Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10599
Title: Πειραματική διερεύνηση σταδιακής κατάρρευσης κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος λόγω τυχηματικών δράσεων
Other Titles: Experimental investigation of reinforced concrete structures' progressive collapse due to accidental actions
Authors: Σταθάς, Νικόλαος
Keywords: Ανθεκτικότητα
Προοδευτική κατάρρευση
Τυχηματικές δράσεις
Κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος
Δοκιμές δοκών
Δοκιμές πλακών
Δράση θόλου
Δράση ανάρτησης
Προκατασκευασμένη μέλη οπλισμένου σκυροδέματος
Προένταση χωρίς συνάφεια
Ξηρές συνδέσεις πλαισίων οπλισμένου σκυροδέματος
Μεμβρανική δράση
Τοιχοπληρώσεις
Απώλεια υποστυλώματος
Λικνισμός
Ανασήκωση
Keywords (translated): Resilience
Progressive collapse
Accidental actions
Reinforced concrete structures
Beam tests
Slab tests
Compressive arch action
Catenary action
Precast reinforced concrete members
Unbonded prestressing
Dry-jointed reinforced concrete frames
Membrane action
Masonry infills
Loss of column
Rocking
Uplift
Abstract: Ακραίες δράσεις όπως οι εκρήξεις ή η πρόσκρουση οχημάτων σε κατασκευές μολονότι παρουσιάζουν μικρή πιθανότητα εμφάνισης, εν τούτοις οι συνέπειες για τις κατασκευές μπορεί να είναι τέτοιες που να οδηγήσουν σε κατάρρευση, καθώς η τοπική βλάβη σε ένα μέλος ενδέχεται να εξαπλωθεί διαδοχικά και στα επόμενα. Το ενδεχόμενο αυτό διερευνήθηκε πειραματικά στα πλαίσια της παρούσας διατριβής για επίπεδους και χωρικούς φορείς οπλισμένου σκυροδέματος οι οποίοι υφίστανται απώλειας κατακόρυφης στήριξης. Μελετήθηκαν, όχι μόνο το ενδεχόμενο η απώλεια αυτή να οδηγεί τις σημερινές κατασκευές σε προοδευτική κατάρρευση, αλλά και τρόποι βελτίωσης της απόκρισής τους για αποφυγή της κατάρρευσης. Αρχικά εξετάζονται οι επιπτώσεις, λόγω τυχηματικής δράσης, της απώλειας υποστυλώματος στις δοκούς που συντρέχουν στο εν λόγω υποστύλωμα καθώς και στην πλάκα η οποία εδράζεται στις δοκούς αυτές. Η διερεύνηση της ανακατανομής της έντασης έγινε μέσω δύο υπο-κατασκευών του αρχικού φορέα, ενώ τα αποτελέσματα συνδυάστηκαν αναδεικνύοντας σημαντικό περιθώριο ανάληψης φορτίων από το σύστημα δοκών-πλάκας, με την πλάκα να συνεισφέρει ουσιαστικά μετά την εξάντληση της αντοχής των δοκών. Σε δεύτερη σειρά δοκιμών σε δοκίμια ίδιας μεν γεωμετρίας αλλά με υιοθέτηση εναλλακτικών τρόπων κατασκευής των δοκών (ξηρές συνδέσεις και αξονική προένταση) και διαμόρφωσης του οπλισμού της πλάκας (συνεχείς οπλισμοί άνω-κάτω πέλματος) – αποδεδειγμένα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας και δομικής ακεραιότητας για σεισμικές δράσεις – διαπιστώθηκε σαφής βελτίωση της απόκρισης δοκών/πλακών ως προς το περιθώριο ανάληψης των πρόσθετων φορτίων που παράγονται από την απώλεια της στήριξης. Έχει στο παρελθόν αποδειχθεί ότι οι επιπτώσεις σοβαρών βλαβών σε υποστυλώματα από σεισμική δράση ενδέχεται να μην οδηγήσουν σε κατάρρευση του δομήματος αν ο αμέσως ανώτερος όροφος φέρει τοιχοπλήρωση. Η ευμενής επίδραση μη-φερουσών τοιχοπληρώσεων στην απόκριση κατασκευών ΟΣ μελετήθηκε για την περίπτωση πλήρους απώλειας υποστυλώματος: πραγματοποιήθηκαν δοκιμές αφαίρεσης υποστυλωμάτων από διάφορες θέσεις του ισογείου διώροφης κατασκευής ΟΣ με τοιχοπληρώσεις, η κατανομή και διαμόρφωση των οποίων ανταποκρίνονταν σε εκείνες πραγματικών κατασκευών (φατνώματα χωρίς τοιχοπλήρωση, πλήρως τοιχοπληρωμένα ή με ανοίγματα σε διάφορες θέσεις). Οι δοκιμές έδειξαν ότι η συνεισφορά των τοιχοπληρώσεων στην ανθεκτικότητα του φορέα έναντι σταδιακής κατάρρευσης είναι σημαντική, οδηγώντας σε μικρότερες βυθίσεις των δοκών στο σημείο απώλειας της κατακόρυφης στήριξης και σε εν γένει μικρότερες παραμορφώσεις των φατνωμάτων και των μελών που επηρεάζονταν από το συμβάν, συγκριτικά με τα μη τοιχοπληρωμένα φατνώματα. Ένας μηχανισμός με αποδεδειγμένα ευμενή επιρροή στην ανθεκτικότητα κατασκευών είναι ο λικνισμός των κατακορύφων στοιχείων στη βάση τους. Αξιοποιώντας τα θετικά πορίσματα των σεισμικά ανθεκτικών δοκιμίων των δοκών έναντι απώλειας στήριξης, δοκιμάστηκε σε πλευρική φόρτιση πλαίσιο ΟΣ, κατασκευασμένο όμοια με το δοκίμιο των δοκών ξηρών συνδέσεων με αξονική προένταση, με το επιπλέον χαρακτηριστικό ότι τα πέδιλα θεμελίωσης των υποστυλωμάτων ήταν ελεύθερα να λικνιστούν. Ο λικνιζόμενος φορέας παρέμεινε σχεδόν άθικτος μετά το πέρας της δοκιμής, σε αντίθεση με την περίπτωση πάκτωσης των θεμελίων (που επίσης εξετάστηκε πειραματικά) και παρουσίασε σημαντικές βλάβες σε δοκούς και υποστυλώματα. Η διατριβή, διαρθρώνεται σε πέντε κεφάλαια. Στο Κεφάλαιο 1 εισάγεται το υπό μελέτη πρόβλημα, η προσέγγισή του από διάφορα κανονιστικά κείμενα, καθώς και το αντικείμενο – στόχοι της εργασίας. Η συμπεριφορά των δοκών και πλακών μιας εξαώροφης κατασκευής ΟΣ που επηρεάζονται από την τυχηματική απώλεια κατακόρυφης στήριξης διερευνάται στο Κεφάλαιο 2, διεξάγοντας δοκιμές σε δοκίμια δοκών και πλακών σε κλίμακα 0.6:1 και 1:1.5, αντίστοιχα. Στο Κεφάλαιο 3 εξετάζεται η συνεισφορά των τοιχοπληρώσεων στην αποφυγή της σταδιακής κατάρρευσης κατασκευών λόγω απώλειας στήριξης, πραγματοποιώντας δοκιμές απώλειας υποστυλωμάτων σε διώροφο κτίριο ΟΣ, σε κλίμακα 1:1.25. Η σεισμική απόκριση διώροφου προκατασκευασμένου πλαισίου ΟΣ, σε κλίμακα 0.6:1, με δυνατότητα λικνισμού και ανασήκωσης των πεδίλων θεμελίωσής του από το έδαφος έδρασης, μελετήθηκε στο Κεφάλαιο 4. Τέλος, στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η σύνοψη της διατριβής και τα πορίσματα που προκύπτουν από αυτή.
Abstract (translated): Even though extreme actions on structures, such as explosions or impacts, have low possibility of occurrence, their consequences to the structures could lead to collapse though; the local damage of one member is possible to expand to the others. Such an occasion has been investigated experimentally at present thesis for both planar and spatial reinforced concrete (RC) structures due to accidental loss of a support. The research interest concentrated not only on the case that an accidental loss could lead structures to progressive collapse, but also on manners to enhance their response to avoid collapse. The effects of an accidental loss of a column on the beams connecting on it and the slab they support were examined firstly. Two specimens which were models of subassemblies of the prototype building, were used to investigate the load redistribution and the results were combined showing significant margin of bearing capacity of the beams-slab system; the slab contributed remarkably when the beams reached their capacity. In a second series of tests, the specimens had the exact same geometry as the former but the beams were constructed alternatively (dry joints and beams’ axial prestressing) and so the slabs’ reinforcement configuration (continuous top-bottom reinforcing bars) – proven characteristics of resilience and robustness for seismic actions – there was found distinct enhancement of the beams/slabs response concerning to the capacity margin. In the past, it’s been confirmed that heavy damages on columns due to seismic action may not lead to structure’s collapse if the upper story is infilled. The contribution of infilled frames to the response of RC structures in the case of accidental loss of column, was studied: tests were conducted, removing instantly ground story columns of a 2-story RC structure with the perimeter frames of the 1st story being infilled; the distribution and configuration of infills was indicative for real structures’ infills (non-infilled frames, fully infilled or infilled frames with openings). The tests showed that the contribution of infills to the resilience of structure for progressive collapse is important, leading to beams’ smaller displacements at the position of the lost column and in general to smaller frames’ and members’ deformations, compared to those of the non-infilled frames. Structures can be protected from seismic damage and residual deformation if they rock as a whole relative to the shaking ground, or if their components rock in a stable way with respect to each other as rigid bodies. Considering the positive findings from the tests of the seismic resilient beams for the case of accidental loss of support, a RC frame was tested for lateral loading, which was constructed similar to the beams’ seismic resilient specimens: dry joints, unbonded post-tensioned cables continuous and concentric along all beam spans. Furthermore, the footings of the columns were free to rock and uplift from the ground. The rocking frame performed much better and had shown much less damage compared to the fixed-base frame (also investigated experimentally) which suffered severe damage at the beams and columns. The present thesis is structured in five chapters. At Chapter 1, an introduction is given regarding the main questioning and its approach by the regulations. In addition, the objectives of the thesis are presented. The response of beams and slabs of one 6-story RC structure, which are affected by the accidental loss of a support, is investigated at Chapter 2, conducting tests in beam and slab specimens scaled by 0.6:1 and 1:1.5, respectively. At Chapter 3, the contribution of infills is investigated to avoiding structures’ progressive collapse due to accidental loss of support, by performing tests of instantly removing columns of a 2-story RC building, scaled by 1:1.25. The seismic response of a 2-story, precast RC frame, scaled by 0.6:1, and its footings being able to rock and uplift from the ground, is studied at Chapter 4. Finally, at Chapter 5 the summary of the thesis and the findings of the present research work are presented.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Stathas(civ).pdf32.04 MBAdobe PDFView/Open


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