- / -

Μια βάση 621 πειραμάτων τοιχωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος χρησιμοποιήθηκαν να ελεγχθούν παλαιά προσομοιώματα για τον υπολογισμό της αντοχής και της ικανότητας παραμόρφωσης του τοιχώματος υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, και να αναπτυχθούν νέα. Βάσει του τρόπου αστοχίας που παρατηρήθηκε στο πείραμα, τα τοιχώματα κατηγοριοποιήθηκαν σε αυτά που αστόχησαν σε κάμψη, σε λοξό εφελκυσμό και σε λοξή θλίψη, ή σε ολίσθηση στη βάση. Τα παλαιότερα προσομοιώματα που ελέχθηκαν περιλαμβάνουν προσομοιώματα των Biskinis and Fardis [2010] και έχουν υιοθετηθεί στον Eurocode 8-Part 3 και/ή στον MC2010 για τον υπολογισμό της (α) καμπτικής αντοχής, (β) της διατμητικής αντοχής υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση μετά την καμπτική διαρροή (με εξάρτηση από τις ανελαστικές παραμορφώσεις) και (γ) την ικανότητα παραμόρφωσης (γωνία στροφής χορδής) στην καμπτική αστοχία. Τοιχώματα με λόγο διάτμησης μικρότερο του 1.2 εξετάζονται ξεχωριστά, καθώς η διατμητική τους αστοχία απαιτεί διαφορετικά προσομοιώματα: σχολιάζονται παλαιά προσομοιώματα και προτείνεται ένα νέο προσαρμοσμένο στα 130 τοιχώματα χαμηλού λόγου διάτμησης που δοκιμάστηκαν υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Ελέγχονται παλαιά προσομοιώματα για τον υπολογισμό της διατμητικής αντοχής σε ολίσθηση και προτείνεται ένα νέο προσαρμοσμένο στα 29 πειράματα τοιχωμάτων με αυτόν τον τρόπο αστοχίας: ένα νέο προσομοίωμα προτείνεται για την πιθανότητα μη-ελεγχόμενης ολίσθησης σε ένα κύκλο φόρτισης-αποφόρτισης όταν η ρωγμή είναι “διαμπερώς” ανοιχτή και μόνον η δράση βλήτρου του ακόμα ελαστικού διαμήκους οπλισμού παραλαμβάνει την τέμνουσα στη διατομή. Εκτός από την καλή συμφωνία της προβλεπόμενης διατμητικής αντοχής και/ή την ικανότητα παραμόρφωσης υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, η πρόβλεψη του πιθανότερου τρόπου αστοχίας της βάσης είναι επίσης ικανοποιητική. / A database of 621 cyclic tests of RC walls is utilized to evaluate past models for the cyclic strength and deformation capacity of the wall and to develop/calibrate new ones. From the observed damage the failure mode is classified as in flexure, diagonal tension or compression before or after flexural yielding, or in sliding shear. Past models which are evaluated based on the test results include models proposed Biskinis and Fardis [2010] and adopted in Eurocode 8-Part 3 and/or MC2010 for the (a) flexural strength, (b) the cyclic shear strength after flexural yielding (as affected by the imposed ductility demand) and (c) the cyclic chord rotation capacity in flexure. Walls with height-to-length ratio less than 1.2 are considered separately, as their shear failure requires different models: past models are commented and a new one proposed and calibrated on the basis of 130 cyclic tests of squat walls. Past models for sliding shear strength are evaluated and modified on the basis of 29 cyclic tests with that failure mode: a new model is proposed for the possibility of uncontrolled sliding during a load reversal at a point in time when the flexural crack at the base is open throughout the section and only dowel action of the still elastic vertical bars is available to resist the shear force. Besides the good agreement of the predicted cyclic strength and/or deformation capacity per failure mode, the prediction of the most likely mode in the tests of the database is also satisfactory.

Το ζήτημα της σταδιακής κατάρρευσης ήρθε στο προσκήνιο με την κατάρρευση του κτηρίου Ronan Point Apartment Building στο Ηνωμένο Βασίλειο, το 1968. Με αφορμή το γεγονός αυτό, σχεδόν το σύνολο των κανονισμών οπλισμένου σκυροδέματος ανά τον κόσμο απέκτησε διατάξεις σχετικά με την προστασία κατασκευών από σταδιακή κατάρρευση. Στα πλαίσια αυτού, εξετάζονται δύο διατάξεις πλακολωρίδας δύο ανοιγμάτων υπό το σενάριο της κατάρρευσης της ακραίας στήριξης. Η πρώτη διάταξη είναι οπλισμένη κατά τα συνήθη πρότυπα, ενώ η δεύτερη περιλαμβάνει επιπλέον οπλισμό στο άνω πέλμα των ανοιγμάτων. Οι αναλύσεις διεξάγονται σε περιβάλλον πεπερασμένων στοιχείων ANSYS και συγκρίνονται με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα. Συμπεραίνεται ότι οι συνήθεις πλάκες δεν έχουν την δυνατότητα ανάπτυξης μεγάλων μετατοπίσεων και ότι η προσθήκη οπλισμού στο άνω πέλμα των ανοιγμάτων των πλακών προσδίδει σε αυτές την απαραίτητη πλαστιμότητα, ώστε να μπορούν να αναπτύξουν μεγάλεις μετακινήσεις και να αναπτύσσονται δυνάμεις ελκυστήρα. / The issue of progressive collapse came to the foreground with the collapse of the Ronan Point Building in the UK, in 1968. In response to this event, most reinforced concrete codes around the work integrated regulations in regard to protection of buildings against progressive collapse. Two two-span slab assemblies are analysed for the collapse of the outer support. The first assembly is reinforce according to the common practice, while the second has added reinforced to the top end of the spans. The analyses are performed with ANSYS and compared with experimental results. It is concluded that commonly reinforced slabs do not have the ability to withstand large deflections. Additional top end reinforcement gives slabs the necessary plasticity in order for large deflections to be developed and tension (tie) forces to build up in the section.

- / -

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας παραμενόντων τύπων (καλούπια) από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα, ως εφελκυόμενος οπλισμός στην κατασκευή σύμμικτων πλακών. Τα ινοπλέγματα δύο διευθύνσεων ως νέα σύνθετα υλικά αποτελούν πρόκληση στον τομέα των κατασκευών και η βαθύτερη γνώση τους, εφαλτήριο στην προσπάθεια κατάκτησης νέων τεχνικών και τεχνολογιών. Για το λόγο αυτό, κατασκευάστηκαν έξι παραμένοντες τύποι από ινοπλέγματα σε ανόργανες μήτρες (IAM) πιο γνωστά στη διεθνή ορολογία με τον όρο Textile Reinforced Concrete, που στη συνέχεια σκυροδετήθηκαν σε σύμμικτα στοιχεία. Παράλληλα, δημιουργήθηκε πρόγραμμα ανάλυσης διατομής των σύμμικτων αυτών στοιχείων, με σκοπό την επαλήθευση πειραματικών και αναλυτικών τιμών. Στο πρώτο κεφάλαιο της πτυχιακής εργασίας γίνεται μια εισαγωγή στον τομέα των σύνθετων υλικών, όπου παρουσιάζονται τα ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας, πιο γνωστά στη διεθνή ορολογία με τον όρο TRC. Αναλύονται επίσης τα χαρακτηριστικά των επιμέρους υλικών των TRC, δηλαδή τα πλέγματα ινών και το κονίαμα που τα περιβάλλει, γνωστό με τον όρο ανόργανη μήτρα. Τέλος, προβάλλονται μια πληθώρα εφαρμογών των ΙΑΜ (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας) με χρήση φωτογραφικού υλικού. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται όλη η πορεία κατασκευής των σύμμικτων στοιχείων μέσα από σχέδια και φωτογραφικό υλικό. Στην παρούσα εργασία κατασκευάστηκαν τελικά 6 σύμμικτες πλακολωρίδες διαστάσεων 330mm x 150mm , 1 σύμμικτη πλακολωρίδα διαστάσεων 330mm x100mm και 1 σύμμικτη πλάκα διατομής 1000mm x160mm. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση της πειραματικής διάταξης στο εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών, για κάμψη τεσσάρων σημείων, μίας διεύθυνσης, όπου τα δοκίμια τοποθετήθηκαν στην υδραυλική πρέσα, ενώ χρήση αισθητήρων θα υπολόγιζε σχετική ολίσθηση μεταξύ τσιμεντότυπων και σκυροδέματος πλήρωσης. Τέλος εφαρμόστηκαν και αισθητήρες μεταβλητής αντίστασης για τον υπολογισμό του βέλους κάμψης των σύμμικτων στοιχείων. Ακολουθεί το τέταρτο κεφάλαιο όπου παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της ανάλυσης διατομής των σύμμικτων στοιχείων, με την εξαγωγή εξισώσεων ισορροπίας και τελικά την κατασκευή του προγράμματος CSS (=Cross Section Solver). Κατόπιν, παρουσιάζεται το CSS στον αναγνώστη, ενώ με τη χρήση γραφικού περιβάλλοντος (GUI) καθίσταται εύχρηστο στον χρήστη. Στο επόμενο και πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση των σύμμικτων στοιχείων με χρήση του προγράμματος CSS, παρουσιάζονται οι καμπύλες φορτίου-μετατόπισης (βύθισης) και τέλος αναλύονται τα προκύπτοντα αποτελέσματα. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνονται παραμετρικές αναλύσεις ξανά με χρήση του προγράμματος CSS, με σκοπό τη βαθύτερη κατανόηση για το πώς πιθανώς επηρεάζουν διάφοροι παράμετροι την συμπεριφορά των δοκιμίων. Γενικά, η νέα τεχνική χρήσης ινοπλεγμάτων σε ανόργανες μήτρες ως παραμένοντες τύποι σε σύμμικτες πλάκες είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική, μας προσφέρει ικανοποιητικό φορτίο αστοχίας, ενώ παράλληλα εξασφαλίζει υψηλότερες ταχύτητες δόμησης άρα και οικονομικά οφέλη, ενώ δεν απαιτούνται χρόνος και εργατικό δυναμικό για τη συναρμογή των παραδοσιακών ξυλότυπων ή μεταλλότυπων. / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη λογισμικού για τον υπολογισμό της φέρουσας ικανότητας σύμμικτου στοιχείου ΙΑΜ-ΟΣ (Ινοπλέγματος Ανόργανης Μήτρας-Οπλισμένου Σκυροδέματος) τύπου πλακολωρίδας. Η ανάπτυξη του λογισμικού έγινε αρχικά στην DIGITAL Visual Fortran v6.0 και στην συνέχεια μεταγλωττίστηκε σε Microsoft Visual Basic 6.0. Η εργασία αποτελείται από πέντε(5) κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται γενικές πληροφορίες για τα Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας, για την συνάφεια, την μηχανική τους συμπεριφορά, την αντοχή στον χρόνο και στην φωτιά καθώς και παραδείγματα χρήσης τους σε διάφορες εφαρμογές. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικότερα είδη ινών που χρησιμοποιούνται σήμερα καθώς και οι ιδιότητες τους. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά ο αλγόριθμος του προγράμματος και πιο ειδικά οι βρόγχοι υπολογισμού των ροπών διαρροής και αστοχίας καθώς και ο υπολογισμός της βύθισης. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η χρήση του προγράμματος, παραθέτοντας εικόνες από το γραφικό του περιβάλλον. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται διάφορες εφαρμογές που έγιναν με χρήση του λογισμικού παράλληλα με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα. Στο τέλος κάθε εφαρμογής εξάγονται συμπεράσματα για κάθε ένα από τα αποτελέσματα. Από την εργασία προκύπτει ότι υπάρχουν ακόμα μεγάλα περιθώρια εμπλουτισμού του λογισμικού με περισσότερα στοιχεία. Αυτά μπορεί να αφορούν τα χρησιμοποιούμενα υλικά (π.χ. να χρησιμοποιεί το πρόγραμμα περισσότερες πληροφορίες που να περιγράφουν τα ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας), τους βρόγχους υπολογισμού των εσωτερικών δυνάμεων iii και ροπών (να είναι πιο ακριβής) , αλλά και την επίλυση πιο σύνθετων δομικών στοιχείων όπως είναι η πλάκα. / This project is about designing a program which calculates the bearing ability of a plate.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την καμπτική ενίσχυση δοκών οπλισμένου σκυροδέματος με στρώσεις σκυροδέματος στο εφελκυόμενο ή στο θλιβόμενο πέλμα τους. Ιδιαίτερα ασχολείται με τον προσδιορισμό της ολίσθησης στη διεπιφάνεια τους. Συγκεκριμένα στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση για τις διεπιφάνειες σκυροδέματος. Παρουσιάζονται όλα τα προσομοιώματα που προτείνονται είτε σε Κανονισμούς, είτε από διάφορους ερευνητές, για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής της διεπιφάνειας, καθώς και για τον προσδιορισμό της σχέσης διατμητικής τάσης – ολίσθησης στη διεπιφάνεια σκυροδέματος. Στο 2ο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται βιβλιογραφική ανασκόπηση για τις διεπιφάνειες σκυροδέματος με χάλυβα ή σύνθετα υλικά, σε σύμμικτες κατασκευές και σε μέλη ενισχυμένα με ελάσματα χάλυβα ή από ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ), καθώς και πειραματικά αποτελέσματα κατανομής ολίσθησης σε διεπιφάνεια δοκών οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένες με στρώση σκυροδέματος. Στο 3ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η πειραματική διερεύνηση δοκών οπλισμένου σκυροδέματος (Ο.Σ.) ενισχυμένων με στρώσεις σκυροδέματος. Εξετάστηκαν δύο ομάδες δοκιμίων. Στην πρώτη ομάδα εξετάστηκαν τέσσερα πρισματικά δοκίμια σκυροδέματος που ενισχύθηκαν με στρώση σκυροδέματος και στη συνέχεια δοκιμάστηκαν με φόρτιση τριών σημείων. Η δεύτερη ομάδα αναφέρεται σε πέντε δοκούς Ο.Σ. ενισχυμένες επίσης με στρώση σκυροδέματος, καθώς και σε αντίστοιχες μονολιθικές δοκούς που όλες δοκιμάστηκαν με φόρτιση τεσσάρων σημείων. Σε όλα τα δοκίμια και των δύο ομάδων μετρήθηκε η αντοχή τους καθώς και η ολίσθηση στη διεπιφάνεια τους. Στο 4ο Κεφάλαιο προτείνεται αναλυτική διαδικασία για τον υπολογισμό της ολίσθησης στη διεπιφάνεια σκυροδέματος και η εφαρμογή της στα πειραματικά δοκίμια που παρουσιάστηκαν στο Κεφάλαιο 3 καθώς και σε κάποια άλλα δοκίμια της βιβλιογραφίας που παρουσιάστηκαν στο 1ο Κεφάλαιο. Το 5ο Κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, εξετάζει την επιρροή της συστολής ξήρανσης στο μέγεθος της ολίσθησης. Στο κεφάλαιο αυτό, παρουσιάζονται πειραματικές μετρήσεις της παραμόρφωσης και ολίσθησης λόγω συστολής ξήρανσης στα δοκίμια και των δύο ομάδων πειραματικών δοκιμίων που παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 3 και προτείνεται αναλυτικός τρόπος υπολογισμού της ολίσθησης και της διατμητικής τάσης στη διεπιφάνεια, συνυπολογίζοντας την επιρροή της συστολής ξήρανσης. Τέλος, παρουσιάζονται τα συνολικά συμπεράσματα που προέκυψαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, καθώς και προτάσεις για μελλοντική έρευνα. / The present thesis concerns the flexural strengthening of reinforced concrete (RC) beams by placing a new concrete layer on their compressive or tensile side. The main objective of the thesis is to evaluate interface slip. The first chapter is a literature review on concrete interfaces. Theoretical models, suggested by design codes or other researchers, for the calculation of the shear resistance and the relationship between the shear stress and the slip at the interface are presented. Moreover, experimental results for the shear stress against slip relationship at the concrete interface are given. The second chapter presents a literature review on the shear stress and slip distribution at concrete to steel or concrete to fibre reinforced polymer (FRP) interfaces. Theoretical and experimental results for the value of shear stress at the interface of concrete beams strengthened with steel or FRP plates and shear stress and slip distribution at the interface of composite steel and concrete beams are presented. The third chapter concerns an experimental investigation of RC beams strengthened with concrete layers. Two types of specimens are examined. The first group are prismatic RC specimens strengthened with a concrete layer and tested by three point bending. The second group contains 10 RC beams. Five are strengthened with a concrete layer on their compressive or tensile side, four are respective monolithic specimens and the final one is a control beam without any strengthening. These beams are tested under four point bending. In all tests, for both groups of specimens, load against deflection curves are determined and the slip along the interface is measured. An analytical evaluation of the slip at the interface of RC beams strengthened with concrete layers and the verification of the method comparing the analytical results with respective experimental results presented in Chapters one and three is presented in Chapter four. The shrinkage effect on interface slip and shear stress is examined in Chapter five. Experimental measurements of shrinkage strains and slip on specimens of both experimental groups presented in Chapter three are presented. An analytical evaluation of the extra slip and shear stress at the interface caused by shrinkage effect is also suggested. Finally, all results of the thesis and suggestions for future work are given.

Η παρούσα Διατριβή Διπλώματος Ειδίκευσης πραγματεύεται το ζήτημα της καμπτικής ενίσχυσης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος υφισταμένων κατασκευών. Συγκεκριμένα, διερευνάται η αποτελεσματικότητα μίας νέας μεθόδου ενίσχυσης, η οποία συνίσταται στην επικόλληση υφάσματος ινοπλισμένων πολυμερών στις παρειές του μέλους, η αγκύρωση του οποίου πέραν της κρίσιμης διατομής εξασφαλίζεται με χρήση αγκυρίων μορφής θυσάνου ινών άνθρακα. Επιπλέον, και εξωτερικά των αγκυρίων, εφαρμόζεται τοπικός μανδύας συνθέτων υλικών. Για το σκοπό αυτό, διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών συνολικά πέντε πειραματικές δοκιμές επί υποστυλωμάτων πλήρους κλίμακας. Τα χρησιμοποιηθέντα δοκίμια ήταν υποστυλώματα τετραγωνικής διατομής τύπου προβόλου, με ύψος ίσο με το μισό ύψος τυπικού ορόφου, σχεδιασμένα με ανεπαρκείς λεπτομέρειες όπλισης. Ένα εξ αυτών ενισχύθηκε με τοπικό μανδύα στον πόδα του και υπεβλήθη σε δοκιμή ανακυκλιζόμενης πλευρικής μετακίνησης της κορυφής του, με ταυτόχρονη επιβολή σταθερού θλιπτικού αξονικού φορτίου. Στην ίδια ιστορία φόρτισης υπεβλήθησαν τρία ακόμα δοκίμια, ενισχυμένα σύμφωνα με την υπό διερεύνηση μέθοδο, μελετώντας την επιρροή του αριθμού των εφαρμοσθέντων αγκυρίων και της συνολικής ποσότητας των ινών τους στην αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Τέλος, ένα δοκίμιο υπεβλήθη σε μονοτονική φόρτιση αυξανομένης πλευρικής μετακίνησης με ταυτόχρονη επιβολή σταθερού θλιπτικού αξονικού φορτίου, με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της ανακύκλισης της φόρτισης στην αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Το σύνολο των χρησιμοποιηθέντων συνθέτων υλικών στο πειραματικό πρόγραμμα, συνίστατο από ίνες άνθρακα σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε επτά Κεφάλαια. Το πρώτο Κεφάλαιο αποτελεί την εισαγωγή της παρούσης διατριβής. Παρουσιάζονται οι λόγοι που καθιστούν αναγκαία την καμπτική ενίσχυση υποστυλωμάτων σημαντικού μέρους των υφισταμένων κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος, γίνεται σύντομη αναφορά στη χρήση των συνθέτων υλικών στο πεδίο των ενισχύσεων καθώς και στις μηχανικές ιδιότητες αυτών και τέλος γίνεται αναφορά στο αντικείμενο της παρούσης διατριβής. Στο δεύτερο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της υπό διερεύνηση μεθόδου ενίσχυσης. Στο τρίτο Κεφάλαιο, συνοψίζονται στοιχεία από τη διεθνή βιβλιογραφία, σχετικά με προγενέστερες έρευνες που έχουν λάβει χώρα και που έχουν άμεση σχέση με το αντικείμενο της παρούσης διατριβής. Στο τέταρτο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται το πειραματικό πρόγραμμα που έλαβε χώρα, προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της υπό διερεύνηση μεθόδου και η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων σε αυτήν. Στο πέμπτο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των διεξαχθέντων πειραματικών δοκιμών. Γίνεται παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων για το σύνολο των δοκιμίων, σε διαγραμματική κατά κανόνα μορφή. Ακολουθεί συγκριτική παρουσίαση της συμπεριφοράς αυτών. Επίσης, γίνεται προσπάθεια, μέσω των πειραματικών καταγραφών, εκτίμησης των μέσων παραμορφώσεων αστοχίας των χρησιμοποιηθέντων αγκυρίων. Στο έκτο Κεφάλαιο, παρουσιάζεται μια προσπάθεια εκτίμησης των μέσων παραμορφώσεων αστοχίας των χρησιμοποιηθέντων αγκυρίων, μέσω των καταγεγραμμένων κατά τις πειραματικές δοκιμές ροπών αντίστασής των δοκιμίων, κάνοντας χρήση ενός υπολογιστικού εργαλείου, το οποίο αναπτύχθηκε από τον ίδιο το συγγράφοντα για το σκοπό αυτό. Τα εξαγχθέντα συμπεράσματα, εν συνεχεία, αξιολογούνται βάσει των πειραματικών καταγραφών. Στο έβδομο Κεφάλαιο, τέλος, το οποίο αποτελεί και τον επίλογο της παρούσης διατριβής, παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα εξαγχθέντα συμπεράσματα και γίνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Μέσω των διεξαχθέντων πειραματικών δοκιμών και της επεξεργασίας των αποτελεσμάτων αυτών, κατέστη σαφές πως η υπό διερεύνηση μέθοδος καμπτικής ενίσχυσης υποστυλωμάτων είναι επαρκώς αποτελεσματική, ώστε να αποτελέσει βιώσιμη λύση στο πεδίο των ενισχύσεων, σε περιπτώσεις που απαιτείται αύξηση της καμπτικής αντοχής υποστυλωμάτων χωρίς παράλληλη απαίτηση αύξησης της ικανότητας παραμόρφωσης αυτών, κυρίως λόγω της ευκολίας εφαρμογής της. / This master thesis presents the results of an experimental program aiming to study the behavior of RC columns under simulated seismic loading, strengthened in flexure (of crucial importance in capacity design) using Carbon Composite Anchors. The role of different parameters is examined, mostly by comparison of the lateral load versus displacement response characteristics. With proper design, it seems that column strength enhancement does not develop at the expense of low deformation capacity.

Η παρούσα εργασία στοχεύει στην δημιουργία αξιόπιστων προσομοιωμάτων για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς υποστυλωμάτων ενισχυμένων με μανδύα και πρόσθετες στρώσεις από οπλισμένο σκυρόδεμα. Ειδικότερα στην εργασία διερευνάται η επιρροή της διεπιφάνειας παλαιού - νέου σκυροδέματος, η συστολή ξήρανσης του σκυροδέματος καθώς και η προφόρτιση των αρχικών υποστυλωμάτων στην συμπεριφορά των ενισχυμένων στοιχείων. Για την διερεύνηση της επιρροής του φαινομένου της δεσμευμένης συστολής ξήρανσης στην αντοχή του πρόσθετου σκυροδέματος ενίσχυσης, πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές. Στην συνέχεια και αφού ελέγχεται η αξιοπιστία των προσομοιωμάτων, αυτά χρησιμοποιούνται σε παραμετρική διερεύνηση με σκοπό την εξαγωγή συντελεστών μονολιθικότητας οι οποίοι συσχετίζουν την συμπεριφορά των ενισχυμένων στοιχείων με αυτή των αντίστοιχων μονολιθικών. Ο υπολογισμός αξιόπιστων τιμών για τους συντελεστές μονολιθικότητας έχει ιδιαίτερη σημασία για τον σχεδιασμό καθώς με την εφαρμογή τους μπορούν εύκολα να εκτιμηθούν τα χαρακτηριστικά των ενισχυμένων στοιχείων. Από την αριθμητική διερεύνηση που πραγματοποιήθηκε, βρέθηκαν οι κατάλληλες παραδοχές με χρήση των οποίων μπορεί να επιτευχθεί αξιόπιστη πρόβλεψη μονολιθικών αλλά και ενισχυμένων στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Ιδιαίτερη σημασία βρέθηκε να έχει το φαινόμενο της συστολής ξήρανσης του σκυροδέματος ο συνυπολογισμός του οποίου φαίνεται να αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για την προσομοίωση της συμπεριφοράς κυρίως των ενισχυμένων στοιχείων. Η προφόρτιση του αρχικού υποστυλώματος βρέθηκε να μην επηρεάζει σημαντικά τα αποτελέσματα και ο συνυπολογισμός του μπορεί να αγνοείται. Στα τελευταία κεφάλαια της Διατριβής προτείνονται τιμές για τους συντελεστές μονολιθικότητας ανάλογα με τον τύπο ενίσχυσης οι οποίες βρέθηκαν να επηρεάζονται από το αξονικό φορτίο και το πάχος του μανδύα ενίσχυσης. Μια συνοπτική παρουσίαση των περιεχομένων κάθε κεφαλαίου ακολουθεί στην συνέχεια. Το πρώτο Κεφάλαιο της εργασίας περιλαμβάνει την βιβλιογραφική ανασκόπηση του θέματος. Περιλαμβάνει ερευνητικές εργασίες που έχουν πραγματοποιηθεί σε ενισχυμένα στοιχεία με πρόσθετες στρώσεις και μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στην συνέχεια παρουσιάζονται προσομοιώματα που έχουν προταθεί για την συμπεριφορά της διεπιφάνειας παλαιού - νέου σκυροδέματος καθώς και διαδικασίες προσομοίωσης της συμπεριφοράς στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα με χρήση πεπερασμένων στοιχείων. Στο τέλος του Κεφαλαίου παρουσιάζεται μια ανασκόπηση για την ελεύθερη και την δεσμευμένη συστολή ξήρανσης σε στοιχεία σκυροδέματος. Το δεύτερο Κεφάλαιο περιλαμβάνει αρχικά μια αναλυτική προσέγγιση της επιρροής του φαινομένου της συστολής ξήρανσης σε ενισχυμένα στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα ενώ στην συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα πειραματικής διαδικασίας για την διερεύνηση της επιρροής της δεσμευμένης συστολής ξήρανσης στην συμπεριφορά των χαρακτηριστικών του σκυροδέματος. Τα αποτελέσματα αυτά χρησιμοποιούνται για την διερεύνηση της αξιοπιστίας της προσομοίωσης του φαινομένου της συστολής ξήρανσης. Στο τρίτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η προσομοίωση μονολιθικών και ενισχυμένων στοιχείων με χρήση του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων γενικής χρήσης, ΑΝSYS. Αρχικά εξετάζονται διαφορετικές διαδικασίες προσομοίωσης για την ολίσθηση μεταξύ χάλυβα και σκυροδέματος σε μονολιθικά στοιχεία ενώ στην συνέχεια εξετάζεται η προσομοίωση της διεπιφάνειας παλαιού - νέου σκυροδέματος. Στο τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η προσομοίωση μονολιθικών και ενισχυμένων στοιχείων με χρήση του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων ΑΤΕΝΑ το οποίο απευθύνεται αποκλειστικά στην προσομοίωση στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Με το συγκεκριμένο λογισμικό υπάρχει η δυνατότητα προσομοίωσης της συμπεριφοράς των στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα και μετά το μέγιστο της καμπύλης δύναμης μετατόπισης. Επιπλέον προσομοιώνεται και το φαινόμενο της συστολής ξήρανσης του σκυροδέματος. Στο πέμπτο Κεφάλαιο εξετάζεται η επιρροή της προφόρτισης και της συστολής ξήρανσης στην συμπεριφορά των ενισχυμένων στοιχείων. Στο έκτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται μια παραμετρική διερεύνηση της επιρροής του πάχους του μανδύα ενίσχυσης και της τιμής του αξονικού φορτίου για υποστυλώματα ενισχυμένα με μη συρρικνούμενο σκυρόδεμα. Στο έβδομο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα παραμετρικών αναλύσεων συνυπολογίζοντας το φαινόμενο της συστολής ξήρανσης του σκυροδέματος και υπολογίζονται συντελεστές μονολιθικότητας ανάλογα με το πάχος του μανδύα ενίσχυσης, τη τιμή του ανηγμένου αξονικού φορτίου καθώς και την αντοχή του σκυροδέματος του μανδύα. Στο όγδοο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν ενώ γίνονται και προτάσεις για μελλοντική έρευνα. / The main aim of the thesis is the development of reliable numerical models to simulate the behaviour of columns strengthened with reinforced concrete jackets or additional layers. Specifically in this work, the effect of concrete shrinkage and the preloading of the initial column are investigated. For the investigation of the concrete shrinkage effect on the strength of the concrete of the jacket, an experimental procedure is performed. The experimental results are used to validate the numerical models and numerical analyses are used to calculate monolithic coefficients that correlate the behaviour of strengthened specimens with respective monolithic specimens. Monolithic coefficient values are of main importance as they can be simply used to estimate the characteristics of strengthened elements. From the numerical investigation, appropriate simulation assumptions for the reliable prediction of the behaviour of monolithic and strengthened reinforced elements have been found. The concrete shrinkage effect was found to be of main importance for the reliable simulation of the monolithic and especially strengthened specimens. The preloading of the initial column was found to have a negligible effect on the behaviour of strengthened specimens. In the final chapters of the thesis, monolithic coefficient values are proposed depending on the type of the jacket, the axial load value and the thickness of the concrete jacket. A brief description of the contents of each chapter follows: The first chapter presents a literature review. Research work involving elements strengthened with additional layers or jackets is initially presented. Then, available proposed models for the behaviour of the interface between the old and the new concrete and assumptions for the simulation of reinforced concrete elements using the finite element method are presented. The end of the chapter concerns a literature review covering free and restrained concrete shrinkage. The second chapter begins by presenting an analytical approximation of the effect of concrete shrinkage in strengthened specimens. Next, experimental results are presented concerning the compressive strength of concrete elements under restrained concrete shrinkage. These results are then used to validate the simulation procedure of the concrete shrinkage effect. The simulation of monolithic and strengthened reinforced concrete elements using the general purpose finite element program ANSYS is presented in the third chapter. Different assumptions for the simulation of bond slip between the steel bars and the concrete and for the interface between the old and the new concrete are examined. In the fourth chapter, the simulation of monolithic and strengthened elements using finite element program ATENA is presented. This software specialises in the simulation of reinforced concrete elements and the behaviour of the elements can be predicted even in the post peak region of the load deflection curve. In addition, the concrete shrinkage effect is simulated. The effect of the preloading of the initial column and the concrete shrinkage on the behaviour of the strengthened specimens is investigated in the fifth chapter. The sixth chapter presents a parametric study concerning the effect of the thickness of the concrete jacket and the axial load value on the behaviour of columns strengthened with a non-shrink concrete. In the seventh chapter, a parametric study is presented for columns strengthened with a normal (subject to shrinkage) concrete and monolithic coefficient values are calculated for different values of the thickness of the jacket, the axial load and the strength of the concrete of the jacket. Conclusions of the thesis are presented in the eighth chapter together with proposals for future research.

Η ενίσχυση πλαισίων οπλισμένου σκυροδέματος με εμφάτνωση από οπλισμένο σκυρόδεμα αποτελεί μια συχνά χρησιμοποιούμενη και αποτελεσματική μέθοδο για την αύξηση της αντοχής και της δυσκαμψίας. Η πειραματική έρευνα μέχρι στιγμής δεν καλύπτει επαρκώς το πεδίο της ενίσχυσης πλαισίων με φάτνωμα από οπλισμένο σκυρόδεμα και αυτό γιατί έχει διεξαχθεί σε μονώροφα και διώροφα πλαίσια, με πάχος φατνώματος αρκετά μικρότερο από το πλάτος των μελών του υφιστάμενου πλαισίου. Αυτό αποτυπώνεται και στο γεγονός ότι ο Ευρωκώδικας 8 – Μέρος 3 δεν αναφέρεται καθόλου στην προσθήκη εμφατνωμένων τοιχωμάτων. Ο Κανονισμός Επεμβάσεων (Καν.Επε) αναφέρεται στη διαστασιολόγηση των τοιχωμάτων αυτών μόνο σε όρους δυνάμεων και δεν παρέχει μέσα για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών τους παραμορφώσεων και της δυσκαμψίας τους. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της απόκρισης πολυώροφων πλαισίων από οπλισμένο σκυρόδεμα, ενισχυόμενων με εμφατνούμενα τοιχώματα. Πραγματοποιήθηκαν υβριδικές δοκιμές σε τρία 4-όροφα πλαίσια οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένα με φάτνωμα οπλισμένου σκυροδέματος κλίμακας 1:¾. Παράμετροι διερεύνησης αποτελούν τόσο ο οπλισμός του φατνώματος όσο και η σύνδεση του με το περιβάλλον πλαίσιο, για αυτό τον λόγο εξετάζονται δύο τρόποι σύνδεσης του πλαισίου με το φάτνωμα. Από τα πειραματικά αποτελέσματα προκύπτει ότι η σύνδεση για αμφότερους τους τύπους που εξετάστηκαν οδηγεί σε μονολιθική συμπεριφορά του φατνώματος με τα μέλη του περιβάλλοντος πλαισίου. Για την πιστοποίηση των συμπερασμάτων ακολούθησε εκτεταμένη προσπάθεια εκτέλεσης μη-γραμμικών δυναμικών αναλύσεων της απόκρισης των δοκιμίων χρησιμοποιώντας προσομοιώματα αυξανόμενου βαθμού λεπτομέρειας. Η σύγκριση των πειραμάτικών αποτελεσμάτων με εκείνα τον αναλύσεων έδειξαν ικανοποιητική σύγκλιση. Τέλος, με βάση τα παραπάνω προκύπτει ότι οι ιδιότητες του σύνθετου τοιχώματος μπορούν να υπολογιστούν με όσα ισχύουν κατά Καν.Επε. για μονολιθικό τοίχωμα, εφόσον υιοθετηθούν κατάλληλες παραδοχές. / The construction of reinforced concrete infills is a very effective method for retrofitting multi – storey reinforced concrete buildings. The experimental research to date has conducted only at one or two storey specimens with infill thickness considerably smaller than the width of the members of the existing frame. Because of this lack of knowledge, Eurocode 8 - Part 3 does not cover this technique. The Greek code for Structural Interventions (Kan.Epe.) refers to the dimensioning of these walls only in terms of forces and does not provide means for calculating deformation at yielding and ultimate. The purpose of this study is to investigate the response of multi-storey reinforced concrete frames, retrofitted with reinforced concrete infill walls. Three 4-storey reinforced concrete frames infilled with reinforced concrete were tested at 75%-scale via the hybrid testing method. Parameters of investigation are both the reinforcement of the infill and the connection between the surrounding frame and the infill. Two types of connection were examined. The experimental results show that both connection options lead to a close to monolithic behavior of the specimens and to a favourable flexure-controlled energy absorbing mechanism. From the experimental results deformations characteristics at yielding and ultimate were calculated. The magnitude of these deformations are in good agreement with those predicted for a monolithic wall according to Eurocode 8 and Kan.Epe, if one takes into account the reduced fixed end rotation of the wall at the base of each floor due to the epoxy–grouting of the dowels into the frame members. To verify these conclusions nonlinear dynamic analyses were performed with increasing level of detailing. The comparison of experimental results with those of the analysis showed satisfactory convergence.