Είναι γνωστό ότι η πρόωρη υποβάθμιση της ανθεκτικότητας του σκυροδέματος, λόγω διείσδυσης διαβρωτικών παραγόντων, προκαλεί φαινόμενα διάβρωσης στο χάλυβα οπλισμού, η οποία υποβαθμίζει της μηχανική του συμπεριφορά και εν γένει οδηγεί στη μείωση της φέρουσας ικανότητας των στοιχείων Ο/Σ περιορίζοντας την ωφέλιμη διάρκεια ζωής τους. Ιδιαίτερα σε σεισμογόνες περιοχές, όπως η Ελλάδα, που εκτός της πρόωρης γήρανσης των κατασκευών εξαιτίας της περιβαλλοντικής δράσης, καταγράφεται συχνά έντονη σεισμική δραστηριότητα, προκαλείται επιπρόσθετη βλάβη στο χάλυβα οπλισμού εξαιτίας των ισχυρών δυναμικών φορτίσεων. Ωστόσο, αν και ο διαβρωτικός παράγοντας αναγνωρίζεται από την επιστημονική κοινότητα ως κύρια αιτία υποβάθμισης των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος, έως σήμερα, δεν έχουν προσδιοριστεί αξιόπιστες μέθοδοι ποσοτικοποίησης της βλάβης διάβρωσης επί του χάλυβα οπλισμού.
Στην παρούσα εργασία, λαμβάνοντας υπόψη πειραματικά αποτελέσματα από την υφιστάμενη διεθνή βιβλιογραφία, αναπτύχθηκε βάση δεδομένων των υποβαθμισμένων μηχανικών ιδιοτήτων του χάλυβα λόγω διάβρωσης και μέσω στατιστικής ανάλυσης εξήχθησαν σχέσεις μείωσής του συναρτήσει του βαθμού διάβρωσης. Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε πειραματική μελέτη της δυναμικής απόκρισης εργαστηριακά διαβρωμένων ράβδων οπλισμού, οι οποίες υποβλήθηκαν σε δοκιμές κόπωσης σε σταδιακά αυξανόμενες παραμορφώσεις. Το ελεύθερο μήκος σε κόπωση των ράβδων τέθηκε ίσο με 240mm, ώστε να προσομοιωθεί η συμπεριφορά ράβδων οπλισμού σε παλιές κατασκευές, οι οποίες χαρακτηρίζονται από αραιή διάταξη συνδετήρων. Από την πειραματική μελέτη εξήχθησαν υστερητικά μοντέλα των χαλύβδινων ράβδων για τρεις διαφορετικές περιπτώσεις: (α) δίχως διάβρωση, (β) με ομοιόμορφη διάβρωση και (γ) με σημειακή διάβρωση με βελονισμούς. Τέλος, πραγματοποιήθηκε αναλυτική προσομοίωση της σεισμικής συμπεριφοράς ενός υποστυλώματος Ο/Σ σε συνθήκες αναφοράς και διάβρωσης, λαμβάνοντας υπόψη τα υστερητικά μοντέλα της εργασίας. Τα αποτέσματα της εργασίας αναδεικνύουν τη σημαντική υποβάθμιση του διαβρωμένου χάλυβα, κυρίως στην περίπτωση της σημειακής διάβρωσης με βελονισμούς που οδηγεί σε σημαντική μείωση της ενεργού διατομής, πτώση της ικανότητας ανάληψης φορτίου και δραματική μείωση της ολκιμότητας. Στην περίπτωση της δυναμικής συμπεριφοράς των χαλύβδινων ράβδων παρουσιάζεται απόκλιση από το κλασσικό διγραμμικό ελαστοπλαστικό μοντέλο, λόγω της συσσώρευσης βλάβης στο υλικό από τη συνέργεια των κοπωτικών φορτίων, του λυγισμού και του διαβρωτικού παράγοντα. Τέλος, λαμβάνοντας υπόψη τα εξαγόμενα υστερητικά μοντέλα, δίχως διάβρωση και για σημειακή διάβρωση με βελονισμούς, προέκυψε ότι μπορεί να πραγματοποιηθεί ικανοποιητική πρόβλεψη της ανακυκλιζόμενης συμπεριφοράς τυπικών υποστυλωμάτων παλιών κατασκευών με διάβρωση του χάλυβα οπλισμού έως 21% ποσοστιαίας απώλειας μάζας.
It is well-known that the premature deterioration of the durability of concrete, due to the penetration of corrosive agents, causes corrosion phenomena in steel reinforcement, which degrades its mechanical behavior and generally leads to the reduction of the load-bearing capacity of the RC elements, limiting their useful life. Particularly in earthquake-prone areas, such as Greece, besides the premature aging of structures due to environmental action, intense seismic activity is often recorded, causing additional damage to the steel reinforcement due to the strong dynamic loads. Notwithstanding the fact that the corrosive factor is recognized by the scientific community as a major cause of deterioration of reinforced concrete structures, up to date, no reliable methods have been identified to quantify the corrosion damage on steel reinforcement.
In the present study, taking into consideration experimental results from the current international literature, a database of the deteriorated mechanical properties of steel due to corrosion was derived and through statistical analysis, reduction relationships were extracted as a function of the degree of corrosion. Subsequently, an experimental study of the dynamic response of laboratory-corroded reinforcing steel bars, which were subjected to fatigue tests at progressively increasing imposed deformation, was carried out. The free length under fatigue of the rebars was set equal to 240mm, in order to simulate the behavior of steel reinforcing bars in old structures, which are characterized by a sparse arrangement of stirrups. From the experimental study, hysteretic models of steel reinforcement were obtained for three different cases: (a) without corrosion (reference conditions), (b) with uniform corrosion and (c) with pitting corrosion. Finally, an analytical simulation of the seismic behavior of an RC column under reference and corroded conditions was carried out, taking into account the hysteretic models of the study. The results of the work highlight the significant degradation of corroded steel, especially in the case of pitting corrosion leading to a significant reduction of the effective cross-section, a drop in load carrying capacity and a dramatic reduction in ductility. As in the case of the dynamic behavior of steel bars, a deviation from the classical bilinear elastoplastic model is presented, due to the accumulation of damage in the material from the synergy of the compressive loads, buckling and the corrosive factor. To conclude, taking into account the extracted hysteretic models, without corrosion and for pitting corrosion, it was found that a satisfactory prediction of the cyclic behavior of typical columns of old structures with corroded steel reinforcement up to 21% mass loss can be performed.
Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Αποτίμηση Επάρκειας Διαβρωμένων Στοιχείων Οπλισμένου Σκυροδέματος