Αριθμητική προσομοίωση με ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων της απόκρισης κοντών υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων με μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα

• Κύριος συγγραφέας: Ζωχιού, Λαμπρινή
• Άλλοι συγγραφείς: Zochiou, Lamprini
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Κοντά υποστυλώματα ΟΣ; Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων; Σύνθετα υλικά; Ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας (ΙΑΜ); Αλκαλο-ενεργοποιούμενα υλικά (ΑΑΜ); Γεωπολυμερή; Σεισμική αναβάθμιση; Abacus

Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στην αριθμητική διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς στοιχείων κοντών υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος ενισχυμένων με μανδύες Ινοπλεγμάτων σε Ανόργανη Μήτρα. Η διερεύνηση γίνεται μέσω αναλύσεων με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Abaqus και με αντιπαραβολή των αποτελεσμάτων των αναλύσεων με τα αντίστοιχα που προέκυψαν από μία σειρά πειραματικών δοκιμών στις οποίες και βασίζεται η παρούσα εργασία. Όλα τα στοιχεία που απαιτούνται για την προσομοίωση και τη γεωμετρία των στοιχείων και για την αντοχή και συμπεριφορά των υλικών που χρησιμοποιούνται στις αναλύσεις λήφθηκαν σύμφωνα με την πειραματική διαδικασία και με την προσπάθεια να επιτευχθεί η κατά το δυνατόν πιο αντιπροσωπευτική προσομοίωση. Επιπρόσθετα της ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία και ως ακόμη ένα μέσο σύγκρισης πραγματοποιείται και αναλυτική προσομοίωση της απόκρισης των κοντών υποστυλωμάτων με αναλυτικά μοντέλα και εμπειρικές σχέσεις της βιβλιογραφίας. Παράμετροι ενδιαφέροντος κατά την ανάλυση είναι η επίδραση στη συνολική απόκριση της διαφοροποίησης στα στοιχεία κοντών υποστυλωμάτων : (α) του γεωμετρικού ποσοστού του οπλισμού διάτμησης, (β) του τρόπου ενίσχυσης και συγκεκριμένα με δύο ή τέσσερις στρώσεις μανδύα Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα και (γ) του μητρικού υλικού του μανδύα ΙΑΜ και συγκεκριμένα αν αυτό είναι μείγμα συμβατικού τσιμέντου ή υλικών αλκαλο-ενεργοποιούμενης σύστασης. Ιδιαίτερη έμφαση στον τρόπο προσομοίωσης με πεπερασμένα στοιχεία δίνεται σε ότι αφορά τον ορισμό παραμέτρων και την επιλογή κατάλληλων μοντέλων υλικών και στοιχείων. Η εργασία διαρθρώνεται σε οκτώ επιμέρους κεφάλαια ως εξής : Στο Κεφάλαιο 1 πραγματοποιείται μία σύντομη εισαγωγική περιγραφή για όλες τις θεματικές ενότητες που απαρτίζουν την παρούσα μελέτη, δηλαδή το φαινόμενο των κοντών υποστυλωμάτων και την αναγκαιότητα επεμβάσεων, τις ενισχύσεις με σύνθετα υλικά και συγκεκριμένα με μανδύες Ινοπλεγμάτων σε Ανόργανη Μήτρα και τα αλκαλο-ενεργοποιούμενα υλικά ως εναλλακτική των συμβατικών μειγμάτων τσιμέντου. Επιπλέον προσδιορίζεται και αποσαφηνίζεται και ο στόχος της παρούσας ερασίας. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφονται τα Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας ως σύνθετα υλικά ενίσχυσης, τα χαρακτηριστικά τους, η δομή και ο μηχανισμός λειτουργίας τους καθώς και οι συνήθεις τρόποι αστοχίας τους. Αναφέρονται ενδεικτικά παραδείγματα της έως τώρα χρήσης τους σε πειραματικές ή πραγματικές εφαρμογές και πραγματοποιείται μία σύντομη ανασκόπηση των βασικότερων διαθέσιμων ερευνητικών εργασιών σχετικά με τις εφαρμογές των μανδυών ΙΑΜ στο πεδίο των ενισχύσεων. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφονται οι αλκαλο-ενεργοποιούμενες συνθέσεις, τα επιμέρους υλικά που συμμετέχουν σε αυτές ως πρώτες ύλες, τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητές τους και οι επιδράσεις που συνεπάγεται η προσθήκη τους, ενώ πραγματοποιείται και μία σύντομη ανασκόπηση κάποιων από τις βασικότερες διαθέσιμες θεωρητικές ή πειραματικές μελέτες που έχουν συντελεστεί σε αυτό το πεδίο μέχρι σήμερα. Στο Κεφάλαιο 4 πραγματοποιείται ο αναλυτικός ορισμός του φαινομένου των κοντών υποστυλωμάτων, περιγράφονται οι συνθήκες δημιουργίας τους και η μηχανική συμπεριφορά τους, η αντιμετώπισή τους από προηγούμενους και τρέχοντες κανονισμούς και παρουσιάζονται αναλυτικά και εμπειρικά μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί στη βιβλιογραφία για την προσέγγιση της απόκρισής τους. Στη συνέχεια, η έρευνα εστιάζει στα ενισχυμένα κοντά υποστυλώματα, στους τρόπους ενίσχυσής τους και στη μηχανική συμπεριφορά τους μετά την ενίσχυση ενώ πραγματοποιείται ανασκόπηση μελετών βιβλιογραφίας σχετικά με την ενίσχυση κοντών υποστυλωμάτων για διάφορους τρόπους ενίσχυσης. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται αναλυτικά η πειραματική μελέτη στην οποία βασίζεται η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων. Περιγράφονται τα δοκίμια και η διαδικασία προετοιμασίας τους, τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν και οι μηχανικές ιδιότητές τους, είτε οι δεδομένες είτε εκείνες που προέκυψαν από πειραματικές πιστοποιήσεις στις περιπτώσεις που αυτές διεξήχθησαν. Ακόμη, περιγράφεται η πειραματική διάταξη, οι συνθήκες στήριξης και φόρτισης και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών, τα οποία αποτελούν μέτρο σύγκρισης για την ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία. Στο Κεφάλαιο 6 που αφορά την ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία, πραγματοποιείται αναλυτική περιγραφή των κύριων σταδίων της διαδικασίας προσομοίωσης με το λογισμικό Abaqus, της διαδικασίας επιλογής των υλικών και των στοιχείων για τη μοντελοποίηση, της διαδικασίας φόρτισης κλπ, με αναφορά στις παραμέτρους που ορίζονται και στις παραδοχές που γίνονται σε κάθε στάδιο. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων ανά κατηγορία στοιχείου, με συγκεντρωτικά διαγράμματα και εικόνες ισοϋψών χρωματικής απεικόνισης της έντασης και της καταπόνησης και γίνεται αναλυτικός σχολιασμός τους. Στο Κεφάλαιο 7 πραγματοποιείται η περιγραφή και εφαρμογή των αναλυτικών και εμπειρικών μοντέλων της βιβλιογραφίας για την προσέγγιση της απόκρισης των κοντών υποστυλωμάτων της παρούσας μελέτης σε όρους μέγιστης τέμνουσας δύναμης και ικανότητας παραμόρφωσης. Τα αποτελέσματα από την πειραματική διερεύνηση, την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων και την αναλυτική προσέγγιστη παρουσιάζονται συγκεντρωτικά στον ίδιο πίνακα και πραγματοποιείται σύγκριση και σχολιασμός. Στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα από το σύνολο της μελέτης ανά κατηγορία μεθόδου και σε σχέση με κάθε παράμετρο ενδιαφέροντος όπως αυτές έχουν οριστεί προηγουμένως και γίνεται συγκεντρωτικός σχολιασμός και προτάσεις για περαιτέρω διεύρυνση της έρευνας.