Πειραματική διερεύνηση επί των μηχανικών παραμέτρων που σχετίζονται με την εξασφάλιση της εγκάρσιας έναντι του σεισμού ευστάθειας των αντισεισμικών τοιχωμάτων

Abstract

The first objective of the present PhD thesis entitled “Experimental investigation on the mechanical parameters which affect the lateral stability of the earthquake-resistant structural walls under seismic excitation” is the experimental investigation of the basic mechanical parameters which correlate to the phenomenon of transverse buckling and the evaluation of the experimental results. The experimental part examines the influence of four different mechanical parameters. These are the maximum tensile strain, the longitudinal reinforcement ratio, the number and the diameter of the longitudinal reinforcement bars and the case of extreme tensile strains. Study of the aforementioned mechanical parameters takes place with the use of column test specimens simulating the end regions of structural walls which are heavily reinforced compared to the web of the walls. The advantage of these specimens is their quicker and cheaper construction compared to the specimens simulating a whole structural wall and not only its end regions. The idealization of the column test specimens is useful because it provides an understanding of the basic mechanism involved during lateral buckling of the wall. The specimens are tested under a tension semi-cycle preceding a test under a compression semi-cycle. It was noticed that the increment of the maximum tensile strain at the first tension semi-cycle results to major changes to the behavior and mode of failure of the specimens during the second compression semi-cycle. Moreover, it was noticed that the ultimate failure load of the specimens was substantially influenced. The influence of the longitudinal ratio and the number and diameter of the reinforcement bars brings forward analogous results. Transverse displacements are measured after the end of each experiment of the compression semi-cycle and their results are compared to each other for different specimens for each mechanical parameter. Second goal of the present thesis is the proposal of a new way of halting the danger of lateral stability apart from the already well-known internationally, which is the increment of the wall thickness. The thesis in question is successful to its second goal, too, by providing a new way of resistance which is, indeed, more functional, aesthetic and cost-effective. Finally, the present thesis includes a rudimentary analytical approach, too. The goal of the analytical investigation is the correlation of the minimum required wall thickness to other parameters, too, apart from the bottom storey height. The goal is satisfied since the minimum wall thickness is correlated through the analytical approach to the mechanical reinforcement ratio, too.

Πρώτος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής, η οποία έχει τίτλο «Πειραματική διερεύνηση επί των μηχανικών παραμέτρων που σχετίζονται με την εξασφάλιση της εγκάρσιας έναντι του σεισμού ευστάθειας των αντισεισμικών τοιχωμάτων», είναι η πειραματική διερεύνηση των βασικών μηχανικών παραμέτρων που διέπουν το φαινόμενο του εγκάρσιου λυγισμού και η αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Στο πειραματικό μέρος της διατριβής εξετάζονται τέσσερις μηχανικές παράμετροι που είναι ο βαθμός μηκύνσεως, το ποσοστό του διαμήκους οπλισμού, ο αριθμός και η διάμετρος των ράβδων οπλισμού και οι ακραίοι βαθμοί μηκύνσεως. Η μελέτη των μηχανικών αυτών παραμέτρων γίνεται με τη χρήση πειραματικών δοκιμίων μεμονωμένων υποστυλωμάτων που προσομοιώνουν τις ακραίες ενισχυμένες περιοχές (κρυφοϋποστυλώματα) των τοιχωμάτων. Το πλεονέκτημα των δοκιμίων αυτών έναντι των πλήρων τοιχωμάτων είναι η ταχύτερη κατασκευή τους σε συνδυασμό με το μικρότερο κόστος, ενώ ταυτόχρονα δίνεται η δυνατότητα να μελετηθεί ο βασικός μηχανισμός του φαινομένου. Τα δοκίμια αυτά υποβάλλονται σε έναν ημίκυκλο μονοαξονικής εφελκυστικής καταπόνησης και κατόπιν σε έναν ημίκυκλο κεντρικής θλιπτικής καταπόνησης μέχρι αστοχίας τους. Διαπιστώθηκε ότι η αύξηση του βαθμού μηκύνσεως κατά τον πρώτο ημίκυκλο της φόρτισης επιφέρει σημαντικές τροποποιήσεις και μεταβολές στη συμπεριφορά και στον τρόπο αστοχίας των δοκιμίων κατά το δεύτερο ημίκυκλο της θλιπτικής καταπόνησης. Επιπροσθέτως, επηρεάζεται σημαντικά η αντοχή των δοκιμίων και το μέγιστο φορτίο που είναι ικανά να φέρουν. Ανάλογα συμπεράσματα προκύπτουν και με την επίδραση του ποσοστού οπλισμού στην αντοχή των δοκιμίων καθώς και του αριθμού και της διαμέτρου των διαμήκων ράβδων οπλισμού. Καταγράφονται, επίσης, τα παραμένοντα μέγιστα βέλη κάμψης και γίνονται συγκρίσεις των αποτελεσμάτων τους για κάθε μηχανική παράμετρο που εξετάζεται. Δεύτερος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η πρόταση καινούριας μεθόδου ανάσχεσης του κινδύνου της εγκάρσιας αστάθειας πλην της γνωστής διεθνώς μεθόδου αύξησης του πάχους των τοιχωμάτων. Η διατριβή επιτυγχάνει και στον τομέα αυτό να προτείνει καινούρια μέθοδο αναχαίτισης που είναι μάλιστα πιο λειτουργική, αισθητικώς αποδεκτή και οικονομική. Τέλος, η παρούσα διατριβή διαθέτει και μια αδρομερή αναλυτική προσέγγιση, της οποίας στόχος είναι η συσχέτιση του ελάχιστου απαιτούμενου πάχους των αντισεισμικών τοιχωμάτων προκειμένου να είναι ευσταθή και με άλλες παραμέτρους, πλην του ύψους του ορόφου ισογείου, κάτι το οποίο επιτυγχάνεται συσχετίζοντας το ελάχιστο πάχος των τοιχωμάτων και με το μηχανικό ποσοστό οπλισμού.