Έρευνα της μη-γραμμικής συμπεριφοράς δι-χαλύβδινων σύμμικτων τοιχωμάτων υπό εναλλασσόμενη φόρτιση
Authors: Βαζούρας Κωνσταντίνος 
Published: August 2021

Στην παρούσα διατριβή, διερευνήθηκε η συμπεριφορά ενός καινοτόμου δομικού στοιχείου, του σύμμικτου διχαλύβδινου τοιχώματος. Βασικό σκοπό της έρευνας αποτέλεσε η εκτίμηση σημαντικών παραμέτρων λειτουργίας του, όπως η επιρροή του πάχους του χάλυβα, η λυγηρότητά του, η μορφή της καμπύλης συμπεριφοράς σε οριζόντια φόρτιση, η αλληλεπίδραση του θλιπτικού φορτίου με ροπή, το οριακό φορτίο αντοχής, η πλαστιμότητα και η μορφή αστοχίας του. Για τον λόγο αυτό, διενεργήθηκαν πολλαπλές αναλύσεις σε μη-γραμμικά αριθμητικά μοντέλα οκτώ (8) διχαλύβδινων τοιχωμάτων, πέντε (5) με μεταβλητή αναφοράς το πάχος του χάλυβα (από 4 έως 8 mm) και τρία (3) με μεταβλητή το λόγο λυγηρότητας. Η επιλογή της γεωμετρίας έγινε με κριτήρια τη σχετική σύγκριση με πειραματικά δεδομένα, την ανάδειξη της καμπτικής και διατμητικής λειτουργίας τους αλλά και τη δυνατότητα μελλοντικής διενέργειας πειραμάτων σε αντίστοιχα δοκίμια. Τα αριθμητικά αυτά μοντέλα δημιουργήθηκαν στο περιβάλλον του λογισμικού μη γραμμικής ανάλυσης ANSYS v14, με τη μορφή πεπερασμένων στοιχείων. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, περιελάμβανε τη φόρτιση των δοκιμίων, με στατική δομή προβόλων και πλήρη επαφή των υλικών, με μονότονη και με ανακυκλιζόμενη οριζόντια φόρτιση, κατόπιν τον υπολογισμό του οριακού θλιπτικού φορτίου σε διακριτά δοκίμια και τέλος την παράλληλη εφαρμογή οριζόντιας και θλιπτικής φόρτισης, ως ποσοστό του οριακού φορτίου. Η εξαγωγή των αποτελεσμάτων ανέδειξε σημαντικές πτυχές της συμπεριφοράς των διχαλύβδινων τοιχωμάτων. Συγκεκριμένα, από τη μελέτη της καμπύλης φoρτίου-μετακίνησης διακρίθηκαν τέσσερα στάδια συμπεριφοράς των διχαλύβδινων τοιχωμάτων κατά την σταδιακή αύξηση του οριζόντιου φορτίου, ενώ προτάθηκε και μέθοδος υπολογισμού της δυσκαμψίας έως το σημείο της διαρροής του χάλυβα, με την εισαγωγή μειωτικού συντελεστή «ω» στη συνισταμένη του σκυροδέματος, κυρίως λόγω ρηγμάτωσης. Επιπλέον, παρατηρήθηκε σχετικά μικρή διαφορά των αντοχών σε μονότονη και ανακυκλιζόμενη φόρτιση, σε αντίθεση με τον δείκτη πλαστιμότητας «μΔ», όπου παρατηρήθηκαν μεγαλύτερες αποκλίσεις μεταξύ των φορτίσεων. Συγχρόνως, μέσω της αριθμητικής ανάλυσης έγινε φανερή η φύση της λειτουργίας του τοιχώματος, όσον αφορά την καμπτική ή διατμητική του συμπεριφορά αντίστοιχα, ενώ παράλληλα τα αποτελέσματα των δοκιμίων έδειξαν καλή συσχέτιση με το θεωρητικό μοντέλο. Επιπλέον, η μορφή αστοχίας των δοκιμίων ήταν κυρίως μέσω συντριβής του θλιβόμενου άκρου, διόγκωση του σκυροδέματος και λυγισμού της πλάκας χάλυβα κορμού και άκρου, η οποία συμβαδίζει πλήρως με τις μορφές αστοχίας από αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα. Ταυτόχρονα, η αριθμητική ανάλυση σε επαλληλία οριζόντιας φόρτισης με θλιπτικό φορτίο έδειξε ότι είναι δυνατός ο καθορισμός κανόνων συμπεριφοράς των τοιχωμάτων με βάση την καμπύλη Μ-Ν (από το διάγραμμα διαφαίνεται η ραγδαία μείωση της καμπτικής αντοχής τους σε οριζόντια δράση, όταν το ανηγμένο αξονικό φορτίο «vd» υπερβαίνει την τιμή 0.5), καθώς τα αποτελέσματα είχαν μικρή απόκλιση τόσο μεταξύ τους όσο και με αντίστοιχη αριθμητική ανάλυση σε παρόμοιας γεωμετρίας και φύσης δοκίμια. Τέλος, λόγω της μορφής αστοχίας, γίνεται μια διερεύνηση στον λυγισμό της χαλύβδινης πλάκας των τοιχωμάτων μέσω μικρής κλίμακας ανάλυσης λυγισμού σε αριθμητικά μοντέλα και γίνεται απεικόνιση των διαγραμμάτων συμπεριφοράς τους κατά τον λυγισμό, με βάση το πάχος χάλυβα. Σημειώνεται ότι δεν υπάρχουν αναλυτικές οδηγίες σχεδιασμού των σύμμικτων διχαλύβδινων τοιχωμάτων στους σύγχρονους κανονισμούς, για τον λόγο αυτό η έρευνα και η ανάγκη για την επιστημονική τους προσέγγιση και τεκμηρίωση καθίσταται επίκαιρη.