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. / -

An innovative strengthening technique is applied for the first time in this study to provide flexural strengthening in two-way reinforced concrete (RC) slabs supported on edge beams. The technique comprises external bonding of textiles on the tension face of RC slabs through the use of polymer-modified cement- based mortars. The textiles used in the experimental campaign comprised fabric meshes made of long stitch-bonded fibre rovings in two orthogonal directions. The specimens measured 2 x 2 m in plan and were supported on hinges at the corners. Three RC slabs strengthened by textile reinforced mortar (TRM) overlays and one control specimen were tested to failure. One specimen received one layer of carbon fibre textile, another one received two, whereas the third specimen was strengthened with three layers of glass fibre textile having the same axial rigidity (in both directions) with the single-layered carbon fibre textile. All specimens failed due to flexural punching. The load-carrying capacity of the strengthened slabs was increased by 26%, 53%, and 20% over that of the control specimen for slabs with one (carbon), two (carbon) and three (glass) textile layers, respectively. The strengthened slabs showed an increase in stiffness and energy absorption. The experimental results are compared with theoretical predictions based on existing models specifically developed for two-way slabs and the performance of the latter is evaluated. Based on the findings of this work the authors conclude that TRM overlays comprise a very promising solution for the strengthening of two-way RC slabs.

Στόχος της διατριβής αυτής είναι η διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς των στοιχείων ΙΑΜ (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας), η μελέτη της εφαρμογή τους για την ενίσχυση των κατασκευών και η χρήση τους με διάφορους άλλους τρόπους στο αντικείμενο του πολιτικού μηχανικού. Η εργασία αυτή αποτελεί μια συγκέντρωση ερευνών και μελετών που έχουν πραγματοποιηθεί κατά καιρούς και αφορούν τα βασικά στοιχεία των ΙΑΜ σε διάφορους τομείς. Πιο συγκεκριμένα η παρούσα εργασία αποτελείται από τα παρακάτω εννιά κεφάλαια: 1. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά στα υλικά από τα οποία αποτελούνται τα ΙΑΜ. Πιο συγκεκριμένα γίνεται αναφορά στις ίνες, όσον αφορά το είδος τους, καθώς και τις μεθόδους παραγωγής τους, αλλά και τις μεθόδους με τις οποίες οι κλώνοι ινών μετατρέπονται σε πλέγματα. Επίσης μελετούνται η μήτρα του σύνθετου υλικού, όπως και η παραγωγή των στοιχείων ΙΑΜ όταν πλέον έχουν παραχθεί τα επιμέρους υλικά του. 2. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετάται η ανθεκτικότητα, που παρουσιάζουν τα στοιχεία ΙΑΜ υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων, όπως είναι αυτοί του χρόνου, των υψηλών θερμοκρασιών, της υγρασίας κλπ. Στη μέση του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στην εφαρμογή προεμποτισμένων κλώνων ινών για την παραγωγή των ΙΑΜ. 3. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη συνάφεια ή αλλιώς στον δεσμό που δημιουργείται μεταξύ των ιδίων των ινών, των ινών με τη μήτρα κονιαμάτων και των στοιχείων ΙΑΜ με το σκυρόδεμα της κατασκευής που απαιτείται η ενίσχυση. Παράλληλα δίνονται τα προσομοιώματα του δεσμού- συνάφειας αλλά και οι δοκιμές, οι οποίες πραγματοποιούνται για τον έλεγχο των δεσμών αυτών. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στην επιρροή των συνθηκών του περιβάλλοντος, της προέντασης και του εμποτισμού των ινών στη συνάφεια μεταξύ ινών και μήτρας. 4. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρατίθεται η μηχανική συμπεριφορά των στοιχείων ΙΑΜ όπως έχει μελετηθεί από διάφορους ερευνητές κατά καιρούς, καθώς και οι παράγοντες που την επηρεάζουν. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα προσομοιώματα σχεδιασμού σε εφελκυσμό, κάμψη και διάτμηση. 5. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε μία καινούργια εφαρμογή των ΙΑΜ στις κατασκευές, αυτή της δημιουργίας προκατασκευασμένων στοιχείων. Στο κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνονται οι απαιτούμενες εξισώσεις σχεδιασμού καθώς και η μελέτη των πειραματικών δεδομένων που υπάρχουν, για τις περιπτώσεις υποστυλωμάτων και πλακολωρίδας. Τέλος παρουσιάζεται η συνάρτηση κόστους της παραγωγής παραμενόντων τύπων από ΙΑΜ. 6. Στο έκτο κεφάλαιο μελετάται η ενίσχυση των κατασκευών από σκυρόδεμα με την χρήση ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. Μέσα σε αυτό περιλαμβάνονται, οι μηχανισμοί αστοχίας του ενισχυμένου σκυροδέματος, η περίσφιγξη του με την συμπεριφορά της, καθώς και τα προσομοιώματα της, η ενίσχυση έναντι τέμνουσας, η σύγκριση τους με τα αντίστοιχα για την περίπτωση εφαρμογής ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ), καθώς και η εφαρμογή των ΙΑΜ για την ενίσχυση των πλακών. 7. Στο έβδομο κεφάλαιο μελετάται η ενίσχυση της τοιχοποιίας με την χρήση ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας, περιλαμβάνοντας τις καταπονήσεις από φορτίσεις κάμψης και διάτμησης εκτός και εντός επιπέδου. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται επίσης αναφορά στα συστήματα ενίσχυσης της, καθώς και στις περιπτώσεις ενίσχυσης ιστορικών κτιρίων αλλά και τόξων για την αύξηση της ανθεκτικότητας τους. Τέλος γίνεται μία σύγκριση των ΙΑΜ με τα ΙΟΠ βάση των πειραματικών μελετών που έχουν γίνει στην καταπόνηση τοιχίων. 8. Στο όγδοο κεφάλαιο δίνονται διάφορες εφαρμογές των στοιχείων ΙΑΜ, όσον αφορά το αντικείμενο των πολιτικών μηχανικών, κάποιες από τις οποίες έχουν σκοπό την κάλυψη επιφανειών, την προστασία του περιβάλλοντος, την μόνωση αλλά και την παραλαβή φορτίων. 9. Τέλος, στο ένατο κεφάλαιο γίνεται ο σχολιασμός και τα συμπεράσματα στα οποία καταλήγουμε από την μελέτη των ΙΑΜ σε όλα τα προηγούμενα κεφάλαια σε σύγκριση με τα στοιχεία από ΙΟΠ. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται πιθανά αντικείμενα για περαιτέρω μελλοντική έρευνα των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. / --

An innovative strengthening technique is applied for the first time in this study to provide flexural strengthening in two-way reinforced concrete (RC) slabs supported on edge beams. The technique comprises external bonding of textiles on the tension face of RC slabs through the use of polymer-modified cement- based mortars. The textiles used in the experimental campaign comprised fabric meshes made of long stitch-bonded fibre rovings in two orthogonal directions. The specimens measured 2 x 2 m in plan and were supported on hinges at the corners. Three RC slabs strengthened by textile reinforced mortar (TRM) overlays and one control specimen were tested to failure. One specimen received one layer of carbon fibre textile, another one received two, whereas the third specimen was strengthened with three layers of glass fibre textile having the same axial rigidity (in both directions) with the single-layered carbon fibre textile. All specimens failed due to flexural punching. The load-carrying capacity of the strengthened slabs was increased by 26%, 53%, and 20% over that of the control specimen for slabs with one (carbon), two (carbon) and three (glass) textile layers, respectively. The strengthened slabs showed an increase in stiffness and energy absorption. The experimental results are compared with theoretical predictions based on existing models specifically developed for two-way slabs and the performance of the latter is evaluated. Based on the findings of this work the authors conclude that TRM overlays comprise a very promising solution for the strengthening of two-way RC slabs.

Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής Διπλώματος Ειδίκευσης αποτελεί η πειραματική διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της περίσφιγξης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με μεγάλο λόγο πλευρών με μανδύες ινοπλισμένων πολυμερών και με μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα. Για το σκοπό αυτό διενεργήθηκε εκτενές πειραματικό πρόγραμμα στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε 18 υποστυλώματα υπό κλίμακα 3/5 ύψους 770 mm τα οποία χωρίστηκαν σε δύο ομάδες, ανάλογα με το λόγο των πλευρών τους (1η ομάδα: με λόγο πλευρών 1:3, 150×450mm, 2η ομάδα: με λόγο πλευρών 1:4, 150×600mm). Δύο από τα υποστυλώματα παρέμειναν χωρίς ενίσχυση και αποτέλεσαν τα δοκίμια αναφοράς για τα ενισχυμένα δοκίμια, τα οποία περισφίχθηκαν με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Τα συστήματα ενίσχυσης που χρησιμοποιήθηκαν περιελάμβαναν μανδύες ΙΟΠ ινών άνθρακα με μια, δύο ή τρεις στρώσεις, χωρίς ή με αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου καθώς και μανδύα με δύο στρώσεις περιμετρικά του δοκιμίου και μανδύα μορφής U και αγκύρια ινών. Επιπλέον, εξετάστηκαν και μανδύες με τέσσερεις στρώσεις ινοπλέγματος με ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα με και χωρίς αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου εμποτισμένων σε εποξειδική ρητίνη. Η παρούσα διατριβή αποτελείται από οχτώ κεφάλαια, κάθε ένα από τα οποία διαχωρίζεται σε κατάλληλες ενότητες, υποενότητες και παραγράφους. Στο πρώτο και δεύτερο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα σύνθετα υλικά με περιγραφή των επιμέρους συστατικών τους, των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων τους καθώς και των παραγόντων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά τους. Στο τρίτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται βιβλιογραφική ανασκόπηση για την περίσφιγξη υποστυλωμάτων, όπου αρχικά περιγράφονται συμβατικές τεχνικές ενίσχυσης που περιλαμβάνουν νέους μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος, μεταλλικά ελάσματα, μεταλλικούς μανδύες κλπ και στη συνέχεια περιγράφονται τεχνικές ενίσχυσης με σύνθετα υλικά. Περιγράφεται ο καταστατικός νόμος που διέπει τη συμπεριφορά του περισφιγμένου με μανδύες σύνθετων υλικών σκυροδέματος και παρουσιάζονται συνοπτικά πειραματικές μελέτες από τη διεθνή βιβλιογραφία που αφορούν τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου ενίσχυσης µε ΙΟΠ σε υποστυλώματα με μικρό και μεγάλο λόγο πλευρών. Τέλος, το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με συνοπτική αναφορά πειραματικών μελετών σε δοκίμια περισφιγμένα με μανδύες σε ανόργανη μήτρα. Στο τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων καθώς και οι παράμετροι που διερευνήθηκαν. Συγκεκριμένα, περιγράφονται όλα τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα διάφορα συστήματα ενίσχυσης που εφαρμόστηκαν καθώς και οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν από την προετοιμασία των δοκιμίων μέχρι την ενίσχυσής τους. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται μια σύντομη περιγραφή της πειραματικής διάταξης και του επιμέρους μηχανικού εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση των δοκιμών μονοαξονικής θλίψης. Στο πέμπτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται διεξοδικά τα αποτελέσματα όλων των δοκιμίων που συμμετείχαν στο πειραματικό πρόγραμμα. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται οι τρόποι αστοχίας των δοκιμίων συνοδεία φωτογραφικού υλικού και παρατίθενται οι καμπύλες τάσης – παραμόρφωσης τόσο για κάθε ένα ξεχωριστά όσο και συγκεντρωτικά για κάθε ομάδα. Στο έκτο Κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων όλων των πειραμάτων που διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών σε υποστυλώματα με λόγους πλευρών 1:3 και 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ προκειμένου να εξαχθούν γενικότερα συμπεράσματα πάνω στην επίδραση του υλικού της μήτρας, του αριθμού των στρώσεων και της ύπαρξης αγκυρίων στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης. Στο έβδομο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από ένα αναλυτικό προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη του μέγιστου θλιπτικού φορτίου και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων του αναλυτικού προσομοιώματος με τα πειραματικά δεδομένα και εξετάζεται κατά πόσο αυτό το προσομοίωμα μπορεί να χρησιμοποιείται για υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών, μετά από αλλαγή κάποιων παραμέτρων του. Στο όγδοο και τελευταίο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται συνοπτικά τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν αρχικά από την πειραματική διαδικασία και στη συνέχεια από τη χρήση του αναλυτικού προσομοιώματος. Τέλος, γίνονται και μερικές προτάσεις για περαιτέρω έρευνα πάνω σε υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών. / The present study investigates experimentally the effectiveness of the confinement of reinforced concrete (RC) columns with high aspect ratio (wall-like RC columns) retrofitted either with fiber-reinforced polymer (FRP) or with textile-reinforced mortars (TRM) jackets. For this purpose an extensive experimental program was conducted at the Structural Materials Laboratory of the Civil Engineering Department at the University of Patras. A total of 18 identical rectangular reinforced concrete columns were constructed in a scale of 3/5 and 770 mm height so that the slenderness effects could be eliminated and tested in uniaxial compression. The columns were separated in two groups according to their aspect ratio; the first group consisted of seven RC column specimens with cross section dimensions 150mm by 450mm and an aspect ratio equal to 3, and the second group consisted of eleven RC column specimens with cross section dimensions 150mm by 600mm and an aspect ratio equal to 4. To facilitate FRP and TRM wrapping, the four corners were chamfered with a radius equal to 20mm. A number of parameters were investigated such as the kind of the matrix material (organic and inorganic), the number of layers of the jackets (1, 2, 3 and 4), the role of different cross section aspect ratios (3 and 4), the effectiveness of spike anchors (resin-impregnated fiber rovings) and local strengthening with U shape jacketing placed at the smaller sides of the columns. The first chapter provides general information on FRP materials describing their individual components, their characteristic properties, the factors affecting their behavior as well as the basic techniques for their application. The second chapter describes the composite materials in inorganic matrix (TRM) and presents a comparison between the two composite material strengthening systems. In the third chapter a brief literature review is provided about the confinement of columns with conventional techniques (e.g. steel plating, steel jacketing, RC jacketing) as well as with composite materials. The constitutional law of confined concrete with jackets of composite materials is described. Furthermore some experimental studies from the international literature are presented concerning the effectiveness of the confinement with FRP jackets of columns with small and high aspect ratio. Finally, the chapter concludes with a brief reference to experimental studies on specimens confined with jackets in inorganic matrix (TRM jackets). The fourth chapter presents the procedure for constructing and retrofitting the specimens including the materials used (carbon fiber fabric and textile, carbon fiber spike anchors, epoxy resin, inorganic matrix) as well as the equipment used for uniaxial compression tests. In the fifth chapter the results for each specimen are given presenting their failure mode and the corresponding load - displacement curve. In the following chapter the results for each group are compared in order to establish general conclusions on the effect of the kind of the matrix material, the number of layers and the existence of FRP anchors in confinement of wall-like RC columns. The seventh chapter presents the results of an analytical model used to predict the maximum compressive load and the ultimate deformation of specimens confined with FRP or TRM jackets. A comparison between the experimental and the analytical results is made and it is examined whether this model can be used for columns with high aspect ratio after modifying some of the parameters. The eighth chapter summarises the most important conclusions of all investigations carried out by the present project for both the experimental procedure and the analytical model. Finally, some suggestions for further research on columns with high aspect ratio are listed.