مقاوم سازی ستون

مقاوم سازی ستون با FRP

تقویت ستون با FRP
مقاوم سازی ستون با FRP

مقاوم سازی ستون با FRP یکی از پرکاربردترین روشهای مقاوم سازی می باشد. متداول­ترین روش مقاوم­ سازی ستونها با FRP، دور پیچ کرن سطح خارجی آنها با نوارهای FRP می­باشد. اساس این مقاوم­ سازی که در واقع محصور کردن ستون می­باشد، بر این اصل استوار است که وجود فشار محیطی بر روی یک المان بتنی سبب افزایش مقاومت فشاری و شکل­پذیری آن می­گردد. در حقیقت این کار، مقاومت و شکل­پذیری بتن را افزایش داده و بعلاوه از لغزش و کمانش آرماتورهای طولی جلوگیری می­کند. شرکت رامان با اجرای صد ها پروژه مقاوم سازی ستون تخصص و تجربه بی نظیری در این زمینه دارد.

استفاده از الیاف FRP به صورت دورپیچ عامل موثری در ایجاد محصورشدگی و همچنین افزایش شکل ­پذیری مقاطع بتنی می­باشد. بر این اساس و با توجه به ضعف مقاومتی در بتن ستون­ها بکارگیری این راهکار بسیار موثر می­باشد. اشکال زیر نحوه اجرای سیستم دورپیچ  FRP (FRP Confining) و تاثیر آن را بر منحنی­ اندرکنش ستون و رفتار آن را نشان می­دهند.

نمودار اندرکنش
نمودار اندرکنش
نحوه دورپیچ کردن ستون ها
نحوه دورپیچ کردن ستون ها

ستون های مستطیلی و مربعی نسبت به ستون های مشابه با مقطع دایره افزایش بیشتری در مقاومت و شکل پذیری در اثر دورپیچی با (FRP) پیدا می کنند،به دلیل این مورد پخش یکنواخت فشار محصور- شدگی در ستون های با مقطع دایره است،به همین دلیل گوشه های ستون های مستطیلی شکل در اجرای این روش به صورت نیم دایره در خواهد آمد.

بطور کلی در عمل، اغلب ستونها تحت بارهای خارج از مرکز قرار می­گیرند که منجر به این می شود که مقطع ستونها تحت تاثیر ترکیبی از خمش و نیروی محوری واقع گردد محصور کردن ستون با FRP) FRP Confining) برای بارهای محوری و نیز افزایش باربری خمشی ستون در این شرایط مفید است. مقاومت محوری پوشش FRP اطراف ستون کوچک و قابل صرفنظر کردن است اما استفاده از الیاف دور ستون وقتی امکان­پذیر است که آنها تحت کشش در راستای حلقه FRP (در راستای طولی الیاف) قرار می گیرند.

با افزایش میزان بار وارده بر ستون، بتن تمایل دارد در جهت عمود بر جهت اعمال بار از هم باز شود. محصور کردن عرضی بتن با پوشش FRP (دور پیچ کردن) توسط افزودن لایه هایی از الیاف شیشه و کربن مقاومت نهایی ستون را تا ۲ برابر افزایش می دهد و البته تاثیر مهم تر این الیاف در افزایش ۵ برابری در ظرفیت تغییر شکل بتن است.

در ستون­های بتنی استفاده از پوشش FRP باعث افزایش ظرفیت برشی ستون، و تغییر حالت احتمالی گسیختگی ترد برشی به حالت خمشی، و نهایتا افزایش شکل­پذیری ستون تحت نیروهای محوری و خمشی می­گردد. برای محصور کردن موءثرتر ستون، لازم است که راستای الیاف تا حد امکان عمود بر محور طولی عضو باشد.

نحوه عملکرد به این صورت است که با ایجاد ترک برشی در بتن، کرنش الیاف FRP در آن ناحیه بیشتر شده و نیروها به الیاف FRP منتقل می شود. بنابراین هم مقاومت برشی سازه افزایش می­یابد و هم ترک خوردگی و کرنش بتن فشاری با کمک الیاف FRP کاهش می­یابد.

الیاف در راستای ارتفاعی باعث افزایش مقاومت خمشی و همچنین مهار الیاف دورپیچ می گردد. نتایج آزمایشات انجام شده بر روی نمونه­های تقویت اجزای بتنی توسط الیاف FRP نشان می­دهد که جدا شدن صفحات FRP از بتن مسالة كاملا حائز اهميت است که امروزه متخصصین و پژوهشگران رشته بهسازی و مقاوم­ سازی توجه زيادي را این به مساله نشان می ­دهند.

در اين ارتباط به نظر مي‌رسد كه استفاده از تقويت‌کننده‌هاي خارجي حتي به ميزان کم، مي‌تواند ايمني قابل ملاحظه‌اي در برابر جدا شدن صفحات FRP از بتن، و نيز شکست‌هاي برشي ترد فراهم آورد.

مزایای مقاوم سازی ستون با FRP

مقاوم سازی ستون با FRP شامل موارد زیر است:

  • سرعت بالای مقاوم‌سازی
  • ضخامت پایین
  • هزینه نسبتاً کم
  • کمترین محدودیت‌های اجرایی
  • وزن پایین وکمترین افزایش در ابعاد پایه

قیمت مقاوم سازی ستون بتنی با FRP در مقایسه با روش های سنتی کم بوده و نحوه اجرای آن آسان و ارزان می‌باشد.

اجرای الیاف ستون
اجرای الیاف ستون

گروه مقاوم سازی رامان با سابقه اجرای مقاوم سازی تعداد بسیار زیادی ستون بتنی در سراسر کشور آماده همکاری با کلیه مهندسین و پیمانکارهای محترم می باشد.

چکش اشمیت

آزمایش چکش اشمیت

 چکش اشمیت

چکش اشمیت یکی از رایج ترین و پرمصرف ترین ابزارهای ضربه زنی است، که در صورت استفاده صحیح می تواند وسیله ای با ارزش باشد. اما بی دقتی و استفاده بدون تشخیص پارامترهای موثر میتواند به نتایج نادرستی منجر گردد.

چکش اشمیت روشی سریع و کم هزینه و غیرمخرب هم در آزمایشگاه و هم در محل میباشد. این روش را نمیتوان به عنوان جایگزین آزمایش مقاومت فشاری استاندارد استفاده نمود، بلکه روشی است در جهت تعیین یکنواختی بتن در سازه و یا مقایسه تغییر کیفیت بتن در نقاط مختلف یک سازه. این آزمایش نسبت به تغییرات موضعی در جنس بتن حساس میباشد.

برای مثال، وجود ذرات درشت دانه، درست در زیر پیستون، سبب حصول نتیجه کم میشود. به علاوه انرژی ای را که بتن جذب می کند، با مقاومت و هم با سختی آن ارتباط دارد، به طوری که ترکیب مقاومت و سختی کنترل کننده برجهندگی می باشد.

آزمایش چکش اشمیت برجهندگی فقط خواص سطح بتن را می سنجد. به علت پراکندگی موضعی در سختی بتن در یک مساحت کوچک، عدد برجهندگی باید در تعدادی از نقاط نزدیک به یکدیگر تعیین شوند و سپس از نتیجه آنها میانگین گرفته شود.

در چکش اشمیت جرم متصل شده به فنر وجود دارد که با کشیدن فنر تا نقطه مشخصی، مقدار انرژی ثابتی به آن داده می‌شود. این کار با فشار دادن چکش به سطح صاف بتن انجام می‌شود.

بعد از آزاد کردن، جرم تحت اثر بازتاب میله چکش (که هنوز در تماس با سطح بتن است) قرار می گیرد و مسافتی که توسط جرم طی می‌شود و برحسب درصدی از انبساط اولیه فنر بیان می‌شود، عدد بازتاب نامیده می‌شود.

این مقدار توسط یک نشانه که در طول یک مقیاس مدرج است حرکت می‌کند، نشان داده می‌شود. عدد بازتاب یک اندازه مطلق است، چون به انرژی ذخیره شده در فنر و به اندازه جرم وابسته می‌باشد.

چکش اشمیت
چکش اشمیت

مطالعات نشان داده است که سختی سنگ‌ها با مقاومت فشاری تک محوری و مدول کشسانی سنگ‌ها در ارتباط است در واقع سختی یکی از مفاهیم رایج است که برای توصیف رفتاری سنگ‌ها بکار می‌رود.

سختی تابعی از عوامل ذاتی چون نوع کانی‌ها، ابعاد دانه‌ها، چسبندگی مرزی کانی‌ها، مقاومت و رفتار الاستیک و پلاستیک سنگ می باشد. ترکیب و اندرکنش این عوامل، تعیین کننده سختی یک سنگ است. روش های متعددی برای تعیین سختی سنگ پیشنهاد شده است که یکی از این روش‌ها بکارگیری وسیله‌ای به نام چکش اشمیت، معروف به آزمایشهای واجهشی یا دینامیکی است.

در این دسته از آزمایش‌ها از یک چکش یا وزنه برای ضربه زدن به سطح سنگ استفاده می‌شود و ارتفاع واجهش وزنه مقیاسی برای سنجش سختی است. هرگونه رفتار پلاستیک یا تغییر شکل بر اثر ضربه، انرژی الاستیک واجهش چکش را کاهش می‌دهد.

 

این روش که توسط انجمن بین المللی مکانیک سنگ ISRM به صورت استاندارد در آمده است، در مورد سنگ‌های خیلی نرم یا خیلی سخت دارای محدودیت‌هایی بوده است و نتایج قابل اطمینانی ارائه نمی‌دهد. چکش‌های اشمیتی که جهت تخمین مقاومت فشاری بتن بکار می رود انرژی ضربه فنر در حدود ۲٫۲۰۷ ژول دارند که برای سازه های بتنی که مقاومتی بین ۱۰ تا ۷۰ مگاپاسکال دارند مناسب است.

چکش اشمیت
چکش اشمیت
اجرای مقاوم سازی FRP

اجرای مقاوم سازی با FRP

اجرای مقاوم سازی با FRP

گروه مقاوم سازی رامان در راستای مقاوم‌ سازی پروژه‌های متعددی در زمینه‌های مختلف مقاوم ‌سازی به اجرا درآورده است. این شرکت پس از طی مسیر هر پروژه( شرح در صفحه اصلی سایت) و انجام محاسبات ، اجرای مقاوم سازی با FRP را نیز توسط مهندسین فنی و با تجربه و اکیپ اجرایی آموزش دیده، انجام می‌دهد.

خدماتی اجرایی که ما در این سیستم ارائه می دهیم شامل:

  1. انجام کلیه پروژه های مقاوم سازی با FRP
  2. اجرای سیستم FRP جهت افزایش طبقات ( تا افزایش 8 طبقه سابقه داریم)
  3. تهیه مصالح FRP در کلیه فیلدها و صنایع مختلف
  4. ترمیم سیلو ها و مخازن پترو پالایشی و کارخانه های سیمان با FRP
  5. تعمیر لوله‌های خورده شده نفت و گاز با پوشش FRP

در قسمت های دیگر سایت می توانید کلیه مصالح FRP و روش های مقاوم سازی با این سیستم را مشاهده نمایید.

در اینجا روش اجرای مقاوم سازی با FRP به صورت مختصر شرح داده می شود:

الیاف FRP

FRP  که مخفف عبارت Fiber Reinforced Polymer می‌باشد، کاربردهای متفاوتی در صنعت ساخت‌وساز و مقاوم‌ سازی دارد.

 بیشترین کاربرد FRP در ترمیم و تقویت و مقاوم‌ سازی ساختمان‌ها با کاربری‌های متفاوت و انواع سازه‌ها است. الیاف FRP با قرار گرفتن و نصب بر روی سطوح بتنی از قبیل دال‌ها، تیرها، ستون‌ها، دیوارهای بتنی، فونداسیون بتنی و سایر سطوح سازه‌های مختلف می‌تواند باعث افزایش مقاومت بتن شوند.

الیاف‌های FRP با داشتن مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی، از جمله مصالح مناسب جهت ایجاد خاصیت ضدخوردگی می‌باشند. همچنین سبک بودن و نصب آسان این الیاف‌ باعث استقبال بالا از این محصول شده است.

انواع الیاف‌های FRP

الیاف کامپوزیت FRP : الیاف کامپوزیت FRP پارچه‌هایی در یک یا دو جهت هستند که به صورت رول‌هایی به عرض ۵/۰ و طول یک متر

انواع الیاف FRP مورد استفاده در مصالح کامپوزیتی FRP، الیاف پلیمری کربن، شیشه، آرامید و بازالت هستند که محصولات کامپوزیتی آن‌ها به با نام‌های الیاف کربن CFRP، الیاف شیشه GFRP، الیاف آرامید AFRP  و الیاف بازالت BFRP در بازار موجود می‌باشند. البته پر کاربرد ترین الیاف ها در صنعت مقاوم سازی کربن و شیشه می باشند.

نصب و اجرای مقاوم سازی با  FRP

اجرای پروژه مقاوم‌سازی با FRP و نصب این کامپوزیت‌ها نیازمند نیروی کار ماهر، با تجربه و متخصص در این امر است. چرا که اشتباه در نصب از کارایی و کارآمدی مصالح FRP کاسته و ممکن است در جهت افزایش مقاومت سازه گامی برداشته نشود.

از جمله اشتباهات رایجی که در نصب این کامپوزیت‌ها انجام می‌شود، نصب بدون آماده‌سازی سطوح، استفاده از چسب و رزین و ابزار نامناسب، عدم اطمینان از چسبیدن درست و اصولی تمامی ورق (کناره‌ها و گوشه‌ها) و ایجاد فاصله زمانی زیاد بین آغشته کردن سطح با چسب و نصب FRP است.

اجرای مقاوم سازی با FRP
اجرای مقاوم سازی با FRP

 

مراحل نصب FRP

  • پرکردن ترکهای با عرض بیشتر از ۳/۰میلیمتر با تزریق تحت فشار اپوکسی و اطمینان از عدم ایجاد و گسترش ترک بر روی سطح بتن.
  • اثرات خوردگی و رسوبات آن روی بتن پاکسازی شده و خرابی های ناشی ازخوردگی قبل از اجرای FRP ترمیم گردد.
  • هرگونه آثار رنگ، برآمدگی­ها، گوشه­های ناهموار و دارای اعوجاج، سطوح مقعر و گودی و هرگونه مواد زائد از سطح بتن حذف شود تا از چسبیدن الیاف به سطح بتن اطمینان حاصل گردد. با استفاده از خمیره بتونه شکل اپوکسی می توان ناهمواریهای سطح بتن را ترمیم نمود.
  • سطح بتن به میزان حداکثر ۱ میلی­متر ساب می ­شود.
  • گوشه­ های مقاطع بتنی مطابق آنچه در نقشه­ ها آمده است گرد می­ گردند.
  • سطح بتن گرد روبی شده و در صورت تمیزکردن سطح با آب، خشک می­ گردد.
  • اختلاط مناسب رزین ها مطابق روش توصیه شده توسط سازنده، در شرایط دمایی مناسب، بصورتی که رزین به رنگ یکنواخت و یکدست برسد.
  • سطح بتن به صورت یکنواخت و مناسب با رزین اپوکسی پوشیده می­ شود. بدین منظور از فرچه­های مخصوص، که توسط سازنده تهیه می­گردد، استفاده می­ شود.
  • الیاف FRP بروی سطح بتن آغشته به رزین اپوکسی نصب می­ گردد.
  • عمل آوری هر یک از لایه­ های FRP نصب شده تا قبل از جایگذاری لایه های بعدی باید تحت نظر بوده و کنترل شود. در صورت احتمال عمل آوری نادرست از نصب لایه های بعدی جلوگیری بعمل آید.

تغییرات نامناسب حرارت، تماس مستقیم با باران، گرد و غبار، کثیفی، تابش شدید آفتاب، رطوبت بالا می­تواند به سیستم FRP  صدمه بزنند و باعث می شوند تا عمل آوری رزین درست انجام نشود .لازم است تا زمانی که رزین عمل آوری کامل می شود از آن حفاظت نمود، این منظور با چادر پیچی و پوشش لاستیکی امکان پذیر می باشد.

مقاوم سازی ستون یتنی با ژاکت فلزی

مقاوم سازی ستون

بررسی راهکار­های مقاوم­سازی ستون های بتنی و مقاوم سازی ستون

یکی از معمول‌ترین تکنیک‌ها برای مقاوم­سازی ستون­های بتنی، استفاده از ورق‌های فولادی (Steel Jacket) است که از بیرون به این اجزاء چسبانده می‌شود.

مقاوم سازی ستون
مقاوم سازی ستون

یک روش دیگر برای مقاوم­سازی ستون­های ضعیف استفاده از نبشی­هایی در چهار طرف و چهار کنج ستون و اتصال آنها با یکدیگر به وسیله ورق ها و پلیت های فلزی می باشد. فاصله بین پوشش فلزی و ستون بتنی با گروت ضد انقباض پر می­شود.

ضعف اصلی این روش قطع تقویت در زیر و روی سقف­ها و ایجاد نقاط ضعف برای ساختمان می­شود و عملا مقاوم­سازی ستون را بی­تاثیر می­کند و ایجاد این اتصال بسیار مشکل و هزینه­بر و غیر اقتصادی می­باشد.

در کل این روش، روشی ساده است؛ اما از جهات زیر مسئله‌ ساز است:

  • زوال چسبندگی بین فولاد و بتن که از خوردگی فولاد ناشی می‌شود.
  • مشکلات ساخت صفحات فولادی سنگین در کارگاه ساختمان.
  • نیاز به نصب داربست.
  • محدودیت طول در انتقال صفحات فولادی (تقویت خمشی) به کارگاه ساخت .
  • زمان طولانی عملیات اجرا .

روش مرسوم دیگر مقاوم­سازی ستون­های بتنی، استفاده از پوشش‌های بتن‌آرمه(Concrete Jacket) می‌باشد.

برای رفع ضعف باربری ستون­های بتنی تقویت یکطرفه و دو طرفه وسه طرفه و چهار طرفه، با توجه به موقعیت ستون، با روش jackting  (پوشش) بتنی می­تواند روش موثری باشد. نکته مهم اتصال مناسب بتن جدید با بتن قدیم است،  که باید یک عضوی یکپارچه را تشکیل دهند. این مورد برای تحمل بار زلزله بسیار مهم می­باشد.

ذکر این نکته ضروری است که برای تقویت ستونها باید عمل تقویت و مقاوم­سازی از پی تا بالاترین نقطه ساختمان (انتهای ستون)ا انجام پذیرد و قطع آن در زیر و روی سقف­ها سبب ایجاد نقاط ضعف برای ساختمان می­شود و عملا مقاوم­سازی ستون را بی­تاثیر می­کند.

مقاوم سازی ستون
مقاوم سازی ستون

این روش تا جایی که مربوط به مقاومت، سختی و شکل ‌پذیری می‌شود، کاملا مؤثر است؛ اما:

  • باعث افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه می‌شود.
  • همچنین این شیوه نیازمند عملیات پر دردسر مانند سوراخ کاری و کاشت آرماتور است که ممکن است منجر به ایجاد و گسترش ترک های احتمالی موجود و ایجاد آسیب بیشتر در ستون­ها شود.
  • به صورت بالقوه باعث افزایش نامطلوب سختی اعضای بتن‌آرمه می شود.
  • زمان طولانی تر عملیات اجرا.
  • نیاز به نصب داربست.
  • نیاز به بررسی فونداسیون موجود و مقاوم­سازی آن در اثر اضافه وزن ایجاد شده.

قطع آرماتور و تقویت در زیر و روی سقف­ها و در نتیجه ایجاد نقاط ضعف مجدد برای ستون­ها

روش نسبتا جدید جهت مقاوم­سازی ستون­های بتنی، استفاده از پوشش‌های الیاف FRP می‌باشد.

مواد مرکب FRP، دامنه وسیعی از کاربردها را برای مقاوم ‌سازی سازه‌های بتن‌آرمه در مواردی که تکنیک‌های مرسوم مقاوم‌ سازی ممکن است مسئله‌ ساز باشند، به ‌خود اختصاص داده‌اند.

استفاده از مواد مرکب  FRPبه‌عنوان مسلح‌ کننده خارجی به دلیل خصوصیات منحصر به فرد آن، از جمله افزایش قابل توجه مقاومت و شکل ‌پذیری، در مقاوم­‌سازی و تقویت سازه‌ها اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. از طرف دیگر، این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های اجرایی کم جذابیت ویژه‌ای یافته‌اند.

مواد FRP  برخلاف فولاد، تحت تأثیر زوال الکتروشیمیایی قرار نمی‌گیرند و می‌توانند درمقابل خوردگی اسیدها، بازها و نمک‌ها و مواد مهاجم مشابه در دامنه وسیعی از دما مقاومت کنند.

در نتیجه نیاز به سیستم‌های حفاظت از خوردگی نمی‌باشد و آماده‌کردن سطوح اعضاء قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداری از آن‌ها بعد از نصب، از صفحات فولادی آسان‌تر است. علاوه بر این، الیاف مسلح‌کننده در FRP می‌توانند در موضع معین و در نسبت حجمی و جهت خاصی درون ماتریس قرارگیرند تا بیش‌ترین کارایی به‌دست آید.

مواد حاصله تنها با درصدی از وزن فولاد، مقاومت و سختی بالایی در جهت الیاف دارند. آن‌ها همچنین حمل و نقل آسان‌تری داشته، نیازمند داربست کمتری برای نصب می‌باشند، و می‌توانند برای مکان‌هایی که دارای دسترسی محدود هستند، مورد استفاده قرار گیرند؛

استفاده از پوشش‌هایی از نوع بتن‌آرمه پس از نصب، بار اضافی قابل‌توجهی را به سازه تحمیل می‌کنند. به‌عنوان یک جایگزین، صفحات FRP می‌توانند به دور اجزاء بتن‌آرمه پیچیده شوند و افزایش قابل توجه مقاومت و شکل ‌پذیری را به دنبال داشته باشند؛ بدون آن‌که تغییر زیادی در سختی ایجاد نمایند.

مواد کامپوزیتی FRP به وفور جهت تقویت خمشی و فشاری و نیز افزایش شکل­پذیری ستون‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در همین ارتباط محصور شدگی بتن مهم‌ترین خصوصیتی است که می توان آن را با چسباندن این مواد در اطراف ستون‌ها فراهم نمود. از طرفی استفاده از مواد کامپوزیتی FRP برای افزایش شکل­پذیری اتصالات و رفتار مناسب‌تر آن در زلزله نیز بسیار مطلوب خواهد بود.

مزیت های استفاد از FRP در مقاوم سازی ستون­های موجود:

  • عدم افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه .
  • عدم ایجاد آسیب در سازه موجود.
  • حمل و اجرای سریع.
  • افزایش قابل توجه مقاومت و شکل ‌پذیری و عدم افزایش سختی ستون­ها .
  • زمان کوتاه­تر عملیات اجرا.
  • عدم نیاز به بررسی و مقاوم سازی فونداسیون موجود در اثر اضافه وزن ایجاد شده.
  • مقاومت بالای مواد FRP برخلاف فولاد در نتیجه عدم نیاز به سیستم‌های حفاظت از خوردگی.
  • آماده‌کردن سطوح اعضاء قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداری از آن‌ها بعد از نصب، از صفحات فولادی آسان‌تر است.

 در ادامه جدول بررسی و مقایسه روش­های مقاوم­سازی ستون­های بتنی بتنی مذکور ارائه شده­است.

همانطور که در جدول فوق مشاهده می­گردد، بررسی­ها نشان می­دهد که استفاده از الیاف FRP جهت مقاوم­سازی و  رفع ضعف ستون­ها موجود به لحاظ فنی، اقتصادی و ملاحظات معماری مناسب می­باشد.

 بررسی روش مقاوم­سازی (استفاده از الیاف FRP)

استفاده از الیاف­های ترکیبی FRP جهت تقویت و مقاوم سازی به منظور انتقال و تحمل بارهای بیشتر، اصلاح نقایص ناشی از آسیب­ها و یا افزایش شکل­پذیری سازه­های بتنی موجود از جمله گزینه­های جایگزین روش­های سنتی می­باشد.

سبک بودن، عدم خوردگی و مقاومت کششی بالای الیاف FRP از جمله مزایای آن محسوب می­گردد. همچنین ضخامت کم این الیاف عامل موثری در کاهش نگرانی­ها در خصوص مسائل معماری می­باشد. الیاف FRP حداقل دو برابر و حداکثر ۱۰ برابر صفحات صفحات فولادی را دارد در حالی که وزن آن حدود ۲۰ درصد وزن فولاد است.

مقاومت در برابر خوردگی یکی از مزایای مهم الیافFRP می­باشد. مواد مرکب FRP، دامنه وسیعی از کاربردها را برای مقاوم ‌سازی سازه‌های بتن‌آرمه در مواردی که تکنیک‌های مرسوم مقاوم‌ سازی ممکن است مسئله‌ ساز باشند، به ‌خود اختصاص داده‌اند.

استفاده از مواد مرکب  FRPبه‌عنوان مسلح‌ کننده خارجی به دلیل خصوصیات منحصر به فرد آن، از جمله افزایش قابل توجه مقاومت و شکل­‌پذیری، در مقاوم­‌سازی و احیاء سازه‌ها اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. از طرف دیگر، این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های کم جذابیت ویژه‌ای یافته‌اند.

مواد FRP  از دو جزء اساسی تشکیل می‌شوند؛ فایبر (الیاف) و رزین (ماده چسباننده). فایبرها که  اصولاً الاستیک، ترد و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در ماده FRP محسوب می‌شوند. بسته به نوع فایبر، قطر آن در محدوده ۵ تا ۲۵ میکرون می‌باشد.

مصالح  FRPمعمولاً مقاومت کششی بسیار بالایی دارند، که از مقاومت کششی فولاد به مراتب بیشتر است. مقاومت کششی بالای مواد FRP کاربرد آنها را برای مقاوم سازی سازه‌های بتن آرمه بسیار مناسب نموده است. مقاومت کششی مصالح FRP اساساً به مقاومت کششی، نسبت حجمی، اندازه و سطح مقطع فایبرهای بکار رفته در آنها بستگی دارد.

الیاف FRP به لحاظ مشخصات مواد انواع گسترده­ای داشته و عمدتا در سه نوع GFRP، CFRP و AFRP تولید می­گردند و براین اساس انتخاب نوع الیاف بسته به شرایط وضع موجود و نیازهای فنی صورت می­پذیرد. مشخصات تیپ الیاف مورد استفاده در سیستم­های FRP بقرار جدول زیر نشان داده شده است.

Fiber type

Elastic Modulus Ultimate Strength Rupture strain. Min %
Gpa Mpa
Carbon
General Purpuse ۲۲۰ to 240 ۲۰۵۰ to 3790 ۱٫۲
High Strength ۲۲۰ to 240 ۳۷۹۰ to 4820 ۱٫۴
Ultra-High Strength ۲۲۰ to 240 ۴۸۲۰ to 6200 ۱٫۵
High Modulus ۳۴۰ to 520 ۱۷۲۰ to 3100 ۰٫۵
Ultra-High Modulus ۵۲۰ to 690 ۱۳۸۰ to 2400 ۰٫۲
Glass
E-Glass ۶۹ to 72 ۱۸۶۰ to 2680 ۴٫۵
S-Glass ۸۶ to 90 ۳۴۴۰ to 4140 ۵٫۴
Aramid
General Purpuse ۶۹ to 83 ۳۴۴۰ to 4110 ۲٫۵
High Performance ۱۱۰ to 124 ۳۴۴۰ to 4140

۱٫۶

خستگی خاصیتی است که در بسیاری از مصالح ساختمانی وجود داشته و در نظر گرفتن آن ممکن است به شکست غیر منتظره، خصوصاً در اجزایی که در معرض سطوح بالایی از بارها و تنش‌های تناوبی قرار دارند، منجر شود.

در مقایسه با فولاد، رفتار مصالح FRP در پدیده خستگی بسیار عالی است؛ به عنوان نمونه برای تنش‌های کمتر از یک دوم مقاومت نهایی، مواد FRP در اثر خستگی گسیخته نمی‌شوند. رفتار خزشی کامپوزیت‌ها بسیار خوب است؛ به بیان دیگر، اکثر کامپوزیتهای در دسترس، دچار خزش نمی شوند.

رزین اصولاً به عنوان یک محیط چسباننده عمل می‌کند، که فایبرها را در کنار یکدیگر نگاه می‌دارد. با این وجود، ماتریس‌های با مقاومت کم به صورت چشمگیر بر خواص مکانیکی کامپوزیت نظیر مدول الاستیسیته و مقاومت نهایی آن اثر نمی‌گذارند. ماتریس (رزین) را می‌توان از مخلوط‌های ترموست و یا ترموپلاستیک انتخاب کرد.

ماتریس‌های ترموست با اعمال حرارت سخت شده و دیگر به حالت مایع یا روان در نمی‌آیند؛ در حالیکه رزین‌های ترموپلاستیک را می‌توان با اعمال حرارت، مایع نموده و با اعمال برودت به حالت جامد درآورد.

به عنوان رزین‌های ترموست می‌توان از پلی‌استر، وینیل‌استر و اپوکسی، و به عنوان رزین‌های ترموپلاستیک از پلی‌وینیل کلرید (PVC)، پلی‌اتیلن و پلی پروپیلن (PP)، نام برد. مقاومت رزین به عنوان متصل کننده سیستم الیاف FRP به سطح بتن بسیار مهم است و  ضعف آن می­تواند باعث شکست زودهنگام موادFRP  می­گردد.

اگر چه در بررسی بسیار اولیه، مقاومت چسبندگی ضعیفی برای کامپوزیت‌های از الیاف شیشه گزارش شده بود، تحقیقات اخیر در دنیا مقاومت چسبندگی خوب و قابل قبولی را برای مواد کامپوزیتی FRP گزارش می کند.

متداول­ترین روش مقاوم­سازی ستونها با FRP، دور پیچ کرن سطح خارجی آنها با نوارهای FRP می­باشد. اساس این مقاوم­سازی که در واقع محصور کردن ستون می­باشد، بر این اصل استوار است که وجود فشار محیطی بر روی یک المان بتنی سبب افزایش مقاومت فشاری و شکل­پذیری آن می­گردد.

در حقیقت این کار، مقاومت و شکل­پذیری بتن را افزایش داده و بعلاوه از لغزش و کمانش آرماتورهای طولی جلوگیری می­کند.

استفاده از الیاف FRP به صورت دورپیچ عامل موثری در ایجاد محصورشدگی و همچنین افزایش شکل­پذیری مقاطع بتنی می­باشد. بر این اساس و با توجه به ضعف مقاومتی در بتن ستون­ها بکارگیری این راهکار بسیار موثر می­باشد. اشکال زیر نحوه اجرای سیستم دورپیچ  FRP(FRP Confining) و تاثیر آن را بر منحنی­ اندرکنش ستون و رفتار آن را نشان می­دهند.

cfrp

بطور کلی در عمل، اغلب ستونها تحت بارهای خارج از مرکز قرار می­گیرند که منجر به این می شود که مقطع ستونها تحت تاثیر ترکیبی از خمش و نیروی محوری واقع گردد محصور کردن ستون با  FRP(FRP Confining) برای بارهای محوری و نیز افزایش باربری خمشی ستون در این شرایط مفید است. مقاومت محوری پوشش FRP اطراف ستون کوچک و قابل صرفنظر کردن است اما استفاده از الیاف دور ستون وقتی امکان­پذیر است که آنها تحت کشش در راستای حلقه FRP (در راستای طولی الیاف) قرار می گیرند.

در ستون­های بتنی استفاده از پوشش FRP باعث افزایش ظرفیت برشی ستون، و تغییر حالت احتمالی گسیختگی ترد برشی به حالت خمشی، و نهایتا افزایش شکل­پذیری ستون تحت نیروهای محوری و خمشی می­گردد. برای محصور کردن موءثرتر ستون، لازم است که راستای الیاف تا حد امکان عمود بر محور طولی عضو باشد.

با توجه به جداول ارائه شده جهت تشریح رفتاری الیاف و سایر توضیحات بیان شده در مورد نوع ضعف سازه و روش تقویت آن، استفاده از الیاف شیشه GFRP دو جهته ۶۰۰ گرمی، با توجه به ایجاد محصورشدگی و شکل­پذیری مناسب در بتن توسط الیاف شیشه و رفتار مناسب این الیاف نسبت به سایر الیاف در برابر بارهای لرزه­ای (بار زلزله)، جهت مقاوم­سازی ستون­های مذکور از این الیاف استفاده می­شود. ذکر این نکته قابل توجه است که قسمتی از بارهای طراحی شامل بار زلزله می­باشد.

نحوه عملکرد به این صورت است که با ایجاد ترک برشی در بتن، کرنش الیاف GFRP در آن ناحیه بیشتر شده و نیروها به الیاف GFRP منتقل می شود. بنابراین هم مقاومت برشی سازه افزایش می­یابد و هم ترک خوردگی و کرنش بتن فشاری با کمک الیاف GFRP کاهش می­یابد. الیاف در راستای ارتفاعی باعث افزایش مقاومت خمشی و همچنین مهار الیاف دورپیچ می گردد. نتایج آزمایشات انجام شده بر روی نمونه­های تقویت اجزای بتنی توسط الیاف FRP نشان می­دهد که جدا شدن صفحات FRP از بتن مساله کاملا حائز اهمیت است که امروزه متخصصین و پژوهشگران رشته بهسازی و مقاوم­سازی توجه زیادی را این به مساله نشان می­دهند. در این ارتباط به نظر می‌رسد که استفاده از تقویت‌کننده‌های خارجی حتی به میزان کم، می‌تواند ایمنی قابل ملاحظه‌ای در برابر جدا شدن صفحات FRP از بتن، و نیز شکست‌های برشی ترد فراهم آورد. جهت اطمینان از عدم وقوع این شکست در ستون­های موردنظر ،استفاده از الیاف دو جهته، (GFRP Bidirectional) بدلیل اینکه راستای الیاف اصلی در دو جهت طولی و عرضی (عمود بر هم) تقریبا دارای تاثیر معادل استفاده از دو لایه مجزا در دو راستای طولی و عرضی بوده که از نظر اجرایی و اقتصادی موثر است.

با توجه به مطالب عنوان شده در قسمت­های گذشته، بکارگیری راهکار دورپیچ کردن(Confining) ستون­های مورد بررسی ی توسط الیاف شیشه دو جهته GFRP) (Bidirectional جهت کاهش اثرات کمبود مقاومت فشاری بتن در این المان­ها از لحاظ فنی، اجرایی و اقتصادی روش مناسبی جهت مقاوم­سازی می­باشد. علاوه بر این الیاف مذکور ظرفیت برشی و شکل­پذیری این المان­ها را بهبود می­بخشد.