Οι δικτυωτοί ιστοί είναι ίσως ο πιο διαδεδομένος τύπος ιστού που χρησιμοποιείται για τις ανάγκες των τηλεπικοινωνιών. Έχουν πολλά πλεονεκτήματα όπως η εύκολη μεταφορά και η ανέγερση στο πεδίο λόγω της χρήσης γωνιακών διατομών. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια έχουν συμβεί αρκετές αστοχίες τέτοιων ιστών που οφείλονται κυρίως στις καιρικές συνθήκες. Επιπλέον, οι ανάγκες της αγοράς τηλεπικοινωνιών αυξάνονται συνεχώς, όλο και μεγαλύτερα κάτοπτρα και κεραίες είναι αναγκαίο να τοποθετηθούν σε υφιστάμενους ιστούς. Με βάση τα παραπάνω, φαίνεται ότι σε πολλές περιπτώσεις η ενίσχυση των υφιστάμενων ιστών είναι αναπόφευκτη. Σύμφωνα με τη συμβατική πρακτική, η αντικατάσταση των ορθοστατών του ιστού με μεγαλύτερες γωνιακές διατομές δεν είναι εφικτή, επομένως συνήθως τοποθετείται μια δεύτερη γωνιακή διατομή και συνδέεται με το υφιστάμενο μέλος σχηματίζοντας ένα σύνθετο μέλος. Αυτή η συμβατική μέθοδος ενίσχυσης έχει ορισμένα μειονεκτήματα. Το πιο σημαντικό είναι η αύξηση του ιδίου βάρους και της επιφάνειας πρόσπτωσης του ανέμου, που συνεπάγεται την αύξηση των φορτίων του ανέμου. Σε αυτή την εργασία παρουσιάζεται μια εναλλακτική μέθοδος ενίσχυσης, στην οποία οι ορθοστάτες ή οι διαγώνιοι σύνδεσμοι ενισχύονται με τη χρήση ελασμάτων από ινοπλισμένα πολυμερή (CFRP).

Επειδή τόσο η βιβλιογραφία όσο και οι πειραματικές δοκιμές σε χαλύβδινες διατομές που έχουν ενισχυθεί με ελάσματα CFRP είναι περιορισμένα, είναι αναγκαία η πειραματική διερεύνηση χαλύβδινων διατομών ενισχυμένων με ελάσματα CFRP, προκειμένου να εκτιμηθεί η απόκριση και η αντοχή των ενισχυμένων μελών. Για το σκοπό αυτό, πραγματοποιήθηκαν τρεις δοκιμές σε τέτοια δοκίμια, μία δοκιμή εφελκυσμού και δύο δοκιμές κάμψης τεσσάρων σημείων. Στην πρώτη δοκιμή κάμψης το έλασμα CFRP τοποθετήθηκε στην εφελκυόμενη πλευρά του δοκιμίου ενώ στην δεύτερη τοποθετήθηκε στην θλιβόμενη πλευρά. Εκτός από τις δοκιμές, πραγματοποιούνται αναλυτικοί υπολογισμοί με βάση δύο διαφορετικές μεθόδους. Η πρώτη μέθοδος βασίζεται στην θεωρία Bernoulli-Euler και στην γραμμική κατανομή των παραμορφώσεων της σύμμικτης διατομής και για τον υπολογισμό της ροπής αντοχής χρησιμοποιείται η μέθοδος των λωρίδων. Η δεύτερη μέθοδος βασίζεται στην ισορροπία των εσωτερικών δυνάμεων της διατομής θεωρώντας ομοιόμορφη κατανομή των τάσεων σε κάθε υλικό. Η επιρροή της εποξειδικής ρητίνης αγνοείται σε όλες τις περιπτώσεις. Εκτός από τα αναλυτικά προσομοιώματα δημιουργήθηκαν και αριθμητικά προσομοιώματα με τη χρήση του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων ABACUS, στο οποίο δημιουργήθηκαν τρία διαφορετικά μοντέλα. Σε αυτά προσομοιώθηκαν ακριβώς οι συνθήκες στήριξης των δοκιμών και κάθε υλικό ξεχωριστά εισάγοντας τις ιδιότητές τους με βάση τα πειραματικά δεδομένα. Στη συνέχεια, έγινε σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με αυτά που προέκυψαν από τους αναλυτικούς υπολογισμούς και τις αριθμητικές αναλύσεις.

Στη δοκιμή του εφελκυσμού, λόγω των περιορισμένων δυνατοτήτων της μηχανής δεν επιτεύχθηκε η θραύση του δοκιμίου. Ωστόσο παρατηρήθηκε ένα παραμένον βέλος κάμψης μετά την αποφόρτιση του δοκιμίου, που οφειλόταν στην διαφορετική απόκριση των δύο υλικών, ο χάλυβας διέρρευσε και μπήκε στην πλαστική περιοχή ενώ το CFRP παρέμεινε ελαστικό. Επίσης παρατηρήθηκε ότι κατά τη διάρκεια της δοκιμής παρότι η μεταβολή της μετατόπισης ήταν κοινή για τα δύο υλικά αυτά είχαν διαφορετικές παραμορφώσεις, που δικαιολογούνται λόγω της εκκεντρότητας της φόρτισης, η οποία προκαλεί μια εσωτερική ροπή κάμψης στο δοκίμιο. Μέσα από μια επαναληπτική αριθμητική διαδικασία υπολογίστηκε το μέτρο ελαστικότητας του CFRP, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για τις προσομοιώσεις και τις αναλύσεις στα άλλα δύο πειράματα.

Στη 1η δοκιμή κάμψης, με το CFRP στην εφελκυόμενη πλευρά, το δοκίμιο επέδειξε μια έντονα ανελαστική συμπεριφορά, με πολύ μεγάλες παραμορφώσεις οι οποίες στο τέλος οδήγησαν στην ολίσθηση του δοκιμίου από την πειραματική διάταξη. Ο χάλυβας είχε μια τυπική πλάστιμη συμπεριφορά, ενώ το CFRP συμπεριφέρθηκε πλήρως ελαστικά χωρίς να φτάσει στην οριακή εφελκυστική αντοχή του. Συγκρίνοντας τις πειραματικές καμπύλες ροπής-μετατόπισης με τις αναλυτικές καμπύλες που προέκυψαν από τις δύο μεθόδους προέκυψε μια καλή ταύτιση με την καμπύλη της θεωρίας Bernoulli-Euler μέχρι τη μέση του πειράματος, όπου σταμάτησε η καταγραφή των παραμορφώσεων στο χάλυβα. Για τη δημιουργία της πλήρους καμπύλης αναλυτικά χρησιμοποιήθηκε και η δεύτερη μέθοδος, οι παραδοχές της οποίας ισχύουν για μεγάλες παραμορφώσεις. Μικρές αποκλίσεις δικαιολογούνται λόγω των πολλών παραδοχών και αβεβαιοτήτων και της ρητίνης που δεν ελήφθη υπόψιν. Συγκρίνοντας την πειραματική καμπύλη με αυτές από τις αριθμητικές αναλύσεις προέκυψαν κάποια βασικά συμπεράσματα. Αρχικά, είναι ορατές κάποιες μικρές ολισθήσεις που παρουσιάστηκαν κατά τη διάρκεια της δοκιμής, οι οποίες αν αφαιρεθούν δίνουν μια αρχικά καλή ταύτιση ανάμεσα στις καμπύλες. Παρόλ’ αυτά, η αριθμητική καμπύλη δεν επιτυγχάνει να φτάσει την οριακή τιμή που μετρήθηκε στο πείραμα, ενώ και οι μέγιστες εφελκυστικές τάσεις στο CFRP είναι αρκετά μικρότερες. Λόγω των αβεβαιοτήτων σχετικά με τα χαρακτηριστικά της ρητίνης εκτελούνται αναλύσεις και με πιο δύσκαμπτες ρητίνες οι οποίες προσεγγίζουν τα πειραματικά δεδομένα, καταδεικνύοντας έτσι τη σημαντική επίδραση της ρητίνης στην συνολική απόκριση του δοκιμίου.

Στη 2η δοκιμή κάμψης, με το CFRP στην θλιβόμενη πλευρά, το δοκίμιο επέδειξε πάλι μια ανελαστική συμπεριφορά η οποία προσέγγισε αυτή της προηγούμενης δοκιμής. Η οριακή ροπή αντοχής που προέκυψε ήταν λίγο μικρότερη από αυτή της προηγούμενης δοκιμής, αποδεικνύοντας έτσι ότι το CFRP μπορεί να παραλάβει και σημαντικές θλιπτικές δυνάμεις. Η ταύτιση μεταξύ των πειραματικών, αναλυτικών και αριθμητικών αποτελεσμάτων είναι αρκετά καλή δεδομένου των παραδοχών που έχουν γίνει. Ωστόσο όσον αφορά τις αριθμητικές αναλύσεις αυτές υπερεκτιμούν την παραμόρφωση του δοκιμίου, κάτι που είναι φυσιολογικό από την στιγμή που το υλικό είναι πλήρως ελαστικό χωρίς να έχει τεθεί κάποιο όριο θλιπτικής αντοχής. Εξετάζοντας την θλιπτική τάση του CFRP που προέκυψε στο αριθμητικό προσομοίωμα για την μέγιστη μετατόπιση που παρατηρήθηκε πειραματικά, προκύπτει η οριακή θλιπτική τιμή για το CFRP, η οποία επαληθεύεται και μέσω των αναλυτικών σχέσεων.
Ως βασικό συμπέρασμα λοιπόν προκύπτει ότι η ενίσχυση των χαλύβδινων πλακών με τα ελάσματα CFRP μπορεί να αυξήσει σημαντικά, εώς και πέντε φορές, την αντοχή τους σε κάμψη, και μάλιστα ανεξάρτητα από το αν το CFRP τοποθετείται στην εφελκυόμενη ή στη θλιβόμενη πλευρά. Αυτό σημαίνει επομένως ότι τα ελάσματα CFRP έχουν σημαντική αντοχή και σε θλίψη. Είναι προφανές ότι απαιτείται ωστόσο περαιτέρω έρευνα και δοκιμές σε ολόκληρα μέλη διαφορετικών διατομών ενισχυμένα με ελάσματα CFRP.

Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών, ακολουθεί ο σχεδιασμός ενός ιστού τηλεπικοινωνιών ενισχυμένου με ελάσματα CFRP. Αρχικά γίνεται η ανάλυση και ο έλεγχος ενός τυπικού μεταλλικού υφιστάμενου ιστού, βαρέως τύπου με ύψος 48 μέτρα. Στον ιστό αυτό τοποθετούνται κάποια μεγάλα παραβολικά κάτοπτρα, όπως αυτά που απαιτούν οι σύγχρονες τηλεπικοινωνιακές ανάγκες. Επίσης υπολογίζονται και ασκούνται όλα τα φορτία και οι αντίστοιχοι συνδυασμοί φορτίσεων σε ΟΚΑ και ΟΚΛ που προβλέπονται με βάση τον Ευρωκώδικα. Η φόρτιση του ανέμου εξετάζεται για δύο διευθύνσεις, σε γωνία 0 και 45 μοιρών. Οι διατομές που χρησιμοποιούνται είναι γωνιακές διατομές για τους ορθοστάτες και τους συνδέσμους και UPN για τα οριζόντια μέλη. Για τις ανάγκες της ανάλυσης κατασκευάζεται ένα προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων, όπου χρησιμοποιούνται κυρίως αμφιαρθρωτά γραμμικά στοιχεία. Από την ανάλυση υπολογίζονται αρχικά οι ιδιομορφές του ιστού και εν συνεχεία ακολουθούν οι έλεγχοι των μελών του, σε καθαρή θλίψη, στρεπτικό και στρεπτοκαμπτικό λυγισμό.
Όπως προέκυψε από τα αποτελέσματα, παρατηρείται αστοχία των ορθοστατών μέχρι περίπου τα 2/3 του ύψους του ιστού, καθώς και αστοχία των κατακόρυφων κύριων συνδέσμων στην βάση και στο μεσαίο τμήμα του ιστού. Σχετικά με τους ελέγχους λειτουργικότητας του ιστού, υπολογίζεται η γωνία στροφής στο ύψος που είναι τοποθετημένα τα κάτοπτρα, καθώς για μεγάλες στροφές τα κάτοπτρα δεν λειτουργούν. Η γωνία που υπολογίστηκε βάσει ανάλυσης υπερβαίνει τα ανεκτά όρια λειτουργίας. Είναι φανερό επομένως ότι είναι αναγκαία η ενίσχυση αυτού του ιστού προκειμένου να ικανοποιηθούν οι προαναφερθείσες απαιτήσεις σχεδιασμού και λειτουργίας.
Ο τρόπος ενίσχυσης που παρουσιάζεται στην εργασία αυτή αποτελεί μια εναλλακτική στον συμβατικό τρόπο ενίσχυσης. Με αυτή τη μέθοδο, τοποθετούνται ελάσματα CFRP μόνο στα μέλη που προέκυψε ότι αστοχούν. Η εφαρμογή των ελασμάτων δεν αυξάνει τα φορτία ανέμου, αφού η επιφάνεια πρόσπτωσης είναι η ίδια με την αρχική και δεν προκαλεί αύξηση του ίδιου βάρους. Για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του υλικού των ελασμάτων χρησιμοποιήθηκαν τα στοιχεία των προηγούμενων πειραμάτων και έγινε μια αρκετά συντηρητική παραδοχή για την θλιπτική αντοχή τους. Χρησιμοποιείται διαφορετικός αριθμός ελασμάτων και με διαφορετικό πλάτος ανάλογα με το μέλος στο οποίο αυτά εφαρμόζονται και τον βαθμό υπέρβασης της αρχικής αντοχής του. Τα νέα ενισχυμένα μέλη προσομοιώνονται επίσης ως αμφιαρθρωτά γραμμικά στοιχεία εισάγοντας τη νέα σύνθετη διατομή.

Στον ιστό αυτό πραγματοποιήθηκε ιδιομορφική ανάλυση και οι νέες ιδιοπερίοδοι που προέκυψαν είναι σημαντικά μειωμένες, γεγονός που δείχνει την αύξηση της δυσκαμψίας του ενισχυμένου ιστού, όπως αναμενόταν. Στη συνέχεια εκτελέστηκε μη γραμμική ανάλυση τρίτης τάξεως, με βάση την οποία προέκυψαν τα ποσοστά χρησιμοποίησης για κάθε μέλος καθώς και οι μετακινήσεις του ιστού και συγκρίνονται με τα μέγιστα αποδεκτά όρια, τα οποία δεν ξεπερνούν. Παρατηρώντας τις αναπτυσσόμενες τάσεις των δύο υλικών στα μέλη που καταπονούνται περισσότερο, φαίνεται ότι το CFRP φτάνει την οριακή θλιπτική αντοχή του, αλλά μόνο ένα μικρό ποσοστό της μεγάλης εφελκυστικής αντοχής του, γεγονός που μάλλον υποδεικνύει την μη αποδοτική χρήση ως ένα βαθμό του υλικού αυτού.
Όπως αποδεικνύεται τελικά, η ενίσχυση ενός υφιστάμενου ιστού τηλεπικοινωνιών με τη χρήση ελασμάτων CFRP είναι μια πιθανή λύση, η οποία μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματική και έχει αρκετά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τη συμβατική μέθοδο ενίσχυσης. Είναι προφανές όμως, ότι απαιτείται περαιτέρω έρευνα ώστε αυτή η μέθοδος να γίνει εφαρμόσιμη στην πράξη και ακόμα πιο αποδοτική και συμφέρουσα.