Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9596
Title: Αποκατάσταση ανεπαρκών μηκών μάτισης ράβδων οπλισμού μέσω περίσφιξης με ινοπλισμένα πολυμερή υλικά
Other Titles: Retrofitting of columns with inadequate lap spliced lengths by FRP confinement
Authors: Χριστοδούλου, Μελανή
Keywords: Ανεπαρκή μήκη μάτισης
Υποστηλώματα
Προσομοιώματα
ΚΑΝ.ΕΠΕ.
Ευρωκώδικας
Αποκατάσταση
Περίσφιξη
Σύνθετα υλικά
Keywords (translated): Inadequate lap spliced lengths
Columns
Models
ΚΑΝ.ΕPΕ.
Eurocode
Retrofitting
Confinement
Composite materials
Abstract: Στη σύγχρονη πραγματικότητα της χώρας μας, υπάρχει ένας μεγάλος όγκος υφιστάμενων κατασκευών οι οποίες είναι σχεδιασμένες στη βάση παλαιότερων κανονισμών με κύριο σκοπό την ανάληψη των φορτίων βαρύτητας. Οι εν λόγω κατασκευές παρουσιάζουν ανεπάρκεια αντοχής σε σεισμικά φορτία. Συγκεκριμένες παράμετροι και υποδείξεις οι οποίες πλέον συμπεριλαμβάνονται στους σύγχρονους αντισεισμικούς κώδικες, απουσιάζουν από τα υπάρχοντα δομήματα. Πάρα πολλές κατασκευές αποτελούνται από προβληματικά υποστυλώματα, τα οποία δεν έχουν καθόλου αντισεισμική ικανότητα. Ένας από τους λόγους της περιορισμένης αντοχής των υποστυλωμάτων των υφιστάμενων κατασκευών στη σεισμική φόρτιση, είναι η ανεπάρκεια του μηχανισμού μεταφοράς των δυνάμεων μεταξύ των ράβδων οπλισμού στη βάση τους, λόγω της ελλιπούς μάτισης. Η παρούσα διατριβή καταπιάνεται με το πρόβλημα της ανεπαρκής μάτισης των ράβδων του διαμήκους οπλισμού των υποστυλωμάτων. Ειδικότερα, εξετάζει αριθμό προσομοιωμάτων υπολογισμού του απαιτούμενου μεγέθους ενίσχυσης. Η ενίσχυση να σημειωθεί πως, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, θεωρείται πως επιτυγχάνεται μέσω εξωτερικής περίσφιξης με τη χρήση ινοπλισμένων πολυμερών στοιχείων (ΙΟΠ). Στην υπάρχουσα βιβλιογραφία, προτείνονται πολλά προσομοιώματα τα οποία υπολογίζουν το απαιτούμενο πάχος υλικού περίσφιξης με σκοπό την αποκατάσταση του προβλήματος των ελλιπών μήκων ματισμάτων και την αποφυγή της αστοχίας των ματίσεων. Στη συγκεκριμένη εργασία εξετάσθηκαν και αξιολογήθηκαν οκτώ από αυτά, μεταξύ των οποίων προσομοιώματα τα οποία προτείνονται από κανονισμούς όπως ο Ευρωκώδικας και ο ΚΑΝ.ΕΠΕ.. Συγκεντρωτικά, τα προσομοιώματα που εξετάσθηκαν είναι τα ακόλουθα. 1. Προσομοίωμα Τάσιου-ΚΑΝ.ΕΠΕ.. 2. Βασικό προσομοίωμα ΚΑΝ.ΕΠΕ.-Εξίσωση 8.3. 3. Βασικό προσομοίωμα Ευρωκώδικα. 4. Εναλλακτικό προσομοίωμα Ευρωκώδικα. 5. Προσομοίωμα Ευρωκώδικα-Φαρδή. 6. Προσομοίωμα Pristley. 7. Προσομοίωμα Elsanadedy. 8. Προσομοίωμα Harajli. Ενδιαφέρον στη συγκεκριμένη έρευνα, παρουσιάζει ο υπολογισμός των επιτρεπόμενων ορίων εφαρμογής του κάθε προσομοιώματος ξεχωριστά. Πιο συγκεκριμένα, προσδιορίζεται για κάθε ένα προσομοίωμα, το εύρος τιμών του μήκους μάτισης των ράβδων διαμήκους οπλισμού, μέσα στο οποίο απαιτείται ενίσχυση του μέλους και παράλληλα μπορεί να εφαρμοσθεί η περίσφιξη. Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η αξιολόγηση και η σύγκριση των προσομοιωμάτων υπολογισμού του απαιτούμενου μεγέθους ενίσχυσης. Ουσιαστικά, λοιπόν, η συγκεκριμένη έρευνα στοχεύει στην εξαγωγή κάποιων παρατηρήσεων και συμπερασμάτων σε σχέση με τα εν λόγω προσομοιώματα και τα αποτελέσματα τα οποία προκύπτουν από αυτά. Για το σκοπό αυτό, εκτελέσθηκαν 5 διαφορετικές εφαρμογές, κάθε μία με διαφορετικά δεδομένα και χαρακτηριστικά. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται, πέραν από τη σύγκριση των προσομοιωμάτων ελέγχου, ο προσδιορισμός του τρόπου και του ρυθμού επιρροής της κάθε παραμέτρου στο κάθε ένα προσομοίωμα ξεχωριστά. Πιο συγκεκριμένα, τροποποιήθηκαν 4 παράμετροι οι οποίες επηρεάζουν τα προσομοιώματα που εξετάσθηκαν. Αυτές οι παράμετροι ήταν: Η κατηγορία στάθμης επιτελεστικότητας, η διάμετρος ράβδων του διαμήκους οπλισμού, db, η διάσταση του υποστυλώματος, B, και το υλικό περίσφιξης. Όλες οι εφαρμογές εκτελέσθηκαν για υποστύλωμα τετράγωνης διατομής. Η δομή των κεφαλαίων της παρούσας διατριβής έχει ως εξής: Στο κεφάλαιο 1, γίνεται μια εισαγωγή επί του γενικού θέματος κάνοντας αναφορά στις ανεπάρκειες που μπορεί να παρατηρηθούν σε ένα υποστύλωμα, στις μεθόδους ενίσχυσής του καθώς και στα σύνθετα υλικά. Επιπρόσθετα, γίνεται αναφορά σε κάποια θεωρητικά θέματα σχετικά με την τάση συνάφειας αλλά και την περίσφιξη. Στο κεφάλαιο 2, παρουσιάζονται και περιγράφονται τα προσομοιώματα ελέγχου που εξετάζονται στην παρούσα εργασία. Στο κεφάλαιο 3,παρουσιάζεται η ανάλυση των προσομοιωμάτων ελέγχου. Ουσιαστικά γίνεται αναφορά στο μηχανισμό, τις θεωρήσεις και τις παραδοχές που ακολουθεί το κάθε προσομοίωμα για την εξαγωγή του. Να σημειωθεί πως σε αυτό το κεφάλαιο, ενδιαφέρον παρουσιάζει η απόδειξη των σχέσεων των προσομοιωμάτων που προτείνει ο ΚΑΝ.ΕΠΕ.. Στο κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά δεδομένα των αριθμητικών εφαρμογών που εκτελούνται καθώς και η διαδικασία υπολογισμού, για κάθε ένα προσομοίωμα, του εύρους εφαρμογής του μήκους μάτισης ράβδων μέσα στο οποίο απαιτείται ενίσχυση και παράλληλα, μπορεί να εφαρμοσθεί η περίσφιξη. Το κεφάλαιο 5, είναι το κατ’ εξοχήν κεφάλαιο υπολογισμών. Είναι το βασικό κεφάλαιο της παρούσας διατριβής στο οποίο εφαρμόζονται τα προσομοιώματα ελέγχου που εξετάζονται, για όλες τις αριθμητικές εφαρμογές. Από τους υπολογισμούς αυτούς παρουσιάζονται, για κάθε προσομοίωμα και για κάθε εφαρμογή, πίνακες στους οποίους παρατίθενται οι τιμές απαιτούμενου πάχους υλικού περίσφιξης που προκύπτει κάθε φορά. Επιπρόσθετα, εξάγονται διαγράμματα απαιτούμενου μεγέθους ενίσχυσης, σε όρους πάχους υλικού περίσφιξης, tj, για μεταβαλλόμενη τιμή μήκους μάτισης, ls. Στο κεφάλαιο 6, γίνονται εκτεταμένες συγκρίσεις που σκοπό έχουν να καταδείξουν τη συμπεριφορά του κάθε προσομοιώματος ξεχωριστά, καθώς και την επιρροή συγκεκριμένων παραμέτρων σε αυτά. Τέλος, στο κεφάλαιο 7, παρουσιάζονται τα γενικά συμπεράσματα που προκύπτουν από τη συγκεκριμένη διατριβή εργασία. Τα γενικά συμπεράσματα που εξάγονται από την παρούσα διατριβή παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Όπως προκύπτει, το προσομοίωμα του Pristley είναι το πιο συντηρητικό, αφού για συγκεκριμένη τιμή μήκους μάτισης ράβδων οπλισμού, σύμφωνα με το εν λόγω προσομοίωμα απαιτείται το μεγαλύτερο πάχος υλικού περίσφιξης. Ακολουθεί το βασικό προσομοίωμα ΚΑΝ.ΕΠΕ.-Εξίσωση 8.3 και έπειτα το βασικό προσομοίωμα του Ευρωκώδικα. Όσον αφορά το προσομοίωμα Τάσιου-ΚΑΝ.ΕΠΕ., για μικρές τιμές μήκους μάτισης (μικρότερες από 20 φορές τη διάμετρο), το απαιτούμενο πάχος υλικού περίσφιξης είναι πολύ μεγάλο. Για το υπόλοιπο εύρος τιμών μήκους μάτισης ράβδων, το απαιτούμενο μέγεθος ενίσχυσης που προκύπτει είναι πολύ μικρό. Επιπρόσθετα, σαν συμπέρασμα μπορεί να λεχθεί η μη αναμενόμενη συμπεριφορά που παρουσιάζει το εναλλακτικό προσομοίωμα που προτείνει ο Ευρωκώδικας πάνω από συγκεκριμένη τιμή πάχους, tj, καθώς και η διορθωτική συμπεριφορά του προσομοιώματος που προτείνει ο Φαρδή.
Abstract (translated): Currently, there are many buildings in Cyprus which had not been built according to earthquake standards. These buildings have inadequate seismic capacity. Specific parameters and instructions which are now included in modern seismic codes are absent from the existing structures. As a result, many structures consist of columns with no seismic capacity. One of the main reasons of the limited strength of the columns of the existing buildings is the inadequacy of the force transfer mechanism between the reinforcement bars at the base of the columns due to the deficient lap spliced lengths. This thesis deals with the problem of inadequate lap spliced lengths of the longitudinal bars of the columns. Specifically, this thesis verifies a number of models which calculate the required amount of strengthening in order to prevent the failure at the region with inadequate lap spliced lengths. It must be noted that strengthening is considered to be achieved through external confinement using fiber reinforced polymers (FRP). In the literature, there are a number of models proposed to determine the required amount of confinement material in order to rectify inadequate lap splice lengths. In this work, eight models are analyzed and assessed, including models that are proposed by codes such as Eurocode and the Greek code ΚΑΝ.ΕPΕ. Cumulatively, the models that are examined are the following: 1. Tasios and KAN.EPE. model 2. Main model of KAN.EPE. 3. Main model of Eurocode 8 4. Alternative model of Eurocode 8 5. Fardi and Eurocode model 6. Pristley et al. model 7. Elsanadedy and Haroun model 8. Harajli et al. model This thesis consists of seven chapters. The first chapter is an introduction to the general problem which refers to a) the forms of failures that are possible to occur to columns, b) methods of strengthening, and c) composite materials. Additionally, the first chapter makes reference to the bond stress and confinement. Chapter 2 describes the models that are evaluated in this thesis. Chapter 3 presents the analysis of the aforementioned models. At a more fundamental level, the third chapter makes reference to the mechanism and the assumptions which are adopted by each model. Chapter 4 describes the characteristic data and the information about the numerous applications which are examined. Moreover, the fourth chapter describes the calculation process of the range of application of lap spliced length in which strengthening is required, and the external confinement that can be applied. In Chapter 5, the models are applied in order to estimate the required amount of strengthening. The required thickness can be estimated for various splice lengths, which can be normalised by the diameter of longitudinal bars, db (ls/db).The results are shown in the form of tables. Moreover, plots of the required confined material thickness for various values of lap splice lengths normalised by diameter of longitudinal bars, are exported. In Chapter 6, comparisons are provided in order to illustrate the models’ behaviour. Additionally, the influence of some significant parameters are determined. Finally, Chapter 7 summarizes the most important conclusions of the investigation carried out by the present project.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Christodoulou(civ).pdf3.6 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.