Συνεργασία σκυροδέματος και χάλυβα.
Μηχανισμός συνάφειας ή μηχανισμός προέντασης?
1.Μηχανισμός συνάφειας
Με τον όρο συνάφεια ορίζεται η συνδυασμένη δράση των μηχανισμών που παρεμποδίζουν τη σχετική ολίσθηση μεταξύ των ράβδων του οπλισμού και του σκυροδέματος που τις περιβάλλει. Οι επιμέρους μηχανισμοί της συνάφειας είναι η πρόσφυση, η τριβή και, για την περίπτωση ράβδων χάλυβα με νευρώσεις, η αντίσταση του σκυροδέματος το οποίο εγκλωβίζεται μεταξύ των νευρώσεων.
Η συνδυασμένη δράση των μηχανισμών αυτών επιφέρει την ανάπτυξη διατμητικών τάσεων στη διεπιφάνεια σκυροδέματος και χάλυβα.
Το σκυρόδεμα δεν αντέχει την διάτμηση με αποτέλεσμα όταν οι τάσεις φθάσουν στην οριακή τιμή τους επέρχεται καταστροφή της συνάφειας υπό μορφή διάρρηξης του σκυροδέματος κατά μήκος των ράβδων και αποκόλλησης των ράβδων χάλυβα. Αυτό είναι καταστροφικό διότι ακυρώνει την υπέρ αντοχή του χάλυβα και του σκυροδέματος στον εφελκυσμό και την θλίψη. Επίσης αυτός ο μηχανισμός συνεργασίας δημιουργεί περισσότερα προβλήματα που εντείνουν την πρόωρη αστοχία, όπως είναι η δημιουργία συγκέντρωσης μεγάλων εντάσεων σε συγκεκριμένη περιοχή, αυτή της κρίσιμης περιοχής αστοχίας καθώς και την διαφορά δυναμικού στην πρόσφυση, αφού αστοχεί πάντα κοντά στην βάση.
Το πρόβλημα αυτό μετριάζεται όταν αυξήσουμε το σκυρόδεμα επικάλυψης, όταν αυξήσουμε την ποιότητα του σκυροδέματος, όταν οπλίσουμε με οπλισμό μικρής διαμέτρου, όταν τοποθετήσουμε πολύ εγκάρσιο οπλισμό - τσέρκια.
Σημαντικό μειονέκτημα των στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα είναι ότι κάμπτονται και ρηγματώνονται εύκολα από τα σεισμικά φορτία και από τα φορτία λειτουργίας. Αυτές οι ρωγμές λόγο κάμψης έχουν μεγάλο βάθος όταν τα φορτία είναι μεγάλα, και αναπτύσσονται κάθετα των παρειών του στοιχείου. Αυτή η περιοχή της διατομής με τις ρωγμές χρησιμεύει μόνο για να συγκρατήσει τον οπλισμό αφού η αντίστοιχη που θλίβεται είναι μικρή. Οπότε λιγότερο από το μισό σκυρόδεμα της διατομής είναι χρήσιμο. Αυτό συντελεί στην αύξηση του ιδίου βάρους χωρίς όφελος και το κακό είναι ότι αυξάνονται τα φορτία αδράνειας της κατασκευής στον σεισμό. Οπότε βάση των πάρα πάνω το οπλισμένο σκυρόδεμα έχει δύο μεγάλα βασικά μειονεκτήματα
1.Δεν μπορούμε να κατασκευάσουμε μεγάλα ανοίγματα και είναι ανίκανα τα κάθετα στοιχεία να παραλάβουν μεγάλα σεισμικά φορτία. Η αδυναμία αυτή προέρχεται από το ίδιον αδρανές βάρος του σκυροδέματος το οποίο δεν χρησιμοποιείται.
Η ρηγμάτωση δημιουργεί και επιπλέον προβλήματα.
2. Μείωση της ενεργού ροπής αδράνειας, με αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά η καμπτική δυσκαμψία του στοιχείου.
3. Η μείωση της δυσκαμψίας και το αυξημένο μη ενεργό ίδιον βάρος δημιουργεί αυξημένα βέλη κάμψεως.
4. Μείωση της υδατοστεγανότητας.
5. Σημαντικός κίνδυνος διάβρωσης του οπλισμού.
6. Αύξηση του κινδύνου κόπωσης.
7. Απαιτείται πάρα πολύ μεγάλη ποσότητα οπλισμού.
8. Επέρχεται πρόωρη διατμητική αστοχία στο σκυρόδεμα επικάλυψης λόγο της υπέρ αντοχής του χάλυβα στον εφελκυσμό και της μικρής αντοχής του σκυροδέματος στην διάτμηση.
Μηχανισμός προέντασης
Για την προένταση τώρα. Η ιδέα της προέντασης βασίζεται στο ότι όλη η διατομή του στοιχείου είναι ενεργή και όλο το υλικό του σκυροδέματος παραλαμβάνει φορτία θλίψης και εφελκυσμού. Για να αυξηθεί η μικρή εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος πρέπει όλη η διατομή να υπόκειται σε επιβαλλόμενη πρόσθετη θλίψη, και αυτό σκοτώνει τον εφελκυσμό. Αυτός ο μηχανισμός συνεργασίας σκυροδέματος και χάλυβα έχει πολλά πλεονεκτήματα καθότι η προένταση θεωρείτε ελαστική, έχει την δυνατότητα να επαναφέρει μετά από σεισμική φόρτιση την κατασκευή στο αρχικό της σχήμα, ακόμα και μετά από ανελαστική παραμόρφωση με μεγάλες ρωγμές, Αυτό είναι αδύνατον στο οπλισμένο σκυρόδεμα αφού όταν αρχίσει να εμφανίζει ρωγμές αυτές είναι στάσιμες και δεν επανέρχεται η κατασκευή στην αρχική της θέση. Ακόμα επιτυγχάνουμε μεγάλα ανοίγματα π.χ ανοίγματα γεφυρών χρησιμοποιώντας λιγότερο σκυρόδεμα διότι όλη η διατομή είναι ενεργή σε θλίψη και εφελκυσμό.
Η προένταση δεν επιτρέπει
- Ρηγμάτωση
- Όλη η διατομή είναι ενεργή χωρίς νεκρές περιοχές. Ακόμα και το σκυρόδεμα επικάλυψης παραλαμβάνει φορτία θλίψης και εφελκυσμού
3.Έχει μεγάλη ακαμψία
- Βελτιώνει τα βέλη του λοξού εφελκυσμού.
- Δεν υφίσταται ο κίνδυνος της διατμητικής αστοχίας του σκυροδέματος επικάλυψης λόγο της υπέρ αντοχής του χάλυβα στον εφελκυσμό.
- Αυξάνει η αντοχή της διατομής ποσοτικά ως και 40% ως προς την τέμνουσα βάσης.
7.Όταν η προένταση συνδυαστεί και με πάκτωση στο έδαφος και εφαρμοστεί στις παρειές των τοιχωμάτων όλα τα φορτία σεισμού εκτρέπονται μέσα στο έδαφος
Εννοείται ότι η προένταση εφαρμόζεται μαζί με το οπλισμένο σκυρόδεμα, αλλά με μειωμένο οπλισμό συνάφειας.