Σεισμική συμπεριφορά ανεπαρκώς οπλισμένων τοιχωμάτων σκυροδέματος

Abstract

H διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη συμπεριφορά, τις αιτίες και τους τρόπους αστοχίας τοιχωμάτων από οπλισμένο σκυρόδεμα υπό στατική ανακυκλιζόμενη φόρτιση, καθώς και μια συγκεκριμένη μέθοδο ενίσχυσης σε διάτμηση ελαφρώς οπλισμένων τοιχωμάτων με εξωτερικές επικολλητές πλάκες χάλυβα. Τα τοιχώματα οπλισμένου σκυροδέματος υπόκεινται σε μεγάλη διατμητική καταπόνηση κατά τη σεισμική διέγερση, κατ’ επέκταση οι διατμητικού τύπου αστοχίες εμφανίζονται συχνότερα από ότι στα υποστυλώματα. Η προσομοίωση της διατμητικής συμπεριφοράς των τοιχωμάτων, που εξαρτάται από ένα πλήθος αλληλοεξαρτώμενων παραγόντων είναι υπό συνεχή διερεύνηση διεθνώς. Τα δοκίμια που αναφέρονται στο παρόν τεύχος είναι έξι, δυο κατασκευασμένα σύμφωνα με τις σύγχρονες μεθόδους αντισεισμικού σχεδιασμού και τέσσερα κατασκευασμένα με τις πρό του 1985 διατάξεις που δεν προέβλεπαν την αντισεισμική απόκριση. Αναλυτικοί υπολογισμοί και πειραματική διαδικασία γίνονται για τα τέσσερα από αυτά: Δυο αντισεισμικά κατασκευασμένα, το ένα εκ των οποίων ενισχύεται, και άλλα δύο της ομάδας των ελαφρώς οπλισμένων, το ένα εκ των οποίων επίσης ενισχύεται. Οι αναλυτικοί υπολογισμοί γίνονται σύμφωνα με τις διατάξεις των ec2, ec8-μέρος 1, ec8-μέρος 3, καν.επε., aci 318-05. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγική αναφορά στα τοιχώματα από οπλισμένο σκυρόδεμα, στα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά που τα διαμορφώνουν, τις μορφές αστοχίας που παρουσιάζουν. Αναφέρονται επίσης οι βιβλιογραφικές αναφορές και οι έρευνες που έχουν κατά καιρούς πραγματοποιηθεί και μερικές αξιοποιούνται και σε αυτή την εργασία ως εργαλείο αποτίμησης. Στο κεφάλαιο 2 παρατίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο για τους αναλυτικούς υπολογισμούς που γίνονται στα δοκίμια. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται περιγραφή των μηχανικών και γεωμετρικών χαρακτηριστικών των έξι δοκιμίων, πριν την ενίσχυση των δύο εξ’ αυτών. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται ο υπολογισμός της καμπτικής και διατμητικής αντοχής, της ενεργού δυσκαμψίας και των παραμορφωσιακών χαρακτηριστικών σύμφωνα με το προαναφερθέν κανονιστικό υπόβαθρο. Γίνεται ακόμη συγκριτική εφαρμογή ενός τροποποιημένου μοντέλου υπολογισμού της διατμητικής αντοχής βασισμένο σε αυτό των Kowalski και Priestley [2000] και ενός προσομοιώματος θλιπτήρα-ελκυστήρων προσαρμοσμένου στα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά των δοκιμίων της πειραματικής βάσης. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται η πειραματική διάταξη και τα πειραματικά αποτελέσματα για δύο από τα δοκίμια (μη ενισχυμένα) που υποβλήθηκαν σε στατική ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Στο κεφάλαιο 6 περιγράφεται η μέθοδος και οι λεπτομέρειες της ενίσχυσης και υπολογίζονται οι νέες αντοχές των ενισχυμένων δοκιμίων σύμφωνα με τον καν.επε.. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα και η επεξεργασία τους για τα ενισχυμένα δοκίμια που υποβλήθηκαν σε στατική ανακυκλιζόμενη φόρτιση και συγκρίνονται με αυτά του Κεφαλαίου 5. Τέλος, στο κεφάλαιο 8 απαριθμούνται κάποια συμπεράσματα με βάση όλα τα παραπάνω αναλυτικά και πειραματικά δεδομένα.

This thesis deals with the behaviour, the causes and the types of failure of reinforced concrete walls under static cyclic loading, as well as it introduces a certain method of externally bonded steel straps for shear strenghthening. Rc Walls are subjected to intensive shear stress when a remarkable seismic action takes place, thus shear failure modes are more likely to appear to shear walls than to columns. Nowadays, the analytical modeling of the RC Walls shear performance is under constant research globally. In the present thesis six speciments are included (w7-w12). Two of them (w7, w8) are constructed in order to exhibit sufficient seismic response according to the modern Eurocodes, and, the other four (w9-w12) are lightly reinforced in accordance to older construction codes (before the year 1985) that did not provide adequate earthquake resistant designing instructions. Analytical calculations and experimental testing are thoroughly presented for four of these speciments: two of them are the so called earthquake resistant walls. The reinforcement method is applied to one earthquake resistant speciment (w8) and to one lightly reinforced (w10). The calculations are based upon the instructions of Eurocode 2, Eurocode 8-Part1, Eurocode 8-Part 3, Kan.epe. (the Greek modern Restoration and Reinforcement Code) and the American code (Aci 318-05). Chapter 1 is an introductive description of reinforced concrete walls and a brief presentation of the geometrical and mechanical characteristics that govern their function. A general reference to the international literature and experimental tests that are available up to date and can be a useful tool for basic assumptions is also included in this chapter. Chapter 2 includes the theoretical basis and equations of the above mentioned modern codes. (EN 1992/Eurocode 2: Design of concrete structures, EN 1998/Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings, EN 1998/Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - part 3: Assessment and retrofitting of buildings, Kan.epe.. Aci 318-05: American Concrete Institute). In chapter 3 the geometrical and mechanical characteristics of the speciments (before the external intervention) are presented. In chapter 4 the methodologies of regulations applied to assess the seismic behavior are presented. Thus, the shear and flexural resistance, the effective stiffness and ductility level of all speciments are calculated. Emphasis is given to the shear resistance mechanism, so in this chapter also takes place a comparative reference and application of a recently developed shear strength model. The proposed shear strength model is based on the Ucsd shear model by Kowalsky and Priestley [2000] with proposed changes for walls and members with lower shear span ratios. Finally, a simplified strut model adapted to the speciments geometry and mechanical characteristics is also presented. In chapter 5, the experimental procedure for the two walls of reinforced concrete (w7, w9) that took place at the Laboratory of Reinforced Concrete of ntua is –fully detailed- described and the results are presented. chapter 6 includes the details and calculations.of the shear strenghthening method applied, according to Kan.epe. instructions. The experimental procedure and results extracted -concerning the strenghthened speciments (w8, w10)- are presented in chapter 7. In addition these results are compared to those of chapter 5. Finally, in chapter 8 some basic conclusions based on all the above mentioned stages are drawn, including suggestions for further research.