Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς διατάξεων ενίσχυσης πλακοδοκών (Τ-δοκοί) οπλισμένου σκυροδέματος, σε τέμνουσα δύναμη με χρήση πλεγμάτων συνεχών ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0°/90°, σε ανόργανη μήτρα κονιάματος με βάση το τσιμέντο (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας). Η διεξαγωγή των πειραματικών δοκιμών γίνεται σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση σταθερού βήματος (κύκλοι φόρτισης). Ζητούμενο της πειραματικής διαδικασίας είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας ανοικτών μανδύων από ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα στην αύξηση της ικανότητας ανάληψης τέμνουσας δύναμης από το στοιχείο. Ειδικότερα, διερευνάται η σχέση του αριθμού των στρώσεων σε μια πιθανή αύξηση καθώς και η τυχόν ευεργετική επίδραση μίας ειδικής τεχνικής για την αγκύρωση των άκρων του μανδύα. Η εξεταζόμενη τεχνική αγκύρωσης αποτελείται από καμπύλα μεταλλικά ελάσματα, μικρού σχετικά πάχους, που τοποθετούνται στα άκρα του μανδύα συγκρατώντας τον, ενώ μηχανικά αγκύρια αναλαμβάνουν να μεταφέρουν τις αναπτυσσόμενες δυνάμεις στη θλιβόμενη ζώνη του στοιχείου, στην πλάκα της δοκού. Από τις πειραματικές δοκιμές εξήχθησαν σημαντικά αποτελέσματα αναφορικά με την αποτελεσματικότητα της μελετηθείσας τεχνικής ενίσχυσης σε τέμνουσα δύναμη πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με χρήση ινοπλεγματών ανόργανης μήτρας (ΙΑΜ), αγκυρωμένων ή μη. / -

Στόχος της παρούσας διατριβής, είναι η κατά βάση πειραματική διερεύνηση της συμπεριφοράς διατάξεων ενίσχυσης πλακοδοκών Οπλισμένου Σκυροδέματος, έναντι τέμνουσας υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, με χρήση πλεγμάτων συνεχών ινών άνθρακα δύο διευθύνσεων 0°/90°, σε ανόργανη μήτρα κονιάματος με βάση το τσιμέντο (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας). Η τεχνική αυτή, αρχικά εφαρμόστηκε με την μορφή τρίπλευρου μανδύα ΙΑΜ μορφής U, με στόχο την διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των ανοιχτών μανδυών ΙΑΜ στην αύξηση της ικανότητας ανάληψης τέμνουσας δύναμης, καθώς και του ρόλου του αριθμού των στρώσεων στην εν λόγω πιθανή αύξηση. Στην συνέχεια, στην προσπάθεια αντιμετώπισης των αδυναμιών των «ανοιχτών» μανδυών, δηλαδή της συνήθους τεχνικής ενίσχυσης δοκών σε τέμνουσα, εφαρμόστηκε ειδική διάταξη αγκύρωσης των άκρων του μανδύα, αποτελούμενη από καμπύλα μεταλλικά ελάσματα που συγκρατούσαν τον μανδύα και μετέφεραν τις δυνάμεις μέσω μηχανικών αγκυρίων στην μάζα της πλάκας σκυροδέματος της δοκού. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα που εξήχθησαν, ήταν δυνατή η σύγκριση των παραπάνω διατάξεων ενίσχυσης και η εξαγωγή σημαντικών συμπερασμάτων για την πρωτοπόρα τεχνική ενίσχυσης σε τέμνουσα δύναμη πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με χρήση Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας. Σχετικά με τη δομή της διατριβής, αυτή αποτελείται από έξι Κεφάλαια τα οποία με την σειρά τους διαχωρίζονται σε κατάλληλες ενότητες, υποενότητες και παραγράφους. Συνοπτικά περιγράφεται παρακάτω το περιεχόμενο κάθε Κεφαλαίου. Στο πρώτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται μία εισαγωγή για την ανάγκη διατμητικής ενίσχυσης των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Παρουσιάζεται η γενική κατεύθυνση των σύγχρονων Αντισεισμικών Κανονισμών, με στόχο την κατανόηση της συμπεριφοράς της κατασκευής και των μελών της κατά την σεισμική διέγερση και τους λόγους που οδηγούν στην ανάγκη διατμητικής ενίσχυσης των δοκών οπλισμένου σκυροδέματος. Εν συνεχεία, πραγματοποιείται μια παρουσίαση των συμβατικών τεχνικών διατμητικής ενίσχυσης πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος με την εξέλιξή τους, καθώς και τις αδυναμίες που προκύπτουν, με βάση γενικά κριτήρια που ορίζει ο Κανονισμός Επεμβάσεων, οδηγώντας στην ανάγκη αναζήτησης νέας τεχνικής. Τέλος,τίθεται το πρόβλημα που εξετάζεται στην παρούσα διατριβή, με ανάλογη παρουσίαση της γενικής ιδέας των νέων διατάξεων ενίσχυσης που εξετάζονται. Στο δεύτερο Κεφάλαιο πραγματοποιείται μία παρουσίαση των Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας. Παρουσιάζονται πληροφορίες για τις ίνες που απαρτίζουν τα πλέγματα, τους τύπους των πλεγμάτων σύνθετων υλικών, τους τύπους ανόργανης μήτρας και τη συνάφεια μεταξύ πλεγμάτων και μητρικού υλικού. Στην συνέχεια, γίνεται αναφορά στις εφαρμογές των στοιχείων από Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα στις νέες κατασκευές, ενώ ακολουθεί βιβλιογραφική ανασκόπηση για τον (περιορισμένο) αριθμό ερευνητικών εργασιών που αφορούν την εφαρμογή Ινοπλεγμάτων σε Ανόργανη Μήτρα στο πεδίο των ενισχύσεων των κατασκευών, διαπιστώνοντας παράλληλα ότι τα ΙΑΜ δεν έχουν εφαρμοστεί μέχρι σήμερα στη μορφή τρίπλευρου μανδύα για την διατμητική ενίσχυση πλακοδοκών οπλισμένου σκυροδέματος. Τέλος, στην βιβλιογραφική ανασκόπηση προστίθενται δύο ερευνητικές εργασίες που παρουσιάζουν τεχνικές αγκύρωσης των άκρων τρίπλευρων μανδυών ινοπλισμένων πολυμερών, παρόμοιες με αυτή που εφαρμόσαμε στην παρούσα διατριβή. Στο τρίτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται λεπτομερής παρουσίαση της πειραματικής διαδικασίας που ακολουθήθηκε για την παρασκευή των δοκιμίων. Συγκεκριμένα, αρχικά παρουσιάζεται ο τρόπος που πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός των δοκιμίων, οι οπλισμοί που προέκυψαν, η γεωμετρία τους και οι παράμετροι που καλούμαστε να διερευνήσουμε. Στην συνέχεια, περιγράφεται η διαδικασία κατασκευής των δοκιμίων, η διαδικασία ενίσχυσής τους και η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε, με τελική αναφορά στα χρησιμοποιούμενα υλικά και τις ιδιότητές τους. Στο τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται όλα τα πειραματικά αποτελέσματα, με την μορφή διαγραμμάτων των πειραματικά μετρημένων μεγεθών, δηλαδή του φορτίου καταγραφής του εμβόλου και της σχετικής μετακίνησής του. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται αυτοτελώς για κάθε δοκίμιο, αλλά και συγκριτικά, ενώ ακολουθεί σχολιασμός και σύγκριση των αποτελεσμάτων.Τέλος, παρατίθενται τα διαγράμματα των πειραματικών μετρημένων μεγεθών των αισθητήρων, που είχαν επικολληθεί κάτω από το έμβολο, για λόγους πληρότητας και επιβεβαίωσης των αποτελεσμάτων του εμβόλου. Στο πέμπτο Κεφάλαιο, με τίτλο «Αποδοτικότητα διατάξεων ενίσχυσης», παρουσιάζεται αρχικά ο τρόπος ανάληψης τέμνουσας δύναμης από τα σύνθετα υλικά καιτο πρώτο προσομοίωμα που έχει προταθεί για τον υπολογισμό της συνεισφοράς των Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας στην ανάληψη τέμνουσας δύναμης. Ακολουθούν υπολογισμοί, μέσω των οποίων ποσοτικοποιείται η αποδοτικότητα κάθε διάταξης ενίσχυσης και επιχειρείται η κατανόηση των αδυναμιών που προκύπτουν από την εφαρμογή του προσομοιώματος . Τέλος, στο έκτο και τελευταίο Κεφάλαιο, πραγματοποιείται μία συνοπτική περίληψη του συνόλου της παρούσας διατριβής, με την παράθεση των βασικότερων συμπερασμάτων που προκύπτουν, ενώ γίνεται αναφορά σε προτάσεις για μελλοντική έρευνα, σχετικές με το αντικείμενο της παρούσας διατριβής. / --

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 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.

H αύξηση των περιβαλλοντικών, αισθητικών και λειτουργικών απαιτήσεων που πρέπει να πληρούν οι σύγχρονες κατασκευές Πολιτικού Μηχανικού, σε συνδυασμό με την απαίτηση για συμπίεση του κόστους του κύκλου ζωής τους, οδηγούν στην ανάγκη για τη διερεύνηση της εφαρμογής νέων υλικών και μεθόδων που θα εφαρμοσθούν στη κατασκευή των δομικών έργων. Στην κατεύθυνση αυτή κινούνται οι μέθοδοι κατασκευής δομικών στοιχείων με τη χρήση παραμενόντων τύπων. Η παρούσα Διατριβή πραγματεύεται, τόσο σε αναλυτικό όσο και σε πειραματικό επίπεδο, το σχεδιασμό επίπεδων στοιχείων Ο/Σ που παρασκευάζονται έναντι παραμενόντων τύπων παρασκευασμένων από σύνθετα υλικά τσιμεντοειδούς μήτρας και οπλισμένων με πλέγματα μη μεταλλικών ινών (Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα-ΙΑΜ). Η Διατριβή αναπτύσσει την διαδικασία σχεδιασμού που προορισμός της είναι να ενσωματωθεί σε έναν αλγόριθμο βέλτιστου σχεδιασμού για την επίτευξη σχεδιαστικών λύσεων που θα αντιστοιχούν στο ελάχιστο κόστος κατασκευής για το σύμμεικτο στοιχείο. Η διαδικασία σχεδιασμού τροφοδοτείται από ένα εκτενές πρόγραμμα πειραματικών δοκιμών. / The continuously raising demands for cost effective and environmental friendly concrete structures which should fulfill also high aesthetic design criteria, lead the Engineers to explore new construction methods and materials. The application of semi-prefabrication techniques, involving the use of participating Stay-in-Place formwork elements seems to be an attractive solution. The present dissertation deals with the experimental and analytical investigation of one-way concrete slabs cast over Stay-In-Place formwork elements produced from cementitious composite materials reinforced with textile structures from non-metallic continuous fibers (Textile Reinforced Concrete). In this dissertation a design procedure for Composite Reinforced Concrete (RC)/TRC one-way slabs is developed. For the development of the design procedure the results from an extensive experimental investigation campaign were exploited. The campaign focused on the mechanical behavior of RC/TRC composite slabs under four point bending. Also tests on the formwork elements under four point bending tests were carried out. Ahead of the bending tests, uniaxial tension tests on dumbbell TRC specimens were conducted in order to characterize this composite material. Finally, the design procedure was integrated on a Genetic Algorithm in order to achieve minimum-cost design solutions.