Σχεδιασμός ενισχύσεων - επισκευών στοιχείων Ο/Σ με επικόλληση σύνθετων ινοπλισμένων πολυμερικών οπλισμών (ΙΟΠ) σε επιφανειακές εγκοπές

Abstract

Με την ραγδαία εξέλιξη στην τεχνολογία των ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ) έχει αναπτυχθεί μια νέα γενεά προϊόντων οπλισμού σκυροδέματος (ράβδων από ίνες γυαλιού ή γραφίτη) που διαθέτουν ευνοϊκές ιδιότητες ως προς την αντοχή και την ανθεκτικότητα έναντι συνήθων παραγόντων διάβρωσης σε σύγκριση με τον συμβατικό μεταλλικό οπλισμό. Από αυτά, τα μεν εύκαμπτα ινοπλισμένα πολυμερικά υφάσματα (ανθρακονήματα και υαλονήματα) έχουν υιοθετηθεί ευρέως και θεωρούνται σήμερα υλικά επιλογής σε εφαρμογές ενίσχυσης / επισκευής δομικών στοιχείων ως μανδύες περισφίγξεως. Αντίθετα, τα δύσκαμπτα στοιχεία ΙΟΠ (ράβδοι και ελάσματα FRP) δεν έχουν ακόμα ενταχθεί στην τεχνολογία των κατασκευών παρά τις ελκυστικές ιδιότητες που προσφέρουν ως εναλλακτικός οπλισμός σε έργα σκυροδέματος, ιδιαίτερα μάλιστα για καμπτικές ενισχύσεις. Όπως έχει διαπιστωθεί μέσω πλήθους πειραματικών εργασιών, στοιχεία σκυροδέματος ενισχυμένα με δύσκαμπτα ΙΟΠ συνήθως παρουσιάζουν πρόωρες τοπικές αστοχίες με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η εκμετάλλευση των υψηλών αντοχών που χαρακτηρίζουν τα σύνθετα υλικά. Όταν χρησιμοποιούνται ως διαμήκης οπλισμός σε καμπτόμενα στοιχεία, η έλλειψη σαφούς σημείου διαρροής στο νόμο τάσεων παραμορφώσεων των σύνθετων υλικών δεν επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο του μεγέθους των θλιπτικών δυνάμεων που εισάγονται στην θλιβόμενη ζώνη του σκυροδέματος. Η περιορισμένη κατανόηση των μηχανισμών συνεργασίας και συνάφειας των εν λόγω οπλισμών σε εφαρμογές ενισχύσεων συντείνουν σε αυτό το πρόβλημα. Στον τομέα των ενισχύσεων υφιστάμενων στοιχείων και κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα, οι εύκαμπτοι οπλισμοί έχουν βρει εφαρμογή ως τοπικές παρεμβάσεις και αποδεδειγμένα είναι αποτελεσματικοί ως μέσο περίσφιγξης για την βελτίωση της διατμητικής αντοχής, παραμορφωσιμότητας, αντοχής αγκυρώσεων και ματίσεων, στρεπτικής αντοχής κλπ. Σε ενισχύσεις καμπτικής αντοχής και δυσκαμψίας προσφέρονται μόνον δύσκαμπτα στοιχεία οπλισμού ΙΟΠ (ράβδοι και ελάσματα) λόγω του σχετικώς μεγάλου απαιτούμενου εμβαδού. Οι εφαρμογές αυτού του τύπου αφορούν στην εκ των υστέρων τοποθέτηση διαμήκους οπλισμού στο δομικό στοιχείο, είτε εξωτερικά επικολλημένου στην εφελκυόμενη παρειά του δομικού στοιχείου (EBR - Externally Bonded Reinforcement), είτε ένθετου σε κατάλληλες επιφανειακές εγκοπές στην εν λόγω παρειά (NSM - Near-Surface Mounted). Η δεύτερη εξ’ αυτών προέκυψε ως βελτίωση της πρώτης, με στόχο την μερική εξάλειψη των πρώιμων μορφών αστοχίας λόγω αποκόλλησης που αποτελούν και το κύριο πρόβλημα στις λύσεις EBR. Η παρούσα διατριβή συμβάλλει στην κατεύθυνση αυτή, με πολύπλευρη διερεύνηση των καινούριων σχετικά καινοτόμων λύσεων με σκοπό την ένταξη των υλικών αυτών σε ολοκληρωμένες κανονιστικές διατάξεις σχεδιασμού και στην βιομηχανία της δόμησης. Η έρευνα που παρουσιάζεται συνδυάζει πειραματικό έργο με την ανάπτυξη νέων αναλυτικών προσομοιωμάτων για την ερμηνεία της μηχανικής συμπεριφοράς των ενισχύσεων που μελετώνται, και καταλήγει στην διατύπωση πλαισίου σχεδιασμού για πρακτικές εφαρμογές των δύσκαμπτων ΙΟΠ στο πεδίο των ενισχύσεων.