Πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς πλαισίων οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων με χαλύβδινους συνδέσμους υψηλής απόσβεσης

Abstract

This thesis study, experimentally the efficiency of a specific strengthening type which utilizes a small steel link element connected to the RC frame through bracing elements. The geometry of the frames is exactly the same in all the tested specimens but with two different reinforced arrangements. The bracing system is composed by two diagonal steel elements that are connected to each other at their top. At this point there is a steel plate on which the link element is welded. The top of the link element is connected to the midpoint of the beam. The inelastic deformations of the strengthened specimens are expected to be concentrated mainly at the link element. The cross section, the dimension and the length of link element, the two different reinforced arrangements and the additional vertical loading placed at the columns (or not) are the parameters under investigation. Fifteen specimens, scaled 1:3, were tested which consists of the bare frame (F1) and frames with four different vertical steel strengthened link element type. The first link (F2) is a rectangular cross section (70Χ6)mm, 100mm length. The second link (F3), is a steel element that has a symmetrical I cross-section with total section height d = 60 mm, flange width b = 30 mm, flange and web thickness t = 6 mm and length l = 100 mm. The third link (F4), has a symmetrical I cross-section with total section height d = 80 mm, flange width b = 40 mm, flange and web thickness t = 6 mm and length l = 200 mm. And the last link (F5) has a symmetrical I cross-section with total section height d = 120 mm, flange width b = 60 mm, flange and web thickness t = 6 mm and length l = 200 mm. All specimens were tested with and without additional vertical loading placed at the columns. The horizontal loads were imposed in a displacement control mode. After comparing the behaviour of the specimens under study, it can be concluded that the use of the steel link elements can increase considerably the strength, the stiffness, but mainly the energy dissipation capacity of the frame. In specimen F2 the load carrying capacity is three times higher than that of the reference specimen F1. Specimen F3 reveals an even better behaviour compared to F2. The significant improvement for the F4 strengthened frame is its increased ductility. In specimen F5, due to the high stiffness of the link, extended damage developed at the middle of the beam. It is evident that the existence of axial loads at the columns resulted to an increase of the strength, stiffness and dissipated energy for all the frames studied.

Η διατριβή αυτή διερευνά πειραματικά την αποτελεσματικότητα ειδικής μορφής ενίσχυσης με τη χρήση ενός μεταλλικού συνδέσμου ο οποίος συνδέεται με το πλαίσιο Ο.Σ. μέσω διαγωνίων μεταλλικών ράβδων. Η γεωμετρία των πλαισίων είναι ακριβώς η ίδια σε όλα τα δοκίμια αλλά με δύο διαφορετικές διατάξεις όπλισης. Το μεταλλικό δικτύωμα συντίθεται από δυο διαγώνιες μεταλλικές ράβδους οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους στο επάνω μέρος. Στο σημείο αυτό υπάρχει μια μεταλλική πλάκα στην οποία συγκολλάται ο κατακόρυφος σύνδεσμος. Το επάνω τμήμα του συνδέσμου συνδέεται με το μέσον της δοκού. Η ανελαστική παραμόρφωση, των ενισχυμένων δοκιμίων, αναμένεται να επικεντρωθεί στον κατακόρυφο μεταλλικό σύνδεσμο. Η διατομή, οι διαστάσεις και το μήκος του συνδέσμου, οι δύο διαφορετικές διατάξεις όπλισης και το κατακόρυφο αξονικό φορτίο στους στύλους (ή όχι) αποτελούν τις υπό διερεύνηση παραμέτρους. Δοκιμάστηκαν δεκαπέντε δοκίμια, υπό κλίμακα 1:3, τα οποία αποτελούνται από το γυμνό πλαίσιο (F1) και πλαίσια με τέσσερα διαφορετικά είδη κατακόρυφου συνδέσμου ενίσχυσης. Ο πρώτος σύνδεσμος (F2) έχει ορθογωνική διατομή (70Χ6)mm μήκους 100mm. Ο δεύτερος σύνδεσμος (F3) είναι ένας μεταλλικός σύνδεσμος διατομής Ι με συνολικό ύψος κορμού d=60mm, πλάτος πελμάτων b=30mm, πάχος κορμού και πελμάτων t=6mm και μήκος l=100mm. Ο τρίτος σύνδεσμος (F4) έχει διατομή Ι με συνολικό ύψος κορμού d=80mm, πλάτος πελμάτων b=40mm, πάχος κορμού και πελμάτων t=6mm και μήκος l=200mm. Ο τελευταίος σύνδεσμος (F5) έχει διατομή Ι με συνολικό ύψος κορμού d=120mm, πλάτος πελμάτων b=60mm, πάχος κορμού και πελμάτων t=6mm και μήκος l=200mm. Όλα τα δοκίμια δοκιμάστηκαν με και χωρίς πρόσθετο αξονικό φορτίο στους στύλους. Η οριζόντια φόρτιση επιβλήθηκε με ελεγχόμενη μετακίνηση. Μετά τη συγκριτική αξιολόγηση της συμπεριφοράς των υπό διερεύνηση δοκιμίων, συμπεραίνεται πως η χρήση των μεταλλικών στοιχείων μπορεί να αυξήσει αρκετά την αντοχή, τη δυσκαμψία αλλά κυρίως την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας του πλαισίου. Στο δοκίμιο F2 η φέρουσα ικανότητα είναι τρείς φορές υψηλότερη από αυτή του δοκιμίου αναφοράς (F1). Το δοκίμιο F3 παρουσιάζει ακόμη καλύτερη συμπεριφορά σε σύγκριση με το F2. H σημαντικότερη βελτίωση για το ενισχυμένο πλαίσιο F4 είναι η αύξηση της πλαστιμότητας. Στο δοκίμιο F5, λόγω της αυξημένης δυσκαμψίας του συνδέσμου εμφανίστηκαν εκτεταμένες βλάβες στο μέσο της δοκού. Είναι εμφανές πως η ύπαρξη αξονικού φορτίου στους στύλους έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της αντοχής, της δυσκαμψίας και της απορρόφησης ενέργειας για όλα τα υπό διερεύνηση πλαίσια.