Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9590
Title: Πειραματική και αναλυτική μελέτη καινοτόμου συστήματος αντισεισμικής και ενεργειακής αναβάθμισης τοιχοποιίας : συμπεριφορά υπό μηχανικά φορτία και μετά από δοκιμή πυρός
Other Titles: Experimental and analytical study of an innovative system of seismic and energy upgrade of masonry : behavior under loading and after fire test
Authors: Κεφάλου, Καλλιόπη
Keywords: Τοιχοποιία
Εκτός επιπέδου ανακυκλιζόμενη φόρτιση
Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας (ΙΑΜ)
Διογκωμένη πολυστερίνη
Αυτόκλειστο κυψελωτό σκυρόδεμα
Δοκιμή πυρός τοιχοποιίας
Αντισεισμική ενίσχυση
Σύνθετα υλικά
Keywords (translated): Masonry
Out-of-plane cyclic loading
Textile Reinforced Mortar (TRM)
Expanded Polystyrene (EPS)
Autoclaved Aerated Concrete (AAC)
Fire test of masonry
Seismic retrofitting
Composite materials
Textiles
Textile based composites
Abstract: Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της ενίσχυσης δοκιμίων τοιχοποιίας, τμήματα δηλαδή των τοιχοπληρωμένων πλαισίων, μέσω της εφαρμογής μιας νέας τεχνικής που κάνει χρήση προηγμένων συνθέτων υλικών (ινοπλέγματα υάλου σε συνδυασμό με κονιάματα), τα γνωστά και ως Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (IAM). Η τεχνική αυτή αποτελεί εναλλακτική πρόταση ενίσχυσης έναντι άλλων, συμβατικών και μη, τεχνικών και σκοπεύει στην αντισεισμική αναβάθμιση των δοκιμίων τοιχοποιίας. Σε συνδυασμό όμως με την επίτευξη της αντισεισμικής προστασίας των δοκιμίων αυτών, έγινε και μελέτη για την ενεργειακή αναβάθμισή τους χρησιμοποιώντας εξωτερική θερμομόνωση. Λεπτομερέστερα, το πειραματικό πρόγραμμα που διενεργήθηκε για το σκοπό αυτό περιελάμβανε την κατασκευή 17 δοκιμίων τοιχοποιίας. Από αυτά, ενισχύθηκαν τα 16 δοκίμια τοιχοποιίας, τα οποία χωρίστηκαν σε δύο ομάδες, ενώ το ένα δεν ενισχύθηκε και αποτελούσε το δοκίμιο αναφοράς. Στην πρώτη ομάδα των ενισχυμένων δοκιμίων ανήκουν τα 11 δοκίμια και στη δεύτερη ομάδα τα υπόλοιπα 5 δοκίμια. Η διαφορά τους έγκειται στο γεγονός ότι τα δοκίμια της δεύτερης ομάδας υποβλήθηκαν σε πυρκαγιά πριν τη δοκιμή τους στο εργαστήριο. Έτσι, για την ενεργειακή αναβάθμιση των δοκιμίων της πρώτης ομάδας χρησιμοποιήθηκαν πλάκες διογκωμένης πολυστερίνης (EPS) ως θερμομονωτικό υλικό, ενώ αντίστοιχα στην δεύτερη ομάδα χρησιμοποιήθηκαν οι θερμομονωτικές και ταυτόχρονα πυράντοχες πλάκες αυτόκλειστου κυψελωτού σκυροδέματος (Autoclaved Aerated Concrete) ή πορομπετόν ή πιο απλά πλάκες "YtongMultipor". Τα δοκίμια αυτά τοιχοποιίας που κατασκευάστηκαν αφού ενισχύθηκαν με τον κατάλληλο κάθε φορά τρόπο, υποβλήθηκαν σε εκτός επιπέδου ανακυκλιζόμενη κάμψη τριών σημείων. Το εκτενές αυτό πειραματικό πρόγραμμα υλοποιήθηκε στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών σε διάστημα έξι μηνών από το Σεπτέμβριο του 2015 έως το Φεβρουάριο του 2016. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκαν, διάφορες περιπτώσεις ταυτόχρονης τοποθέτησης της εξωτερικής θερμομόνωσης και του σύνθετου υλικού ενίσχυσης (ΙΑΜ), ώστε να διαπιστωθεί ο βέλτιστος συνδυασμός τοποθέτησής τους στην επιφάνεια της τοιχοποιίας, με σκοπό την πλήρη "εκμετάλλευση" των ιδιοτήτων των δύο αυτών υλικών. Θα διαπιστωθεί, δηλαδή, εάν η διαφορετική διάταξη τοποθέτησής τους στην επιφάνεια της τοιχοποιίας επηρεάζει την μέγιστη αντοχή και την αντίστοιχη πλαστιμότητα του εν λόγω δοκιμίου τοιχοποιίας. Επιπλέον, εξετάστηκαν αντίστοιχα τα δοκίμια τοιχοποιίας τα οποία πρώτα υποβλήθηκαν σε πυρκαγιά και εξήχθησαν συμπεράσματα για την ποιότητα του θερμομονωτικού και πυράντοχου υλικού που χρησιμοποιήθηκε, αλλά και για το επιθυμητό πάχος που πρέπει να έχει ώστε να προστατεύει πλήρως το πλέγμα ινών υάλου από την πυρκαγιά. Η διατριβή χωρίζεται σε οκτώ κεφάλαια. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία συνοπτική περιγραφή των τοιχοπληρωμένων φορέων, καθώς επίσης περιγράφονται αναλυτικά οι τρόποι καταπόνησης μίας τοιχοποιίας και κατ' επέκταση οι υφιστάμενες τεχνικές αντιμετώπισης (συμβατικές και μη) οι οποίες είτε εφαρμόζονται στο πεδίο είτε έχουν διερευνηθεί πειραματικά. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφεται συνοπτικά το υλικό το οποίο χρησιμοποιείται στη νέα τεχνική που αναπτύσσεται στην παρούσα εργασία, δηλαδή τα «Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ)»,μαζί με μία σύντομη ανασκόπηση των ερευνητικών εργασιών της διεθνούς βιβλιογραφίας που κάνουν χρήση των ΙΑΜ σε εφαρμογές ενισχύσεων τοιχοποιίας οι οποίες υποβάλλονται σε εκτός επιπέδου κάμψη. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφονται ξεχωριστά οι διαδικασίες ενίσχυσης που ακολουθήθηκαν για κάθε ένα δοκίμιο τοιχοποιίας, καθώς επίσης και η ανάλυση της ονοματολογίας τους με τρόπο απλό και κατανοητό προς τον αναγνώστη. Στη συνέχεια του κεφαλαίου ακολουθεί η περιγραφή των ιδιοτήτων όλων των υλικών τα οποία χρησιμοποιήθηκαν τόσο για την κατασκευή, όσο και για την παρασκευή των μανδυών των σύνθετων υλικών ανόργανης μήτρας, καθώς και οι ιδιότητες αυτών, όπως προέκυψαν από πρότυπες δοκιμές, που πραγματοποιήθηκαν για το σκοπό αυτό στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών. Τέλος, γίνεται μια σύντομη περιγραφή της πειραματικής διάταξης, αλλά και του μηχανικού εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα των δοκιμών της πρώτης ομάδας πειραμάτων.Αναφέρονται αναλυτικά για κάθε δοκίμιο η αντοχή και η παραμόρφωση αστοχίας που προέκυψε, ενώ απεικονίζεται και σχολιάζεται η μορφή με την οποία παρουσιάστηκε η αστοχία. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων προκειμένου να διευκολυνθεί η μετέπειτα εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται μία αναλυτική προσέγγιση των αποτελεσμάτων όσον αφορά τον έλεγχο σε κάμψη και διάτμηση. Στο τέλος του κεφαλαίου αυτού, γίνεται μία σύγκριση των θεωρητικών αποτελεσμάτων, με τα αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα. Το Κεφάλαιο 6 περιλαμβάνει την περιγραφή του τρόπου με τον οποίο έγινε η προσομοίωση της πυρκαγιάς στο Εργαστήριο Δοκιμών Πυρός. Επίσης, περιγράφονται αναλυτικά τα δοκίμια τα οποία υποβλήθηκαν σε πυρκαγιά και γίνεται αναφορά στην συμπεριφορά του πλέγματος υάλου όταν υπόκειται σε ψηλές θερμοκρασίες. Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα των δοκιμών της δεύτερης ομάδας πειραμάτων. Αναφέρονται αναλυτικά για κάθε δοκίμιο η αντοχή και η παραμόρφωση αστοχίας που προέκυψε, ενώ απεικονίζεται και σχολιάζεται η μορφή με την οποία παρουσιάστηκε η αστοχία. Επίσης, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων προκειμένου να διευκολυνθεί η μετέπειτα εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται και σύγκριση των δύο ομάδων πειραμάτων.Τέλος,στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται συνοπτικά τα συμπεράσματα της παρούσας διατριβής και ενδεικτικές προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.
Abstract (translated): The application of a new structural material, namely Textile Reinforced Mortar (TRM), as a means of increasing the load carrying capacity and deformability of unreinforced masonry walls subjected to cyclic out-of-plane loading is experimentally and analytically investigated in this study. Also, in combination with the seismic retrofitting using TRM layers, the present study researches the energy upgrade with the use of external insulation. For this purpose, an extensive experimental program was conducted at the Structural Materials Laboratory of the Civil Engineering Department at the University of Patras. A total of 17 specimens of masonry walls (1500x400x85mm) were constructed at the Laboratory. One specimen served as reference (unstrengthened) masonry wall which subjected to monotonic out-of-plane loading, whereas the remaining 16 received TRM layers and insulation in several combinations and subjected to cyclic out-of-plane loading. The strengthened specimens were separated in two groups. The 1st group consisted of 11 specimens and the 2nd group consisted of 5 specimens. The difference between the groups was that the specimens of 2nd group was subjected to fire test at the Fire Laboratory and then was subjected to cyclic loading. Also, it is noted that the insulation of the 1st group was Expanded Polystyrene (EPS) plates, which is very economical insulation material, whereas in the 2nd group were placed plates of Autoclaved Aerated Concrete (AAC), which is both insulation and fire resistance material. To sum up, the purpose of the study is to examine several combinations of the materials (TRM layers and insulation) in order to determine the best combination which increases both the strength and plasticity of wall specimens. In addition, another purpose of the study is to examine the quality of the fire resistance material (AAC plates) and to determine the required thickness of the AAC plates in order to protect the TRM layers from fire. The first chapter of this dissertation discusses the necessity of strengthening masonry walls in bending and introduce the objective of the study. A relatively extended literature overview about flexural strengthening with externally bonded reinforcement is included in the second chapter. The purpose of the third chapter is to describe the way the specimens were designed and constructed. The strengthening procedure, the experimental setup and the materials’ properties are also included in this chapter. The test results of the first group are presented and discussed in the fourth chapter. In the fifth chapter theoretical calculations were conducted in order to verify the experimental results of the 1st group. The sixth chapter describes the fire simulation. The test results of the second group are presented and discussed in the seventh chapter. The final chapter includes the general conclusions of the present study and some suggestions for further research on seismic retrofitting and energy upgrading of masonry walls.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Kefalou(civ).pdf9.78 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.