مقاوم سازی دیوار برشی با FRP

دیوارهای سازه ای یکی از سیستم های بسیار مناسب برای مقابله با نیروهای جانبی ناشی از زلزله اند. به علت آن که این دیوارها، قسمت عمده نیروهای جانبی وارد برسازه و برش حاصل از آن را جذب می کنند، بیشتر به نام دیوارهای برشی شناخته می شوند. بنابراین ممکن است گاهی تصور شود که برش، رفتار آن ها را کنترل می کند اما علاوه بر نیروهای برشی، نیروهای دیگری نظیر خمش، کشش و فشار محوری بر رفتار این دیوارها اثر می گذارند.
امروزه یکی از روش های پیشرفته و کارآمد تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده از FRP است. این تکنولوژی با افزایش مقاومت خمشی و برشی، باعث توزیع تنش در کل صفحه شده و از تمرکز آن در یک نقطه خاص جلوگیری می کند.

دلایل نیاز به مقاوم سازی دیوار بتنی با الیاف اف آر پی(FRP)

۱) اشتباهات طراحی: شامل اشکالات در شناخت خاک و پی، عدم توجه به اصول و مبانی طراحی
ساختمان های مقاوم در برابر زلزله، اشتباه در تحلیل و طراحی تهیه ی نقشه ها، مدارک و جزئیات اجرایی.
۲) خطاهای اجرایی: از قبیل اشکال در قالب بندی، آرماتور بندی، تولید و اجرای بتن، قالب برداری و عمل آوری بتن که اغلب از عدم وجود سیستم های کنترل کیفی، نظارت و یا وجدان کاری در کارگاه ناشی می شود.
۳) تغییر در کاربری سازه و تغییرات در بارگذاری
۴) خوردگی فولاد و تخریب شیمیایی بتن: از قبیل خوردگی ناشی از کربناتاسیون، نفوذ کلر به داخل بتن، تهاجم سولفات ها و اسیدها.
۵) تغییرآیین نامه ها (استانداردهای بارگذاری و طراحی): بررسی زلزله های اخیر نشان می دهد که سازه هایی که مطابق آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند آسیب پذیر بوده و عمدتاً نیاز به تقویت و مقاوم سازی دارند. آسیب دیدگی سازه ها ناشی از بلایای طبیعی یا حوادث: زلزله، باد و عوامل دیگری نظیر آتش سوزی، انفجار و غیره. اعضای سازه ای بسته به مقاومت لرزه ای موردنظر، میزان آسیب دیدگی ونوع اتصالات، باروش های مختلفی از قبیل تزریق رزین، جایگزینی قطعات جدا شده، به کارگیری پیش تنیدگی خارجی، بتن پاشی، چسباندن ورق های مختلف روی سطوح، ژاکت های بتن آرمه ویا قفس های فلزی، مرمت و یا تقویت می شوند.

روش های مقاوم سازی دیوار برشی با FRP

تقویت برشی دیوار

برای جبران ضعف برشی دیوار، صفحات FRP در راستای طول دیوار موازی با آرماتورهای عرضی به‌صورت افقی نصب می‌گردد. طریقه نصب در این حالت بدین‌صورت می‌باشد که FRP در دو وجه دیوار نصب می‌گردد. نحوه عملکرد FRP بدین‌صورت می‌باشد که پس از ایجاد ترک برشی در بتن، کرنش در FRP در آن منطقه افزایش‌یافته و نیروها به FRP منتقل می‌گردد.شرکت رامان چندین پروژه را با همین روش اجرا کرده است.

تقویت خمشی دیوار

بدین منظور الیاف FRP در راستای ارتفاع دیوار، موازی با آرماتورهای طولی بر روی آن بطور قائم در دو وجه دیوار نصب می‌گردد. لازم است که انتهای آن به نحو مناسبی در پای دیوار مهار گردد تا نیروهای درون این صفحات به تکیه‌گاه پای دیوار انتقال یابد. برای مهار انتهای صفحات خمشی می‌توان از یک مقطع نبشی فولادی در مجاورت تکیه گاه دیوار که بر آن پیچ می‌گردد استفاده کرد. این مورد نیز در پروژه های اجرایی ما بسیار مورد استفاده قرار گرفته است.

افزایش شکل پذیری دیوار

کمبود شکل پذیری به عنوان عمده ترین ضعف دیوارهای برشی موجود برای مقابله با نیروی جانبی زلزله محسوب می‌گردد. از جمله مهمترین علل این کمبود می توان به وصله آرماتورهای طولی در نواحی مستعد تشکیل مفصل پلاستیک، محصور شدگی ناکافی در نواحی مرزی و مهار ناکافی آرماتورهای عرضی اشاره نمود. حالت شکست در این حالات به صورت ناگهانی و ترد می باشد و منجر به افت شدید ظرفیت باربری می گردد.

 مقاوم سازی دیوار بنایی

برای مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای سازه های بنایی غیر مسلح روش های تقویتی زیادی وجود دارد. از جمله این روش ها می توان به استفاده از بادبندهای فولادی، استفاده از توری مرغی و بتن پاشی سطح دیوار(شاتکریت)، تعبیه دیوار برشی بتنی، تزریق ملات(گروت) و… اشاره کرد. روش های مرسوم تقویت عمدتاً منجر به معایبی از قبیل کاهش فضاهای مفید ساختمان، افزایش جرم سازه، تأثیر بر معماری و ظاهر سازه و .. می شوند. اما یکی از روش هایی که اخیراً برای مقاوم سازی ساختمان های بنایی و بتنی متداول شده است، استفاده از الیاف مسلح پلیمری یا FRP است. کامپوزیت های FRP با دارا بودن مقاومت کششی بالا، شکل پذیری مناسب، نسبت مقاومت به وزن زیاد و سهولت اجرا می توانند بسیاری از معایب دیگر روش های تقویت را برطرف کنند.

برای اتصال ورق کامپوزیتی FRP بر سطح دیوار از الگوهای مختلفی استفاده می شود. از جمله این الگوها می توان به نوارهای افقی ، قائم،شبکه ای و قطری اشاره کرد. بر اساس مطالعات صورت گرفته، در بین الگوهای مختلف اتصال الیاف به سطح دیوار پیکربندی قطری نتایج بهتری نسبت به دیگر پیکربندی ها دارد.
به طور کلی می توان مکانیزم های گسیختگی دیوارهای بنایی غیرمسلح را به دو دسته گسیختگی برون صفحه و گسیختگی درون صفحه تقسیم بندی نمود. مدهای رایج شکست دیوارهای بنایی غیرمسلح تحت بارگذاری درون صفحه ای شامل گسیختگی در اثر لغزش بندهای ملات، ترک خوردگی قطری، حرکت گهواره ای یا بلندشدگی دیوارو همچنین شکست فشاری پاشنه ی دیوار می باشد. مکانیزم شکست در این حالت ها به ابعاد دیوار، شرایط تکیه گاهی، مقادیر بارهای قائم و افقی و مشخصات آجر و ملات بستگی دارد.

هزینه مقاوم سازی با FRP

هزینه های مصالح، نصب و اجرای الیاف FRP در مقایسه با سایر روش های مقاوم سازی پایین بوده و استفاده از آنها از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.
در مقایسه قیمت، الیاف شیشه ای (GFRP) کمترین قیمت را داشته و الیاف کربنی (CFRP) قیمت بیشتری دارند ولی عملکردهای بسیار مطلوب الیاف کربنی مانند سختی بالا، مقاومت کششی بالا، وزن کم، مقاومت شیمیایی بالا و .. آن ها را بسیار کارآمد تر کرده است.

تصاویری که در متن آورده شده از کارهای اجرایی شرکت مقاوم سازی رامان می باشد.