Force transfer mechanisms of strengthened reinforced concrete elements

 
This item is provided by the institution :

Repository :
National Archive of PhD Theses
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share



PhD thesis (EN)

2014 (EN)
Μηχανισμός μεταφοράς δυνάμεων ενισχυμένων δομικών στοιχειών από σκυρόδεμα
Force transfer mechanisms of strengthened reinforced concrete elements

Achillopoulou, Dimitra
Αχιλλοπούλου, Δήμητρα

Internationally reinforced concrete (RC) structures constitute a large percentage of the existing buildings or infrastructures, with the most of them incompatible with the modern safety requirements. The intervention in a construction arises from several factors and leads either to repair or to repair and strengthening as a necessity for rehabilitation/upgrading of the safety level of reinforced concrete structures. Various repair and strengthening techniques have been developed in recent decades, with emphasis on jacketing of various materials. Concrete jacketing consists of a rehabilitation method with various advantages regarding the upgrading of the bearing capacity and ductility of the existing element or structure and at the same time being cost-effective solution with easy application. The main reasons that usually lead to intervention in RC buildings are: a) failures in critical structural components due to overloading (e.g., earthquake etc), b) initial construction imperfections (poor consolidation of concrete during casting), c) the need to upgrade the overall carrying capacity of the construction, particularly to constructions designed with older regulations that have no ductility requirements, which leads to increased seismic vulnerability, d) the need to upgrade the bearing capacity of the construction due to changes of usage and therefore change of applicable loads or due to storey super induction. Regardless the jacketing material, the key element of the strengthening design is proven to be the interface between old and new material. Through interface loads are transferred and the composite (strengthened) element is fully activated. The strengthened element is aimed to have the same behaviour with the corresponding monolithic one of the same section and characteristics, though the behaviour of the composite element is altered due to the mechanical behaviour of the interface of different materials or materials casted at different times. With numerous techniques (such as anchors, mechanical or chemical) the element’s behaviour is upgraded together with its monolithic connection of the interface. Interfaces are governed by shear transfer mechanisms such as aggregate interlock, cohesion and friction and dowel or clump action and the assessment of the interface behaviour is still a subject of research that the current thesis studies. The current study aims at the research of the transfer mechanisms of strengthened reinforced concrete elements and includes both experimental and analytical investigation. Seventy five column specimens were constructed, fifty of which were strengthened with reinforced concrete jackets. A large number of experimental result can be found internationally related to the interface behaviour of uni-side connection, of defaulted joints and created cracking of structural elements. In fact, many analytical models in the form of empirical relationships are proposed in order to define friction, cohesion, dowel and clump action and slip of core and jacket, while simplified equations of jacket design are incorporated in international guidelines. The mechanical behaviour of the interface of a composite element is related to the following parameters: a) the normal stress applied at the interface due to jacket’s confinement which limits the crack width and increases the element’s stiffness in shear, b) the roughness of the interface with various methods (resins, chipping, etc.) which affects favourably the element’s final shear capacity, c) the jacket’s confinement which causes the normal stress and limits the debonding of the contacted concretes and d) the connector bars (percentage, characteristics, diameter, etc.) crossing the interface of the two concretes (dowels) or connector of the longitudinal reinforcement bars (welded bend-down bars). Based on these parameters an extended experimental program was designed for the investigation of the mechanical behaviour of structural elements strengthened with reinforced concrete jackets. Seventy five specimens of square section (150x150mm, section scale 1:2) and total height 500mm were constructed, containing two different confinement ratios: low (ωcc=0.075) and moderate (ωcc=0.15), made of moderate concrete compressive strength (fc=24.37MPa) which was considered as moderate for structures with long lasting concrete curing. Steel reinforcement for the longitudinal bars had tensile characteristic strength of fy=500MPa (Β500c) while stirrups were of lower strength (fy=220MPa, S220). Fifty specimens were strengthened with stiff four-sided concrete jacket of 80mm width made of concrete with higher compressive strength (fcj=31MPa). All steel bars embedded were of the same quality with the cores’ reinforcement, all connectors were made of steel of Β500c. The reinforcement percentages of longitudinal steel and connectors were chosen according to international standards. The experimental setup favoured the study of the shear transfer mechanisms:A. direct loading of the interface. The imposed load acted at the core’s area while jacketing was seated, permitting the core element to slip (LPA). Nine specimens were tested with the following parameters: a) Interface roughness of old and new concrete, b) normal stress applied due to jacket’s confinement and c) steel bar concrete connectors (dowels) and reinforcement connector (bend-down bars) crossing the interface. Results show that dowel action is mainly shear in all values of slip while the axial component is negligible. With the dowel bar increase the rate of load reduction after peak is higher, accompanied by local crushing of concrete around the dowel bar. The normal stress applied by the activation of the jacket’s confinement affects favourably the maximum shear stress in smooth interfaces while doubling the confinement ratio doesn’t cause proportional increase of the shear stress. Roughening of the interface increases the maximum load and the corresponding slip. Finally, reinforcement connectors (bend-down bars) cause buckling of the longitudinal bars that are welded on. Β. Quasi real loading of core and jacket. The repeating loading is applied at the core’s section with the entire element seated (LPB) in order to simulate the real loading conditions in which the existing element is already deformed due to shrinkage that creates joints. With the same parameters as before ( a) roughness- smooth- teflon, b) normal stress on the interface due to jacket’s confinement and c) kind of connectors: concrete (dowels) or reinforcement connectors (bend-down bars), twenty eight prismatic specimens were tested. From the experimental study it is extracted that the failure mode depends on the kind of connector crossing the interface. Concrete connectors (dowel bars) act in shear in all deformation values and cause plastic regions of the weakest concrete around the bar, while the reinforcement connectors (bend-down bars) provoke buckling of the longitudinal reinforcement steel bar in the region they are welded, buckling which is decreased with the increase of the confinement ratio. What is more, the confinement ratio increase leads to lower rate of load reduction after the peak point. Finally, roughening of the interface contributes to the mechanical behaviour up to peak load and the following softening branch. In all aforementioned cases, the strengthened member presents an upgraded behaviour (v>1). C. quasi monolithic loading in which the composite element is seated and loaded in the entire strengthened section (LPC). Another parameter is incorporated at the experimental program, except for the normal stress applied at the interface due to jacket’s confinement and the kind of connectors, the initial construction imperfections due to incomplete or inadequate concrete consolidation or due to non-desired granulometry. Such imperfections are quantified through three geometrical indexes in order to predict the bearing capacity in axial loads. Specimens were repaired with the use of high strength thixotropic mortar with admixtures that eliminate shrinkage with polyacrylic fibres. Repaired specimens presented a steep softening branch after the maximum load provided that imperfections were extended at the confined area. The quantification indexes are used in a proposed novel and simple prediction model of the bearing capacity that comes in excellent agreement with experimental data. Specimens, then, were strengthened with reinforced concrete jacket and were retested. The experimental results show that jacket’s confinement compensate the bearing capacity of core upgrading the element. Finite element models were used in order to simulate and define the mechanical behaviour of selected strengthened specimens of the various loading patterns (LPA, LPB) and of elements with initial construction imperfections. Analytical results are compared with the corresponding experimental ones. For the analysis the following were selected: a) suitable stress-strain constitutive concrete law under triaxial stress and a two parameter failure criteria was applied (modified Drucker-Prager failure criteria), b) suitable 3D finite element with the option of simulating the aforementioned constitutive law, c) suitable algorithm of solving the equilibrium equations that permits the response if the member after the maximum capacity, d) suitable surface finite elements for the simulation of the maximum shear stress and the coefficient of elastic friction response and finally e) suitable multipliers simulating the interface debonding. Comparing experimental and analytical results leads to the conclusion that suitable simulation predicts the mechanical behaviour of the interface and the divergence up to peak is negligible since a softening branch cannot be simulated. Finite element analysis of specimens show that the jacket’s confinement works favourably at the bearing capacity of core concrete and relieves the connector bars (dowels). The finite element analysis’s results of specimens with initial construction imperfections are tolerably differenced from the corresponding experimental ones and confirm the failure mode of interface between repair mortar and core concrete (debonding) and of the failure mode in case of extended imperfections. To conclude, taking into consideration the codes’ provisions word widely it is extracted that the shear stress is conservatively calculated along interfaces for safety design matters. The degree of monolithic contact and interface capacity in transferring loads was quantified through a proposed interfacial monolithic coefficient. In fact, it is extracted that with the assumption of a quasi-monolithic loading and connection of old and new concrete the capacity and response of the strengthened element is overestimated. The initial construction imperfections effect needs further investigation. Specifically, it is suggested the repair of such imperfections with the use of other kind of repair mortars according to international standards, strengthening with fibre reinforced polymers (FRP’s) and the development of appropriate analytical model of predicting the capacity and response of the repaired element and of the interface of the strengthened and composite member. It is also necessary, to develop a generalised contact law with application in every kind of material and connector based on plasticity models and failure criteria. The reliability of such a simulator can be certifies with the application in complete software of finite element analysis. What is more, the investigation of the interface response in cyclic loading with the aforementioned parameters and in elements with predefined joints is necessary, together with an extended research in the applications of modern materials of high performativity for the repair of initial construction imperfections and damages due to overloading (ultra-high strength concrete, carbon nanotubes cement composites- CNTs).
Οι κατασκευές ωπλισμένου σκυροδέματος αποτελούν διεθνώς σημαντικό ποσοστό του δομημένου περιβάλλοντος, μάλιστα δε μεγάλος αριθμός από αυτές έχουν σχεδιαστεί με κανονιστικές προδιαγραφές που δεν πληρούν τις σύγχρονες απαιτήσεις παρεχόμενης ασφάλειας. Η ανάγκη για επέμβαση σε μια κατασκευή προκύπτει από διάφορους παράγοντες και οδηγεί είτε σε επισκευή είτε σε επισκευή και ενίσχυση ως αναγκαιότητα για την αποκατάσταση ή/και αναβάθμιση του παρεχόμενου επιπέδου ασφάλειας των κατασκευών από ωπλισμένο σκυρόδεμα. Διάφοροι μέθοδοι επισκευής και ενίσχυσης κατασκευών έχουν αναπτυχθεί τις τελευταίες δεκαετίες με έμφαση στην εφαρμογή μανδυών σε δομικά στοιχεία, από διάφορα υλικά. Η χρήση μανδυών έως μέθοδος ενίσχυσης ενέχει πλεονεκτήματα έναντι άλλων υλικών που αφορούν στην αύξηση της φέρουσας ικανότητας ή/και πλαστιμότητας του υφιστάμενου στοιχείου ή κατασκευής αλλά και στην οικονομία καθώς αποτελούν μία συμφέρουσα λύση με εύκολη εφαρμογή. Οι βασικοί λόγοι για τους οποίους συνήθως αποφασίζεται η επέμβαση στις κατασκευές είναι: α) βλάβες στα κρίσιμα δομικά στοιχεία λόγω υπερκαταπόνησης (π.χ. σεισμός κλπ), β) αρχικές κατασκευαστικές ατέλειες (ελλιπής συμπύκνωση σκυροδέματος κατά την διάρκεια της σκυροδέτησης), γ) ανάγκη αναβάθμισης της συνολικής φέρουσας ικανότητας της κατασκευής, ιδίως όταν πρόκειται για παλαιού τύπου κατασκευή σχεδιασμένη χωρίς απαιτήσεις πλαστιμότητας, δ) ανάγκη αναβάθμισης της φέρουσας ικανότητας λόγω αλλαγής χρήσης ή λόγω προσθήκης. Ανεξάρτητα του υλικού εφαρμογής το κλειδί της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης αποδεικνύεται πως είναι η διεπιφάνεια μεταξύ παλιού και νέου υλικού. Μέσω της διεπιφάνειας μεταφέρονται τα φορτία και επιτυγχάνεται η ενεργοποίηση του σύνθετου (ενισχυμένου) στοιχείου. Το ενισχυμένο δομικό στοιχείο είναι επιθυμητό να έχει συμπεριφορά όσο το δυνατόν όμοια με εκείνη ενός αντίστοιχου μονολιθικού στοιχείου με ίδια διατομή και χαρακτηριστικά, όμως λόγω της συνεργασίας των διαφορετικών υλικών ή υλικών που σκυροδετήθηκαν σε διαφορετικό χρόνο η μηχανική συμπεριφορά του σύνθετου αυτού στοιχείου διαφοροποιείται κυρίως από τη μηχανική συμπεριφορά της διεπιφάνειας. Με διάφορες πρακτικές (όπως είναι τα αγκύρια, χημικά ή μηχανικά), επιτυγχάνεται βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς, κυρίως σε εναλλασσόμενη καταπόνηση, αλλά και της μονολιθικής λειτουργίας του στοιχείου. Η διεπιφάνεια διέπεται από διατμητικούς μηχανισμούς μεταφοράς δύναμης όπως η αλληλεμπλοκή των αδρανών, η τριβή και η δράση βλήτρων ή σφιγκτήρα, ενώ το πρόβλημα της αποτίμησης της μηχανικής συμπεριφοράς της διεπιφάνειας αποτελεί ακόμα αντικείμενο έρευνας που μελετάται και στην παρούσα διδακτορική διατριβή.Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της μεταφοράς δυνάμεων σε διεπιφάνειες ενισχυμένων δομικών στοιχείων από Ωπλισμένο Σκυρόδεμα (Ω.Σ.) και περιλαμβάνει αναλυτική και πειραματική διερεύνηση. Στην παρούσα έρευνα εξετάστηκαν 75 δοκίμια υποστυλωμάτων από τα οποία 50 ενισχύθηκαν με μανδύα από Ω.Σ.. Διεθνώς υπάρχει μεγάλος αριθμός πειραματικών αποτελεσμάτων τα οποία αφορούν στην έρευνα της λειτουργίας διεπιφανειών σκυροδέματος με μη πλήρη επαφή (ρηγματώσεις) καθώς και σε προκαθορισμένες επαφές (αρμοί διακοπής) αλλά και σε προκύπτουσες ρηγματώσεις ενισχυμένων δομικών στοιχείων. Προτείνονται επίσης, διάφορα αναλυτικά προσομοιώματα με μορφή εμπειρικών εκφράσεων για τον προσδιορισμό της τριβής, της συνάφειας, της δράσης βλήτρου και της ολίσθησης πυρήνα- μανδύα, ενώ απλοποιημένες εκφράσεις για τον σχεδιασμό μανδύα σε στοιχεία σκυροδέματος έχουν ενσωματωθεί και περιλαμβάνονται σε διεθνείς κανονισμούς.Ουσιαστικές παραμέτρους στη διαμόρφωση της μηχανικής συμπεριφοράς του σύνθετου στοιχείου (παλαιό- νέο σκυρόδεμα) αποτελούν: α) η κάθετη στη διεπιφάνεια δύναμη περιορίζει το εύρος της ρηγμάτωσης και προσδίδει μεγαλύτερη δυστμησία στο δομικό στοιχείο, β) η τραχύτητα των διεπιφανειών με διάφορες μεθόδους (επάλειψη με ρητίνη, εκτράχυνση, κ.α.) η οποία επηρεάζει ευνοϊκά την τελική αντοχή του στοιχείου σε διάτμηση, γ) η περίσφιγξη λόγω συνδετήρων του μανδύα προκαλεί ορθή τάση στη διεπιφάνεια και περιορίζει την αποκόλληση των δύο σε επαφή σκυροδεμάτων και δ) η ύπαρξη συνδέσμων οπλισμού (ποσοστό, χαρακτηριστικά, διάμετρος κλπ.) μεταξύ των διεπιφανειών του σκυροδέματος (βλήτρα) ή μεταξύ του διαμήκους οπλισμού παλαιού και νέου στοιχείου (αναρτήρες). Με βάση τις παραπάνω παραμέτρους καταρτίστηκε εκτενές πειραματικό πρόγραμμα για την διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς σε δομικά στοιχεία ενισχυμένα με μανδύα σκυροδέματος. Κατασκευάστηκαν συνολικά 75 δοκίμια διαστάσεων διατομής 150x150mm (κλίμακα 1:2) και ύψους 500mm, με δύο διαφορετικά επίπεδα εγκάρσιου οπλισμού-περίσφιγξης: χαμηλό (ωcc=0.075) και μέσο (ωcc=0.15) και μέσης ποιότητας σκυροδέματος (fc=24.37MPa), τιμή η οποία θεωρήθηκε μέση τιμή αντοχής σκυροδέματος για κατασκευές με πολυετή ωρίμανση σκυροδέματος. Χρησιμοποιήθηκε χάλυβας χαρακτηριστικής αντοχής fy=500MPa (Β500c) για τον διαμήκη οπλισμό ενώ για τους συνδετήρες αντίστοιχα με χαρακτηριστική αντοχή fy=220MPa (S220). Στα 50 από αυτά τα δοκίμια κατασκευάστηκε δύσκαμπτος τετράπλευρος μανδύας πάχους 80mm με σκυρόδεμα καλύτερης ποιότητας (θλιπτικής αντοχής fcj=31MPa), με διαμήκη και εγκάρσιο οπλισμό κατηγορίας Β500c. Ως ποσοστό του διαμήκη οπλισμού τόσο στον πυρήνα όσο και στον μανδύα, καθώς επίσης τα αντίστοιχα των οπλισμών που διαπερνούσαν τη διεπιφάνεια του σκυροδέματος (σύνδεσμοι) επιλέχθηκαν τα ελάχιστα που ορίζουν οι κανονισμοί. Χρησιμοποιήθηκε κατάλληλη πειραματική διάταξη ώστε η επιβολή της επαναλαμβανόμενης καταπόνησης της διεπιφάνειας να είναι:Α. άμεση φόρτιση της διεπιφάνειας (LPA) που επιτρέπει την ελεύθερη ολίσθηση του υφιστάμενου στοιχείου (πυρήνας) με ταυτόχρονη έδραση του μανδύα. Δοκιμάστηκαν συνολικά 9 δοκίμια με παραμέτρους: α) την τραχύτητα διεπιφάνειας παλαιού και νέου σκυροδέματος, β) τις κάθετες στη διεπιφάνεια τάσης λόγω περίσφιγξης του μανδύα και γ) τους υπάρχοντες οπλισμούς σύνδεσης σκυροδέματος (βλήτρα) και οπλισμών (αναρτήρες) που τέμνουν την διεπιφάνεια. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι η δράση βλήτρου για όλες τις επιβαλλόμενες ολισθήσεις είναι κυρίως διατμητική με αμελητέα την αξονική συνιστώσα. Με την αύξηση της διαμέτρου της ράβδου η απομείωση μετά το μέγιστο φορτίο είναι μεγαλύτερη συνοδευόμενη από τοπική σύνθλιψη του σκυροδέματος γύρω από τη ράβδο. Η ορθή ένταση που προκαλείται από την ενεργοποίηση της περίσφιγξης του μανδύα επηρεάζει ευνοϊκά την μέγιστη αναλαμβανόμενη διατμητική ένταση λείων διεπιφανειών, ενώ ο διπλασιασμός του ποσοστού περίσφιγξης δεν ακολουθείται από αντίστοιχη αύξηση της αναλαμβανόμενης τέμνουσας. Η τραχύτητα της διεπιφάνειας αυξάνει τόσο το μέγιστο φορτίο όσο και την ολίσθηση του αναλαμβάνεται. Τέλος, οι σύνδεσμοι οπλισμών (αναρτήρες) προκαλούν λυγισμό των διαμήκων ράβδων στις οποίες συγκολλούνται. Β. οιονεί πραγματική φόρτιση πυρήνα-μανδύα κατά την οποία η επιβολή της επαναλαμβανόμενης καταπόνησης ασκείται μόνο στον πυρήνα με ταυτόχρονη έδραση ολόκληρης της ενισχυμένης σύνθετης διατομής (LPB) με σκοπό να προσομοιωθεί η πραγματική φορτιστική κατάσταση κατά την οποία το υφιστάμενο στοιχείο έχει ήδη υποστεί παραμορφώσεις λόγω συρρίκνωσης και δημιουργείται αρμός διακοπής. Με τις ίδιες παραμέτρους (α. τραχύτητα διεπιφάνειας, λείανση, teflon, β) κάθετες στη διεπιφάνεια τάσεις λόγω περίσφιγξης μανδύα και γ) είδος οπλισμού σύνδεσης- σκυροδέματος και οπλισμών) δοκιμάστηκαν 28 πρισματικά δοκίμια. Από τις πειραματικές δοκιμές προκύπτει ότι η μορφή αστοχίας εξαρτάται από το είδος του οπλισμού σύνδεσης. Η ύπαρξη οπλισμών σύνδεσης σκυροδέματος (βλήτρα), οι οποίοι δρουν διατμητικά σε όλες παραμορφώσεις, προκαλεί πλαστικοποίηση του ασθενέστερου σκυροδέματος, ενώ η ύπαρξη συνδέσμων οπλισμών (αναρτήρες) προκαλεί λυγισμό των διαμήκων ράβδων με την αύξηση του ογκομετρικού ποσοστού των συνδετήρων του μανδύα να μειώνει τον λυγισμό αυτό. Ακόμα, η αύξηση της περίσφιγξης του μανδύα οδηγεί σε μικρότερο ρυθμό απομείωσης του φορτίου μετά τη μέγιστη τιμή. Τέλος, η τραχύτητα της διεπιφάνειας συμβάλλει στην αλλαγή της μηχανικής συμπεριφοράς τόσο μέχρι το μέγιστο φορτίο όσο και στον φθιτό κλάδο. Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, το ενισχυμένο στοιχείο παρουσιάζει αναβαθμισμένη συμπεριφορά (ν>1). Γ. οιονεί μονολιθική φόρτιση κατά την οποία φορτίζεται και εδράζεται ολόκληρη η σύνθετη διατομή του ενισχυμένου στοιχείου (LPC). Στο πειραματικό πρόγραμμα εισήχθη ακόμα μία παράμετρος, εκτός από την ορθή τάση που ασκείται στη διεπιφάνεια λόγω περίσφιγξης του μανδύα και το είδος των οπλισμών σύνδεσης, οι αρχικές κατασκευαστικές ατέλειες λόγω ελλιπούς ή ατελούς συμπύκνωσης σκυροδέματος ή και λόγω μη επιθυμητής κοκκομετρίας. Προτείνεται η βαθμονόμηση τέτοιου είδους αρχικών κατασκευαστικών ατελειών μέσω τριών γεωμετρικών δεικτών με σκοπό την πρόβλεψη της ικανότητας των στοιχείων να αναλαμβάνουν αξονικά φορτία. Τα δοκίμια επισκευάστηκαν με χρήση θιξοτροπικού τσιμεντοκονιάματος με πρόσμικτα εξουδετέρωσης της συστολής ξήρανσης με πολυακρυλικές ίνες. Τα επισκευασμένα δοκίμια παρουσίασαν μειωμένο μέγιστο φορτίο και απότομα φθιτό κλάδο στην περίπτωση που οι ατέλειες εισέρχονταν στην περισφιγμένη περιοχή. Οι δείκτες βαθμονόμησης χρησιμοποιούνται σε προτεινόμενο απλοποιημένο προσομοίωμα πρόβλεψης της ικανότητας το οποίο έρχεται σε εξαιρετική συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα. Τα δοκίμια ενισχύθηκαν με μανδύα σκυροδέματος και επαναδοκιμάστηκαν. Από τη μελέτη των στοιχείων με αρχικές κατασκευαστικές ατέλειες προέκυψε ότι οι δυνάμεις περίσφιγξης που αναπτύσσει ο εγκάρσιος οπλισμός του μανδύα στην διεπιφάνεια και στο αρχικό δοκίμιο οι οποίες αντισταθμίζουν την αρχική απώλεια ικανότητας έναντι αξονικού φορτίου-παραμόρφωσης και αναβαθμίζονται ουσιαστικά. Χρησιμοποιήθηκαν αναλυτικά προσομοιώματα πεπερασμένων στοιχείων για τον προσδιορισμό της μηχανικής συμπεριφοράς χαρακτηριστικών δοκιμίων για διάφορα είδη φόρτισης (LPA, LPB) αλλά και με σχετικές ατέλειες του πυρήνα. Tα αναλυτικά αποτελέσματα συγκρίνονται με τα αντίστοιχα πειραματικά. Για την ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία επιλέχθηκαν: α) κατάλληλος καταστατικός νόμος σκυροδέματος υπό τριαξονική ένταση και εφαρμόστηκε κριτήριο αστοχίας δύο παραμέτρων (τροποποιημένο κριτήριο Drucker-Prager), β)κατάλληλο χωρικό πεπερασμένο στοιχείο με δυνατότητα συμπεριφοράς σύμφωνα με τον προαναφερθέντα νόμο, γ) κατάλληλος αλγόριθμος επίλυσης των εξισώσεων ισορροπίας που επιτρέπει την απόκριση του φορέα πέρα από το σημείο επίτευξης της μέγιστης αντοχής., δ) κατάλληλα επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία για την προσομοίωση των διεπιφανειών με μέγιστη επιτρεπόμενη δαιτμητική τάση και κατάλληλος συντελεστής ελαστικής απόκρισης της τριβής και τέλος ε) κατάλληλη πολλαπλασιαστικοί συντελεστές προσομοίωσης της αποκόλλησης της διεπιφάνειας. Από τη σύγκριση αναλυτικών και πειραματικών αποτελεσμάτων προκύπτει ότι με την κατάλληλη προσομοίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών της διεπιφάνειας η διαφοροποίηση είναι πολύ μικρή, ενώ δεν προκύπτει φθιτός κλάδος. Από την ανάλυση των ενισχυμένων δοκιμίων με πεπερασμένα στοιχεία συμπεραίνεται ότι η περίσφιγξη του μανδύα λειτουργεί ευνοϊκά στην ανάληψη φορτίου από τον πυρήνα ενώ ανακουφίζει τις ράβδους των συνδέσμων σκυροδέματος (βλήτρα). Από την ανάλυση των στοιχείων με αρχικές κατασκευαστικές ατέλειες προκύπτουν ανεκτές διαφοροποιήσεις μεταξύ αναλυτικών και πειραματικών αποτελεσμάτων και επιβεβαιώνεται ο τρόπος αστοχίας διεπιφάνειας κονιάματος- σκυροδέματος (αποκόλληση) όσο και η αλλαγή του τρόπου αστοχίας σε εκτεταμένες ατέλειες.Τέλος, σε σχέση με τις προβλέψεις των κανονισμών σχεδιασμού προκύπτει ότι προβλέπεται συντηρητικά η διατμητική τάση κατά μήκος διεπιφανειών για λόγους ασφαλούς σχεδιασμού. Με σκοπό την κατανόηση του βαθμού μονολιθικότητας του στοιχείου και του βαθμού ικανότητας μεταφοράς δύναμης προτείνεται συντελεστής μονολιθικότητας. Μάλιστα, προκύπτει ότι με τη θεώρηση της οιονεί μονολιθικής σύνδεσης και πλήρους φόρτισης υπερεκτιμάται η λειτουργία του ενισχυμένου δομικού στοιχείου. Η επιρροή των αρχικών κατασκευαστικών βλαβών χρειάζεται περαιτέρω μελέτη. Πιο συγκεκριμένα προτείνεται η χρήση άλλου είδους επισκευαστικών κονιαμάτων σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα, ενίσχυση των στοιχείων με ινοπλισμένα πολυμερή αλλά και ανάπτυξη κατάλληλου αναλυτικού προσομοιώματος για την πρόβλεψη της ικανότητας του επισκευασμένου στοιχείου αλλά και τη λειτουργία της διεπιφάνειας του ενισχυμένου στοιχείου. Κρίνεται επίσης απαραίτητη η ανάπτυξη γενικευμένου νόμου επαφής με εφαρμογή για κάθε είδους υλικού και συνδέσμου βασιζόμενο σε προσομοιώματα και κριτήρια αστοχίας της θεωρίας πλαστικότητας. Η αξιοπιστία ενός τέτοιου προσομοιώματος μπορεί να ελεγχθεί με την εισαγωγή σε λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων. Ακόμα, η διερεύνηση της λειτουργίας της διεπιφάνειας σε ανακυκλιζόμενη ένταση όπως και άλλων στοιχείων με προκαθορισμένες ρηγματώσεις κρίνεται απαραίτητη, όπως επίσης και η έρευνα με σύγχρονα υλικά υψηλής επιτελεστικότητας για την επισκευή αρχικών ατελειών και βλαβών από υπερκαταπόνηση (υπερυψηλής αντοχής σκυροδέματα, σκυροδέματα με νανοσωλήνες άνθρακα).  

Στοιχεία Ωπλισμένου Σκυροδέματος
Interfaces
Διεπιφάνειες
Reinforced Concrete Elements

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης (ΕΚΤ) (EL)
National Documentation Centre (EKT) (EN)

Greek

2014


Democritus University of Thrace (DUTH)
Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης (ΔΠΘ)



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)