται στο Σχ. 15(β). Και στις ράβδους αυτές η ακτίνα καμπύλωσης των ράβδων πρέπει να είναι όσο γίνεται μεγαλύ-τερη για να αποφευχθεί η εκτίναξη της επικάλυψης.


60

(α) (β)

(γ)

Σχ. 20.15 Όπλιση κόμβου με αρνητικές ροπές

20.12 Σχεδιασμός Kόμβων Τ

Οι κόμβοι του τύπου αυτού, ιδιαίτερα αυτοί με την οριζόντια διάταξη, όπως στο Σχ. 16(β), είναι οι περισσότερο επιπονού-μενοι (τόσο ως προς τις διατμητικές τάσεις στον κόμβο, όσο και ως προς τις τάσεις συνάφειας κατά μήκος των διαμήκων ράβ-δων) και χρήζουν ιδιαίτερης προσοχής.

(α) (β)

Σχ. 20.16 (α) Φυσικό προσομοίωμα κόμβου (β) Αγκύρωση διαμήκων ράβδων

Όπως φαίνεται στο Σχ. 16 και 17, στους κόμβους αυτούς αναπτύσσεται λοξός ελκυ-στήρας και λοξός θλιπτήρας ταυτόχρονα.

Γιαυτό, για τη διαστασιολόγησή τους και την όπλισή τους ισχύουν αυτά που αναφέρθηκαν και για τους δύο προηγούμενους τύπους γωνιακών κόμβων: με λοξό ελκυστήρα (περί-πτωση θετικών ροπών) και λοξό θλιπτήρα (περίπτωση αρνητικών ροπών).

Όπως, όμως, εντοπίζεται παρακάτω, η τέμνουσα στον κόμβο έχει διπλάσια τιμή απ΄αυτήν στους γωνιακούς κόμβους και,

γιαυτό, απαιτούνται περισσότερος οπλισμός και μεγαλύτερο πλάτος κόμβου.

Υπό σεισμική επιπόνηση μεγάλου μεγέθους ενδέχεται οι ρωγμές στα ζυγώματα να παραμείνουν ανοιχτές και μετά την αντι-στροφή της επιπόνησης με συνέπεια να μηδενιστεί η θλιπτική δύναμη Fcd του σκυροδέματος .

Στην περίπτωση αυτή η θλιπτική δύναμη αναλαμβάνεται όλη από το θλιβόμενο οπλισμό ο οποίος, γιαυτό, εντείνεται όσο και ο εφελκυόμενος.

Aπό την ισορροπία του γραμμοσκιασμένου τμήματος του κόμβου στο Σχ. 16 προκύπτει ότι οι διατμητικές τάσεις στον κόμβο έχουν διπλάσια τιμή απ΄αυτές στον γωνιακό κόμβο.

Η αγκύρωση των διαμήκων ράβδων είναι προτιμότερο να γίνεται εξωτερικά του κόμβου, γιατί όπως φαίνεται στο Σχ. 15(β), οι δυνάμεις άντυγας στη θέση κάμψης των ράβδων είναι επιβαρυντικές για το λοξό θλιπτήρα.

Fsd2= Fsd1 Fsd1

Td

Fsd1

Td = Fsd1 + Fsd2= 2 Fsd1

Σχ. 20.17 Διατμητική δύναμη στον κόμβο

Επιπλέον, για κόμβους με οριζόντια διάταξη, όπως στο Σχ. 18, κατά μήκος των άνω οριζόντιων διαμήκων ράβδων αναπτύσ-σονται, όπως φαίνεται στο Σχ. 18(α), ιδιαίτερα μεγάλες τάσεις συνάφειας.

Όπως φαίνεται στο σχήμα, η απαιτούμενη δύναμη συνάφειας για την ισορροπία της άνω διαμήκους ράβδου είναι ίση με:

Tb = Fsd1 + Fsd2= 2 Fsd1

Το απαιτούμενο μήκος αγκύρωσης των ράβδων αυτών είναι ίσο με 2lb (διπλάσιο του βασικού μήκους αγκύρωσης). Για παράδειγμα για ράβδους Φ16 είναι 2(Φ/4).(fs/fb) της τάξεως του 1,5 m.

Επειδή το διαθέσιμο μήκος είναι το ύψος της διατομής του στύλου υπολείπεται κατά πολύ από το απαιτούμενο, οι τάσεις συνάφειας


61

αναμένονονται να υπερβούν κατά πολύ την αντοχή συνάφειας.

Γιαυτό για να αποφευχθεί σημαντική ολί-σθηση των διαμήκων ράβδων στους κόμβους αυτούς πρέπει:

Να χρησιμοποιούνται διαμήκειςράβδοι μικρής διαμέτρου, ώστε ναμικρύνουν οι τάσεις συνάφειας.

Να συνεχίζονται και να πυκνώνονταιμέσα στον κόμβο οι συνδετήρες τωνδοκών ώστε να αυξήσουν τη συνάφειατων οριζόντιων ράβδων.

Η αγκύρωση των κατακόρυφωνράβδων να μεταφέρεται έξω από τονκόμβο, όπως φαίνεται στο Σχ. 16(β), ώστεοι αναπτυσσόμενες δυνάμεις άντυγας στασημεία κάμψης των ράβδων να μηνεπιβαρύνουν τον κόμβο. Το σαμαράκι πουδιαμορφώνεται καλύπτεται από τηνεπικάλυψη των πλακών.

Αν η διαμόρφωση αυτή δεν είναι εφικτήμπορεί να αγκυρωθούνοι ράβδοι εξωτερικά(όπως στην περίπτωσητων προεντεταμένωνράβδων), συγκολλού-μενες σε χαλύβδινοέλασμα εξωτερικά τουζυγώματος, όπωςφαίνεται στο σχήμα.

Tb = 2 Fsd1

Fsd1 Fsd2 = Fsd1 Α Β

A B

lδιαθ

(α) (β)

Σχ. 20.18 (α) Αυξημένες τάσεις συνάφειας στον οριζόντιο διαμήκη οπλισμό (β) Εξωτερική αγκύρωση των ράβδων

Στους κόμβους με κατακόρυφη διάταξη, όπως στο Σχ. 16(α), το πρόβλημα των τάσεων συνάφειας κατά μήκος των διαμήκων ράβδων του υποστυλώματος είναι λιγότερο έντονο, καθώς, λόγω της θλιπτικής αξονικής, δεν παραμένει ανοιχτή ρωγμή σ΄όλο το ύψος της διατομής του υποστυλώματος και ο θλιβόμενος οπλισμός εντείνεται λιγότερο, επειδή δεν μηδενίζεται η θλιπτική δύναμη του σκυροδέματος.

20.13 Σχεδιασμός Κόμβων + Ισχύουν τα ίδια με τους παραπάνω κόμβους.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 19, εντείνονται λιγότερο διατμητικά από τους προηγούμενους. Επίσης, η θλιπτική αξονική του υπερκείμενου υποστυλώματος καλυτερεύει τις συνθήκες συνάφειας των διαμήκων ράβδων.

Τd = (Fcd + Fsd1) - Vsdc = 2 Fsd1 - Vsdc

Σχ. 20.19 Δυνάμεις Συνάφειας διαμήκων ράβδων

α V sd Τd

Fsd

Vsd

Vsd


62

21. ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΗ ΛΥΣΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΠΛΙΣΗ ΤΩΝ ΚΟΜΒΩΝ

(Περισσότερα στην ενότητα Δ, κεφ. 1: Χαλυβοσκυρόδεμα)

Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται εναλλα-κτική λύση για την όπλιση των κόμβων η οποία αίρει τα κατασκευαστικά προβλήματα που αναφέρθηκαν στο κεφ. 20 και, επιπλέον, αυξάνει την ανθεκτικότητα των κατασκευών από σκυρόδεμα η οποία αποτελεί το σημαν-τικότερο πρόβλημα των κατασκευών από σκυρόδεμα σήμερα.

Η όπλιση αυτή προέκυψε στα πλαίσια διπλω-ματικών εργασιών στο εργαστήριο σκυροδέ-ματος του ΕΜΠ και η πειραματική τεκμηρίωσή της δίνεται στο Παράρτημα.

21.1 Περιγραφή της Λύσης Αντί της συμβατικής τοποθέτησης του διαμή-κους οπλισμού στα πέλματα των δομικών στοιχείων από σκυρόδεμα, υιοθετείται, όπως φαίνεται στο Σχ. 1, η εξής διάταξη του οπλισμού:

β

β α α β-β

α-α

Σχ. 21. 1 Εναλλακτική όπλιση

1. Ο διαμήκης και εγκάρσιος οπλισμός τωνυποστυλωμάτων διατάσσεται διάσπαρτοςσ΄όλη την έκταση της διατομής τους μεαποτέλεσμα ένα ομοιομορφισμένο υλικόαπό σκυρόδεμα και χάλυβα, εν είδει ενόςχαλυβοσκυροδέματος.

2. Ο διαμήκης οπλισμός των δοκών διατάσ-σεται καθ΄ ύψος τους και όχι στα πέλματάτους (κατά πλάτος).

3. Η όπλιση των κόμβων διαμορφώνεταιαπό:• τις διαμήκεις ράβδους των δοκών,• τις διαμήκεις ράβδους των υποστυλωμάτων• 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, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

Ο διαμήκης οπλισμός ισοκατανέμεται στην περίμετρο των επί μέρους κλωβών. Το εμβαδόν του συνολικού διαμήκους και

εγκάρσιου οπλισμού παραμένει το ίδιο μ΄αυτό αντίστοιχων στοιχείων με συμβατικήόπλιση και μπορεί να προκύπτει από τιςίδιες υπολογιστικές σχέσεις.

Για τη διευκόλυνση της συναρμολόγησης του οπλισμού, καθώς και της διάστρωσης και της συμπύκνωσης του σκυροδέματος η αγκύρωση των συνδετήρων των εσωτερικών κλωβών του οπλισμού γίνεται υπό γωνία 90ο. Το ση-μαντικό στρώμα σκυροδέματος εκατέρωθεν των συνδετήρων αυτών εμποδίζει το άνοιγμά τους και επιτρέπει την απλοποίηση αυτή.

21.2 Πλεονεκτήματα της Λύσης Η εναλλακτική όπλιση που περιγράφηκε πα-ραπάνω εμφανίζει τα παρακάτω πλεονεκτή-ματα συγκρινόμενη με τη συμβατική όπλιση: Κατασκευαστική ευχέρεια, τυποποίηση και

εκβιομηχάνιση του συνόλου του οπλισμούτων υποστυλωμάτων

Ελλείψει πυκνού άνω διαμήκους οπλισμού και κατακόρυφων συνδετήρων στην περιοχή του κόμβου, αίρονται οι κατασκευαστικές δυσχέ-ρειες κατά τη διάστρωση και συμπύκνωση του σκυροδέματος στην περιοχή αυτή.

Ως εκ του τρόπου διαμόρφωσής του, είναι δυνατή η τυποποίηση και εκβιομηχάνιση ολό-κληρου του σκελετού των οπλισμών των υπο-στυλωμάτων και όχι μόνον του κλωβού των συνδετήρων που ισχύει σήμερα.

Ο οπλισμός μπορεί να προκύπτει με συν-δυασμό επί μέρους συμβατικών κλωβών οπλι-σμού τυποποιημένων διαστάσεων και τυπο-ποιημένου συνολικού διαμήκους και εγκάρ-σιου οπλισμού.

Μια τέτοια βιομηχανική διαμόρφωση ολόκλη-ρου του κλωβού του οπλισμού των υποστυ-λωμάτων, εκτός από τα προφανή πλεονεκτή-ματα για την οικονομία της κατασκευής, εξα-σφαλίζει τα στοιχεία από τοπικές αστοχίες οφειλόμενες σε κακοτεχνίες κατά τη συνα-


63

ρμολόγηση του οπλισμού επί τόπου του έργου. Καλύτερη συνάφεια και αγκύρωση των

ράβδων

Η συνάφεια, το κατ΄ εξοχήν αποφασιστικό μέγεθος για την ασφάλεια των στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα βελτιώνεται σημαντικά με την λύση αυτή. Λόγω του μεγαλύτερου αριθμού των ράβδων που επιτρέπει η λύση αυτή, οι διάμετροι τόσο του διαμήκους όσο και του εγκάρσιου οπλισμού προκύπτουν σημαντικά μικρότερες απ΄ αυτές των αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική όπλιση και είναι δυνατή η τήρηση των μικρών διαμέτρων για το διαμήκη οπλισμό που σχολιάζεται στο κεφ. 6.

Σχ. 21. 2 Εσωτερικές δυνάμεις εκατέρωθεν του κόμβου

Επί πλέον, στις ενδιάμεσες διαμήκεις ράβ-δους δεν αναπτύσσονται καθόλου τάσεις συνάφειας, αφού, όπως φαίνεται στο Σχ. 2, η ένταση στις ράβδους αυτές παραμένει σταθερά εφελκυστική. Μεγαλύτερη πυρασφάλεια και διάρκεια των

κατασκευών και μεγαλύτερη ασφάλεια καιεπισκευασιμότητα των υποστυλωμάτων

Είναι προφανής η αυξημένη πυρασφάλεια και, εν γένει, ανθεκτικότητα των στοιχείων από χαλυβοσκυρόδεμα, καθώς το μεγαλύτερο πο-σοστό του διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού τους είναι προστατευμένο από περιβαλλον-τικές προσβολές, λόγω του μεγαλύτερου πά-χους της επικάλυψής τους.

21.3 Η Λογική της Λύσης

21.3.1 Η ίδια καμπτική αντοχή στοιχείων από με τη συμβατική και την εναλλακτική όπλιση

Η διάταξη των διαμήκων ράβδων καθ΄ύψος των φορέων ή διάσπαρτη σε όλη τη διατομή τους έρχεται σ΄αντίθεση με τη συμβατική

απαίτηση για διάταξη του καμπτόμενου οπλι-σμού στα πέλματα των στοιχείων.

Η απαίτηση αυτή αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο του καμπτικού σχεδιασμού των δομι-κών στοιχείων, όπως αυτός αναγράφεται στα κλασσικά εγχειρίδια οπλισμένου σκυρο-δέματος και προδιαγράφεται στους σύγ-χρονους κανονισμούς.

Σύμφωνα με την κλασσική αυτή αντίληψη, η φέρουσα ικανότητα των στοιχείων με την εναλλακτική διάταξη του διαμήκους οπλι-σμού αναμένεται να είναι σημαντικά μειωμέ-νη, λόγω του μειωμένου μοχλοβραχίονα των εσωτερικών δυνάμεων.

Προσεκτικότερη, όμως, εξέταση αποκαλύπτει ότι η φέρουσα ικανότητα των στοιχείων αυ-τών δεν υστερεί αυτής αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική όπλιση.

Στο Σχ. 3 δίνονται τα διαγράμματα παραμορ-φώσεων 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.

εc Fs2

Αs/2 x Fc

Αs/2 z1

εs1 Fs1 (α)

εc Fs2

Fc F z2

Fs1 εs1

(β)

ΜRdu(α)

= As/2.fsd.z1

ΜRdu(β)

= 3As/4.fsd.z2

Σχ. 21. 3 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας για (α) συμβατική όπλιση και (β) εναλλακτική όπλιση

Όπως προκύπτει από τα παραπάνω διαγράμ-ματα, 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.

Fc Fs

B c A [ε]


64

Η συμβολή των ενδιάμεσων ράβδων στην αύξηση της (συνισταμένης) εφελκυστικής δύ-ναμης Fs1 στοιχείου με καθ΄ ύψος διάταξη του διαμήκους οπλισμού εξισορροπεί, όπως φαίνεται στο Σχ. 3, τον μειωμένο μοχλο-βραχίονα z των εσωτερικών δυνάμεων με αποτέλεσμα η αναλαμβανόμενη ροπή να είναι ίδια μ΄ αυτήν αντίστοιχου στοιχείου με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλματα του στοιχείου.

Η γενικευμένη πεποίθηση του τεχνικού κό-σμου για υποχρεωτική διάταξη του καμπτι-κού οπλισμού στα πέλματα των στοιχείων φαίνεται να πηγάζει από την παραδοχή ότι ο ουδέτερος άξονας των καμπτόμενων φορέ-ων είναι στην περιοχή του μέσου της διατο-μής και, γι΄ αυτό, οι ενδιάμεσες ράβδοι είναι ανενεργές.

Η παραδοχή αυτή φαίνεται να έχει την προέλευσή της σε περιόδους κατά τις οποίες:

Ο σχεδιασμός των στοιχείων γινόταν σεκατάσταση λειτουργικότητας (με τη μέθοδοτων επιτρεπομένων τάσεων) και, γι΄ αυτό,λόγω της μικρής τιμής της ροπής σχεδιασμού(που ήταν η ροπή των φορτίων λειτουργίαςκαι όχι η ροπή αστοχίας), το βάθος τηςθλιβόμενης ζώνης προέκυπτε σημαντικό.

Ο θλιβόμενος οπλισμός των στοιχείωνπεριοριζόταν σ΄ αυτόν της συναρμολόγησηςτων συνδετήρων (οπλισμός montage), και τοπλάτος των δομικών στοιχείων ήταν σχετικάμικρό.

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.

21.3.2 Πλεονεκτήματα στη 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.

Με την εμφάνιση της πρώτης τριχοειδούς (λοξής) διατμητικής ρωγμής ενδιάμεσα του ύψους των στοιχείων ενεργοποιούνται οι εν-διάμεσες διαμήκεις ράβδοι παρεμποδίζοντας την ανεξέλεκτη διεύρυνση και επέκταση της

ρωγμής αυτής, επιτρέποντας έτσι την εμφά-νιση κι άλλων διατμητικών ρωγμών. Με τον τρόπο αυτό: Αυξάνει η διατμητική αντοχή των στοιχείων,

καθώς ενεργοποιούνται περισσότεροισυνδετήρες.

Η διατμητική αστοχία αποκτά πλάστιμοχαρακτήρα.

Σχ. 21. 4 Διατμητική ρηγμάτωση στοιχείων με διαμήκεις ράβδους (α) στα πέλματα και (β) καθ΄ύψος των στοιχείων

Σ΄αντίθεση με τους συνδετήρες, η διατμητική απόδοση των οποίων εξαρτάται σημαντικά από τη σχετική θέση τους ως προς τη μη επα-κριβώς καθορισμένη θέση της διατμητικής ρωγμής, η διατμητική απόδοση των ενδιάμε-σων 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 εσωτερικώνδυνάμεων, το βάθος της θλιβόμενης ζώνηςπροκύπτει μεγαλύτερο και, γι αυτό, είναιμεγαλύτερη η διατμητική συμβολή τουσκυροδέματος της θλιβόμενης ζώνης.

Λόγω του μεγαλύτερου βάθους της θλιβόμενηςζώνης αποφεύγεται ή καθυστερείται η αστοχίασυνάφειας κατά μήκος του θλιβόμενουοπλισμού η οποία χαρακτηρίζει τη διατμητικήσυμπεριφορά των συνήθων στοιχείων, καθώςοι θλιπτικές τάσεις της θλιβόμενης ζώνηςκλείνουν τη διατμητική ρωγμή.

Λόγω της συνύπαρξης των ορθώνεφελκυστικών τάσεων των ενδιάμεσων(καθ΄ύψος) ράβδων, η κλίση της κύριαςεφελκυστικής τάσης στην περιοχή του μέσουτου ύψους του στοιχείου διατηρείται σταθερή,όπως φαίνεται στο σχήμα, με αποτέλεσμα νακαθυστερείται η οριζοντίωσή της πουπαρατηρείται στα συνήθη στοιχεία λόγωαπώλειας συνάφειας των ακραίων διαμήκωνράβδων και να ενεργοποιούνται περισσότεροισυνδετήρες για την ανάληψη της δρώσας τέμ-νουσας.

(β)

(α)


65

22. ΠΛΑΣΤΙΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΣΦΙΞΗ ΜΙΑ ΑΝΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΚΛΑΣΣΙΚΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΣΗ

22.1 Η Έννοια της Περίσφιξης

Για την αντιμετώπιση της ψαθυρότητας του σκυροδέματος, εκτενείς πειραματικές εργα-σίες, κυρίως σε χώρες χωρίς ιδιαίτερη σεισμι-κή δραστηριότητα, όπως η Αγγλία, εστιάθη-καν στην διερεύνηση του διαγράμματος συμ-περιφοράς δοκιμίων σκυροδέματος υπό κεν-τρική θλίψη μετά το μέγιστο φορτίο (φορτίο αστοχίας), του αποκαλούμενου φθιτού κλά-δου (βλ. Σχ. 1).

Επιπονήθηκαν δοκίμια από άοπλο σκυρόδεμα και δοκίμια οπλισμένα με διάφορους τύπους συνδετήρων, όπως αυτοί που φαίνονται στο Σχ. 2.

Σχ. 22.1 Διάγραμμα τάσεων-παραμορφώσεων

του σκυροδέματος

Από τα πειράματα αυτά για τα δοκίμια τα οπλισμένα με τους συνδετήρες προέκυψε:

μεγαλύτερο φορτίο θραύσεως και

πιο ομαλός φθίνοντας κλάδος τουδιαγράμματος συμπεριφοράς

Η αύξηση του μέγιστου φορτίου και η μικρό-τερη κλίση του φθίνοντα κλάδου προέκυψε μεγαλύτερη για τα δοκίμια με κυκλικούς συν-δετήρες. Στα δοκίμια με πρισματικούς συν-δετήρες καλύτερη συμπεριφορά επέδειξαν αυτά με τις περισσότερες γωνίες στη διαμόρ-φωση των συνδετήρων, όπως στα δοκίμια που φαίνονται στο Σχ, 2(β).

(α) (β) (γ)

Σχ. 22.2 Εγκάρσιες τομές πειραματικών δοκιμίων

Σε όλες τις περιπτώσεις καλύτερη συμπε-ριφορά προέκυψε για μικρότερη απόσταση των συνδετήρων.

Η καλύτερη συμπεριφορά των δοκιμίων με συνδετήρες είναι αποτέλεσμα της περίσφιξης την οποία ασκούν οι συνδετήρες στο θλιβό-μενο σκυρόδεμα των δοκιμίων.

Το σκυρόδεμα υποκείμενο σε θλιπτική επιπό-νηση κατά μία διεύθυνση τείνει να διογκωθεί κατά την κάθετη διεύθυνση. Οι συνδετήρες αντιστεκόμενοι, όπως φαίνεται στο Σχ. 3, στην εγκάρσια διόγκωση του θλιβόμενου σκυροδέματος στις περιοχές των γωνιών τους θέτουν μέρος της θλιβόμενης διατομής του σκυροδέματος υπό εγκάρσια θλιπτική ένταση.

(α)

Σχ. 22.3 (α) Διαγραμμισμένη επιφάνεια διογκού- μενη λόγω του θλιπτικού φορτίου (β) Διαγραμμισμένη επιφάνεια υπό εγ- κάρσια θλιψη λόγω της αντίστασης των συνδετήρων στη διόγκωση

Με τον τρόπο αυτό παρεμποδίζεται, όπως φαί-νεται στο Σχ. 4, το άνοιγμα των ρωγμών λόγω της θλιπτικής επιπόνησης και συντελούν στην αύξηση της αντοχής και της μέγιστης παραμόρφωσης των δοκιμίων.

Σχ. 22.4 Η ευνοϊκή δράση της ανάπτυξης εγκάρσιων τάσεων λόγω των συνδετήρων

ρωγμή

1-1 Περιοχή εγκάρσιας έντασης

1

1

σc

φθίνων κλάδος

εc

1

1-1

1

(β)


66

Η εισαγόμενη τριαξονικότητα είναι, προφα-νώς, τόσο πιο έντονη όσο πιο μικρή είναι η απόσταση των συνδετήρων και όσο περισσό-τερα είναι τα σημεία κάμψης, οι γωνίες, των συνδετήρων.

22.2 Οι Συμβατικές Αντιλήψεις για τη Σημασία της Περίσφιξης στη Σεισμική Συμπεριφορά των Στοιχείων

Στα κλασικά εγχειρίδια αντισεισμικού σχεδια-σμού και στον αντισειμικό κανονισμό η περίσφιξη του θλιβόμενου σκυροδέματος από τους συνδετήρες θεωρείται ως το βασικό μέγεθος που καθορίζει την πλαστιμότητα των δομικών στοιχείων.

Η θεώρηση αυτή στηρίζεται στο ότι, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 8, η πλαστιμότητα σε επίπεδο διατομής των δομικών στοιχείων είναι ανάλογη της μέγιστης παραμόρφωσης εcu του σκυροδέματος σε κατάσταση αστοχίας.

Επειδή η πλαστιμότητα αποτελεί, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 7, βασικό μέγεθος του αντισεισμικού σχεδιασμού, προδιαγράφεται ει-δικός υπολογισμός της απόστασης και των γωνιών των συν-δετήρων ώστε να επιτευχθεί η απαιτούμενη πλαστιμότητα.

Μέτρον της ασκούμενης εγκάρσιας περίσφιξης ορίστηκε ο ογκομετρικός συντελεστής των συνδετήρων και με βάση εμπειρικούς τύπους υπολογίστηκε η απόδοση της περίσφιξης σε όρους αύξησης της θλιπτικής αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης διαφόρων σύνθετων διατάξεων του εγκάρσιου οπλισμού.

22.3 Οι Βιομηχανικές «Καινοτομίες» (Βλ. και κεφ. 23)

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των πειρα-μάτων που αναφέρθηκαν στο κεφ. 22.1, ιδιαίτερα αποδοτικές κρίθηκαν οι διατάξεις εγκάρσιου οπλισμού με σπειροειδή διαμόρ-φωση καθώς και σύνθετες διατάξεις συν-δετήρων με χαρακτηριστική τη διάταξη συν-δυασμού ορθογωνικού και ρομβοειδούς συν-δετήρα που φαίνεται στο Σχ. 2(β).

Οι διατάξεις αυτές βιομηχανοποιήθηκαν και στην ο σπειροειδής οπλισμός επεκτάθηκε και σε ορθογωνική σπειροειδή διαμόρφωση για την υιοθέτησή του σε πρισματικά στοιχεία.

Η τελευταία αυτή «καινοτομία» η οποία έτυχε ιδιαίτερης δημοσιότητας και αποδοχής από τον τεχνικό κόσμο ως «η μεταφορά των κλασ-σικών πλεονεκτημάτων του σπειροειδούς οπλισμού και στην περίπτωση των πρι-

σματικών στοιχείων» αποτελεί κλασσικό πα-ράδειγμα παραβίασης του προφανούς και καταστρατήσησης της φυσικής λογικής.

(α) (β) (γ)

Σχ. 22.5 Δράση περίσφιξης για (α) κυκλική σπείρα, (β) ορθογωνικούς συνδετήρες (γ) πρισματική σπείρα

Όπως φαίνεται στο Σχ. 5, παρεμπόδιση στην εγκάρσια διόγκωση του σκυροδέματος, περί-σφιξη, οι ορθογωνικοί συνδετήρες, τόσο οι με-μονωμένοι όσο και οι σπειροειδείς, ασκούν μό-νον στην περιοχή των κορυφών τους, ενώ ο κυκλικός σπειροειδής οπλισμός (καθώς και οι μεμονωμένοι κυκλικοί συνδετήρες) α-σκούν περίσφιξη σ΄όλη την περίμετρό τους. Η μεγαλύτερη περίσφιξη που αποδίδεται

στον κλασικό σπειροειδή οπλισμό οφείλεταιστο κυκλικό σχήμα του και όχι στη

σπειροειδή διαμόρφωσή του,

Γιαυτό, η περίσφιξη που ασκεί ο πρισματικός σπειροειδής οπλισμός σε κεντρικά θλιβόμενα στοιχεία είναι σαφώς μικρότερη απ΄αυτήν που ασκεί ο κλασσικός κυκλικός σπειροειδής. Με βάση τη φυσική λογική: Η περίσφιξη του πρισματικού

σπειροειδούς οπλισμού αναμένεται να είναι μικρότερη και απ΄ αυτήν των μεμονωμένων ορθογωνικών συνδετήρων, καθώς τα ευθύγραμμα (διογκούμενα) τμήματά του έχουν, λόγω της κλίσης τους, μεγαλύτερο μήκος, η δε γωνία στις κορυφές του είναι μεγαλύτερη απ΄αυτήν (των 90ο) των ορθογωνικών συνδετήρων(1).

Πρόσθετα μειονεκτήματα του οπλισμού αυτού σχολιάζονται στην ενότητα Γ.


67

22.4 Γιατί η Ευνοϊκή Δράση της Περίσφιξης των Συνδετήρων

δεν Ισχύει για Στοιχεία Υπό Σεισμική Επιπόνηση

22.4.1 Η Ανορθολογική Υιοθέτηση Πειραματικών Αποτελεσμάτων

Οι διατάξεις περί της ευνοϊκής δράσης της πε-ρίσφιξης του θλιβόμενου σκυροδέματος της ασκούμενης από τους συνδετήρες βασίστηκε στα αποτελέσματα των εργασιών που σχολιά-ζονται στο κεφ. 22.1.

Τα αποτελέσματα, όμως, των εργασιών αυτών αναφέρονται σε κεντρική θλιπτική επιπόνηση και όχι (υπερισχύουσα) καμπτική επιπόνηση στην οποία υπόκεινται τα στοιχεία υπό σει-σμική φόρτιση.

Οι εργασίες αυτές αποτέλεσαν την πρώτη πει-ραματική επαλήθευση της αρχής της απρο-σδιοριστίας στην περιοχή του σκυροδέματος, αποκαλύπτοντας την εξάρτηση των αποτελε-σμάτων από τις μηχανές και την διαδικασία δοκιμασίας και μέτρησης* .

Τα αποτελέσματα, όμως, των εργασιών αυτών δεν σχετίζονται με τον σχεδιασμό των φο-ρέων, καθώς (υπερισχύουσα) θλιπτική επιπό-νηση αφορά σε υποστυλώματα υπό την δράση των κατακόρυφων φορτίων.

Για τα κατακόρυφα φορτία δεν επιτρέπεται λειτουργία των υποστυλωμάτων σε κατάσταση αστοχίας (για την οποία έχει νόημα η περίσφιξη του σκυροδέματος από τον εγκά-ρσιο οπλισμό). Ο σχεδιασμός των υποστυ-λωμάτων εξασφαλίζει ότι τα κατακόρυφα φορτία υπολείπονται σημαντικά από το φορτίο αστοχίας, (ώστε να μην απαιτείται επισκευή της κατασκευής κάθε φορά που θα δέχεται όλα τα φορτία λειτουργίας της).

Μετά την σεισμική εμπειρία των τελευταίων δεκαετιών, στους κανονισμούς, λόγω της τυχηματικής φύσης της σεισμικής δράσης και για λόγους οικονομίας, επετράπη ο σχεδια-σμός για επιπόνηση των υποστυλωμάτων σε κατάσταση αστοχίας, ετέθη η απαίτηση για πλαστιμότητα των στοιχείων και υιοθετήθηκαν τα αποτελέσματα των παραπάνω εργασιών.

_____________________ * εντοπίζοντας ως βασικές παραμέτρους τηςσυμπεριφοράς τον τύπο και το μέγεθος του δοκιμίου, την δυσκαμψία της μηχανής, την ταχύτητα επιβολής και τον τύπο της επιπόνησης, τον τύπο των μετρητικών διατάξεων, κ.λ.π.

22.4.2 Λόγοι για την Ακύρωση της Δράσης της Περίσφιξης στην Περίπτωση Καμπτικής Επιπόνησης

Η μεταφορά των πειραματικών αποτελεσμά-των από την κεντρική θλιπτική επιπόνηση στην καμπτική επιπόνηση παραβλέπει ότι:

Στην περίπτωση της καμπτικήςεπιπόνησης μεταβάλλονται όλα τα βασικάμεγέθη που καθορίζουν το μέγεθος τηςασκούμενης δράσης περίσφιξης.

Έτσι:

Η θλιβόμενη διατομή είναιορθογωνική με μεγάλο λόγο πλευρών

Ενώ στην περίπτωση κεντρικής θλίψης η θλιβόμενη περιοχή τετραγωνικού υποστυ-λώματος είναι τετράγωνη, στην περίπτωση καμπτικής επιπόνησης η θλιβόμενη περιοχή είναι ορθογωνική με μεγάλο λόγο πλευρών, καθώς το βάθος της θλιβόμενης ζώνης σε κατάσταση αστοχίας των υποστυλωμάτων είναι αρκετά μικρότερο από το πλάτος τους.


• Το βάθος της θλιβόμενης ζώνης σεκατάσταση αστοχίας υποστυλώματος μεδιαστάσεις 300Χ300 mm είναι της τάξεωςτων 40 mm.

Αν απ΄αυτή αφαιρεθoύν 30 mm για τηνεπικάλυψη των συνδετήρων απομένειθλιβόμενη περιοχή 10X300 mm.

Όπως είναι προφανές και έχει επαληθευτεί και από πειράματα σε επιμήκη δοκίμια υπό κεν-τρική θλίψη, στην περίπτωση αυτή, όπως φαί-νεται στο Σχ. 6, η περιοχή υπό εγκάρσια θλίψη είναι πολύ μικρό ποσοστό του εμβαδού του στοιχείου και, γι΄αυτό, αμελητέα η όποια ευνοϊκή επιρροή της στην αντοχή και την παραμόρφωση του στοιχείου.

Σχ. 22.6 Ποσοστό διατομής που υπόκειται σε εγκάρσια θλίψη: (α) Κεντρική θλίψη ->μικρό (β) Καμψη-> μηδενικό

1-1

x

1

1

1 1-1 (α)

x

(β)


68

Από δοκιμές έχει προκύψει ότι:

Η δράση περίσφιξης των συνδετήρωνμηδενίζεται για δοκίμια υπό κεντρική θλίψη στα οποία ο λόγος των πλευρών της διατομής τους υπερβαίνει το 2.

O αντίστοιχος λόγος των πλευρών της θλιβόμενης περιοχής σε ένα υποστύ-λωμα 300χ300 υπό σεισμική επιπόνηση είναι, όπως εντοπίστηκε παραπάνω 30.

Είναι προφανές, όπως φαίνεται και στο Σχ. 6(β), ότι δεν υπάρχει στα στοιχεία αυτά θλιβόμενη ζώνη για να ασκηθεί περίσφιξη από τους συνδετήρες.

Επιπρόσθετα:

Ενώ στα δοκίμια υπό κεντρική θλίψη σεκατάσταση αστοχίας όλη η διατομή υπόκειται σε ομοιόμορφη τάση, στη θλιβόμενη ζώνη των υποστυλωμάτων υπό καμπτική επιπόνηση η τάση, όπως φαίνεται στο Σχ. 6(β), βαίνει μειούμενη μηδενιζόμενη στον ουδέτερο άξονα της διατομής.

Κατά συνέπειαν, η αναπτυσσόμενη εγκάρσια διόγκωση του σκυροδέματος είναι εξασθενημένη και, γι αυτό, εξασθενημένη είναι και η ασκούμενη περίσφιξη από τους συνδετήρες.

Η διατομή των δομικών στοιχείωνείναι σημαντικά μεγαλύτερη απ΄αυτήν των πειραματικών δοκιμίων

Προκειμένου για τη θλιπτική επιπόνηση για την οποία και μόνον, όπως σχολιάστηκε παρα-πάνω, έχει νόημα η περίσφιξη από τους συν-

δετήρες, η ασκούμενη τάση περίσφιξης είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 7, αντίστροφα ανάλο-γη με τη διάσταση των στοιχείων.

Η διάσταση των δομικών στοιχείων είναισημαντικά μεγαλύτερη απ΄αυτήν των πειραματικών δοκιμίων και, γι΄αυτό, η ασκούμενη τάση περίσφιξης για ίδια απόσταση s των συνδετήρων μ΄ αυτήν των πειραματικών δοκιμίων είναι σημαντικά μικρότερη απ΄αυτήν των δοκιμίων.

σ = (2. As.fs )/(α .s)

Σχ. 22.7 Εγκάρσια τάση περίσφιξης

22.5 Πειραματική Επαλήθευση

Στο κεφ. 23 παρατίθενται και σχολιάζονται πειραματικά αποτελέσματα δοκιμασίας σε εναλλασσόμενη επιπόνηση πειραματικών στοι-χείων σε περίπου φυσική κλίμακα με διά-φορους τύπους εγκάρσιου οπλισμού με βάση τα οποία επιβεβαιώνεται η ανεδαφικότητα των αντιλήψεων περί δράσης περίσφιξης από τον εγκάρσιο οπλισμό.

σ As.fs

As.fs

s

α σ .α.s = 2. As.fs

α


69

23. ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΟΥΣΣΥΝΔΕΤΗΡΕΣ ΚΑΙ ΟΡΘΟΓΩΝΙΚΗ ΣΠΕΙΡΑ ΚΡΑΤΟΥΣΕΣ ΑΝΤΙΛΗΨΕΙΣ ΚΑΙ ΑΜΦΙΣΒΗΤΙΣΗ ΤΟΥΣ

Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται και σχο-λιάζονται τα αποτελέσματα συγκριτικής δο-κιμασίας σε μονότονη και εναλλασσόμενη καμτοδιατμητική επιπόνηση δώδεκα αμφιέρει-στων πειραματικών στοιχείων με τον συνήθη ορθογωνικό συνδετήρα και στοιχείων με τις θεωρούμενες ως πιο αποδοτικές διατάξεις του εγκάρσιου οπλισμού που σχολιάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο.

23.1 Στόχος και Σχεδιασμός Πειραματικού Προγράμματος

Στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών του εργαστηρίου σκυροδέματος του ΕΜΠ σχεδιά-στηκε και διεκπεραιώθηκε πειραματικό πρό-γραμμα με στόχο να διερευνηθεί η ορθότητα των ισχυρισμών για αύξηση της φέρουσας ικανότητας και καλύτερη αντισεισμική συμπε-ριφορά στοιχείων με ορθογωνική σπείρα (θώρακα), κατά πόσον είναι η ίδια μ΄αυτήν στοιχείων με τον κλασσικό κυκλικό σπειροειδή οπλισμό και στοιχείων με συνδυασμό ορθο-γωνικού και ρομβοειδούς συνδετήρα.

Η διερεύνηση βασίζεται στα αποτελέσματα της συμπεριφοράς πειραματικών στοιχείων μή-κους 2,0 m και διατομής 15Χ30 cm τα οποία στηρίχθηκαν αμφιέρειστα και υποβλήθηκαν σε εναλλασσόμενη μετατόπιση στο μέσον του ανοίγματός τους.

Τα γεωμετρικά και τεχνολογικά στοιχεία των στοιχείων δίνονται στον Πίνακα 1.

23.2 Στοιχεία με Σύνθετη Διάταξη Ορθογωνικών και Ρομβοειδών Συνδετήρων

Περίσφιξη Σκυροδέματος από τουςΣυνδετήρες

Όπως φαίνεται από τα διαγράμματα συμ-περιφοράς στο Σχ. 1 , 2 και 3 τα στοιχεία με τον συνδυασμό ορθογωνικού και ρομβοειδούς συνδετήρα εμφανίζουν την ίδια φέρουσα ικανότητα, αλλά και την ίδια παραμορφωσιακή συμπεριφορά με τα στοιχεία με τον απλό ορθογωνικό συνδετήρα και για τα δύο ποσο-στά διαμήκους οπλισμού που διερευνήθηκαν.

Είναι χαρακτηριστική η σύμπτωση, τόσο των μονότονων διαγραμμάτων, όσο και των παρ-θενικών και πρώτων κύκλων της εναλλασ-σόμενης επιπόνησης των δύο τύπων στοι-χείων.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Πειραματικά Στοιχεία

Στοιχεία 6, 9 και 11 με ορθογωνική σπείρα

Στοιχεία 10 και 11 με απόσταση συνδετήρων 200 mm


70

Ιδιοτυπίες Συμπεριφοράς

Μετά τον παρθενικό κύκλο επιπόνησης πα-ρουσιάζεται μείωση της αντοχής των στοι-χείων οφειλόμενη στην μειωμένη συμβολή των ενδιάμεσων διαμήκων ράβδων μετά την ανακύκλιση της επιπόνησης, όπως σχολιάζεται στο κεφ. 15.2 και 15.3 και φαίνεται στο Σχ. 4 και 5.

Η μείωση αυτή εμφανίζεται και στο στοιχείο 1 γιατί τηρήθηκε και στο στοιχείο αυτό ο ενδιάμεσος καθύψος οπλισμός ώστε να απο-μονωθεί η επιρροή μόνον του ρομβοειδούς, συνδετήρα.

Όπως φαίνεται στα διαγράμματα συμπερι-φοράς η μείωση αυτή δεν παρατηρείται στο στοιχείο 5 με διάταξη του διαμήκους οπλισμού στα πέλματα, μόνον, του στοιχείου.

Η πτώση αυτή της αντοχής μετά την ανα-κύκλιση της επιπόνησης αναμένεται μεγαλύτερη για τα στοιχεία στις κατασκευές, λόγω των μεγαλύτερων διαμέτρων των ενδιάμεσων ράβδων που υιοθετούνται και

η παραγνώρηση της πτώσης της αντοχήςμετά την ανακύκλιση μπορεί να οδηγήσει σεαστοχία του ικανοτικού σχεδιασμού τωνυποστυλωμάτων.

Η μεγαλύτερη σταθερότητα των υστερητικών κύκλων που παρατηρείται στα στοιχεία με τον σύνθετο τύπο συνδετήρα αντανακλά την μεγαλύτερη παρεμπόδιση του λυγισμού των διαμήκων ράβδων που παρατηρήθηκε στα στοιχεία αυτά.

Η ταχύτερη απομείωση του φορτίου μετά τους αρχικούς πέντε κύκλους επιπόνησης που παρατηρείται στο στοιχείο με τον απλό ορθο-γωνικό συνδετήρα οφείλεται στο προοδευτικό άνοιγμα συνδετήρα στην κρίσιμη περιοχή του στοιχείου με συνέπεια να επιταχυνθεί ο λυγισμός της διαμήκους ράβδου στη θέση αυτή.

Σχ. 23.1 Μονότονη συμπεριφορά δοκιμίων 3 και 4

ι

Σχ. 23.2 Διαγράμματα συμπεριφοράς δοκιμίων 1, 2 και 2α

Σχ. 23.3 Παρθενικός και πρώτος κύκλος δοκιμίων 1 και 2

200-180-160-140-120-100-80-60-40-20

020406080

100120140160180200220

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40dl(mm

P(KN)

1

2

2α


71

Είναι εμφανές κατά την πειραματική δια-δικασία ότι:

Η τελική αστοχία των στοιχείων μεκαμπτική αστοχία, η οποία καθορίζει το μέγεθος της πλαστιμότητας στην περίπτωση μονότονης επιπόνησης και τον αριθμό των υστερητικών βρόχων στην περίπτωση εναλλασσόμενης επιπόνησης, αντιστοιχεί, κατά κανόνα, στο λυγισμό των διαμήκων θλιβόμενων ράβδων.

Η μεγαλύτερη παρεμπόδιση του λυγισμού των διαμήκων ράβδων, οφειλόμενη στη διαμόρ-φωση του ρομβοειδούς συνδετήρα ως συνέ-χεια του ορθογωνικού, η οποία εξασφαλίζει καλύτερη αγκύρωση των συνδετήρων, δεν αναμένεται στην περίπτωση διαμόρφωσης του σύνθετου συνδετήρα με συνδυασμό επί μέρους μεμονωμένων κλωβών ορθογωνικών και ρομβοειδών συνδετήρων.

Στην περίπτωση αυτή θα είναι μεγαλύτερη και η μείωση του φορτίου μετά τον παρθενικό κύκλο, λόγω της, για λόγους προσαρμογής των δύο κλωβών συνδετήρων, μικρότερων διαστάσεων του ρομβοειδούς συνδετήρα και, γιαυτό, μικρότερου μοχλοβραχίονα των δια-μήκων ράβδων του.

Σχ. 23.4 Διαγράμματα Ρ-δ για στοιχεία με διαμήκη 4 Φ16 και απόσταση συνδετήρων 100 mm

5: συνήθεις συνδετήρες 6: ορθογωνική σπείρα

23.3 Στοιχεία με Ορθογωνική Σπείρα

Στο Σχ. 4, 5 και 6 δίνονται τα διαγράμματα συμπεριφοράς των δοκιμίων με ορθογωνική σπείρα και των συζηγών δοκιμίων με συνήθεις συνδετήρες.

Σχ. 23..5 Διαγράμματα Ρ-δ για στοιχεία με διαμήκη 4 Φ14 και απόσταση συνδετήρων 100 mm


Σχ. 23.6 Διαγράμματα Ρ-δ για στοιχεία με διαμήκη 4 Φ14 και απόσταση συνδετήρων 200 mm


-100-80-60-40-20

020406080

100120

5 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

dl(

10

11

5

6

8

9


72

Όπως φαίνεται από τα παραπάνω διαγράμ-ματα κανένα από τα στοιχεία με ορθο-γωνική σπείρα δεν επέδειξε μεγαλύτερη φέρουσα ικανότητα ούτε καλύτερη αντι-σεισμική συμπεριφορά από τα συζηγή στοιχεία με συνήθεις συνμδετήρες.

Παρόμοια συμπεριφορά επέδειξε μόνον το στοιχείο 6 με τη μικρότερη απόσταση βήματος της σπείρας και το μεγαλύτερο ποσοστό διαμήκους οπλισμού.

Τα στοιχεία 9 και 11 με το μικρότερο ποσοστό διαμήκους οπλισμού και το μεγαλύτερο βήμα επέδειξαν κατά πολύ χειρότερη συμπεριφορά.

Η παρατηρούμενη μεγαλύτερη στένωση των υστερητικών κύκλων στο στοιχείο 6 εκτι-μάται ότι σχετίζεται με τις παρακάτω ιδιο-τυπίες των στοιχείων με πρισματική σπείρα: Η διατμητική ικανότητα του στοιχείου

αριστερά και δεξιά της διατομής λόγω τηςαντίθετης κλίσης των σκελών της σπείραςστις δύο πλευρές, είναι διαφορετική.

Το φαινόμενο αυτό αναμένεται πιοέντονο στην περίπτωση μεγάλου βήματοςτης σπείρας, (περίπτωση δοκών).

Σημειώνεται ότι: Στην περίπτωση που το βήμα της

ορθογωνικής σπείρας δεν είναι ιδιαίτεραμικρό, είναι αναποτελεσματική ωςστρεπτικός οπλισμός.

Σε φορείς με δύο στρεπτικές στηρίξεις, στους οποίους η στρεπτική ρωγμή έχει αντίθετη κλίση στα δύο μισά του ανοίγματός τους, ο σπειροειδής οπλισμός είναι ανενεργός στο μισό του ανοίγματος.

Στην περίπτωση, δε, εναλασσόμενης στρεπτικής επιπόνησης η αναποτελεσματικότητα του σπειροειδούς οπλισμού ισχύει και για φορείς με μία στρεπτική στήριξη.

Μολονότι ο σπειροειδής οπλισμόςεξασφαλίζει, λόγω της ενιαίαςδιαμόρφωσής του, από κακοτεχνίες στηνθέση αγκύρωσης που παρατηρούνταιστην περίπτωση των συνήθωνσυνδετήρων, μειονεκτεί ως προς τηνέκταση της επαφή του με τιςδιαμήκεις ράβδους.

Ενώ στην περίπτωση των συνήθωνορθογωνικών συνδετήρων, η επαφή τωνδιαμήκων ράβδων στις κορυφές τωνσυνδετήρων εκτείνεται στο μισό, περίπου,της περιμέτρου των ράβδων, στην

περίπτωση της σπείρας περιορίζεται σε σημειακή επαφή με συνέπεια, αφενός, μικρότερη παρεμπόδιση του λυγισμού των διαμήκων ράβδων και, αφετέρου, μεγαλύτερη τάση για εγκάρσια παραμόρφωση του κλωβού, (άνοιγμα του κλωβού προς κυκλική διαμόρφωση), ιδιαίτερα, στην περίπτωση συνύπαρξης σημαντικής θλιπτικής επιπόνησης. Λόγω του σχήματός της, η παραμόρφωση αυτή δεν συμβαίνει στην περίπτωση της κυκλικής σπείρας.

Ο κλωβός του σκελετού των στοιχείων μεορθογωνική σπείρα, ως εκ του τρόπουπαραγωγής του, προκύπτει με διακριτήστρέβλωση αυξανόμενη με το βήμακαι το μήκος της σπείρας.

Στην Εικόνα 2 φαίνεται η στρέβλωση τουκλωβού για βήμα 50 mm και μήκος 1.0m. Η στρέβλωση αυτή, ενδέχεται,ιδιαίτερα, στην περίπτωση σκυροδέματος μικρής σχετικά αντοχής και διαμήκων ράβδων μικρής σχετικά διαμέτρου να οδηγεί σε δυσμενείς συνέπειες, λόγω παρασιτικής έντασης.

Εικόνα 2 Στρέβλωση του κλωβου του οπλισμού στα δοκίμια με ορθογωνική σπείρα

23.4 Ορθογωνικά Στοιχεία με Κυκλική Σπείρα

Στο Σχ. 7 δίνονται τα διαγράμματα συμπε-ριφοράς των συζηγών δοκιμίων 5 και 7 με ίδιο διαμήκη οπλισμό.

Από τη σύγκριση της συμπεριφοράς των δοκιμίων προκύπτει ότι:

Το δοκίμιο με την κυκλικά σπείρα σπείραεμφανίζει την ίδια φέρουσα ικανότηταμε το στοιχείο με τους ορθογωνικούςσυνδετήρες κατά τον παρθενικό κύκλοεπιπόνησης.

Ο μειωμένος μοχλοβραχίονας των εσωτερικών δυνάμεων στην περίπτωση του στοιχείου με την κυκλική σπείρα


73

εξισορροπείται, από την μεγαλύτερη δύναμη του εφελκυόμενου οπλισμού, όπως φαίνεται στο Σχ. 3. .

Σχ. 23.6 Διαγράμματα συμπεριφοράς δοκιμίων 5 και 7

εc Fs2

Αs/2 x Fc

Αs/2 z1

εs1 Fs1 (α)

εc Fs2

Fc F z2

Fs1 εs1

(β)

ΜRdu(α)

= As/2.fsd.z1

ΜRdu(β)

= 3As/4.fsd.z2


Μετά την ανακύκληση της επιπόνησης,όμως, παρατηρείται σημαντική μείωσητης αντοχής του στοιχείου με τηνκυκλική σπείρα.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 4, μετά τηνανακύκληση μεγάλου εύρους, (επειδή οι

καμπτικές ρωγμές εκτείνονται, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3, σ΄όλο το ύψος των στοιχείων:

Εικόνα 3 Μορφή αστοχίας δοκιμίου με κυκλική σπείρα.

• Μειώνεται η δύναμη του εφελκυόμενουοπλισμού και ο μοχλοβραχίονας τωνεσωτερικών δυνάμεων.

Στο στοιχείο με τους ορθογωνικούςσυνδετήρες δεν προκύπτει διακριτήδιαφοροποίηση της καμπτικής αντοχήςμετά την ανακύκληση, καθώς δενμεταβάλλεται η δύναμη του εφελκυόμενουοπλισμού ούτε ο μοχλοβραχίονας τωνεσωτερικών.

1 εc Fs2= Αs/2.fs

z1

εs1 Fs1= Αs/2.fs2 ε1 = ε2 (α)

1 ε1

2

Fs1

2 ε2 ε1 = ε2 (β)

Σχ. 23.8 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας μετά την ανακύκλιση για διάταξη (α) κατά πλάτος και (β) καθ΄ ύψος

Το στοιχείο με την κυκλική σπείραεμφανίζει μεγαλύτερη σταθερότητατων υστερητικών κύκλων.

Η σταθερότητα αυτή είναι αποτέλεσμαστην μεγαλύτερη παρεμπόδιση του


74

λυγισμού των διαμήκων ράβδων που επιτυγχάνεται λόγω της μεγαλύτερης επικάλυψης των περισσότερων διαμήκων ράβδων του στοιχείου.

Η ευνοϊκή αυτή επιρροή δεν αναμένεται σε στοιχεία με κυκλική διατομή.

Σημειώνεται ότι:

μέχρι και την τελική αστοχία του στοιχείου 7 δεν παρατηρήθηκε αποκόλληση της μεταβλητού πάχους επικάλυψης του οπλισμού.

Η εικόνα αστοχίας του στοιχείου δεν διέφερε, αυτήν των πρισματικών στοιχείων με την συνήθη όπλιση.

Από τα παραπάνω προκύπτουν ενδείξεις ότι η ορθογωνική διαμόρφωση των υποστυλω-μάτων με κυκλική σπείρα είναι προτιμότερη της κυκλικής, καθώς εκτός από την μεγαλύτερη παρεμπόδιση του λυγισμού των περισσότερων διαμήκων ράβδων τους, η αυξημένη επικάλυψη μέρους του διαμήκους οπλισμού τους, εξασφαλίζει μεγαλύτερη προστασία τους έναντι διάβρωσης.

23.5 Συμπερασματικά Αμφιέρειστα πειραματικά στοιχεία διαστά-σεων 300Χ300Χ2200 mm με τις θεωρού-μενες ως πιο αποδοτικές διατάξεις συν-δυασμού ορθογωνικού και ρομβοειδούς συνδετήρα, ορθογωνικής σπείρας και κυκλικής σπείρας, υποβληθέντα σε ενα-λασσόμενη καμπτοδιατμητική επιπόνηση στο μέσον του ανοίγματος αντίστοιχη σε τιμή του δείκτη πλαστιμότητας ίση με μ=3.5, δεν επέδειξαν μεγαλύτερη φέρουσα ικανό-τητα, ούτε καλύτερη παραμορφωσιακή συμπεριφορά από συζυγή στοιχεία με μεμονωμένους ορθογωνικούς συνδετή-ρες.

Προέκυψε:

1. Παρόμοια συμπεριφορά στοιχείων μεσύνθετο τύπο ορθογωνικού καιρομβοειδούς συνδετήρα.

2. Χειρότερη υστερητική συμπεριφοράστοιχείων με ορθογωνική σπείρα

3. Καλύτερη υστερητική συμπεριφορά, αλλάσημαντική πτώση της φέρουσαςικανότητας μετά τον παρθενικόκύκλο επιπόνησης ορθογωνικώνστοιχείων στοιχείων με κυκλικήσπείρα.


75

24. Η ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΣΥΝΔΕΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΟΧΙ Ο ΤΥΠΟΣΤΩΝ ΣΥΝΔΕΤΗΡΩΝ ΚΑΘΟΡΙΣΤΙΚΟ ΜΕΓΕΘΟΣ

ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΛΑΣΤΙΜΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΦΟΡΕΩΝ

24.1 Οι Δυσμενείς Συνέπειες του Θλιβόμενου Οπλισμού

Για την αύξηση της πλαστιμότητας των κα-τασκευών, τα κλασσικά εγχειρίδια και οι κα-νονισμοί του σκυροδέματος, εκτός από την απαίτηση για περίσφιξη μέσω συνδετήρων, προδιαγράφουν και την απαίτηση για θλιβό-μενο οπλισμό.

Η διάταξη του θλιβόμενου οπλισμού συντελεί στη μείωση της θλιπτικής δύναμης του σκυρο-δέματος και, γι΄αυτό, στη μείωση του βάθους x της θλιβόμενης ζώνης.

Κατ΄αυτόν τον τρόπο, μειώνοντας τη συμ-βολή του ψαθυρού σκυροδέματος ο θλιβό-μενος οπλισμός συντελεί σε μεγαλύτερη πλαστιμότητα των στοιχείων.

Η θετική αυτή επιρροή, όμως του θλιβόμενου οπλισμού συνοδεύεται με μιαν αρνητική επιρροή, καθώς προκύπτει ένας πρόσθετος μηχανισμός αστοχίας: ο λυγισμός των διαμήκων θλιβόμενων ράβδων.

Είναι εμφανές, κατά την πειραματική διαδι-κασία, ότι:

Η τελική αστοχία των στοιχείων με(αρχική) καμπτική αστοχία, η οποία καθορίζει το μεγεθος της πλαστιμότητας στην περίπτωση μονότονης επιπόνησης και τον αριθμό των υστερητικών βρόχων στην περίπτωση εναλλασσόμενης επιπόνησης, προκύπτει, όπως σχολιάστηκε και στο κεφ. 14, κατά κανόνα, με τη μορφή λυγισμού των διαμήκων θλιβόμενων ράβδων.

24.2 Η Μή Συσχέτιση της Πλαστιμό- τητας με τον Λυγισμό των Διαμήκων Ράβδων

Ο λυγισμός των διαμήκων ράβδων μολονότι λαμβάνεται υπόψη στους κανονισμούς για τον καθορισμό της μέγιστης απόστασης των συν-δετήρων συναρτήσει της διαμέτρου των θλι-βόμενων διαμήκων ράβδων, δεν συσχετίζεται με το μέγεθος της πλαστιμότητας.

Συζυγή στοιχεία με ίδιο εμβαδόν θλιβόμενου οπλισμού και ίδια απόσταση συνδετήρων, αλ-λά διαφορετικές διαμέτρους οπλισμού, σύμ-φωνα με τους τύπους των κλασσικών εγχειρι-δίων και των κανονισμών θα επιδείξουν ίδια πλαστιμότητα.

Στην πράξη, όμως, τα στοιχεία με τη μικρό-τερη διάμετρο των θλιβόμενων ράβδων θα επιδείξουν μικρότερη πλαστιμότητα, λόγω του συντομότερου λυγισμού των θλιβόμενων ρά-βδων τους.

Γι΄ αυτό:

Για ίδια πλαστιμότητα, στοιχεία μεμικρότερες διαμέτρους διαμήκων ράβδωναπαιτούν μικρότερες αποστάσειςσυνδετήρων.

24.3 Παρεμπόδιση Λυγισμού των Διαμήκων Ράβδων αντί για Δράση Περίσφιξης ο Ρόλος των Συνδετήρων

Όπως εντοπίστηκε παραπάνω η ευνοϊκή δράση των συνδετήρων στην παρεμπόδιση του λυγισμού των θλιβόμενων ράβδων και με τον τρόπο αυτό αύξηση της διάρκειας της αστοχίας των στοιχείων είναι η αιτία που στοιχεία με πυκνότερη διάταξη των συν-δετήρων επιδεικνύουν μεγαλύτερη πλαστιμό-τητα.

Η ευνοϊκή αυτή δράση των συνδετήρων από-δίδεται στους κανονισμούς και ακαδημαϊκά βοηθήματα στη δράση περίσφιξης της θλιβό-μενης ζώνης του σκυροδέματος από τους συνδετήρες.

23.4 Η Ίδια Συμπεριφορά Στοιχείων με Σύνθετους Τύπους Συνδε- τήρων

Η παρανόηση αυτή οφειλόμενη, όπως σχολιά-στηκε στο κεφ. 22, στην ανορθολογική μετα-φορά πειραματικών αποτελεσμάτων, επιβεβαι-ώνεται από πειραματικά αποτελέσματα σεισμι-κής δοκιμασίας πειραματικών στοιχείων σε πε-ρίπου φυσική κλίμακα που δίνονται στην ενότητα Γ.

Στα πειράματα αυτά διαφοροποίηση της συμπεριφοράς των στοιχείων παρατηρήθηκε μόνον με τη μεταβολή της απόστασης των συνδετήρων.

Δεν παρατηρήθηκε διαφοροποίηση της συ-μπεριφοράς στοιχείων με σύνθετο τύπο συν-δετήρων για τα οποία με βάση την αντίληψη περί δράσης περίσφιξης θα ανεμένετο καλύ-τερη συμπεριφορά.


76

25. ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΠΡΟΣΦΑΤΑ ΣΚΥΡΟΔΕΤΗΜΕΝΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΥΠΟ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΔΟΝΗΣΗ

25.1 Οι Τρεις Καταστάσεις του Σκυροδέματος

Διακρίνονται η νωπή, η μεταβατική και η σκληρυμένη κατάσταση του σκυροδέματος.

Μεταβατική χαρακτηρίζεται η κατάσταση του σκυροδέματος στο διάστημα μεταξύ έναρξης της πήξης του, περίπου έξι ώρες από την παρασκευή του, και τέλους της πήξης του, περίπου είκοσι ώρες από την παρασκευή του. Το σκυρόδεμα στην κατάσταση αυτή είναι από πλευράς ρευστότητας όπως ο ζελές.

25.2 Η Εμφάνιση Ρηγμάτωσης Ενδειξη Ασφάλειας

Αν συμβεί σεισμός τις πρώτες ώρες ή τις πρώτες ημέρες μετά τη σκυροδέτηση μιας κατασκευής τίθεται ζήτημα κατά πόσον ο σεισμός έχει επηρεάσει τη φέρουσα ικανότητα της κατασκευής.

Συνήθως υιοθετείται το ίδιο κριτήριο που ισχύει για τις υπόλοιπες κατασκευές: Η κατασκευή θεωρείται ασφαλής αν από επιτόπια εξέταση μετά το σεισμό δεν εμφανίσει ρωγμές.

Η εμφάνιση ρωγμής, όμως, δεν είναι πάντα δυσμενής ένδειξη.

* Η εμφάνιση ρωγμής είναι ένδειξη ότι τοσκυρόδεμα της κατασκευής τη στιγμήτου σεισμού είχε προφθάσει να αναπτύξειαντοχή και συνάφεια με τον οπλισμό,αφού η κατασκευή συμπεριφέρθηκε ωςαποτελούμενη από οπλισμένο σκυρόδεμα.

Μόνον στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα ρηγματώνονται. Καμπτόμενα στοιχεία από άοπλο σκυρόδεμα δεν ρηγματώνονται. Απλά διαχωρίζονται στα δύο.

Στα στοιχεία από άοπλο σκυρόδεμα, (ή από οπλισμένο σκυρόδεμα στα οποία δεν έχει αναπτυχθεί συνάφεια μεταξύ σκυροδέματος και ράβδων οπλισμού και, γι αυτό, δεν έχει ενεργοποιηθεί ο οπλισμός), μόλις με την αύξηση της επιπόνησης υπερβληθεί η εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος και ανοίξει η ρωγμή δεν υπάρχει οπλισμός για να την «ράψει» και να την εμποδίσει να επεκταθεί σε όλο το ύψος του στοιχείου και να το χωρίσει στα δύο.

Η εμφάνιση ρηγμάτωσης στα στοιχεία της κατασκευής είναι απόδειξη ότι δεν έχει διαταραχθεί η συνάφεια σκυροδέματος και οπλισμού και, γι αυτό, δεν έχει μειωθεί η φέρουσα ικανότητά τους.

Με την πάροδο του χρόνου και την αύξηση της αντοχής του σκυροδέματος θα αυξηθεί η αντοχή συνάφειας και θα αναπτυχθεί η προ-βλεπόμενη στη μελέτη δύναμη του οπλισμού.

25.3 Η Σημασία της Κατάστασης του Σκυροδέματος κατά τη

Σεισμική Δόνηση για την Ασφάλεια της Κατασκευής

Διακρίνονται οι παρακάτω περιπτώσεις:

Σεισμική Δόνηση κατά τη ΝωπήΚατάσταση του σκυροδέματος

Λόγω της παραμορφωσιμότητας (ρευστότητας) του σκυροδέματος, δεν θα προκύψει πρόβλημα συνάφειας, καθώς το σκυρόδεμα θα εξακολουθήσει να είναι σε επαφή με τον οπλισμό.

Σεισμική Δόνηση κατά τη ΜεταβατικήΚατάσταση του σκυροδέματος

Το σκυρόδεμα είναι ιδιαίτερα ευάλωτο καθώς έχει απωλέσει την παραμορφωσιμότητα (ρευ-στότητα) της νωπής κατάστασής του χωρίς να έχει αποκτήσει ακόμη αντοχή και, ως εκ τούτου, ούτε συνάφεια με τον οπλισμό.

Σκυρόδεμα και χάλυβας είναι ασύνδετα μεταξύ τους και, γι αυτό, σε περίπτωση σεισμού ή άλλης δόνησης θα συμπεριφερθούν ανεξάρ-τητα το ένα από το άλλο χάνοντας την επαφή τους με συνέπεια να μην μπορεί να απο-κατασταθεί η μεταξύ τους συνάφεια ούτε κατά τη σκληρυμένη κατάσταση του σκυροδέματος.

Στην περίπτωση αυτή δεν υπάρχει οπτική ένδειξη αστοχίας καθώς τα κενά στην επαφή σκυροδέματος και οπλισμού είναι εσωτερικά. (Μπορούν να εντοπιστούν με πυρηνοληψία σε χαρακτηριστικές θέσεις).

Σεισμική Δόνηση κατά τη ΣκληρυμένηΚατάσταση του σκυροδέματος

Επειδή έχει αναπτυχθεί η συνάφεια μεταξύ των δύο υλικών, τα στοιχεία από οπλισμένο σκυ-ρόδεμα θα συμπεριφερθούν ως αποτελούμενα από ενιαίο υλικό.

Αν η ηλικία του σκυροδέματος είναι μικρή και δεν έχει αναπτυχθεί ακόμη επαρκής αντοχή συνάφειας, ενδέχεται οι φορείς να ρηγμα-τωθούν. Στην περίπτωση αυτή υπάρχει οπτική ένδειξη της ανεπάρκειας και, γι΄αυτό δυνα-τότητα αποκατάστασης των φορέων.


77

26. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ: ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

Για την ενδιάμεση δοκό Δ1-Δ2 και το γωνιακό υποστύλωμα Κ1 στο Σχ. 1 ζητούνται:

1. Έλεγχος διαμήκη και εγκάρσιου οπλισμού της δοκού για κατακόρυφα φορτία2. Ικανοτικός έλεγχος της δοκού σε τέμνουσα3. Τιμή της Αξονικής Δύναμης του Υποστυλώματος4. Εκτίμηση καμπτικής αντοχής του υποστυλώματος5. Ικανοτικός έλεγχος του υποστυλώματος σε κάμψη

Κ1

5,0 m

5,0/4

5,0 m

5,0 m 5,0 m

2Φ16 4Φ16 2Φ16

4Φ14 4Φ14

ΔΟΚΟΣ Δ1-Δ2

ql2/8

ql2/14

Υλικά: C20/25, S500

Φορτία qk = 2 kN/m2

Πάχος πλάκας h=20 cm Διαστάσεις δοκού: b/h =25/55 cm

1. Φορτία πλάκαςgκι.β = 25 x 0,20 = 5,0 kN/m2

qk = 2,0

2. Φορτία δοκού-Χαρακτηριστικές τιμέςgκι.β=25 x 0,25x(0,55-0,15) = 2,0 kN/m

Aπό πλάκα: g= 5,0x2,5= 12,5 kN/m q = 2,0x2,5 =5,0 kN/m

Φορτία σχεδιασμού δοκού για κατακόρυφαρd= 1,35(2,0+12,5)+1,5x2,0 =23 kN/m

Φορτία σχεδιασμού δοκού για σεισμό ρd= 1,0(2,0+12,5)+0,3χ2,0 =15 kN/m

4. ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΓΙΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΦΟΡΤΙΑ

4.1 Στατική Επίλυση *

MsdB =- ρd l2/8 =23x5,02 /8=-70 kN/m** VsdB =Vo–(MB–MA)/l = 23x5,0/2-(-70-0)/5,0= 83kN**

4.2 Καμπτικές και Διατμητικές Αντοχές****

MRduB = As1.fsd.0,9d = 4x2,0. 10-4 x435.103x0,9x0,50 = 180 kNm


.78

VRd3 =Vcd +VRdw =VRd1 +VRdw >(0,9x0,50/0,15).0,5.10-4x435.103=160 kN

4.3 Έλεγχος Ανίσωσης Ασφαλείας για Κατακόρυφα Φορτία

MsdB=70 < MRduB=180 VsdB =83 < VRd3=160 =>

Φορέας ασφαλής για κατακόρυφα

5. ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΈΛΕΓΧΟΣ ΔΟΚΟΥ ΣΕ ΤΕΜΝΟΥΣΑ

MRduB+= 180 kNm MRduB- MRduB+ MRduB-= 180. (4x1,5)/(4x2,0)= 135 kNm

MRduA+= 135 kNm MRduA-= 180. (2x2,0)/(4x2,0)= 90 kNm

VCDA = Vo – [(MrduA+- MrduB_)/l].γCD =15x5,0/2-[135-(-180)]1,40/5,0 =38-64 =-26 kN

VCDΑ = Vo –[(MrduA- - MrduB+)/l]. γCD = 38-[-90-135].1,40/5,0 =38-45 = -7 kN

VCDΒ = Vo - (MrduΒ- - MrduΑ+)/l γCD = 38+64 =102 kN

VCDΒ = Vo - (MrduΒ+ - MrduΑ-)/l γCD = 38+45 =83 kN

Διατμητική αντοχή VRd3 =Vcd +VRdw =0,3 VRd1 +VRdw >160 kN

Έλεγχος Ανίσωσης Ασφαλείας: VCD < VRd3 => ο φορέας δεν θα αστοχήσει διατμητικά στο σεισμό

6. ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΈΛΕΓΧΟΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΟΣ ΣΕ ΚΑΜΨΗ

6.1 Αξονικό Φορτίο και Καμπτική Αντοχή Υποστυλώματος Κ1

Νsd = (1,35x5,0+1,5x2,0).2,5x2,5 = 61kN +ι.β. << ΝRdu

ΝRdu=0,3x,03x0,85x20.103/1,5 =1000kN πορεί να παραλειφθεί η συμβολή του Νsd στην ΜRdu

ΜRdu = As1.fsd.0,9d = 2x2,0. 10-4 x435.103x0,9x0,25 = 390 kNm

6.2 Iκανοτικός Έλεγχος του Υποστυλώματος σε Κάμψη

ΜRduc= 390 kNm > 1,20 ΜRdub= MRduA+-={135,90} => Δεν θα αστοχήσει το υποστύλωμα σε κάμψη

ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΥΝΤΟΜΕΥΣΕΩΝ * Δεν απαιτούνται δυσμενείς φορτίσεις, καθώς ούτε είναιέντονα άνισα τα ανοίγματα, ούτε είναι μεγάλος ο λόγος g/q.

Οι δυσμενείς φορτίσεις έχουν νόημα μόνον για να εντοπιστεί αν σε κάποιο άνοιγμα προκύπτει αρνητική ροπή. (η αύξηση της θετικής ροπής στο άνοιγμα και της αρνητικής στη στήριξη που προκύπτει δεν είναι, εν γένει, αξιόλογη).

Η τιμή της αρνητικής αυτής ροπής δεν χρειάζεται, καθώς κρίσιμη διατομή για τις αρνητικές ροπές είναι, όπως φαίνεται στο σχήμα, η ροπή στην παρειά της στήριξης, δηλ. αρκεί να επεκταθούν στο άνοιγμα οι άνω ράβδοι στη στήριξη.


.79

Kίνδυνος για αρνητική ροπή υπάρχει όταν είναι έντονα άνισα τα ανοίγματα είτε είναι μεγάλος ο λόγος g/q.

* Η ροπή αστοχίας είναι ανάλογη του οπλισμού.Ο λόγος των ροπών αστοχίας ΜRdu στη στήριξη προς το άνοιγμα είναι μεγαλύτερος από τοναντίστοιχο λόγο των Μsd .

** Προφανώς η Vsd είναι μεγαλύτερη στην ενδιάμεση στήριξη απ΄ό,τι στην ακραία (η ενδιάμεση στήριξη επιφορτίζεται από την αρνητική ροπή σ΄αυτή, ενώ η ακραία στήριξη αποφορτίζεται απ΄ αυτήν) για κατακόρυφα φορτία.

*** Στις πλάκες και στις πλακοδοκούς, λόγω του μεγάλου b, αλλά και σε ορθογωνικές δοκούς λόγω του σημαντικού θλιβόμενου οπλισμού, το x ειναι μικρό και άρα μεγάλο το εs1. Για εs1>8%ο είναι z=0,9d με μεγάλη ακρίβεια (μεγαλύτερη απ΄αυτήν των πινάκων που βασίζονται σε maxεs1=10%ο, ενώ σήμερα maxεs1=68%ο)

εs1 εy=2,17%o 10%o 15%o 20%o 30%o

x/d 0,65 0,25 0,20 0,15 0,12 z/d 0,70 0,90 0,91 0,92 0,94

Ο θλιβόμενος οπλισμός δεν λαμβάνεται υπόψη (για μη υπεροπλισμένους φορείς) όταν δεν υπάρχει αξονική δύναμη, γιατί, όπως αποδεικνύεται το σημείο εφαρμογής της θλιπτικής δύναμης Fsd2 συμπίπτει (περίπου) με το σημείο εφαρμογής της θλιπτικής δύναμης Fcd του σκυροδέματος.

a=0,4x Fsd2 d2 x

Fcd Για εc= 3.5%o και εs1 =10%o => x= 0,25d => z.fsd a = 0,4. 0,25d =0,1d

Για d=0,50 m => a = 0,05 m = d2

εs1 Fsd1 Αυξάνει μόνον την εs1 γιατί μειώνει το x και μικρή μείωση του x αυξάνει σημαντικά την εs1 (ο ουδέτερος άξονας είναι ψηλά)


80

Ενότητα Β

ΔΙΑΔΟΧΙΚΑ ΒΗΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

Β. Διαδοχικά Βήματα Αντισεισμικού Σχεδιασμού

81

1. Η ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝΥπό τον όρο «σεισμός» δηλώνεται ενεργειακή διαταραχή σε εστιακή θέση (υπόκεντρο σεισμού) του φλοιού της γης η οποία γίνεται αντιληπτή με τη μορφή κυματικής κίνησης του εδάφους.

Η εδαφική κίνηση μεταδιδόμενη (και ενισχυόμενη) μέσω του εδάφους της θεμελίωσης στη βάση της κατασκευής συνεχίζει μεταδιδόμενη στο σώμα της κατασκευής (ως προέκτασης του γήϊνου φλοιού) και θέτει σε εξαναγκασμένη κίνηση τα επί μέρους στοιχεία της. Τα στοιχεία της κατασκευής αντιστεκόμενα στην αλλαγή της θέσης τους, λόγω της δυσκαμψίας τους και των μεταξύ τους στηρίξεων, εντείνονται αυτοεπιπονούμενα.

1.1 Οι Τρεις Συνιστώσες

Η σεισμική κίνηση τυχούσας διεύθυνσης ανα-λυόμενη ως προς τις διευθύνσεις των τριών αξόνων της κατασκευής δίνει δύο οριζόντιες (κάθετες μεταξύ τους) συνιστώσες και μία κα-τακόρυφη συνιστώσα.

Για τις περιπτώσεις των συνήθων κατασκευών στους κανονισμούς επιτρέπεται ανεξάρτητη θεώρηση κάθε μίας από τις τρεις σεισμικές συνιστώσες.

Η συνδυασμένη δράση τους λαμβάνεται υπόψη με την παρακάτω προσέγγιση:

Αν Εx και Εy είναι οι τιμές των στατικών μεγεθών από επίλυση για ανεξάρτητη δράση κατά την διεύθυνση x και y, αντίστοιχα, η τιμή Ε για συνδυασμένη δράση είναι:

Ε = Εx + 0,3 Εy και E = Ey + 0,3 Ex

Η επιρροή της κατακόρυφης συνιστώσας συ-νήθως αμελείται. Θεωρείται ότι καλύπτεται από την επαρκή θλιπτική αντοχή των κατα-κόρυφων στοιχείων. Προκειμένου για τα ορι-ζόντια στοιχεία θεωρείται ότι καλύπτεται από τους μεγαλύτερους συντελεστές ασφαλείας των φορτίων στο συνδυασμό τους χωρίς σεισμό.

Η κατακόρυφη συνιστώσα λαμβάνεται υπόψη μόνο σε προεντεταμένες δοκούς (βλ. ενότητα Τ) και σε δοκούς με φυτευτά υποστυλώματα.

1.2 Η Σεισμική Φόρτιση ως (Αυτογε- νής) Δυναμική Φόρτιση

Απλοποιητικά, η κατασκευή προσομοιώνεται με πρόβολο φορέα πακτωμένο στο έδαφος, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

Στατική Ισορροπία

Ένας φορέας επιπονούμενος με μια στατική δύναμη Ρs εντείνεται και μετά από μια με-τατόπιση x ισορροπεί αναπτύσσοντας εσω-τερική δύναμη PR ίση με την εξωτερική δύ-

ναμη Ρs. Η εξίσωση ισορροπίας διέπεται από την παρακάτω σχέση:

Ρs = ΡR = Κ.x (1) Στη σχέση (1) είναι:

Κ: η αντίσταση του φορέα x: η σχετική μετακίνηση ως προς τη βάση

Σχ. 1.1 Πρόβολος φορέας υπό οριζόντια δύναμη

Δυναμική Ισορροπία

Αν η επιβαλλόμενη δύναμη Ρs μεταβάλλεται με το χρόνο, είναι δυναμική, η αναπτυσ-σόμενη μετατόπιση x θα μεταβάλλεται κι΄ αυτή με το χρόνο με ταχύτητα μεταβολής dx/dt και επιτάχυνση μεταβολής d2x/dt2.

Η κατασκευή αντιδρώντας στη δύναμη Ρs(t) αναπτύσσει ΡR(t) η οποία είναι η συνισταμένη των δυνάμεων που προκύπτουν λόγω των αντιστάσεων Κ, c και m της κατασκευής στη μεταβολή των x, dx/dt και d2x/dt2, αντίστοι-χα, αναπτύσσοντας εκτός από τη στατική δύναμη Κ.x, τη δύναμη απόσβεσης c. dx/dt και την αδρανειακή δύναμη m.d2x/dt2

.

Η σχέση (1) της στατικής ισορροπίας μετα-τρέπεται στη σχέση (2) της δυναμικής ισορ-ροπίας:

P(t) = m.d2x/dt2 + c.dx/dt + K.x (2)

Επειδή η μετατόπιση είναι συνάρτηση του χρόνου και η σχέση (2) πρέπει να ικανοποι-είται κάθε χρονική στιγμή t, η σχέση (2) είναι γνωστή και ως εξίσωση κίνησης.

x

Κ Ρ

Ρ = Κx

x


82

1.3 Η Επιβαλλόμενη Μετατόπιση ως Επιπονούσα Δύναμη

Στατική Ισορροπία

Αν εκτός από την επιβαλλόμενη δύναμη Ρ η κατασκευή υπόκειται και σε επιβαλλόμενη με-τακίνηση xo στη βάση της, τότε η σχέση (1) παίρνει την παρακάτω μορφή:

Ρ = Κ.(x + xo) (1α)

Αν μηδενιστεί η επιβαλλόμενη δύναμη προκύ-πτει η σχέση (3):

Κ.(x + xo) =0 => - Κ.xo = Κ. x (3)

Η σχέση (3) αντιστοιχεί στη σχέση (1) αν τεθεί:

Ρ =- Κ.xo (4)

Από τη σχέση (4) συμπεραίνεται ότι:

Η εξίσωση ισορροπίας κατασκευής υπόεπιβαλλόμενη μετατόπιση xo είναι, όπωςφαίνεται στο Σχ. 2, όμοια μ΄ αυτήν κατα-σκευής υπό επιβαλλόμενη δύναμη ίση με- Κ.xo.

Σχ. 1.2 H επιβαλλόμενη μετατόπιση ως οριζόντια δύναμη

Δυναμική Ισορροπία

Αν εκτός από την επιβαλλόμενη δύναμη Ρ(t) η κατασκευή υποκειται και σε επιβαλλόμενη με-τακίνηση xo(t) στη βάση της, τότε η σχέση (2) παίρνει την παρακάτω μορφή:

P(t) = m.d2x/dt2 + m.d2xo/dt2 + +c.dx/dt + K.x (2α)

Αν μηδενιστεί η επιβαλλόμενη δύναμη, προ-κύπτει:

m.d2x/dt2 + m.d2xo/dt2 +c.dx/dt + K.x = 0 →- m.d2xo/dt2 = m.d2x/dt2+c.dx/dt + Κ.x (5)

H σχέση (5) αντιστοιχεί στη σχέση (2) αν τε-θεί:

Ρ(t) =- m.d2xo/dt2 (6)

Από τη σχέση (6) συμπεραίνεται ότι:

Η εξίσωση δυναμικής ισορροπίαςκατασκευής υπό επιβαλλόμενη μετατόπισηxo(t) είναι όμοια μ΄ αυτήν κατασκευήςυπό επιβαλλόμενη δύναμη ίση μεm.d2xo/dt2.

Σχ. 1. 3 Η σεισμική μετατόπιση ως επιβαλλόμενη δύναμη στην κορυφή του

1.4 Η Σεισμική Μετατόπιση ως Στατική Δύναμη

Λόγω της δυναμικής φύσης της σεισμικής φόρτισης απαιτείται ανάλυση της κατασκευής σύμφωνα με τις αρχές της δυναμικής ανά-λυσης ως εξής: Να εντοπιστεί το θεωρητικό μοντέλλο της

κατασκευής.

Να εκτιμηθούν τα δυναμικά χαρακτηριστικάτης.

Να καταστρωθούν και επιλυθούν οι διαφορικέςεξισώσεις του συστήματος για διέγερσησυμβιβαστή με τα σεισμοτεκτονικά καιγεωτεχνικά δεδομένα της περιοχής.

Στους κανονισμούς λαμβάνοντας υπόψη:

1. Τον πολύπλοκο και χρονοβόρο χαρακτήρατης δυναμικής ανάλυσης.

2. Την αβεβαιότητα ως προς την επιτυγχα-νόμενη ακρίβεια των αποτελεσμάτων, κα-θώς:

- παρατηρείται σημαντική απόκλιση των αποτε-λεσμάτων για μικρές αποκλίσεις στα χαρα-κτηριστικά της σεισμικής φόρτισης και τα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής

- είναι σημαντικές οι αβεβαιότητες που υπει-σέρχονται στην εκτίμηση του μεγέθους, της διεύθυνσης και της περιόδου της σεισμικής δράσης

- είναι σημαντικές οι αβεβαιότητες που υπει-σέρχονται στην εκτίμηση των δυναμικών χαρακτηριστικών της κατασκευής. Οι αβεβαιότητες αυτές είναι αυτοενισχυόμενες, καθώς οι τιμές των χαρακτηριστικών αυτών καθορίζουν την τιμή της φόρτισης η οποία καθορίζει τις τιμές των χαρακτηριστικών αυτών.

επιτρέπεται για συνήθεις κατασκευές να γίνε-ται στατική ανάλυση.

xο(t)

m.d2xo/dt2

xο

Κxο


83

2. ΤΙΜΗ ΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ

2.1 Σχεδιασμός σε Κατάσταση Αστοχίας (Μη Κατάρρευσης)

Η τιμή του σεισμικού φορτίου δίνεται υπό τη μορφή φάσματος (μέγιστων τιμών) των επι-ταχύνσεων του σεισμού σχεδιασμού συναρτή-σει των ιδιοπεριόδων Τ των κατασκευών και παραμέτρους:

• τη σεισμική επικινδυνότητα της περιοχήςστην οποία βρίσκεται η κατασκευή

• τα χαρακτηριστικά του εδάφους και τοντύπο της θεμελίωσης

• την απόσβεση της κατασκευής

Το φάσμα σχεδιασμού αντιστοιχεί σε πιθανό-τητα υπέρβασης των τιμών του 10% στα 50 χρόνια.

Βάσει της ιδιοπεριόδου Τ της κατασκευής προ-κύπτει από το φάσμα η τιμή της αναμενό-μενης μέγιστης επιτάχυνσης.

Η τιμή αυτή αντιστοιχεί σε ελαστική συμπερι-φορά της κατασκευής.

Ανάλογα με τον τύπο της αντισεισμικής διά-ταξης και το υλικο κατασκευής εκτιμάται η ικανότητα της κατασκευής για ελαστοπλα-στικη συμπεριφορά και ο συντελεστής συμπε-ριφοράς q που αντιστοιχεί.

Η παραπάνω τιμή της επιτάχυνσης διαιρού-μενη με το συντελεστή (ελαστοπλαστικής) συμπεριφοράς q δίνει την τιμή της επιτάχυν-σης για ελαστοπλαστικό σχεδιασμό.

Αναλογα με τη σπουδαιότητα της κατασκευής κρινόμενη με οικονομικά-κοινωνικά κριτήρια η πιο πάνω τιμή της επιτάχυνσης πολλαπλα-σιάζεται με τον "συντελεστή σπουδαιό-τητας"γ.

Η τελική τιμή της επιτάχυνσης Rd(Τ) πολ-λαπλασιαζόμενη επί την ταλαντούμενη μάζα m δίνει το ισοδύναμο στατικό φορτίο στη βάση της κατασκευής το οποίο αποτελεί και τη δρώσα τέμνουσα στη θέση αυτή:

Vο = Rd (Τ).m (α)

2.2 Σχεδιασμός σε Κατάσταση Λειτουργίας (για Περιορισμό Βλαβών

Εκτός από το σχεδιασμό σε κατάσταση αστο-χίας η κατασκευή ελέγχεται και σε κατάσταση λειτουργίας, όπως και στην περίπτωση σχεδια-σμού της για κατακόρυφα φορτία.

Με τον έλεγχο σε κατάσταση λειτουργίας εξα-σφαλίζεται, όπως και στην περίπτωση των κατακόρυφων φορτίων, ότι για το «σεισμό λειτουργίας», δηλ. για σεισμούς με συχνή εμ-φάνιση, τα βέλη των φορέων της κατασκευής δεν θα υπερβαίνουν κάποια τιμή ώστε να μην προκύπτουν προβλήματα βλαβών στις υποκείμενες τοιχοποίες. Γι΄αυτό, η κατάσταση αυτή δηλώνεται, επίσης, και ως «κατάσταση πε-ριορισμού βλαβών».

Η τιμή του σεισμικού φορτίου για την κατά-σταση αυτή προκύπτει από το φάσμα επιτα-χύνσεων στο κεφ.2.1 με τις τιμές του δι-αιρεμένες δια του 2,5.

Σχ. 2.1 Μορφή διαγράμματος Μ-δ

Ο σχεδιασμός στην κατάσταση αυτή γίνεται για ελαστική συμπεριφορά της κατασκευής, αφού το διάγραμμα συμπεριφοράς [Μ-δ] των φορέων είναι, όπως φαίνεται στο Σχ.1, γραμ-μικό για μικρή στάθμη της ροπής Μ.

Γι αυτό, οι τιμές της επιτάχυνσης δεν διαι-ρούνται με το συντελεστή συμπεριφοράς q.

2.3 Κατανομή Φορτίου Καθ΄Ύψος

Σε κατασκευές μικρού ύψους (με ένα ή δύο ορόφους, κατασκευές με ιδιοπερίοδο Τ<1 sec) και, εν γένει, δύσκαμπτες κατασκευές ταλαντούμενες με εύρος που αντιστοιχεί, κυρίως, στη θεμελιώδη ιδιομορφή, η μετα-βολή της μετατόπισης καθ΄ ύψος τους είναι γραμμική με μηδενική τιμή στη βάση τους και μέγιστη τιμή στην κορυφή τους.

λ μεγάλο λ μέτριο λ μικρό

Σχ. 2.2 Κατανομή δύναμης ανάλογα με τη λυγηροτητα της κατασκευής

Μ

δ

Γραμμική περιοχή


84

Επειδή η σεισμική δύναμη είναι ανάλογη της επιτάχυνσης η οποία είναι ανάλογη της μετα-τόπισης, η κατανομή των σεισμικών δυνά-μεων καθ΄ ύψος είναι, επίσης, γραμμική.

Η δύναμη Fi στη στάθμη i κτιρίου με μάζα mi

και ύψος zi δίνεται από τη σχέση :

Fi =Vo.mi.zi / Σ mj.zj (1)

Σε κατασκευές μεγαλύτερου ύψους (με ιδιο-περίοδο Τ>1 sec), λόγω συμβολής και των ανώτερων ιδιομορφών, το εύρος ταλάντωσης στην κορυφή τους είναι μεγαλύτερο και, γι

αυτό, και η επιτάχυνση και η σεισμική δύναμη στην κορυφή είναι μεγαλύτερη. Στην τιμή που προκύπτει από τη σχέση (1) προστίθεται και η δύναμη VH από τη σχέση (2) :

VH = 0,07 T.Vo<0,25Vo για Τ>1 sec (2)

Στις υπόλοιπες στάθμες η τιμή του σεισμικού φορτίου προκύπτει από τη σχέση:

Fi = (Vo - VH).mi.zi / Σ mj.zj (3)

όπου: VH = 0,07 T.Vo<0,25Vo οταν Τ>1 sec

3. ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΙ ΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ

ΚΑΙ ΤΙΜΕΣ ΤΩΝ ΔΡΑΣΕΩΝ

3.1 Συνδυασμοί Φορτίων

Τα φορτία προκύπτουν από τον παρακάτω συνδυασμό (βλ. και κεφ. 5, ενότητα Π):

Ε + (gk + Σψ2.qki) (1)

όπου :

g: μόνιμα φορτία q: μεταβλητά φορτία Ε : σεισμικό φορτίο ψ: συντελεστής συνδυασμού

Συνήθως τίθεται ψ=0.3.

Αν τα σεισμικά φορτία τείνουν να ανατρέψουν ή να προκαλέσουν εφελκυσμό σε κάποια υποστυλώματα εξετάζεται προσθετος συνδυασμός με συντελεστή συνδυασμού ψ=0 (λαμβάνονται υπόψη μόνο τα μόνιμα κατακόρυφα φορτια).

Ο συνδυασμός (1) εφαρμόζεται για δύο τιμές της σεισμικής δράσης :

Ε= Εx+0,3 Εy και Ε= Εy+0,3 Εx

3.2 Τιμές Δράσεων ανά Είδος Δομικού Στοιχείου (βλ. κεφ.

10.1)

Δοκοί

Σχεδιασμός σε Κάμψη: ΜΕ

Σχεδιασμός σε Διάτμηση: VCD

Υποστυλώματα

Σχεδιασμός σε Κάμψη: ΜCD

Σχεδιασμός σε Διάτμηση: VCD

Πλάκες

Σχεδιασμός σε Κάμψη: Μsd

Όπου:

Μsd , Vsd : μεγέθη που προκύπτουν με ταμόνιμα και κινητά φορτία gd και qd.

ΜΕ , ΜΕ : μεγέθη που προκύπτουν με τοφορτίο Ε + (gk + Σψ2.qki)

ΜCD , VCD: μεγέθη ικανοτικού σχεδιασμού


85

4. ΜΕΓΕΘΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΠΟΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΟΥΣ ΣΤΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

4.1 Τύπος Επιπόνησης

Θεωρώντας την κατασκευή πρόβολο φορέα πακτωμένο στο έδαφος, την εγκάρσια διατομή της η οποία αντιστέκεται στη σεισμική δύναμη σε μια στάθμη της αποτελούν οι εγκάρσιες το-μές των κατακόρυφων στοιχείων της στη στα-θμη αυτή.

Η διατομή αυτή, όπως κάθε διατομή φορέα χαρακτηρίζεται από:

το κέντρο βάρους του που είναι το κέντρομάζας

το κέντρο στρέψεως που είναι το κέντροδυσκαμψίας

Η σεισμική δύναμη όντας κάθετη στον πρό-βολο αυτό φορέα είναι:

καμπτοδιατμητική, αν διέρχεται από τοκέντρο στρέψεως της διατομής του.

καμπτοδιατμητική και στρεπτική, αν είναιέκκεντρη ως προς το κέντρο στρέψεωςτης διατομής του.

Το σημείο εφαρμογής της σεισμικής δύναμης είναι στο κέντρο μάζας του ενιαίου φορέα.

Γι΄αυτό, τα μεγέθη επιπόνησης που προκύ-πτουν από τη σεισμική δύναμη σε μια στάθμη του ενιαίου φορέα είναι:

Καμπτική ροπή και τέμνουσα όταν συμ-πίπτουν κέντρο μάζας και κέντρο δυσ-καμψίας των κατακόρυφων στοιχείων.

Καμπτική ροπή, τέμνουσα και στρεπτικήροπή όταν προκύπτει εκκεντρότητα με-ταξύ κέντρου μάζας και κέντρουδυσκαμ-ψίας των κατακόρυφωνστοιχείων.

4.2 Τιμή Τέμνουσας

Η σεισμική τέμνουσα σε κάθε στάθμη της κατασκευής δίνεται από τη σχέση:

Vi = VH + Σ Fi (1)

Όπου VH και Fi είναι οι δυνάμεις που δίνονται από τις σχέσεις στο κεφ.3.

4.3 Στρεπτική Ροπή

Η στρεπτική ροπή σε μια στάθμη της κα-τασκευής ισούται με το γινόμενο της σει-σμικής δύναμης επί την απόσταση του κέν-

τρου μάζας από το κέντρο δυσκαμψίας των κατακόρυφων στοιχείων της κατασκευής στη στάθμη αυτή.

Στην εκκεντρότητα αυτή προστίθεται και η τυχηματική (αθέλητη) εκκεντρότητα ορόφου eτi .

Η τυχηματική εκκεντρότητα προστίθεται για να καλύψει το ενδεχόμενο η κατανομή των μαζών να αποκλίνει στην πράξη απ΄ αυτή που έχει ληφθεί υπόψη στο σχεδιασμό.

Η τιμή της τυχηματικής εκκεντρότητας eτi δίνεται από την εμπειρική σχέση:

eτi = 0,05. L .1,5.ξ (2)

όπου: L: το πλάτος του ορόφου κάθετα με τη σεισμική δράση

ξ: ο συντελεστής στρεπτικής ευαι- σθησίας που δίνεται από τη σχέση (3):

ξ = (Δmax /1,2 Δm)2 < 3,0 (3)

Στη σχέση (3) είναι:

Δmax : η τιμή της σχετικής μετακίνησης του περιμετρικού στοιχείου με τη μεγαλύτερη μετατόπιση

Δm : η μέση σχετική μετακίνηση ίση με το ημιαθροισμα της μέγιστης και ελάχιστης σχετικής μετακίνησης των περιμετρικών κατακόρυφων στοιχείων

Ο συντελεστής στρεπτικής ευαισθησίας ξ καλύπτει το ενδεχόμενο να προκύψει μεγαλύ-τερη μετατόπιση και συνεπώς μεγαλύτερη επιπόνηση κάποιου από τα περιμετρικά στοι-χεία και, γι΄αυτό, πρόωρη διαρροή του.

Λόγω της πρόωρης διαρροής του θα αυξηθεί απότομα η μετατόπισή του και, γι΄αυτό, θα αυξηθεί η εκκεντρότητα .

Ο συντελεστής 1,5 στη σχέση (2) είναι συν-τελεστής ασφαλείας έναντι των αβεβαιοτήτων της στατικής θεώρησης.

4.4 Ροπή Ανατροπής

Οι οριζόντιες δυνάμεις Fi στις στάθμες τω ν πλακών της κατασκευής εισάγουν σε κάθε στάθμη της κατασκευής ροπή ανατροπής ίση με το άθροισμα των γινόμενων κάθε υπερ-κείμενης οριζόντιας δύναμης επί την απόστα-σή της από τη στάθμη αυτή. Στις ροπές


86

ανατροπής ανθίστανται οι αξονικές δυνάμεις των κατακόρυφων στοιχείων.

4.5 Κατανομή Δράσεων στα Κατα-κόρυφα Στοιχεία Κάθε Στάθμης

Η μεταφορά των τεμνουσών στα κατακόρυφα στοιχεία της αντισεισμικής διάταξης (υποστυ-λώματα και τοιχώματα) γίνεται, όπως αναλύ-θηκε στο κεφ. 3 της ενότητας Π, μέσω της διαφραγματικής λειτουργίας των πλακών.

Ανάλογα με την οριζόντια δυσκαμψία τους και το βαθμό μονολιθικής σύνδεσης τους με τα κατακόρυφα στοιχεία οι πλάκες κατατάσσονται ως:

Δύσκαμπτα διαφράγματα Εύκαμπτα διαφράγματα Ημιεύκαμπτα διαφράγματα

Περίπτωση Πλακών Θεωρούμενων ωςΔύσκαμπτων Διαφραγμάτων

Όταν οι πλάκες μπορούν να θεωρηθούν ως δύσκαμπτα διαφράγματα, (πλάκες χωρίς με-γάλα ανοίγματα και με περιμετρικές δοκούς) δρουν ως δίσκοι και όλα τα κατακόρυφα στοι-χεία υφίστανται την ίδια οριζόντια μετα-τόπιση.

Από τη σχέση: Ρ=Κ.δ προκύπτει ότι στην περίπτωση αυτή η τέμνουσα κατανέμεται στα κατακόρυφα στοιχεία της αντισεισμικής διάτα-ξης ανάλογα με τις σχετικές δυσκαμψίες τους.

(α)

V/5 J V

3V/5 3J 3J V/5 J

(β)

Σχ. 4.1 Κατανομή φορτίου στα κατακόρυφα στοιχεία για δύσκαμπτα διαφράγ- ματα

Η στρεπτική ροπή κατανέμεται ανάλογα με τη σχετική δυσκαμψία των κατακόρυφων στοι-χείων και την απόστασή τους από το κέντρο δυσκαμψίας.

Περίπτωση Πλακών Θεωρούμενων ωςΕύκαμπτων Διαφραγμάτων

Αν οι πλάκες έχουν σημαντικά ανοίγματα δρουν ως καμπτόμενες (υψίκορμοι) δοκοί με πλάτος το πάχος τους, ύψος τη διάσταση την παράλληλη προς το σεισμικό φορτίο και ά-νοιγμα την οριζόντια απόσταση των κατακό-ρυφων στοιχείων.

Τέμνουσες στα κατακόρυφα στοιχεία είναι οι αντιδράσεις των δοκών αυτών.

Περίπτωση Πλακών Θεωρούμενων ωςΗμιεύκαμπτων Διαφραγμάτων

Στην περίπτωση αυτή οι πλάκες υφίστανται και οριζόντια μετάθεση (όπως τα δύσκαμπτα διαφράγματα) και βέλος (όπως τα εύκαμπτα διαφράγματα) και τέμνουσες στα κατακόρυφα στοιχεία είναι οι αντιδράσεις των πλακών θεωρούμενων ως δοκών με υποχωρούσες στηρίξεις.

V/2 J 2V V 3J 3J

V/2 J

Σχ. 4.2 Κατανομή φορτίου στα κατακόρυφα στοιχεία για εύκαμπτα διαφράγματα


87

5. ΣΤΑΤΙΚΗ ΕΠΙΛΥΣΗ (ΑΝΑΛΥΣΗ)

5.1 Βήματα και Στάδια Επίλυσης

Για τον προσδιορισμό των στατικών μεγεθών απαιτείται, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 4, ενότητα Π, επίλυση χωρικών πλαισίων.

Κάθε μέλος του πλαισίου επιπονείται, εν γένει, με ροπή Μ, αξονική Ν και τέμνουσα V.

Ο υπολογισμός της τιμής τους γίνεται σε τρία βήματα: Υπολογίζονται οι ροπές στα άκρα κάθε

μέλους. Από τις εξισώσεις ισορροπίας σε κάθε

μέλος προκύπτουν οι τέμνουσες στα άκρα του.

Με γνωστές τις ροπές και τις τέμνουσεςπροκύπτουν από την ισορροπία στους κόμβους, όπως φαίνεται στο Σχ. 1, οι αξονικές δυνάμεις σε κάθε μέλος.

Για τον υπολογισμό των ροπών στα άκρα κάθε μέλους (βήμα 1) απαιτούνται οι δυσ-καμψίες των μελών του πλαισίου.

Σχ. 5.1 Ισορροπία στους κόμβους πλαισίου

Οι δυσκαμψίες είναι συνάρτηση των διαστά-σεων της διατομής και της ποσότητας του οπλισμού οι οποίες είναι συνάρτηση των τιμών των ροπών.

Γι αυτό, ο υπολογισμός απαιτεί περισσότερα από ένα στάδια:

1. Προεκλογή διαστάσεων και ποσότητας ο-πλισμού.

2. Υπολογισμό δυσκαμψιών για την παραπά-νω διαστασιολόγηση και όπλιση.

3. Στατική επίλυση και υπολογισμό των στα-τικών μεγεθών.

4. Σχεδιασμό με βάση τα στατικά μεγέθη καιεύερεση απαιτούμενων διαστάσεων και ο-πλισμού.

5. Σύγκριση διαστάσεων και οπλισμού με αυ-τά στο βήμα 1.Αν υπαρχει σημαντική από-κλιση, επανάληψη των σταδίων 2 έως 4 μετις νέες δυσκαμψίες κ.ο.κ

Η προεκλογή των διαστάσεων προκύπτει από το σχεδιασμό μόνο με τα κατακόρυφα φορτία.

Ανακεφαλαιωτικά για συνήθεις κατασκευές α-παιτούνται δύο ξεχωριστές αναλύσεις:

Ανάλυση πλακών και δοκών γιακατακόρυφα φορτία

Αναλύεται κάθε στάθμη ανεξάρτητα (βλ. κεφ.4).

Γίνεται η παραδοχή ότι τα υποστυλώματα είναι πακτωμένα και δεν απόκλίνουν πλευ-ρικά.

Με βάση τα στατικά μεγέθη που προκύπτουν διαστασιολογείται ο φέρων οργανισμός.

Ανάλυση για σεισμικά καικατακόρυφα φορτία

Γίνεται επίλυση πλαισίου με δυσκαμψίες των επί μέρους μελών του αυτές που προέκυψαν από την προηγούμενη ανάλυση.

5.2 Συντόμευση Στατικής Επίλυσης

Δεδομένου ότι:

• Οι "ακριβείς" μέθοδοι στατικής επίλυσηςβασίζονται σε ελαστική ανάλυση υποθέτονταςελαστική συμπεριφορά του υλικού και σταθερήδυσκαμψία των φορέων ανεξάρτητη από τηνποσότητα του οπλισμού και τη ρηγμάτωσή του,

• Ο υπολογισμος των σεισμικών φορτίων υ-πόκειται σε ποικίλες αβεβαιότητες, τόσο ως προςτη σεισμική δράση, όσο και ως προς τηναπόκριση των επι μέρους φορέων,,


88

• Η τιμή των σεισμικών φορτίων εξαρτάται από τιςτελικές διαστάσεις και οπλίσεις των φορέων οιοποίες διαφέρουν, εν γένει, απ΄ αυτές τηςστατικής ανάλυσης,

για συνήθεις κατασκευές η διαδικασία της στατικής επίλυσης μπορεί να συντομευτεί

σημαντικά αν γίνει η παραδοχή ότι το σημείο μηδενισμού της ροπής αντιστοιχεί στο μέσον του ύψους των στύλων και το μέσον του ανοίγματος των ζυγωμάτων.


89

6. ΔΙΑΔΟΧΙΚΑ ΒΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

Για τον αντισεισμικό σχεδιασμό των φορέων ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα:

1. Προδιαστασιολόγησή τους με βάση το σχε-διασμό για τα κατακόρυφα φορτία.

2. Έλεγχο με το σεισμό λειτουργίας για πε-ριορισμό των βελών και ενδεχόμενα αλ-λαγή της διαστασιολόγησης.

3. Σχεδιασμό σε κατάσταση αστοχίας και εν-δεχόμενα αλλαγή της διαστασιολόγησης

και όπλισης και επανάληψη των βημάτων 1 και 2.

4. Ικανοτικό έλεγχο και ενδεχόμενα αλλαγήδιαστασιολόγησης και όπλισης και ενδε-χόμενα επανάληψη των προηγούμενωνβημάτων.

5. Σχεδιασμό των σημείων συνάντησης κατα-κόρυφων και οριζόντιων μελών της αντι-σεισμικής διάταξης, των κόμβων.

Παρακάτω σχολιάζονται τα βήματα 2 έως 5.

7. ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣΓΙΑ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟ ΤΩΝ ΒΕΛΩΝ

7.1 Στόχοι και Κριτήρια του Ελέγχου

Με βάση το σχεδιασμό σε κατάσταση αστο-χίας (μη κατάρρευση) εξασφαλίζεται ότι ο φορέας όταν θα δεχθεί τα σεισμικά φορτία σχεδιασμού δεν θα καταρ-ρεύσει. Για τον σεισμό αυτό, όπως αναπτύχ-θηκε στην ενότητα Π, έχει επιλεγεί να είναι αποδεκτή η εμφάνιση επισκευάσιμων βλαβών.

Για τους μικρότερους, όμως, και συχνότερους σεισμούς πρέπει να εξασφαλιστεί ότι δεν θα προκύπτουν βλάβες.

Βλάβες για μικρότερους σεισμούς αναμένονται στον οργανισμό πληρώσεως, αν το βέλος των φερόντων στοιχείων είναι μεγάλο.

Γι΄αυτό ο έλεγχος αυτός περιορίζεται στον έλεγχο των βελών.

Ο έλεγχος του ανοίγματος των ρωγμών που προδιαγράφεται στην περίπτωση των κατακό-ρυφων φορτίων (βλ. 1ο τόμο, ενότητα Θ) δεν έχει έννοια στην περίπτωση αυτή, καθώς η διάρκεια της σεισμικής επιπόνησης είναι μικρή και δεν τίθεται θέμα προστασίας από διά-βρωση του οπλισμού που είναι ο στόχος του ελέγχου αυτού.

Ο έλεγχος των βελών αποσκοπεί, επίσης, και στον περιορισμό της πρόσθετης ροπής των κατακόρυφων στοιχείων που σχολιάζεται στο κεφ. 8.2.

Η ανίσωση ασφαλείας στην περίπτωση του ελέγχου αυτού έχει τη μορφή της σχέσης (1):

δR ≤ επ δ (1)

Στη σχέση (1) είναι:

δR: το βέλος στην κρίσιμη διατομή του φορέα για τα σεισμικά φορτία λειτουργίας (βλ.

κεφ. 2). επ δ: είναι η επιτρεπόμενη τιμή του βέλους.

7.2 Έλεγχος για Περιορισμό Βλάβης στον Οργανισμό Πληρώσεως

Στους κανονισμούς απαιτείται να ελεγχθεί η ικανοποίηση της παρακάτω σχέσης (2).

Δ/h < 0,005 (2)

Προκειμένου για εύκαμπτους οργανισμούς πληρώσεως στη σχέση (2) αντί για 0,005 τίθεται 0,007.

Η σχέση (2) προκύπτει από τη σχέση (1) αν τεθεί επ δ = h/200.

H λογική της τιμής αυτής αχολιάζεται στον 1ο τόμο στην ενότητα Θ.

7.3 Έλεγχος για Περιορισμό των Επιρροών 2ης Τάξεως

Για περιορισμό της τιμής της πρόσθετης ροπής των κατακόρυφων στοιχείων λόγω του βέ-λους τους, που σχολιάζεται στο κεφ. 8.2, στους κανονισμούς απαιτείται η τιμή του βέ-λους Δ να είναι τέτοια ώστε η τιμή του δείκτη θ ευαισθησίας πλευρικής παραμόρφωσης (βλ. κεφ. 7.2) να είναι μικρότερος του 0,3.

θ = Νολ.Δ/(Vολ.h) < 0,3 (3)


90

8. ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ

8.1 Βάσεις Σχεδιασμού-Ανίσωση Ασφαλείας

Όπως και για το σχεδιασμό για κατακόρυφα φορτία ο σχεδιασμός βασίζεται στην ικανο-ποίηση της ανίσωσης ασφαλείας των επί με-ρους φορέων που δίνεται στη σχέση (1):

Sk < Rdu (1)

Όπου: Sk: οι δράσεις, τα μεγέθη της στατικής επίλυσης Msk , Vsk , Τ sk Nsk

Rdu: οι αντοχές, τα εσωτερικά μεγέθη αστοχίας MRdu, VRdu ,ΤRdu . ΝRdu

Παρακάτω εντοπίζονται οι διαφοροποιήσεις στον υπολογισμό δράσεων σε σχέση με τον υπολογισμό τους για σχεδιασμό σε κατακό-ρυφα φορτία που αναλύεται στον 1ο τόμο.

8.2 Διαφοροποιήσεις στον Υπολογισμό των Δράσεων

Στατικό Σύστημα-Τιμές Φορτίων

Όπως εντοπίστηκε στα κεφ, 3 και 5 και αι-τιολογείται στην ενότητα Π, οι δράσεις υπο-λογίζονται επιλύοντας πλαίσια θεωρώντας οριζόντια και κατακόρυφα στοιχεία ως ενιαίο φορέα για συνδυασμό φορτίων με τις χαρα-κτηριστικές τιμές τους,

Αντιθέτως στο σχεδιασμό για κατακόρυφα φορτία οι δράσεις υπολογίζονται θεωρώντας οριζόντια και κατακόρυφα στοιχεία ως ξεχω-ριστούς φορείς και οι τιμές των φορτίων είναι επαυξημένες με συντελεστές ασφαλείας (τιμές αστοχίας).

Δράσεις Λυγηρών Φορέων

Σε κυρίως θλιβόμενους φορείς με μεγάλη λυ-γηρότητα η πρόσθετη ροπή ΔΜ=Ν.δ του αξονικού φορτίου Ν λόγω του βέλους δ, είναι σημαντική και δεν μπορεί να αμεληθεί όπως στα συνήθη υποστυλώματα με μικρή λυγη-ρότητα.

Στη ροπή Μ που υπολογίζεται θεωρώντας το φορέα απαραμόρφωτο η οποία δηλώνεται ως ροπή πρώτης τάξεως προστίθεται η πρό-σθετη ροπή ΔΝ.

Η συνολική ροπή Μ+ΔΜ δηλώνεται ως ροπή δεύτερης τάξεως.

Στους αντισεισμικούς κανονισμούς απαιτείται να ληφθεί υπόψη η πρόσθετη ροπή ΔΜ=Ν.δ μόνον όταν είναι μεγαλύτερη από το 10% της ροπής Μ = V.h πρώτης τάξεως.

Το ποσοστό της συνολικής πρόσθετης ροπής ΔΜ των κατακόρυφων στοιχείων ως προς τη συνολική ροπή τους πρώτης τάξεως δηλώ-νεται με το γράμμα θ και δηλώνεται με τον όρο δείκτης ευαισθησίας πλευρικής παραμόρφωσης.

Υπολογίζεται από τη σχέση (2):

θ = Νολ.Δ /(Vολ.h) (2)

Για να αμεληθεί η πρόσθετη ροπή πρέπει να ισχύει:

θ = Νολ.Δ /(Vολ.h) < 0,1 (2α)

Στη σχέση (2) και (2α) Δ είναι η μέση σχετική μετατόπιση του ορόφου για το σεισμό σχε-διασμού σε κατάσταση αστοχίας.

Για τον υπολογισμό της τιμής του Δ υπολο-γίζεται η σχετική μετατόπιση Δελ για το σεισμό λειτουργίας με τιμή των σεισμικών φορτίων όπως σχολιάζεται στο κεφ. 2 και πολλαπλα-σιάζεται με το συντελεστή q ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς:

Δ=Δελ.q (3)

Αν είναι θ>0,1 οι φορείς σχεδιάζονται με αυξημένες τις ροπές πρώτης τάξεως κατά θ.(1-θ).

8.3 Διαφοροποιήσεις στον Υπολογισμό των Αντοχών

Μεταβολές στη Συμπεριφορά τωνΦορέων λόγω της Εναλλαγής τηςΣεισμικής Επιπόνησης

Με την αναστροφή της φοράς της σεισμικής δύναμης:

• στα υποστυλώματα αναστρέφονται πλήρωςοι ροπές και οι τέμνουσες.

• στις δοκούς (ζυγώματα των πλαισίων), λό-γω της συνύπαρξης και των κατακόρυφωνφορτίων, δεν συμβαίνει πλήρηςαναστροφή των ροπών και τεμνουσών στιςκρίσιμες διατομές (ακραίες περιοχές). Είναιδυνατόν να μην προκύψει καν αλλαγή τουπροσήμου τους.

Μεταβολές στη Ρηγμάτωσητων Φορέων και Μεγέθη Επιρροής

Με την αναστροφή ροπής και τέμνουσας πα-ρατηρούνται οι παρακάτω αλλαγές στη ρηγ-μάτωση των φορέων:


91

1. Οι καμπτικές ρωγμές εκτείνονται σ΄ όλοτο ύψος της διατομής, καθώς οι ρωγμέςπου προκύπτουν πριν και μετά την ανα-στροφή της επιπόνησης εμφανίζονταιστην ίδια περίπου θέση και διεύθυνση. Τοάνοιγμά τους αυξάνεται με τον αριθμότων εναλλαγών της επιπόνησης.

2. Οι λοξές (κάμπτο)διατμητικές ρωγμέςστις κρίσιμες θέσεις διασταυρώνονταιμεταξύ τους με άνοιγμα αυξανόμενο μετον αριθμό των εναλλαγών τηςεπιπόνησης.

Το μέγεθος των παραπάνω μεταβολών στη ρηγμάτωση των φορέων εξαρτάται:

• Από το βαθμό αναστροφής τηςτέμνουσας.

• Από το μέγεθος της τέμνουσας και, γι΄αυτό, από το λόγο διάτμησης (αφού αυτόςκαθορίζει το μέγεθος της τέμνουσας).

• Από το μέγεθος της αξονικής δύναμης.Όσομεγαλύετρη είναι η θλιπτική αξονική τόσομικρότερο είναι το άνοιγμα των διατμη-τικών ρωγμών.

• Από το ποσοστό θλιβόμενου προς εφελκυ-όμενο οπλισμό. Όσο μεγαλύτερος είναι οθλιβόμενος οπλισμός τόσο μικρότερο είναιτο άνοιγμα των ρωγμών που παραμένειμετά την αναστροφή της επιπόνησης.

• Από το λόγο b/bw.Όσο μεγαλύτερος είναι ολόγος τόσο μικρότερες είναι οι αναπτυσ-σόμενες ορθές θλιπτικές τάσεις (εξαρτών-ται από το b) και τόσο μεγαλύτερες είναι οιδιατμητικές τάσεις (εξαρτώνται από το bw)και, γι΄αυτό, τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμήτων λοξών εφελκυστικών τάσεων και τόσοπιο μεγάλο το άνοιγμα των λοξώνρωγμών.

Συνέπειες των ΜεταβολώνΣτην Καμπτική Αντοχή

Όπως σχολιάστηκε στην ενότητα Π, κεφ. 14, στους κανονισμούς δεν προβλέπεται διαφορο-ποίηση στον υπολογισμό της καμπτικής αντο-χής των φορέων.

Η διάταξη αυτή προυποθέτει ότι η καμπτική αντοχή των φορέων δεν μεταβάλλεται με την ανακύκλιση της σεισμικής επιπόνησης.

Λόγω, όμως ,της εμφάνισης ρωγμής εκετεινό-μενης σ΄όλο το ύψος των φορέων μετά την

ανακύκλιση της επιπόνησης, η παραδοχή αυτή ισχύει, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 14, μόνον για φορείς με τον διαμήκη οπλισμό στα πέλ-ματα, όπως είναι οι δοκοί.

Για τα κατακόρυφα στοιχεία,υποστυλώματα και τοιχώματα, στα οποίασημαντικό μέρος του διαμήκους οπλισμούείναι ενδιάμεσα του ύψους τους η καμπτικήαντοχή μειώνεται σημαντικά μετά τηνανακύκλιση της σεισμικής επιπόνησης και ηπαραδοχή αυτή των κανονισμών ευθύνεταιγια αρκετές αστοχίες.

Συνέπειες των Μεταβολών στονΥπολογισμό της Διατμητικής Αντοχήςκαι τη Διατμητρική Όπλιση

Λόγω της διασταύρωσης των λοξών ρωγμών και του μεγάλου ανοίγματος τους:

• Εξασθενούν οι μηχανισμοί ανάληψης τέμ-νουσας από το (διατμητικά) άοπλο σκυρό-δεμα.

• Εξασθενεί ο μηχανισμός ανάληψηςτέμνουσας από τους συνδετηρες (λόγω καιτης ενδεχόμενης διασταύρωσής τους μερωγμές σε δύο θέσεις και, γι αυτό,διπλάσιας επιπονησής τους.

Γι, αυτό, στους κανονισμούς προβλέπονται οι παρακάτω διαφοροποιήσεις στο σχεδιασμό σε διάτμηση:

Στον υπολογισμό της διατμητικής αντοχήςη τέμνουσα Vcd που αναλαμβάνει τοδιατμητικά άοπλο σκυρόδεμα λαμβάνεταιμειωμένη ως ένα ποσοστό της μέγιστηςτιμής της VRd1.

Διατάσονται πιο πυκνοί συνδετήρες στιςκρίσιμες περιοχές των φορέων(1)

Προβλέπει εκτός από τη διάταξησυνδετήρων και τη διάταξη δισδιαγώνιουοπλισμού(2).

Η μείωση της Vcd προδιαγράφεται μικρότερη στα υποστυλώματα και τοιχώματα απ΄ό,τι στις dοκούς, μολονότι σ΄αυτά η αναστροφή της επιπόνησης είναι πλήρης, λόγω:

• της (σημαντικής) θλιπτικής αξονικής δύνα-μής τους,

• του συμμετρικού οπλισμού τους,

• του μικρού τους λόγου b/bw ( ίσου με 1).

____________________ (1) Οι κρίσιμες περιοχές είναι στη θέση των κρίσιμων διατομών των φορέων (για το συνδυασμό και με τη σεισμική δράση). Εν γένει είναι στα άκρα των ανοιγμάτων των φορέων.

Σε περίπτωση δοκού φορτιζομενης με πολυ μεγάλο συγκεντρωμενο φορτίο ενδέχεται να είναι κρίσιμη η διατομή στην οποία εφαρμόζεται το συγκεντρωμένο φορτίο .


92

Οι κρίσιμες περιοχές εκτείνονται σε μήκος ίσο με το διπλάσιο του ύψους (περίπου) αντιστοιχούσες στο αναμενόμενο μήκος της πλαστικής άρθρωσης. Στην περιπτωση των υποστυλωμάτων και τοιχω-μάτων οι κρίσιμες περιοχές εκτείνονται σε

μεγαλύτερο μήκος, λόγω του αναμενόμενου μεγαλύτερου μήκους της πλαστικής άρθρωσης. (2) Βλ. κεφ. 17.

11. ΙΚΑΝΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΟΡΙΣΤΙΚΗ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ

Ο σχεδιασμός των φορέων βασίστηκε στην τιμή των σεισμικών φορτίων η οποία, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 2, βασίστηκε σε μια ορισμένη τιμή του συντελεστή q ελαστο-πλαστικής συμπεριφοράς η οποία πρέπει να ελεχθεί κατά πόσον ισχύει.

Η τιμή του q που λαμβάνεται συνήθως για κατασκευές από σκυρόδεμα είναι της τάξεως του 3.

Για να εξασφαλιστεί η τιμή αυτή πρέπει, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 7.4 στην ενότητα Π, να εξασφαλιστεί ικανή τιμή της πλαστιμότητας της κατασκευής.

Παρακάτω αναλύονται τα διαδοχικά βήματα για την εξασφάλιση της τιμής αυτής.

11.1 Αρχές Ικανοτικού Ελέγχου

Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα:

Ιεράρχιση Κρίσιμων Διατομών

Απαίτηση:

Η σειρά εμφάνισης πλαστικών αρθρώσεων στα διάφορα στοιχεία της κατασκευής πρέπει να είναι τέτοια που να επιτρέπει εξάντληση της ικανότητας όσο γίνεται περισσότερων στοιχείων.

Συνθήκη ικανοποίησης:

♦ Προηγείται αστοχία των οριζόντιων στοι-χείων.

Αστοχία των κατακόρυφων στοιχείων (υπο-στυλωμάτων και τοιχωμάτων) και των κόμβων θα αύξανε τη μετατόπιση με κίνδυνο αστάθειας και θα προκαλούσε κατάρρευση πριν εξαντληθεί η ικανότητα των δοκών.

♦ Εξασφαλίζεται ότι οι συνθήκες αγκύρωσηςτου διαμήκους οπλισμού δοκών καιυποστυλωμάτων επιτρέπουν στις δοκούςκαι τα υποστυλώματα να αναπτύξουν τηνπλήρη ικανότητα τους (να ενταθεί οοπλισμός τους μέχρι τη μέγιστη τάση του,το όριο διαρροής του).

Έλεγχος εξασφάλισης:

• Διαστασιολόγηση των υποστυλωμάτων καιτοιχωμάτων με αυξημένες τιμές ροπής καιτέμνουσας, τις τιμές ικανοτικου σχε-διασμού και όχι αυτές της στατικής επι-λυσης.

Οι αξονικές κρατούνται αυτές της στατικήςεπίλυσης.

• Διαστασιολόγηση του κόμβου με αυξη-μένες απαιτήσεις ασφάλειας και περιορι-σμένη ρηγμάτωση ώστε να μην διαταράσ-σεται η συνάφεια των διαμήκων ράβδωντων στοιχείων που συντρέχουν στον κόμ-βο.

Οι ροπές ικανοτικού σχεδιασμού προκύπτουν, όπως σχολιάζεται στο κεφ.

Ιεράρχηση Τύπων Αστοχίας

Απαίτηση:

Ο τύπος αστοχίας των φορέων πρέπει να είναι τέτοιος ώστε να εξαντλείται η ικανότητα του στοιχείου για πλάστιμη συμπεριφορά.

Οι πιθανοί τύποι αστοχίας ενός φορέα είναι:

1. Καμπτική αστοχία

2. Διατμητική αστοχία - Αστοχία εγκάρσιωνελκυστήρων (λόγω ανεπάρκειας τωνσυνδετήρων).

3. Διατμητική αστοχία – Αστοχία λοξού θλιπτήρα(λόγω ανεπάρκειας του πλάτους του κορμού τουφορέα).

4. Διατμητικη ολίσθηση σε φορείς με πολύ μικρόλόγο διατμήσεως.

5. Αστοχία αγκύρωσης

Συνθήκη ικανοποίησης:

Να εξασφαλίζεται καμπτικός τύπος αστοχίας των φορέων.

Έλεγχος εξασφάλισης :

Για να εξασφαλιστεί ο καμπτικός τύπος αστοχίας και να αποκλειστούν οι άλλοι τύποι αστοχίας:


93

♦ Ο σχεδιασμός σε διάτμηση γίνεται με τηνικανοτική τιμή της τέμνουσας,

♦ Εξασφαλίζονται μήκη αγκύρωσης καιδιάμετροι διαμήκων ράβδων ώστε ναεμποδίζεται αστοχία από υπέρβαση τωντάσεων συνάφειας.

Εξασφάλιση ΑπαιτούμενηςΠλαστιμότητας στις ΚρίσιμεςΔιατομές

Απαίτηση :

Η διαθέσιμη πλαστιμότητα στις κρίσιμες δια-τομές των φορέων ώστε με την ικανοποίηση και των δύο παραπάνω συνθηκών η πλαστι-μότητα της κατασκευής να είναι μεγαλύτερη ή ίση με την απαιτούμενη βάσει της οποίας εκτιμήθηκε ο συντελεστής συμπεριφοράς και υπολογίστηκαν τα σεισμικά φορτία.

Έλεγχος εξασφάλισης:

• Εκτιμάται η απαιτούμενη πλαστιμότητα τηςδιατομής που αντιστοιχεί στην τιμή τουσυντελεστή συμπεριφοράς.

• Εκτιμάται η διαθέσιμη πλαστιμότητα τωνφορέων και συγκρίνεται με την απαιτού-μενη.

• Αν υπολείπεται της απαιτούμενηςεπαναδιαστασιολογείται ώστε να επιτευχθείη απαιτούμενη πλαστιμότητα.

Εκτίμηση ΑπαιτούμενηςΠλαστιμότητας

Όπως εντοπίζεται στο κεφ. 6, ενότητα Π, η τιμή του q είναι ίση με το δείκτη πλα-στιμότητας μδ θεωρώντας το βέλος δ ως το μέτρο της απόκρισης στη σεισμική επιπόνηση (περίπτωση εύκαμπτων κατασκευών).

Στην περίπτωση δύσκαμπτων κατασκευών θεωρώντας ως μέτρο της απόκρισης τη μετασχηματιζόμενη ενέργεια μέτρο της οποίας απαοτελεί το εμβαδόν του διαγράμματος συμπεριφοράς Ρ-δ προκύπτει ότι η τιμή του q είναι ίση με V2μ-1.

Συσχέτιση Δείκτη ΠλαστιμότηταςΦορέα και Δείκτη ΠλαστιμότηταςΔιατομής

Στο Σχ.1 σχήμα φαίνεται η κατανομή των ροπών καθ΄ ύψος αμφιπακτου υποστυλώ-ματος στην ελαστική περιοχη, τη στιγμή διαρροής των κρίσιμων διατομών Α και κατά την αστοχία μετά το σχηματισμό των πλαστικών αρθρώσεων μήκους lp στην περιοχή των κρίσιμων διατομών.

Φορτίζοντας το φορέα με το εμβαδόν του διαγράμματος ροπών δια της δυσκαμψίας, δηλ. με το διάγραμμα των καμπυλοτήτων (1/r =M/K) προκύπτει το σχετικό βέλος του φορέα:

Διαρροή: δy = 2.[0,5.h/2.(1/R)y.2/3.h/2] => δy = h2.(1/R) y/6

Αστοχία:

δu = dy + 2 .[(1/r)u - (1/r)y] lp .(h/2 - lp/2)

δu = h2.(1/r)y/6 +[ (1/r)u - (1/r)y] lp .(h - lp)

Θετοντας

δu /δy. = μd και (1/r)u /(1/r)y = μR

=> μd =1+6 (μr- 1).lο/h(1-lο/h)

MY 1/ru

lκρ 1/ry

[Μ] [1/r] [M] [1/r]

(α) (β) Σχ. 1 Διαγράμματα ροπών και καμπυλοτήτων

(α) ελαστική περιοχή (β) ελαστοπλαστική περιοχή

Θεωρωντας μήκος πλαστικής άρθρωσης περίπου το 1/10 του ανοίγματος του φορέα: lp= h/10 προκύπτει:

μd = 5,5 μR + 0,45 => μR =1,8 μd- 0,8

Συσχέτιση Δείκτη ΠλαστιμότηταςΔιατομής και ΣυντελεστήΣυμπεριφοράς

Για τιμή του συντελεστή συμπεριφοράς q=3 (μέση απαίτηση κανονισμού για κατασκευές από σκυρόδεμα) θέτοντας:

μd = q = 3 για ευκαμπτες κατασκευές και

μd =1/2 .(q2+1) = 5 για δυσκαμπτες

προκύπτει απαίτηση για την πλαστιμότητα της κρίσιμης διατομής του φορέα :

μR =5 για εύκαμπτες κατασκευές, και

μR= 8 για δύσκαμπτες κατασκευές.

Η μέση, λοιπόν, απαιτούμενη τιμή προκύπτει μR= 6 έως 7

Εξάρτηση από τις ΠαραμορφώσειςΑστοχίας Σκυροδέματος και Χάλυβα

Είναι:


94

(1/r)y = εc/x = (εcy+ εsy)/d

(1/r)u = εcu/x = (εcu+ εsu)/d =>

μr = (εcu+ εsu) /(εcy+ εsy)

Διακρίνονται οι παρακάτω περιπτώσεις:

1. Υποοπλισμένη διατομή (ο χάλυβαςεξαντλεί την οριακή παραμόρφωσή του)

Θέτοντας προσεγγιστικά:

εcy = 2%ο , εsy = 2%ο

εcu =3,5%ο εsu= 20%ο

Προκύπτει μr = 6

2. Υπεροπλισμένη διατομή (Παραμόρφωσηαστοχίας χάλυβα μικρή)

Θέτοντας:

εcy = 2%ο , εsy = 2%ο

εcu =3,5%ο εsu= 3 %ο

Προκύπτει μr = 1,5 < πολυ μικρότερη από την απαιτούμενη

Εξάρτηση από την ΟριακήΠαραμόρφωση Σκυροδέματος εcu

Διπλασιάζοντας την τιμή της εcu (=7%ο) ο δείκτης πλαστιμότητας αυξάνεται από 6,0 σε 8,2 στην πρώτη περίπτωση και από 1,5 σε 2,2 στη δεύτερη.

Παρατηρούμε ότι: η αύξηση της εcu δεν έχει σημαντική συμβολή στη συνήθη περίπτωση των υποοπλισμένων διατομών.

Eξαρτηση από το Μέγεθος τηςΘλιπτικής Αξονικής

Όσο μεγαλύτερη είναι η αξονική τόσο μεγαλύτερο είναι το βάθος x της θλιβομενης

ζώνης και, γι αυτό, τόσο μικρότερος είναι ο διαθέσιμος δείκτης πλαστικότητας, ενώ τόσο πιο μεγάλο είναι το μήκος της πλαστικής άρθρωσης (η αξονική δύναμη επιπονεί εξ ίσου όλες τις διατομές του φορέα).

Eξαρτηση από το μέγεθος τηςτέμνουσας (το λόγο διατμήσεως)

Όσο μεγαλύτερη είναι η συνυπάρχουσα τέμνουσα (όσο μικρότερος ο λόγος διατμήσεως) τόσο αυξάνει το ενδεχόμενο ψαθυρης αστοχίας του φορέα (αστοχία διαγώνιας θλιβόμενης ράβδου) και τόσο πιο έντονο είναι το φαινόμενο της διατμητικης ολίσθησης κατά την εναλλαγή της φόρτισης (βλ. κεφ. 12 ενότητα Π) και επομένως τόσο μικρότερη είναι η πλαστιμότητά του.

22.3 Συμπερασματικά Από τα παραπάνω προκύπτει ότι:

• Για να ανταποκριθεί η καμπτόμενη διατομήστην απαιτούμενη πλαστιμότητα πρέπει νασχεδιαστεί ώστε να εντείνεται πολύ οχάλυβας. και άρα ο φορέας να έχει μεγάλούψος και λίγο εφελκυόμενο οπλισμό.

• Για να ανταποκριθεί η καμπτομενη διατομήστην απαιτούμενη πλαστιμότητα όταν είναιυπεροπλισμένη απαιτείται ιδιαίτερα μεγάληαύξηση της τιμής της εcu

• Mεγαλύτερη αύξηση της πλαστιμότητας καισε μεγαλύτερο κρίσιμο μήκος απαιτείταιόσο μεγαλύτερη είναι η συνυπάρχουσαθλιπτική αξονική

• Mεγαλύτερη αύξηση της πλαστιμότηταςαπαιτείται όσο μεγαλύτερη είναι ησυνυπάρχουσα τέμνουσα δύναμη (όσομεγαλύτερος είναι ο λόγος διατμήσεως)


95

Ενότητα Γ

ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ

Γ. Αντισεισμική Αξιολόγηση Τεχνικών Επισκευής

96

1. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ο.Σ.

1.1 ΜΑΝΔΥΑΣ ΑΠΟ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ

1.1.1 Δομή και Εφαρμογή Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, γνωστό και με τον ξενόγλωσο όρο «Gunite» συντίθεται από: • Τσιμέντο,• Λεπτή άμμο με ειδικές

απαιτήσειςκοκκοδιαβάθμισης,

• Νερό και• Επιταχυντικό της πήξης.

Απαιτεί ειδικό εξοπλισμό και εξειδικευμένο προσωπικό για την παρασκευή του και την εκτόξευσή του (συνήθως) περιμετρικά του υπό επισκευή ή ενίσχυση στοιχείου υπό μορφή μανδύα. Εκτοξεύεται υπό πίεση από κατάλ-ληλη απόσταση.

Για να εξασφαλιστεί η συνάφειά του με το παλιό σκυρόδεμα, ακολουθείται η παρακάτω προετοιμασία στις επιφάνειες στις οποίες εκτοξεύεται:

• Καθαρισμός (με σφυρί και καλέμι) από όλοτο χαλαρό σκυρόδεμα στην περιοχή τηςαστοχίας,

• Κατάβρεγμα υπό πίεση για απομάκρυνσησκόνης

• Κάλυψη μεγάλων κενών με ασυστολικόκονίαμα (βλ. Κεφ. 2.2).

Για καλύτερη συνάφεια του νέου σκυροδέματος με το παληό συνηθίζεται να παρεμβάλλονται στην διεπιφάνεια παλιού και νέου σκυροδέματος βλήτρα οπλισμού.

Διανοίγονται στην επιφάνεια του παλιού σκυ-ροδέματος οπές στις οποίες μπήγονται κομ-μάτια ράβδων χάλυβα τα οποία συγκρατούνται με εποξειδική ρητίνη).

Το πάχος του εκτοξευόμενου σκυροδέματος είναι συνήθως 5 cm ώστε να μπορεί να επι-καλύψει τον πρόσθετο διαμήκη και εγκάρσιο οπλισμό που τοποθετείται για την αποκατά-σταση ή την ενίσχυση της φέρουσας ικανότη-τας του στοιχείου.

Είναι καλό να αποφεύγονται αρκετάμεγάλα πάχη καθώς το εκτοξευόμενοσκυρόδεμα, λόγω της μεγάληςκατανάλωσης τσιμέντου και τηςλεπτόκοκκης σύνθεσής της άμμου,εμφανίζει σημαντική συστολήξηράνσεως η οποία μπορεί να οδηγήσει σεαποκόλλησή του από το παλιό σκυρόδεμα.Το παληό σκυρόδεμα έχει σταματήσει να συστέλλεται. Η διαδικασία της συστολής ξηράνσεως σταθεροποιείται μετά δύο, περίπου, χρόνια.

Για τη συνεργασία παλιού και πρόσθετου οπλι-σμού τοποθετείται ενδιάμεσος οπλισμός μορ-φής πάπιας ο οποίος συγκολλείται στους δύο οπλισμούς, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Οι ενδιάμεσοι αυτοί οπλισμοί στην πράξη τείνουν να εγκαταλειφθούν. Συνήθως προστί-θεται όλος ο απαιτούμενος οπλισμός, αγνοών-τας τη συμβολή του παλιού οπλισμού.

1.1.2 Αντοχή Η αντοχή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος πρέπει να είναι ίση τουλάχιστον μ΄αυτήν του παλιού σκυροδέματος.

Η μέτρηση της αντοχής γίνεται με τη συμβα-τική θλιπτική δοκιμασία κυβικών δοκιμίων ακμής 5 έως 7 cm τα οποία αποκόπτονται από πλάκα (πανέλλο) εκτοξευόμενου σκυροδέμα-τος.

Η πλάκα-δοκίμιο σκυροδετείται με την ίδια διαδικασία όπως και το υπό επισκευή στοιχείο, τοποθετώντας το στην ίδια απόσταση με το υπο επισκευή στοιχείο.

μανδύας


97

Σε περίπτωση μειωμένης αντοχής, ή έλλειψης των δοκιμίων αυτών η δοκιμασία γίνεται σε κυλινδρικούς πυρήνες (καρότα) διαμέτρου 5 cm οι οποίοι αποκόπτονται από κατάλληλες θέσεις του μανδύα με υδραυλικό περιστροφικό μηχάνημα (καροταρία).

Μολονότι μπορούν εύκολα να επιτευχθούν αντοχές της τάξεως των 50 MPa, αν είναι κα-τάλληλα τα υλικά και κατάλληλος ο εξοπλι-σμός και η τεχνική που υιοθετείται, σε αρκετές περιπτώσεις έχει μετρηθεί πολύ χαμηλή αντο-χή, μικρότερη και από 10 MPa.

Η μειωμένη αντοχή οφείλεται κατά κανόνα σε:

αυξημένη αναπήδηση των κόκκων τηςάμμου και, γι΄αυτό, αύξηση των κενών τουσκυροδέματος του μανδύα.

Η αναπήδηση των κόκκων συμβαίνεισυνήθως λόγω ακατάλληληςκοκκοδιαβάθμισης της άμμου (ιδιαίτερα αν,εκτός από λεπτή άμμο χρησιμοποιηθεί καιλεπτό γαρμπίλι (ρυζάκι).

1.2 ΑΣΥΣΤΟΛΙΚΑ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ

1.2.1 Δομή και Εφαρμογή Είναι έτοιμα κονιάματα (διατίθενται συνήθως σε σάκκους των 20 kg) τα οποία έχουν διογκωτικό πρόσθετο ώστε να αναιρούν τη συστολή ξηράνσεως του κονιάματος.

Γι΄αυτό:

ενδείκνυται για αποκατάσταση τηςμονολιθικότητας δομικών στοιχείων απόσκυρόδεμα, καθώς στο παλιό σκυρόδεμαέχει σταθεροποιηθεί η συστολή ξηράνσεως.

Αν χρησιμοποιηθεί απλό σκυρόδεμα, λόγωτης έντονης συστολής ξηράνσεώς του κατάτους πρώτους μήνες από την παρασκευήτου, υπάρχει ο κίνδυνος αποκόλλησής τουαπό το παλιό σκυρόδεμα.

Η εφαρμογή των κονιαμάτων αυτών είναι ιδιαίτερα ευχερής, καθώς δεν απαιτείται αναμικτήρας.

Η προσθήκη του νερού μπορεί να γίνει σε οποιοδήποτε υποδοχέα και για την ομοιομό-ρφισή του απαιτείται απλή ανάδευση.

Μπορεί να προστεθεί μεγάλη ποσότητανερού ώστε να επιτευχθεί ίδιαίτεραμεγάλη ρευστότητα, χωρίς ναεμφανίζεται απόμιξη ή εξίδρωση.

Πριν την έγχυσή τους στο υπό επισκευή στοιχείο, αφαιρείται με σφυρί και καλέμι όλο το χαλαρό σκυρόδεμα στην περιοχή της αστοχίας ή κακοτεχνίας του στοιχείου, όπως φαίνεται στην εικόνα και στη συνέχεια κατα-βρέχεται υπό πίεση η επιφάνεια του σκυρο-δέματος στην περιοχή αυτή.

1.2.2 Αντοχή Η αντοχή του κονιάματος ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο τους και την ποσότητα του νερού που προστίθεται.

Οι περισσότεροι τύποι εμφανίζουν αντοχή μεγαλύτερη από 40 MPa ακόμη και για ιδιαίτερα μεγάλη ρευστότητα του μίγματος.

Λόγω του μικρού κόκκου του αδρανούς που περιέχουν, εμφανίζουν:

σημαντικά μεγαλύτερη συνάφεια με τοχάλυβα απ΄ό,τι σκυρόδεμα ίδιας αντοχήςκαι

ελαφρά μικρότερο μέτρο ελαστικότηταςαπό ό,τι σκυρόδεμα αντίστοιχης αντοχής (είναι της τάξεως του 25000 MPa).

Εικόνα 1 Επιφάνεια στοιχείων πριν την έγχυση του κονιάματος


98

1.3 ΙΝΩΠΛΙΣΜΕΝΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ (FIBRE REINFORCED POLYMERS – FRP)

1.3.1 Δομή και Χαρακτηριστικά Τα υλικά αυτά αποτελούνται από συνεχείς ίνες (συνήθως άνθρακα ή γυαλιού και σπανιότερα αραμιδίου) «συρραμμένες ή πλεγμένες» σε μορφή «υφάσματος», όπως φαίνεται στην εικόνα.

Τα «υφάσματα» αυτά αφού εμποτιστούν με ειδικές εποξειδικές ρητίνες, σχηματίζουν ένα σύνθετο υλικό υψηλής αντοχής το οποίο επικολλάται σε κατάλληλα προετοιμασμένες επιφάνειες του υπό ενίσχυση στοιχείου.

Διατίθενται σε μορφή «λωρίδων» ή εύκαμπτων «υφασμάτων» με ίνες σε μία, συνήθως, διεύ-θυνση.

Τίθενται ως διαμήκης ή εγκάρσιος οπλισμός επικολλούμενα κατά τη διαμήκη ή εγκάρσια

διεύθυνση των στοιχείων, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Τα συνήθη πάχη των υφασμάτων που διατίθενται στην αγορά) είναι:

• Ίνες ύαλου: 10 mm έως 15 mm

• Ίνες άνθρακα: 0.10 mm έως 1.0 mm

Στους παρακάτω πίνακες δίνονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά των υλικών αυτών

ΠΙΝΑΚΑΣ 1. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Υλικό Μέτρο ελαστικότητας

(GPa)

Τάση θραύσης σε εφελκυσμό

(MPa)

Παραμόρφωση θραύσης

(%)

Μέσο κόστος (1995)

Δρχ/kgr

Άνθρακας 160 – 270 1400 – 6800 1.0 – 2.5 19000

Ύαλος 81 3400 4.9 1400

Kevlar 29 62 – 83 2800 3.6 – 4.0 9500

Εποξειδική ρητίνη

2.0 – 4.5 27 – 62 4 – 14 2200

ΠΙΝΑΚΑΣ 2. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Σύνθετο υλικό Τάση θραύσης σε εφελκυσμό (MPa)

Μέτρο ελαστικότητας (GPa)

Ύαλος-Ρητίνη 400 – 1500 35

Άνθρακας-Ρητίνη 800 – 3000 40


99

Λόγω του πολύ μικρού πάχους τους, τηςτάξεως του 1mm, δεν μεταβάλλουν τηδιατομή των στοιχείων, σε αντίθεση μετο μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος οοποίος την αυξάνει σημαντικά.

1.3.2 Διαφοροποιήσεις από το Χάλυβα Τα ανθρακονήματα και τα υαλονήματα εμ-φανίζουν σημαντικές διαφορές από τις χαλύ-βδινες ράβδους στα τεχνολογικά χαρακτη-ριστικά τους:

Έχουν καθαρά ελαστική συμεριφορά καιόχι ελαστοπλαστική, όπως ο χάλυβας, οοποίος είναι ιδιαίτερα όλκιμο υλικό.

Η μέγιστη παραμόρφωσής είναι ιδιαίτεραμικρή συγκρινόμενη μ΄αυτήν του χάλυβα

Τιμές μέγιστης παραμόρφωσης:Ανθρακονήματα: 8 %οΧάλυβας: > 100 %ο.

1.3.3 Περιοχή Εφαρμογής τους

Η μέθοδος επισκευής ή ενίσχυσης με ϋφά-σματα» έχει (ορθότερα, θάπρεπε να έχει) περιορισμένη περιοχή εφαρμογής λόγω:

της τοξικότητας των χρησιμοποιούμενωνρητινών.

Δεν ενδείκνυται για αποκατάσταση στοιχείων κλειστών χώρων, όπως υπόγειων χώρων, κινηματοθεάτρων, κ.λ.π, καθώς, σύμφωνα με τις προδιαγραφές των χρησιμοποιού-μενων υλικών, για την εφαρμογή τους απαιτούνται ειδικές προφυλάξεις, όπως:

• Να εφαρμόζονται μόνον σε χώρο μεκαλό αερισμό

• Οι εργαζόμενοι να φορούν ειδικέςφόρμες και μάσκες

• Να μην χρησιμοποιείται το δικτύούδρευσης για τον καθαρισμό εργαλείωνκαι εργαζόμενων,

• Η αποκομιδή τους να γίνεται σε ειδικόχώρο τοξικών αποβλήτων, κ.λ.π.

Λόγω της ιδιαίτερα μικρής μέγιστηςπαραμόρφωσής τους.

Δεν ενδείκνυται για στοιχεία υπό σεισμική επιπόνηση.

• Η αποτελεσματικότητα των υλικώναυτών είναι έντονα εξαρτημένη από τηνκαλή εκτέλεση της εργασίας επικόλλησης.

Ελλιπής προετοιμασία της επιφάνειαςεπικόλλησης (π.χ. ανεπαρκής επιπέδωση)είτε κακή διαδικασία επικόλλησης (π.χ. μηευθυγράμμιση των υφασμάτων) μπορεί ναακυρώσει πλήρως την αποτελεσματι-κότητα της μεθόδου.

Εμφανίζουν ερπυστική συμπεριφορά, αλλά διαφορετική απ΄ αυτήν του σκυροδέμα-τος, τόσο ως προς το μεγαλύτερο μέγεθος της γραμμικής ερπυστικής τους παραμόρφωσης, όσο και ως προς τη μικρότερη στάθμη μετάβασης σε μη γραμμική ερπυστική συμπεριφορά, η οποία στην περίπτωση του υαλονήματος είναι ιδιαίτερα μικρή.

Η σημαντική ερπυστική παραμόρφωση των υφασμάτων συνεπάγεται προοδευ-τική σημαντική αποφόρτισή τους και επιφόρτιση του (μη ερπύοντος) χάλυβα του οπλισμού και, ενδεχομένως, αστοχία του από υπέρβαση της αντοχής του.

Μικρότερη στάθμη μετάβασης σε μη γραμμική ερπυστική συμπεριφορά συνεπάγεται συντόμευση του χρονικού διαστήματος για την παραπάνω αστοχία.

1.3.4 Προβλήματα Ασφάλειας και Περιβάλλοντος Ιδιαίτερα σοβαρά είναι τα προβλήματα ασφάλειας των εργαζομένων στην κατασκευή αλλά και των χρηστών της:

Τα υλικά αυτά σχεδιασμένα για εφαρμογές στην αεροναυπηγική, υιοθετήθηκαν στις κατασκευές μετά την απόσυρσή τους, ενδεχομένως, και για λόγους επικινδυνό-τητας, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις πυρκα-ϊάς.*


100

Εκτός από την υψηλή τοξικότητα των παραγώγων της υπερθέρμανσής τους, η οποία συμβαίνει σε χαμηλές θερμο-κρασίες

τα υλικά αυτά εμφανίζουν, επίσης, σημαντική απώλεια της αντοχής τους με το χρόνο, καθιστώντας προβληματική την μακροχρόνια συμπεριφορά των κατασκευών στις οποίες υιοθετούνται.

Σημαντικά, επίσης, είναι τα περιβαλλοντικά προβλήματα και τα θέματα ασφάλειας εργα-ζόμενων και χρηστών, καθώς δεν τηρούνται, συνήθως, στην πράξη οι προδιαγραφές καλής χρήσης των υλικών αυτών.

Παρά τα παραπάνω σημαντικά προβλήματα των υλικών αυτών και, όπως εντοπίζεται στο επόμενο κεφάλαιο,

την αναποτελεσματικότητά τους σε περί-πτωση σεισμικής επιπόνησης και το σοβαρότατο θέμα ασφάλειας, καθώς τα υλικά αυτά δεν επιτρέπουν οπτική ένδειξη ενδεχόμενης αστοχίας των στοιχείων,

μετά τον πρόσφατο σεισμό στην Αττική διαφημίστηκαν έντονα** και υιοθετήθηκαν σε μεγάλη κλίμακα και γιατί οι προδιαγραφόμενες τιμές (ΑΤΟΕ) για επισκευή με τα υλικά αυτά είχαν τεθεί ιδιαίτερα υψηλές και προτιμήθηκαν από τους κατασκευαστές.

_____________________________

* Ενδεικτικά αναφέρεται η προειδοποίηση της British Fire Service προς την Royal Air Force(RAF) στην ιστοσελίδα Firenet (www.fire.org.uk) με τίτλο Safety hazard associated with carbon fibre materials:

«… ο κυριότερος κίνδυνος για τους πυροσβέστες προκύπτει από την αποσύνθεση του πλαισίου κατά την πυρκαϊά μετά τη συντριβή του αεροσκάφου.

Τα υλικά τα αποτελούμενα από ανθρακονήματα βρίσκονται σε πυρακτωμένη κατάσταση και διαλύονται εύκολα όταν αγγιχτούν. Οι ίνες μάλλον δεν είναι εισπνεύσιμες, αλλά μπορούν να προκαλέσουν τραυματισμούς λειτουργώντας ως βελόνες και τραυματική δερματίτιδα σαν και αυτή που σχετίζεται με τις ίνες υάλου.

Οι ίνες του άνθρακα μπορούν ν΄ απορροφήσουν όλα τα παράγωγα μιας πυρκαϊάς που συμβαίνει μετά από μια σύγκρουση και σε περίπτωση επαφής να λειτουργήσουν ως ένεση που θα επιτρέψει στα παράγωγα της φωτιάς να διεισδύσουν στο σώμα.

Επιπρόσθετα, η αποσύνθεση του ουρικού/φορμαλδεϋδικού πλαισίου μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ισοκυανίου. Υπάρχει, επίσης, η πιθανότητα το υλικό να αιωρείται μετά από μία εναέρια σύγκρουση και να διασκορπιστεί σε σημαντικές αποστάσεις από τον άνεμο»

** Έχει χρηματοδοτηθεί από τον ΟΑΣΠ (οργανισμό αντισεισμικής προστασίας) ερευνητικό πρόγραμμα με τίτλο: «Διάχυση οδηγιών για την ενίσχυση των κατασκευών με σύνθετα υλικά».


101

http://www.fire.org.uk/

2. ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ

Η αξιολόγηση βασίζεται στα αποτελέσματα πειραμάτων στο εργαστήριο σκυροδέματος του ΕΜΠ στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών της περιόδου 2001-2002. Τεχνική έκθεση των πειραμάτων αυτών δίνεται στο κεφ. 3.

2.1 ΕΠΙΣΚΕΥΗ ΜΕ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ

Στοιχεία επισκευασμένα με μανδύα εκτοξευ-όμενου σκυροδέματος χαρακτηρίζονται από:

Αύξηση Φέρουσας Ικανότητας ΧωρίςΜείωση της Πλαστιμότητας

Όπως προκύπτει από το διάγραμμα συμπε-ριφοράς στο Σχ. 1 και την Εικόνα 1, τα επισκευασμένα στοιχεία επιδεικνύουν καλή συμπεριφορά, τόσο ως προς την φέρουσα ικανότητα, όσο και ως προς την επιτυγ-χανόμενη παλστιμότητα.

Σχ. 2.1 Διάγραμμα Ρ-δ αρχικού στοιχείου Ν και επισκευασμένου στοιχείου G

Δεδομένου ότι προστίθεται ισόποσος εφελκυ-όμενος και θλιβόμενος οπλισμός και παράλ-ληλα αυξάνεται και η διατομή, τα στοιχεία με μανδύα από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα δεν υστερούν σε πλαστιμότητα, εμφανίζοντας παρατεταμένη αστοχία με σαφείς προειδοπο-ιητικές ενδείξεις για την έγκαιρη αποφόρτισή τους, είτε την εκ νέου επισκευή τους.

Σημαντική η Συμβολή του Αρχικού(εσωτερικού) Οπλισμού

Όπως αναφέρθηκε στο κεφ. 1, αρκετές φορές στην πράξη αμελείται η συμβολή του παλιού οπλισμού των στοιχείων.

Η αντοχή επισκευασμένων στοιχείων στα οποί-α ο προστιθέμενος οπλισμός στον μανδύα είναι ίδιος με τον παλιό (εσωτερικό) οπλισμό τους είναι υπερδιπλάσια της αρχικής τους.

Εικόνα 2.1 Μορφολογία ρηγμάτωσης μονότονης επιπόνησης

Εικόνα 2.2 Μορφολογία ρηγμάτωσης εναλλασσόμενης επιπόνησης

Ο υπερδιπλασιασμός της φέρουσας ικανό-τητας των στοιχείων είναι αναμενόμενος, καθώς ο εσωτερικός οπλισμός δρα, όπως φαίνεται στο Σχ. 2, ως οπλισμός ενδιάμεσα του ύψους του στοιχείου.


102

Σχ. 2.2 Ο παλιός οπλισμός ως ενδιάμεσος καθύψος

Όπως φαίνεται στο Σχ. 3, ο διαμήκης οπλι-σμός ενδιάμεσα του ύψους σε στοιχεία με συμμετρικό οπλισμό συμμετέχει στην φέρουσα ικανότητα του στοιχείου ως αν ήταν στα πέλματα.

εc Fs2

Αs/2 x Fc

Αs/2 z1

εs1 Fs1 (α)

εc Fs2

Fc F z2

Fs1 εs1

(β)

ΜRdu(α)

= As/2.fsd.z1

ΜRdu(β)

= 3As/4.fsd.z2


Σημαντική Μείωση της ΦέρουσαςΙκανότητας μετά τον Παρθενικό Κύκλο

Όπως φαίνεται από το διάγραμμα συμπε-ριφοράς στο Σχ. 1, ιδιοτυπία της εναλ-λασσόμενης συμπεριφοράς των επισκευα-σμένων στοιχείων είναι:

• Η παρατηρούμενη σημαντική πτώση τουφορτίου μετά τον παρθενικό κύκλο.

Η πτώση αυτή είναι τόσο πιο μεγάλη όσο πιο μεγάλο είναι το ποσοστό του ενδιάμεσου οπλισμού.

• Η μικρότερη στένωση των υστερητικώνβρόχων.

Η συμπεριφορά αυτή είναι, όπως εντοπίζεται στο κεφ. 15 της Ενότητας Α, χαρακτηριστική των στοιχείων με διάταξη διαμήκους οπλισμού ενδιάμεσα του ύψους του στοιχείου.

Η μείωση αυτή της καμπτικής αντοχήςπρέπει να λαμβάνεται υπόψη στημελέτη επισκευής.

Κατά τον ικανοτικό σχεδιασμό των υπο-στυλωμάτων σε κάμψη η καμπτική αντοχήτόσο των δοκών όσο και των υποστυ-λωμάτων τίθεται ίση μ΄ αυτή της μονό-τονης επιπόνησης.

Αν δεν ληφθεί υπόψη η καμπτική αντοχήμετά την ανακύκληση της επιπόνησης θαπαραβιαστεί ο ικανοτικός σχεδιασμός καιθα προκύψει αστοχία τωνεπισκευασμένων υποστυλωμάτων καιόχι των δοκών, όπως προβλέπεται στοσχεδιασμό.

Γιαυτό απαιτείται:

Στη μελέτη επισκευής ως ροπήαστοχίας των υποστυλωμάτων νατίθεται η καμπτική αντοχή μετά τηνανακύκληση της επιπόνησης και όχιαυτή της μονότονης επιπόνησης.

Επειδή μετά την ανακύκληση της επιπόνησης η καμπτική ρωγμή εκτείνεται καθ΄όλο το ύψος της διατομής, η ενεργή διατομή του στοιχείου είναι αυτή του θλιβόμενου και εφελκυόμενου διαμήκους οπλισμού.

1 ε1

z2

Fs1

2 ε2 ε1 = ε2

Mu = Fs1. z2

Σχ. 2.4 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας μετά την ανακύκληση


103

Γι αυτό η τιμή αυτή της καμπτικής αντοχής Mu προκύπτει θεωρώντας μηδενική τη θλιπτική δύναμη του σκυροδέματος και εσωτερικές δυνάμεις, όπως φαίνεται στο Σχ. 4.

Μειονεκτήματα στην ΠερίπτωσηΔιατμητικής Αποκατάστασης

Βασικό μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι:

Δεν είναι δυνατή η τοπικήαποκατάσταση μόνο της διατμητικής αντοχής.

Λόγω:

• της αύξησης της διατομής του στοιχείου και

• του πρόσθετου διαμήκους οπλισμού πουαπαιτείται για τη συναρμολόγιση τωνπρόσθετων συνδετήρων του μανδύα,

μεταβάλλεται τόσον η καμπτική αντοχή του στοιχείου, όσο και η δυσκαμψία του.

Η μεταβολή των χαρακτηριστικών αυτών απαιτεί επανασχεδιασμό της κατασκευής και, ενδεχομένως, ενίσχυση και άλλων στοιχείων, ώστε να τηρηθούν οι απαιτήσεις των ικα-νοτικών ελέγχων κατά τον αντισεισμικό σχε-διασμό.

Πρόσθετο μειονέκτημα της μεθόδου στην περίπτωση στοιχείου με διατμητική αστοχία αποτελεί:

Η προβληματική καμπτική συμπεριφορά τουεπισκευασμένου στοιχείου λόγω πρόωρουλυγισμού των μικρής διαμέτρου ακραίωνδιαμήκων ράβδων οι οποίες τοποθετούνταιγια τη συναρμολόγηση των συνδετήρων.

Συχνά ο λυγισμός αυτός οδηγεί σε πλήρηαποδιοργάνωση της κρίσιμης περιοχήςτου στοιχείου.

Προβληματική ΜακροχρόνιαΣυμπεριφορά

Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα λόγω:

• του μικρού κόκκου του αδρανούς του,

• της σχετικά μεγάλης ποσόστηταςτσιμέντου που περιέχει

• του επιταχυντικού της πήξης που περιέχει

• των κενών λόγω της αναπήδησης τωναδρανών,

έχει αυξημένες χρόνιεςπαραμορφώσεις: συστολή ξηράνσεωςκαι ερπυσμό.

2.2 ΕΠΙΣΚΕΥΗ ΜΕ ΑΣΥΣΤΟΛΙΚΑ ΚΟΝΙΑΜΑΤΑ

2.2.1 Περιπτώσεις Εφαρμογής

Μόνον με ασυστολικά κονιάματα μπορούν να επισκευαστούν στοιχεία τα οποία δεν απαιτούν ενίσχυση της αντοχής τους παρά μόνον απο-κατάστασή της.

Αντικαθιστώντας στις περιοχές αστοχίας των στοιχείων το αποδιοργανωμένο σκυρόδεμα με συμπαγές κονίαμα αποκαθίσταται:

• η ικανότητα της θλιβόμενης ζώνης τους

• η συνάφεια του υπάρχοντα οπλισμού ώστενα μπορεί να ενεργοποιηθεί (ενταθεί) κατάτη φόρτιση τους

Η μέθοδος προυποθέτει ότι οι διαμήκεις οπλι-σμοί δεν θα έχουν λυγίσει σημαντικά.

Ελαφρύς λυγισμός των διαμήκωνράβδων δεν επηρεάζει την ικανότητάτους αρκεί η επικάλυψή του με τοασυστολικό κονίαμα να είναι επαρκής γιανα μην εκτιναχθεί λόγω των δυνάμεωνάντυγας που θα ααναπτυχθούν στις θέσειςκαμπύλωσης του οπλισμού.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 5, στις θέσεις κα-μπύλωσής τους οι ράβδοι τείνοντας να ευθυ-γραμμιστούν ασκούν στο σκυρόδεμα δύναμη R. Ίση και αντίθετη δύναμη V ασκείται από το σκυρόδεμα στις ράβδους στη θέση αυτή.

Για την εξισορρόπιση των δυνάμεων αυτών


104

αναπτύσσονται, όπως φαίνεται στο Σχ. 6, εφελκυστικές τάσεις στο κονίαμα της επικά-λυψης.

Η επικάλυψη του κονιάματος πρέπει να είναι τόσο πιο μεγάλη όσο πιο μεγάλες είναι οι δυνάμεις V, δηλαδή όσο πιο μεγάλη η καμπύλωση του οπλισμού.

(α) (β)

Σχ. 2.5 Ανάπτυξη δυνάμεων (α) R από το σκυρόδεμα στις ράβδους, (β) V από τις ράβδους στο σκυρόδεμα

Σχ. 2.6 Ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων στο κονίαμα

Οι δυνάμεις V είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 6, τόσο πιο μεγάλη είναι η καμπύλωση (ο λυ-γισμός) της ράβδου.

Σχ. 2.7 Αύξηση των δυνάμεων άντυγας με την αύξηση της καμπύλωσης του οπλισμού

2.2.2 Συμπεριφορά Επισκευασμένων Στοιχείων

Στοιχεία επισκευασμένα με ασυστολικά κονιά-ματα εμφανίζουν τα παρακάτω χαρακτηρι-στικά:

Μεγαλύτερη Καμπτική Αντοχή καιΠλαστιμότητα

Η αντοχή των επισκευασμένων στοιχείων είναι μεγαλύτερη από την αντοχή του αρχικού στοιχείου λόγω:

• της υψηλής θλιπτικής αντοχής τουκονιάματος και, γιαυτό, του μειωμένουβάθους της θλιβόμενης ζώνης και, άρα,του μεγαλύτερου μοχλοβραχίονα τωνεσωτερικών δυνάμεων

• της υψηλής εφελκυστικής αντοχής τουκονιάματος και, γιαυτό, καθυστέρησης τηςρηγμάτωσης των στοιχείων

• της καλύτερης συνάφειας με τον οπλισμό,λόγω του μικρού κόκκου των αδρανών τουκονιάματος και της υψηλής αντοχής του

Η Ποιότητας και της Θέσης τηςΔιεπιφάνειας Σκυροδέματος καιΚονιάματος Κρίσιμη για τηΣυμπεριφορά του Στοιχείου

Η ποιότητα και η θέση της διεπιφάνειας σκυροδέματος και κονιάματος αποτελεί κρίσι-μο παράγοντα για την μέθοδο αυτή.

Μη επιμελημένη εργασία στην περιοχή αυτή ή διεπειφάνεια κοντά στην κρίσιμη διατομή του στοιχείου, όπως φαίνεται στο Σχ. 8(α), μπορεί να ακυρώσει τα σημαντικά πλεονεκτήματα (τεχνολογικά, κατασκευαστικά και οικονομικά) της μεθόδου.

Μπορεί να συμβεί αποκόλληση στην διεπιφά-νεια σκυροδέματος και κονιάματος, όπως φαίνεται στο Σχ. 8(α), η οποία να μην επιτρέψει την περαιτέρω επιπόνηση του στοιχείου.

Σχ. 2. 8 Κίνδυνος αποκόλλησης κονιάματος

Η διεπιφάνεια σκυροδέματος και κονιάματος πρέπει να είναι σε σημαντική απόσταση από την κρίσιμη διατομή του στοιχείου, όπως φαί-νεται στο Σχ. 7(β).

αποκόλληση

κονίαμα (α) κονίαμα (β)

R V

R V


105

2.3 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΑΝΘΡΑΚΟΝΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΥΑΛΟΝΗΜΑΤΑ

Στοιχεία επισκευασμένα με ανθρακονήματα και υαλονήματα χαρακτηρίζονται από:

Η Αναποτελεσματικότητα τωνΔιαμήκων Στρώσεων, ιδιαίτερα τωνΑνθρακονημάτων, σε ΕναλλασσόμενηΕπιπόνηση

Στό Σχ. 10 φαίνονται τα διαγράμματα Ρ-δ (ανερχόμενοι κλάδοι) και στο Σχ. 11 τα πλήρη διαγράμματα εναλλασσόμενης επιπό-νησης στοιχείων στα οποία έχουν επικολληθεί διαμήκεις στρώσεις ανθρακονήματος (βλ. Κεφ. 4).

Όπως φαίνεται από τα διαγράμματα:

Η θραύση των διαμήκων στρώσεωνσυμβαίνει αρκετά πριν την ανακύκλησητης επιπόνησης.

Η πτώση του φορτίου στα διαγράμματα αντιστοιχεί σε θραύση των υφασμάτων.

Α: ανθρακόνημα Υ: υαλόνημα Ν:αρχικό στοιχείο Ι: στρώσεις στα πέλματα (δοκοί) ΙΙ: στρώσεις και στις τέσσερις πλευρές (στύλοι)

Σχ. 2.10 Διάγραμμα συμπεριφοράς Ρ – δ Μονότονη επιπόνηση

Ιδιαίτερα πρόωρη είναι η θραύση τωνστρώσεων στα στοιχεία με τοανθρακόνημα του οποίου η μέγιστηπαραμόρφωση είναι της τάξεως του 8%ο (έναντι 100 %ο του χάλυβα).

Όπως φαίνεται από τα διαγράμματα στο Σχ. 11, μετά τον παρθενικό κύκλο επιπόνησης, η

συμπεριφορά των στοιχείων ταυτίζεται μ΄ αυτήν των στοιχείων πριν την ενίσχυσή τους.

Η εξάντληση της αντοχής του ανθρακονήματος πριν την ανακύκληση της επιπόνησης είναι αναμενόμενη, καθώς η εφελκυστική παραμόρφωση των ράβδων του χάλυβα και το αντίστοιχο άνοιγμα των ρωγμών βαίνουν αυξανόμενα με την ανακύκληση της επιπόνησης και υπερβαίνουν την μικρή οριακή εφελκυστική παραμόρφωση του ανθρακονήματος.

Σχ. 2.11 Διάγραμμα συμπεριφοράς


106

Η μικρή πλαστιμότητά τους είναι, επίσης, αναμενόμενη, λόγω:

• της ελαστικής συμπεριφοράς τωνυφασμάτων και

• της ισοδυναμίας τους με ενίσχυση τουεφελκυόμενου, μόνον, οπλισμού.

Λόγω του μικρού μέτρου ελαστικότητάς τους και της μικρής παραμόρφωσης των στοιχείων στο θλιβόμενο πέλμα τους, είναι αμελητέα η ένταση της στρώσης στο θλιβόμενο πέλμα των στοιχείων.

Η Απουσία ΠροειδοποιητικώνΕνδείξεων Αστοχίας

Η εικόνα της αστοχίας των στοιχείων με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος καθώς και των στοιχείων με ασυστολικά κονιάματα είναι, όπως σχολιάστηκε στο κεφ. 3.1 και 3.2, παρόμοια μ΄αυτήν των στοιχείων από οπλι-σμένο σκυρόδεμα.

Στην περίπτωση, όμως, των στοιχείων με υφάσματα, η ρηγμάτωση πριν την αστοχία, δεν είναι εμφανής.

Η αστοχία της διαμήκους στρώσης του υφάσματος γίνεται αντιληπτή ηχητικά μόνον κατά την αστοχία του υφάσματος, χωρίς οπτική ένδειξη πριν, αλλά, ούτε και αμέσως μετά απ΄ αυτήν, λόγω της εγκάρσιας στρώ-σης του υφάσματος η οποία περιβάλλει, συνήθως, τη διαμήκη στρώση, ιδιαίτερα στα ενισχυμένα υποστυλώματα.

Οπτική ένδειξη με τη μορφή μίας, μόνον, ρωγμής, υπάρχει μόνον στην περίπτωση προχωρημένης καμπτικής αστοχίας, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.

Εικόνα 2.3 Μορφή αστοχίας στοιχείου με διαμήκη και εγκάρσια στρώση υαλονήματος

Η Αυξημένη Πλαστιμότητα καιΣταθερότητα των Υστερητικών ΚύκλωνΣοιχείων με Εγκάρσια ΜΟΝΟΝ ΣτρώσηΥφασμάτων

Η εγκάρσια στρώση των υφασμάτων συγ-κρατώντας στη θέση της την αποκολλούμενη, λόγω της επιπόνησης, επικάλυψη του δια-μήκους οπλισμού παρεμποδίζει το λυγισμό των διαμήκων ράβδων, ο οποίος, όπως εντοπίζεται στο κεφ 23.3 της Ενότητας Α, αποτελεί την αιτία τελικής αστοχίας των καμ-πτόμενων στοιχείων, καθορίζοντας το μέγε-θος της επιτυγχανόμενης πλαστιμότητας στην περίπτωση μονότονης επιπόνησης και τη σταθερότητα των υστερητικών βρόγχων στην περίπτωση εναλλασσόμενης επιπόνησης.

Οι Λανθασμένες αντιλήψεις γιααύξηση της καμπτικής αντοχήςμέσω εγκάρσιων στρώσεωνυφασμάτων

Σύμφωνα με δημοσιοποιημένα πειραματικά αποτελέσματα:

(α) η εγκάρσια στρώση ασκεί περίσφιξη στο θλιβόμενο σκυρόδεμα αυξάνοντας την καμπτική αντοχή και πλαστιμότητά του στοιχείου, και (β) η αύξηση αυτή της αντοχής είναι ανάλογη του αριθμού των στρώσεων

Το συμπέρασμα αυτό βασίζεται σε αποτελέ-σματα δοκιμασίας σε κεντρική θλιπτική επι-πόνηση κυλινδρικών δοκιμίων. Στα δοκίμια αυτά παρατηρείται σημαντική αύξηση της αντοχής και της μέγιστης παρα-μόρφωσης η οποία είναι ανάλογη του αριθμού των εγκάρσιων στρώσεων.

Η υιοθέτηση, όμως, των αποτελεσμάτων αυ-τών στην περίπτωση στοιχείων υπό υπερι-σχύουσα καμπτική επιπόνηση (όπως είναι η σεισμική επιπόνηση) παραβλέπει ότι στην περίπτωση αυτή:

η θλιβόμενη διατομή είναιορθογωνική με μεγάλο λόγοπλευρών, καθώς το βάθος τηςθλιβόμενης ζώνης στοιχείων μεσυμμετρικό οπλισμό και σημαντικό


107

πλάτος, όπως η περίπτωση υποστυλωμάτων, προκύπτει, ιδιαίτερα, μικρό και

η θλιπτική ένταση δεν είναι σταθερή,σε όλη την διατομή, αλλά βαίνειμειούμενη, μηδενιζόμενη στον ουδέτεροάξονα της διατομής.

Από πειραματικές εργασίες έχει προκύψει ότι η ασκούμενη περίσφιξη σε πρισματικά δοκίμια (υπό κεντρική θλίψη) με λόγο πλευρών μεγαλύτερο του 2 είναι αμελητέα.

Σημειώνεται ότι η ασκούμενη τάση περίσφιξης είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 12, αντίστροφα ανάλογη της διαμέτρου των κυλινδρικών δοκιμίων και γιαυτό ακόμη και σε κυλινδρικά στοιχεία (π.χ. βάθρα γεφυρών) αναμένεται μικρή. Τα στοιχεία αναφοράς στα πειράματα των εργασιών αυτών είχαν σχεδιαστεί με ανεπάρκεια του εγκάρσιου οπλισμού (μεγάλη απόσταση ή και κακοτεχνία συνδετήρων) και ως εκ τούτου η φέρουσα ικανότητά τους

λόγω πρόωρου λυγισμού του διαμήκους οπλισμού ήταν κατά πολύ μικρότερη απ΄ αυτήν με βάση τις διαστάσεις τους και τον διαμήκη οπλισμό τους.

2.t.ft = 2.p.R => p= t. ft /R

Σχ. 2.12 Εντατική κατάσταση κυλινδρικού στοιχείου με εγκάρσια στρώση υφάσματος

Η αναφερόμενη αυξημένη φέρουσα ικανότητα των στοιχείων αυτών μετά την εγκάρσια ενίσχυσή τους με υφάσματα αντιστοιχεί στη φέρουσα ικανότητα που θα είχαν τα (παρθενικά) στοιχεία, αν δεν είχαν αραιούς είτε κακότεχνους συνδε-τήρες.


108

3. ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ο.ΣΜΕ ΑΝΘΡΑΚΟΝΗΜΑΤΑ, ΥΑΛΟΝΗΜΑΤΑ ΚΑΙ

ΜΑΝΔΥΑ ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Τεχνική Εκθεση των αποτελεσμάτων πειραμάτων που έγιναν στο εργαστήριο σκυροδέματος του ΕΜΠ στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών το 2001

. Περίληψη Από τα αποτελέσματα δοκιμασίας σε εναλλασ-σόμενη καμπτοδιατμητική επιπόνηση αμφιέρειστων στοιχείων επισκευασμένων και ενισχυμένων με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος και συζηγών στοιχείων επισκευασμένων και ενισχυμένων με επικόλληση ανθρακονημάτων και υαλονημάτων εντοπίζονται υπολογιστικές ιδιαιτερότητες που παραβλέπονται κατά τη μελέτη των στοιχείων με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα και τίθενται υπό αμφι-σβήτηση κρατούσες αντιλήψεις για τη συμπεριφορά στοιχείων ενισχυμένων ή επισκευασμένων με υφάσματα.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η επισκευή και ενίσχυση δομικών στοιχείων με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος αποτελεί την παραδοσιακή μέθοδο επισκευής και ενίσχυσης δομικών στοιχείων από οπλι-σμένο σκυρόδεμα. Μετά τον τελευταίο σεισμό στην Αττική, η μέθοδος αυτή, σε αρκετές περιπτώσεις αντικα-ταστάθηκε, από την, σχετικά, πρόσφατη μέθο-δο της επικόλλησης ανθρακονημάτων και υαλονημάτων παρά τα, ήδη, γνωστά μειονε-κτήματα των υλικών αυτών.

Τα υαλονήματα και ανθρακονήματα σχεδια-σμένα για εφαρμογές στην αεροναυ-πηγική, υιοθετήθηκαν στις κατασκευές μετά την απόσυρσή τους, ενδεχομένως, και για λόγους επικυνδυνότητας, ιδιαίτε-ρα, σε περιπτώσεις πυρκαϊάς.

Ενδεικτικά αναφέρεται η προειδοποίηση της British Fire Service προς την Royal Air Force (RAF) στην ιστοσελίδα Firenet (www.fire.org.uk) με τίτλο Safety hazard associated with carbon fibre materials:

«…ο κυριότερος κίνδυνος για τους πυροσβέστες προκύπτει από την αποσύνθεση του πλαισίου κατά την πυρκαϊά μετά τη συντριβή του αεροσκάφους. Τα υλικά τα αποτελούμενα από ανθρακονήματα βρίσκονται σε πυρακτωμένη κατάσταση και διαλύονται εύκολα όταν αγγιχτούν.

Οι ίνες, μάλλον, δεν είναι εισπνεύσιμες, αλλά μπορούν να προκαλέσουν τραυματισμούς δρώντας ως βελόνες και τραυματική δερματίτιδα σαν και αυτή που σχετίζεται με τις ίνες υάλου.

Οι ίνες του άνθρακα μπορούν ν΄ απορροφήσουν όλα τα παράγωγα μιας πυρκαϊάς που συμβαίνει μετά από μια σύγκρουση και σε περίπτωση επαφής να λειτουργήσουν ως ένεση που θα επιτρέψει στα παράγωγα της φωτιάς να διεισδύσουν στο σώμα.

Επιπρόσθετα, η αποσύνθεση του ουρικού/φορ-μαλδεϋδικού πλαισίου μπορεί να έχει ως αποτέ-λεσμα την απελευθέρωση ιδροκυανίου.

Υπάρχει, επίσης, η πιθανότητα το υλικό να αιωρείται μετά από μία εναέρια σύγκρουση και να διασκορπιστεί σε σημαντικές αποστάσεις από τον άνεμο».

Εκτός από την υψηλή τοξικότητα των παρα΄-γώγων της υπερθέρμανσής τους, η οποία συμβαίνει σε χαμηλές θερμοκρασίες, τα υλικά αυτά εμφανίζουν, επίσης, σημαντική απώ-λεια της αντοχής τους με τον χρόνο, καθιστώντας προβληματική την μακροχρόνια συμπεριφορά των κατασκευών στις οποίες χρησιμοποιούνται.

Εμφανίζουν ερπυστική συμπεριφορά διαφορε-τική απ΄ αυτήν του σκυροδέματος, τόσο ως προς το μεγαλύτερο μέγεθος της γραμμικής ερπυστικής τους παραμόρφωσης, όσο και ως προς την μικρότερη στάθμη μετάβασης σε μη γραμμική ερπυστική συμπεριφορά, η οποία στην περίπτωση του υαλονήματος είναι, ιδιαίτερα, μικρή. Η σημαντική ερπυστική παραμόρφωσή τους συνεπάγεται προοδευτική σημαντική απο-φόρτισή τους και επιφόρτιση του χάλυβα του οπλισμού των στοιχείων και, ενδε-χομένως, αστοχία του από υπέρβαση της αντοχής του. Μικρότερη στάθμη μετάβασης σε μη γραμμική ερπυστική συμπεριφορά συνεπάγεται συντό-μευση του χρονικού διαστήματος για την παραπάνω αστοχία.


109

http://www.fire.org.uk/

Σημαντικά, επίσης, είναι τα περιβαλλοντικά προβλήματα και τα θέματα ασφάλειας εργαζό-μενων και χρηστών, καθώς δεν τηρούνται, συνήθως, στην πράξη οι προ-διαγραφές καλής χρήσης των υλικών αυτών, όπως:

η μη υιοθέτησή τους σε μη,ιδιαίτερα, καλά αεριζόμενουςχώρους,

η μη χρήση του δικτύουυδρεύσεως για τον καθαρισμόεργαλείων και εργαζόμενων,

η αποκομιδή τους σε ειδικούςχώρους τοξικών αποβλήτων, κ. α.

Ως πλεονεκτήματα για την υιοθέτηση των υλικών αυτών στις οικοδομές, για την διάδοση των οποίων έχει χρηματοδοτηθεί από τον ΟΑΣΠ ερευνητικό πρόγραμμα με αντικείμενο «την διάχυση οδηγιών για την ενίσχυση κατασκευών με σύνθετα υλικά» αναφέρονται η μεγαλύτερη απλότητα και τα-χύτητα της εφαρμογής τους και η σημαντική αύξηση αντοχής και πλαστιμότητας των υποστυλωμάτων, λόγω της περίσφιξης που ασκούν στο θλιβόμενο σκυρόδεμα.

Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέ-σματα πειραματικού προγράμματος το οποίο σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών με στόχο να διε-ρευνηθεί:

(α) η απόδοση των δύο μεθόδων, της επικόλλησης υφασμάτων και του μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος, σε όρους επιτυγχανόμενης βραχυχρόνιας αντοχής και αντισεισμικότητας, τόσο στην περίπτωση ενίσχυσης των δομικών στοιχείων (χωρίς προηγούμενη αστοχία τους), όσο και στην περίπτωση επισκευής τους (μετά την αστοχία τους) για την αποκατάσταση της φέρουσας ικανότητάς τους.

Σημειώνεται ότι, μολονότι οι περισσότερες περιπτώσεις επεμβάσεων στα δομικά στοιχεία αφορούν σε επισκευή τους, (στοιχεία τα οποία μετά από από έναν ή δύο ισχυρούς σεισμούς δεν αστόχησαν, ενισχυόμενα ενδέχεται να μην ενισχύσουν και την κατασκευή ως σύνολο), οι πειραματικές εργασίες στην περιοχή αυτή αφορούν, κατά κανόνα, σε ενισχυμένα και όχι επισκευασμένα στοιχεία και, ως επί το πλείστον, εστιάζονται σε ενίσχυση με εγκάρσια, μόνον, στρώση υφάσματος στοιχείων με ανεπάρκεια του εγκάρσιου οπλισμού, (μεγάλες αποστάσεις ή κακοτεχνίες των συνδετήρων) και η γενίκευση των συμπερασμάτων τους ενδέχεται να οδηγεί σε εσφαλμένες εκτιμήσεις.

(β) η δυνατότητα απλοποίησης της μεθόδου με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Η μεγαλύτερη πολυπλοκότητα της μεθόδου αυτής οφείλεται, κυρίως, στην παραδοσιακή πρακτική συγκόλλησης ενδιάμεσων ράβδων για την σύνδεση παλαιού και νέου οπλισμού και παρεμβολής βλήτρων οπλισμού στην διεπιφάνεια παλαιού και νέου σκυροδέματος. Οι δύο αυτές πρακτικές, υπαγορευόμενες από τις τρέχουσες οδηγίες επισκευής και ενίσχυσης, αποτελούν, επίσης, και σημαντικόν παράγοντα του κόστους των επεμβάσεων με την μέθοδο αυτή.

Στο πρόγραμμα διερευνάται η συμπεριφορά πειραματικών στοιχείων ενισχυμένων και επισκευασμένων με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος, στα οποία δεν έχουν συγκολληθεί ενδιάμεσες ράβδοι και δεν έχουν παρεμβληθεί βλήτρα.

(γ) η δυνατότητα απλοποίησης της μεθόδου επικόλλησης υφασμάτων. Σύμφωνα με τις συστάσεις των προμηθευτών των υφασμάτων, πριν την επισκευή στοιχείων με σημαντικό βαθμό αστοχίας πρέπει να αποκατασταθούν ενδεχόμενες λυγισμένες διαμήκεις ράβδοι οπλισμού, π.χ. με κοπή και επανασυναρ-μολόγησή τους με μούφες. Στα επισκευασμένα πειραματικά στοιχεία της εργασίας δεν υιοθετήθηκε η αποκατάσταση των λυγισσμένων ράβδων..

Η εργασία επισκευής και ενίσχυσης με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος έγινε από την εταιρεία Γ. Τζανέτος - Α. Βουρδέλης, σε εργο-τάξιο της εταιρίας, η οποία προσέφερε, επί-σης, και τον οπλισμό κατασκευής των πειραματικών στοιχείων και τα υλικά του μανδύα. Η εργασία επικόλλησης των ανθρακονημάτων και υαλονημάτων έγινε από συνεργείο της εταιρείας Mac Hellas η οποία προσέφερε, επίσης, το ασυστολικό κονίαμα αποκατάστα-σης της μονολιθικότητας των στοιχείων και τα υαλονήματα και ανθρακονήματα.

2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ

2.1 Πειραματικά στοιχεία

Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε δοκιμασία δέκα πέντε αμφιέρειστων γραμ-μικών στοιχείων τα οποία υποβλήθηκαν σε εναλλασσόμενη μετατόπιση στο μέσον του ανοίγματος αντίστοιχη σε τιμή του δείκτη πλαστιμότητας ίση με μ=3.5.


110

Η συνοπτική παρουσίαση του προγράμματος, η σήμανση των πειραματικών στοιχείων και η διάταξη σ΄ εγκάρσια διατομή των υλικών ενίσχυσης δίνονται στον Πίνακα 1.

Το πρόγραμμα υλοποιήθηκε σε τρεις φάσεις:

Η πρώτη φάση περιελάμβανε δοκιμασίαμέχρι τελικής αστοχίας (με αποδιοργάνωσητης θλιβόμενης ζώνης και λυγισμό τωνδιαμήκων ράβδων) έντεκα γραμμικώνστοιχείων μήκους 2200 mm και διατομής150Χ300 mm με διαμήκη οπλισμό ίδιο σ΄ όλατα στοιχεία, αποτελούμενον από τέσσεριςράβδους διαμέτρου 14 mm με τάση διαρροής690 ΜΡa στις τέσσερις γωνίες της διατομής καιεγκάρσιον οπλισμό, επίσης, ίδιο σ΄ όλα ταστοιχεία, αποτελούμενον από συνδετήρεςδιαμέτρου 8 mm με τάση διαρροής 620 ΜΡa σ΄απόσταση 12.5 mm. Η αντοχή τουσκυροδέματος εκτιμήθηκε 20 ΜΡa.

Η δεύτερη φάση περιελάμβανε εκ νέουδοκιμασία των παραπάνω στοιχείων μετάτην επισκευή τους.

Τα δύο απ΄ αυτά, στοιχεία GΕ, επισκευάστηκαν με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος πάχους 50 mm οπλισμένον με (πρόσθετον) διαμήκη και εγκάρσιο οπλισμό ίδιον μ΄αυτόν του αρχικού δοκιμίου και, επί πλέον, δύο διαμήκεις ράβδους διαμέτρου 8 mm στο μέσον του ύψους της διατομής. Η αντοχή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, όπως μετρήθηκε σε πυρήνες διαμέτρου 100 mm που αποκόπηκαν από πλάκα που σκυροδετήθηκε παράλληλα και με τον ίδιο τρόπο με τα πειραματικά στοιχεία, ήταν 45 ΜΡa.

Τα επόμενα έξι στοιχεία επισκευάστηκαν με υφάσματα, τέσσερα, στοιχεία, τα ΑΕ, με ανθρακόνημα πάχους t = 0.165 mm, αντοχής ftk=3430 MΡa και μέτρου ελαστικότητας Etk = 230 GΡa και δύο στοιχεία, τα ΥΕ, με υαλόνημα πάχους t = 0.23 mm, αντοχής ftk=1700 MΡa και μέτρου ελαστικότητας Etk=65 GΡa.

Στα δύο στοιχεία με το ανθρακόνημα, στοιχεία ΑΕΙ και ΑΕΙΙ, και στα δύο με το υαλόνημα, στοιχεία ΥΕΙ και ΥΕΙΙ, επικολλήθηκαν δύο στρώσεις υφάσματος, μία διαμήκης και μία εγκάρσια. Στα υπόλοιπα δύο στοιχεία με ανθρακόνημα, στοιχεία ΑΕ1 και ΑΕ2, επικολλήθηκαν εγκάρσιες, μόνον, στρώσεις υφάσματος, στο στοιχείο ΑΕ1 μία στρώση και στο στοιχείο ΑΕ2 δύο στρώσεις.

Το στοιχείο ΝΕ επισκευάστηκε μόνο με αποκατάστασή του με ασυστολικό κονίαμα

Πίνακας 1: Πειραματικό Πρόγραμμα Table 1: Εxperimental program

Α/α ΕΠΙΣΚΕΥΗ REPAIR

ΕΝΙΣΧΥΣΗ STRENGTHENING

Μανδύας gunite jacket

Υφασμα FRP

sheet

Μανδύας Gunite jacket

Υφασμα FRP

sheet GE * G *

AEI *

AEII * YEI *

YEII * ΑΙ * ΑΙΙ * YI *

AE1 * ΑΕ2 * NE Στοιχεια με ασυστολικό κονίαμα

Ν στοιχείο αναφοράς, reference member E επισκευή, repair along the top and bottom ΝΕ επισκευή με κονίαμα repair with mortar G εκτοξευόμενο, gunite A ανθρακόνημα, carbon sheet Y υαλόνημα, glass sheet

I κατά μήκος του εφελκυόμενου και θλιβόμενου πέλματος

along the top and bottom sides of member II κατά μήκος της περιμέτρου

along the perimeter

1, 2 αριθμός εγκάρσιων στρώσεων number of transverse layers


111

Η επικόλληση, τόσο της διαμήκους, όσο και της εγκάρσιας στρώσης των υφασμάτων, ήταν συνεχής εκτεινόμενη σ’ όλο το άνοιγμα των στοιχείων μέχρι τις στηρίξεις τους.

Τα στοιχεία ΑΕΙ και ΥΕΙ διαφέρουν από τα στοιχεία ΑΕΙΙ και ΥΕΙΙ ως προς την διάταξη της διαμήκους στρώσης.

Στα στοιχεία ΑΕΙ και ΥΕΙ η επικόλληση έγινε κατά μήκος του εφελκυόμενου και θλιβόμενου πέλματος και αντιστοιχεί στην διάταξη που υιοθετείται στην πράξη στις δοκούς.

Στα στοιχεία ΑΕΙΙ και ΥΕΙΙ η διαμήκης στρώση επικολλήθηκε και στις τέσσερες πλευρές των στοιχείων και αντιστοιχεί στην διάταξη που υιοθετείται στην πράξη στα υποστυλώματα.

Εικόνα 1: Πειραματικά στοιχεία πριν την έγχυση του κονιάματος

Πριν την επικόλληση των υφασμάτων, απο-καταστάθηκε η μονολιθικότητα των στοιχείων στην περιοχή της αστοχίας τους με απομάκρυνση του χαλαρού υλικού και πλή-ρωση των κενών με ασυστολικό κονίαμα τύπου Εmacco S66, χωρίς αποκατάσταση των λυγισμένων ράβδων.

Στην εικόνα 1 φαίνεται η κατάσταση των στοιχείων πριν την έγχυση του κονιάματος αποκατάστασης της μονολιθικότητάς τους.

Τα υπόλοιπα τρία στοιχεία, στοιχεία G, GE και ΝΕ, επισκευάστηκαν στην περιοχή της αστοχίας με ασυστολικό κονίαμα τύπου Emacco S66, αφού απομακρύνθηκε όλο το χαλαρό υλικό. Δεν επικολλήθηκαν υφάσματα.

Η τρίτη φάση περιελάμβανε δοκιμασίατεσσάρων πρόσθετων στοιχείων με αρχικέςδιαστάσεις και τεχνολογικά χαρακτηριστικάαυτά των στοιχείων της πρώτης φάσης(διατομή 150 Χ 300 mm, διαμήκη οπλισμό4Φ14 και εγκάρσιο οπλισμό Φ8/12.5)τα οποία ενισχύθηκαν (χωρίς να έχουνπροεπιπονηθεί),ένα με μανδύα εκτοξευόμενουσκυροδέματος, στοιχείο G,δύο με ανθρακόνημα, στοιχεία AI και AII,και ένα με υαλόνημα, στοιχείο YI.

Στο στοιχείο G σε δύο θέσεις σε απόσταση15 cm από το μέσον του ανοίγματοςσυγκολλήθηκαν εγκάρσια στις διαμήκειςράβδους του αρχικού στοιχείου ράβδοιχάλυβα διαμέτρου Φ6 και μήκους 50 mm,σε προσομοίωση των βλήτρων πουτοποθετούνται στην διεπιφάνεια αρχικούστοιχείου και μανδύα, για να παρατηρηθείενδεχόμενη επιρροή τους στη συμπεριφοράτου στοιχείου.

2.2 Πειραματική διάταξη και μεθόδευση δοκιμών

Τα πειραματικά στοιχεία στηρίχθηκαν αμφι-αρθρωτά και υποβλήθηκαν σε εναλλασ-σόμενη εγκάρσια μετακίνηση στο μέσον του ανοίγματος.

Εικόνα 2 Διάταξη επιπόνησης

Η διάταξη δοκιμασίας των στοιχείων φαίνεται στην εικόνα 2 και στο Σχ. 2α. Σε μεγαλύτερη λεπτομέρεια η πλήρης διά-ταξη η οποία έχει τη δυνατότητα και επι-βολής αξονικού φορτίου φαίνεται στο Σχ. 2β.


112

Σχ. 2α Πειραματική διάταξη

Σχ. 2β Η πλήρης πειραματική διάταξη (με δυνατότητα επιβολής αξονικής δύναμης)


113

Τα στοιχεία υποβάλλονταν αρχικά σε τρεις –τέσσερις ανακυκλίσεις μικρής στάθμης για σταθεροποίηση της πειραματικής διάταξης και έλεγχο των μετρητικών οργάνων και στη συνέχεια σε ανακυκλίσεις σέ στάθμη επιπό-νησης αντίστοιχης σε τιμή του δείκτη πλαστιμότητας ίση με μ=3.5.

Για την τήρηση σταθερής της ταχύτητας επιπόνησης καθ΄ όλη την διάρκεια του πειράματος, ίσης με 0.2 mm/sec, η παρα-κολούθηση της εξέλιξης των ρωγμών γινό-ταν με διαδοχική φωτογράφιση και βιν-τεοσκόπηση.

Η τήρηση του προγράμματος επιπόνησης γινόταν με οδηγό το διάγραμμα συμπερι-φοράς, (δύναμης Ρ – βέλους δ), σε καταγρα-φικό δύο αξόνων συνδεδεμένο με τα με-τρητικά όργανα, όπως φαίνεται στην εικόνα 3.

Εικόνα 3 Καταγραφικό δύο αξόνων συνδεδεμένο με την πειραματική διάταξη

Ως στάθμη διαρροής του χάλυβα ορίζετο η στάθμη απότομης κλίσης του διαγράμματος συμπεριφοράς Ρ-δ.

3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ

3.2 Τύπος αστοχίας και Προειδοποιητικές ενδείξεις

Στα σχήματα 3 και 4 απεικονίζεται η εικόνα ρηγμάτωσης των στοιχείων.

Χαρακτηριστική ήταν η παντελής απουσία εμφανών ρωγμών καθ΄ όλη την διάρκεια της μονότονης επιπόνησης στα στοιχεία με τα υφάσματα

Η αστοχία της διαμήκους στρώσης του υφάσματος ήταν αντιληπτή ηχητικά, μόνον, την στιγμή της αστοχίας του υφάσματος, χωρίς οπτική ένδειξη πριν, αλλά, ούτε και αμέσως μετά απ΄ αυτήν, καθώς καλυπτόταν από την εγκάρσια στρώση του υφάσματος. Οπτική ένδειξη με την μορφή μίας, μόνον, καμπτικής ρωγμής, όπως φαίνεται στο Σχ. 4, εμφανίστηκε μετά από αρκετές ανακυκλίσεις της επιπόνησης.

Σχ. 3 Εικόνα ρηγμάτωσης στοιχείου με μανδύα

Σχ. 4 Εικόνα ρηγμάτωσης στοιχείου με ύφασμα

Η εικόνα αστοχίας των στοιχείων με μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος καθώς και των στοιχείων με ασυστολικά κονιάματα, ήταν, όπως φαίνεται στο Σχ. 3, παρόμοια μ΄ αυτήν πλάστιμων στοιχείων από οπλισμένο σκυ-ρόδεμα.


114

Χαρακτηριζόταν από ευρύ δίκτυο καμπτικών ρωγμών, οι οποίες μετά την ανακύκλιση της επιπόνησης παρέμεναν, όπως φαίνεται στο Σχ. 3(β) ανοικτές σ΄όλο το ύψος των στοι-χείων.

Καθώς προστίθεται ισόποσος εφελκυό-μενος και θλιβόμενος οπλισμός και αυξάνεται, παράλληλα και το ύψος τους, τα στοιχεία με μανδύα από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα δεν υστερούν, όπως φαίνεται και από το διά-γραμμα συμπεριφοράς τους στο Σχ. 5, σε πλαστιμότητα, εμφανίζοντας παρατεταμένη αστοχία με σαφείς προειδοποιητικές ενδείξεις για την έγκαιρη αποφόρτισή τους, είτε την εκ νέου επισκευή τους.

3.2 Καμπτική αντοχή και αντισεισμικότητα στοιχείων με μανδύα

Όπως προκύπτει από τα διαγράμματα συ-μπεριφοράς στο Σχ. 5, το επισκευασμένο στοιχείο GE και το ενισχυμένο στοιχείο G επέδειξαν, ιδιαίτερα, καλή συμπεριφορά κατά τον παρθενικό κύκλο επιπόνησης, τόσο ως προς την φέρουσα ικανότητα, όσο και ως προς την επιτευχθείσα πλαστιμότητα.

Σχ.5: Διαγράμματα Ρ-δ στοιχείου πριν (N), Και μετά το μανδύα (GE)

Η καμπτική αντοχή των στοιχείων σχεδόν υπερτριπλασιάστηκε, χωρίς να μειωθεί η πλαστιμότητά τους, η οποία παρέμεινε αντί-στοιχη σε τιμή του δείκτη πλαστιμότητας, τουλάχιστον, μ=3.5.

Μετά την ανακύκληση της επιπόνησης, όμως, παρατηρήθηκε σημαντική πτώση της καμπτικής αντοχής.

Ο τριπλασιασμός της καμπτικής αντοχής των στοιχείων πιστοποιεί την πλήρη ενεργο-ποίηση του αρχικού οπλισμού τους και προκύπτει:

αφ΄ενός, λόγω της αύξησης της διατομήςαπό 150Χ300 mm σε 250Χ400 mm και

αφ΄ετέρου, λόγω της σημαντικήςσυμβολής των ενδιάμεσων διαμήκωνράβδων, οι οποίες, όπως φαίνεταιστο Σχ. 6, εφελκύονται το ίδιο με τιςακραίες διαμήκεις ράβδους.

εc Fs2

Αs/2 x Fc

Αs/2 z1

εs1 Fs1 (α)

εc Fs2

Fc F z2

Fs1 εs1

(β)

ΜRdu(α)

= As/2.fsd.z1

ΜRdu(β)

= 3As/4.fsd.z2

Σχ. 6 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας για διάταξη του οπλισμού (α) κατά πλάτος (β) καθ΄ ύψος

Δεδομένου ότι η αύξηση της αντοχής έγινε χωρίς απώλεια της πλαστιμότητας των στοι-χείων, η αντισεισμικότητά τους έχει αυξηθεί και το στοιχείο έχει πράγματι ενισχυθεί.

Η μείωση της καμπτικής αντοχής μετά την ανακύκληση της επιπόνησης προκύπτει γιατί, όπως φαίνεται στην εικόνα 3:

μετά την ανακύκληση της επιπόνησης οικαμπτικές ρωγμές εκτείνονται σ΄ όλο τούψος των στοιχείων και μειώνεται, όπωςφαίνεται στο Σχ. 7, η συμβολή τωνενδιάμεσων ράβδων.Η ενεργή διατομή του στοιχείου είναιαυτή του διαμήκους οπλισμού του


115

1 εc Fs2= Αs/2.fs

z1

εs1 Fs1= Αs/2.fs 2 ε1 = ε2 (α)

1 ε1

z2

Fs1

2 ε2 ε1 = ε2 (β)

Σχ. 7 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας μετά την ανακύκληση για διάταξη (α) κατά πλάτος και (β) καθ΄ ύψος

Η μείωση αυτή της καμπτικής αντοχής πρέπει να λαμβάνεται υπόψην κατά τον αντισεισμικό σχεδιασμό των υποστυ-λωμάτων των ενισχυμένων με μανδύα.

3.3 Η δυνατότητα απλοποίησης της μεθόδου του μανδύα από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα

Η περίπου ίδια φέρουσα ικανότητα του επι-σκευασμένου στοιχείου GΕ μ΄ αυτήν του ενισχυμένου στοιχείου G πιστοποιεί την πλήρη ενεργοποίηση του (αρχικού) εσωτερικού οπλισμού του στοιχείου GE παρά τον έντονο λυγισμό των ράβδων του. Η ενεργοποίηση αυτή μπορεί ν΄ αποδοθεί:

αφ΄ ενός, στην αποκατάσταση τηςσυνάφειάς του και, ενδεχομένως,επίτευξη μεγαλύτερης συνάφειας απότην αρχική, λόγω του μικρού κόκκουκαι της υψηλότερης αντοχής τουκονιάματος αποκατάστασης και,

αφ΄ ετέρου, στην παρεμπόδισηπεραιτέρω λυγισμού των ράβδων του, λόγω του μεγαλύτερου πάχους και της μεγαλύτερης εφελκυστικής αντοχής της επικάλυψής τους (πάχος επικάλυψης μεγαλύτερο του αρχικού κατά το πάχος του μανδύα).

Στο στοιχείο G με τις συγκολλημένες μικρές ράβδους-βλήτρα εγκάρσια στις διαμήκεις ράβ-

δους του οπλισμού, παρατηρήθηκε σταδιακή αποδιοργάνωση του σκυροδέματος στην πε-ριοχή της συγκόλλησης με συνέπεια ταχύτερη απομείωση του μέγιστου φορτίου μετά τον πρώτο κύκλο επιπόνησης.

Η ένδειξη αυτή περί μη επωφελούς δρά-σης των υιοθετούμενων στην πράξη βλήτρων στην διεπιφάνεια παλαιού και νέου σκυροδέματος χρήζει περαιτέρω διερεύνησης.

3.4 Καμπτική αντοχή και αντισεισμικότητα στοιχείων με επικόλληση υφασμάτων

3.4.1 Ο ρόλος των διαμήκων στρώσεων υφασμάτων

Όπως φαίνεται από τα διαγράμματα της μονότονης συμπεριφοράς των στοιχείων στο Σχ. 8 και 9, Τασο τα ενισχυμένα όσο και τα επισκευασμένα στοιχεία τύπου Ι (με την διαμήκη στρώση κατά μήκος της εφελκυόμενης και θλιβό-μενης παρειάς της διατομής - περίπτωση δοκών), τόσο με ανθρακόνημα, όσο και με υαλόνημα, εμφάνισαν αύξηση της καμπτικής αντοχής κατά 30%, περίπου, συνοδευόμενη ιδιαί-τερα, στην περίπτωση του ανθρακονή-ματος, με σημαντική μείωση της πλαστι-μότητάς τους.

Α: ανθρακόνημα Υ: υαλόνημα Ν:αρχικό στοιχείο Ι: στρώσεις στα πέλματα (δοκοί) ΙΙ: στρώσεις και στις τέσσερις πλευρές (στύλοι)

Σχ. 8: Διαγράμματα Ρ-δ των ενισχυμένων στοιχείων με υφάσματα (μονότονοι κλάδοι)

Δεδομένης της ελαστικής συμπεριφοράς των υφασμάτων και καθώς η επικόλληση τους, λόγω του μικρού μέτρου ελαστικότητάς τους,


116

ισοδυναμεί με ενίσχυση του εφελκυόμενου, μόνον, οπλισμού των στοιχείων (η στρώση των υφασμάτων στο θλιβόμενο πέλμα των στοιχείων παραμένει ανενεργή) η μείωση της πλαστιμότητάς τους ήταν αναμενόμενη.

Α: ανθρακόνημα Υ: υαλόνημα Ν:αρχικό στοιχείο Ι: στρώσεις στα πέλματα (δοκοί) ΙΙ: στρώσεις και στις τέσσερις πλευρές (στύλοι) 1,2: 1,2 εγκάρσιες στρώσεις υφάσματος

Σχ. 9 Διαγράμματα Ρ-δ των επσκευασμένων στοιχείων με υφάσματα (μονότονοι κλάδοι)

Σχ.10 Διαγράμματα Ρ-δ των ενισχυμένων Στοιχείωνμε υφάσματα

Δεδομένης της ελαστικής συμπεριφοράς των υφασμάτων και καθώς η επικόλληση τους, λόγω του μικρού μέτρου ελαστικότητάς τους, ισοδυναμεί με ενίσχυση του εφελκυόμενου, μόνον, οπλισμού των στοιχείων (η στρώση των υφασμάτων στο θλιβόμενο πέλμα των στοιχείων παραμένει ανενεργή) η μείωση της πλαστιμότητάς τους ήταν αναμενόμενη.

Τα στοιχεία τύπου ΙΙ (με την διαμήκη στρώση περιμετρικά της διατομής - περίπτωση υποστυλω-μάτων) διπλασίασαν σχεδόν την αντοχή τους αλλά, μείωσαν σημαντικά την πλαστιμό-τητά τους, εμφανίζοντας, πρακτικά, ελαστι-κή συμπεριφορά.

Σχ. 11 Διαγράμματα Ρ-δ των στοιχείων των επισκευασμένων με υφάσματα


117

Παρά τη σημαντική αύξηση της αντοχής τους, η αντισεισμικότητα των στοιχείων δεν αυ-ξήθηκε, καθώς η μεν αντοχή διπλασιάστηκε, αλλά ο δείκτης πλαστιμότητας των στοιχείων σχεδόν υποτριπλασιάστηκε.

Για να είχε αυξήσει την αντισεισμικότητά του το στοιχείο ΑΙΙ θάπρεπε η καμπτική αντοχή του να είχε υπερτριπλασιαστεί. Το στοιχείο δεν έχει πραγματικά ενισχυθεί.

Και στους δύο τύπους Ι και ΙΙ στοιχείων μέχρι τη στάθμη της (συμβατικής) διαρροής του εφελκυόμενου χάλυβα δεν παρατηρήθηκε διαφοροποίηση του αρχικού, πριν την ενί-σχυση, διαγράμματος συμπεριφοράς των στοι-χείων (διάγραμμα στοιχείου Ν στο Σχ. 10).

Όπως φαίνεται από τα διαγράμματα στο Σχ. 10, μετά τον παρθενικό κύκλο επιπόνησης, η συμπεριφορά των στοιχείων ταυτίζεται μ΄ αυτήν των στοιχείων πριν την ενίσχυσή τους. Η συμπεριφορά αυτή πιστοποιεί:

την εξάντληση της αντοχής τωνυφασμάτων πριν την ανακύκληση τηςεπιπόνησης και, ως εκ τούτου:

την μη ενίσχυση της αντισεισμικότηταςτων στοιχείων.

Η εξάντληση της αντοχής του ανθρακο-νήματος πριν την ανακύκληση της επιπόνησης ήταν αναμενόμενη, καθώς με την ανα-κύκληση η εφελκυστική παραμόρφωση των ράβδων του χάλυβα και το αντί-στοιχο άνοιγμα των ρωγμών βαίνουν αυξανόμενα και υπερβαίνουν την ιδιαίτερα μικρή εφελκυστική παραμόρφωση αστοχίας του ανθρακονήματος (μικρότερη του 10 %ο).

3.4.2 Ο ρόλος του αριθμού των εγκάρσιων - Σχολιασμός αντίθετων συμπερασμάτων άλλων εργασιών

Όπως φαίνεται στο Σχ. 11, η συμπεριφορά των στοιχείων ΑΕ1 και ΑΕ2 με εγκάρσιες, μόνον, στρώσεις, προκύπτει ανεξάρτητη από τον αριθμό των στρώσεων. Το στοιχείο ΑΕ2 με δύο στρώσεις δεν επέδειξε μεγαλύτερη αντοχή ή καλύτερη υστερητική συμπεριφορά από το στοιχείο ΑΕ1 με τη μία στρώση.

Η ανύπαρκτη δράση περίσφιξης

Το παραπάνω συμπέρασμα έρχεται σ΄ αντίθεση με την ερμηνεία δημοσιοποιημένων πειραματικών αποτελεσμάτων [1] σύμφωνα με την οποία:

(α) η εγκάρσια στρώση ασκεί περίσφιξη στο θλιβόμενο σκυρόδεμα αυξάνοντας την αντοχή και πλαστιμότητά του, και (β) η αύξηση αυτή της αντοχής είναι ανάλογη του αριθμού των στρώσεων

Το συμπέρασμα αυτό βασίζεται σε αποτελέ-σματα δοκιμασίας σε κεντρική θλιπτική επι-πόνηση κυλινδρικών δοκιμίων. Στα δοκίμια αυτά παρατηρείται σημαντική αύξηση της αντοχής και της μέγιστης παρα-μόρφωσης η οποία είναι ανάλογη του αριθμού των εγκάρσιων στρώσεων.

Η υιοθέτηση, όμως, των αποτελεσμάτων αυ-τών στην περίπτωση στοιχείων υπό υπερι-σχύουσα καμπτική επιπόνηση (σεισμική επιπόνηση) παραβλέπει ότι στην περίπτωση αυτή:

(α) η θλιβόμενη διατομή είναιορθογωνική με μεγάλο λόγο πλευρών,καθώς το βάθος της θλιβόμενης ζώνηςστοιχείων με συμμετρικό οπλισμό καισημαντικό πλάτος, όπως η περίπτωσηυποστυλωμάτων, προκύπτει, ιδιαίτερα,μικρό και

(β) η θλιπτική ένταση δεν είναισταθερή, σε όλη την διατομή, αλλάβαίνει μειούμενη, μηδενιζόμενη στονουδέτερο άξονα της διατομής.

Από πειραματικές εργασίες [2] έχει προκύψει ότι η ασκούμενη περίσφιξη σε πρισματικά δοκίμια (υπό κεντρική θλίψη) με λόγο πλευρών μεγαλύτερο του 2 είναι αμελητέα.

Σημειώνεται ότι η ασκούμενη τάση περίσφιξης είναι, όπως φαίνεται στο Σχ. 12, αντίστροφα ανάλογη της διαμέτρου των κυλινδρικών δοκιμίων και γιαυτό ακόμη και σε κυλινδρικά στοιχεία (π.χ. βάθρα γεφυρών) αναμένεται μικρή.

Αντί περίσφιξης της θλιβόμενης ζώνης, η εγκάρσια στρώση των υφασμάτων συγ-


118

κρατώντας στη θέση της την αποκολλούμενη, λόγω της επιπόνησης, επικάλυψη του οπλισμού παρεμποδίζει τον λυγισμό των διαμήκων ράβδων, ο οποίος, όπως είναι εμφανές κατά την πειραματική διαδικασία, αποτελεί την αιτία τελικής αστοχίας των καμπτό-μενων στοιχείων, καθορίζοντας το μέγεθος της επιτυγχανόμενης πλαστιμό-τητας στην περίπτωση μονότονης επιπόνησης και τη σταθερότητα των υστερητικών βρόχων στην περίπτωση εναλλασσόμενης επιπόνησης.

2.t.ft = 2.p.R => p= t. ft /R

Σχ. 12 Εντατική κατάσταση κυλινδρικού στοιχείου με εγκάρσια στρώση υφάσματος

Τα στοιχεία αναφοράς στα πειράματα της εργασίας [1] είχαν σχεδιαστεί με ανεπάρκεια του εγκάρσιου οπλισμού (μεγάλη απόσταση ή και κακοτεχνία συνδετήρων) και ως εκ τούτου η φέρουσα ικανότητά τους λόγω πρόωρου λυγισμού του διαμήκους οπλισμού ήταν κατά πολύ μικρότερη απ αυτήν με βάση τις διαστάσεις τους και τον διαμήκη οπλισμό τους. Η προσθήκη της εγκάρσιας στρώσης των υφασμάτων παρεμποδίζοντας τον πρόωρο λυγισμό των διαμήκων ράβδων των στοιχείων απέτρεψε την απομείωση της προβλεπόμενης φέρουσας ικανότητας.

Η προσθήκη της εγκάρσιας στρώσης δεν θα επέφερε καμία αύξηση της φέρουσας ικανότητας σε κανονικά σχεδιασμένα στοιχεία στα οποία δεν θα παρατηρείτο ο πρόωρος λυγισμός του διαμήκους οπλισμού.

Η ανεξαρτησία της φέρουσαςικανότητας από το μέτροελαστικότητας του υφάσματος

Εξ ίσου λανθασμένοςε είναι και ο ισχυρισμός [1] περί του καθοριστικού ρόλου του μέτρου ελαστικότητας του υφάσματος στη φέρουσα ικανότητα του στοιχείου. Οπως προκύπτει από το Σχ. 12, η ασκούμενη εγκάρσια πίεση p λόγω εγκάρσιας στρώσης σε ένα κυλινδρικό δοκίμιο είναι ανάλογη του γινομένου του πάχους t της στρώσης και της αντοχής ft του υλικού της. Δεν εξαρτάται από το μέτρο ελαστικότητας του υλικού της.

3.4.3 Η δυνατότητα απλοποίησης της μεθόδου επισκευής με

υφάσματα

Στις προδιαγραφές για επισκευή δομικών στοπιχείων με υφάσματα απαιτείται η αποκατάσταση των λυγισμένων διαμήκων ράβδων, διαδικασία ιδιαίτερα επίπονη.

Στα πειραματικά στοιχεία της εργασίας αυτής δεν υιοθετήθηκε αυτή η αποκατάσταση. Στα στοιχεία ΑΕ και ΥΕ πριν την επισκευή τους με επικόλληση υφασμάτων προηγήθηκε μόνον η αποκατάσταση της μονολιθικότητάς τους με ασυστολικό κονίαμα.

Όπως προκύπτει από τη σύγκριση των δια-γραμμάτων συμπεριφοράς στα σχήματα 10 και 11, η απλοποίηση αυτή δεν ήταν σε βάρος της συμπεριφοράς των στοιχείων. Τα επισκευασμένα στοιχεία επέδειξαν την ίδια ή και καλύτερη συμπεριφορά από τα αντίστοιχα ενισχυμένα στοιχεία (μεγαλύτερη σταθερότητα των υστερητικών βρόχων).

Λόγω της συγκράτησης από την εγκάρσια στρώση του υφάσματος του αποκολλούμενου (λόγω της επιπόνησης) σκυροδέματος της επικάλυψης των ράβδων, οι λυγισμένες ράβδοι (από την προηγούμενη αστοχία του στοιχείου) ενεργοποιήθηκαν πλήρως, χάρις και στην αυξημένη συνάφεια και μεγαλύτερη εφελκυστική αντοχή του κονιάματος αποκα-τάστασης της μονολιθικότητας των στοιχείων.

4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Από τα αποτελέσματα δοκιμασίας σε εναλ-λασσόμενη καμπτοδιατμητική επιπόνηση αμ-


119

φιέρειστων στοιχείων επισκευασμένων και ενισχυμένων με μανδύα εκτοξευόμενου σκυ-ροδέματος και συζηγών στοιχείων επισκευα-σμένων και ενισχυμένων με επικόλληση αν-θρακονημάτων και υαλονημάτων και για τις παραμέτρους των στοιχείων που εξετάστηκαν στην εργασία αυτή προέκυψαν τα παρακάτω:

1. Ικανοποιητική αντοχή και πλαστιμότητατων στοιχείων των επισκευασμένων καιενισχυμένων με μανδύα εκτοξευόμενουσκυροδέματος στα οποία δενπαρεμβλήθηκαν βλήτρα και δενσυγκολλήθηκαν ενδιάμεσες ράβδοισυνεργασίας παλαού και νέουσκυροδέματος.

2. Σημαντική πτώση της αντοχής τωνπαραπάνω στοιχείων μετά τηνανακύκληση της επιπόνησης με δείκτηπλαστιμότητας 3.5, οφειλόμενη στηνμειωμένη συμβολή του ενδιάμεσουδιαμήκους οπλισμού μετά την εμφάνισηκαμπτικών ρωγμών σ΄ όλο το ύψος τωνστοιχείων.

Η μείωση αυτή πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον αντισεισμικό σχεδιασμό των υποστυλωμάτων των επισκευασμένων ή ενισχυμένων με την μέθοδο αυτή.

3. Απουσία εμφανούς ρηγμάτωσης σταστοιχεία με επικόλληση υφασμάτων.Η απουσία προειδοποιητικώνενδείξεων αστοχίας καθιστάπροβληματική την εφαρμογή τηςμέθοδου επικόλλησης υφασμάτωνστις κατασκευές.

4. Ελαστική συμπεριφορά των στοιχείων μεεπικόλληση εγκάρσιας και διαμήκουςστρώσης περιμετρικά της διατομής(περίπτωση υποστυλωμάτων).

5. Αναποτελεσματικότητα των διαμήκωνστρώσεων υφασμάτων, ιδιαίτερα τωνανθρακονημάτων, στην περίπτωσηεναλλασσόμενης επιπόνησης, καθώς ημείωση της πλαστιμότητας υπερισχύει τηςαύξησης της αντοχής και τοανθρακόνημα, λόγω της μικότερης του10% οριακής παραμόρφωσής του,εξαντλεί την αντοχή του πριν τηνανακύκληση της επιπόνησης.

6. Αυξημένη πλαστιμότητα και σταθερότητατων υστερητικών κύκλων των στοιχείωνμε επικόλληση εγκάρσιων, μόνον,στρώσεων υφάσματος, οφειλόμενη στηνπαρεμπόδιση λυγισμού των διαμήκωνράβδων τους, που επιτυγχάνεται λόγω τηςσυγκράτησης του σκυροδέματος τηςεπικάλυψης των ράβδων (πουαποκολλάται λόγω της επιπόνησης).

7. Στην παραπάνω παρεμπόδιση τουλυγισμού των διαμήκων ράβδωναποδίδεται και η καλύτερη συμπεριφοράστοιχείων με ανεπαρκή ή κακότεχνοεγκάρσιο οπλισμό, η οποία αποδίδεται,συνήθως, στη δράση περίσφιξης τωνυφασμάτων.

Η περίσφιξη του θλιβόμενου σκυροδέματος από την εγκάρσια στρώση υφάσματος στην περίπτωση πρισματικών στοιχείων υπό υπερισχύουσα καμπτική (σεισμική) επιπόνηση εκτιμάται αμελητέα.

8. Συμπεριφορά στοιχείων επισκευασμένωνμε επικόλληση υφασμάτων, χωρίς ναέχουν αποκατασταθεί οι λυγισμένες (απότην προηγούμενη επιπόνησή τους)διαμήκεις ράβδοι τους, καλύτερη απ΄αυτήν συζηγών στοιχείων ενισχυμένων(χωρίς προηγούμενη αστοχία τους) μεεπικόλληση υφασμάτων.

Η καλύτερη συμπεριφορά εκτιμάται ότι οφείλεται στην παρεμπόδιση από την εγκάρσια στρώση του υφάσματος του περαιτέρω λυγισμού των διαμήκων ράβδων και στην καλύτερη συνάφεια και μεγαλύτερη εφελκυστική αντοχή του ασυστολικού κονιάματος που παρεμβάλλεται για την αποκατάσταση της μονολιθικότητας των στοιχείων πριν την επικόλληση των υφασμάτων.

ΠΑΡΑΠΟΜΠΕΣ

1. Πρακτικά ημερίδας ΤΕΕ σχετικά με τα σύνθεταυλικά, Αθηνα 2001

2. ACI Committee 440 (1996) “State- of –the ArtReport on FRPfor concrete structures”ACI1440R-96, Manual of Concrete Practice,American


120

Ενότητα Δ

ΜΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΥΠΟΣΧΟΜΕΝΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

ΧΑΛΥΒΟΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΚΑΙ

ΜΙΚΡΟΚΙΣΣΗΡΟΔΕΜΑ

Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά

121

1. ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΚΑΙ ΚΟΜΒΩΝ ΜΕ ΔΙΑΣΠΑΡΤΟ ΤΟΝ

ΔΙΑΜΗΚΗ ΚΑΙ ΕΓΚΑΡΣΙΟ ΟΠΛΙΣΜΟ Η ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΛΥΣΗ ΤΟΥ «ΧΑΛΥΒΟΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ»

Προτείνεται διάταξη του διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού των υποστυ-λωμάτων 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 υποστυ-λωμάτων, 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 προτεινό-μενη 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 οργανι-σμού αποτελεί μια από τις πλέον δυσχερείς και προβληματικές εργασίες της όλης κατα-σκευής.

Οι αυξημένες απαιτήσεις των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών οδηγούν σε περί-που συμμετρικό διαμήκη οπλισμό των δοκών και πυκνή διάταξη των συνδετήρων στην περιοχή των κόμβων και κοντά σ΄ αυτούς με συνέπεια:

• Η ορθή συμπύκνωση τουσκυροδέματος στην περιοχή τουκόμβου με τη συνήθη πρακτική τηςεσωτερικής δόνησης να είναι πρακτικάανέφικτη.

Μη ορθή συμπύκνωση και, ως εκτούτου, μειωμένη αντοχή τουσκυροδέματος οδηγεί σε πρόωρηαστοχία των λοξών θλιπτήρων τουκόμβου με τις γνωστές, ιδιαίτεραδυσμενείς, συνέπειες για όλο τονφέροντα οργανισμό της κατασκευής.

• Είναι πρακτικά ανέφικτη η τήρησητων μικρών διαμέτρων πουαπαιτούνται για τις διαμήκεις ράβδουςτων δομικών στοιχείων ώστε να μηνυπερβαίνεται η τάση συνάφειας τωνακραίων διαμήκων ράβδων στηνπεριοχή των κόμβων.

Όπως φαίνεται στο Σχ. 1, λόγω του αντί-θετου 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.

Σχ. 1.1 Εντατική κατάσταση στην περιοχή του κόμβου

Fs2 Fs1

Fs1 Fs2A

τb Fs2 Fs1

A Τb Β

B


122

Εξισώνοντας την ΔFs με τη δύναμη συνά-φειας Τb=τb.π.Φ.lAB η οποία πρέπει να την εξισορροπήσει, η διάμετρος Φ των διαμήκων ράβδων για τη συνήθη διάσταση των κόμ-βων 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, αποδεικνύεταιστην πράξη και η διάταξη όλου τουαπαιτούμενου διατμητικού οπλισμούτου κόμβου.

Σ΄ αρκετές κατασκευές για ναδιευκολυνθεί η διάστρωση καισυμπύκνωση του σκυροδέματος στηνπεριοχή αυτή δεν επεκτείνονται στονκόμβο οι κατακόρυφοι συνδετήρες τωνδοκών με συνέπεια ανεπαρκή όπλισητων κόμβων.

Για την άρση των παραπάνω μειονεκτη-μάτων έχουν κατά καιρούς διερευνηθεί διάφορες τροποποιήσεις της όπλισης των πλαισίων οι οποίες, όμως, δεν οδήγησαν σε ικανοποιητική λύση.

Στην εργασία [1] προτάθηκε η προσθήκη στην περιοχή των κόμβων διαμήκων ράβ-δων ενδιάμεσα του ύψους των ζυγωμάτων.

Στις εργασίες [2] και [3] διερευνήθηκε η συμπεριφορά πλαισίου στο οποίο οι ενδιά-μεσες καθ΄ύψος ράβδοι εκτείνονταν και πέραν της περιοχής του κόμβου σ΄ όλο το άνοιγμα του ζυγώματος. Στον κόμβο του πλαισίου δεν διατάχθηκαν κατακόρυφοι συνδετήρες.

Η διάταξη αυτή απεδείχθη ανεπαρκής, καθώς η αστοχία του πλαισίου επικεντρώ-ηκε στη θέση του κόμβου.

Πέραν από τα κατασκευαστικά προβλήματα που περιγράφηκαν παραπάνω:

• Σημαντικό πρόβλημα των κατασκευώναπό οπλισμένο σκυρόδεμα αποτελεί καιη μικρή σχετικά ανθεκτικότητά τους.

Ο συνδυασμός σκυροδέματος και χάλυβα αποτέλεσε ορόσημο στην ιστορία των δομι-κών υλικών και συνετέλεσε στην εκρηκτική εξάπλωση των κατασκευών από σκυρόδεμα.

Το οπλισμένο σκυρόδεμα, όμως, ως το συνδυασμένο αποτέλεσμα σκυροδέματος και χάλυβα, επιδεικνύει εκτος από τα πλεονε-κτήματα 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 ατμοσφαι-ρική μόλυνση από την υπερεκμετάλλευση των φυσικών πόρων της γης και η μόλυνση των υπόγειων υδάτων της από την υπερεν-τατική καλλιέργεια των εδαφών της μέσω τοξικών φυτοφαρμάκων επιταχύνει το ρυθ-μό απώλειας της ανθεκτικότητας και τη συνεπαγόμενη απώλεια της συνάφειας σκυ-ροδέματος και χάλυβα και θέτει ζήτημα αναζήτησης νέων τρόπων ενίσχυσης της ανθεκτικότητας των κατασκευών από σκυρόδεμα.

β

β α α β-β

α-α

Σχ. 1.2 Προτεινόμενη όπλιση

1.2 Προτεινόμενη Λύση Για την άρση των κατασκευαστικών δυσχε-ρειών και τεχνολογικών προβλημάτων που εντοπίστηκαν παραπάνω προτείνεται εναλ-λακτική διάταξη του οπλισμού που φαίνεται στο Σχ. 2.


123

Αντί της συμβατικής τοποθέτησης του δια-μήκους οπλισμού στα πέλματα των δομικών στοιχείων από σκυρόδεμα, προτείνεται:

Διάταξη του διαμήκους και εγκάρσιουοπλισμού των υποστυλωμάτωνδιάσπαρτη σ΄όλη την έκταση τηςδιατομής τους με αποτέλεσμα έναομοιομορφισμένο υλικό από σκυρόδεμακαι χάλυβα, το χαλυβοσκυρόδεμα.

Ο διαμήκης οπλισμός των δοκώνκατανέμεται καθ΄ ύψος τους.

Η όπλιση των κόμβων διαμορφώνεταιαπό τις διαμήκεις ράβδους των δοκών,τις διαμήκεις ράβδους τωνυποστυλωμάτων και τους συνδετήρεςτων υποστυλωμάτων.

Ο κλωβός του οπλισμού των υποστυλω-μάτων 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:

(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 διαμήκουςκαι εγκάρσιου οπλισμού παραμένει τοίδιο μ΄ αυτό αντίστοιχων στοιχείων μεσυμβατική όπλιση και μπορεί ναπροκύπτει από τις ίδιες υπολογιστικέςσχέσεις.

Λόγω του μεγαλύτερου αριθμού τωνράβδων που επιτρέπει η προτεινόμενηλύση, οι διάμετροι τόσο του διαμήκουςόσο και του εγκάρσιου οπλισμούπροκύπτουν σημαντικά μικρότερες απ΄αυτές των αντίστοιχων στοιχείων μεσυμβατική όπλιση.

Οι εξωτερικές γωνιακές διαμήκεις ράβδοιδιαμορφώνονται με μεγαλύτερη διάμετρο,Φ14 για τα υποστυλώματα και Φ12 για τιςδοκούς ώστε να προστατεύονται έναντιλυγισμού τους.

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 σημαν-τικό 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 καιΔυνατότητα Τυποποίησηςκαι Εκβιομηχάνισης

Με την προτεινόμενη όπλιση, ελλείψει πυκ-νού άνω διαμήκους οπλισμού και κατα-κόρυφων συνδετήρων στην περιοχή του κόμβου, αίρονται οι κατασκευαστικές δυσχέ-ρειες κατά την διάστρωση και συμπύκνωση του σκυροδέματος στην περιοχή αυτή, ‘οπως φαίνεται στο Σχ. 3.

ΔΟΝΗΤΗΣΔΟΝΗΤΗΣ

Σχ. 1.3 Ευχέρεια συμπύκνωσης για διάταξη οπλισμού καθύψος

Με την καθ΄ ύψος διάταξη των διαμήκων ράβδων στις δοκούς είναι δυνατή η τοποθέ-τηση περισσότερων ράβδων και, γι΄αυτό, είναι ιδιαίτερα ευχερής η υιοθέτηση ράβδων μικρής διαμέτρου η οποία, όπως σχολιά-στηκε στο κεφ. 2.1, είναι ιδιαίτερα σημαν-τική για την πλήρη ενεργοποίηση των δια-μήκων 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 σήμε-ρα.

α α-α β β-β


124

Ο οπλισμός μπορεί να προκύπτει με συνδυ-ασμό επί μέρους συμβατικών κλωβών τυπο-ποιημένων διαστάσεων και τυποποιημένου συνολικού διαμήκους και εγκάρσιου οπλι-σμού.

Μια τέτοια βιομηχανική διαμόρφωση ολό-κληρου του κλωβού του οπλισμού των υποστυλωμάτων, εκτός από τα προφανή πλεονεκτήματα για την οικονομία της κατα-σκευής, θα εξασφαλίζει τα στοιχεία από τοπικές αστοχίες οφειλόμενες σε κακο-τεχνίες κατά τη συναρμολόγηση του οπλι-σμού 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 στοι-χείων, βελτιώνεται σημαντικά με την προ-τεινόμενη λύση.

Λόγω των μικρών διαμέτρων των ράβδων του οπλισμού οι αναπτυσσόμενες τάσεις συνάφειας παραμένουν μικρές και σε ση-μαντικό μέρος του διαμήκους οπλισμού αμελητέες, καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 4, οι ενδιάμεσες ράβδοι καθ΄ύψος των στοιχεί-ων παραμένουν εφελκυόμενες και στις δύο απέναντι πλευρές των κόμβων.

Σχ. 1.4 Εσωτερικές δυνάμεις εκατέρωθεν του κόμβου

Μεγαλύτερη Πυρασφάλεια καιΑνθεκτικότητα

Για την αντιμετώπιση της μικρής ανθεκτι-κότητας 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 πραγ-μάτων για «εκλεκτούς» χρήστες των κατα-σκευών.

Το χαλυβοσκυρόδεμα μπορεί να ειδωθεί ως μια απλή λύση προς την κατεύθυνση της αύξησης της ανθεκτικότητας των στοι-χείων 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 μεγαλύ-τερο 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 ράβδωντου οπλισμού με το σκυρόδεμα, λόγωτων μικρότερων διαμέτρων τους και

• της μεγαλύτερης ομοιογένειας τουυλικου και, γι΄αυτό, μείωσης της«παρασιτικής» ρηγμάτωσης της οφει-λόμενης σε μη συμβιβαστά τεχνολογικάχαρακτηριστικά σκυροδέματος καιχάλυβα.

Η Μεγαλύτερη Ασφάλεια κατά τηνΑστοχία

Μειονέκτημα της προτεινόμενης λύσης φαί-νεται να αποτελεί ο αυξημένος κίνδυνος πρόωρου λυγισμού των εξωτερικών διαμή-κων ράβδων, λόγω της μικρής διαμέτρου τους.

Αν, όμως, ληφθούν υπόψη ότι:

• οι εξωτερικές ράβδοι που υπόκεινται σελυγισμό είναι μικρό, μόνον, ποσοστό τουσυνολικού οπλισμού,

• οι συνθήκες συνάφειας των ράβδωναυτών είναι βελτιωμένες και

• η παρουσία των ενδιάμεσων εγκάρσιωνκαι διαμήκων ράβδων εν είδει δεύτερηςγραμμής άμυνας σε περίπτωσηαστοχίας (καθώς η αστοχία τωνδομικών στοιχείων είναι μια εξελικτικήδιαδικασία από την επιφάνεια προς τοεσωτερικό των στοιχείων),

Fc Fs

B c A [ε]


125

ενδεχόμενος πρόωρος λυγισμός ακραίας διαμήκους ράβδου δεν θα επηρεάσει σημαν-τικά την υστερητική συμπεριφορά των στοιχείων και δεν θα αποδιοργανώσει τα στοιχεία, όπως στην περίπτωση των συμ-βατικών 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 επιτα-χυνόμενης αποδιοργάνωσης τους στην πε-ριοχή του λυγισμού.

Απλούστερη η Διαδικασία Επισκευής

Για την επισκευή των συμβατικά οπλισμέ-νων υποστυλωμάτων απαιτείται αποφόρτι-σή 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 Η Λογική της Λύσης

1.4.1 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.

Η απαίτηση αυτή αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο του καμπτικού σχεδιασμού των δομι-κών στοιχείων, όπως αυτός αναγράφεται στα κλασσικά εγχειρίδια οπλισμένου σκυ-ροδέματος και προδιαγράφεται στους σύγ-χρονους κανονισμούς.

Σύμφωνα με την κλασσική αυτή αντίληψη, η φέρουσα ικανότητα των στοιχείων με την εναλλακτική διάταξη του διαμήκους οπλι-σμού αναμένεται να είναι σημαντικά μειω-μένη, λόγω του μειωμένου μοχλοβραχίονα των εσωτερικών δυνάμεων.

Προσεκτικότερη, όμως, εξέταση αποκαλύ-πτει ότι η φέρουσα ικανότητα των στοιχείων

αυτών δεν υστερεί αυτής αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική όπλιση.

Στο Σχ. 5 δίνονται τα διαγράμματα παρα-μορφώσεων 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 διαγράμ-ματα, επειδή το βάθος x της θλιβόμενης ζώνης είναι μικρό στην περίπτωση στοιχείων με συμμετρικό οπλισμό, οι ενδιάμεσες ράβ-δοι εφελκύονται το ίδιο με τις ακραίες ράβδους στα πέλματα των στοιχείων και, γι αυτό, η συμβολή τους στην καμπτική αντο-χή 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 μοχλο-βραχίονα 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 Fs2

Αs/2 x Fc

Αs/2 z1

εs1 Fs1

(α) εc

Fs2 Fc F

z2

Fs1

(β)

ΜRdu(α)

= As/2.fsd.z1

ΜRdu(β)

= 3As/4.fsd.z2

Σχ. 1.5 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας για (α) συμβατική όπλιση και (β) εναλλακτική όπλιση


126

Η γενικευμένη πεποίθηση του τεχνικού κό-σμου για υποχρεωτική διάταξη του καμπτι-κού 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.

Η παραδοχή αυτή φαίνεται να έχει την προέλευσή της σε περιόδους κατά τις οποίες:

Ο σχεδιασμός των στοιχείων γινόταν σεκατάσταση λειτουργικότητας (με τη μέθοδοτων επιτρεπομένων τάσεων) και, γι΄ αυτό,λόγω της μικρής τιμής της ροπήςσχεδιασμού (που ήταν η ροπή των φορτίωνλειτουργίας και όχι η ροπή αστοχίας), τοβάθος της θλιβόμενης ζώνης προέκυπτεσημαντικό.

Ο θλιβόμενος οπλισμός των στοιχείωνπεριοριζόταν σ΄ αυτόν τηςσυναρμολόγησης των συνδετήρων(οπλισμός montage), και το πλάτος τωνδομικών 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 παρεμποδί-ζοντας την ανεξέλεκτη διεύρυνση και επέ-κταση της ρωγμής αυτής, επιτρέποντας έτσι την εμφάνιση κι άλλων διατμητικών ρωγμών.

Με τον τρόπο αυτό: Αυξάνει η διατμητική αντοχή των στοιχείων,

καθώς ενεργοποιούνται περισσότεροισυνδετήρες.

Η διατμητική αστοχία αποκτά πλάστιμοχαρακτήρα.

Σχ. 1. 5 Διατμητική ρηγμάτωση στοιχείων με διαμήκεις ράβδους (α) στα πέλματα και (β) καθ΄ύψος των στοιχείων

Eικόνα 1 Διατμητική ρηγμάτωση σε στοιχείο με διαμήκεις ράβδους καθ΄ύψος του

Σ΄αντίθεση με τους συνδετήρες, η διατ-μητική απόδοση των οποίων εξαρτάται σημαντικά από τη σχετική θέση τους ως προς τη μη επακριβώς καθορισμένη θέση της διατμητικής ρωγμής, η διατμητική από-δοση των ενδιάμεσων ράβδων είναι ανε-ξάρτητη 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 τηςθλιβόμενης ζώνης προκύπτει μεγαλύτερο και,γι αυτό, είναι μεγαλύτερη η διατμητικήσυμβολή του σκυροδέματος της θλιβόμενηςζώνης.

Λόγω του μεγαλύτερου βάθους τηςθλιβόμενης ζώνης αποφεύγεται ήκαθυστερείται η αστοχία συνάφειας κατά

(β)

(α)


127

μήκος του θλιβόμενου οπλισμού η οποία χαρακτηρίζει τη διατμητική συμπεριφορά των συνήθων στοιχείων, καθώς οι θλιπτικές τάσεις της θλιβόμενης ζώνης κλείνουν τη διατμητική ρωγμή.

5. Λόγω της συνύπαρξης των ορθώνεφελκυστικών τάσεων των ενδιάμεσων(καθ΄ύψος) ράβδων, η κλίση της κύριαςεφελκυστικής τάσης στην περιοχή του μέσουτου ύψους του στοιχείου διατηρείται σταθερή,όπως φαίνεται στο σχήμα, με αποτέλεσμα νακαθυστερείται η οριζοντίωσή της πουπαρατηρείται στα συνήθη στοιχεία λόγωαπώλειας συνάφειας των ακραίων διαμήκωνράβδων και να ενεργοποιούνταιπερισσότεροι συνδετήρες για την ανάληψητης δρώσας τέμνουσας.

1.5 Πειραματική Διερεύνηση της Σεισμικής Συμπεριφοράς

Γραμμικών Στοιχείων Για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των κόμβων των δομικών στοιχείων με την προτεινόμενη όπλιση υποβλήθηκαν σε εν-αλλασσόμενη επιπόνηση αμφιέρειστα πειρα-ματικά στοιχεία σε διάταξη που στήθηκε στο εργαστήριο σκυροδέματος του ΕΜΠ στα πλαίσια διπλωματικών εργασιών της περιό-δου 1981-1983 και 1998-2001.

1.5.1 Πειραματικά Στοιχεία

Το πειραματικό πρόγραμμα περιλαμβάνει δοκιμασία σε εναλλασσόμενη επιπόνηση δύο ομάδων αμφιέρειστων πειραματικών στοι-χείων μήκους 2200 mm με συμμετρικό δια-μήκη 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 διάταξη του διαμήκους οπλισμού φαίνεται στον Πίνακα 1.

Πίνακας 1: Στοιχεία Πρώτης Ομάδας

α/α

Nr

Διάταξη Οπλισμού

Διαμήκης οπλισμός

ρ≈ 0.6% ρ≈ 1.0%

Ν1

Ν2

Ν3

4 Ø.14

6 Ø 14

4 Ø 16

Ε1

Ε1α

8 Ø 10

8 Ø 12

Ε2

Ε2α

12 Ø 8

8 Ø 12

Ε2β 4 Ø 14

+ 4 Ø 10

Ε3 4 Ø 14

+ 4 Ø 10

Ε4 4 Ø 10

+ 4 Ø 14

Η αντοχή του σκυροδέματος κατά τη δο-κιμασία των στοιχείων εκτιμήθηκε 28 MPa.


128

• Η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει:

Δύο στοιχεία σχεδιασμένα για καμπτοδια-τμητική αστοχία διατομής 300x300 mm:

Το στοιχείο Ο.Σ με συμβατική όπλισηαποτελούμενη από έξι διαμήκεις ράβδουςδιαμέτρου 16 mm με τάση διαρροής590 MPa, τρεις σε κάθε πέλμα τουστοιχείου, και συνδετήρες διαμέτρου 8mm με τάση διαρροής 590 ΜPa σεαπόσταση 100 mm.

Το στοιχείο Χ.Σ με εναλλακτική όπλισηαποτελούμενη από τρεις συμβατικούςκλωβούς οπλισμού διαφορετικούμεγέθους οι οποίοι τοποθετήθηκαν οένας μέσα στον άλλο.

Κάθε κλωβός αποτελείται από οκτώδιαμήκεις ράβδους διαμέτρου 8 mm μετάση διαρροής 590 MPaισοκατανεμημένες στην περίμετρο καισυνδετήρες διαμέτρου 6 mm με τάσηδιαρροής 390 MPa σ΄απόσταση 100mm.

Το μηχανικό ποσοστό του συνολικού διαμήκη και εγκάρσιου οπλισμού είναι ίδιο και στα δύο στοιχεία.

Πίνακας 2: Στοιχεία Δεύτερης Ομάδας

1.5.2 Πειραματική Διάταξη και Πειραματική Διαδικασία

Τα στοιχεία αναρτήθηκαν αμφιέρειστα από

τα ζυγώματα χαλύβδινων πλαισίων πακτω-μένων στο δάπεδο δοκιμασίας του εργα-

στηρίου σκυροδέματος του ΕΜΠ, όπως φαίνεται στο Σχ 6 και την Εικόνα 2.

.

Για την επιβολή της εναλλασσόμενης μετα-τόπισης χρησιμοποιήθηκε γρύλος MTS (500 kΝ) ο οποίος πακτώθηκε στο δάπεδο δοκιμών.

Σχ. 1.6 Πειραματική διάταξη

Εικόνα 2 Πειραματική διάταξη για γραμμικά στοιχεία

.

Για την επιβολή της εναλλασσόμενης μετα-τόπισης χρησιμοποιήθηκε γρύλος MTS (500 kΝ) ο οποίος πακτώθηκε στο δάπεδο δοκιμών.

Εμετρούντο το βέλος στο μέσον του ανοίγ-ματος των στοιχείων και η δύναμη από-κρισης.

Τα στοιχεία υποβάλλοντο αρχικά σε τρεις έως τέσσερις ανακυκλήσεις μικρής στάθμης για σταθεροποίηση της πειραματικής διάτα-ξης 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.

ΧΣ 24Φ8

ΟΣ 6Φ16


129

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 ρωγ-μών γινόταν με διαδοχική φωτογράφιση και βιντεοσκόπηση.

Η τήρηση του προγράμματος επιπόνησης γινόταν με οδηγό το διάγραμμα συμπερι-φοράς, (διάγραμμα δύναμης-βέλους), σε καταγραφικό δύο αξόνων συνδεδεμένο με τον γρύλο (βλ. Εικόνα 3).

Εικόνα 3 Καταγραφικό δύο αξόνων

Ως στάθμη διαρροής του χάλυβα ορίζετο η στάθμη απότομης κλίσης του διαγράμματος συμπεριφοράς.

1.5.3 Πειραματικά Αποτελέσματα

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 πειραματι-κών στοιχείων όπως καταγράφηκαν στο καταγραφικό δύο αξόνων το συνδεδεμένο με τη διάταξη δοκιμασίας.

Από τη σύγκριση των τιμών του φορτίου αστοχίας και των διαγραμάτων συμπεριφο-ράς προκύπτουν τα παρακάτω:

Φέρουσα ικανότητα και μονότονησυμπεριφορά

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

Πιν. 3 Πειραματικά και Υπολογιστικά Φορτία Αστοχίας .Pu

α/α Διάταξη οπλισμού

Πειρ.Pu [kN]

ρ≈0.6 ρ≈1.0 Υπολ.

Pu

Ν1

Ν2

Ν3

129

-

-

-

163

159

115 -

169

154

Ε1

Ε1α

135

-

-

145

117 -

158

Ε2

Ε2α

119

-

-

149

113 -

160

Ε2β - 169 170

Ε3 - 181 159

Ε4 - 180 154


130

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 απο-τελεί η ασαφής διαρροή και η μικρότερη κράτυνση του διαγράμματος μετά τη διαρ-ροή.

Η παρόμοια φέρουσα ικανότητα των στοι-χείων με την εναλλακτική όπλιση είναι, όπως αναπτύχθηκε στο κεφ. 1.4.1, αναμε-νόμενη.

Σχ 1.7 Διαγράμματα Ρ-δ πειραματικών στοιχείων πρώτης ομάδας

Η ασαφής διαρροή και η μικρότερη κράτυν-ση στα διαγράμματα των στοιχείων με την εναλλακτική όπλιση φαίνεται να αντανακλά τη σταδιακή διαρροή των ενδιάμεσων δια-

μήκων ράβδων τους, λόγω της διαφο-ρετικής παραμόρφωσής τους.

Υστερητική συμπεριφορά

Η υστερητική συμπεριφορά των στοιχείων με την εναλλακτική όπλιση εμφανίζει, όπως φαίνεται από τη σύγκριση των διαγραμ-μάτων συμπεριφοράς, δύο διακριτές δια-φορές απ’ αυτήν των αντίστοιχων στοι-χείων με τη συμβατική όπλιση:

Μεγαλύτερη πτώση του μέγιστουφορτίου μεταξύ παρθενικού και πρώτουκύκλου επιπόνησης και

Σημαντικά μεγαλύτερη σταθερότητα τωνυστερητικών κύκλων, ιδιαίτερα σταστοιχεία Ε4 και ΧΣ, τα οποία φαίνεται ν’αντέχουν πρακτικά άπειρους κύκλουςεπιπόνησης.

Η μείωση της καμπτικής αντοχής μετά την ανακύκληση της επιπόνησης προκύ-πτει 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.

1 εc Fs2= Αs/2.fs

z1

εs1 Fs1= Αs/2.fs2 ε1 = ε2 (α)

1 ε1

z2

Fs1

2 ε2 ε1 = ε2 (β)

Σχ. 1.8 Εσωτερικές δυνάμεις σε κατάσταση αστοχίας μετά την ανακύκληση για διάταξη (α) κατά πλάτος και (β) καθ΄ ύψος της διατομής


131

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 δια-κριτή 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 εσωτε-ρικών δυνάμεων είναι αμελητέα.

Στην περίπτωση, όμως, στοιχείων με μέρος του διαμήκους οπλισμού καθ΄ ύψος της δια-τομής προκύπτει σημαντική μείωση της καμπτικής αντοχής καθώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 8(β), μειώνεται και το μέγεθος και ο μοχλοβραχίονας των εσωτερικών δυνάμε-ων.

Η μείωση της καμπτικής αντοχής που εντο-πίστηκε παραπάνω δεν λαμβάνεται υπόψη στους κανονισμούς και εκτιμάται ότι αποτελεί τη βασική αιτία που επανειλημμένα παρατηρείται στις κατασκευές αστοχία υποστυλωμάτων, μολονότι έχουν τηρη-θεί οι απαιτήσεις των κανονισμών για ικανοτικό σχεδιασμό των υποστυλω-μάτων ώστε να αστοχήσουν οι δοκοί.

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 τονπροσθετο οπλισμό «περίσφιξης» πουπροβλέπεται από τον κανονισμό και στηνπερίπτωση κυκλικών υποστυλωμάτωνλόγω κυκλικού σχήματος της διατομήςτους

Κατά τον ικανοτικό σχεδιασμό των υποστυ-λωμάτων σε κάμψη η καμπτική αντοχή τόσο των δοκών όσο και των υποστυλωμάτων τίθεται ίση μ΄ αυτή της μονότονης επιπό-νησης.

Όπως σχολιάστηκε παραπάνω, ενώ για τις δοκούς (η συμβατική διάταξη του οπλισμού είναι στα πέλματα) η παραδοχή αυτή είναι ορθή,

προκειμένου για τα υποστυλώματα είναι λανθασμένη. Υπερτιμά την αντοχή τους.

Με την προτεινόμενη όπλιση, ηπτώση του φορτίου μετά τηνανακύκληση της επιπόνησης συμβαίνεικαι στο υποστύλωμα και στη δοκό καιδεν προκύπτει πρόβλημα στον ικανοτικό σχεδιασμό του κόμβου.

Η μεγαλύτερη σταθερότητα των υστερη-τικών κύκλων των στοιχείων με την εν-αλλακτική όπλιση είναι στο κεφ. 1.2, αναμενόμενη:

Το στοιχείο ΧΣ εμφάνισε πρόωρολυγισμό μίας από τις εικοσιτέσσεριςράβδους του, η οποία, όμως, δενφάνηκε να επηρέασε διακριτά τημετέπειτα συμπεριφορά του στοιχείου,ενώ

Στο στοιχείο ΟΣ ο λυγισμός της μίας απότις έξι ράβδους του το οδήγησε σεπροοδευτική μείωση της δυσκαμψίας καιτης φέρουσας ικανότητάς τουσηματοδοτώντας την τελική αστοχία του.

Σχ. 1.9 Διαγράμματα Ρ-δ πειραματικών στοιχείων δεύτερης ομάδας


132

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 εν-αλλασσόμενη 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 περιό-δου 2000-2002.

Πειραματικό πρόγραμμα

Τα πειραματικά ημιπλαίσια μπορούν να ειδωθούν ως το τμήμα μονώροφων πολύ-στυλων 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 σταγραμμικά μέλη τους καθώς καιδιαφορετική όπλιση στον κόμβο, όπωςφαίνεται στο Σχ. 11 και την Εικόνα 4.

Στο ημιπλαίσιο ΧΣ συνδυάζεται χαλυβο-σκυρόδεμα στο κατακόρυφο μέλος και συμ-βατική διάταξη στα οριζόντια μέλη.

Δεν διατάσσεται πρόσθετος διατμητικός ο-πλισμός στον κόμβο.

Σχ. 1.11 Όπλιση πειραματικών ημιπλαισίων

Στο ημιπλαίσιο ΟΣ συνδυάζεται συμβατική όπλιση στο κατακόρυφο μέλος, καθύψος διάταξη του διαμήκους οπλισμού στα ορι-ζόντια μέλη.

Διατάσσεται πρόσθετος δισδιαγώνιος οπλι-σμός στον κόμβο.


133

Δεν υιοθετείται στο ζύγωμα τουημιπλαισίου ΟΣ η συμβατική διάταξη τουδιαμήκους οπλισμού κατά πλάτος για νααποφευχθεί η πρόωρη αστοχία τουστύλου (βλ. Κεφ. 1.5.3).

Ο διατμητικός οπλισμός του κόμβου διαμορ-φώνεται:

Στο ημιπλαίσιο ΧΣ από τον οπλισμό τουκατακόρυφου μέλους, χωρίς νασυνεχίζονται στον κόμβο οι συνδετήρεςτων οριζόντιων μελών και χωρίς άλλονπρόσθετο οπλισμό,

Στο ημιπλαίσιο ΟΣ από τον οπλισμό τουκατακόρυφου μέλους οι συνδετήρες τουοποίου συνεχίζονται και μέσα στονκόμβο, από τις ενδιάμεσες διαμήκειςράβδους των οριζόντιων μελών και απόπρόσθετον δισδιαγώνιο οπλισμό.

• Ο δυσμενέστερος σχεδιασμός τουκόμβου στο ημιπλαίσιο ΧΣ απ΄αυτόν τηςπροτεινόμενης λύσης (δεν υπάρχει ηδιατμητική συμβολή των ενδιάμεσωνδιαμήκων ράβδων του ζυγώματος) και οευμενέστερος σχεδιασμός του κόμβουστο ημιπλαίσιο αναφοράς ΟΣ απ΄αυτόντης συμβατικής λύσης υιοθετήθηκε ώστενα αυξηθεί η αξιοπιστία τωνσυμπερασμάτων από τη σύγκρισητης συμπεριφοράς των δύοπλαισίων, καθώς δεν ήταν δυνατή ηδοκιμασία περισσότερων πειραματικώνπλαισίων.

Επίσης, για μεγαλύτερη αξιοπιστία στη σύγκριση των πειραματικών πλαισίων:

• Υιοθετείται εξωτερική αγκύρωση τωνδιαμήκων ράβδων των κατακόρυφωνμελών, όπως φαίνεται στο Σχ. 11, ώστενα μην υπεισέλθουν αστάθμητοιπαράγοντες από ενδεχομένωςδιαφορετικές συνθήκες αγκύρωσης τωνράβδων στα δύο πλαίσια.

Διαστασιολόγηση ΠειραματικώνΗμιπλαισίων

Οι γεωμετρικές διαστάσεις των ημιπλαισίων είναι:

• Οριζόντια μέλη: 250X350 mm• Κατακόρυφα μέλη: 350x350 mm

ΟΣ

ΧΣ

Εικόνα 4 Οπλισμός ημιπλαισίων

Επίσης, για μεγαλύτερη αξιοπιστία στη σύγ-κριση των πειραματικών πλαισίων:

• Υιοθετείται εξωτερική αγκύρωση τωνδιαμήκων ράβδων των κατακόρυφωνμελών, όπως φαίνεται στο Σχ. 11, ώστενα μην υπεισέλθουν αστάθμητοιπαράγοντες από ενδεχομένωςδιαφορετικές συνθήκες αγκύρωσης τωνράβδων στα δύο πλαίσια.

Διαστασιολόγηση ΠειραματικώνΗμιπλαισίων

Οι γεωμετρικές διαστάσεις των ημιπλαισίων είναι:

• Οριζόντια μέλη: 250X350 mm• Κατακόρυφα μέλη: 350x350 mmΟ διαμήκης οπλισμός των οριζόντιων με-λών των πλαισίων αποτελείται από: • Hμιπλαίσιο ΧΣ: 4Φ14 στα πέλματα• Ημιπλαίσιο ΟΣ: 8Φ10 καθύψος της

διατομής


134

Ο διαμήκης οπλισμός του κατακόρυφου μέλους, αποτελείται από:

• Ημιπλαίσιο ΟΣ: 6Φ16 στα πέλματα τουστοιχείου

• Ημιπλαίσιο ΧΣ: 24Φ8 σε τρεις κλωβούςοπλισμού διαφορετικού μεγέθους μεοκτώ διαμήκεις ράβδους διαμέτρου 8mm ο κάθε κλωβός, οι οποίοιτοποθετούνται ο ένας μέσα στον άλλο(εν είδει ρώσικης κούκλας).

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

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 σχεδιά-στηκαν 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 μεθόδευσηδοκιμών

Τα ημιπλαίσια αναρτήθηκαν από τα ζυγώ-ματα δύο χαλύβδινων πλαισίων πακτωμέ-νων 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 ορι-ζόντιου γρύλου MTS δυναμικότητας 500 KN

πακτωμένου σε ανεξάρτητο χαλύβδινο στύ-λο. Μέσω ειδικής διάταξης παρεμποδίζονταν η οριζόντια μετακίνηση των πλαισίων.

Σχ. 1.12 Πειραματική διάταξη

Εικόνα 5 Πειραματική διάταξη

Τα ημιπλαίσια υποβάλλοντo αρχικά σε τρεις–τέσσερις ανακυκλήσεις μικρής στά-θμης για τη σταθεροποίηση της πειρα-ματικής διάταξης και έλεγχο των μετρη-τικών οργάνων και στη συνέχεια σε ανα-κυκλήσεις σε στάθμη επιπόνησης αντί-στοιχης 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 παρα-κολούθηση της εξέλιξης των ρωγμών γινόταν με διαδοχική φωτογράφιση και βιντεοσκόπηση.


135

Η τήρηση του προγράμματος επιπόνησης γινόταν με οδηγό το διάγραμμα συμπερι-φοράς, (δύναμης-βέλους), σε καταγραφικό δύο αξόνων συνδεδεμένο με τα μετρητικά όργανα. Ως στάθμη διαρροής του χάλυβα ορίζετο η στάθμη απότομης κλίσης του διαγράμματος συμπεριφοράς.

Πειραματικά Αποτελέσματα καιΑξιολόγηση

Στο Σχ. 13 δίνονται τα διαγράμματα Ρ-δ των πειραματικών ημιπλαισίων, όπως προέκυ-ψαν 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 εμφανί-στηκαν καμπτικές ρωγμές στο κατακόρυφο μέλος του ΧΣ και καμτοδιατμητικές στο κατακόρυφο μέλος του ΟΣ.

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 ρηγμά-τωση, αλλά, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1, η μορφή αστοχίας μετά από δέκα ανακυ-

κλήσεις της επιπόνησης είναι καμπτική στο κατακόρυφο μέλος.

Η υστερητική συμπεριφορά του ημιπλαισίου ΧΣ συγκρινόμενη μ’ αυτήν του ΟΣ εμφά-νισε, ως ανεμένετο (βλ. Κεφ.1.5.3):

• Μεγαλύτερη πτώση του μέγιστουφορτίου μετά τον παρθενικό κύκλο

Σημαντικά μεγαλύτερη σταθερότητα τωνυστερητικών κύκλων, διατηρώνταςσταθερή την φέρουσα ικανότητα, τηνδυσκαμψία και την ικανότηταμετασχηματισμού ενέργειας μετά απόπερισσότερους από δέκα κύκλους

Σχ. 1.13 Διαγράμματα Ρ-δ πειραματικών ημιπλαισίων

Το ημιπλαίσιο ΟΣ εμφάνισε προοδευτική απομείωση της δυσκαμψίας και της φέρου-σας ικανότητάς του, αντέχοντας τέσσερις μόνον κύκλους επιπόνησης, παρά:

την πρόσθετη διατμητική συμβολή τωνενδιάμεσων διαμήκων ράβδων τωνοριζόντιων μελών του, η οποίααποδείχθηκε ανεπαρκής ως διατμητικήόπλιση του κόμβου,

τις πρόσθετες δισδιαγώνιες ράβδους

τις καλύτερες συνθήκες συνάφειας,λόγω της μικρότερης διαμέτρου τωνδιαμήκων ράβδων των οριζόντιων μελώντου.


136

2. ΜΙΚΡΟΚΙΣΣΗΡΟΔΕΜΑ - EΝΑ ΥΠΟΣΧΟΜΕΝΟΕΛΑΦΡΟΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΓΙΑ ΦΕΡΟΥΣΕΣ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ

Το σκυρόδεμα ως δομικό υλικό είχε δύο βασικά μειονεκτήματα: μικρή εφελκυ-στική αντοχή και μεγάλο βάρος. Για την αντιμετώπιση της μικρής εφελ-κυστικής αντοχής αναπτύσσεται το οπλισμένο σκυρόδεμα.

Για την αντιμετώπιση του μεγάλου βάρους αναπτύσσεται το ελαφροσκυ-ρόδεμα.

2.1. ΤΟ ΕΛΑΦΡΟΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΔΙΕΘΝΩΣ

• Η Δομή του ΥλικούΤο ελαφροσκυρόδεμα είναι σκυρόδεμα με ελαφρά αδρανή, φυσικά ή τεχνητά.

Το πιο διαδεδομένο φυσικό αδρανές είναι η κίσσηρη (ελαφρόπετρα).

Τα τεχνητά αδρανή προκύπτουν από βιομη-χανική επεξεργασία αργίλου, σχιστολίθου, ή απορριμάτων της βιομηχανίας, όπως της ιπτάμενης τέφρας, της σκόνης που προκύπτει από την επεξεργασία των λιγνιτών στους σταθμούς παραγωγής ρεύματος, κ.ά.

Η επεξεργασία, κυρίως θερμική, έχει αρκετά κοινά σημεία με την κεραμοποιία ή τη βιομηχανία τοϋ τσιμέντου. Στο εμπόριο φέρονται μέ διάφορες ονομασίες ανάλογα με τη μέθοδο καί τη χώρα παρασκευής τους.

• Η Εξέλιξή του

Η πρώτη εφαρμογή τοϋ έλαφροσκυροδέματος ανάγεται στους ρωμαϊκούς χρόνους. Πάνθεο και Κολοσσαΐο είχαν γιά πρώτη ϋλη κομμάτια από κίσηρη.

Από τότε συναντάμε πάλι το έλαφροσκυ-ρόδεμα στον πρώτο παγκόσμιο πόλεμο. Κατασκευάζεται για πρώτη φορά πλοίο από έλαφροσκυρόδεμα. Φέρει το όνομα Selma. Ταξιδεύει συνέχεια σε θάλασσες έντονα διαβρωτικές και διαρκεί. Είναι η πρώτη κατασκευή που καταξιώνει το έλαφροσκυρόδεμα.

Η επιτυχία του Selma και η ανάγκη να εξοικονομηθεί χάλυβας για πολεμικούς σκο-πούς οδηγεί στην κατασκευή δέκα (10) πλοίων από έλαφροσκυρόδεμα στο δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο.

Μετά το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο αρχίζει νέα περίοδος στην ιστορία του ελαφροσκυ-ροδέματος. Η χρήση του γενικεύεται. Αρχίζει η σταδιακή εφαρμογή του σε κτίρια, γέφυρες, θαλάσσια έργα καί κυρίως στην προκατασκευή.

• Τα Πλεονεκτήματά του

Οικονομικά

Μικρότερο βάρος στα υλικά κατασκευής συνεπάγεται μικρότερο συνολικό φορτίο της κατασκευής και, γι΄αυτό, μικρότερες διαστά-σεις του φέροντα οργανισμού, λιγότερο οπλισμό, μικρότερη επιβάρυνση ξυλοτύπων και οικονομία στη θεμελίωση.

Ενεργειακά - Οικολογικά

Σημαντικά είναι, επίσης, και τα ενεργειακά και οικολογικά πλεονεκτήματα.

Λόγω των κενών αέρα και της κρυσταλλικής δομής του, το ελαφροσκυρόδεμα, πέραν από μικρότερο βάρος, χαρακτηρίζεται και από μεγαλύτερη θερμομόνωση και, γι αυτό, μικρότερη απαίτηση καυσίμων για τη θέρμανση των κτιρίων (η ενέργεια για την παραγωγή των τεχνητών αδρανών εκτιμάται μικρό, μόνον, ποσοστό της ενέργειας που εξοικονομείται).

Η αξιοποίηση των αποβλήτων της βιομηχα-νίας για την παραγωγή τεχνητών ελαφρών αδρανών, πέραν από την άρση των περιβαλ-λοντικών προβλημάτων που δημιουργούνται συχνά από την απόθεση των απορριμάτων αυτών επιτρέπει και την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος με τη μείωση της αλόγιστης εκσκαφής των πετρωμάτων της γης.


137

Αισθητικά Μικρότερο βάρος στό υλικό κατασκευής επιτρέπει μεγαλύτερα ανοίγματα και μεγαλύτερα ϋψη. Μεγαλύτερη θερμομόνωση στό υλικό, επιτρέπει απλοποίηση στά στοιχεία κατασκευής.

Και τα δύο μαζί, δίνουν μεγαλύτερη ελευθερία σχεδιασμού και δεν είναι σπάνιες οι περιπτώσεις που το ελαφροσκυρόδεμα δίνει τη δυνατότητα για εφαρμογή αρχιτεκτονικών λύσεων που είναι αδύνατες με το κανονικό σκυρόδεμα.

Από την άλλη πλευρά η δυνατότητα μεταβολής τοϋ βάρους του ύλικοϋ με τη χρήση ελαφρών αδρανών με διαφορετικά .βάρη επιτρέπει κάθε ψορά τη διαφοροποίηση της αρχιτεκτονικής έκφρασης.

• Περιοχές ΙδιαίτεραΠλεονεκτικής Εφαρμογής του

Προκατασκευή Τα βασικά πλεονεκτήματα της προκατα-σκευης: οικονομία καί ταχύτητα κατασκευής, είναι άμεσα εξαρτημένα από το μέγεθος τών προκατασκευασμένων στοιχείων. Καθοριστικό στοιχείο για το μέγεθος είναι η ικανότητα του μηχανικού εξοπλισμού.

Το έλαφροσκυρόδεμα λόγω του μειωμένου βάρους του για δεδομένη ικανότητα των οχημάτων μεταφοράς και των γερανών ανύψωσης επιτρέπει μεγαλύτερο μέγεθος προκατασκευασμένων στοιχείων άρα μικρότερο χρόνο ανέγερσης και μικρότερο κόστος συναρμολόγησης.

Υψηλά κτίρια Τα οικονομικά πλεονεκτήματα του ελαφρο-σκυροδέματος είναι ιδιαίτερα εμφανή στην περίπτωση των ψηλών κτιρίων, καθώς η μεγέθυνση, όπως και η σμίκρυνση, ενός πράγματος δεν αφήνει αναλλοίωτη τη συμπεριφορά του. Αν δύο όροφοι κοστίζουν διπλάσια από έναν όροφο, είκοσι όροφοι δεν κοστίζουν διπλάσια από δέκα ορόφους. Μετά από έναν αριθμό ορόφων και πέραν το κόστος αρχίζει να διαρρέει.

Η χρήση του ελαφροσκυροδέματος είναι εξαιρετικά πλεονεκτική στις περιπτώσεις σχετικά ασθενούς εδάφους θεμελίωσης.

Το μικρότερο ίδιο βάρος της κατασκευής επιτρέπει ανέγερση περισσότερων ορόφων, ή οικονομικότερη λύση θεμελίωσης για λιγότερους ορόφουςΤό υψηλό κτίριο δέν πρέπει νά τό δοϋμε άπλά ως άλληλεπίθεση ο-ρόφων.

3. ΟΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΓΙΑΕΛΑΦΡΟΣΚΥΡ/ΜΑ ΣΤΗΝΕΛΛΑΔΑ

• Φυσικά Αδρανή: Η Κίσηρη

Σήμερα στην Ελλάδα υπάρχουν μόνο φυσικά άδρανη: ή κίσηρη. Σέ σημαντικές ποσότητες υπάρχει βασικά στα νησιά των Δωδεκανήσων: θήρα (Σαντορίνη), Νίσυρο καί Γυαλί σε απόσταση από την Αθήνα 800, 300 καί 200 περίπου ναυτικά μίλια, αντίστοιχα.

• Δυνατότητες για ΤεχνητάΑδρανή

Τεχνητά ελαφρά αδρανή δεν υπάρχουν ακόμη στην Ελλάδα. Αλλά δεν λείπουν οι πρώτες ΰλες για την παραγωγή τους.

Στην Ελλάδα υπάρχουν εκτεταμένα κοιτά-σματα αργίλου καί σχιστολίθου καθώς και παραπροϊόντα βιομηχανίας σε εκμεταλλεύ-σιμες ποσότητες, κοντά σέ αστικά κέντρα (κέντρα οικοδομικής δραστηριότητας) η απλή απόθεση των οποίων δημιουργεί κατά καιρούς μεγάλα οικολογικά προβλήματα,

Οί Ελληνικοί λιγμϊτες είναι πλουσιότεροι σέ τέφρα από τους λιγνίτες όλων των άλλων χωρών. Οι ποσότητες της ιπτάμενης τέφρας που προκύπτουν από την καύση τους στους σταθμούς παραγωγής ρεύματος της Δ.Ε.Η. στη Μεγαλούπολη, τη Πτολεμαΐ'δα και αλλού είναι τεράστιες.

Μέχρι σήμερα έχουν γίνει μελέτες για αξιοποίηση της τέφρας στην παραγωγή του τσιμέντου. Η εκτεταμένη χρήση της ιπτάμενης τέφρας στο εξωτερικό για παραγωγή τεχνητών ελαφρών αδρανών δεν έχει βρει ακολουθηθεί στην Ελλάδα.

Η Ελλάδα δέν έχει παρακολουθήσει τις άλλες χώρες στην ανάπτυξη του έλαφροσκυρο-δέματος.


138

Η υστέρηση αυτή μπορεί να εξελιχθεί σε πλεονέκτημα. Θα εξαρτηθεί κατά πόσον θα αξιοποιηθεί ή εμπειρία των άλλων κρατών αποφεύγοντας τα σφάλματα της μεταβατικής περιόδου των άλλων, κατά πόσον ή σωστή πληροφόρηση θα επιτρέψει τη μείωση του αρχικού χρόνου αδράνειας που παρουσιάστηκε στις άλλες χώρες, και κατά πόσον η ξένη εμπειρία θα προσαρμοσθεί στην Ελληνική πραγματικότητα λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα και τις ιδιομορφίες της Ελλάδας

• Αποθέματα Κίσηρης

Τα αποθέματα σε κίσηρη κυμαίνονται στο Γυαλί περ’ι τα 100 εκατομμύρια κυβικά μέτρα, στη θήρα και τη Νίσυρο είναι πρακτικά ανεξάντλητα. Η εκμετάλλευση των κοιτασμάτων γίνεται από το 1952 από την εταιρεία ΛΑΒΑ, ανώνυμο εταιρεία, η οποία από τότε έχει και το προνόμιο της αποκλειστικής εκμετάλλευσης.

• Αξιοποίηση Κίσηρης

Από το 1957 μέχρι το 1973 περίπου οι μεγαλύτερες ποσότητες κίσηρης εξάγονται αρχικά στις ΗΠΑ και από το 1972 και στη Γερμανία με βασική χρήση την κατασκευή κισηροπλίνθων.

Η επιχείρηση βασιζόταν στην αναζήτηση ποντοπόρων πλοίων που έρχονταν φορτωμένα από τις ΗΠΑ και επέστρεφαν κενά γι' αύτό και αποδέχονταν χαμηλό ναϋλο.

Η άνοδος των ναύλων μετα το 1973 είχε αποτέλεσμα τη διακοπή των εξαγωγών στη Γερμανία και το σημαντικό περιορισμό των εξαγωγών στις ΗΠΑ.

Σήμερα η κίσηρη χρησιμοποιείται κύρια για μονωτικούς σκοπούς και την κατασκευή κισηροπλίνθων καθώς και στην κατασκευή προκατασκευασμένων-ημιφερόντων τοιχωμάτων.

Τα τελευταία χρόνια έχει εφαρμοστεί και σε φέρουσες κατασκευές σκυροδετούμενες επί τόπου αλλά κυρίως προκατασκευασμένες με τη μορφή του μικροκισηροδέματος στο οποίο αναφερ’όμαστε παρακάτω.

• Οι Επιφυλάξεις για τηνΚαταλληλότητα της Κίσηρης καιη Άρση τους

Οι επιφυλάξεις που διατυπώνονταν παλιότερα για κίνδυνο διάβρωσης του οπλισμού στο κισηρόδεμα έχουν από καιρό αρθεί καθώς η περιεκτικότητα σε θείο της κίσηρης δεν βρέθηκε απαγορευτική και εκ των υστέρων εξέταση του οπλισμού σε υπάρχον κτίριο από κισηρόδεμα στο Γυαλί έδειξε ιδιαίτερα καλή αντιδιαβρωτική προστασία του οπλισμού από το κισηρόδεμα.

Δεδομένου ότι οι εσωτερικοί πόροι της κίσηρης είναι κλειστοί και οι ανοιχτοί επιφανειακοί πόροι καλύπτονται από το τσιμεντοκονίαμα, το μεγαλύτερο πορώδες του κισηροδέματος δεν συνεπάγεται και μεγαλύτερη διαπερατότητα.

4. ΟΙ ΑΠΟΤΥΧΗΜΕΝΕΣ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΕΣ ΓΙΑ ΦΕΡΟΝ ΚΙΣΗΡΟΔΕΜΑ

Παρά την άρση των επιφυλάξεων για διάβρωση του οπλισμού, η αξιοποίηση της κίσηρης στην παραγωγή φέροντος κισηρο-δέματος καθυστερούσε για τεχνολογικούς και οικονομικούς λόγους, όπως:

• μικρή στάθμη αντοχής του κισηροδέματοςγια μεγάλη κατανάλωση τσιμέντου (500κg/m3)

• αντίστροφη απόμιξή του και, εν γένει,κακή εργασιμότητα (οι μεγάλοι κόκκοι τηςκίσηρης έχουν μεγαλύτερα κενά και,γιαυτό, είναι πιο ελαφρείς από τουςμικρούς κόκκους με αποτέλεσμα ναπαραμένουν στην επιφάνεια τουμίγματος) [1]

• πρόσθετο κόστος για την προδιαβροχήτων κόκκων της κίσηρης καιαντικατάσταση του λεπτού υλικού μεκανονική άμμο,

• μεγάλες μακροχρόνιες παραμορφώσεις(λόγω της απαιτούμενης μεγάληςποσότητας τσιμέν-του). [2].

Τα μειονεκτήματα, όμως αυτά ήταν αποτέλεσμα του σχεδιασμού του υλικού.

Ακολουθήθηκε η λογική του σχεδιασμού του συνήθους σκυροδέματος με ασβεστολιθικά αδρανή και για αύξηση της αντοχής του υιοθετήθηκε:


139

αύξηση της κατανάλωσης τουτσιμέντου

χρησιμοποίηση τσιμέντου υψηλήςαντοχής (ταχείας ανάπτυξης τηςαντοχής)

καθώς και η λογική του σχεδιασμού ελαφροσκυροδεμάτων με τεχνητά ελαφρά αδρανή όπως:

η χρησιμοποίηση ασβεστολιθικήςάμμου αντί του λεπτού υλικού της κίσηρης

Στο σχεδιασμό, όμως, των ελαφροσκυροδεμάτων με τεχνητά αδρανή στις άλλες χώρες η προσθήκη ασβεστολιθικής άμμου ήταν αναγκαστική γιατί τα τεχνητά αδρανή δεν διέθεταν λεπτό υλικό.

Η αύξηση της κατανάλωσης του τσιμέντου και η προσθήκη της ασβεστολιθικής άμμου αύξαναν σημαντικά το βάρος του κισηροδέματος χωρίς να αυξάνουν την αντοχή του.Το ίδιο προέκυψε και με την αντικατάσταση μέρους των χοντρών κόκκων με ασβεστολιθικά αδρανή που δοκιμάστηκε.

5. ΤΟ ΜΙΚΡΟΚΙΣΗΡΟΔΕΜΑ: ΈΝΑ ΥΠΟΣΧΟΜΕΝΟ ΥΛΙΚΟ ΓΙΑ ΦΕΡΟΥΣΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ

Από ερευνητική εργασία που έγινε στο εργαστήριο σκυροδέματος του ΕΜΠ την περίοδο 1974-1978, (στα πλαίσια υποτροφίας του ΙΚΥ για εκπόνηση διδακτορικής διατριβής) το πρώτο μέρος της οποίας ήταν ο σχεδιασμός κισσηροδέματος με στόχο: τη μεγαλύτερη δυνατή αντοχή το μικρότερο δυνατό βάρυς το μικρότερο κόστος παραγωγής, τη καλύτερς δυνατή συνάφεια με τον

οπλισμό σημαντική θερμομόνωση

προέκυψε το μικροκισσηρόδεμα με την παρακάτω σύνθεση και τεχνολογικά χαρακτηριστικά: • Σύνθεση του

Μικροκισσηροδέματος

τσιμέντο, νερό και κίσσηρη από το Γυαλί σε ένα κλάσμα:

0-8 mm (χωρίς προδιαβροχή τωνκόκκων).

Οι αναλογίες ανάμιξης για αντοχή 30 ΜPa είναι της τάξεως:

400 kg τσιμέντο ελληνικού τύπου,

940 kg κίσσηρη (με τη φυσική υγρασία)

240 kg νερό (προστιθέμενο νερό),περίπου(για μικρή εργασιμότητα).Η ποσότητα τουπροστιθέμενου νερούεξαρτάται από τη φυσική υγρασία τηςκίσσηρης .

Για μεγαλύτερη εργασιμότητα προστίθεταικατάλληλο υπερρευστοποιητικό πρόσθετο.Καλύτερο αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με υπερ-

ρευστοποιητικά σχεδιασμένα ειδικά για ελα-φροσκυροδέματα (με αερακτική δράση).

• Τεχνολογικά Χαρακτηριστικά

Μέγιστη αντοχή: 30-35 MΡa, Βάρος (σκληρυμένου): 1500 kg/m3

Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας:0,50 kcal/mhco (εναντι 1,40 kcal/mhco

για σκυρόδεμα με ασβεστολιθικά αδρανή),

Μέτρο ελαστικότητας (τέμνον στη στάθμη30% της αντοχής): 11.103 MPa,

Καταστατικός νόμος τάσεων-παραμορφώσεων:γραμμικός,

Συνάφεια με το χάλυβα: παρόμοια και ενδεχόμενα καλύτερη από αυτήν του συμβατικού σκυροδέματος (καθώς λόγωτου μικρού κόκκου του αυξάνει η ενεργή επιφάνεια επαφής).

Συντελεστής μακροχρόνιαςπαραμόρφωσης: παρόμοιος με αυτόν τουσυμβατικού σκυροδέματος.

• Το μικροκισσηρόδεμα εμφανίζει, απόπλευράς μηχανικής συμπεριφοράς,ομοιότητα με τα σκυροδέματα υψηλήςαντοχής. Η ομοιότητα αυτή επεξηγείταιστο κεφ.6.

• Ευκολία ΠαραγωγήςΓια την παραγωγή του μικροκισσηροδέματος δεν απαιτείται:

προδιαβροχή των αδρανών, διαχωρισμός και αποθήκευση των

αδρανών σε τρία κλάσματα,


140

ιδιαίτερος εξοπλισμός και οργάνωση τουεργοταξίου (ή της μονάδας έτοιμουσκυροδέματος).

6. ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟ-ΓΙΚΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΙΣΗΡΟΔΕΜΑΤΟΣ

Η κατά 40% μεγαλύτερη τιμή του λόγου αντοχής προς βάρος του μικροκισηροδέματος απ΄αυτήν του συνήθους σκυροδέματος με ασβεστολιθικά αδρανή και

ο κατά 70% μικρότερος συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας από το σύνηθες σκυρόδεμα (αντίστοιχης αντοχής),

αποτελεί πρώτη θετική ένδειξη της ενεργειακής και αντισεισμικής αξίας του, η οποία επιβεβαιώθηκε πειραματικά με δοκιμασία στοιχείων σε ημιφυσική κλίμακα που υποβλήθηκαν σε εναλλασσόμενη επιπόνηση [3] και Εδώ.

Πέραν των προφανών οικονομικών και ενεργειακών πλεονεκτημάτων του υλι-κού λόγω του σημαντικά μικρότερου βάρους του και της μεγαλύτερης θερμ-ομόνωσής του προκύπτουν και σημαντικά πρόσθετα τεχνολογικά και οικονομικά πλεο-νεκτήματα λόγω του μικρού και ελαφρού κόκκου του αδρανούς, όπως:

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι κοινοίαναμικτήρες των κονιαμάτων και ναεφαρμόζεται επί τόπου για μικρήςκλίμακας σκυροδετήσεις.

Δεν απαιτείται ιδιαίτερος εξοπλισμός καιοργάνωση του εργοταξίου (ή της μονάδαςέτοιμου σκυροδέματος) για τηνπαραγωγή του.

Με μόνη επιβάρυνση την αποθήκευσηενός πρόσθετου κλάσματος αδρανών είναιδυνατή η παράλληλη παραγωγήκανονικού σκυροδέματος καιμικροκισσηροδέματος.

Μπορούν να υιοθετηθούν μικρότεραδοκίμια για τον ποιοτικό έλεγχο (καθώς τομέγεθος του δοκιμίου είναι συνάρτησητου μέγιστου κόκκου του αδρανούς).

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν οιελαφρότερες και φθηνότερες μήτρες πουχρησιμοποιούνται για τα κονιάματα.

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρότερεςκαι φθηνότερες μηχανές δοκιμασίας,

αυτές που χρησιμοποιούνται για τα κονιάματα.

Μπορεί να χρησησιμοποιηθεί ωςεκτοξευόμενο σκυρόδεμα με μικρότερηαναπήδηση κόκκων αδρανών και μεδυνατότητα μεγαλύτερης απόστασηςεκτόξευσης.

Διευκολύνει τη διάστρωση σε θέσεις μεμεγάλη πύκνωση οπλισμού, όπως στιςθέσεις των κόμβων.

Επιτρέπει μεγαλύτερη πύκνωση τωνράβδων του οπλισμού και, γιαυτόμικρότερες διαμέτρους των ράβδων.

Μικρότερες διάμετροι επιτρέπουνμικρότερα μήκη αγκύρωσης και καλύτεροέλεγχο της ρηγμάτωσης.

Επιτρέπει διάστρωση του σκυροδέματοςαπό μεγαλύτερο ύψος (στις υπόγειεςσκυροδετήσεις κ.α).

Λόγω του μικρού και ελαφρού κόκκου δενπροκύπτει ο διαχωρισμός πουπαρατηρείται στο κανονικό σκυρόδεμα.

Η διάστρωσή του μπορεί να γίνεται απόμεγαλύτερα ύψη λόγω του μικρότερουδιαχωρισμού λογω του μικρού καιελαφρού κόκκου ( σε υπόγειεςσκυροδετήσεις κ.λ.π)

Επιτρέπει μεγαλύτερη ελευθερία στοσχεδιασμό των στοιχείων.

Για παράδειγμα, μπορούν να υιοθετηθούν διατομές των υποστυλωμάτων μορφής Τ για αύξηση της δυσκαμψίας στο σταδιο λειτουργίας και αύξηση της πλαστιμότητας στο στάδιο αστοχίας,

• Μπορεί να υιοθετηθεί ως εκτοξευόμενοσκυρόδεμα εμφανίζοντας μικρότερη αναπήδηση των αδρανών ).

7. Η ΛΟΓΙΚΗ ΤΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΙΣΗΡΟΔΕΜΑΤΟΣ

• Η Μείωση του Μέγιστου Κόκκουτης Κίσηρηςγια Αύξηση της Αντοχής του

Η μείωση του μέγιστου κόκκου της κίσηρης από το σύνηθες μέγεθος των 25 mm στα 8 mm υιοθετήθηκε για την αύξηση της αντοχής του κόκκου. Οι κόκκοι της κίσηρης προκύπτουν από θραύση μεγαλύτερων κόκκων στη θέση των μεγάλων πόρων και, γι αυτό, εμφανίζουν


141

μεγαλύτερη αντοχή όσο μειώνεται το μέγεθός τους. Με την υιοθέτηση μικρού κόκκου αίρεται, επίσης, το πρόβλημα της αντίστροφης απόμιξης του συμβατικού κισσηροδέματος (με μέγιστο κόκκο 25 έως 30 mm) και βελτιώνεται η συνάφεια με τον οπλισμό (αυξάνει η ενεργή επιφάνεια επαφής).

Η μεγαλύτερη ομοιογένεια του υλικού, λόγω του μικρού κόκκου του, και οι συνεπαγόμενες μικρότερες εσωτερικές μικρορρηγματώσεις, αποτελούν πρόσθετο παράγοντα βελτίωσης της διαπερατότητάς του.

• Η Ανάγκη για Αύξηση τηςΑντοχής των Κόκκων τηςΚίσηρης

Αντοχή και Παραμόρφωση στα συνήθη Σκυροδέματα

Τα ασβεστολιθικά αδρανή έχουν αρκετά μεγάλη αντοχή και στα σκυροδέματα με αυτά τα αδρανή για τις συνήθεις στάθμες της αντοχής τους σε φέροντα δομικά στοιχεία η αντοχή του σκυροδέματος είναι συνάρτηση της αντοχής του τσιμεντοπολτού. Γι αυτό η αύξηση της αντοχής των σκυροδεμάτων αυτών επιτυγχάνεται με αύξηση της αντοχής του τσιμεντοπολτού μειώνοντας τον λόγο νερού προς τσιμέντο (αυξάνοντας την κατανάλωση του τσιμέντου για σκυρόδεμα δεδομένης εργασιμότητας και άρα δεδομένης ποσότητας νερού).

Η αντοχή των αδρανών τους δεν επηρεάζει τη στάθμη της αντοχής τους.

Στα σκυροδέματα αυτά ασθενής φάση τους είναι είναι ο τσιμεντοπολτός και η αντοχή του τσιμεντοπολτού καθορίζει την αντοχή τους, όπως συμβαίνει με όλα τα πολυφασικά συστήματα.

Κατά κάποιον τρόπο στην αλυσίδα του σκυροδέματος την αποτελούμενη από κρίκους αδρανών και τσιμεντοκονιάματος, το τσιμεντιοκονίαμα είναι ο ασθενής κρίκος που θα καθορίσει την αντοχή της και την παραμορφωσιακή συμπεριφορά της.

Γι αυτό και η παραμορφωσιακή συμπεριφορά των συνήθων σκυροδεμάτων προσομοιάζει αυτήν των τσιμεντοκονιαμάτων και είναι μη γραμμική, όπως φαίνεται στο Σχ.

Αντοχή και Παραμόρφωση στα Κισηροδέματα

Στην περίπτωση, όμως, του κισηροδέματος, λόγω της σχετικά μικρής αντοχής των κόκκων της κίσηρης (λόγω των πόρων της), για τις απαιτούμενες συνήθεις στάθμες αντοχής του σκυροδέματος στα φέροντα στοιχεία, ασθενής φάση είναι τα αδρανή, η κίσηρη, και όχι ο τσιμεντοπολτός. Γι αυτό και η αντοχή των κόκκων της κίσηρης θα είναι καθοριστική για τη στάθμη της αντοχής του κισηροδέματος που θα επιτευχθεί.

Από μια στάθμη αντοχής και πάνω η αύξηση της αντοχής του τσιμεντοπολτού μέσω μεγαλύτερης κατανάλωσης τσιμέντου δεν θα επιφέρει μεγαλύτερη αντοχή του κισηρο-δέματος.

Ο μόνος τρόπος για αύξηση της αντοχής του είναι η αύξηση της αντοχής των κόκκων της κίσσηρης.

Κατά κάποιον τρόπο το μικροκισηρόδεμα αντιστοιχεί από πλευράς συμπεριφοράς στα σκυροδέματα με ασβεστολιθικά αδρανή υψηλής αντοχής.

Και στα δύο ασθενής φάση είναι τα αδρανή. ης συμπεριφορά είναι αυτή των αδρανών: γραμμική.

• Περαιτέρω Πλεονεκτήματα απότη Μείωση του Κόκκου τηςΚίσηρης

Με τη μείωση του κόκκου της κίσηρης εκτός από την αύξηση της αντοχής της:

- αίρεται το πρόβλημα της αντίστροφης απόμιξης του κισηροδέματος (καθώς αυτή είναι αντίστροφα ανάλογη του τεραγώνου της διάστασης του αδρανούς)

- βελτιώνεται η συνάφεια με τον οπλισμό (αυξάνεται η ενεργή επιφάνεια επαφής)

- βελτιώνεται η διαπερατότητά του καθώς το σκυρόδεμα γίνεται πιο ομοιόμορφο και μειώνονται οι εσωτερικές μικρορηγματώσεις του λόγω ασυμβατότητας των επί μέρους φάσεών του


142

• Οι Λόγοι για τη μηΑντικατάσταση του ΛεπτούΥλικού της Κίσηρης

Για την αξιοποίηση των ποζολανικών ιδιοτήτων του λεπτού υλικού της κίσσηρης και της συνεπαγόμενης μικρότερης διαπε-ρατότητας και μεγαλύτερης χημικής ανθεκτι-κότητας του κισσηροδέματος, δεν υιοθετή-θηκε η αντικατάσταση του λεπτού υλικού με ασβεστολιθική άμμο (η οποία συνεπάγεται αύξηση του βάρους και μείωση της θερμοαγωγιμότητας του κισσηροδέματος).

6. ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟ- ΚΙΣΗΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ

ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΣΥΡΜΑΤΟΠΛΕΓΜΑΤΟΣ

Η ενίσχυση του μικροκισηροδέματος με διάταξη περιμετρικά του κλωβού των συνδετήρων συρματοπλέγματος τύπου κοτετσόσυρμου μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω τη μηχανική συμπεριφορά στοιχείων από μικροκισηρόδεμα ίδιαίτερα σε κατάσταση αστοχίας των στοιχείων.

Το συρματόπλεγμα θα συγκρατεί στη θέση του το σκυρόδεμα της επικάλυψης του οπλισμού που θα τείνει να αποκολληθεί και θα καθυστερεί έτσι το λυγισμό των διαμήκων ράβδων ο οποίος είναι καθοριστικός παράγοντας μείωσης της πλαστιμότητας των δομικών στοιχείων η οποία είναι βασική παράμετρος του αντισεισμικού σχεδιασμού των στοιχείων.

Η τοποθέτηση του συρματοπλέγματος είναι δυνατή σε στοιχεία από μικροκισηρόδεμα λόγω του μικρού κόκκου των αδρανών του (8 mm). Δεν είναι δυνατή σε στοιχεία με σύνηθες σκυρόδεμα (με αδρανή 25mm). Θα παρεμποδίζει τη διάστρωση του σκυροδέματος.

7. ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥΜΙΚΡΟΚΙΣΗΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗΔΙΑΜΗΚΟΥΣ ΚΑΙ ΕΓΚΑΡΣΙΟΥΟΠΛΙΣΜΟΥ

Περαιτέρω βελτίωση των στοιχείων με μικροκισηρόδεμα μπορεί να επιτευχθεί με

εναλλακτική διάταξη του οπλισμού των στοιχείων ως εξής:

Στα υποστυλώματα διάταξη του διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού διάσπαρτη σ΄όλη την έκταση της διατομής τους.

Στις δοκούς διάταξη του διαμήκους οπλισμού καθ΄ ύψος της διατομής, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

β

β α α β-β

α-α

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:

(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 διαμήκουςκαι εγκάρσιου οπλισμού παραμένει τοίδιο μ΄ αυτό αντίστοιχων στοιχείων μεσυμβατική όπλιση και μπορεί να προκύπτειαπό τις ίδιες υπολογιστικές σχέσεις.

Λόγω του μεγαλύτερου αριθμού τωνράβδων που επιτρέπει η προτεινόμενηλύση, οι διάμετροι τόσο του διαμήκους όσοκαι του εγκάρσιου οπλισμού προκύπτουν


143

σημαντικά μικρότερες απ΄ αυτές των αντίστοιχων στοιχείων με συμβατική όπλιση.

Οι εξωτερικές γωνιακές διαμήκεις ράβδοιδιαμορφώνονται με μεγαλύτερη διάμετρο,Φ14 για τα υποστυλώματα και Φ12 για τιςδοκούς ώστε να προστατεύονται έναντιλυγισμού τους.

Για τη διευκόλυνση της συναρμολόγησης του οπλισμού, καθώς και της διάστρωσης και της συμπύκνωσης του σκυροδέματος των υποστυλωμάτων η αγκύρωση των συνδετή-ρων των εσωτερικών κλωβών του οπλισμού γίνεται υπό γωνία 90ο. Το σημαντικό στρώμα σκυροδέματος εκατέ-ρωθεν των συνδετήρων αυτών εμποδίζει το

άνοιγμά τους και επιτρέπει την απλοποίηση αυτή.

Η εναλλακτική αυτή διάταξη όπλισης είναι ισοδύναμη με τη συμβατική όπλιση από πλευράς φέρουσας ικανότητας και αντι-σεισμικότητας των στοιχείων και πέραν από τα προφανή πλεονεκτήματα ως προς την πυρασφάλεια, την προστασία από διάβρωση, την καλύτερη συνάφεια και το μικρότερο άνοιιγμα των ρωγμών (λόγω της μικρότερης διαμέτρου των ράβδων του οπλισμού) προσφέρει και μια ακόμη σειρά βελτιώσεων και πλεονεκτημάτων που σχολιά-ζονται στο Χαλυβοσκυρόδεμα

_________________________________

[1] Γιατί απομειγνύεται το νωπό σκυρόδεμα (όταν είναι πολύ ρευστό)

Το νωπό σκυρόδεμα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ρευστό μέσα στο οποίο αιωρούνται τα στερεά των αδρανών. Μετά κάποιο χρόνο από την ανάμιξη των υλικών τα αδρανή θα αρχίσουν να καθιζάνουν.

Ή ταχύτητα με την οποία θα καθιζάνουν είναι σύμφωνα με το νόμο του Stokes (προσεγγιστική παραδοχή):

V = 2/9. [d2 (ρs – ρt).g]n

V : ταχύτητα καθίζησης (τελική d : διάμετρος κόκκου pt : πυκνότητα κόκκου n : συντελεστής ιξώδους τοyμέσου ps: πυκνότητα μέσου

Όπως προκύπτει από την παραπάνω σχέση μεγαλύτερη ταχύτητα αναπτύσσουν τα χοντρόκοκκα αδρανή (μεγαλύτερο d) με συνέπεια μετά κάποιο χρόνο t από την ανάμιξη των υλικών, να υπάρχει η παρακάτω διαστρωμάτωση του νωπού σκυροδέματος:

- στην επιφάνεια: στρώμα νερού - ενδιάμεσα: τσιμεντοπολτός και λεπτόκοκκα αδρανή - στόν πυθμένα: χονδρόκοκκο αδρανή

[1] Γ. Κουντούρη: Σύνθεση και αντοχή ελαφροσκυροδεμάτων με κίσηρη Θήρας και Νισύρου, Συνέδριο Σκυροδέματος, Χίος 1977

{2] Α. Μπάκα: Αντισεισμική Αξία Φέροντος Μικροκισηροδέματος, Συνέδριο Σκυροδέματος , Βόλος 1983


144

Ðåñßëçøç

Ç åñãáóßá áíáöÝñåôáé óôçí áîéïðïßçóç ôçò êßóóçñçò ãéá ôçí ðáñá-

ãùãÞ öÝñïíôïò åëáöñïóêõñïäÝìáôïò êáôÜëëçëïõ ãéá áíôéóåéóìéêÝò

êáôáóêåõÝò. Ìåéþíïíôáò ôïí êüêêï ôçò êßóóçñçò óôá 8 mm êáé

÷ùñßò íá áíôéêáôáóôáèåß ôï ëåðôü õëéêü ìå áóâåóôïëéèéêÞ Üììï

ðáñÞ÷èç ìéêñïêéóóçñüäåìá ìå (ìÝãéóôç) áíôï÷Þ 30-35 ÌPa, âÜñïò

1500 kg/m3, åõ÷Ýñåéá êáé ìéêñü êüóôïò ðáñáãùãÞò êáé áõîçìÝíåò

äõíáôüôçôåò ó÷åäéáóìïý. Äåêáôñßá ðåéñáìáôéêÜ óôïé÷åßá ìÞêïõò

2.200 mm áðü ìéêñïêéóóçñüäåìá ìå óõñìáôüðëåãìá (êïôôåôóüóõñ-

ìá) ãýñù áðü ôïí êëùâü ôùí óõíäåôÞñùí åðéðïíïíÞèçêáí óå åíáë-

ëáóóüìåíç åðéðüíçóç õðü óôáèåñü áîïíéêü öïñôßï êáé ç óõìðåñéöï-

ñÜ ôïõò óõãêñßèçêå ìå áõôÞí óõæõãþí óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü óêõ-

ñüäåìá. Áðü ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá ðñïÝêõøå üôé ç óõìðåñé-

öïñÜ óôïé÷åßùí áðü óõñìáôïêéóóçñüäåìá åìöáíßæåé ðáñüìïéá ÷áñá-

êôçñéóôéêÜ ìå áõôÞí áíôßóôïé÷ùí óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü óêõñüäå-

ìá. ÐåéñáìáôéêÜ óôïé÷åßá ìå äéÜôáîç ôïõ êáìðôüìåíïõ ïðëéóìïý

êáè� ýøïò ôçò äéáôïìÞò åìöÜíéóáí ðáñüìïéá (Þ êáé êáëýôåñç)

óõìðåñéöïñÜ ìå óôïé÷åßá ìå óõìâáôéêÞ äéÜôáîç ôïõ ïðëéóìïý (êáôÜ

ðëÜôïò ôçò äéáôïìÞò).

1. ÅÉÓÁÃÙÃÇ

Ôá ðñáêôéêÜ áíåîÜíôëçôá áðïèÝìáôá êßóóçñçò óôçí

ÅëëÜäá, éäéáßôåñá óôá íçóéÜ Óáíôïñßíç, Ãõáëß êáé Íßóõñï,

ôï ìéêñü âÜñïò ôçò êáé ïé ìïíùôéêÝò éäéüôçôÝò ôçò áðïôÝëå-

óáí êßíçôñï ãéá óåéñÜ åñåõíþí ãéá ôçí áîéïðïßçóç ôçò êßó-

óçñçò óôçí ðáñáãùãÞ ïðëéóìÝíïõ åëáöñïóêõñïäÝìáôïò ãéá

öÝñïõóåò êáôáóêåõÝò. Ïé åðéöõëÜîåéò, ðïõ äéáôõðþíïíôáí

ðáëéüôåñá ãéá êßíäõíï äéÜâñùóçò ôïõ ïðëéóìïý óôï êéóóç-

ñüäåìá, åß÷áí áðü êáéñü áñèåß, êáèþò ç ðåñéåêôéêüôçôá óå

èåßï ôçò êßóóçñçò äåí âñÝèçêå áðáãïñåõôéêÞ êáé åê ôùí

õóôÝñùí åîÝôáóç ôïõ ïðëéóìïý óå õðÜñ÷ïí êôßñéï áðü êéó-

óçñüäåìá óôï Ãõáëß Ýäåéîå éäéáßôåñá êáëÞ áíôéäéáâñùôéêÞ

ðñïóôáóßá ôïõ ïðëéóìïý áðü ôï êéóóçñüäåìá. (ÄåäïìÝíïõ

üôé ïé åóùôåñéêïß ðüñïé ôçò êßóóçñçò åßíáé êëåéóôïß êáé ïé

áíïé÷ôïß åðéöáíåéáêïß ðüñïé êáëýðôïíôáé áðü ôï ôóéìåíôï-

êïíßáìá, ôï ìåãáëýôåñï ðïñþäåò ôïõ êéóóçñïäÝìáôïò äåí

óõíåðÜãåôáé êáé ìåãáëýôåñç äéáðåñáôüôçôá). ÐáñÜ ôçí

Üñóç ôùí åðéöõëÜîåùí áõôþí, ç áîéïðïßçóç ôçò êßóóçñçò

óôçí ðáñáãùãÞ öÝñïíôïò êéóóçñïäÝìáôïò êáèõóôåñïýóå

ãéá ôå÷íïëïãéêïýò êáé ïéêïíïìéêïýò ëüãïõò, üðùò: (á) ó÷åôé-

êÜ ìéêñÞ óôÜèìç áíôï÷Þò ôïõ êéóóçñïäÝìáôïò ãéá ó÷åôéêÜ

ìåãÜëç êáôáíÜëùóç ôóéìÝíôïõ, (â) áíôßóôñïöç áðüìéîç ôïõ

íùðïý êéóóçñïóêõñïäÝìáôïò, ëüãù ôïõ ìéêñïý âÜñïõò ôùí

áäñáíþí, êáé åí ãÝíåé êáêÞ åñãáóéìüôçôá, (ã) ðñüóèåôï

êüóôïò ãéá ðñïäéáâñï÷Þ ôùí êüêêùí ôçò êßóóçñçò êáé áðï-

ìÜêñõíóç ôïõ ëåðôïý õëéêïý, (ä) ìåãÜëåò ìáêñï÷ñüíéåò

ðáñáìïñöþóåéò (áðïôÝëåóìá ôçò áðáéôïýìåíçò ìåãÜëçò

ðïóüôçôáò ôóéìÝíôïõ) ê.ëð.

Ãéá ôçí áýîçóç ôçò áíôï÷Þò ôïõ êéóóçñïäÝìáôïò ïé ðñï-

óðÜèåéåò ôùí ðñþôùí åñåõíçôéêþí åñãáóéþí, óå áíôéóôïé÷ßá

ìå ôá éó÷ýïíôá ãéá ôï óõìâáôéêü óêõñüäåìá êáé ôá åëáöñï-

óêõñïäÝìáôá ìå ôå÷íçôÜ áäñáíÞ, êéíÞèçêáí ðñïò ôçí

êáôåýèõíóç: (á) áýîçóçò ôçò êáôáíÜëùóçò ôïõ ôóéìÝíôïõ,

(â) ÷ñçóéìïðïßçóçò ôóéìÝíôïõ õøçëÞò áíôï÷Þò (ôá÷åßáò

áíÜðôõîçò ôçò áíôï÷Þò), (ã) áíôéêáôÜóôáóçò ôïõ ëåðôïý õëé-

êïý ôçò êßóóçñçò ìå áóâåóôïëéêÞ Üììï êáé (ä) áíôéêáôÜ-

óôáóçò ìÝñïõò ôùí ÷ïíôñþí êüêêùí ìå áóâåóôïëéèéêÜ

áäñáíÞ [1].

Óå åñåõíçôéêÞ åñãáóßá ðïõ Ýãéíå óôï ÅñãáóôÞñéï Óêõñï-

äÝìáôïò ôïõ Å.Ì.Ð. ôçí ðåñßïäï 1974-1976 (óôï ðëáßóéï

õðïôñïößáò ôïõ É.Ê.Õ. ãéá åêðüíçóç äéäáêôïñéêÞò äéáôñé-

âÞò), áêïëïõèÞèçêå äéáöïñåôéêÞ êáôåýèõíóç: ç ìåßùóç ôïõ

êüêêïõ ôçò êßóóçñçò êáé ç ìç áíôéêáôÜóôáóç ôïõ ëåðôïý

õëéêïý ôçò ìå áóâåóôïëéèéêÞ Üììï [2]. Ôï ìéêñïêéóóçñüäå-

ìá ðïõ ðñïÝêõøå áíáéñåß ôá ôå÷íïëïãéêÜ ìåéïíåêôÞìáôá ôïõ

óõìâáôéêïý êéóóçñïäÝìáôïò êáé Ý÷åé ìéêñü êüóôïò ðáñáãù-

ãÞò, êáèþò: (á) äåí áðáéôåßôáé ìåãÜëç êáôáíÜëùóç ôóéìÝ-

íôïõ êáé ðñïäéáâñï÷Þ ôùí êüêêùí. (Ç áðïññüöçóç ôùí

êüêêùí ìåéþíåôáé, üóï ìåéþíåôáé ôï ìÝãåèüò ôïõò), (â) ç êßó-

óçñç ìðïñåß íá ÷ñçóéìïðïéçèåß óå Ýíá ìüíï êëÜóìá 0-8 mm,

(ã) ìðïñïýí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí ïé êïéíïß áíáìéêôÞñåò ôùí

êïíéáìÜôùí êáé íá õéïèåôçèïýí ìéêñüôåñá äïêßìéá ãéá ôïí

ðïéïôéêü Ýëåã÷ï (ôï ìÝãåèïò ôïõ äïêéìßïõ åßíáé óõíÜñôçóç

ôïõ ìÝãéóôïõ êüêêïõ ôïõ áäñáíïýò) ìå ôá óõíåðáãüìåíá

ÕðïâëÞèçêå: 25.1.1999 ¸ãéíå äåêôÞ: 12.7.1999

Óõñìáôïêéóóçñüäåìá: ¸íá Õðïó÷üìåíï Yëéêü

ãéá ÁíôéóåéóìéêÝò ÊáôáóêåõÝò

145 Δ. Μη Συμβατικά Υποσχόμενα Αντισεισμικά Υλικά

145

Tεχνικά Χρονικά, Επιστημονικές Εκδόσεις ΤΕΕ Ι, τεύχος 2 2000

ïöÝëç, êáèþò ìðïñïýí íá ÷ñçóéìïðïéçèïýí åëáöñüôåñåò

êáé öèçíüôåñåò ìÞôñåò, ìéêñüôåñåò êáé öèçíüôåñåò ìç÷áíÝò

äïêéìáóßáò (ìðïñïýí íá õéïèåôçèïýí ïé ìÞôñåò êáé ïé ìç÷á-

íÝò èñáýóåùò ôùí êïíéáìÜôùí), áðáéôïýíôáé ìéêñüôåñïé

÷þñïé áðïèÞêåõóçò êáé óõíôÞñçóçò, ê.ëð. Ìéêñüôåñïò êüê-

êïò áäñáíïýò åðéôñÝðåé, åðßóçò, ìåãáëýôåñç åëåõèåñßá óôï

ó÷åäéáóìü ôùí óôïé÷åßùí (ð.÷. õéïèÝôçóç äéáôïìþí ìïñöÞò

Ô ãéá áýîçóç ôçò äõóêáìøßáò óôï óôÜäéï ëåéôïõñãßáò êáé

áýîçóç ôçò ðëáóôéìüôçôáò óôï óôÜäéï áóôï÷ßáò), ôçí åöáñ-

ìïãÞ ôïõ ùò ðëåïíåêôéêïý åêôïîåõüìåíïõ óêõñïäÝìáôïò (ìå

ìéêñüôåñç áíáðÞäçóç ôùí áäñáíþí), êáèþò êáé ôçí õéïèÝ-

ôçóç íÝùí ôå÷íéêþí. Óôï ðëáßóéï äéðëùìáôéêþí åñãáóéþí

ôçò ðåñéüäïõ 1981-83 ôùí öïéôçôþí ×. Áíáóôáóßïõ, Ó.

Áñãõñßïõ êáé Ì. ÊéíéêëÞ, ó÷åäéÜóôçêå äéÜôáîç óåéóìéêÞò

åðéðüíçóçò óôïé÷åßùí óå öõóéêÞ êëßìáêá êáé äéåñåõíÞèçêå

ç äõíáôüôçôá âåëôßùóçò ôçò óåéóìéêÞò óõìðåñéöïñÜò óôïé-

÷åßùí áðü ìéêñïêéóóçñüäåìá ìå ðñïóèÞêç óõñìáôïðëÝãìá-

ôïò (ìå Üíïéãìá âñï÷ßäïò 20-30 mm) ãýñù áðü ôïí êëùâü

ôùí óõíäåôÞñùí. Ôá óôïé÷åßá áðü óõñìáôïêéóóçñüäåìá åðÝ-

äåéîáí êáëýôåñç óõìðåñéöïñÜ áðü áõôÞí ôùí áíôßóôïé÷ùí

óôïé÷åßùí áðü óêÝôï ìéêñïêéóóçñüäåìá (ìÝñïò ôùí áðïôå-

ëåóìÜôùí ôçò åñãáóßáò ðáñïõóéÜæïíôáé óôçí [3]) êáé äéåîï-

äéêüôåñç äéåñåýíçóç ôçò óõìðåñéöïñÜò ôïõò (óå óõãêñéôéêÞ

âÜóç ìå ôç óõìðåñéöïñÜ áíôßóôïé÷ùí óôïé÷åßùí áðü êáíïíé-

êü óêõñüäåìá) óõíå÷ßóôçêå óôï ðëáßóéï äéðëùìáôéêþí

åñãáóéþí ôçò ðåñéüäïõ 1998-99 ôùí öïéôçôþí Ó. Íéêïëáêü-

ðïõëïõ, Á. Ðáíáãéùôáêüðïõëïõ, Ê. ÊëåÜíèïõò êáé Ä.

Ìðïýôïõ. Ç ðñïóï÷Þ åóôéÜóôçêå óôçí åðéññïÞ ôùí ðáñáìÝ-

ôñùí ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý êáé óôç äõíáôüôçôá äéÜôáîçò

ôïõ äéáìÞêïõò (êáìðôéêïý) ïðëéóìïý êáè� ýøïò ôçò äéáôï-

ìÞò ôùí óôïé÷åßùí, ëüãù ôùí óçìáíôéêþí êáôáóêåõáóôéêþí

êáé ôå÷íïëïãéêþí ðëåïíåêôçìÜôùí ðïõ ðñïóöÝñåé óôçí

ðåñßðôùóç æõãùìÜôùí ðëáéóßùí, óôá ïðïßá, óõ÷íÜ, ïé áðáé-

ôÞóåéò ôùí óýã÷ñïíùí áíôéóåéóìéêþí êáíïíéóìþí êáôáëÞ-

ãïõí óå áðáßôçóç èëéâüìåíïõ ïðëéóìïý ßäéïõ Þ ðåñßðïõ

ßäéïõ ìå ôïí åöåëêõüìåíï. Óôçí åñãáóßá áõôÞ ðáñïõóéÜæï-

íôáé ôá áðïôåëÝóìáôá ôùí äéåñåõíÞóåùí áõôþí.

2. ÐÅÑÉÃÑÁÖÇ ÔÏÕ ÕËÉÊÏÕ

Ôï óõñìáôïêéóóçñüäåìá áðïôåëåß ìéêñïêéóóçñüäåìá ìå

óõñìáôüðëåãìá ãýñù áðü ôïí êëùâü ôùí óõíäåôÞñùí ôùí

äïìéêþí óôïé÷åßùí. Ôï ìéêñïêéóóçñüäåìá óõíôßèåôáé áðü

ôóéìÝíôï, êßóóçñç óå Ýíá êëÜóìá 0-8 mm (÷ùñßò ðñïäéá-

âñï÷Þ ôùí êüêêùí) êáé íåñü. Ôï óõñìáôüðëåãìá åßíáé åîá-

ãùíéêÞò âñï÷ßäïò áíïßãìáôïò 20 Ýùò 30 mm (ãáëâáíéóìÝíï

êïôôåôóüóõñìá).

Ïé áíáëïãßåò áíÜìéîçò ãéá áíôï÷Þ 30 ÌPa åßíáé ôçò ôÜ-

îåùò: 400 kg ôóéìÝíôï åëëçíéêïý ôýðïõ, 940 kg êßóóçñç (ìå

ôç öõóéêÞ õãñáóßá) êáé 240 kg íåñü (ðñïóôéèÝìåíï íåñü). Ïé

áíáëïãßåò áõôÝò êõìáßíïíôáé áíÜëïãá ìå ôç öõóéêÞ õãñáóßá

ôçò êßóóçñçò êáé áíôéóôïé÷ïýí óå ìéêñÞ åñãáóéìüôçôá. Ãéá

ìåãáëýôåñç åñãáóéìüôçôá ðñïóôßèåôáé êáôÜëëçëï õðåññåõ-

óôïðïéçôéêü ðñüóèåôï. Êáëýôåñï áðïôÝëåóìá åðéôõã÷Üíåôáé

ìå õðåññåõóôïðïéçôéêÜ ó÷åäéáóìÝíá åéäéêÜ ãéá åëáöñïóêõ-

ñïäÝìáôá (ìå áåñáêôéêÞ äñÜóç).

Ôá ôå÷íïëïãéêÜ ÷áñáêôçñéóôéêÜ ôïõ õëéêïý (üðùò ðñïó-

äéïñßóôçêáí óå åñåõíçôéêÞ åñãáóßá ôïõ Åñãáóôçñßïõ Ïðëé-

óìÝíïõ ÓêõñïäÝìáôïò ôïõ Å.Ì.Ð. êáôÜ ôçí ðåñßïäï 1974-

1976, ôá áíáëõôéêÜ áðïôåëÝóìáôá ôçò ïðïßáò äßíïíôáé êáé

ó÷ïëéÜæïíôáé óôçí [2]), åßíáé: (á) ìÝãéóôç áíôï÷Þ: 30-35

Mpa, (â) âÜñïò (óêëçñõìÝíïõ): 1500 kg/m3 (ã) ôá÷ýôåñç

áíÜðôõîç áíôï÷Þò áðü ôï êáíïíéêü óêõñüäåìá, (ä) óõíôåëå-

óôÞò èåñìéêÞò áãùãéìüôçôáò: 0,50 kcal/mhco (Ýíáíôé 1,40

kcal/mhco ãéá óêõñüäåìá ìå áóâåóôïëéèéêÜ áäñáíÞ), (å)

ìÝôñï åëáóôéêüôçôáò (ôÝìíïí óôç óôÜèìç 30% ôçò áíôï÷Þò):

11.103 MPa, (óô) êáôáóôáôéêüò íüìïò ôÜóåùí-ðáñáìïñöþ-

óåùí ãñáììéêüò, æ) óõíÜöåéá ìå ôï ÷Üëõâá ðáñüìïéá êáé

åíäå÷üìåíá êáëýôåñç áðü áõôÞí ôïõ óõìâáôéêïý óêõñïäÝ-

ìáôïò êáé ç) óõíôåëåóôÞò ìáêñï÷ñüíéáò ðáñáìüñöùóçò

ðáñüìïéïò ìå áõôüí ôïõ óõìâáôéêïý óêõñïäÝìáôïò.

Ôï ìéêñïêéóóçñüäåìá åìöáíßæåé, áðü ðëåõñÜò ìç÷áíéêÞò

óõìðåñéöïñÜò, ïìïéüôçôá ìå ôá óêõñïäÝìáôá õøçëÞò áíôï-

÷Þò. Ç ïìïéüôçôá áõôÞ åðåîçãåßôáé óôçí [4] êáé áðïôåëåß

ëïãéêÞ áðüññïéá ôùí èåùñÞóåùí ðïõ õðáãüñåõóáí ôï ó÷å-

äéáóìü ôïõ õëéêïý êáé ïé ïðïßåò äßíïíôáé ðáñáêÜôù.

3. Ç ËÏÃÉÊÇ ÔÏÕ Ó×ÅÄÉÁÓÌÏÕÔÏÕ ÕËÉÊÏÕ

Óôü÷ïò ôïõ ó÷åäéáóìïý ôïõ õëéêïý Þôáí ç åðßôåõîç ôçò

ìåãáëýôåñçò äõíáôÞò áíôï÷Þò ôïõ êéóóçñïäÝìáôïò ìå ôï

ìéêñüôåñï äõíáôü âÜñïò êáé ôï ìéêñüôåñï êüóôïò ðáñáãù-

ãÞò, óå óõíäõáóìü ìå ôçí êáëýôåñç äõíáôÞ óõíÜöåéá êáé

ìáêñï÷ñüíéá óõìðåñéöïñÜ.

Óôçí åñãáóßá [4], óôçí ïðïßá åíôïðßæåôáé ç áíåðÜñêåéá

ôçò èëéðôéêÞò áíôï÷Þò ùò äåßêôç ôáîéíüìçóçò êáé ôáõôïðïßç-

óçò ôïõ óêõñïäÝìáôïò, èåùñþíôáò ôï óêõñüäåìá óýóôçìá

ôñéþí åðß ìÝñïõò öÜóåùí (ôùí áäñáíþí, ôïõ ôóéìåíôïðïë-

ôïý êáé ôçò åíäéÜìåóçò öÜóçò) óõìðåñáßíåôáé üôé ãéá êÜèå

áäñáíÝò õðÜñ÷åé ìéá ìåôáâáôéêÞ óôÜèìç óêõñïäÝìáôïò,

êÜôù áðü ôçí ïðïßá ç éó÷õñÞ öÜóç åßíáé ôá áäñáíÞ êáé ç

áíôï÷Þ ôïõ óêõñïäÝìáôïò åîáñôÜôáé, êõñßùò, áðü ôçí áíôï-

÷Þ ôïõ ôóéìåíôïðïëôïý êáé ðÜíù áðü ôçí ïðïßá éó÷õñÞ öÜóç

åßíáé ï ôóéìåíôïðïëôüò êáé ç áíôï÷Þ ôïõ óêõñïäÝìáôïò

åîáñôÜôáé, êõñßùò, áðü ôçí áíôï÷Þ ôïõ áäñáíïýò. Ç êßóóç-

ñç åßíáé áóèåíÝóôåñï áäñáíÝò áðü ôïí áóâåóôüëéèï (êáèþò

êáé Üëëá ôå÷íçôÜ åëáöñÜ áäñáíÞ) êáé ç ìåôáâáôéêÞ áõôÞ

óôÜèìç áíôï÷Þò åßíáé ðïëý ìéêñüôåñç óôçí ðåñßðôùóç ôïõ


146

êéóóçñïäÝìáôïò áðü ü,ôé óôçí ðåñßðôùóç ôïõ áóâåóôïëéèé-

êïý óêõñïäÝìáôïò (Þ åëáöñïóêõñïäÝìáôïò ìå ôå÷íçôÜ

áäñáíÞ). Áýîçóç ôçò áíôï÷Þò ôïõ ôóéìåíôïðïëôïý (ð.÷. ìå

áýîçóç ôçò êáôáíÜëùóçò ôïõ ôóéìÝíôïõ) áõîÜíåé áéóèçôÜ

ôçí áíôï÷Þ ìÝ÷ñé ôçí áíôßóôïé÷ç ìåôáâáôéêÞ óôÜèìç. ÌåôÜ

ôç óôÜèìç áõôÞ ðåñáéôÝñù áýîçóç ôçò áíôï÷Þò ôïõ ôóéìå-

íôïðïëôïý åðéöÝñåé äõóáíÜëïãá ìéêñÞ áýîçóç ôçò áíôï÷Þò

ôïõ óêõñïäÝìáôïò (÷áñáêôçñéóôéêü ôÝôïéùí óõíèÝóåùí

åßíáé ç ðïëý ãñÞãïñç åîÝëéîç ôçò áíôï÷Þò, ð÷. ç áíôï÷Þ ôùí

åðôÜ çìåñþí åßíáé ðåñßðïõ ßäéá ìå ôçí áíôï÷Þ ôùí åßêïóé

ïêôþ çìåñþí). Ãéá ðåñáéôÝñù áýîçóç ôçò áíôï÷Þò ôïõ óêõ-

ñïäÝìáôïò áðáéôåßôáé áäñáíÝò ìå ìåãáëýôåñç áíôï÷Þ. Ïé

êüêêïé ôçò êßóóçñçò ðñïêýðôïõí áðü èñáýóç ìåãáëýôåñùí

êüêêùí óôç èÝóç ôùí ìåãÜëùí ðüñùí êáé ãé� áõôü åìöáíß-

æïõí ìåãáëýôåñç áíôï÷Þ, üóï ìåéþíåôáé ôï ìÝãåèüò ôïõò. Ìå

ôç ÷ñçóéìïðïßçóç ìéêñþí êüêêùí åðéôõã÷Üíåôáé áýîçóç ôçò

áíôï÷Þò ü÷é ìüíï ëüãù ôçò ìåãáëýôåñçò áíôï÷Þò ôïõò, áëëÜ

êáé ëüãù ôçò ìåãáëýôåñçò ïìïéïãÝíåéáò ôïõ óêõñïäÝìáôïò

ðïõ ðñïêýðôåé.

ÁðïôÝëåóìá ôçò ðáñáðÜíù èåþñçóçò Þôáí ç ìåßùóç ôïõ

ìÝãéóôïõ êüêêïõ ôçò êßóóçñçò óôá 8 mm. Ìå ôçí õéïèÝôçóç

ìéêñïý êüêêïõ áßñåôáé, åðßóçò, ôï ðñüâëçìá ôçò áíôßóôñï-

öçò áðüìéîçò ôïõ óõìâáôéêïý êéóóçñïäÝìáôïò (ìå ìÝãéóôï

êüêêï 30 mm) êáé âåëôéþíåôáé ç óõíÜöåéá ìå ôïí ïðëéóìü

(áõîÜíåé ç åíåñãüò åðéöÜíåéá åðáöÞò). Ãéá ôçí áîéïðïßçóç

ôùí ðïõæïëáíéêþí éäéïôÞôùí ôïõ ëåðôïý õëéêïý ôçò êßóóç-

ñçò êáé ôçò óõíåðáãüìåíçò ìéêñüôåñçò äéáðåñáôüôçôáò êáé

ìåãáëýôåñçò ÷çìéêÞò áíèåêôéêüôçôáò ôïõ êéóóçñïäÝìáôïò,

äåí õéïèåôåßôáé ç áíôéêáôÜóôáóç ôïõ ëåðôïý õëéêïý ìå áóâå-

óôïëéèéêÞ Üììï (ç ïðïßá óõíåðÜãåôáé áýîçóç ôïõ âÜñïõò

êáé ìåßùóç ôçò èåñìïáãùãéìüôçôáò ôïõ êéóóçñïäÝìáôïò). Ç

ìåãáëýôåñç ïìïéïãÝíåéá ôïõ õëéêïý, ëüãù ôïõ ìéêñïý êüê-

êïõ ôïõ, êáé ïé óõíåðáãüìåíåò ìéêñüôåñåò åóùôåñéêÝò

ìéêñïññçãìáôþóåéò áðïôåëïýí ðñüóèåôï ðáñÜãïíôá âåë-

ôßùóçò ôçò äéáðåñáôüôçôÜò ôïõ.

Ç ðñïóèÞêç ôïõ óõñìáôïðëÝãìáôïò ãýñù áðü ôïí

êëùâü ôùí óõíäåôÞñùí, äõíáôÞ ëüãù ôïõ ìéêñïý êüêêïõ,

õéïèåôÞèçêå ãéá âåëôßùóç ôçò óõìðåñéöïñÜò ôùí óôïé÷åßùí,

êáèþò áõîÜíïíôáò ôçí åöåëêõóôéêÞ áíôï÷Þ ôçò åðéêÜëõøçò

ôïõ ïðëéóìïý åðéôñÝðåé ìåãáëýôåñç áíÜðôõîç ñùãìþí

(ðåñéóóüôåñåò ñùãìÝò) êáé êáèõóôÝñçóç ôçò åîÝëéîÞò ôïõò.

Êáèõóôåñåß äå ôçí áðïêüëëçóç ôçò åðéêÜëõøçò ôïõ ïðëé-

óìïý êáé ôç óõíåðáãüìåíç ìåßùóç ôçò åíåñãïý äéáôïìÞò ôïõ

óôïé÷åßïõ. Åðßóçò, óõãêñáôþíôáò íá ìçí äéáóêïñðéóôåß ôï

ñçãìáôùìÝíï óêõñüäåìá åðéôñÝðåé ìáêñüôåñç åðéññïÞ ôçò

åõíïúêÞò äñÜóçò ôçò ðåñßóöéîçò ôùí óõíäåôÞñùí ðïõ åíåñ-

ãïðïéåßôáé ìåôÜ ôçí áðïêüëëçóç ôçò åðéêÜëõøçò. ÊáôÜ

êÜðïéï ôñüðï, ç åíßó÷õóç ôïõ óõñìáôïðëÝãìáôïò ðñïóäßäåé

ôïðéêÜ óôï ìéêñïêéóóçñüäåìá ìå áðëü êáé ïéêïíïìéêü ôñüðï

ôá ðëåïíåêôÞìáôá ôïõ éíùðëéóìÝíïõ óêõñïäÝìáôïò.

4. ÐÅÉÑÁÌÁÔÉÊÏ ÐÑÏÃÑÁÌÌÁ4.1. Óôü÷ïé êáé ëïãéêÞ ôïõ ðñïãñÜììáôïò

Ï ó÷åôéêÜ ìåãÜëïò ëüãïò áíôï÷Þò ðñïò âÜñïò ôïõ õëé-

êïý, 40% ðåñßðïõ ìåãáëýôåñïò áðü áõôüí ôïõ êáíïíéêïý

óêõñïäÝìáôïò (áíôßóôïé÷çò áíôï÷Þò), áðïôåëåß ðñþôç èåôé-

êÞ Ýíäåéîç ôçò áíôéóåéóìéêÞò áîßáò ôïõ. Ôï ìéêñü ìÝôñï åëá-

óôéêüôçôáò êáé ç ìéêñÞ äõóêáìøßá, ôçí ïðïßá õðïäçëþíåé

êáé ç ó÷åôéêÜ ìåãáëýôåñç øáèõñüôçôÜ ôïõ óå åðßðåäï äïêé-

ìßùí, èÝôåé åñùôÞìáôá ó÷åôéêÜ ìå ôï ìÝãåèïò ôùí ìåôáôïðß-

óåùí êáé ôçí ðëáóôéìüôçôá ôùí äïìéêþí óôïé÷åßùí. Ï óêï-

ðüò ôïõ ðåéñáìáôéêïý ðñïãñÜììáôïò (ôï ïðïßï õëïðïéÞèçêå

óå äýï öÜóåéò óôï ðëáßóéï äéðëùìáôéêþí åñãáóéþí ôçò

ðåñéüäïõ 1981-83 êáé ôçò ðåñéüäïõ 1998-99) Þôáí áö� åíüò

íá äéáóáöçíéóôïýí ôá ðáñáðÜíù åñùôÞìáôá ìÝóù ðåéñáìá-

ôéêÞò äéåñåýíçóçò ôçò óåéóìéêÞò óõìðåñéöïñÜò ãñáììéêþí

óôïé÷åßùí áðü óõñìáôïêéóóçñüäåìá óå óõãêñéôéêÞ âÜóç ìå

ôç óõìðåñéöïñÜ óõæõãþí óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü óêõñüäå-

ìá êáé áö� åôÝñïõ íá äéåñåõíçèåß ç åðéññïÞ óôç óõìðåñéöï-

ñÜ ôùí óôïé÷åßùí âáóéêþí ðáñáìÝôñùí, üðùò ôï áíçãìÝíï

ðïóïóôü ôïõ äéáìÞêïõò ïðëéóìïý, ç ðïéüôçôá êáé ç áðüóôá-

óç ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý êáé ç äéÜôáîç ôïõ äéáìÞêïõò

ïðëéóìïý. Ç Ýìöáóç ôïõ ðåéñáìáôéêïý ðñïãñÜììáôïò óôçí

åðéññïÞ ôùí ðáñáìÝôñùí ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý êáé ôïõ

ôñüðïõ äéÜôáîçò ôïõ äéáìÞêïõò ïðëéóìïý äüèçêå ãéá ôïõò

åîÞò ëüãïõò:

á) Ìïëïíüôé ï óýã÷ñïíïò êáíïíéóìüò äåí èÝôåé ðåñéïñé-

óìü ùò ðñïò ôçí ðïéüôçôá ôùí óõíäåôÞñùí, óôçí ðñÜîç ï

÷Üëõâáò S500 ôåßíåé íá åêôïðßóåé ôçí ðáëéüôåñá ãåíéêåõìÝ-

íç ÷ñÞóç ôïõ ÷Üëõâá S220. Ùò Ýíá áðü ôá ðëåïíåêôÞìáôá

ôçò áíôéêáôÜóôáóçò áõôÞò, ç ïðïßá óõíïäåýåôáé áðü óåéñÜ

ðñïâëçìÜôùí ðïõ óõíäÝïíôáé ìå ôç ìéêñüôåñç ïëêéìüôçôá

ôùí ðåñéóóüôåñùí ôýðùí ÷áëýâùí ôçò ðïéüôçôáò áõôÞò,

èåùñåßôáé ç äõíáôüôçôá áýîçóçò ôçò áðüóôáóçò ôùí óõíäå-

ôÞñùí (ãéá ßäéï ìÝãåèïò áíáëáìâáíüìåíçò ôÝìíïõóáò) êáé

ãé� áõôü åõ÷åñÝóôåñçò óêõñïäÝôçóçò êáé ìåãáëýôåñçò ïéêï-

íïìßáò. Ç áðüóôáóç êáé ç ðïéüôçôá ôùí óõíäåôÞñùí óõí-

äõÜóôçêáí, þóôå íá åëå÷èåß ìÝóù ôçò ðåéñáìáôéêÞò äéåñåý-

íçóçò ç ïñèüôçôá ôçò èåþñçóçò áõôÞò.

(â) Óýìöùíá ìå ôéò áðáéôÞóåéò ôïõ óýã÷ñïíïõ êáíïíé-

óìïý, óôá æõãþìáôá ôùí ðëáéóßùí ðïõ ó÷åäéÜæïíôáé ãéá íá

áíôÝîïõí óåéóìéêÝò äñÜóåéò ïé èåôéêÝò êáé áñíçôéêÝò ñïðÝò

ðñïêýðôïõí óõ÷íÜ ßäéïõ Þ ðåñßðïõ ßäéïõ ìåãÝèïõò. Ç óõíÞ-

èçò äéÜôáîç åßíáé ç ôïðïèÝôçóç ôùí ñÜâäùí ôïõ ïðëéóìïý

êáôÜ ðëÜôïò óôçí áêñáßá Üíù êáé êÜôù ðåñéï÷Þ ôçò äéáôï-

ìÞò. Ç äéÜôáîç áõôÞ åìöáíßæåé óçìáíôéêÜ ìåéïíåêôÞìáôá

üðùò: (á) äõóêïëßåò êáôÜ ôç äéÜóôñùóç êáé óêõñïäÝôçóç

ôïõ óêõñïäÝìáôïò, (â) ìåéùìÝíç éêáíüôçôá áíÜëçøçò

ôÝìíïõóáò áðü ôï Üïðëï óêõñüäåìá, ëüãù ôïõ ìåéùìÝíïõ

âÜèïõò ôçò èëéâüìåíçò æþíçò (óõíÝðåéá ôïõ ìåãÜëïõ èëéâü-


147

ìåíïõ ïðëéóìïý), (ã) áíÜðôõîç õøçëþí ôÜóåùí óõíÜöåéáò,

ëüãù áíÜðôõîçò ïñèþí ôÜóåùí áíôßèåôïõ ðñïóÞìïõ óôéò

ñÜâäïõò ôïõ ïðëéóìïý óôçí ðåñéï÷Þ êïíôÜ óôéò ðáñåéÝò ôïõ

êüìâïõ äïêþí êáé õðïóôõëùìÜôùí, (ä) áðáßôçóç ìåãÜëïõ

ðëÜôïõò ôçò äéáôïìÞò ôùí æõãùìÜôùí ãéá ôç äéÜôáîç ôùí

ñÜâäùí êáôÜ ðëÜôïò, ê.ëð. ÄéÜôáîç ôùí ñÜâäùí ôïõ äéáìÞ-

êïõò ïðëéóìïý êáè� ýøïò ôçò äéáôïìÞò áßñåé ôá ðáñáðÜíù

ìåéïíåêôÞìáôá êáé, åðéðëÝïí, ìÝóù ôùí åíäéÜìåóùí ñÜâäùí

åíéó÷ýåé ôç öÝñïõóá éêáíüôçôá ôïõ êüìâïõ.

4.2. ÐåéñáìáôéêÜ óôïé÷åßá

Åßêïóé áìöéÝñåéóôá óôïé÷åßá áíïßãìáôïò 2.000 mm, äÝêá

áðü áõôÜ ìå äéáôïìÞ 150x150 mm (õðïóôõëþìáôá, óôçí

ðñþôç öÜóç), êáé äÝêá ìå äéáôïìÞ 150x300 mm (äïêïß, óôç

äåýôåñç öÜóç), åðéðïíÞèçêáí óå åãêÜñóéá åíáëëáóóüìåíç

ìåôáêßíçóç óôçí ðåñéï÷Þ ôïõ ìÝóïõ õðü óôáèåñü áîïíéêü

öïñôßï ìÝóù ôçò ðåéñáìáôéêÞò äéÜôáîçò ðïý öáßíåôáé óôï

ó÷. 1. Áðü ôá óôïé÷åßá áõôÜ ôá äåêáôñßá Þôáí áðü ìéêñïêéó-

óçñüäåìá êáé ôá åðôÜ áðü êáíïíéêü óêõñüäåìá. Ãýñù áðü

ôïí êëùâü ôïõ ïðëéóìïý ôåóóÜñùí õðïóôõëùìÜôùí êáé

üëùí ôùí äïêþí ôïðïèåôÞèçêå óõñìáôüðëåãìá, üðùò öáß-

íåôáé óôï ó÷. 2. Ôá õðïóôõëþìáôá åðéðïíÞèçêáí óå äýï

óçìåßá óôçí ðåñéï÷Þ ôïõ ìÝóïõ, üðùò öáßíåôáé óôï ó÷. 3. Ç

ðåñéï÷Þ ôïõ ìÝóïõ Þôáí åíéó÷õìÝíç ìå ðñüóèåôï ïðëéóìü

êáé ðáñáêïëïõèåßôï ç óõìðåñéöïñÜ ôùí áêñáßùí ðåñéï÷þí

ôïõ óôïé÷åßïõ ðïõ éóïäõíáìïýí ìå äýï õðïóôõëþìáôá -

ðñïâüëïõò (ìå ëüãï äéÜôìçóçò ßóï ìå 5.5) óå åíáëëáóóüìå-

íç ìåôáôüðéóç ôïõ åëåýèåñïõ Üêñïõ õðü óôáèåñü áíçãìÝíï

áîïíéêü öïñôßï. Ïé äïêïß åðéðïíÞèçêáí óå Ýíá óçìåßï óôï

ìÝóïí ôïõ áíïßãìáôïò (ìå ëüãï äéÜôìçóçò ßóï ìå 3.5). Ïé

ëåðôïìÝñåéåò üðëéóçò ôùí óôïé÷åßùí öáßíïíôáé óôï ó÷. 3.

Óôï óõìâïëéóìü ôùí óôïé÷åßùí ôá ãñÜììáôá L êáé N

õðïäçëþíïõí ôïí ôýðï ôïõ óêõñïäÝìáôïò (óõñìáôïêéóóç-

ñüäåìá êáé êáíïíéêü óêõñüäåìá, áíôßóôïé÷á), åíþ ôá ãñÜì-

ìáôá C êáé B õðïäçëþíïõí ôï åßäïò ôùí óôïé÷åßùí (õðï-

óôýëùìá êáé äïêü, áíôßóôïé÷á).

Ç óêõñïäÝôçóç ôùí äïêþí áðü êáíïíéêü óêõñüäåìá

Ýãéíå ìå Ýôïéìï óêõñüäåìá, åíþ ôï ìéêñïêéóóçñüäåìá ãéá ôç

óêõñïäÝôçóç ôùí õðüëïéðùí äïêþí Ýãéíå åðß ôüðïõ ìå ôñï-

öïäïóßá ôçò êßóóçñçò (÷ùñßò ðñïäéáâñï÷Þ) óå Ýíá êëÜóìá

0-8 mm, ôïõ ôóéìÝíôïõ êáé ôïõ íåñïý óôç âáñÝëá ôïõ ï÷Þ-

ìáôïò ôïõ Ýôïéìïõ óêõñïäÝìáôïò ìåôÜ ôçí åêêÝíùóÞ ôïõ

áðü ôï Ýôïéìï êáíïíéêü óêõñüäåìá.

4.3. ÐáñÜìåôñïé ôïõ ðñïãñÜììáôïò

Ãéá ôá õðïóôõëþìáôá (ðñþôç öÜóç ôïõ ðñïãñÜììáôïò)

ìåôáâëçôÝò ðáñÜìåôñïé Þôáí: á) ôï ðïóïóôü ôïõ äéáìÞêïõò

ïðëéóìïý ìå ôéìÝò 0.9% êáé 2.0% êáé â) ç áíôï÷Þ ôïõ óêõ-

ñïäÝìáôïò ìå ôéìÝò 18 MÑa êáé 30 MÑa. Ïé áíôßóôïé÷åò ôéìÝò

ãéá ôï ìç÷áíéêü ðïóïóôü ôïõ ïðëéóìïý (ôï ïðïßï èåùñÞèç-

êå ùò ôï âáóéêü ìÝãåèïò åðéññïÞò) Þôáí 0.12, 0.20, 0.26 êáé

0.41. Ãéá êÜèå ðáñÜìåôñï äïêéìÜóôçêáí äýï óôïé÷åßá: Ýíá

áðü óõñìáôïêéóóçñüäåìá êáé Ýíá áðü ìéêñïêéóóçñüäåìá.

Ïé ôéìÝò ôïõ ìç÷áíéêïý áíçãìÝíïõ ðïóïóôïý ôïõ åãêÜñóéïõ

ïðëéóìïý êáé ôï áíçãìÝíï áîïíéêü öïñôßï Þôáí áíôßóôïé÷á

1.2 êáé 0.15.

Ãéá ôéò äïêïýò (äåýôåñç öÜóç ôïõ ðñïãñÜììáôïò) ïé

ìåôáâëçôÝò ðáñÜìåôñïé Þôáí: (á) ç ðïéüôçôá, áðüóôáóç êáé

äéÜôáîç ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý êáé (â) ç äéÜôáîç ôïõ äéá-

ìÞêïõò ïðëéóìïý. ÕéïèåôÞèçêáí äýï ðïéüôçôåò óõíäåôÞ-

ñùí: S220 êáé S500, äýï áðïóôÜóåéò óõíäåôÞñùí 100 mm

êáé 200 mm, äýï äéáôÜîåéò óõíäåôÞñùí ðïõ öáßíïíôáé óôï

ó÷. 3 êáé äýï äéáôÜîåéò ôïõ äéáìÞêïõò ïðëéóìïý: êáôáíïìÞ

ôùí ñÜâäùí êáè� ýøïò ôçò äéáôïìÞò êáé (óõìâáôéêÞ) êáôá-

íïìÞ êáôÜ ðëÜôïò ôçò äéáôïìÞò. Ïé ôéìÝò ôïõ áíçãìÝíïõ

ðïóïóôïý ôïõ äéáìÞêïõò ïðëéóìïý êáé ôïõ áíçãìÝíïõ áîï-

íéêïý öïñôßïõ Þôáí 0.30 êáé 0.08 áíôßóôïé÷á. Ãýñù áðü ôïí

êëùâü ïðëéóìïý üëùí ôùí äïêþí ôïðïèåôÞèçêå êïôôåôóü-

óõñìá.

4.4. ÐåéñáìáôéêÞ äéÜôáîç êáé ìåèïäïëïãßá äïêéìáóßáò

Ç äïêéìáóßá ôùí óôïé÷åßùí Ýãéíå óôçí ðåéñáìáôéêÞ äéÜ-

ôáîç ðïõ öáßíåôáé óôï ó÷. 1. Ãéá ôçí åðéâïëÞ ôçò åíáëëáó-

Ó÷. 1: ÐåéñáìáôéêÞ äéÜôáîç.

Fig. 1: Test set up.

Ó÷. 2: ÐëÝãìá ãýñù áðü ôïí ïðëéóìü.

Fig. 2: Wiremesh around the reinforcement.


148

öïõ ôùí íåõñþóåùí ôïõ ÷Üëõâá óôï óêõñüäåìá ôçò åðéêÜ-

ëõøçò.

ÌåôÜ ôçí åðéâïëÞ ôïõ áîïíéêïý öïñôßïõ ôá óôïé÷åßá

õðïâÜëëïíôï áñ÷éêÜ óå ôñåéò-ôÝóóåñéò áíáêõêëßóåéò ìéêñÞò

óôÜèìçò ãéá óôáèåñïðïßçóç ôçò ðåéñáìáôéêÞò äéÜôáîçò êáé

Ýëåã÷ï ôùí ìåôñçôéêþí ïñãÜíùí, óôç óõíÝ÷åéá óå ôñåéò-ôÝó-

óåñéò áíáêõêëßóåéò óå óôÜèìç åðéðüíçóçò áíôßóôïé÷çò óôç

äéáññïÞ ôïõ ÷Üëõâá êáé ðåñáéôÝñù óå ðÝíôå Ýùò äÝêá áíá-

êõêëßóåéò óå óôÜèìç áíôßóôïé÷ç óå ôéìÞ ôïõ äåßêôç ðëáóôé-

ìüôçôáò ßóç ìå ì=3.5. (Ï ôýðïò åðéðüíçóçò áíôéóôïé÷åß óôç

äéáäï÷Þ ìéêñÞò, ìÝôñéáò êáé éó÷õñÞò óåéóìéêÞò äñÜóçò). Ãéá

ôçí ôÞñçóç óôáèåñÞò ôçò ôá÷ýôçôáò åðéðüíçóçò êáè� üëç ôç

äéÜñêåéá ôïõ ðåéñÜìáôïò, ßóçò ìå 0.2 mm/sec, (ëüãù ôçò éäé-

áßôåñçò åðéññïÞò ôçò óôç ìåôåëáóôéêÞ ðåñéï÷Þ ôçò åðéðüíç-

óçò), ç ðáñáêïëïýèçóç ôçò åîÝëéîçò ôùí ñùãìþí ãéíüôáí

ìå äéáäï÷éêÞ öùôïãñÜöéóç óôçí ðñþôç öÜóç êáé âéíôåï-

óêüðçóç óôç äåýôåñç öÜóç. Ç ôÞñçóç ôïõ ðñïãñÜììáôïò

åðéðüíçóçò ãéíüôáí ìå ïäçãü ôï äéÜãñáììá óõìðåñéöïñÜò

(äýíáìçò-âÝëïõò) óå êáôáãñáöéêü äýï áîüíùí óõíäåäåìÝíï

ìå ôá ìåôñçôéêÜ üñãáíá. Ùò óôÜèìç äéáññïÞò ôïõ ÷Üëõâá

ïñßæåôï ç óôÜèìç áðüôïìçò êëßóçò ôïõ äéáãñÜììáôïò

óõìðåñéöïñÜò.

5. ÐÅÉÑÁÌÁÔÉÊÁ ÁÐÏÔÅËÅÓÌÁÔÁ

Ïé êáìðýëåò óõìðåñéöïñÜò äßíïíôáé óôï ó÷. 5 ãéá ôõðé-

êÜ ðåéñáìáôéêÜ óôïé÷åßá-õðïóôõëþìáôá êáé óôï ó÷. 6 ãéá ôéò

ðåéñáìáôéêÝò äïêïýò. Ç ìïñöïëïãßá ôùí ñùãìþí ìåôÜ ôï

ôÝëïò ôùí áíáêõêëßóåùí öáßíåôáé óôï ó÷. 7 ãéá Ýíá ôõðéêü

õðïóôýëùìá êáé óôï ó÷. 8 ãéá ÷áñáêôçñéóôéêÝò äïêïýò.

Ï ôýðïò áóôï÷ßáò ôùí óôïé÷åßùí Þôáí ðáñüìïéïò ãéá ôá

óôïé÷åßá áðü óõñìáôïêéóóçñüäåìá êáé êáíïíéêü óêõñüäå-

ìá. Ï ôýðïò áóôï÷ßáò üëùí ôùí óôïé÷åßùí Þôáí ðñïïäåõôé-

êüò ÷áñáêôçñéæüìåíïò áðü áðïêüëëçóç ôçò åðéêÜëõøçò êáé

ëõãéóìü ôùí äéáìÞêùí ñÜâäùí. Ç áóôï÷ßá ôùí óôïé÷åßùí

áðü óõñìáôïêéóóçñüäåìá Þôáí ðéï ðñïïäåõôéêÞ áðü áõôÞí

ôùí óôïé÷åßùí áðü ìéêñïêéóóçñüäåìá ÷ùñßò ôçí ðñïóèÞêç

Ó÷. 4: MÝôñçóç ïëßóèçóçò ïðëéóìïý êáé óêõñïäÝìáôïò.

Fig. 4: Steel-concrete slip measurement.

Ó÷. 3: ¼ðëéóç ðåéñáìáôéêþí óôïé÷åßùí.

Fig. 3: Details of test members.

óüìåíçò ìåôáôüðéóçò ÷ñçóéìïðïéÞèçêå ãñýëïò MTS (500

kÍ), ï ïðïßïò ðáêôþèçêå óôï äÜðåäï äïêéìþí. Ôï óôáèåñü

áîïíéêü öïñôßï åðéâëÞèçêå ìÝóù õäñáõëéêïý ãñýëïõ ìå ôç

ìïñöÞ åîùôåñéêÞò ðñïÝíôáóçò åöåëêýïíôáò äýï åîùôåñéêÝò

÷áëýâäéíåò ñÜâäïõò êáé ôçñåßôï óôáèåñü ìÝóù äýï ÷áëýâäé-

íùí åëáôçñßùí, ôá ïðïßá áíáéñïýóáí ôç ìåßùóÞ ôïõ, ëüãù

ôïõ âÝëïõò ôïõ óôïé÷åßïõ.

Ìåôñïýíôï ôï âÝëïò óôï ìÝóïí ôïõ áíïßãìáôïò ôùí

óôïé÷åßùí, ç äýíáìç áðüêñéóçò êáé ç ó÷åôéêÞ ìåôáêßíçóç

÷Üëõâá êáé óêõñïäÝìáôïò ìÝóù ôçò äéÜôáîçò ðïõ öáßíåôáé

óôï ó÷. 4. Óôï ôÝëïò êÜèå äïêéìÞò ãéíüôáí ïðôéêÞ åîÝôáóç

ôçò óõíÜöåéáò ìå ðáñáôÞñçóç ôçò äéáôáñá÷Þò ôïõ áíÜãëõ-


149

ôïõ ðëÝãìáôïò. Ïé ðåéñáìáôéêïß äïêïß åìöÜíéóáí ðåñéóóüôå-

ñç ëïîÞ ñçãìÜôùóç (ìåôÜ ôïí ðñþôï êýêëï åðéðüíçóçò óå

óôÜèìç áíôßóôïé÷ç óå ì=3.5) áðü ü,ôé ôá õðïóôõëþìáôá. Ôá

óôïé÷åßá Â3 (ìå áðüóôáóç óõíäåôÞñùí 200 mm) åìöÜíéóáí

ðéï øáèõñÞ óõìðåñéöïñÜ ìå ðéï åêôåôáìÝíç ëïîÞ ñçãìÜôù-

óç êáé ôá÷ýôåñï ëõãéóìü ôùí äéáìÞêùí ñÜâäùí. Ï ëõãéóìüò

ôùí ñÜâäùí óôï óôïé÷åßï LB3 óõíÝâç åíùñßôåñá áðü ü,ôé

óôï óôïé÷åßï ÍÂ3. Ïé äïêïß Â5 åìöÜíéóáí óçìáíôéêÜ ìéêñü-

ôåñç ëïîÞ ñçãìÜôùóç.

6. Ç ÅÐÉÑÑÏÇ ÔÙÍ ÐÁÑÁÌÅÔÑÙÍ6.1. Ç åðéññïÞ ôùí ðáñáìÝôñùí ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý

¼ðùò öáßíåôáé óôï ó÷. 6, ôá óôïé÷åßá Â1 êáé Â2 åìöÜíé-

óáí ðáñüìïéá óõìðåñéöïñÜ, ôüóï ùò ðñïò ôç öÝñïõóá éêá-

íüôçôá (ìÝãéóôç ôéìÞ ôçò äýíáìçò áðüêñéóçò), üóï êáé ùò

ðñïò ôçí Ýêôáóç ôçò ëïîÞò ñçãìÜôùóçò êáé ôïí óõíïëéêü

áñéèìü êýêëùí ðñéí ôçí ôåëéêÞ áóôï÷ßá. ÄåäïìÝíïõ üôé ôï

üñéï äéáññïÞò ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý óôç äïêü Â1 åßíáé

äéðëÜóéï áðü áõôü ôçò Â2, èá áíáìåíüôáí êáëýôåñç óõìðå-

ñéöïñÜ ãéá ôçí Â1 áðü ü,ôé ãéá ôç äïêü Â2. Áðü ìÝôñçóç ôïõ

áíïßãìáôïò ôùí ëïîþí ñùãìþí óôç Â2 ëßãï ðñéí ôçí ôåëéêÞ

áóôï÷ßá ðñïÝêõøå üôé ç äéáññïÞ ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý

óõíÝâç êáôÜ ôç óôéãìÞ ôçò ôåëéêÞò áóôï÷ßáò êáé ãé� áõôüí

ôïí ëüãï ôï ìåãáëýôåñï üñéï äéáññïÞò ôùí óõíäåôÞñùí óôç

äïêü Â1 äåí åðçñÝáóå ôç óõìðåñéöïñÜ ôçò. Áíôßèåôá, ç

äïêüò Â3 åìöÜíéóå ÷åéñüôåñç, åí ãÝíåé, óõìðåñéöïñÜ áðü

ôç Â2.

ÄåäïìÝíïõ üôé ïé äïêïß Â3 êáé Â2 Ý÷ïõí ôï ßäéï ìç÷áíé-

êü ðïóïóôü åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý, èá áíáìåíüôáí ðáñüìïéá

óõìðåñéöïñÜ ôùí äýï äïêþí.

Ó÷. 5: Êáìðýëç öïñôßïõ-âÝëïõò ãéá ôá óôïé÷åßá C.

Fig. 5: Force-deflection curve for C elements.

Ó÷. 6: Êáìðýëç öïñôßïõ-âÝëïõò ãéá ôá óôïé÷åßá LB.

Fig. 6: Force-deflection curve for LB elements.

Áðü ôá ðáñáðÜíù äéáöáßíåôáé üôé ç áðüóôáóç ôùí óõí-

äåôÞñùí áðïôåëåß ðéï áðïöáóéóôéêü ðáñÜãïíôá ãéá ôç

óõìðåñéöïñÜ ôùí óôïé÷åßùí áðü ü,ôé ôï ðïóïóôü ôïõ åãêÜñ-

óéïõ ïðëéóìïý. Ãéá ôïí ëüãï áõôü, ç óýã÷ñïíç ôÜóç ãéá

áýîçóç ôïõ ïñßïõ äéáññïÞò ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý ìå


150

óôü÷ï ôçí áýîçóç ôçò áðüóôáóçò ôùí óõíäåôÞñùí öáßíåôáé

ðñïâëçìáôéêÞ.

Ïé äïêïß Â4 åìöÜíéóáí ëéãüôåñï Ýíôïíç ëïîÞ ñçãìÜôù-

óç áðü ôéò äïêïýò Â3 (ìïëïíüôé ï åãêÜñóéïò ïðëéóìüò óôç

äéáôìçôéêÜ êñßóéìç ðåñéï÷Þ åßíáé ï ßäéïò êáé óôéò äýï

äïêïýò) êáé ðåñßðïõ 10% ìåãáëýôåñç öÝñïõóá éêáíüôçôá

áðü ôéò äïêïýò Â1. Ïé äéáöïñÝò áõôÝò ìðïñåß íá áðïäïèïýí

áö� åíüò óôçí åõíïúêÞ äñÜóç ôùí åíäéÜìåóùí óõíäåôÞñéùí

ñÜâäùí (ðïõ ÷ñçóéìïðïéÞèçêáí ãéá ôç äéáìüñöùóç ôïõ

êëùâïý ôùí óõíäåôÞñùí óôç èëéâüìåíç æþíç) êáé áö� åôÝ-

ñïõ óôçí, ëüãù ôçò ðýêíùóçò ôùí óõíäåôÞñùí óôç èëéâü-

ìåíç æþíç, êáèõóôÝñçóç ôïõ ëõãéóìïý ôùí äéáìÞêùí

ñÜâäùí ôïõ ïðëéóìïý.

6.2. Ç åðéññïÞ ôçò äéÜôáîçò ôïõ äéáìÞêïõò ïðëéóìïý

Ç õóôåñçôéêÞ óõìðåñéöïñÜ ôùí äïêþí Â5 (ìå ôçí êáôá-

êüñõöç äéÜôáîç ôïõ ïðëéóìïý) åìöáíßæåé áéóèçôÝò äéáöïñÝò

áðü áõôÞí ôùí äïêþí Â1 (ìå ôç óõìâáôéêÞ äéÜôáîç ïðëé-

óìïý). Ïé äïêïß Â5 åìöÜíéóáí 15% ðåñßðïõ áýîçóç ôçò

öÝñïõóáò éêáíüôçôÜò ôïõò, ìåßùóç ôçò óôÝíùóçò ôùí õóôå-

ñçôéêþí âñü÷ùí (pinching effect) êáèþò êáé óçìáíôéêÞ ìåß-

ùóç ôçò ëïîÞò ñçãìÜôùóçò. Ïé äéáöïñïðïéÞóåéò áõôÝò, ïé

ïðïßåò, äåäïìÝíïõ üôé ôï (óõìâáôéêÜ èåùñïýìåíï) åíåñãü

ðïóïóôü ïðëéóìïý ôùí óôïé÷åßùí áõôþí åßíáé óçìáíôéêÜ

ìéêñüôåñï áðü áõôü ôùí óôïé÷åßùí Â1, Ýñ÷ïíôáé óå áíôßèå-

óç ìå ôç óõìâáôéêÞ èåþñçóç, ìðïñïýí íá áðïäïèïýí óôá

ðáñáêÜôù: (á) ïé åíäéÜìåóåò äéáìÞêåéò ñÜâäïé ðáñÝìåíáí

óõíå÷þò õðü åöåëêõóôéêÞ Ýíôáóç, üðùò ðñïÝêõøå áðü ôçí

ðáñáêïëïýèçóç ôçò ìïñöïëïãßáò ôùí ñùãìþí ìÝóù âéíôåï-

óêüðçóçò êáé ãé� áõôü ç óõìâïëÞ ôùí åíäéÜìåóùí ñÜâäùí

äåí Þôáí áìåëçôÝá, (â) ç ðáñïõóßá ôùí åíäéÜìåóùí ñÜâäùí

êáèõóôÝñçóå ôçí åîÝëéîç ôùí ñùãìþí êáé ôç äéåßóäõóÞ ôïõò

óôç èëéâüìåíç æþíç êáé (ã) ëüãù ôïõ ìåãáëýôåñïõ âÜèïõò

ôçò èëéâüìåíçò æþíçò óôçí ðåñßðôùóç ôçò êáè� ýøïò êáôá-

íïìÞò ôïõ ïðëéóìïý, ç óõìâïëÞ ôïõ Üïðëïõ óêõñïäÝìáôïò

óôçí áíÜëçøç ôçò ôÝìíïõóáò Þôáí ìåãáëýôåñç.

Ç ðáñáðÜíù êáëýôåñç áðüêñéóç ôùí óôïé÷åßùí ìå ôç ìç

óõìâáôéêÞ êáôáíïìÞ ôïõ ïðëéóìïý êáè� ýøïò ôçò äéáôïìÞò

áðïôåëåß ðñþôç èåôéêÞ Ýíäåéîç ãéá ôçí õéïèÝôçóç ôçò äéÜôá-

îçò áõôÞò óôçí ðåñßðôùóç æõãùìÜôùí Üêáìðôùí ðëáéóßùí

ëüãù ôùí óçìáíôéêþí ðëåïíåêôçìÜôùí ðïõ åíôïðßóôçêáí

óôçí 5.1. Ç ðáñáôçñïýìåíç, üìùò, óçìáíôéêÞ ðôþóç ôïõ

ìÝãéóôïõ öïñôßïõ êáôÜ ôç ìåôÜâáóç áðü ôïí ðñþôï (ðáñèå-

íéêü) êýêëï åðéðüíçóçò óôïí äåýôåñï áðáéôåß ðåñáéôÝñù

äéåñåýíçóç.

6.3. ÅðéññïÞ ôïõ åßäïõò ôùí óôïé÷åßùí

Ç õóôåñçôéêÞ óõìðåñéöïñÜ ôùí óôïé÷åßùí C (õðïóôõëù-

ìÜôùí) åìöáíßæåôáé ÷ùñßò óçìáíôéêÞ óôÝíùóç (pinching

effect) ôùí õóôåñçôéêþí âñü÷ùí, åíþ áíôéèÝôùò ç óõìðåñé-

Ó÷. 7: Ìïñöïëïãßá ñùãìþí ãéá ôï óôïé÷åßï C1.

Fig. 7: Crack patterns for C1 member.

Ó÷. 9: Ïëßóèçóç ïðëéóìïý ãéá ôï óôïé÷åßï Â1.

Fig. 9: Bond slip for member Â1.

Ó÷. 8: Ìïñöïëïãßá ñùãìþí ãéá ôá óôïé÷åßá B1 êáé Â2.

Fig. 8: Crack patterns for Â1 and B2 members.


151

öïñÜ ôùí óôïé÷åßùí Â ÷áñáêôçñßæåôáé áðü óçìáíôéêÞ óôÝ-

íùóç ôùí õóôåñçôéêþí âñü÷ùí ìåôÜ ôïí ôñßôï êýêëï öüñôé-

óçò. Ç äéáöïñïðïßçóç áõôÞ ôçò óõìðåñéöïñÜò ìåôáîý ôùí

ðåéñáìáôéêþí óôýëùí êáé äïêþí ìðïñåß íá áðïäïèåß óôïí

äéáöïñåôéêü ëüãï äéÜôìçóçò, óôï äéáöïñåôéêü áîïíéêü öïñ-

ôßï êáé ôïí äéáöïñåôéêü ëüãï ðëÜôïõò ðñïò ýøïò ôçò äéáôï-

ìÞò. Åí ôïýôïéò, ðáñÜ ôï åíôïíüôåñï öáéíüìåíï ôçò óôÝíù-

óçò ôùí âñü÷ùí, ïé ðåñéóóüôåñåò ðåéñáìáôéêïß äïêïß Üíôå-

îáí ìåãáëýôåñï áñéèìü êýêëùí åðéðüíçóçò áðü ü,ôé ôá ðåé-

ñáìáôéêÜ õðïóôõëþìáôá, áðïôÝëåóìá ôïõ ôá÷ýôåñïõ ëõãé-

óìïý ôùí ñÜâäùí óôá óôïé÷åßá áõôÜ, ëüãù, åíäå÷ïìÝíùò,

ôïõ ìéêñüôåñïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý ôïõò. Óçìåéþíåôáé, åðß-

óçò, ç ðáñáôçñïýìåíç óôï ó÷. 5 ìåßùóç ôçò äýíáìçò áðü-

êñéóçò ôùí óôïé÷åßùí áõôþí ìåôÜ ôç äéáññïÞ ôïõ ÷Üëõâá,

ëüãù ôçò ðñüóèåôçò, ëüãù âÝëïõò, ñïðÞò, ç ïðïßá åßíáé

óçìáíôéêÞ óôçí ðåñßðôùóç ôùí óôïé÷åßùí áõôþí (ëüãù ôçò

ìåãáëýôåñçò ôéìÞò ôïõ áîïíéêïý öïñôßïõ êáé ôçò ìéêñüôåñçò

äéáôïìÞò ôïõò êáé, ãé� áõôü, ìåãáëýôåñïõ âÝëïõò ôïõò).

7. ÓÕÃÊÑÉÓÇ ÓÕÑÌÁÔÏÊÉÓÓÇÑÏÄÅÌÁÔÏÓÊÁÉ ÊÁÍÏÍÉÊÏÕ ÓÊÕÑÏÄÅÌÁÔÏÓ

¼ðùò ðñïêýðôåé áðü ôá ó÷Þìáôá 5 êáé 6, ç õóôåñçôéêÞ

óõìðåñéöïñÜ ôùí óôïé÷åßùí áðü óõñìáôïêéóóçñüäåìá

åìöáíßæåé ðáñüìïéá ÷áñáêôçñéóôéêÜ ìå ôç óõìðåñéöïñÜ ôùí

óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü óêõñüäåìá. Ç ïìïéüôçôá áõôÞ,

óýìöùíç êáé ìå ôçí ðáñüìïéá ìïñöïëïãßá ñùãìþí óôïõò

äýï ôýðïõò ðåéñáìáôéêþí óôïé÷åßùí, ìðïñåß íá èåùñçèåß ôï

áðïôÝëåóìá ôçò ïìïéüôçôáò ôùí ÷áñáêôçñéóôéêþí óõíÜöåéáò

Ó÷. 10: ÁðïôåëÝóìáôá óõíÜöåéáò êáôÜ RILEM [2].

Fig. 10: Bond slip according RILEM [2].

ôïõ ìéêñïêéóóçñïäÝìáôïò êáé ôïõ êáíïíéêïý óêõñïäÝìáôïò.

¼ðùò öáßíåôáé óôï ó÷. 10, ç óõíÜöåéá ôïõ ìéêñïêéóóçñïäÝ-

ìáôïò åìöáíßæåôáé ôïõëÜ÷éóôïí ôçò ßäéáò ðïéüôçôáò (áí ü÷é

áíþôåñç) ìå áõôÞí ôïõ êáíïíéêïý óêõñïäÝìáôïò. Ç âåëôéù-

ìÝíç óõíÜöåéá ôïõ ìéêñïêéóóçñïäÝìáôïò ìðïñåß íá áðïäï-

èåß: (á) óôç ìåãáëýôåñç åíåñãü äéåðéöÜíåéá åðáöÞò óêõñï-

äÝìáôïò êáé ÷Üëõâá, ëüãù ôïõ ìéêñüôåñïõ êüêêïõ ôùí

áäñáíþí, (â) óôçí ðéï áíþìáëç õöÞ ôçò åîùôåñéêÞò åðéöÜ-

íåéáò ôùí êüêêùí ôçò êßóóçñçò, (ã) óôçí áõîçìÝíç ðñüóöõ-

óç, ëüãù áðïññüöçóçò ôóéìåíôïðïëôïý áðü ôïõò åðéöáíåé-

áêïýò ðüñïõò ôùí êüêêùí ôçò êßóóçñçò. Åðßóçò, äåäïìÝíïõ

üôé ôï ëåðôü õëéêü ôçò êßóóçñçò åßíáé ÷çìéêÜ ðéï äñáóôéêü

áðü áõôü ôùí áóâåóôïëéèéêþí áäñáíþí, Ýíá ðñüóèåôï ëüãï

ãéá âåëôßùóç ôçò óõíÜöåéáò åíäÝ÷åôáé íá áðïôåëåß ç ðéèáíÞ

÷çìéêÞ áëëçëåðßäñáóç ìåôáîý õëéêïý êáé ëåðôïý õëéêïý

êßóóçñçò.

Ç ïìïéüôçôá ôçò óõìðåñéöïñÜò ôùí äýï ôýðùí óêõñïäÝ-

ìáôïò åêôåßíåôáé óå üëïõò ôïõò ôýðïõò ðåéñáìáôéêþí óôïé-

÷åßùí ðïõ äéåñåõíÞèçêáí, ìå åîáßñåóç ôá óôïé÷åßá LÂ3 êáé

NB3. Ç óõìðåñéöïñÜ ôçò äïêïý ÂL3 õóôÝñçóå áéóèçôÜ áðü

áõôÞí ôçò äïêïý ÂÍ3. Óôç äïêü ÂL3 ï ëõãéóìüò ôïõ äéáìÞ-

êïõò ïðëéóìïý óõíÝâç åíùñßôåñá áðü ü,ôé óôç äïêü ÂÍ3.

ÄåäïìÝíïõ üôé ïé äïêïß ÂL4 êáé ÂÍ4 åðÝäåéîáí ðáñüìïéá

óõìðåñéöïñÜ (ðáñ� üëï ðïõ ç áðüóôáóç ôùí óõíäåôÞñùí

óôç äéáôìçôéêÜ êñßóéìç ðåñéï÷Þ ôïõ ìÝóïõ ôçò äéáôïìÞò

åßíáé ßäéá ìå áõôÞí ôùí äïêþí ÂL3 êáé ÂÍ3, äçëáäÞ 200 mm),

ç ÷åéñüôåñç óõìðåñéöïñÜ ôçò äïêïý ÂL3 ìðïñåß íá áðïäï-

èåß óå åíäå÷üìåíç ìåãáëýôåñç åõáëùóßá ôùí óôïé÷åßùí áðü

êéóóçñüäåìá ãéá ëõãéóìü ôùí ñÜâäùí ôïõ äéáìÞêïõò ïðëé-

óìïý, ðáñÜ óôçí áíáöåñüìåíç óôçí âéâëéïãñáößá ìéêñüôå-

ñç äéáôìçôéêÞ áíôï÷Þ ôïõ åëáöñïóêõñïäÝìáôïò. Ç åõáëù-

óßá áõôÞ ôïõ ìéêñïêéóóçñïäÝìáôïò ìðïñåß íá áðïäïèåß óôç

ìéêñüôåñç åöåëêõóôéêÞ áíôï÷Þ ôïõ [2] êáé ãé� áõôü ìéêñüôå-

ñç éêáíüôçôá ôïõ óêõñïäÝìáôïò ôçò åðéêÜëõøçò íá áíôÝîåé

ôçí åãêÜñóéá äýíáìç ðïõ áíáðôýóóåôáé ëüãù ôçò êÜìøçò

ôïõ ïðëéóìïý êáôÜ ôïí ëõãéóìü ôçò ñÜâäïõ. Ãéá ôçí áíôé-

óôÜèìéóç ôïõ ìåéïíåêôÞìáôïò áõôïý óõíéóôþíôáé ç ÷ñÞóç

äéáìÞêùí ñÜâäùí ìéêñüôåñçò äéáìÝôñïõ êáé ðõêíüôåñïò

åãêÜñóéïò ïðëéóìüò ãéá ôá óôïé÷åßá áðü ìéêñïêéóóçñüäåìá.

Ëüãù ôïõ ìéêñïý êüêêïõ ôïõ ìéêñïêéóóçñïäÝìáôïò ç ðñï-

ôåéíüìåíç ðõêíüôåñç äéÜôáîç äéáìÞêïõò êáé åãêÜñóéïõ

ïðëéóìïý ìðïñåß íá õéïèåôçèåß ÷ùñßò éäéáßôåñåò äõóêïëßåò

êáôÜ ôç óêõñïäÝôçóç. Ç äéÜôáîç áõôÞ èá åðéôñÝøåé, åðéðëÝïí,

óõíïëéêÜ êáëýôåñç óõìðåñéöïñÜ ôùí óôïé÷åßùí.

ÅîÜëëïõ, üðùò öáßíåôáé áðü ôçí êëßóç ôùí äéáãñáììÜ-

ôùí óôá ó÷Þìáôá 5 êáé 6, ç äõóêáìøßá ôùí óôïé÷åßùí áðü

óõñìáôïêéóóçñüäåìá óôç óôÜèìç êïíôÜ óôï ìÝãéóôï öïñôßï

åßíáé ôçò ßäéáò ôÜîåùò ìå áõôÞ ôùí óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü

óêõñüäåìá, åíþ óôç óôÜèìç ëåéôïõñãßáò (ðåñßðïõ óôï 1/3

ôïõ ìÝãéóôïõ öïñôßïõ) åßíáé ôçò ôÜîåùò ôïõ 85% ôçò


152

äõóêáìøßáò ôùí óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü óêõñüäåìá. Ëáì-

âÜíïíôáò õðüøç üôé ôï ìÝôñï åëáóôéêüôçôáò ôïõ êéóóçñïäÝ-

ìáôïò åßíáé ìéêñüôåñï êáôÜ 50% ðåñßðïõ áðü áõôü ôïõ

êáíïíéêïý óêõñïäÝìáôïò, ç äõóêáìøßá ôùí óôïé÷åßùí ôïõ

ìéêñïêéóóçñïäÝìáôïò èá áíáìåíüôáí óçìáíôéêÜ ìéêñüôåñç

áðü áõôÞí ôùí óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü óêõñüäåìá. Ãéá ôçí

åñìçíåßá ôçò ðáñáôçñçèåßóáò óçìáíôéêÜ ìåãáëýôåñçò

äõóêáìøßáò åíôïðßæïíôáé ïé åîÞò ðáñáôçñÞóåéò: (á) ôï ìÝôñï

åëáóôéêüôçôáò ôïõ ìéêñïêéóóçñïäÝìáôïò ðáñáìÝíåé óôáèå-

ñü ìÝ÷ñé ôç óôÜèìç ôïõ ìÝãéóôïõ öïñôßïõ (ãñáììéêü äéÜ-

ãñáììá ó-å), åíþ ôï áíôßóôïé÷ï ìÝôñï åëáóôéêüôçôáò ôïõ

êáíïíéêïý óêõñïäÝìáôïò ìåéþíåôáé ìå ôçí áýîçóç ôçò óôÜè-

ìçò ôïõ öïñôßïõ (êáìðýëï äéÜãñáììá ó-å) êáé (â) ç óõìâï-

ëÞ ôïõ äéáìÞêïõò ïðëéóìïý óôç äõóêáìøßá ôïõ óôïé÷åßïõ

áõîÜíåé ìå ôçí áýîçóç ôçò óôÜèìçò ôïõ öïñôßïõ, ëüãù ìåß-

ùóçò ôçò èëéâüìåíçò æþíçò, ìå óõíÝðåéá ìåéùìÝíç óõìâïëÞ

ôïõ ìÝôñïõ åëáóôéêüôçôáò ôçò èëéâüìåíçò æþíçò óôç

äõóêáìøßá ôùí óôïé÷åßùí.

8. ÓÕÌÐÅÑÁÓÌÁÔÁ

Ìå âÜóç ôá ðåéñáìáôéêÜ áðïôåëÝóìáôá êáé ãéá ôçí

ðåñéï÷Þ ôùí ôéìþí ôùí ðáñáìÝôñùí ðïõ åîåôÜóôçêáí óôï

ðåéñáìáôéêü ðñüãñáììá ôçò åñãáóßáò áõôÞò ðñïÝêõøáí ôá

ðáñáêÜôù:

1. ÃñáììéêÜ óôïé÷åßá áðü ìéêñïêéóóçñüäåìá åíéó÷õìÝíá

ìå óõñìáôüðëåãìá ãýñù áðü ôïí êëùâü ôïõ ïðëéóìïý åðé-

ðïíïýìåíá óå åíáëëáóóüìåíç åãêÜñóéá åðéðüíçóç õðü óôá-

èåñü áîïíéêü öïñôßï ÷áìçëÞò óôÜèìçò åðÝäåéîáí ðáñüìïéá

÷áñáêôçñéóôéêÜ óõìðåñéöïñÜò ìå áõôÜ óõæõãþí óôïé÷åßùí

áðü êáíïíéêü óêõñüäåìá.

2. Ç äõóêáìøßá ôùí ðáñáðÜíù óôïé÷åßùí áðü óõñìáôï-

êéóóçñüäåìá ðñïÝêõøå ðáñüìïéá ìå áõôÞí ôùí óõæõãþí

óôïé÷åßùí áðü êáíïíéêü óêõñüäåìá óôç óôÜèìç ôïõ ìÝãé-

óôïõ öïñôßïõ, åíþ óôç óôÜèìç ôïõ öïñôßïõ ëåéôïõñãßáò ôçò

ôÜîåùò ôïõ 85% ôçò äõóêáìøßáò ôùí óôïé÷åßùí áðü óõìâá-

ôéêü óêõñüäåìá

3. Aýîçóç ôçò ôÜóçò äéáññïÞò ôïõ ÷Üëõâá ôïõ åãêÜñ-

óéïõ ïðëéóìïý ôùí óôïé÷åßùí äåí Ýäùóå âåëôßùóç ôçò

óõìðåñéöïñÜò ôïõò.

4. Ãéá ôá ðïóïóôÜ ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý ðïõ õéïèåôÞ-

èçêáí óôï ðñüãñáììá, ç áðüóôáóç ôùí óõíäåôÞñùí öÜíçêå

íá áðïôåëåß ðéï áðïöáóéóôéêü ðáñÜãïíôá áðï ü,ôé ôï (ìç÷á-

íéêü) ðïóïóôü ôïõ åãêÜñóéïõ ïðëéóìïý.

6. Óôïé÷åßá ìå äéÜôáîç ôïõ äéáìÞêïõò (êáìðôüìåíïõ)

ïðëéóìïý êáè� ýøïò ôçò äéáôïìÞò åðÝäåéîáí ðáñüìïéá (Þ êáé

ìåãáëýôåñç) öÝñïõóá éêáíüôçôá áðü áíôßóôïé÷á óôïé÷åßá ìå

óõìâáôéêÞ äéÜôáîç ôïõ ïðëéóìïý (êáôÜ ðëÜôïò).

ÂÉÂËÉÏÃÑÁÖÉÁ

1. Ã. Êïõíôïýñç: Óýíèåóç êáé áíôï÷Þ åëáöñïóêõñïäåìÜôùí ìå êßóóç-

ñç ÈÞñáò êáé Íéóýñïõ, ÐñáêôéêÜ 2ïõ Óõíåäñßïõ ÓêõñïäÝìáôïò, Èåóóá-

ëïíßêç, 1975, äéäáêôïñéêÞ äéáôñéâÞ.

2. Á. ÌðÜêá: Ç áíôéóåéóìéêÞ áîßá ôïõ ìéêñïêéóóçñïäÝìáôïò, Ðñáêôé-

êÜ Åëëçíéêïý Óõíåäñßïõ, Âüëïò, 1984.

3. Á. ÌðÜêá: ÓõìâïëÞ óôçí Ôå÷íïëïãßá êáé Ìç÷áíéêÞ Óõìðåñéöï-

ñÜ Óôïé÷åßùí áðü ÏðëéóìÝíï Åëáöñïóêõñüäåìá, äéäáêôïñéêÞ äéáôñéâÞ.

4. Á. ÌðÜêá: Ðñüôáóç Áðëïðïßçóçò êáé Åíïðïßçóçò ôçò ÓõìâáôéêÞò

Ôáîéíüìçóçò êáé Äïêéìáóßáò ôïõ ÓêõñïäÝìáôïò, Ôå÷íéêÜ ×ñïíéêÜ, Åðé-

óôçìïíéêÞ ¸êäïóç ÔÅÅ, ÓåéñÜ É, 2000, ô. 20, óåë. 109-123.


153

Αντισεισμικός σχεδιασμός κατασκευών από σκυρόδεμα

Documents

Transcript of Αντισεισμικός σχεδιασμός κατασκευών από σκυρόδεμα