یکی از کاربردهای الیاف FRP تقویت اجزای غیر سازه ای درجه اول مانند دیوار می باشد . این دیوارها می توانند آجری و باربر بوده ، یا دیوار آجری سبک غیر بار بر از جنس بلوک سیمانی یا سفالی و ... باشد.

تقویت دیوارهای مورد نظر با استفاده از الیاف FRP می تواند جهت ترمیم و بهسازی ترکهای ایجاد شده باشد و یا می توان جهت افزایش مقاومت برشی دیوارهایی که باربر بوده و جهت مقابله با نیروهای جانبی وارده به سازه اجرا گردیده اند از آنها استفاده نمود.

 همانطور که می دانیم دیوارهای آجری در ساختمانهای نیمه اسکلت و بنایی سهم مهمی در جذب نیروی زلزله دارند و برش ناشی از نیروی خونهوارده بر سازه را تحمل می نمایند . لذا می توان جهت افزایش ظرفیت باربری جانبی دیوار از الیاف FRP استفاده نمود.

مکانیزم طراحی جهت تقویت و مقاوم سازی دیوارهای آجری در برابر زلزله

بدین صورت می باشد که بدلیل ضعف عمده دیوارهای آجری که همان عدم پیوستگی دیوارهای آجری می باشد و عدم یکنواختی و متصل نبودن واحد‌های آجر به یکدیگر هر گونه مقاومت کششی دیوار را بشدت کاهش می دهد.

لذا با تحلیل درست و صحیح از چگونگی رفتار دیوارهای آجری به هنگام وقوع زلزله می توان با بکارگیری الیاف FRP در بخشی از دیوار که بشدت تحت کشش قرار می گیرد مانع از گسیختگی کششی و فروپاشی دیوار گردید.

البته در تحلیل رفتار دیوارهای آجری و عملکرد آنها در برابر نیروهای جانبی زلزله ، بدلیل ضعف شدید دیوار و واحد‌های بنایی (آجر) از مقاومت کششی دیوار صرف نظر نموده و تلاش می شود که فقط مقاومت فشاری دیوار را افزایش دهند و با اینکار عملکرد فشاری دیوارهای آجری را بهبود می بخشند.

همانطور که می دانیم رفتار دیوارهای آجری به هنگام وقوع زلزله متناسب به ضخامت ، ابعاد ، کیفیت آجر ها و مقاومت برشی ملات مابین رجهای آجر چندین حالت داشته که یکی از مهمترین رفتارها، فشار قطری می باشد.

در این تحلیل یا به اصطلاح مدلسازی دیوار آجری فرض می شود المانی قطری که مانند یکی از بازوهای مجازی ضربدری در کنج متناظر دیوار را به یکدیگر وصل می نماید، کل نیروی فشاری ناشی از اعمال نیروی زلزله به دیوار را تحمل می نماید.

حال چنانچه این المان قطری فرضی بتواند کل نیروی وارده به دیوار را تحمل نماید ، دیوار مذکور در برابر زلزله مقاوم بوده و نیاز به مقاوم سازی و بهسازی نخواهد داشت . اما اگر المان قطری مدلسازی شده توان تحمل نیروی وارده را نداشته باشد می بایست دیوار فوق الذکر تقویت گردیده و مقاوم سازی شود.

تقویت قطر فشاری دیوارهای آجری الیاف FRP

در خصوص تقویت قطر فشاری دیوارهای آجری الیاف FRP نمی تواند کمک قابل توجهی به بهسازی کل دیوار نماید . اما با توجه به اینکه نیروی زلزله در یک ساختمان بصورت رفت و برگشت عمل می نماید بنابراین سیستم کنش و اندر کنش وارده به دیوار به نحوی می باشد که در یک حالت به قطر فرضی دیوار نیروی فشاری وارد میگردد و در حالتی دیگر به همان قطر نیروی کششی اعمال می گردد.

بنابراین هر یک از اقطار فرضی دیوار در یک لحظه بصورت کششی و در لحظه بعد بصورت فشاری عمل می نمایند. این حالت مانند عملکرد بادبندهای فولادی همگرا CBF می باشد. رفتار اینگونه بادبندها هم مانند عملکردی که گفته شد بصورت کشش و فشار بوده و بدلیل لاغری زیاد عضو بادبندی بطور معمول طراحی صورت گرفته بر مبنای تحمل فشار ناشی از اعمال نیروی زلزله نبوده و طراحی این نوع از بادبندها فقط جهت تحمل نیروی کششی ناشی از بارهای جانبی وارده به ساختمان می باشد.

بنابراین می توان دیوارهای آجری باربر را با استفاده از الیاف FRP جهت مقابله با نیروی زلزله تقویت و بهسازی نمود. جهت تقویت دیوارهای آجری باربر در برابر بارهای جانبی زلزله با استفاده از الیاف FRP پیشنهاد می گردد حتی المقدور در دو طرف دیوار بصورت ضربدری از الیاف FRP استفاده شود و بدلیل ایجاد نیروهای خارج از صفحه و پیچش در دیوار از تقویت دیوار آجری با استفاده از الیاف FRP بصورت یک طرفه خودداری گردد.

در خصوص تقویت دیوارهای آجری جهت جلوگیری از نشست نامتقارن دیوار و ایجاد یکنواختی و پیوستگی در سطح دیوار نیز می توان از الیاف FRP  استفاده نمود . در این حالت باید ضمن بررسی دقیق وضعیت دیوار و تحلیل جریانهای نیرو در دیوار مورد نظر باید طرحی متناسب با نیاز بخشهای مختلف دیوار نسبت به طراحی مقاوم سازی و تقویت دیوار اقدام نمود.

بطور مثال در تصویر زیر که مربوط به دیوار اجرا شده با بلوک های سیمانی سنگین می باشد. بدلیل اجرای دیوار فوق بر روی دیوار های آجری ضعیف موجود نیاز به تقویت با استفاده از الیاف FRP داشته ، اما نه بدلیل اینکه دیوار مورد نظر ضعیف می باشد.

بلکه بدلیل اینکه اعمال وزن زیاد دیوار سیمانی بر دیوار آجری زیرین که قدیمی می باشد باعث خیز و ترک در کلاف بتنی افقی سقف گردیده و علاوه بر آن باعث ترک دیوار آجری خواهد شد.

با بررسی وضعیت دیوارهای آجری موجود و قدیمی ساختمان مورد نظر مشخص گردید که در فواصل تقریبی ۴ متر می توان کلافهای عمودی بتنی جهت تقویت دیوار آجری موجود اجرا نمود .اما بنا به دلایلی و اجرای سنگ‌کاری در سمت خارجی دیوار بلوک سیمانی جدیدالاحداث امکان اجرا و ادامه کلافهای عمودی میسر نمی باشد.

 لذا با طراحی صورت گرفته با استفاده از الیاف کربن CFRP وزن و سنگینی دیوار بلوک سیمانی به سر کلاف های عمودی بتنی اجرا شده منتقل گردید و بار اضافی دیوار به کلاف بتنی افقی و دیوار آجری زیرین حذف گردید.

تقویت خارج از صفحه دیوارها

در خصوص تقویت خارج از صفحه دیوارها مسئله قدری متفاوت است و لازم است که با در نظر گرفتن وضعیت دیوار بدلیل ضعف ایستایی در برابر نیروهای خارج از صفحه بدقت مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا باید متناسب با وزن دیوار،  میزان بار وارده از سقف بر روی دیوار در صورت حمال بودن دیوار، مقاومت برشی و فشاری ملات افقی مابین واحد‌های مصالح تشکیل دهنده دیوار و مقاومت فشاری واحد مصالح دیوار و انجام محاسبات دقیق میزان نیروی افقی عمودی بر سطح دیوار بدست آمده تا میزان ضعیف بودن بودن دیوار در برابر نیروی عمود بر صفحه خویش بدست آید.

البته می توان با یک قضاوت مهندسی و داشتن تجربه مناسب در مقاوم سازی و تقویت دیوارها ، طرح نسبتا مطلوب اما تقریبی را در این خصوص ارائه نمود. طرحهای مناسب جهت افزایش مقاومت دیوارها در برابر بارهای عمود بر سطح دیوار ( نیروهای خارج از صفحه) می تواند استفاده از الیاف FRP و یا مش بندی و شات کریت دیوار باشد.

الگوی مناسب بمنظور تقویت و بهسازی دیوارها در برابر بارهای عمود بر صفحه یا نیروهای خارج از صفحه دیوار با استفاده از الیاف FRP ، اجرای نوارهایی از الیاف FRP بصورت عمودی و در راستای قائم بوده که با فواصل مناسب مثلاً ۱ متر از یکدیگر بر روی دیوار نصب می گردد.

البته باید نوارهای FRP فوق در دو طرف سطح دیوار اجرا گردد و ذکر این نکته که تقویت دیوارها جهت مقابله با نیروی خارج از صفحه نیاز به محاسبات دقیق دارد ، جهت تعیین عرض نوارهای FRP, فواصل نوارهای FRP از یکدیگر ، تعداد لایه های الیاف FRP و نیز ضرورت اجرای نوارهایی از الیاف FRP بصورت افقی می باشد . بنابراین در صورت عدم محاسبه دقیق نیروهای وارده خارج از صفحه ، مهندسین طراح جهت افزایش ضریب اطمینان ،طرح پیشنهادی را قدری سنگین تر در نظر گرفته و لذا طرح پیشنهادی مقرون به‌صرفه نخواهد شد.

لازم به ذکر است که جهت تقویت دیوارها در برابر نیروهای عمود بر صفحه خویش یا نیروی خارج از صفحه چنانچه ارتفاع دیوار از حد متعارف بیشتر باشد و بیش از ۳ متر باشد ، جهت تقویت دیوارهای فوق الذکر نیاز به در نظر گرفتن نوارهای FRP افقی خواهد بود .

در خصوص تقویت کلی دیوار , خصوصاً دیوارهای آجری که نقش باربری و حمال نیز دارند مناسبترین روش و ارزانترین روش استفاده از مش فولادی و شات کریت بر روی دیوار می باشد . این روش علاوه بر ایجاد انسجام و یکپارچگی در دیوار ، حتی ظرفیت باربری آن را نیز افزایش می دهد.

همانطور که می دانیم بزرگترین ضعف دیوارهای آجری ، بلوکی ، سفالی و .... عدم پیوستگی و انسجام در آنهاست و با کوچکترین نیروی وارده بر آنها ، واحد‌های بنایی تشکیل دهنده آنرا از هم جدا کرده و منجر به گسیختگی می گردد . در نتیجه هیچگونه ظرفیت انتقال برش افقی نمی توان برای آن متصور بود . اما چنانچه ضعف مذکور در اینگونه دیوار ها مرتفع گردد ، می توان از آنها بعنوان اعضای سازه ای با قابلیت تحمل برش ناشی از نیروی زلزله استفاده کرد.

بنابراین با یک طرح مناسب و معقول متشکل از مش های فولادی و سپس بتن پاشی بر روی مش ها می توان دیوار ها را به نحو مناسبی مقاوم سازی و تقویت نمود . لازم بذکر است که جهت تأمین برش میان صفحه ای بین لایه بتنی شات کریت شده و سطح دیوار باید از برشگیر های مناسبی که در داخل دیوار کاشته شده و به مش فولادی وصل می گردد استفاده نمود.‌

همچنین جهت عملکرد بهینه عملیات مقاوم سازی دیوار باید جزئیات اجرایی تقویت دیوار با استفاده از مش فولادی و شات کریت را بکار برد . از جمله فرچه کشی و شستشو و تمیز کردن سطوح واحد مصالح بنایی دیوار و بند کشی ما بین آنها ، تامین ارتباط شبکه های مش در دو طرف دیوار به یکدیگر ،  تامین فضای لازم ما بین سطح مش و سطح دیوار بمنظور در بر گرفتن کامل وایر مشها توسط بتن پاشیده شده .

مرمت ، تعمیر و اصلاح دیوارهای ترک خورده با استفاده از الیاف FRP

در خصوص مرمت ، تعمیر و اصلاح دیوارهای ترک خورده با استفاده از الیاف FRP وضع متفاوت بوده و علاوه بر اینکه عملیات فوق موضعی و فقط مختص آن بخش از دیوار که آسیب دیده یا ترک خورده می باشد ، می بایست دقیقا متناسب با نوع ترک و آسیب وارد شده به دیوار و با در نظر گرفتن نوع دیوار به لحاظ باربر بودن یا پارتیشن بودن آن ، همچنین جنس دیوار و واحد مصالح تشکیل دهنده آن مانند آجر ، بلوک سیمانی مجوف ، بلوک سفالی ، بلوکهای AAC و همچنین ضخامت آنها روش تقویت و چگونگی بکارگیری الیاف FRP را تعیین نمود.

همچنین این موضوع را در نظر گرفت که راستای اصلی الیاف FRP عمود بر ترک موجود بر دیوار اجرا گردد و مجددا تاکید می گردد که حتی المقدور این عملیات در دو طرف دیوار انجام گردد. البته همانطور که قبلاً هم اشاره شد طراحی و ارائه طرح تقویت و مقاوم سازی صرفنظر از آیین نامه ها و دستورالعمل های اجرایی بسیار وابسته به تجربه و قضاوت مهندسی تیم طراحی مقاوم سازی می باشد و به صرف اقتباس از آیین نامه های مربوطه نمی توان طرحی پخته و با راندمان و عملکرد بالا تهیه نمود.

بطور مثال در خصوص ترک بوجود آمده در دیوارهای آجری ضخیم و حمال ، بصرفه نیست که فقط از روش بکارگیری الیاف FRP استفاده نمود و بهتر است از روش مش فولادی و شات کریت استفاده شود.

حتی در بعضی از پروژه های مقاوم سازی ساختمان بنایی و نیمه اسکلت با دیوارهای آجری ضخیم بدلیل حساسیت موضوع جهت تامین حداکثر مقاومت از روش ترکیبی استفاده شده است. ضمنا در خصوص رفع ترک و ترمیم و اصلاح دیوارهای ترک خورده مجوف مانند دیوارهای با بلوک سیمانی یا فالی استفاده از وایر مش فولادی و شات کریت مقرون بصرفه نبوده و به راحتی می توان با استفاده از الیاف FRP مشکل را حل نمود.

سخن پایانی در مورد تقویت دیوار جهت جلوگیری از نشست با الیاف FRP

همانطور که در این مقاله خواندید یکی از کاربردهای الیاف FRP، تقویت اجزای غیرسازه‌ای درجه اول همانند دیوار است. لازم به ذکر است این دیوارها می‌توانند آجری یا باربر یا دیوار آجری سبک غیر بار از جنس بلوک سیمانی یا سفالی و ... باشند.