Διερεύνηση συμπεριφοράς προκατασκευασμένων αρθρωτών συνδέσεων δοκού-υποστυλώματος υπό μονοτονικές και ανακυκλιζόμενες δράσεις

Abstract

Η ιδιαιτερότητα των προκατασκευασμένων δομημάτων από Ω.Σ. σε σχέση με τις αντίστοιχες παραδοσιακές μονολιθικές κατασκευές είναι ότι οι πρώτες συντίθενται από πλήθος φερόντων και μη φερόντων μελών, τα οποία μέλη παράγονται σε διαφορετικό τόπο από την τελική τους θέση στην κατασκευή. Δηλαδή τα μέλη της κατασκευής προκατασκευάζονται, μεταφέρονται επιτόπου του έργου και τοποθετούνται στις τελικές τους θέσεις το καθένα ξεχωριστά με την κατάλληλη αλληλοδιαδοχή. Έκτοτε υλοποιούνται οι συνδέσεις μεταξύ των προκατασκευασμένων στοιχείων, ώστε να πραγματοποιηθεί το ολοκληρωμένο τελικό έργο. Υπό αυτά τα δεδομένα, στην περίπτωση προκατασκευασμένων έργων, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η επιρροή των συνδέσεων (δηλαδή του τύπου των και της θέσης των στο έργο) στην απόκριση του συνόλου της κατασκευής και δη υπό σεισμικές διεγέρσεις. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής υπήρξε η διερεύνηση της συμπεριφοράς προκατασκευασμένων αρθρωτών συνδέσεων δοκού-υποστυλώματος (υλοποιούμενων μέσω χαλύβδινων πείρων σύνδεσης) υπό στατική και δυναμική φόρτιση. Συγκεκριμένα διερευνήθηκε η απόκριση συνδέσεων δοκού-υποστυλώματος υπό στατική μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση και υπό δυναμικές διεγέρσεις. Αρχικά, μέσω διατιθέμενων πειραματικών δοκιμών, καταγράφηκε η επιρροή διαφόρων παραμέτρων στην αντοχή και παραμορφωσιμότητα της σύνδεσης, όπως είναι η επικάλυψη των πείρων σύνδεσης με σκυρόδεμα, η διάμετρος και ο αριθμός των χρησιμοποιούμενων πείρων σύνδεσης, η αντοχή του κονιάματος στην περιοχή γύρω από τους πείρους, ο οπλισμός περίσφιξης των πείρων σύνδεσης, η επιβολή μεγάλων παραμορφώσεων (στροφών) στον κόμβο δοκού-υποστυλώματος κ.α. Παράλληλα βαθμονομήθηκε προσομοίωμα μη γραμμικής ανάλυσης των εν λόγω συνδέσεων με χρήση του λογισμικού ABAQUS και διεξήχθη αναλυτική παραμετρική διερεύνηση. Από την αξιολόγηση, σύγκριση και συνδυασμό των πειραματικών, θεωρητικών και αναλυτικών δεδομένων, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, προτάθηκε και βαθμονομήθηκε έκφραση υπολογισμού της αντοχής προκατασκευασμένων αρθρωτών συνδέσεων δοκού-υποστυλώματος υπό τις διάφορες παραμέτρους που την επηρεάζουν και καταστρώθηκαν εμπειρικά διαγράμματα διατμητικής αντοχής-μετατόπισης υπό μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση, για πρακτικές εφαρμογές.

The major difference between the traditional monolithic cast in-situ R.C. structures and the prefabricated ones is that the latter are composed of various bearing members cast in different place of origin than their final position in the structure; therefore the structure is constituted of a set of “elements” and “connections” between them. The main issue that arises in precast construction is related to the behaviour of the connections (resistance, ductility etc) between the precast members, especially in the case that the structure is imposed to seismic actions. In the terms of the present research, investigation was undertaken with regard to the behaviour of precast pinned beam-to-column connections, provided by steel dowels, under static (monotonic and cyclic) and dynamic loading. In particular, in accordance with the experimental data in hand, the effect of several parameters on the behaviour of the connection was examined, such as the concrete cover around the dowels, the number and diameter of the dowels, the strength of the grout filling, the confining reinforcement around the dowels, the imposition of severe deformations (rotations) at the joint etc. In the terms of the analytical part of this PhD thesis, a constitutive FE model of pinned beam-to-column connections was developed and calibrated with regard to the available experimental data, to be used for non linear analysis purposes. The applicability of the proposed model to provide analytical prediction of the shear resistance of precast RC pinned beam-to-column connections was checked by comparing the experimental and numerical results. To substantiate the analytical approach, the methodology followed for the three - dimensional nonlinear simulation of the precast pinned beam-to-column connection and all related parameters and properties with regard to the materials, boundary conditions, interaction properties etc, are duly described. Τhe calibrated analytical model was further applied for the analytical parametric investigation of the shear resistance of precast pinned connections. The contribution of the work reported herein refers to a proposed relationship for the calculation of the shear resistance of precast pinned beam-to-column connections subjected to monotonic and cyclic loading, under the effect of several parameters. Moreover, an approximate empirical force-displacement constitutive law is proposed for this type of connections, under monotonic and cyclic loading, to be used for design purposes.