MODELS FOR STRENGTHENING ASSESSMENT OF REINFORCED CONCRETE FRAMES BY ADDING THE INFILLS FOR EARTHQUAKE ACTION

摘要

Okvirne armiranobetonske (AB) konstrukcije dominantno se koriste za izvodenje niskih i srednje visokih građevina na području Republike Hrvatske, te ponekad je ovakve građevine u seizmički aktivnim zonama potrebno ojačati, kako bi prema potrebi povećali nosivost, krutost i/ili duktilnost osnovne nosive konstrukcije. U ovoj disertaciji razrađena je upotreba zidanih ispuna, s različitim tipovima veza ispuna i AB okvira, kao element ojačanja osnovne AB konstrukcije za potresna djelovanja. Poznato je da prisustvo ispuna, i bez dodatnog povezivanja s okvirom, značajno mijenja dinamički odgovor konstrukcije, pri čemu elementi ispuna ne mogu biti zanemareni pri dinamičkoj ili statičkog analizi građevine. Postojeći važeći propisi ne sadrže pojašnjenja o utjecaju ovakvih ojačanih konstrukcija, sto čini ovo područje dodatno zanimljivim. Dosadašnje spoznaje pokazale su da jednolika prisutnost zidanog ispuna doprinosi većoj krutosti i nosivosti sustava, pri čemu konstrukcija doživljava manje globalne pomake, time i manja oštećenja, sto se često smatra pozitivnim učincima zidanog ispuna. S druge strane prisutnost ispuna može dovesti do lokalnih ili globalnih plastičnih deformacija osnovne okvirne konstrukcije, formirajući tako kratke stupove, posmične slomove čvorova stup-greda, ili formiranje tzv. mekane etaže, te redukcije duktilnosti pojedinih elemenata i/ili konstrukcije u cjelini, sto su dakako jedni od negativnih učinaka ispuna. Ojačanjem okvira dodavanjem ispuna u kombinaciji s međusobnim vezama nastoji se prvenstveno poboljšati međudjelovanje ispuna i okvira, koje se može promatrati i kroz doprinos duktilnosti sustava, te kroz reduciranje mogućih negativnih učinaka ispuna spomenutih ranije, na jednorasponskim jednoetažnim uzorcima. Doktorska disertacija obraduje ponašanje praznih ravninskih AB okvira, te ravninskih AB okvira ojačanih dodavanjem zidanog ispuna u kombinaciji s međusobnim vezama ispuna i elemenata okvira, za potresna djelovanja. Koristeći dosadašnje spoznaje o kompozitnom sustavu okvira s ispunom, te njihovom međudjelovanju, primarni cilj ove disertacije bio je istražiti mogućnosti korištenja zidova ispuna u AB okvirima kao metodu ojačanja, promatrajući pri tome cikličke odzive dobivene eksperimentalnim ispitivanjem pojedinih modela u svojoj ravnini. Kako bi doprinijeli razumijevanju ojačanja okvira pomoću zidanih ispuna, provedena su eksperimentalna i numerička istraživanja. Eksperimentalni dio istraživanja proveden je na 10 jednorasponskih i jednoetažnih uzoraka duktilnih i neduktilnih armiranobetonskih okvira ojačanih zidanih ispunom (šuplja glinena blok i puna opeka), te 7 srodnih referentnih uzoraka korištenih za evaluaciju ojačanja ispunom i kvalitetu veza ispuna i okvira. Uz statičko cikličko ispitivanje samih uzoraka okvira, provedeno je ispitivanje i mehaničkih karakteristika ugrađenih materijala (betona, armature, zidnih elemenata, zida, morta i kompozitnih materijala). Uzorci okvira izvedeni su u mjerilu 1:2.5 za duktilne, odnosno 1:2 za neduktilne okvire, ispitanih pri stalnim vertikalnim i uvećavanim horizontalnim cikličkim opterećenjem (engl. Static Reversed-Cyclic Test). Ispitni uzorci mogu se grupirati prema vrsti zidnog elementa (šuplji glineni blok i puna opeka), prema tipu AB okvira (duktilni i neduktilni), te tipu veza ispuna i okvira. Ovime dobivamo ukupno 6 različitih konguracija ojačanja, od kojih su pojedini primijenjeni na dva tipa ispuna. Obradom vlastitih eksperimentalnih ispitivanja prikazane su karakteristike u ponašanju svakog uzorka, te utvrđen je najpogodniji tip ojačanja za duktilne i neduktilne okvire. Za sve eksperimentalne uzorke, od kojih su 10 izvornih i 7 referentnih, provedena je kalibracija istih pomoću nelinearnih makro{modela u programu OpenSees (PEER, Berkeley, opensees.berkeley.edu). Numerički modeli temeljeni su na tzv. grednim elementima za stupove i grede, te tlačnim dijagonalama za zidove ispuna, za koje je postignuto zadovoljavajuće poklapanje cikličkih odziva u odnosu na eksperimente. Isti modeli korišteni su u numeričkoj studiji slučaja, za predviđanje dinamičkog odziva s primjenom na realnoj građevini (Tsukuba, Japan) putem IDA analiza, pri čemu su konstruirane IDA krivulje i krivulje oštetljivosti, krivulje ranjivosti, krivulje gubitaka za svaki tip ojačanja posebno, kako bi ocijenili učinkovitost pojedinog ojačanja u odnosu na referentne modele. Na kraju je ukratko prikazana i eksperimentalna studija slučaja prostorne FRAMA građevine, Model #1 i Model #2 (FRAmed-MAsonry Composites for Modelling and Standardization, framed-masonry.com), koja je izvedena u mjerilu 1:2.5, te dinamički ispitana na potresnoj platformi u institutu IZIIS (Institut za Zemljotresno Inženjerstvo i Inženjersku Seizmologiju, iziis.edu.mk), Skoplje, Makedonija. FRAMA građevina, Model #1 i #2 sadrže vrlo slične karakteristike u geometriji, vrsti ispuna i tipu ojačanja kao sto je to slučaj s pojedinim izvornim ravninskim eksperimentalnim uzorcima iz prvog dijela istraživanja. FRAMA Model #1 reprezentira osnovni model AB okvira sa zidanim ispunom od šuplje blok opeke, bez dodatnih veza ispuna i okvira, dok Model #2 reprezentira ojačan model izveden na prethodno ispitanom AB okviru (Model #1), pri čemu je korištena puna opeka u kombinaciji s vertikalnim serklazima. U kratko su prikazani globalni dinamički odzivi, maksimalni međukatni pomaci i usporedba vlastitih frekvencija Modela #1 i #2 kao evaluaciju ojačanja Modela #2 u odnosu na Model #1.