Η παρούσα εργασία αποτελεί τη διπλωματική εργασία για το διατμηματικό μεταπτυχιακό πρόγραμμα σπουδών «Δομοστατικός σχεδιασμός και ανάλυση των κατασκευών» του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου.

Τα τελευταία χρόνια έχουν κάνει την εμφάνισή τους στο χώρο δραστηριότητας των πολιτικών μηχανικών τα Σύνθετα Υλικά. Ο εξειδικευμένος ορισμός των Σύνθετων Υλικών είναι ο συνδυασμός ινών υψηλής εφελκυστικής αντοχής και πολυμερικού μητρώου με στόχο τη δημιουργία ενός νέου υλικού με προηγμένα χαρακτηριστικά. Κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι προσφέρουν υψηλή μηχανική αντοχή με μικρό ίδιο βάρος.

Έτσι τα Σύνθετα Υλικά καλούνται να βελτιώσουν τις αδυναμίες του σκυροδέματος που αποτελεί το βασικό κατασκευαστικό υλικό εδώ και έναν αιώνα. Ένας τομέας που αναμφίβολα τα Σύνθετα Υλικά μπορούν να αξιοποιηθούν είναι η περίσφιγξη του σκυροδέματος, η ευνοϊκή επιρροή της οποίας έχει αναγνωρισθεί από τις αρχές του προηγούμενου αιώνα. Η επιβολή εξωτερικής περίσφιγξης, μιας τριαξονικής δηλαδή επιπόνησης, αυξάνει την αντοχή και την πλαστιμότητα του σκυροδέματος.

Η κοινή αυτή διαπίστωση πρέπει να ποσοτικοποιηθεί μέσω αναλυτικών προσομοιωμάτων που να προβλέπουν την οριακή αντοχή και παραμόρφωση του περισφιγμένου σκυροδέματος. Τέτοιες σχέσεις έχουν αναπτυχθεί για την περίπτωση περίσφιγξης με συμβατικό οπλισμό και έχουν τροποποιηθεί κατάλληλα για την περίπτωση των Σύνθετων Υλικών ώστε να λαμβάνουν υπόψη όλα τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους. Κύριος σκοπός της εργασίας είναι η αξιολόγηση και ο έλεγχος αυτών των αναλυτικών μοντέλων.  

Πρώτο μέλημα ήταν η συλλογή της απαραίτητης βιβλιογραφίας από την οποία αντλήθηκαν τα πειραματικά δεδομένα και τα θεωρητικά προσομοιώματα ώστε να είναι εφικτή η σύγκριση. Ακολουθεί η παρουσίαση, επεξεργασία και κριτική αξιολόγηση των εργασιών που ανευρέθησαν και αποτελούν τη σημερινή στάθμη γνώσεων στο συγκεκριμένο αντικείμενο. Η συντριπτική πλειοψηφία των διατιθέμενων σχέσεων καθώς και πειραματικών αποτελεσμάτων αφορά σε κυλινδρικά δοκίμια, ενώ παρατηρείται σχετική έλλειψη σε ότι αφορά πρισματικά δοκίμια. Ωστόσο εξετάζονται και οι δύο περιπτώσεις και γίνεται στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων για να διαπιστωθεί ο βαθμός ακρίβειας του κάθε μοντέλου στην πρόβλεψη της οριακής θλιπτικής αντοχής και αξονικής παραμόρφωσης του περισφιγμένου σκυροδέματος. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε πίνακες ανά κατηγορία και συγκεντρωτικά παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με τον μέσο όρο, τη διασπορά και την τυπική απόκλιση κάθε μοντέλου ενώ τα αντίστοιχα διαγράμματα είναι χρήσιμα για την ποιοτική αξιολόγηση και την εξαγωγή πολύτιμων συμπερασμάτων.

Κύριο συμπέρασμα αποτελεί το γεγονός ότι δεν είναι όλα τα μοντέλα αξιόπιστα στο σύνολο του πλήθους των δοκιμίων, ενώ συνήθως ακριβώς επειδή είναι εμπειρικά ανταποκρίνονται σε περιορισμένο αριθμό δοκιμίων. Η πρόβλεψη της οριακής παραμόρφωσης κατά την αστοχία αποδεικνύεται δύσκολη υπόθεση αφού εξαρτάται από τον τρόπο αστοχίας του Σύνθετου Υλικού αλλά και από τον τύπο των ινών, κάτι που δεν φαίνεται να επηρεάζει άμεσα την θλιπτική αντοχή στην εκτίμηση της οποίας παρουσιάζεται σαφώς καλύτερη σύγκλιση.

Είναι σκόπιμο τέλος να αναφερθεί ότι οι μελλοντικές πειραματικές και θεωρητικές προσπάθειες πρέπει να στραφούν στα πρισματικά δοκίμια που εμφανίζονται δυσανάλογα ολιγάριθμα αν αναλογιστεί κανείς ότι στην πράξη αποτελούν την πλειοψηφία των δομικών στοιχείων στις κατασκευές. Η ιδέα ενός εργαλείου απλού για το σχεδιασμό και ταυτόχρονα ικανού να προβλέψει με ικανοποιητική ακρίβεια τη συμπεριφορά και τα χαρακτηριστικά του περισφιγμένου με Σύνθετα Υλικά σκυροδέματος πρέπει να είναι αρκετή για να διεγείρει περαιτέρω έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση.

 Επιπροσθέτως αφού υιοθετηθεί κάποιο αναλυτικό μοντέλο που να προβλέπει ενδεχομένως το σύνολο της καμπύλης τάσεων-παραμορφώσεων του περισφιγμένου σκυροδέματος είναι σκόπιμο να ελεγχθεί η συμπεριφορά του για το συνδυασμό καμπτικής και αξονικής θλιπτικής φόρτισης, όπως συνήθως συμβαίνει στις κατασκευές. Η αναπαραγωγή διαγραμμάτων ροπών-καμπυλοτήτων και η σύγκριση με αντίστοιχα πειραματικά θα μπορούσε να αποτελέσει την συνέχεια αυτής της εργασίας.