Ελαστοπλαστική Aνάλυση Kατασκευών από Tοιχοποιία   

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Χαβιάρας Γεώργιος                                                                      
Επιβλέπων Καθηγητής: Κουμούσης B., Καθηγητής               
Ημερομηνία : Φεβρουάριος 2009  

Στην παρούσα  διπλωματική   εργασία, επιχειρήθηκε αρχικά  η  αποτίμηση  της αποτελεσματικότητας  εναλλακτικών  στατικών  υποσυστημάτων  στη  συμπεριφορά  οικοδομικών  έργων  από  τοιχοποιία  και  η  αποδοτικότητά  τους  στην  αποκατάσταση – ενίσχυσή  τους εφαρμόζοντας την ελαστική μέθοδο ανάλυσης.  Η  διπλωματική  εργασία  επικεντρώθηκε  στην  άοπλη  τοιχοποιία  και  ενδεικτικά  στην  προσθήκη  πλακών  από  οπλισμένο  σκυρόδεμα, αμφίπλευρου  μανδύα  σκυροδέματος,  και οριζόντιου διαζώματος  στη  στέψη  των  τοίχων . Στη συνέχεια για τη διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης της κατασκευής, εφαρμόζεται η ανελαστική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας. Για τις αναλύσεις χρησιμοποιήθηκε ένα λεπτομερές προσομοίωμα της κατασκευής από χωρικά πεπερασμένα στοιχεία, στο οποίο εφαρμόσθηκαν τρεις σεισμικές διεγέρσεις που επελέγησαν με βάση τη σεισμική επικινδυνότητα της περιοχής.    

Στο  πρώτο  κεφάλαιο, γίνεται  μία  εισαγωγή  σχετικά με τα  υλικά  της  τοιχοποιίας, τα  κονιάματα  και  τα  είδη  της (ανάλογα  με  το  είδος  των  τοιχοσωμάτων, τη  λειτουργία  τους  και  τον  τρόπο  δόμησης  τους). Επίσης, γίνεται  αναφορά  στις  κατηγορίες  των  τεχνητών  τοιχοσωμάτων  κατά  τον  Ευρωκώδικα 6.  

Το  δεύτερο  κεφάλαιο, αναφέρεται  στον  προσδιορισμό  των  μηχανικών  ιδιοτήτων  της  τοιχοποιίας  και  στην  εξάρτησή  τους  από  διάφορους  παράγοντες. Περιγράφεται  αναλυτικά  ο  προσδιορισμός  της  θλιπτικής, της  καμπτικής  και  της  διατμητικής  αντοχής  της  τοιχοποιίας, καθώς  και  των  ελαστικών  χαρακτηριστικών  της, σύμφωνα  με  τα  κείμενα  του  Ευρωκώδικα  6. Επίσης, παρουσιάζονται  κάποιες  διατάξεις  δοκιμίων  τοιχοποιίας  για  τον  προσδιορισμό  της  αντοχής  της  σε  θλίψη, κάμψη  και  εφελκυσμό.  

Το  τρίτο  κεφάλαιο, επικεντρώνεται  στη  σεισμική  συμπεριφορά  κτιρίων  από  τοιχοποιία. Περιγράφεται ο  τρόπος   απόκρισης  των  κατασκευών  σε σεισμικές  δράσεις  με  την  ύπαρξη  οριζοντίου  διαφράγματος  ή  οριζοντίου  διαζώματος  από  οπλισμένο  σκυρόδεμα. Επιπλέον, παρατίθενται  οι  βλάβες  που  οφείλονται  στην  ύπαρξη  των  ανοιγμάτων. Τέλος, γίνεται  μια  σύντομη  αναφορά  στον  καθορισμό  των  σεισμικών  φορτίων, σύμφωνα  με  τον  Ελληνικό  Αντισεισμικό  Κανονισμό.  

Το  τέταρτο  κεφάλαιο, σχετίζεται  με  τη  μόρφωση  κτιρίων  από  τοιχοποιία  σε  σεισμογενείς  περιοχές. Λόγω  του  ότι  εμφανίζουν  μειωμένη  αντοχή  υπό  την  επίδραση  σεισμικών  δράσεων, παρουσιάζονται  διαφοροποιήσεις  στη  μορφή  τους  που  αφορούν  κυρίως  τη  συμμετρία, το  ύψος  και  τα  ανοίγματά  τους,  ούτως  ώστε να  έχουν  επιτυγχάνεται  καλύτερη  σεισμική  απόκριση.    

 Στο  πέμπτο  κεφάλαιο, περιγράφονται  οι  βλάβες  που  εμφανίζουν  οι  κατασκευές  από  τοιχοποιία. Κατά  κύριο  λόγο, διαχωρίζονται  και  περιγράφονται  οι  βλάβες  ανάλογα  με  τα  αίτια (ενδογενή, εξωγενή)  που  τις  προκαλούν.  

Στο  έκτο  κεφάλαιο, γίνεται  μια  πρώτη  γνωριμία  με  τις  διάφορες  τεχνικές  επισκευών  και  ενισχύσεων. Πιο  συγκεκριμένα  αναφέρεται  στις  τεχνικές  του  αρμολογήματος (pointing), των  ριζοοπλισμών (stitching), του  εκτοξευόμενου  σκυροδέματος (gunite)  και  των  ενέσεων (grouting). Ακόμα  περιγράφονται  τα  βελτιωμένα  μηχανικά  χαρακτηριστικά  της  τοιχοποιίας  από  την  εφαρμογή  των  παραπάνω  ενισχύσεων.  

Στο  έβδομο  κεφάλαιο, αναφέρονται  τρόποι  ενίσχυσης  της  κατασκευής, οι  οποίοι  δεν  προϋποθέτουν  την  ύπαρξη  βλαβέντων  στοιχείων, όπως   είναι  η  κατασκευή  διαζωμάτων, η ενίσχυση των θεμελίων, η δημιουργία οριζοντίου διαφράγματος και η ενίσχυση με προένταση.  

Το όγδοο κεφάλαιο  περιγράφει  τις ενισχύσεων των κατασκευών με σύνθετα υλικά. Κατηγοριοποιούνται τα σύνθετα υλικά και δίνονται οι ιδιότητες των συνθέτων ινοπλισμένων υλικών. Αναφέρονται εν συντομία οι ιδιότητες των υλικών, ινών και ρητινών, που χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή ινοπλισμένων πολυμερών. Ακόμα αναφέρονται τα βασικά συστήματα ενίσχυσης και οι ιδιότητες των συνθέτων υλικών. Ακολουθεί η μικρομηχανική των υλικών αυτών και οι επιπτώσεις, των περιβαλλοντικών συνθηκών, στην ανθεκτικότητά τους. Επίσης, γίνεται μια περιληπτική αναφορά στις τεχνικές ενισχύσεων δομικών στοιχείων με σύνθετα υλικά.  

Το ένατο κεφάλαιο, αναφέρεται στην εφαρμογή των σύνθετων υλικών στην ενίσχυση κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία. Περιγράφονται οι πιο συνηθισμένες τεχνικές ενίσχυσης και ακολούθως παρατίθενται έρευνες σχετικές με την εφαρμογή των σύνθετων υλικών στην τοιχοποιία. Τέλος γίνεται αναφορά στην χρήση των σύνθετων υλικών στα μνημεία.   

Στο δέκατο κεφάλαιο έπεται μια σύντομη αναφορά στις βάσεις σχεδιασμού ενισχύσεων με σύνθετα υλικά. Δίνονται οι καταστατικοί νόμοι των υλικών για οριακή κατάσταση αντοχής, τόσο για πλήρη συνεργασία όσο και για αποκόλληση του συνθέτου υλικού από την κατασκευή, και για την οριακή κατάσταση λειτουργικότητας. Επίσης σχολιάζεται και το θέμα της συνάφειας των συνθέτων υλικών με το υπόστρωμα (τοιχοποιία).  

Το ενδέκατο κεφάλαιο σχετίζεται με τον τρόπο σεισμικής αποτίμησης υφιστάμενων κατασκευών εφαρμόζοντας ελαστικές είτε ανελαστικές μεθόδους. Στη συνέχεια περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των ανελαστικών μεθόδων ανάλυσης.  

Το δωδέκατο κεφάλαιο αφορά τα κριτήρια αστοχίας που χρησιμοποιούνται για τα υλικά, κυρίως αυτά που αφορούν τις κατασκευές. Περιγράφονται αναλυτικά τα κριτήρια αστοχίας von Mises, Tresca, Mohr – Coulomb και Drucker – Prager.  

Στο δέκατο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μιας σειράς αναλύσεων ενός τριώροφου κτιρίου έναντι συνήθων και σεισμικών δράσεων. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν δύο προγράμματα πεπερασμένων στοιχείων (SAP2000, FEDRA). Με το πρόγραμμα SAP2000, υπολογίζονται οι τάσεις των πεπερασμένων στοιχείων, ενώ το  πρόγραμμα  FEDRA μας δίνει την πρόσθετη δυνατότητα του ελέγχου της κατασκευής σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 6. Όλα τα παραπάνω αποτελέσματα αξιολογούνται και σχολιάζονται, ώστε να αποτιμηθεί η αποτελεσματικότητα των συνδυασμών τεχνικών ενίσχυσης που επιλέχθηκαν: 1) αμφίπλευρος μανδύας, δάπεδα οπλισμένου σκυροδέματος και οριζόντιο διάζωμα στη στέψη των τοίχων, 2), ενίσχυση με ινοπλισμένα πολυμερή, δάπεδα οπλισμένου σκυροδέματος και οριζόντιο διάζωμα στη στέψη των τοίχων. Από  την  παραπάνω  διερεύνηση  προκύπτουν  οι  πλέον  πρόσφορη  λύση  για  το  συγκεκριμένο  κτίριο  και  εξάγονται  γενικότερα  συμπεράσματα  για  τη  δυνατότητα  εφαρμογής  τους. Στη συνέχεια, δίνονται τα αποτελέσματα από την ανελαστική δυναμική ανάλυση χρονοϊστορίας χρησιμοποιώντας ελαστικό ή ελαστοπλατικό νόμο για το υλικό και εφαρμόζοντας δύο διαφορετικά κριτήρια αστοχίας (Von Mises και Drucker-Prager) για τη δεύτερη περίπτωση. Για την ανάλυση χρονοϊστορίας χρησιμοποιήθηκε το προσομοίωμα της υφιστάμενης και της ενισχυμένης με αμφίπλευρο μανδύα κατασκευής και παρατίθενται τα αντίστοιχα αποτελέσματα για κάθε σεισμική διέγερση που επιλέχθηκε.