Εργαστηριακή και υπολογιστική μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς τοιχωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα επισκευασμένων και ενισχυμένων με ινοπλισμένα πολυμερή

Abstract

The present thesis assesses the effectiveness of using fibre reinforced polymers(FRPs) strenghtening reinforces concrete(R?C) structural walls that were tested to failure during a first series of tests, and were subsequently repaired, before being strengthened with FRP sheets. For this purpose an experimental programme was designed that included the repair and strengthening of eleven 1:2.5 scale wall specimens. For the repair of specimens, heavily cracked and spalled concrete was removed from the wall base, and the base region was filled with high strenght non-shrinkage mortar. Specimens were strengthened by the use of GFRP(Glass FRP) and CFRP(Carbon FRP) to enhance both flexural and shear capacity. A key parameter was the way CFRP strips added for flexural strengthening were anchored. The imposed displacements were applied at the top of the specimens in a quasi-static way until failure occured. During tests, strenght and displacement of the specimens were recorded, along with shear and flexural deformations. From the recorded response of the specimens, the change of stiffness and the dissipated energy as a function of the imposed displacement were calculated. From the recorded hysteresis loops, as well as from the calculated values of strength and deformation the effeciency of the applied repair and strengthening techniques was assessed. The flexural and shear strength of the specimens was estimated using all the available analytical models. Based on the results of the present study, it was concluded that FRPs should be used to strengthen R/C members against undersirable failure mechanisms, such as diagonal tension and compression mechanisms. If strengthening is attempted with respect to mechanisms that involve ductile inelastic response under seismic loading, such as the flexual mechanism, the characteristics of inelastic response of strengthened members are generally poorer compared to the response recorded during the initial tests. This conclusion does not apply in the case of static loads. Using currently available analytical models for strength, the failure mode of the FRP-strengthened walls(flexural failure in that case) can be satisfactorily predicted

Στην παρούσα διατριβή αναπτύσσεται μεθοδολογία για τη χρήση ινοπλισμένων πολυμερών(ΙΟΠ) στην ενίσχυση τοιχωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος(Ο/Σ), υφισταμένων κατασκευών, τα οποία έχουν υποστεί βλάβη από σεισμική φόρτιση και αξιολογείται η αποδοτικότητα της εφαρμογής τους. Για το σκοπό αυτόν σχεδιάστηκε πειραματικό πρόγραμμα, που περιελάμβανε την επισκευή και ενίσχυση ένδεκα δοκιμίων τοιχωμάτων, με ΙΟΠ. Τα δοκίμια αυτά, που αποτελούν δύο σειρές(με λόγο διάτμησης 1.0 και 1.5), σχεδιάστηκαν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Ευρωκώδικα 8. Τα ένδεκα δοκίμια, κλίμακας 1:2.5, είχαν υποβληθεί σε πρώτη σειρά δοκιμών σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση μέχρι πλήρους αστοχίας για υψηλό βαθμό ανελαστικής παραμόρφωσης(στα πλαίσια προηγούμενης διατριβής). Η επισκευή έγινε με αφαίρεση και επανασκυροδέτηση του έντονα ρηγματωμένου σκυροδέματος με μη συρρικνούμενο επισκευαστικό κονίαμα. Για την ενίσχυσή τους χρησιμοποιήθηκαν υαλοϋφάσματα(ΙΟΠ με βάση την ύαλο) και ανθρακοϋφάσματα(ΙΟΠ με βάση τον άνθρακα) για την αύξηση της καμπτικής και διατμητικής αντοχής. Βασική παράμετρος ήταν ο διαφορετικός τρόπος αγκύρωσης του σύνθετου υφάσματος που τοποθετήθηκε έναντι κάμψης. Τα επισκευασμένα-ενισχυμένα δοκίμια υποβλήθηκαν εκ νέου σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση μέχρι πλήρους αστοχίας, προκειμένου να εκτιμηθεί η αποδοτικότητα των μεθόδων επισκευής-ενίσχυσης και καταγράφηκε η απόκρισή τους σε διάφορες θέσεις(συνολική μετατόπιση, διατμητική παραμόρφωση, καμπτική παραμόρφωση και αντοχή). Από τις καταγραφές προσδιορίστηκε η μεταβολή της δυσκαμψίας και η ενέργεια που αποσβέστηκε συναρτήσει της επιβαλλόμενης μετατόπισης. Επίσης έγινε αναλυτική εκτίμησητης αντοχής των επισκευασμένων και ενισχυμένων τοιχωμάτων, με τα διαθέσιμα αναλυτικά μοντέλα προκειμένου να ελεγχθεί η αξιοπιστία τους. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων και στις δύο σειρές δοκιμίων, προέκυψε ότι η χρήση των σύνθετων υφασμάτων ενδείκνυται για την ενίσχυση μηχανισμών που δεν είναι επιθυμητό να αστοχήσου, όπως είναι οι μηχανισμοί ανάληψης τέμνουσας(διαγωνίου εφελκυσμού και διαγώνιας σύνθλιψης). Κατά την ενίσχυση μηχανισμών που αναμένεται ή είναι επιθυμητό να καθορίσουν την αστοχία υπό σεισμικές δράσεις, όπως είναι ο μηχανισμός κάμψης, η ανελαστική-υστερική συμπεριφορά που επιδεικνύεται είναι δυσμενέστερη από συτή των αρχικών δοκιμίων. Η προηγούμενη παρατήρηση δεν αφορά την περίπτωση ενίσχυσης έναντι στατικών φορτίων. Τα διαθέσιμα αναλυτικά μοντέλα για την εκτίμηση της αντοχής των επιμέρους μηχανισμών ανάληψης έντασης, που ελέγχθηκαν, προβλέπουν ικανοποιητικά τον μηχανισμό που αναμένεται να αστοχήσει, όπως είναι ο μηχανισμός κάμψης για τα δοκίμια της παρούσας διατριβής