عملیات نصب و اجرای FRP بطور خلاصه به این شرح است :
پیش از نصبFRP باید بتن های سست از سطح بتن زدوده گردد. همچنین سطح بتن باید عاری از هرگونه مواد مانع نظیر عایق، رنگ، پلاستر ، گچ و یا چربی باشد. به منظور تمیز نمودن سطح بتن می توان از روش ساب زدن با دستگاه فرز با صفحه ساب مخصوص و یا سند بلاست استفاده نمود.
ساب زنی سطح بتن
عملیات ساب زدن باید تا جایی ادامه یابد که شیره بتن زدوده و سنگدانه های بتن نمایان گردد. پس از ساب زدن، چنانچه سطح بتن نیاز به ترمیم داشته باشد باید پیش از نصب FRP سطح بتن با مواد مناسب ترمیم گردد. همچنین باید سطح بتن توسط پمپ هوا و یا برس تمیز گردد. چنانچه از FRP Laminate در اجرا استفاده شود باید سطح نوارها با پارچه آغشته به مواد مخصوصی گردد.
ترمیم توسط بتونه اپوکسی
در مرحله بعد الیاف را توسط جسب به سطح بتن نصب می کنیم.چنانچه هوا سرد باشد پیش از نصب FRP باید سطح بتن گرم گردد. همچنین پس از نصب FRP باید رزین به اندازه ای گرم گردد که دمای آن کمتر از ۱۰ درجه سانتیگراد نباشد. این دما حداقل دما برای عمل آوری و Curing رزین می باشد. همچنین سطح بتن محل نصب FRP نباید مرطوب باشد.
نصب الیاف FRP
نکته مهم
پس از نصب FRP در هر پروژه، انجام تست Pull Off کاملا ضروری بوده و حتما باید در فاصله زمانی کمی بعد از نصب انجام شود تا از عملکرد صحیح FRP اطمینان حاصل شود. همانطور که بعد از بتن ریزی لازم است تا نمونه گیری شده و مقاومت بتن مورد آزمایش قرار گیرد. نتایج حاصل از تست Pull Off نشاندهنده کیفیت مصالح و نصب آن بوده و براساس آن میتوان نسبت به پذیرش یا رد سیستم FRP اقدام کرد.
برای اطمینان از مشخصات مکانیکی مصالح FRP می توان از تست کشش الیاف FRP و رزین استفاده نمود
طراحی FRP: مقاوم سازی سازه های موجود یا مرمت آنها به منظور تحمل بارهای مضاعف طراحی، بهبود نارسایی های ناشی از فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه یا سایر موارد با استفاده از مصالح مناسب و شیوه های اجرایی صحیح بطور متعارف انجام می گردد. استفاده از صفحات فولادی به صورت پوشش خارجی، غلاف های بتنی یا فولادی و پس کشیدگی خارجی تعدادی از روش های متعارف موجود است. امروزه گرایش به استفاده از سیستم کامپوزیت پلیمری FRP در صنعت مقاوم سازی ساختمان رشد زیادی داشته است. در طراحی برای تقویت سازه ها و مقاوم سازی با FRP و نیز در عملیات بهسازی لرزه ای، استفاده از مصالح FRP یکی از روش های مناسب میباشد که رعایت ضوابط طراحی در آنها حائز اهمیت است. شرکت مقاوم سازی رامان با سابقه طولانی در امر مقاوم سازی ساختمان ها و تقویت سازه ای صنایع مختلف، تجربه و توان علمی بالا در زمینه مشاوره و طراحی سیستم FRP در کشور ایران دارد. شرکت مقاوم سازی رامان با بررسی ضعف ها و مشکلات سازه ای موجود و نقشه های as-built (نقشه چون ساخت)، طراحی سیستم FRP به صورت بهینه انجام می شود.
FRP ها بر اساس مقاومت در برابر نیروهای کششی طراحی می شوند، این مصالح کامپوزیتی می‌بایست سازگاری کرنشی را با بتن متصل شده داشته باشند. از مقاومت فشاری مصالح مقاوم سازی FRP در محاسبات و طراحی سازه صرف نظر میشود.
مقاوم سازی ستون با FRP
اصول طراحی مقاوم سازی با FRP
اصول طراحی سیستم مقاوم سازی FRP بر اساس محاسبات و طراحی سازه های بتنی مرسوم و نیز رفتار مکانیکی مصالح FRP پایه گذاری شده است. سازه های بتن آرمه مقاوم سازی شده با FRP باید براساس ضوابط موجود برای مقاومت و قابلیت خدمت رسانی طراحی شوند. برای این منظور باید از ضرائب بار آیین نامه بتن ایران (آبا) برای مقاصد طراحی استفاده گردد. برای طراحی سیستم FRP بمنظور بهسازی لرزه ای ساختمان ها، پیشنهاد میگردد از اصول حاکم طراحی بر اساس ظرفیت در محاسبات تقویت با FRP استفاده گردد.
محدودیت های مقاوم سازی با FRP
به منظور طراحی سیستم FRP نیاز است تا محدودیت هایی که در این روش مقاوم سازی وجود دارند، بررسی شود. محدودیت های اشاره شده به منظور جلوگیری از فروریزش سازه و سایر آسیب های سیستم FRP که ناشی از عواملی نظیر حریق، خرابکاری و … است، می باشد. در مجموع اعضای سازه ای تقویت نشده، بدون نصب مصالح FRP، توان تحمل کافی برای مقاومت در برابر مقدار معینی از بار را داشته باشند.
مقاومت کلی سازه تقویت شده با FRP
هدف نهایی از بکارگیری و طراحی سیستم FRP، مقاوم سازی سازه و افزایش مقاومت اعضا در خمش و برش می‌باشند که پیش تنیدگی مضاعفی را نیز ایجاد می‌کنند. در این فرایند باید مطمئن شد که دیگر حالات گسیختگی همانند برش سوراخ شدگی پانچ و ظرفیت باربری فونداسیون‌ها تحت تاثیر سیستم FRP قرار نگیرد. بنابراین نیاز است تا تمامی اعضاء سازه، قادر به تحمل بارهای افزایش یافته وارد بر اعضای مقاوم سازی باشند. در طراحی سیستم FRP ، باید تحلیل های لازم جهت بررسی و اطمینان از بالاتر بودن احتمال وقوع گسیختگی خمشی نسبت به گسیختگی برشی برای اعضای تقویت شده با FRP انجام گیرد.
ضوابط لرزه ای در طراحی سیستم FRP
در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای ساختمان ها، سهم عمده تقویت های سازه، مربوط به تقویت ستون ها با FRP میباشد. تقویت ستون ها در سیستم های FRP، توسط محصور سازی آنها صورت میگیرد و سبب افزایش مقاومت فشاری و برشی بتن، افزایش ظرفیت منحنی اندرکنش ستون و شکل پذیری و نیز کاهش طول وصله میگردد.
در مواردی که تیرها یا دال های ساختمانی در نواحی زلزله خیز مقاوم سازی می شوند، باید تدابیری اندیشید که تقویت سازه با FRP سبب تشکیل مفصل پلاستیک در بر ستون و اتصال صورت نگیرد. برای این منظور نیاز است تا مقاومت و سختی تیر، دال و ستون به صورت جداگانه کنترل شود.
مقاومت سازه مقاوم سازی شده با FRP در برابر آتش
مقادیر مقاوم سازی که توسط روش های FRP بصورت روش اجرای پوشش بیرونی یا روش EBR صورت میگیرد، اغلب توسط آیین نامه های حریق به مقادیر مشخصی محدود می‌شوند. رزین اپوکسی بکار رفته در در سیستم های FRP ، پس از اجرا و عمل آوری، در صورتی که تحت تاثیر آتش قرار گیرند، یکپارچگی و استحکام خود را در درجه حرارت بیشتر از دمای گذار شیشه ای (Tg) از دست خواهند داد. دمای Tg برای رزینها و چسبهای FRP عموماً، در محدوده بین ۶۰ تا ۸۰ درجه سانتیگراد متغیر است. این مقادیر به وضوح نشان می‌دهند که در اثر وقوع آتش سوزی سیستم های مقاوم سازی FRP، پایایی کافی در برابر حریق را نخواهند داشت. برای افزایش مقاومت مصالح FRP در برابر حریق، مناسبترین روش عایق بندی آنها با پوشش های ضد حریق FRP میباشد.
مصالح FRP به تنهایی پایایی زیادی در برابر حریق ندارند، اما با ترکیب مناسب سیستم‌های FRP و سازه بتنی تقویت شده، میتوان دوام و پایایی بسیار بالایی در کل سازه در برابر حریق ایجاد کرد. این افزایش بدین صورت ایجاد میگردد که در طراحی سازه، شرایطی ایجاد کرد که وظیفه مقاومت در برابر حریق منحصراً توسط سازه بتنی موجود تامین گردد. جهت برآورد مقاومت در برابر حریق سازه های بتنی مقاوم سازی شده با FRP ، نیاز است تخمین زده شود که تحمل سازه های بتنی تا چه حدی بدلیل افت مقاومت تسلیم فولاد و مقاومت فشاری بتن ناشی از حریق، کاهش یافته و گسیخته می گردد.
با بررسی دقیق آئین نامه ACI 216R برای اعضای بتنی مقاوم‌سازی شده با FRP، مشخص میشود که محدودیت های موجود در طراحی های تقویت با FRP به منظور جلوگیری از فروریزش سازه تقویت شده در اثر حریق میباشد. باید دقت گردد که مقاومت فولاد و بتن در اثر حریق کاهش یافته و برای محاسبه مقاومت کل عضو نیاز است از مقاومت FRP صرفنظر کرد. جهت بررسی عدم گسیختگی سازه تقویت شده با FRP تحت بارهای بهره برداری و درجه حرارت های زیاد، میتوان مقاومت مورد نظر را با مقاومت تخمین زده شده مقایسه کرد.
دوام سیستم ها و کامپوزیت FRP در برابر حریق را میتوان با بهره گیری از رزین های خاص و پیشرفته یا محافظت آن با پوشش های مناسب افزایش داد. جهت محاسبه میزان افزایش دوام (پایایی) رزین های سیستم FRP در برابر حریق، باید زمان مقاومت سیستم FRP در برابر آتش (که زمان لازم جهت رسیدن رزینها به دمای گذار شیشه ای است) اندازه گیری شود. در آئین نامه ASTM E119 شرایط و راهنمایی مورد نیاز جهت ایجاد شرایط آزمایشگاهی انواع آتش سوزی ها (شامل درجه حرارت و زمان آنها)، آورده شده است.
ملاحظات محیطی در انتخاب سیستم FRP جهت طراحی سازه
مشخصات مکانیکی رزین ها و الیاف موجود در سیستم های تقویتی FRP ، مشابه سایر سازه ها تحت تاثیر شرایط محیطی قرار میگیرند و در اثر قرارگیری در معرض محیط های اسیدی قلیایی، آب نمک، مواد شیمیایی، اشعه فرا بنفش UV، درجه حرارت های بالا و رطوبت بالا کاهش مقاومت می‌دهند. این کاهش مقاومت مصالح FRP باید در طراحی توسط مهندسان مشاور و محاسب FRP در نظر گرفته شوند. حال به بررسی تاثیر هر کدام از مووارد فوق در مقاومت FRP می پردازیم:
الف) مقاومت FRP در محیط قلیایی یا اسیدی: مقاومت و رفتار سیستم FRP درمحیط های اسیدی و قلیایی در بیشتر مواقع به رزین و الیاف موجود بستگی دارد. الیاف کربن به تنهایی، در برابر اسید و محیط قلیایی مقاوم هستند. الیاف شیشه نسبت به این عوامل نسبتا حساس تر میباشد. با این حال انتخاب یک رزین مناسب میتواند از تاثیر این عوامل روی الیاف، محافظت کند. کامپوزیت های FRP استفاده شده در این حالت باید از رزین مقاوم به اسید و محیط قلیایی، ساخته شده باشد. در مجموع بهتر است از الیاف کربن در مناطق محیطی سخت و درصد رطوبت زیاد استفاده شود.
ب) انبساط حرارتی: خصوصیات انبساط حرارتی الیاف و رزین کامپوزیت FRP متفاوت بوده و در درجه حرارت های مختلف می تواند تغییر کند. الیاف شیشه ضریب انبساط حرارتی نزدیک با بتن دارد. ولی رزین های استفاده شده در سیستم های مقاوم سازی با FRP، معمولاً ضریب انبساط حرارتی حدود پنج برابر ضریب انبساط بتن دارند. این تغییرات و اختلاف موجود نقص زیاد جدی در مقابل توانایی‌های عمده اف ار پی ها نمی‌باشد و مسئله زیاد مهمی نیست. طبق راهنمایی‌های صورت گرفته در نشریه ۳۴۵ (راهنمای طراحی و ضوابط اجرایی بهسازی ساختمان های بتنی موجود با استفاده از مصالح تقویتی FRP)، تفاوت انبساط حرارتی در مصالح FRP و بتن، تاثیری در چسبندگی آنها در درجه حرارت از ۲۸- تا ۲۸+ درجه سلسیوس نمی‌گذارد.
ج) رسانایی الکتریکی مصالح FRP: الیاف شیشه و کولار – آرامید عایق الکتریکی می‌باشند ولی الیاف کربن رسانای الکتریکی میباشد.
د) مصالح FRP ساخته شده با الیاف کربن: در کارهای مقاوم سازی، نباید با فولاد تماس مستقیم داشته باشند، تا از خوردگی الکترو شیمیایی فولاد جلوگیری به عمل آید.
بارگذاری FRP
رفتار سیستم های FRP تحت شرایط بارگذاری های مختلف و الیاف بکار رفته در آن مختلف متفاوت است. بنابراین نیاز است تا سیستم FRP بر پایه اطلاعات مربوط به رفتار سیستم تحت شرایط مورد نظر انتخاب شود. در زیر به برخی از ملاحظات مربوط به بارگذاری های مهم اشاره شده است. سایر اطلاعات و مشخصات فنی مربوط به مصالح FRP را میتوان از بخش محصولات شرکت مقاوم سازی رامان ملاحظه کرد.
مقاومت در برابر ضربه FRP
کامپوزیت های ساخته شده با الیاف آرامید و شیشه مقاومت خوبی در مقابل ضربه نسبت به سیستم های مقاوم سازی شده FRP با الیاف کربن دارند.
گسیختگی در اثر خزش و خستگی FRP
تحت اثر بارهای مداوم و پیوسته سیستم های FRP با الیاف کربن، مقاومت خوبی در مقابل گسیختگی خزشی و گسیختگی خستگی، تحت بارهای رفت و برگشتی و نوسانی دارند. سیستم های FRP با الیاف شیشه نسبت به هر دو شرایط بارگذاری، حساستر می‌باشند.
دوام FRP
سیستم تقویتی FRP باید قادر به تحمل دوره های گرم و سرد شدگی هوا، غوطه وری در محیط های قلیایی، دوره های یخ زدن و آب شدن و قرارگیری در معرض اشعه فرابنفش باشد.
سیستم هایی از FRP نیز که به صورت کامل با پوشش‌های محافظتی پوشش بتنی ، پوشیده شده باشد، باید از نظر تاثیرات یخ زدگی و آب شدن، خوردگی فولاد، واکنشهای قلیایی و سیلیکاتی سنگدانه ها، محبوس شدگی در آب، فشار ناشی از بخار و سرایت بخار مرطوب، مورد بررسی و مقاومت آنها اثبات گردند. البته قابل ذکر است که اکثر سیستم های FRP، یک لایه نفوذ ناپذیر در مقابل رطوبت و سایر شرایط محیطی بر روی سطح بتن و سایر سطوح ایجاد می‌کنند.
انتخاب پوشش محافظ FRP
بمنظور محافظت و جلوگیری از کاهش مشخصات مکانیکی FRP ، میتوان از پوشش های حفاظتی استفاده کرد. ضخامت و نوع پوشش FRP، می‌باید بر اساس مقاومت در برابر عوامل محیطی (مانند رطوبت، شرایط خورندگی، آب شور، درجه حرارتهای بالا، حریق، ضربه و اشعه ماورای بنفش) انتخاب شود.
پوشش های های با ضخامت بالای رزین بر روی الیاف در سیستم های FRP، سبب محافظت آنها از صدمات ناشی از ضربه یا ساییدگی و خراش میگردند. در مناطقی که احتمال برخورد ضربه شدید وجود دارد و یا در معرض تردد ناشی از رفت و آمد زیاد هستند، استفاده از یک لایه محافظ دیگر ضروری است. پوشش های بر پایه سیمان و یا پلیمری شرکت مقاوم سازی رامان را میتوان برای این منظور مورد استفاده قرار داد.
خصوصیات مصالح در طراحی FRP
مشخصات مورد نیاز طراحی سیستم FRP و محاسبات سازه ای برای الیاف و رزین مصالح FRP مانند مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، کرنش نهایی گسیختگی و … در بخش محصولات شرکت مقاوم سازی رامان در دسترس است.
تقویت خمشی با FRP
نصب مصالح FRP در ناحیه کششی بتن بطوریکه راستای الیاف آن در جهت طولی یک عضو خمشی باشد، سبب افزایش مقاومت خمشی آن عضو میگردد. در مجموع فرضیات زیر در طراحی و محاسبات تقویت خمشی مقاطع بتن آرمه با مصالح FRP به کار می‌روند. فرضیات طراحی سیستم FRP از آئین نامه ACI 4402R-2008 و نشریه ۳۴۵ اقتباس شده‌اند.
تیر بتنی مقاوم سازی شده با استفاده از الیاف FRP
فرضیات طراحی سیستم FRP در خمش
محاسبات طراحی سیستم FRP براساس ابعاد واقعی اعضاء، نحوه قرارگیری میلگردها و مشخصات مصالح اعضاء تقویت شده میباشد.
در محاسبات طراحی سیستم FRP فرض میشود که شکل مقطع قبل و بعد از بارگذاری ثابت می‌ماند. به عبارت دیگر، کرنش در بتن و مصالح FRP متناسب با فاصله آنها از محور خنثی است و در موقع بارگذاری هیچ گونه لغزش نسبی بین FRP و بتن رخ نمی‌دهد.
از دیگر فرضیات طراحی سیستم FRP می توان به موارد زیر اشاره کرد:
از تغییر شکل برشی در لایه چسب، با توجه به ضخامت خیلی کم آن، صرفنظر و صفر در نظر گرفته میشود.
کرنش فشاری حداکثر بتن ۰/۰۰۳ فرض میشود.
مقاومت کششی بتن صفر فرض میشود.
منحنی تنش – کرنش FRP تا قبل از نقطه شکست آن به صورت الاستیک خطی میباشد.
مقاومت برشی مقطع تقویت شده با FRP
در مواردی که از سیستم‌های FRP برای تقویت خمشی عضوی استفاده میشود، عضو مورد نظر باید توانایی نیروی برشی مربوط به افزایش ظرفیت خمشی مقطع را داشته باشد. هرگاه پس از بررسی ظرفیت برشی مقطع، به مقاومت اضافی نیاز باشد، مصالح FRP باید بصورت عرضی بر روی سطح مقطع مورد نظر نصب و اجرا گردند.
کرنش لایه زیرین بتن FRP
در مواردی که قبل از نصب و اجرای FRP ، بارها و وزن موجود روی تیرها و کف ها و هر نیروی پیش تنیدگی، از روی عضو حذف نشوند، کرنش اولیه در سطح کششی بتن باید محاسبات خمشی در طراحی سیستم FRP در نظر گرفته شود. کرنش اولیه از کرنش موجود در FRP مجزا میباشد و با استفاده از تحلیلهای الاستیک و با در نظر گرفتن تمامی بارهای وارده در حین نصب FRP تعیین میگردد. طبق توصیه آئین نامه ها پیشنهاد میگردد که تحلیل مورد نظر بر اساس مشخصات مقطع ترک خورده صورت گیرد.
کرنش در مصالح FRP
مصالح FRP قبل از نقطه گسیختگی رفتار الاستیک خطی دارند، پس کرنش FRP ، معرف تنش ایجاد شده در FRP نیز میباشد. بنابراین تعیین میزان کرنش FRP در حالت حدی نهایی اهمیت زیادی دارد. ماکزیمم کرنشی که در مصالح FRP ایجاد میگردد، از مقدار کرنش FRP در نقطه ای که بتن فشاری گسیخته میگردد یا نقطه ای که FRP گسیخته میشود، بدست می‌آید.
ضرایب ایمنی در طراحی FRP
در مراحل طراحی سیستم FRP، ضرایب کاهش محیطی و ضریب جزیی ایمنی مصالح بر اساس نشریه ۳۴۵ و یا آئین نامه ACI 4402R-2008 قابل استخراج است. ضرایب جزیی ایمنی مصالح فولاد و بتن نیز بر اساس ضوابط مندرج در آیین نامه بتن ایران آبا بدست می‌آید.
تنش موثر مصالح FRP
تنش موثر در سیستم‌های FRP ، ماکزیمم تنشی است که قبل از شکست خمشی مقطع در FRP میتواند ایجاد شود. تنش موثر مصالح FRP را میتوان از سطح کرنش FRP با فرض رفتار الاستیک کامل محاسبه کرد.
حالات گسیختگی خمشی FRP
مقاومت خمشی یک مقطع تقویت شده با FRP به حالات شکست آن بستگی دارد. برای این منظور نیاز است حالات گسیختگی خمشی زیر برای یک مقطع بررسی شود.
تخریب بتن فشاری قبل از جاری شدن فولاد
گسیختگی لایه های FRP پس از جاری شدن فولاد کششی
تخریب بتن فشاری پس از جاری شدن فولاد کششی
جدا شدگی FRP از سطح بتن در کشش
جدا شدگی کاور بتن در سطوح کششی یا برشی
تقویت برشی با FRP
در روش تقویت برشی و تقویت پیچشی با FRP، ورقه‌های FRP به وجوه جانبی تیر نصب میگردند که در آن راستای الیاف عمود بر محور طولی تیر یا مورب باشد. برای داشتن رکابی خارجی U شکل، الیاف FRP به صورت پیوسته بر روی دو وجه جانبی و زیر تیر چسبانده میشود که این امر سبب بهبود مهاری تقویت خمشی FRP نیز میشود. به منظور تامین مهار انتهایی رکابی های U شکل میتوان از مهاربندی مکانیکی نیز استفاده کرد.
تقویت برشی تیر با FRP
با توجه به اینکه که طول موجود برای اتصال رکابی های FRP به ارتفاع تیر محدود میشود، بنابراین مقاومت بتن موجود مهم بوده و نیاز است تا از کیفیت مناسبی برخوردار باشد. سطح بتن باید متناسب با نیازمندی های سیستم FRP آماده شده و در صورت نیاز ترمیم شود. بمنظور جلوگیری از گسیختگی رکابی های FRP در اثر تمرکز تنش در لبه های تیر، این لبه ها و گوشه ها باید حداقل به شعاع ۳٫۵ سانتی‌متر گرد شوند.
تقویت پیچشی با FRP
تقویت ظرفیت پیچشی مقاطع مختلف با FRP را میتوان توسط دورپیچ انجام داد و محاسبات آن اختلاف جزئی با تقویت برشی با FRP ها دارد. ایجاد ترکهای پیچشی در مقاطع مستطیلی، شبیه ترکهای برشی میباشد. تفاوت اصلی ترکهای برشی و پیچشی در الگوی ترک میباشد. ترک های پیچشی نیز شبیه ترک های برشی اریب و مورب هستند، با این تقاوت که راستای آنها در وجوه مقابل عضو فرق کرده و از یک الگوی مارپیچی تبعیت می‌کنند.
در فرآیند تقویت پیچشی اعضاء با الیاف مواقعی که راستای الیاف FRP با محور عضو زاویه a را بسازد، مانع ایجاد ترکهای قطری در یک وجه عضو میگردد اما در وجه دیگر کاملاً بی اثر میباشد. پس نیاز است تا این مورد به دقت مورد بررسی قرار گیرد. الیاف FRP تنها در صورتی باعث افزایش ظرفیت پیچشی عضو میشود که بطور کامل به دور مقطع دورپیچ شده باشد.
محصور سازی و دورپیچ کردن اعضای فشاری توسط مصالح FRP، سبب افزایش ظرفیت فشاری مقطع میگردد. عمل محصورشدگی با FRP همچنین سبب افزایش شکل پذیری عضو، تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی هم میشود. جهت مقاوم سازی اعضای فشاری با ورقه های FRP، نیاز است تا الیاف در راستای عمود بر محور طولی عضو دورپیچ گردد. الیاف محصور کننده FRP، مشابه خاموت های بسته یا مارپیچی عمل می‌کند و سبب محدود کردن کرنش های محیطی ستون میگردد.
در مسئله مقاوم سازی یا بهسازی لرزه ای ستون با FRP، ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری تحت اثر بارهای ارتعاشی زلزله اهمیت زیادی دارد. با تعبیه ورقهای FRP به صورت طولی در امتداد ستون میتوان مقاومت خمشی آن را نیز افزایش داد، ولی این موضوع سبب افزایش شکل پذیری ستون ها نشده و تنها با اجرای الیاف FRP به صورت افقی دورپیچ، شکل‌پذیری افزایش می‌یابد.
افزایش ظرفیت ستون های تقویت شده با FRP در ستون مستطیلی نسبت به ستون گرد پایین میباشد، زیرا فشار محصورشدگی ناشی از دورپیچی مصالح FRP ، در ستون های مستطیلی محدودتر می باشد. باید دقت شود که کرنش محوری نهایی در ستون های محصورشده با FRP نسبت به ستون های محصور نشده، بزرگتر میباشد. پس کرنش در میلگردهای طولی، امکان دارد از کرنش تسلیم آنها بیشتر شود. همچنین در فرآیند تقویت ستون با کامپوزیت FRP، ستونی که ابتدا به عنوان ستون کوتاه تعریف شده ممکن است بعلت افزایش ظرفیت باربری، ستون لاغر محسوب شود.
الیاف FRP کاربردهای مختلفی دارد و بدلیل مزایای فراوان آن در صنایع مختلفی از صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد . مقاومت کلی سازه متاثر از میزان مقاومت تک تک المان های سازه است که به کمک سیستم مقاوم سازی با FRP می توان سطح آنرا ارتقا داد .
به طور کلی در بیشتر مناطقی که نیازمند افزایش میزان مقاومت هستیم می توان از الیاف FRP استفاده کرد . کاربرد الیاف RFP بدنبال فرسوده شدن بناها و در جهت تعمیر ،ترمیم و تقویت ساختمان ها می باشد . کاربرد الیاف FRP در بهسازی لرزه ای سازه ها و اجزای موجود در آنها می باشد . کاربرد الیاف FRP در بهسازی لرزه ای سازه ها و اجزای موجود در سازه ها می باشد .
کاربردهای FRP را امروزه در اکثر اجزایی که باید دارای مقاومت بالایی باشند؛ می توان مشاهده کرد، مزایای زیاد کامپوزیت FRP تمام صنایع را جذب خود نموده است. کاربرد FRP به دنبال فرسوده شدن سازه های زیر‌بنایی و نیاز به تقویت و مقاوم سازی سازه‌ها انجام میشود.
از طرفی بهسازی لرزه‌ای سازه ها بخصوص در مناطق زلزله خیز، اهمیت فراوانی یافته است. در این میان این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های کم مورد پسند جامعه مهندسی برای کاربرد FRP قرار گرفته است. دلیل دیگر کاربرد ورق‌ها و پروفیل ها در سازه های بتنی به صورت نصب خارجی EBR و میلگردهای FRP و کاربرد آن در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی در برابر اسید های قوی و افزایش عمر سازه میباشد.
بطور کلی جهت مقاوم سازی اجزای و المان های زیر در ساختمان می توان از الیاف FRP استفاده کرد :
از دیگر کاربردهای FRP بدلیل خاصیت ضد خوردگی آن در تقویت سازه های آبی و در مجاورت دریا می باشد . بطور کلی بدلیل این خاصیت در الیاف FRP می توان سازه هایی را که در محاورت دائمی یا موقتی آب یا مواد شیمیایی می باشند ، مقاوم سازی کرد .
از دیگر کاربردهای FRP در تقویت سازه های بتنی و اجزای بتنی آن می باشد . از FRP می توان در بهبود عملکرد ، افزایش سختی المان های شهری مثل : مقاوم سازی دکل های شهری ، مقاوم سازی پایه پل ها ، مقاوم سازی چاهک های فاضلاب و ….. استفاده کرد .
سایر کاربرد FRP در صنعت می باشد و می توان در مقاوم سازی لوله های زیرزمینی ، لوله های فولادی ، مخازن بتنی و فولادی ، دودکش های صنعتی ، برج های ختک کننده و … از آنها استفاده کرد.
ضمنا مصالح FRP بدلیل خاصیت های مهم آن مثل عدم زندگی در برابر آب و مواد اسیدی قوی می تواند جایگزین مناسبی برای سایر مصالح فولادی باشد و سبب افزایش طول عمر آنها گردد .
برای مثال می توان میلگردهای FRP را جایگزین میلگردهای فولادی و معمول در ساختمان کرد و مانع از بروز پدیده ی خوردگی میلگردها و ترک بتن به مرور زمان شد و در نهایت مقاوم سازی ساختمان را در پی خواهد داشت .
در ادامه کاربرد FRP به اختصار آورده شده است :
۱- کاربرد FRP در مقاوم سازی تیرهای بتنی
۲- کاربرد FRP در مقاوم سازی دال های بتنی
۳- کاربرد FRP در مقاوم سازی ستون های بتنی
۴- کاربرد FRP در مقاوم سازی سقف
۵- کاربرد FRP در مقاوم سازی پایه پل ها و بهسازی پل ها
۶- کاربرد FRP در مقاوم سازی ستون های درون آب
۷- کاربرد FRP در مقاوم سازی دودکش های صنعتی
۸- کاربرد FRP در مقاوم سازی سیلوها
۹- کاربرد FRP در تقویت شمع ها
۱۰- کاربرد FRP در مقاوم سازی لوله های زیر زمینی
۱۱- کاربرد FRP در مقاوم سازی برج های خنک کننده
۱۲- کاربرد FRP در مقاوم سازی لوله های فولادی
۱۳- کاربرد FRP در مقاوم سازی لوله های GPR
۱۴- کاربرد FRP در مقاوم سازی لوله های بتنی
۱۵- کاربرد FRP در مقاوم سازی مخازن زیر زمینی فولادی یا بتنی
در فیلم کوتاه زیر نحوه نصب الیاف FRP را خواهید دید:
اجرای الیاف FRP و مقاوم سازی ستون بتنی با FRP
به منظور تقویت و افزایش مقاومت ستون بتنی در برابر زلزله، سایش، خوردگی، حرارت، آتش سوزی و یا باز گرداندن ستون به عملکرد دلخواه مورد استفاده قرار میگیرد.
در ساختمان ها اغلب زنگ زدگی، خوردگی، افزایش بار زنده یا مرده و خطاهای ساخت، منجر به ضعیف شدن ستون ها می شود که نیاز به مقاوم سازی ساختمان دارند. استفاده از مصالح FRP یک روش سریع و مقرون به صرفه برای مقاوم سازی ستون های بتنی میباشد.
امروزه 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 frp از مهمترین تخصص های تیم رامان می باشد.
مزایای مقاوم سازی ستون و سازه‌های بتنی با استفاده از الیاف FRP
در فیلم زیر تقویت خمشی تیر بتنی با FRP را خواهید دید:
مقاوم سازی تیر بتنی توسط FRP
امروزه مقاوم سازی و بهسازی سازه های موجود بخش اعظم فعالیت های ساختمانی را به ویژه در کشور های پیشرفته تشکیل میدهد.وجود ضعف اولیه در طراحی و اجرا ، تغییر کاربری برخی سازه ها و افزایش بار های وارده و همچنین کاهش سطح عملکرد سازه های بتن مسلح به علت گذشت زمان و زوال بتن از دلایل نیاز به بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتن مسلح است.
بطور کلی مقاوم سازی سازه های بتنی و به طور کل مقاوم سازی ساختمان ها به منظور تقویت آنها برای تحمل بارهای وارده ، بهبود نارسایی های ناشی از فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه یا سایر موارد با استفاده از مصالح مناسب و شیوه های اجرایی صحیح انجام می گردد.
استفاده از مواد کامپوزیت به شکل پلیمرهای مسلح شده با الیاف (Fiber Reinforced Polymers) که به اختصار FRP نامیده می شوند به عنوان یک روش مدرن مقاوم سازی و جایگزین مصالح سنتی و شیوه های موجود شناخته می شود.
مصالح FRP از ترکیب الیاف و رزین ساخته می شوند ، در فرایند مقاوم سازی از رزین (رزین اپوکسی) برای ایجاد لایه یکپارچه ، همچنین چسبیدن سیستم FRP به سطح بتن زیرین و ایجاد پوشش به منظور محافظت مصالح استفاده می شود.
استفاده از FRP به دلیل وزن کم، سرعت اجرای بالا، مقاومت بالا و عدم ایجاد محدودیت معماری به خصوص در ساختمان های بتنی سادگی اجرای FRP ها در عین سرعت عمل بالا ، وزن کم ، مقاومت کششی بالای ورق ها ، مقاومت در برابر خوردگی و پوسیدگی و زنگ زدگی ، جذب ارتعاشات ، افزایش مقاومت و استحکام سازه مخصوصا در مقابل بارهای دینامیکی از جمله مزیت های این مواد است که بسیار مورد توجه می باشد.
امروزه استفاده از سازه های بتنی رو به افزایش است.یک عضو مهم که در شکل گیری سازه های بتنی نقش بسزایی دارد تیرها هستند.تیرهای بتن مسلح ، ممکن است به دلایل مختلف از جمله خطاهای طراحی ، آسیب دیدگی ناشی از بلایای طبیعی ، خطاهای اجرایی ، تغییر در کاربری سازه، اعمال بارهایی بیش از بارهای پیش بینی شده در هنگام طراحی و… نیاز به ترمیم و مقاوم سازی داشته باشند.
به همین دلیل و به علت نیاز روز افزون مهندسین و متخصصین صنعت ساختمان به بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتنی روش های مختلف و متعددی برای این موضوع مطرح گشته است.
تقویت خمشی و برشی تیرها
در سازه های با قاب خمشی ، تیر ها علاوه بر تحمل بار های ثقلی باید بار های جانبی ناشی از زلزله را تحمل نمایند. در زلزله های شدید ستون ها نباید آسیبی ببینند و مفصل های خمیری خمشی و برشی باید به تیر ها و یا بادبند ها منتقل شوندبدین منظور به هنگام مقاوم سازی ، همواره تیر مقاوم سازی شده نباید قوی تر از ستون متصل به آن باشد.
عوامل موثر در انتخاب طرح مقاوم سازی تیر عبارتند از :
میزان دسترسی به تیر در محل (دسترسی به کل محیط تیر)
وضعیت بار های وارده (بارهای یکنواخت بار های متناوب و رفت و برگشتی)
میزان افزایش مقاومت برشی و خمشی مورد نیاز
دسترسی به انواع مصالح برای مقاوم سازی
ملاحظات اقتصادی
شکست های برشی و خمشی دو حالت عمده شکست در تیر های بتن مسلح می باشند. شکست خمشی عموما نسبت به شکست برشی ارجح است زیرا رفتار شکل پذیر تری از خود نشان می دهد.شکت نرم امکان پخش مجدد تنش را فراهم می آورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر می دهد.
مقاوم سازی و تقویت تیر بتنی با FRP روش نسبتاً جدیدی به شمار میرود که در پروژه های بهسازی لرزه ای مورد استفاده قرار میگیرد. مصالح FRP خواص فیزیکی بسیار مناسبی دارند که میتوان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم اشاره آن نمود.
در مجموع مقاوم سازی و تقویت تیر بتنی با FRP جهت افزایش عملکرد لرزه ای آن از طریق افزایش ظرفیت باربری خمشی، برشی، افزایش مقاومت در برابر سایش، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حتی حرارت می باشد.
انواع تیرهای بتنی که میتوان با FRP مقاوم سازی کرد عبارتند از:
تیر بتنی مسلح
تیر بتنی پیش تنیده
تیرهای بتنی پیش ساخته
مزایای روش مقاوم سازی تیر بتنی توسط FRP
افزایش مقاومت خمشی تیر
افزایش مقاومت برشی تیر
افزایش شکل پذیری تیر
فزایش مقاومت در برابر خوردگی
کنترل عرض ترک
ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
بسیاری از پلها وساختمانهایی که هم اکنون مورد بهره برداری قرارمیگیرند از دال مجوف ساخته شده اند استفاده ازدال مجوف به منظور کاهش حجم بتن ریزی هزینه و وزن سازه می باشد برخی از این ساختمان ها و پلها به خاطر حوادث طبیعی ازقبیل زلزله بادو یا براثر خستگی مصالح و عوامل خورنده قلیایی و اسیدی آسیب های شدیدی دیده اند.
از این رو تعمیر و تقویت سازه های فوق امری حیاتی و مقرون به صرفه می باشد دراین تحقیق رفتار خمشی دالهای بتن آرمه مجوف تقویت شده با استفاده از سیستم های مختلف FRP و ورقهای فولادی به کمک مدلهای آزمایشگاهی مورد بررسی قرارگرفته است بدین منظور تعداد ۸ نمونه دالهای بتن آرمه مجوف به ابعاد
۱۵۰×۴۵×۲۰cm طبق ایین نامه ی ابا ساخته شدها ست دراین دالها مقدار آرماتور کششی معادل ۰/۲۵ pb می باشد درهمه آنها دو سوراخ سراسری به قطر ۱۰cm ایجاد شده است و یک دال بهعنوان مرجع تقویت نشده و هفت دال دیگر توسط ورق و لامینیت CFRP ورق GFRP و ورق فولادی تقویت و تست شده اند.
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.
تحقیقات انجام شده برروی تقویت اتصالات بتنی تقویت شده با ورق های FRP، نشان می دهد که این مواد می توانند باعث افزایش ظرفیت برشی اتصالات بتنی، افزایش ظرفیت خمشی تیر در محل اتصال، افزایش ظرفیت باربری و بهبود شکل پذیری تیرهای منتهی به اتصال شوند.
به عبارت دیگر ورقه های FRP می توانند برروی تیرهای مجاور به اتصال به کاربرده شوند و تا مقاومت اتصال افزایش یابد و باعث انتقال مفصل پلاستیک ناحیه اتصال به طرف تیر و دور از اتصال گردند. بدین ترتیب شکل پذیری قاب های بتن آرمه افزایش یافته به طوری که رفتار آن از حالت شکل پذیری معمولی به متوسط و یا حتی ویژه ارتقا می یابد.
همچنین این تکنیک می تواند در بهبود عملکرد برشی اتصالات تیر به ستون بتنی مؤثر باشد به طوری که ضعف شکست برشی اتصالات ترمیم شده و از ناپایداری کلی قاب های بتن آرمه به دلیل تشکیل مفصل پلاستیک در محل هسته اتصال و خرابی کل سازه جلوگیری به عمل آید.
به طور کلی کارایی این روش به پارامترهای زیادی از جمله جنس FRP، روش اتصال و طول امتداد یافته FRP در طول تیر، مقاومت بتن، مقدار آرماتور موجود در تیر و سختی اتصالات بتنی بستگی دارد. در طی سال های اخیر موضوع تقویت و مقاوم سازی سازه ها به طور گسترده ای در جوامع علمی و مهندسی مطرح گردیده است.
از دیدگاه علمی تمام سازه هایی که براساس اصول و ضوابط حال حاضر آیین نامه ها طراحی و به دلیل قصور عوامل ذیربط و نبود کیفیت لازم برای مصالح به طور صحیح و اصولی طراحی و اجرا نشده اند، نیاز به تقویت و مقاوم سازی دارند. در دهه های اخیر استفاده از FRP در مقاوم سازی قسمت های مختلف سازه ها به طور گسترده مورد توجه واقع شده است.
با این شیوه ورقه های FRP می توانند در انعطاف پذیری کل ساختمان، ارتقا مقاومت سازه به سطح مورد نظر از قبیل آسیب دیدگی و یا مقاوم سازی اتصالات بتنی برای مواجه با قوانین سخت گیرانه آئین نامه های جدید و بارهای جدید مؤثر واقع گردند.
مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP
دلایل نیاز به مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP
شکل پذیری سازه های بتن آرمه از مهم ترین مسایلی است که باید در طراحی این سازه ها مد نظر طراحان قرار بگیرد. در این راستا آیین نامه های طراحی سازه های بتن آرمه ضوابط خاصی را برای طراحی این سازه ها در مناطق زلزله خیز به منظور اطمینان از حصول شکل پذیری کافی در نظر می گیرند.
در بین اجزای سازه ای اتصالات به دلایل گوناگون مهم ترین رکن سازه های بتن آرمه محسوب می شوند.
از طرفی در اجزای سازه های بتن آرمه معمولاً اتصالات چندان مورد توجه واقع نمی شوند به گونه ای که ضوابط خاص آئین نامه ها در مورد اتصالات از قبیل آرماتور گذاری عرضی اتصال معمولاً رعایت نمی شود از این رو تقویت اتصالات و افزایش شکل پذیری آن ها از موارد مهم و مورد توجه محققین مختلف بوده است.
سهم اتصالات یک قاب خمشی در تحمل تغییرشکل های ناشی از بار زلزله سهم زیادی است.
زمانی که قاب خمشی بتن مسلح تحت اثر نیروهای جانبی ناشی از زلزله قرار می گیرد، در اتصالات آن، نیروهای برشی قابل توجهی ایجاد می شود، ایجاد این نیروهای برشی با تغییرشکل های زیادی همراه است. بنابراین اتصالات سازه های بتن مسلح، علاوه بر مقاومت باید از شکل پذیری کافی نیز برخوردار باشد.
به طور کلی اتصالات تیر به ستون را می توان به عنوان ناحیه بحرانی در قاب های بتن مسلح که برای پاسخ غیر الاستیک برای مقابله با زلزله های شدید طراحی شده اند، محسوب کرد.
اتصالات بتنی دارای جزئیات ضعیف، به خصوص اتصالات تیر به ستون خارجی، به عنوان مناطق بسیار بحرانی که در معرض شکست زودرس به علت تنش های برشی زیاد هستند شناخت شده اند. همچنین شکست در پیوستگی آرماتورهای طولی به خصوص در اتصالات داخلی جایی که میلگردها به طور صحیح با قلاب های استاندارد مهار نشدند نیز مشاهده شده است.
اجرای مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP
پس از آماده سازی سطح بتن و زدودن ناهمواری ها و ایجاد زیرسازی اولیه توسط چسب، بتن جهت نصب ورق های FRP آماده می باشد. ورق های FRP در ابعاد مورد نظر بریده شده و سپس توسط همان چسب مورد استفاده برای زیر سازی اولیه، بر روی تیر و چشمه اتصال نصب می گردد. مراحل نصب ورق ها به طور خلاصه به شرح زیر می باشند:
آماده سازی چسب اپوکسی جهت اتصال الیاف به بتن • پخش یکنواخت چسب بر روی سطح توسط کاردک • نصب ورق FRP روی سطح مورد نظر و هواگیری توسط غلطک مخصوص • بر روی الیاف یک لایه حفاظتی نازک اپوکسی اجرا شود
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP جهت رسیدن به عملکرد دلخواه از طریق افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی، افزایش مقاومت در برابر سایش، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حتی حرارت می باشد.
برای مقاوم سازی تیر بتنی نیز میتوان از مصالح FRP استفاده کرد. بدین ترتیب تیر بتنی ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی، در مقابل شرایط محیطی خورنده نیز با استفاده از FRP محافظت می شوند.
با توجه به اینکه الیاف FRP مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورقهای فولادی ( حدود ده برابر) دارد، استفاده از این الیاف برای تقویت خمشی و مقاوم سازی تیرهای بتنی گزینه بسیار مناسبی است.
شرکت رامان متخصص اجرای این سیستم در تیرهای بتنی می باشد.
نتایج آزمایش های مختلف نشان می دهد که سختی تیرهای بتنی تقویت شده با FRP ، بعد از ترک خوردگی بسیار بیشتر از سختی تیرهای تقویت نشده بعد از ترک خوردگی است که این مسله در زلزله بسیار کارآمد و مفید می باشد.
اگر یک تیر بتنی در تحمل برش ضعیف باشد یا پس از مقاوم سازی خمشی، ظرفیت برشی آن در تحمل نیروهای برشی نسبت به ظرفیت خمشی ، ضعیف تر باشد باید مقاوم سازی برشی آن هم مد نظر قرار گیرد. مقاوم سازی برشی در بیشتر موارد ، یک مرحله کلیدی و اساسی در مقاوم سازی موثر تیرهای بتنی است.
مزایای روش مقاوم سازی تیر بتنی با FRP
مقاوم سازی تیر بتنی با FRP مزایایی به شرح زیر دارد:
افزایش مقاومت خمشی تیر
افزایش مقاومت برشی تیر
افزایش شکل پذیری تیر
افزایش مقاومت در برابر خوردگی
افزایش دوام و عمر
کنترل عرض ترک
ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
سهولت در اجرا
هزینه پایین نسبت به روش های مرسوم دیگر
تقویت تیر
تقویت برشی تیر بتنی با FRP
استفاده از الیاف FRP به صورت رکابیهای خارجی، سبب افزایش مقاومت و تقویت تیرهای بتنی با در سازه های بتن آرمه می گردد. در این روش صفحات FRP به وجوه جانبی تیر چسبانده می شود بطوری که راستای الیاف عمود بر محور طولی تیر یا مایل باشد.
برای داشتن رکابی خارجیU شکل، مصالح FRP بصورت ممتد روی دو وجه جانبی و زیر تیر نصب می شود که این امر سبب بهبود مهاری تقویت خمشی FRP نیز می گردد. برای افزایش کارآیی تقویتهای برشی، تامین مهار انتهایی لازم است.
با توجه به اینکه طول موجود برای نصب رکابیهای FRP به ارتفاع تیر محدود می شود، بتن موجود باید از کیفیت مناسبی برخوردار باشد.
سطح بتن باید متناسب با نیازمندیهای مصالح FRP مورد استفاده و در صورت لزوم ترمیم شود. به منظور پرهیز از گسیختگی رکابی های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه های مقطع تیر، این گوشه*ها باید به شعاع حداقل ۳۰ میلی متر گرد شوند.
تقویت برشی تیر با FRP
تقویت خمشی تیر بتنی با FRP
اگر طراحی تیرها دارای مشکل باشد و یا مقاومت بتن کمتر از حد مجاز باشد می توان به کمک FRP مقاومت خمشی آنها را افزایش داد و تیرهای بتنی را تقویت کرد، همچنین بیشترین نیروی خمشی در وسط تیر دهانه اتفاق می افتد که گاهی باعث ایجاد خیز بیش از حد می گردد که میتوان با سیستم FRP تقویت کرد.
علت بوجود آمدن ترک های قائم در زیر تیرو دال های بتنی ، عدم وجود آرماتور خمشی به مقدار مورد نیاز در آنها می باشد ، یعنی هنگامی که تعداد آرماتورها از مقدار استاندارد آنها کمتر باشد ترک ها عمود بر آرماتور های طولی شکل میگیرند و در این ناحیه به بیشترین مقدار خود می رسند.
در کلیه تیرها شامل پل های بتنی، عرشه ها و ساختمانها ، می توان با استفاده از FRP ظرفیت خمشی تیر را بالا برذ.
در این حالت المان FRP به زیر تیر الصاق داده می شود.
تقویت خمشی تیر
مراحل نصب FRP
مراحل نصب FRP بشرح زیر میباشد.
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 زایئات 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 میشود.
گوشههای مقاطع بتنی مطابق آنچه در نقشهها آمده است گرد میگردند.
سطح بتن گرد روبی شده و در صورت تمیزکردن سطح با آب، خشک میگردد.
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 میشود. بدین منظور از فرچههای مخصوص، که توسط سازنده تهیه میگردد، استفاده میشود.
الیاف FRP بروی سطح بتن آغشته به رزین اپوکسی نصب میگردد.
عمل آوری هر یک از لایههای 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.
