ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΕΡΕΥΝΑ
Ένας φέροντας οργανισμός κτιρίου από οπλισμένο σκυρόδεμα με εμβαδόν 100 τ.μ αποτελείται από 24,5 κυβικά οπλισμένου σκυροδέματος.( πλην των βάσεων )
Κάθε ένα κυβικό σκυροδέματος ζυγίζει 2450 κιλά.
Τα 24,5 κυβικά του φέροντα οργανισμού ζυγίζουν 60025 κιλά
Κάθε ένα κυβικό σκυροδέματος οπλίζεται με 140 κιλά χάλυβα.
Τα 24,5 κυβικά του φέροντα οργανισμού φέρουν οπλισμό 3430 κιλών.
Ένας χάλυβας προέντασης με διατομή Φ/40mm έχει αντοχές ανύψωσης 120.000 κιλών.
Δηλαδή ένας τένοντας προέντασης Φ/20mm έχει την δυνατότητα να σηκώσει στον αέρα ένα φέροντα οργανισμό εμβαδού 100 τ.μ
Το ερώτημα που μπαίνει είναι γιατί εμείς οπλίζουμε με χιλιάδες κιλά οπλισμού χάλυβα τις κατασκευές αυξάνοντας υπέρμετρα το κόστος της κατασκευής και υπό ισχυρή σεισμική διέγερση έχουμε και σοβαρές αστοχίες?
Σε αυτό το ερώτημα θα προσπαθήσω να απαντήσω για τους λόγους που προκαλούν αυτή την σπατάλη οπλισμού χάλυβα η οποία ανεβάζει το κόστος των κατασκευών.
Κάθε υλικό χαρακτηρίζεται από τις αντοχές του όταν δρουν επάνω του δυνάμεις.
Οι δυνάμεις αναλόγως την φορά που έχουν χαρακτηρίζονται σε δυνάμεις εφελκυσμού, σε δυνάμεις θλίψης, στέψης, διάτμησης και κάμψης.
Κάθε δομικό υλικό όπως είναι το σκυρόδεμα και ο χάλυβας αντιδρούν με διαφορετικές αντοχές σε αυτές τις δυνάμεις.
Το σκυρόδεμα έχει υπέρ αντοχές στις δυνάμεις της θλίψης, ενώ έχει ελάχιστες αντοχές στις δυνάμεις εφελκυσμού, στην τέμνουσα δύναμη και σε όλες τις άλλες δυνάμεις. Π.χ το σκυρόδεμα έχει 12 φορές μεγαλύτερη αντοχή στην δύναμη θλίψης από ότι έχει στην δύναμη εφελκυσμού.
Ο χάλυβας αντέχει σε όλες τις δυνάμεις, αλλά αυτό που τον κάνει απαραίτητο στις κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα είναι η υπέρ αντοχή του στις δυνάμεις του εφελκυσμού.
Οπότε εδώ έχουμε δύο υλικά, το σκυρόδεμα και τον χάλυβα, όπου το πρώτο αντέχει σε θλιπτικές δυνάμεις και το δεύτερο σε δυνάμεις εφελκυσμού και συνεργαζόμενα αποτελούν το οπλισμένο σκυρόδεμα.
Η συνεργασία μεταξύ σκυροδέματος και χάλυβα επιτυγχάνεται με τη συνάφεια.
Με τον όρο συνάφεια ορίζεται η συνδυασμένη δράση των μηχανισμών που παρεμποδίζουν τη σχετική ολίσθηση μεταξύ των ράβδων του οπλισμού και του σκυροδέματος που τις περιβάλλει.
Οι επιμέρους μηχανισμοί της συνάφειας είναι η πρόσφυση, η τριβή και, για την περίπτωση ράβδων χάλυβα με νευρώσεις, η αντίσταση του σκυροδέματος το οποίο εγκλωβίζεται μεταξύ των νευρώσεων.
Κατά το λίκνισμα της κατασκευής επέρχεται κάμψη στον κορμό του μοχλοβραχίονα του υποστυλώματος.
Κατά την κάμψη η μια του παρειά θλίβεται και η άλλη εφελκύεται. Την θλίψη την παραλαμβάνει το σκυρόδεμα και τον εφελκυσμό ο χάλυβας.
Όμως ο χάλυβας δεν παραλαμβάνει τον εφελκυσμό μόνος του, αλλά χρειάζεται και την συνεργασία του σκυροδέματος μέσο του μηχανισμού της συνάφειας. Και εδώ αρχίζουν τα προβλήματα.
Η συνδυασμένη δράση των μηχανισμών της συνάφειας θεωρείται ισοδύναμη με την ανάπτυξη διατμητικών τάσεων στη διεπιφάνεια σκυροδέματος και χάλυβα. Όταν οι τάσεις αυτές φθάσουν στην οριακή τιμή τους επέρχεται καταστροφή της συνάφειας με τη μορφή διάρρηξης του σκυροδέματος κατά μήκος των ράβδων και αποκόλλησης των ράβδων χάλυβα.
Με λίγα λόγια το σκυρόδεμα δεν έχει αντοχές στην διάτμηση και αστοχεί, με αποτέλεσμα οι υπέρ αντοχές του χάλυβα στον εφελκυσμό να ακυρώνονται.
Αυτό είναι ένα σοβαρό πρόβλημα της συνάφειας και δημιουργείται από την υπέρ αντοχή στον εφελκυσμό του χάλυβα, η οποία στρέφει την αστοχία σε διατμητική μορφή, η οποία είναι άκρως ψαθυρή διότι αδυνατεί να την παραλάβει το σκυρόδεμα.
Συμπέρασμα.
Χρησιμοποιώντας τον μηχανισμό συνεργασίας της συνάφειας οι προδιαγραφές σε εφελκυσμό του χάλυβα ακυρώνονται όταν επέλθει η διάρρηξη και καταστροφή του σκυροδέματος, προκαλούμενη από την ανάπτυξη εντάσεων διάτμησης στην διεπιφάνεια των δύο υλικών.
Υπάρχουν λύσεις για να βελτιωθεί αυτό το πρόβλημα?
Ναι υπάρχουν.
1) Η αύξηση της οριακής τιμής αστοχίας, επιτυγχάνεται με την αύξηση της αντοχής του σκυροδέματος.
2) Η παρουσία εγκάρσιου οπλισμού δρα ευνοϊκά περιορίζοντας το άνοιγμα των αναπτυσσόμενων ρωγμών.
3) Εν μέρει η μείωση των τάσεων επιτυγχάνεται με αύξηση της επικάλυψης και μείωση της διαμέτρου των ράβδων του οπλισμού.
Το καλύτερο όμως είναι να χρησιμοποιήσουμε τον μηχανισμό της συνάφειας για τον δευτερεύοντα οπλισμό του σκυροδέματος και σαν κύριο οπλισμό των υποστυλωμάτων να χρησιμοποιήσουμε τον μηχανισμό συνεργασίας σκυροδέματος χάλυβα της προέντασης στον οποίον δεν υφίσταται οι εντάσεις της διάτμησης, οπότε δεν ακυρώνουν τις προδιαγραφές του χάλυβα στον εφελκυσμό.
Υπάρχει και προσομοίωση και αριθμητική διερεύνηση δική μου στον πάρα κάτω σύνδεσμο, η οποία αποδεικνύει ότι η προένταση στα υποστυλώματα βελτιώνει σημαντικά τους δείκτες των διαγραμμάτων ως προς την μετατόπιση του κόμβου ελέγχου και την τέμνουσα βάσης.
https://www.researchgate.net/publicatio ... m_behaviorΧαιρετισμούς στο michanikos.gr το οποίο με έχει αποκλείσει απαγορεύοντας σε εμένα να ενημερώσω την κοινότητα των πολιτικών μηχανικών για την έρευνά μου.