Επεμβάσεις δομικών στοιχείων και κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα με λεπτούς μανδύες
Authors: Ζάπρης Αδαμάντης 
Published: May 2024

Τις τελευταίες δεκαετίες, η προσοχή των ερευνητών και των μηχανικών έχει στραφεί στη βελτίωση και σεισμική αναβάθμιση των υφιστάμενων κατασκευών από ωπλισμένο σκυρόδεμα (ΩΣ) που υπολείπονται των προβλεπόμενων σύγχρονων απαιτήσεων. Παράλληλα, διάφορες προκλήσεις, όπως η ανεπαρκής συντήρηση, η ανάληψη αυξημένων φορτίων και οι φθορές από σεισμικές διεγέρσεις ή περιβαλλοντικούς παράγοντες, θέτουν συνεχώς απειλές για την αντοχή, στατική επάρκεια και ανθεκτικότητα των κατασκευών ΩΣ, συμπεριλαμβανομένων των κτηρίων, των γεφυρών και άλλων δομικών έργων. Επιπλέον, ιδιαίτερη ανησυχία προκαλεί η ευαισθησία των υφιστάμενων κατασκευών ΩΣ έναντι διατμητικής αστοχίας. Η διατμητική αστοχία είναι γνωστή για την ψαθυρή της φύση, προκαλώντας συχνά αιφνίδια μερική ή πλήρη κατάρρευση, με καταστροφικές συνέπειες. Ως εκ τούτου, είναι επιτακτική ανάγκη να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά οι παθογένειες που μπορεί να οδηγήσουν σε διατμητικού τύπου ανεπάρκεια αυτών των κατασκευών. Έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθεί διάφορες τεχνικές για τη μείωση των τρωτών σημείων που σχετίζονται με τη διατμητική αστοχία. Μία από τις ευρέως διαδεδομένες μεθόδους ενίσχυσης δομικών στοιχείων ΩΣ περιλαμβάνει τη χρήση εξωτερικά επικολλημένων φύλλων και ελασμάτων από ινωπλισμένα πολυμερή (ΙΝΩΠ) λόγω της, εν γένει, απλής εφαρμογής και της αποτελεσματικότητας που παρέχεται σε περιπτώσεις μανδυών κλειστής μορφής με την περιτύλιξη των ΙΝΩΠ σε δομικά στοιχεία με ορθογωνική διατομή. Ωστόσο, κατασκευαστικοί περιορισμοί σε υφιστάμενες δοκούς ΩΣ, όπως η ύπαρξη πλάκας, εμποδίζουν την πλήρη περιτύλιξη αυτών με εξωτερικά επικολλημένα ΙΝΩΠ και οδηγούν στη δημιουργία ανοιχτών μορφών ενίσχυσης. Η προσέγγιση αυτή εμφανίζει προβλήματα αγκύρωσης των ΙΝΩΠ που οδηγεί σε πρόωρες διατμητικές αστοχίες λόγω αποκόλλησης των ΙΝΩΠ. Έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι αγκύρωσης για την καθυστέρηση ή την αντιμετώπιση του προβλήματος της πρόωρης αποκόλλησης και βελτίωσης της συνολικής απόδοσης αυτών των συστημάτων. Μεταξύ αυτών, τα αγκύρια ΙΝΩΠ, συνήθως από δεσμίδες (κορδόνι) ΙΝΩΠ, κέρδισαν έδαφος ως πρακτική λύση, αγκυρώνοντας τα εξωτερικά επικολλημένα φύλλα ΙΝΩΠ στο υπόστρωμα του σκυροδέματος. Ωστόσο, έως σήμερα δεν έχει καθιερωθεί μια καθολικά αποδεκτή μέθοδος για τον υπολογισμό της συνεισφοράς και σχεδιασμό της αγκύρωσης. Η παρούσα διδακτορική διατριβή περιλαμβάνει μία πειραματική και αναλυτική διερεύνηση που πραγματεύεται τα ανωτέρω ζητήματα. Στο πλαίσιο αυτό, αρχικά εξετάσθηκε πειραματικά η απόκριση δοκών ΩΣ με διατομή Τ (πλακοδοκοί) ενισχυμένων έναντι διάτμησης με εξωτερικά επικολλημένους λεπτούς μανδύες φύλλων ΙΝΩΠ ανοιχτής μορφής (διαμόρφωση τύπου U). Επίσης μελετήθηκε και η πιθανή βελτίωση της αγκύρωσης αυτών με τη χρήση χαλύβδινων κοχλιωτών ελασμάτων. Επιπλέον, διερευνάται η ικανότητα ενός συστήματος μη καταστρεπτικού ελέγχου δομικής ακεραιότητας (ΜΗΚΕΔΑ) να ανιχνεύει την πιθανή αποκόλληση εξωτερικά επικολλημένων φύλλων ΙΝΩΠ. Ελέγχθηκε επίσης η δυνατότητα των κανονιστικών διατάξεων τριών διαφορετικών κανονισμών (Ελληνικός Κανονισμός Επεμβάσεων, Ευρωκώδικας 8 και ACI) να προβλέπουν με ασφάλεια τη διατμητική αντοχή ενισχυμένων πλακοδοκών ΩΣ με μανδύες ή λωρίδες εξωτερικά επικολλημένων ΙΝΩΠ που έχουν ανοιχτή διαμόρφωση. Ο έλεγχος των αναλυτικών σχέσεων των κανονισμών έγινε σε σχέση με πειραματικά δεδομένα από το παρόν πρόγραμμα δοκιμών και άλλων που είναι διαθέσιμα στη βιβλιογραφία. Προτάθηκαν δύο εναλλακτικές μορφές επεμβάσεων για την αντιμετώπιση της πρόωρης αποκόλλησης των εξωτερικά επικολλημένων λεπτών μανδυών ΙΝΩΠ ανοιχτής διαμόρφωσης σε πλακοδοκούς με προβλήματα διατμητικού χαρακτήρα. Η πρώτη μετατρέπει την ανοιχτή μορφή ενίσχυσης σε κλειστή με τη χρήση δεσμίδων ΙΝΩΠ που αγκυρώνουν κατάλληλα τους λεπτούς μανδύες ΙΝΩΠ. Στη δεύτερη δημιουργείται ενίσχυση κλειστής διαμόρφωσης με δεσμίδες ΙΝΩΠ που τοποθετούνται σε εγκάρσιες εγκοπές στην επιφάνεια του στοιχείου περιτυλίγοντας τον κορμό της δοκού. Ο σχηματισμός των εν λόγω κλειστών μορφών ενίσχυσης εξετάσθηκε είτε με την τοποθέτηση της εκάστοτε δεσμίδας δια μέσου οπών είτε κάθετα στην πλάκα είτε οριζόντια στον κορμό της δοκού, κάτω από την πλάκα, για την περίπτωση μη προσβασιμότητας στην άνω πλευρά της πλάκας. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων μορφών επεμβάσεων για τη βελτίωση της συνολικής απόκρισης δοκών ΩΣ με διατομή Τ ελέγχθηκε πειραματικά, μεμονωμένα και συγκριτικά μεταξύ τους, σε δοκούς με διατμητική και στρεπτική ανεπάρκεια. Επίσης, αναπτύχθηκε μία βήμα προς βήμα νέα μεθοδολογία εφαρμογής των ανωτέρω τεχνικών επεμβάσεων με στόχο την ελαχιστοποίηση κατασκευαστικών ατελειών και κατάρτιση οδηγιών για την πρακτική εφαρμογή λεπτών μανδυών κλειστής διαμόρφωσης, χωρίς προβλήματα πρόωρης αποκόλλησης, σε πραγματικές κατασκευές ΩΣ. Προτάθηκε μια νέα αναλυτική μέθοδος πρόβλεψης της συνολικής στρεπτικής συμπεριφοράς πλακοδοκών ΩΣ που έχουν ενισχυθεί με λεπτούς μανδύες ΙΝΩΠ σε μορφή εξωτερικά επικολλημένων υφασμάτων και δεσμίδων που έχουν διαμορφωθεί ως μανδύας κλειστού τύπου. Επίσης, ελέγχθηκε η ικανότητα των κανονιστικών διατάξεων τεσσάρων κανονισμών που παρέχουν οδηγίες για τον υπολογισμό της στρεπτικής αντοχής δοκών ΩΣ ενισχυμένων με εξωτερικά επικολλημένα φύλλα ΙΝΩΠ, να προβλέπουν με ασφάλεια τη στρεπτική αντοχή μέσω συγκρίσεων με πειραματικά δεδομένα από τη διεθνή βιβλιογραφία. Ακόμη, εξετάσθηκε η επέκταση της χρήσης των δεσμίδων ΙΝΩΠ για την ενίσχυση έναντι διάτμησης κόμβων δοκού - υποστυλώματος ΩΣ. Πραγματοποιήθηκε συγκριτική αξιολόγηση της απόκρισης εξωτερικών κόμβων δοκού - υποστυλώματος ΩΣ ενισχυμένων με λεπτούς μανδύες και με δεσμίδες ΙΝΩΠ. Συμπληρωματικά, η τεχνική εφαρμόστηκε για την ενίσχυση της περιοχής της δοκού, σε δοκίμιο κόμβου δοκού - υποστυλώματος ΩΣ.