Εναλλακτικές μέθοδοι μη-συμβατικής όπλισης στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα για τη βελτίωση της συμπεριφοράς τους υπό μονότονη και ανακυκλιζόμενη φόρτιση, συνεκτιμώντας την εφελκυστική δυστένεια του σκυροδέματος
Authors: Κυτίνου Βιολέττα 
Published: September 2021

Η προσθήκη χαλύβδινων ινών ως οπλισμός μάζας του σκυροδέματος θεωρείται μία μη συμβατική μέθοδος όπλισης που χρησιμοποιείται για να βελτιώσει τη συμπεριφορά του υλικού κυρίως μετά τη ρηγμάτωση. Το σύνθετο υλικό που προκύπτει από την προσθήκη των ινών ονομάζεται ινοσκυρόδεμα ή ινοπλισμένο σκυρόδεμα. Παρά την πολυετή και πολυπληθή έρευνα σε διάφορους τύπους ινών και δομικών στοιχείων, δεν εφαρμόζεται ευρέως στις κατασκευές. Αυτό οφείλεται αφ’ ενός στην έλλειψη ολοκληρωμένων γνώσεων σχετικά με την απόκριση του υλικού έναντι σεισμικών δράσεων και αφ’ ετέρου στην απουσία ενός κοινά αποδεκτού προσομοιώματος που να περιγράφει επιτυχώς τη συνολική συμπεριφορά δομικών στοιχείων ινοσκυροδέματος με συμβατικούς οπλισμούς. Η παρούσα διδακτορική διατριβή περιλαμβάνει μια αναλυτική, αριθμητική και πειραματική διερεύνηση που πραγματεύεται τα ανωτέρω ζητήματα. Στο πλαίσιο αυτό προτείνεται ένα νέο καταστατικό προσομοίωμα για τη συνολική συμπεριφορά στοιχείων ινοπλισμένου σκυροδέματος με συμβατικούς χαλύβδινους οπλισμούς υπό μονότονη και εναλλασσόμενη φόρτιση λαμβάνοντας υπόψη τη μη γραμμικότητα του ινοσκυροδέματος υπό θλίψη και εφελκυσμό. Ειδικότερα, η συμπεριφορά του ινοσκυροδέματος υπό εφελκυσμό βασίζεται στη θεώρηση της διανεμημένης ρηγμάτωσης και οι καταστατικές σχέσεις που αναπτύσσονται έχουν τη μορφή τάσης – εύρους ρωγμής με φθίνοντα κλάδο συνεκτιμόντας την εφελκυστική δυστένεια του ινοσκυροδέματος. Πειραματικά αποτελέσματα δοκιμών υπό άμεσο αξονικό εφελκυσμό που υλοποιήθηκαν σε στοιχεία μορφής “I” από ινοπλισμένο σκυρόδεμα τεκμηριώνουν το προτεινόμενο μοντέλο. Επιπλέον, αναπτύσσεται ένα τριδιάστατο μη γραμμικό αριθμητικό μοντέλο ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων το οποίο λαμβάνει υπόψη τις προτεινόμενες καταστατικές σχέσεις του ινοσκυροδέματος και παρέχει αξιόπιστα αποτελέσματα για τη συνολική απόκριση στοιχείων ινοπλισμένου σκυροδέματος με καμπτική ή διατμητική συμπεριφορά υπό μονότονη και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Συγκεκριμένα, για την επαλήθευση του προσομοιώματος υπό μονότονη φόρτιση επιλέχθηκαν από τη βιβλιογραφία δοκοί ινοπλισμένου σκυροδέματος με συμβατικούς οπλισμούς που είχαν υποβληθεί σε πειραματικές δοκιμές μονότονης φόρτισης τεσσάρων σημείων. Περαιτέρω, με σκοπό την επαλήθευση του προτεινόμενου μοντέλου υπό εναλλασσόμενη φόρτιση και τη μελέτη της επιρροής των ινών στη στιβαρότητα, την αντοχή, την ικανότητα παραμόρφωσης και τη μορφή της ρηγμάτωσης στοιχείων υπό εναλλασσόμενη φόρτιση πραγματοποιήθηκε μία σειρά πειραματικών δοκιμών. Το πειραματικό πρόγραμμα περιλαμβάνει καμπτικές και διατμητικές δοκούς με διαφορετικά γεωμετρικά ποσοστά διαμήκη οπλισμού (0.55% και 1.0%), κλειστών συνδετήρων (από 0 έως 0.5%) και διαφορετικά ογκομετρικά ποσοστά χαλύβδινων ινών (από 0.5 έως 3%). Η σύγκριση μεταξύ αριθμητικών και πειραματικών αποτελεσμάτων έδειξε ότι το προτεινόμενο μοντέλο είναι αξιόπιστο και προβλέπει με ικανοποιητική ακρίβεια την υστερητική απόκριση δοκών ινοπλισμένου σκυροδέματος υπό μονότονη και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Το μοντέλο καταγράφει επιτυχώς κρίσιμες πτυχές της συνολικής συμπεριφοράς, όπως η περιβάλλουσα ροπών - καμπυλοτήτων, ο υστερητικός βρόγχος και η επιρροή ινών στη μορφή ρηγμάτωσης και αστοχίας. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα συμπεραίνεται επίσης ότι η αύξηση της περιεκτικότητας των ινών στο μείγμα βελτιώνει σημαντικά την απόκριση των δοκών υπό εναλλασσόμενη φόρτιση. Δοκοί με μεγαλύτερα ποσοστά ινών παρουσίασαν αυξημένη πλαστιμότητα, μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας και περιορισμένη ρηγμάτωση.