امروز روش‌های مختلفی برای مقاوم سازی با الیاف FRP و تقویت سازه‌های بتنی وجود دارد. هر یک از روش‌های دارای مزایا ، معایب و محدودیت‌هایی می‌باشند. از جمله مهم‌ترین عوامل مؤثر در انتخاب روش تعمیر می‌توان به ابعاد و محدودیت‌های ابعادی در روش تعمیر ، محدودیت‌های معماری ، محدودیت‌ها افزایش باربری ، محدودیت‌های زمانی ، محدودیت‌های بهره‌برداری اشاره کرد.
برخی از انواع روش‌های مقاوم سازی ستون و سازه‌های بتنی به شرح ذیل می‌باشد :
• استفاده از الیاف FRP
• ژاکت بتنی
• ژاکلت فلزی
• افزایش ابعاد عضو باربر
• افزایش ظرفیت برابر بستر (مقاوم سازی فونداسیون)
• افزایش دیوارهای برشی
• افزایش اعضا باربر و کاهش بار وارده به عضو باربر
لازم به ذکر است در پاره‌ای موارد ممکن است عملیات مقاوم سازی به‌صورت
هم‌زمان با فرآیند ترمیم و تعمیر انجام شود تا سازه موجود ابتدا به شرایط
قابل بهره‌برداری رسید و سپس ظرفیت‌های آن ارتقاء داده شود.
روش‌های مقاوم سازی ستون‌های بتنی در ساختمان و سازه‌های صنعتی
تأثیر دورپیچ کردن ستون‌های بتن مسلح (با مقطع دایره‌ای) با مصالح FRP در رفتار خمشی ـ محوری
تا پیش از دهه 1990، دو روش مرسوم برای مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح ضعیف
وجود داشت. یکی اجرای یک غلاف بتن مسلح اضافی به دور ستون موجود و دیگری
استفاده از غلاف فولادی با تزریق دوغاب بود. استفاده از روش غلاف فولادی،
به دلیل آنکه غلاف بتن مسلح فضای بیشتری اشغال کرده و وزن سازه را نیز
افزایش می‌داد، پراستفاده‌تر و مؤثرتر بوده است. البته هر دو روش گفته شده،
نیازمند نیروی کار زیاد بوده و اغلب برای انجام در کارگاه ساختمانی مشکل
هستند. ضمناً غلاف فولادی در مقابل حمله شرایط جوی نیز مقاومت کمی دارد.
در
سالهای اخیر کاربرد روش مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح با استفاده از مصالح
FRP به جای غلاف فولادی به‌طور گسترده‌ای پیشرفت کرده است. مرسوم‌ترین شکل
مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح با مصالح FRP شامل دورپیچ کردن بیرونی ستون
با استفاده از ورق‌ها یا نوارهای FRP است.
مقاوم سازی ستون‌های موجود
بتن مسلح با استفاده از غلاف فولادی یا FRP بر مبنای این دلیل است که
محصورشدگی جانبی بتن ستون، سبب افزایش قابل‌توجه مقاومت فشاری محوری، محوری
ـ خمشی و شکل‌پذیری آن می‌گردد. مطالعات بسیاری در مورد مقاومت فشاری و
رفتار تنش ـ کرنش بتن محصور شده با FRP انجام شده است. این مطالعات بیانگر
آن هستند که رفتار بتن محصور شده با FRP با رفتار بتن محصور شده با فولاد
متفاوت بوده و بنابراین توصیه‌های طراحی توسعه‌یافته برای ستون‌های بتنی
محصور شده با غلاف فولادی، علیرغم تشابه ظاهری، برای ستون‌های بتنی محصور
شده با FRP قابل کاربرد نیستند.
مشکلات اجرایی سازه‌های بتنی موجود و بهسازی آن‌ها
حرکت استمراری علم در عرصه مهندسی سازه ـ زلزله موجب گردیده است تا نوسازی
و بهسازی در سالهای در اخیر از روش‌های نوین و مصالحی جدید بهره گیرد که
در پیشینه طولانی ساخت‌وساز سابقه نداشته است در میان این نوآوری‌ها FRP
(مواد کامپوزیت پلیمری تقویت‌شده با الیاف) از جایگاه ویژه برخوردار هستند.
تا آنجا که به نظر برخی از متخصصان FRP را باید مصالح ساختمانی هزاره سوم
نامید. کامپوزیت FRP که ابتدا در صنایع هوا و فضا بکار برده می‌شد با داشتن
ویژگی‌های ممتاز چون نسبت بالای مقاومت به وزن، دوام در برابر خوردگی و
نهایتاً سرعت و سهولت در حمل و نصب، دریچه‌ای نو پیش روی مهندسین عمران
گشوده است. به‌گونه‌ای که امروز سازه‌های متعددی در سرتاسر دنیا با استفاده
از این مواد تقویت می‌شوند. استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل‌توجهی
در صنعت ساختمان یک بازار در حال توسعه می‌باشد.
اولین تحقیقات انجام
شده در این زمینه از اوایل دهه 1980 آغاز شده است، زلزله 1990 کالیفرنیا و
1995 کوبه ژاپن نیز از جمله عوامل مؤثرتری برای بررسی کاربرد کامپوزیت
پلیمری تقویت شده با الیافFRP جهت تقویت و مقاوم سازی سازه‌های بتنی و
بنایی در مناطق زلزله‌خیز گردید.
کاربرد ورق یا کامپوزیت FRP در مقاوم سازی سازه‌های بتن مسلح
امروزه نگهداری از سازه‌ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت
می‌باشد. با مطالعه رفتار سازه‌های بتنی مشخص می‌شود عوامل متعددی مانند:
اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه‌ها،
آسیب‌دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی بتن و فولاد و شرایط
محیطی از دوام آن‌ها می‌کاهد. ضمناً تغییر آیین‌نامه‌های ساختمانی (که باعث
تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می‌شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری
مجدد طرح و سازه می‌گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود. سیستمهای
الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه‌های بتنی پدیدار شده و به عنوان
یک جانشین برای روش‌های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح
مقطع با بتن‌ریزی مجدد و پیش تنیدگی خارجی می‌باشد.
با توجه به معایب این روش‌ها مانند بازدهی کم و یا نیاز به امکانات و فن‌آوری خاص، امروزه روش‌های مقاوم سازی ساختمان
با استفاده از کامپوزیت توسعه روزافزون پیدا کرده است. محدودیت استفاده و
کاربرد کامپوزیت در مهندسی ساختمان به قیمت بالای آن‌ها برمی‌گردد. البته
هزینه و قیمت آن‌ها به‌تدریج رو به کاهش می‌باشد و به‌این‌ترتیب استفاده از
آن‌ها بیشتر و بیشتر خواهد شد. استفاده از FRP در زمینه مقاوم سازی ، هر
چند که هزینه بالایی در بردارد، اما با توجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر
مزایای FRP، در کل به‌صرفه‌ترین و مؤثرترین راه مقاوم سازی سازه‌های بتنی
امروزه به شمار می‌رود.
مقاوم سازی ستون‌های بتنی موجود با به‌کارگیری الیاف FRP
مقاوم سازی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتی FRP روش نسبتاً جدیدی به شمار
می‌رود. مصالح FRP خواص فیزیکی مناسبی دارند که می‌توان به مقاومت کششی
بالا و ضخامت و وزن کم آن‌ها اشاره نمود . در ستون‌های بتنی استفاده از FRP
ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مدگسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر
داده و شکل‌پذیری را به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.
دورپیچی اعضای
فشاری با الیاف FRP باعث افزایش مقاومت فشاری آن‌ها می‌گردد . این امر
همچنین باعث افزایش شکل‌پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی می‌شود.
برای محصور کردن عضو بتنی، لازم است راستای الیاف تا حد امکان عمود بر
محور طولی عضو باشد . در این وضعیت، الیاف حلقوی مشابه تنگ های بسته یا
خاموت های مارپیچی فولادی عمل می‌کنند. در محاسبه مقاومت فشاری محوری عضو
باید از سهم الیاف موازی با راستای طولی آن صرف‌نظر گردد.
هنگامی که
ستون یا عضو فشاری تحت بارهای لرزه‌ای قرار می‌گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی
و شکل‌پذیری ستون اهمیت می‌یابد. دراین‌ارتباط مقاوم سازی یا بهسازی آن
عضو با افزایش شکل‌پذیری انجام می‌گیرد.
منبع: وبلاگ پادیر گستر
- ۹۷/۰۲/۰۱