دلایل و روش های مقاوم سازی سازه های بتنی چیست؟(بخش دوم)

مقاوم سازی سازه های بتنی

مقاوم سازی با الیاف FRP : در امر مقاوم سازی سازه های بتنی نیاز به مصالحی احساس می‌شود که علاوه بر افزایش مناسب

ظرفیت سازه بتواند در مقابل شرایط محیطی نامساعد نیز دوام خوبی را برای بتن از خود نشان دهد.

گسترش تکنولوژی های جدید علم مواد و پلیمرها با مشخصات مکانیکی مختلف، جامعه مهندسی را برآن داشته تا از قابلیت‌ها

و کاربردهای متنوع محصولات پلیمری و کامپوزیتی استفاده نموده و جایگزینی آنها را با مصالحو مواد سنتی اجتناب ناپذیر ساخته است

. با ورود پلیمرهای مسلح شده با الیاف FRP به صنعت ساختمان، به عنوان یکی از جالب‌ترین و نوید بخش ترین فناوری‌ها، بسیاری از

مشکلات فرا روی فعالان امر بهسازی و مقاوم سازی ساختمان  برطرف شد و روش‌های نوینی در زمینه‌ تقویتو ترمیم سازه‌ های بتنی

پدیدار گشت. در این روش‌ها از اشکال مختلف مصالح FRP نظیر الیاف، ورقه و آرماتور به منظور بهبود ظرفیت باربری،ترمیم، تقویت

و مقاوم سازی سازه‌ ها بتنی استفاده می‌گردد.

همانگونه که اشاره شد، مصالح کامپوزیتی FRP، کاربردهای فراوانی را برای مقاوم ‌سازی سازه های بتنی به ‌خود اختصاص داده است. FRP ماده کامپوزیتی با مقاومت کششی بالاست که با رزین آغشته می‌گردد و بدلیل مقاومت کششی بالا، وزن پایین و دوام مناسب (در مقابل خوردگی و شرایط محیطی سخت) دارای کاربرد گسترده‌ای در مقاوم سازی سازه های بتنی در مقابل نیروی زلزله است. از این رو استفاده از ورق FRP در سال های اخیر، گزینه مناسبی جهت تقویت و مقاوم سازی ساختمان های بتنی بوده است. سهولت استفاده، عدم نیاز به نیروی کار ماهر، سبکی و مقاومت کم، FRP را راهکار مناسبی جهت ترمیم سازه های بتنی، تقویت و مقاوم سازی بدون بر هم زدن عملکرد عادی فضا ساخته، به همین دلیل این مصالح مورد توجه معماران به ویژه در ترمیم سازه ها و بهسازی و تقویت سازه های بتنی و  بناهای قدیمی قرار گرفته است. روش تسلیح خارجی با مصالح FRP و روش‌های خانواده‌ آن، رایج‌ترین روش‌ها در تقویت سازه های بتنی می‌باشند. با این حال این روش‌ها با چالش‌هایی جدی نظیر جداشدگی زودرس عامل تقویت کننده و آسیب‌پذیری سازه بتنی در مقابل شرایط نامساعد محیطی نظیر تغییرات شدید دمایی، ضربه، آتش‌سوزی و خرابکاری مواجه می‌باشند.

تقویت سازه ‌های بتنی با مواد FRP

در دهه 80 میلادی سیستم های پلیمر مسلح شده با الیاف Fibre Reinforced Polymers به نام اختصاری FRP در دنیامعرفی شدند که به دلیل داشتن دو جزء اصلی شامل الیاف و ماده چسباننده آن ها به یکدیگر به عنوان نوعی ماده مرکب یا کامپوزیت به شمار می رود. در کامپوزیت ها مشخصات شیمیایی و فیزیکی هر کدام از اجزای متشکله به تنهایی محفوظ است، اما در کنار یکدیگر تشکیل ماده ای جدید با خصوصیات فیزیکی و رفتار مکانیکی تازه ای را می دهند که کاربردهای ویژه دارند.

در کامپوزیت های FRP مشخصات فیزکی جدید، سبکی وزن، نازک بودن، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت کششی بالا و چندین برابر فولاد و ضریب ارتجاعی مناسب که تقریبا در حدود فولاد است، کاربردهای آن ها را در مقاوم سازی و بازسازی سازهای بتنی، فولادی و بنایی بسیار فراگیر و گسترده کرده است.

مقاوم سازی سازه های بتنی

مزایای کامپوزیت های پلیمری FRP :
  • وزن کم
  • انعطاف پذیری بالا
  • سهولت در حمل و نصب
  • عدم نیاز به سیستم های محافظ در برابر خوردگی
  • برشکاری در قطعات دلخواه
  • نسبت بالای مقاومت به وزن
  • مقاومت و سختی بالا
  • امکان تقویت به دو صورت داخلی و خارجی

 معایب کامپوزیت پلیمری FRP :

  • آسیب پذیری در مقابل اتش سوزی
  • کم تجربگی مشاوران و پیمانکاران
  • عدم امکان استفاده از ورق های FRP در سطوح ناصاف
  • افزایش وقوع شکست ترد با مصرف این گونه کامپوزیت ها

کامپوزیت ها می توانند به صورت ورقه هایی با جنس های مختلف باشند که به دسته های GFRP، CFRP و AFRP تقسیم بندی می شوند که اولی از جنس کربن، دومی از جنس شیشه و سومی نیز از جنس آرامید می باشد.

الیاف FRP را می‌توان جایگزین ورق های فولادی کرد. مصالح FRP  برخلاف فولاد، زوال الکتروشیمیایی نداشته و در مقابل خوردگی ناشی از اسیدها، بازها و نمک‌ها در دماهای مختلف مقاومت بالایی دارند. این مزیت سبب کاهش هزینه در نصب پوشش های حفاظت از خوردگی ‌باشد. همچنین آماده سازی سطوح بتن قبل از نصب مصالح و ورقه های FRP، سهل‌تر از ورق‌های فولادی است.

از الیاف FRP به منظور افزایش ماکزیمم بازدهی و کارایی می‌توان در شکل های مشخص و در نسبت ها و جهات مختلف درون رزین استفاده کرد. سیستم‌های FRP بسیار سبکتر از صفحات فولادی بوده و در عوض مقاومت و سختی بالایی در جهت الیاف دارند. وزن سبک FRP سبب می شود حمل و نقل آنها راحت تر بوده و به داربست کمتری جهت اجرای آن نیاز باشد. سیستم‌های FRP در محل‌هایی که دسترسی محدودی دارند، بسیار گزینه کاربردی می‌باشند و پس از نصب، بار اضافی به سازه بتنی تقویت شده تحمیل نمی‌کنند.

AFRP CFRP GFRP STEEL
کامپوزیت آرامید کامپوزیت کربن کامپوزیت شیشه فولاد
1/5 – 1/2 1/6 – 1/5 2/1 – 1/2 7/9

جدول1- چگالی مواد FRP رایج بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب

ضریب انبساط حرارتی

ضریب انبساط حرارتی مواد FRP تک جهتی در جهت طولی و عمود بر آن متفاوت است و به نوع الیاف، رزین و مقدار الیاف به کار رفته بستگی دارد. جدول زیر ضریب های طولی و عرضی انبساط حرارتی برای مواد FRP تک جهتی رایج را نشان می دهد.

ضریب انبساط حرارتی (سانتی گراد) جهت
AFRP CFRP GFRP
2- تا 6- 0 تا 1- 10 تا 6 طولی
80 تا 60 50 تا 22 23 تا 19 عرضی

جدول2- ضریب انبساط حرارتی مواد FRP

مشخصات مکانیکی مواد مرکب FRP

تاکنون از هر سه نوع FRP یعنی GFRP، CFRP و AFRP برای مقاصد عملی مقاوم سازی استفاده شده است. جدول زیر مشخصات بدست آمده از مصالح FRP با الیاف یک جهتی یا خطی را نشان می دهد. باید یادآور شد که این ارقام و محدوده ها برای مصالح معمولی و متداول FRP تهیه شده است و ممکن است محصولی خاص در شرایطی خاص، مشخصات دیگری را از خود بروز دهد. همچنین وقتی الیاف دو یا سه جهتی باشند، مشخصات FRP با آنچه ذکر شده، متفاوت خواهد بود.

جنس مدول الاستیسیته (GPa) مقاومت کششی (MPa) حد نهایی کرنش کششی (%)
با مقاومت زیاد 235 – 215 4800 – 2500 2 – 4/1
با مقاومت بسیار زیاد 235 – 215 6000 – 4500 3/2 – 5/1
با مدول زیاد 500 – 350 3100 – 2500 9/0 – 5/0
با مدول بسیار زیاد 700 – 500 2400 – 2100 4/0 – 2/0
E 70 3000 – 1900 5
S 90 – 85 4800 – 3500 5/5 – 4/5
با مدول متوسط 80 – 70 4100 – 3500 5 – 3/4
با مدول زیاد 130 – 115 4000 – 2500 5/3 – 5/2

جدول3- مشخصات مصالح FRP با الیاف خطی

دو روش متداول برای استفاده از FRP در مقاوم سازی سازه های بتن مسلح وجود دارد. روش اول چسباندن تر است. در این روش در محل اجرا از رزین برای آغشته سازی الیاف به هم بافته نشده یا الیاف در یک جهت نگه داشته شده استفاده می شود.

روش دوم استفاده از مصالح FRP پیش ساخته است. مصالح پیش ساخته FRP را می توان به اشکال متفاوتی تولید کرد که هم مناسب برای مقاوم سازی تیرها در برابر خمش باشند و هم به شکل صفحاتی باشند (لمینیت FRP ) که بتوان از آن ها برای دور پیچ کردن ستون ها و مقاوم سازی خمشی تیر ها از آن استفاده کرد. مصالح FRP به طور معمول به صورت بسته بندی شده و همراه با دستورالعمل استفاده عرضه می شود. از جمله خصوصیات فیزیکی این گونه مصالح می توان به موارد زیر اشاره کرد که به صورت ازمایشگاهی نیز اثبات شده اند.

الیاف FRP را می‌توان دور ستون های بتنی به منظور افزایش ظرفیت و شکل ‌پذیری پیچاند؛ این امر سبب تغییر در سختی نمی‌شود. در استفاده از مصالح FRP باید دقت شود که درجه مقاوم‌ سازی یا نسبت مقاومت المان مقاوم سازی شده بتنی به مقاومت عضو مقاوم سازی نشده محدود گردد تا تعادل سازه بتنی در حوادثی شبیه حریق و آتش ‌سوزی و نیز دست کاری و خرابک اری عضو مقاوم سازی شده، حفظ گردد.

مدفون ساختن عامل تقویت کننده در پوشش عضو بتنی در تکنیک نصب در نزدیک سطح (NSM)، در زمینه‌ برطرف کردن این مشکلات توفیق بیش‌تری دارد. هم چنین در روش NSM می‌توان از نوارها، آرماتورهای FRP و نیز میله های دست ساز MM FRP به عنوان عامل تقویت سازه های بتنی استفاده نمود. میله هایMM FRP از پیچاندن ورقه های FRP حول یک هسته‌ تولید می‌شوند. مزیت کلیدی این نوع میله‌ها امکان تعبیه‌ سیستم مهاری بر روی آن‌ها می‌باشد که عملکرد پیوستگی آن‌ها را بهبود می‌بخشد و در رفتارکلی تقویت سازه های بتنی تاثیر می‌گذارد.

بررسی مقاوم سازی خمشی با کامپوزیت FRP :

به دلیل برخی خواص رفتاری مواد کامپوزیتی FRP، مودهای گسیختگی یک عضو بتن آرمه تقویت شده در خمش به وسیله FRP به حالت های زیر تقسیم می شود :

  • شکست در اثر گسیختگی FRP در اثر کشش ناشی از خمش
  • شکست در اثر خرد شدن بتن فشاری تیر در اثر فشار ناشی از خمش در وجه بالایی تیر
  • شکست برشی
  • جدا شدن پوشش بتن
  • جدا شدن انتهای لایه مقاوم کننده چسبانده شده از بتن
  • از بین رفتن چسبندگی در سطح تماس FRP

دال ها متداول ترین نوع پوشش کف را در سازه های بتن آرمه تشکیل می دهند. دال ها با توجه به رفتار خمشی به دو دسته دال های یکطرفه و دوطرفه تقسیم می گردند و از نظر ساخت به دال های تیر و دال و تخت و قارچی و مجوف و انواع دیگر اجرا می گردند. در حالی که تحقیقات موجود در زمینه مقاوم سازی خمشی تیرها در بسیاری موارد در مورد دال ها هم قابل استفاده است، اما این دو بحث تفاوت هایی با هم دارند. در هر صورت، اساس مقاوم سازی خمشی در دال ها بر استفاده از مصالح مرکب FRP و چسباندن نوارها یا صفحات FRP بر روی سطوح تحت کشش استوار است.

بررسی مقاوم سازی برشی با کامپوزیت FRP :

برای درک بهتر نحوه انتقال بار در مقاطع تحت برش، پدیده ترک خوردگی، نوع گسیختگی و نقش آرماتورهای برشی و چگونگی مقاوم سازی برشی تیرها، بررسی رفتار تیرهای بتنی تحت برش در مراحل مختلف بارگذاری ضروری است.

شکست های برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای معمولی بتن مسلح هستند.

افزایش مقاومت برشی تیرها به روش چسباندن صفحات FRP، احتمال گسیختگی خمشی را نسبت به گسیختگی برشی بیشتر کرده و در نتیجه عضو سازه ای شکل پذیرتر می شود.

طرح های مختلفی برای استفاده از مصالح FRP در مقاوم سازی برشی پیشنهاد شده است. این طرح ها شامل چسباندن FRP به سطوح جانبی تیر، استفاده از پوشش U شکل برای سطوح جانبی و سطح زیرین تیر و نیز دورپیچ کردن مقطع با استفاده ار الیاف و نوارهای FRP است.

بررسی مقاوم سازی محوری در ستون های بتنی با کامپوزیت FRP :

به طور کلی هر عضوی که تحت بار محوری فشاری یا کششی قرار داشته باشد، یک عضو محوری نامیده می شود. این نامگذاری شامل اعضایی که به طور هم زمان تحت خمش قرار دارد نیز می شود. متدال ترین روش مقاوم سازی ستون ها با FRP، دورپیچ کردن سطح خارجی ان ها با نوارهای FRP است. اساس این مقاوم سازی که در واقع محصور کردن ستون و ایجاد فشار جانبی بر بتن آن است، بر این اصل استوار است که وجود فشار محیطی بر روی یک المان بتنی، سبب افزایش مقاومت فشاری و شکل پذیری آن می شود.

روش های مقاوم سازی ستون را می توان به سه گروه عمده تقسیم بندی کرد :

  1. دورپیچ کردن مقطع ستون
  2. پیچیدن مارپیچی
  3. پوشاندن با پوسته های پیش ساخته

دلایل و روش های مقاوم سازی سازه های بتنی چیست؟(بخش اول)

fibra

سفارش آنلاین