Συμπεριφορά κατασκευών υπό τυχηματικές δράσεις και επισκευή με προηγμένα υλικά και τεχνολογίες
Authors: Μηνά Άννα 
Published: February 2022

Οι υφιστάμενες κατασκευές δεν είναι διαστασιολογημένες έναντι τυχηματικών δράσεων. Ο όρος τυχηματικές δράσεις αφορά φορτία από μη αναμενόμενο αίτιο όπως εκρήξεις, κρουστικά φορτία από βλήματα κτλ., τα οποία δεν προβλέπονται από τους υφιστάμενους κανονισμούς καθώς δεν έχει μελετηθεί πλήρως η σχετική απόκριση των δομικών υλικών. Η παρούσα έρευνα φιλοδοξεί να συμβάλει στην διασφάλιση της απαιτούμενης αντίστασης υφιστάμενων ή νέων κατασκευών έναντι κρουστικού φορτίου από πυροβόλο όπλο. Ειδικά σε περιπτώσεις κτηρίων μείζονος κοινωνικής σημασίας (πχ νοσοκομεία, καταφύγια, στρατόπεδα κτλ.), είναι επιβεβλημένη η προστασία έναντι της κρούσης από σφαίρα πυροβόλου όπλου.Αντικείμενο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αποτελεί η μελέτη του κρουστικού φορτίου από βλήμα πυροβόλου όπλου, η απόκριση των κατασκευών σε αυτές και η διερεύνηση/ βελτιστοποίηση των απαιτούμενων μηχανικών χαρακτηριστικών ενός Ινοπλισμένου Σκυροδέματος Υπερυψηλής Επιτελεστικότητας (UHPFRC) για την κατασκευή στοιχείων επικαλύψεως. Εξέταση των μιγμάτων UHPFRC έναντι κρούσης από πυροβόλο όπλο και η εύρεση μικρών διαστάσεων προκατασκευασμένων στοιχείων, στα οποία περιορίζεται ο θρυμματισμός και αποφεύγεται η διάτρηση, για την εφαρμογή σε νέες κατασκευές αλλά και σε υφιστάμενες ως υλικό ενίσχυσης. Πραγματοποιήθηκε εκτενής πειραματική διερεύνηση και μελετήθηκε η επιρροή παραμέτρων που αφορούν τη σύνθεση του εν λόγω υλικού, με στόχο την πλήρη περιγραφή των μηχανικών χαρακτηριστικών του και την επιλογή του βέλτιστου σχεδιασμού. Συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν συνθέσεις μιγμάτων UHPFRC με διαφοροποιήσεις στην ποσότητα του ρευστοποιητή, στην ποσότητα του νερού καθώς και στην ποσότητα και στο μήκος των μεταλλικών ινών. Παρουσιάζονται, πλήρεις καμπύλες τάσεων-παραμορφώσεων για όλες τις συνθέσεις από τις δοκιμές μονοαξονικής θλίψης, μονοαξονικού άμεσου και έμμεσου εφελκυσμού. Μετρήθηκε το μέτρο ελαστικότητας και ο λόγος Poisson από τις δοκιμές μονοαξονικής θλίψης και άμεσου εφελκυσμού. Η αξιοποίηση των πειραματικών αποτελεσμάτων οδήγησε στην επιλογή βέλτιστης σύνθεσης UHPFRC με τα απαιτούμενα μηχανικά χαρακτηριστικά για την καλύτερη απόκριση σε κρουστικό φορτίο.Επιπλέον, από τις επικρατέστερες συνθέσεις σκυροδετήθηκαν προκατασκευασμένες πλάκες, διαστάσεων 200x200mm και πάχους 15, 30, 50 και 70mm και εξετάστηκαν σε πραγματικά πυρά πυροβόλου όπλου σε πεδίο βολής. Αξιολογήθηκε η επιρροή των παραμέτρων που διαφοροποιήθηκαν στη σύνθεση στο βάθος διείσδυσης, στην απώλεια όγκου και στην διάμετρο κρατήρα. Εντοπίστηκε το μικρότερο πάχος, για την κάθε σύνθεση, για το οποίο δεν πραγματοποιήθηκε διάτρηση. Έγινε κατάταξη των πλακών, από όλες τις συνθέσεις, ανά τύπο αστοχίας και συσχετίστηκε η θλιπτική αντοχή κύβων με το βάθος διείσδυσης. Τέλος, έγινε προσομοίωση της δοκιμής κάμψης τριών σημείων του βέλτιστου UHPFRC με καταστατικό μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων του λογισμικού Abaqus.Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι η θλιπτική και εφελκυστική αντοχή του UHPFRC (α) αυξάνονται με την προσθήκη ινών και την αύξηση του ποσοστού των ινών, (β) μειώνονται με την αύξηση της ποσότητας νερού και (γ) αυξάνονται με την αύξηση ρευστοποιητή. Όσον αφορά στην παραμορφωσιμότητα του UHPFRC, αυτή βελτιώνεται με την αύξηση της ποσότητας του ρευστοποιητή και με την αντικατάσταση μικρού μήκους ινών με μεγάλου μήκους, ενώ με την αύξηση του νερού μειώνεται. Η δυσθραυστότητα του υλικού βελτιώνεται με την μείωση του νερού στο μίγμα και με την προσθήκη μεταλλικών ινών.Το βέλτιστο μίγμα Ινοπλισμένου Σκυροδέματος Υπερυψηλής Επιτελεστικότητας που επιλέχθηκε παρουσιάζει διάτρηση μόνο σε πλάκες 15mm πάχους. Μπορούν να κατασκευαστούν προκατασκευασμένες μικρές κατασκευές (π.χ. κουβούκλια φρουρών) ή ακόμη να κατασκευαστούν μικρού μεγέθους πλάκες και να τοποθετηθούν με μεταλλικό σκελετό σε υφιστάμενα ή νέα κτήρια ως ενίσχυση. Η δυνατότητα του υλικού να μην παρουσιάζει διάτρηση σε μικρά πάχη επιτρέπει την εφαρμογή του για προστασία κτηρίων έναντι τρομοκρατικών επιθέσεων.