Ανάπτυξη αριθμητικού μοντέλου για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς της διατμητικής ενίσχυσης δοκών Ο/Σ με λωρίδες ΙΟΠ ανοιχτού τύπου με η χωρίς διάταξη αγκύρωσης
Creators: name: Μπαλάσκας, Γεώργιος Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: αντισεισμικός σχεδιασμός
διατμητική ενίσχυση δοκών Ο/Σ
Ι.Ο.Π.
reinforced concrete beam strengthening
FRP deboning
FRP anchorage

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από 2 μέρη. Στο πρώτο μέρος ο στόχος είναι η δημιουργία ενός αξιόπιστου αριθμητικού μοντέλου, το οποίο θα δύναται να διερευνήσει τη συμπεριφορά της διατμητικής ενίσχυσης τμήματος δοκού Ο/Σ με λωρίδες ΙΟΠ ανοιχτού τύπου με και χωρίς διάταξη αγκύρωσης. Η αξιοπιστία του θα ελεγχθεί μέσω σύγκρισης με τα διαθέσιμα αποτελέσματα υφιστάμενων πειραματικών δοκιμών. Ως δείκτες σύγκλισης ορίστηκαν η τιμή του μέγιστου φορτίου, η μορφή της αστοχίας, η μέγιστη ανοιγμένη παραμόρφωση ΙΟΠ στο ύψος της κάτω παρειάς της πλακοδοκού και το φορτίο της μερικής αποκόλλησης. Στο δεύτερο μέρος διερευνήθηκε παραμετρικά η επιρροή της γωνίας κλίσης πιθανής ρωγμής για ενίσχυση τμήματος δοκού Ο/Σ με λωρίδες ΙΟΠ ανοιχτού τύπου χωρίς και με διάταξη αγκύρωσης. Ενδεικτικά έγιναν προσομοιώσεις με γωνία 30 και 45 μοιρών. Στο πρώτο μέρος διενεργούνται 4 "οιωνεί" γραμμικές αναλύσεις (με και χωρίς προεπεξεργασία επιφανειακής στρώσης επιφάνειας σκυροδέματος επί της οποίας προσκολλάται η λωρίδα ΙΟΠ και με και χωρίς διάταξη αγκύρωσης) και 4 πλήρως ανελαστικές ( με τους ίδιους συνδυασμούς) για ενίσχυση τμήματος δοκού με λωρίδες ΙΟΠ. Τα αριθμητικά μοντέλα αναπτύσσονται σε υπολογιστικό περιβάλλλον Abaqus Cae. Στις «Οιονεί» γραμμικές αναλύσεις όλα τα υλικά υπακούουν σε γραμμικούς νόμους (concrete, steel, FRP) αλλά η προσομοίωση της διεπιφάνειας ρητίνης σκυροδέματος (cohesive zone) έχει δυνατότητα αποκόλλησης, η οποία οδηγεί στην αστοχία. Στις πλήρως ανελαστικές αναλύσεις, τόσο στο σκυρόδεμα όσο και στα μεταλλικά μέρη της αγκύρωσης έχουμε και πλαστικό νόμο , ενώ πάλι ο έλεγχος θραύσης του ΙΟΠ γίνεται από τον χρήστη. Συνολικά συμπεράσματα του 1ου μέρους: 1) Οι παραπάνω αναλύσεις (γραμμικές και μη γραμμικές) αποτελούν αξιόπιστες προσομοιώσεις των πειραματικών δοκιμών σύμφωνα με τα ανωτέρω 4 κριτήρια σύγκλισης. Ως συνέπεια αυτού, τα συγκεκριμένα προσομοιώματα λαμβάνοντας υπόψη τη μόρφωση των φορέων, τις ιδιότητες των υλικών, τις αλληλεπιδράσεις των επιφανειών, τις φορτιστικές καταστάσεις, τις συνθήκες στήριξης, το ρυθμό επιβολής της φόρτισης, τη γεωμετρική διακριτοποίηση του φορέα και το είδος της ανάλυσης δύνανται να χρησιμοποιηθούν για την παραμετρική ανάλυση της συμπεριφοράς διατμητικής ενίσχυσης δοκού Ο/Σ με ανοιχτές λωρίδες ΙΟΠ με ή χωρίς διάταξη καινοτόμου αγκύρωσης και τα αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων να θεωρούνται αξιόπιστα. 2) Διενεργώντας μη γραμμικές αναλύσεις διερευνήσαμε διεξοδικά τη ανελαστική συμπεριφορά του σκυροδέματος και των μεταλλικών στοιχείων και επιβεβαιώθηκε ότι για τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν στις εργαστηριακές δοκιμές , σύμφωνα με τη διδακτορική του διατριβή του κ. Κ. Κατάκαλου η αστοχία προέρχεται από αποκόλληση ΙΟΠ εκ της διεπιφάνειας εποξ. Κόλλας- σκυροδέματος στις περιπτώσεις χωρίς διάταξη αγκύρωσης και από θραύση ΙΟΠ στις δοκιμές με διάταξη καινοτόμου αγκύρωσης. 3) Επιβεβαιώθηκε ακόμη ότι η ύπαρξη της καινοτόμου διάταξης αγκύρωσης έχει άκρως ευεργετικές συνέπειες στη διατμητική ενίσχυση δοκού Ο/Σ με ανοιχτές λωρίδες ΙΟΠ , καθώς αυξάνει το συντελεστή αξιοποίησης υλικού και ότι η κατάλληλη προεπεξεργασία της επιφάνειας του σκυροδέματος, στην οποία πρόκειται να επικολληθούν οι ανοιχτού τύπου λωρίδες ΙΟΠ συνεισφέρει θετικά στη συμπεριφορά της ενίσχυσης με ΙΟΠ ΜΟΝΟ στις περιπτώσεις χωρίς διάταξη αγκύρωσης, αφού επιτρέπει την ανάπτυξη μεγαλύτερων διατμητικών τάσεων στη διεπιφάνεια ΙΟΠ-κόλλα-σκυρόδεμα και οδηγεί σε Συντελεστή Αξιοποίησης Υλικού (Σ.Α.Υ.) 0,65 έναντι 0,45, που προκύπτει στην «λεία» επιφάνεια. Η ευεργετική δράση της διάταξης αγκύρωσης είναι ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΗ της τραχύτητας της επιφάνειας του σκυροδέματος. Στο δεύτερο μέρος της διπλωματικής εργασίας διερευνήθηκε η επιρροή της γωνίας κλίσης πιθανής ρωγμής. Ενδεικτικά έγιναν προσομοιώσεις με γωνία 30 και 45 και διαπιστώθηκαν τα εξής χρήσιμα συμπεράσματα: Σε προσομοιώσεις με επεξεργασία επιφάνειας επικόλλησης χωρίς διάταξη αγκύρωσης, η ύπαρξη ρωγμής κλίσης 30 μοιρών οδηγεί σε μείωση του μέγιστου παραλαμβανόμενου φορτίου σε ποσοστό 15,3% και η ρωγμή 45 μοιρών σε πτώση 24%, ενώ η διαφορά του μέγιστου φορτίου μεταξύ των 2 περιπτώσεων είναι 10% με την ρηγμάτωση κλίσης 45 μοιρών να εμφανίζει τη δυσμενέστερη συμπεριφορά. Οι αρνητικές επιπτώσεις είναι χειρότερες στα δοκίμια χωρίς επεξεργασία επιφάνειας επικόλλησης οπότε και οι αντίστοιχες μειώσεις είναι της τάξης του 40% και 49% αντίστοιχα. Ο Συντελεστής Εκμετάλλευσης Υλικού μειώνεται κατά 20% και 28% για «rough» επιφάνειες και 49% και 54% για «smooth» επιφάνειες. Βασική αιτία αυτής της συμπεριφοράς είναι η ανομοιόμορφη συσσώρευση τάσεων γύρω από μια μικρή περιοχή γύρω από τη ρωγμή. Αντίθετα, όσον αφορά τις προσομοιώσεις με διάταξη αγκύρωσης η εικόνα είναι διαφορετική και όλα τα σχετικά μεγέθη παραμένουν αμετάβλητα στα όρια του στατιστικού λάθους εξαιτίας του γεγονότος ότι από τη στιγμή της σταδιακής ενεργοποίησης του μηχανισμού αγκύρωσης οι τάσεις στο σώμα του ΙΟΠ γίνονται ομοιόμορφες και υπάρχει πλήρης εκμετάλλευση του υλικού, εφ όσον έχουμε διαστασιολογήσει μια κατάλληλη αγκύρωση, η οποία θα οδηγήσει την αστοχία σε θραύση ΑΙΟΠ. Γενική κατάληξη είναι ότι η δύναμη που μπορεί να παραλάβει ο μηχανισμός αγκύρωσης δεν εξαρτάται από την κλίση των ρωγμών, ούτε την ύπαρξη προεπεξεργασίας της επιφάνειας επικόλλησης των λωρίδων ΙΟΠ αλλά εξαρτάται από την ποιότητα του σκυροδέματος και του χάλυβα των επιμέρους τμημάτων της.
description: Τhis diplomatic thesis consists of 2 parts. Τhe aim of the first one is to develop a reliable numerical model, which will be able to describe the behavior of part of a reinforced concrete beam with FRP stripes, with or without anchorage. Its reliability has been tested in comparison with existing experimental results from Mr. Katakalos doctoral thesis. As indicators of convergence are defined the price of maximum assumed load, the failure mode, the maximum FRP strain at the lower height of the beam and the early deboning load. In the second part, was parametrically investigated the influence of the angle of inclination possible crack, for the same part of a reinforced concrete beam strengthened with FRP stripes with and without anchorage. Indicatively, the simulations are on an angle of 30 to 45 degrees. In the first part, 4 "quasi" linear analyses and 4 fully non-linear analyses are carried out. We examine in both categories of the analysis the existence or not of preprocessed concrete surface and the existence or not of anchoring provision in all combinations. All analysis are develop in Abaqus Cae finite elements software. In quasilinear analysis, concrete, steel and FRP stripes are simulated as linear materials whereas the interaction of the cohesive zone has the ability of deboning which drives our substructure to failure. Regarding the fully non- linear analysis all material except for FRP stripes are subject to non-linear law of behavior. The overall conclusions of the first part of this thesis are: 1) The above described analyses are successfully tested with the experimental results according to the defined indicators of reliability and can be assumed as appropriate for further parametric investigation of different factors 2) The non-linear behavior of concrete and steel elements was investigated thoroughly by fully non-linear analyses and we came to the verification that failure in models without anchorage is caused due to FRP stripes deboning whereas in models with anchorage failure is caused by breaking of FRP stripes (complete material utilization) 3) The beneficial influence of anchorage is NOT depending on the type of surface whereas the preprocessed concrete surface improves the behavior of the strengthening ONLY in models without anchorage. In the second part, the influence of the angle of inclination of a crack in the strengthening of the beam was examined parametrically. Indicatively we simulated an appropriate crack with angle of 30 and 45 degrees and we were driven to the following conclusions: In simulation without anchorage with preprocessed concrete surface without anchorage, the existence of a 30 degree crack leads to a 15,3% reduction of the maximum assumed load whereas a 45 degree crack leads to a 25% reduction. In general terms, as sharper the inclination of the crack is, the worst behavior becomes for our strengthening provision. The effects are more important in models without preprocessed concrete surface where the corresponding percentage of reduction is 40% and 49% respectively.