مقاوم سازی ساختمان با FRP

FRP

امروزه با پیشرفت تکنولوژی مواد و مصالح نوین و جدید به بخش ساختمان وارد گردیده که در مقاوم سازی ساختمان نیز به کار گرفته می شود. از جمله مواد نوینی که در حال حاضر در مقاوم سازی ساختمان بکار میرود الیاف FRP می باشد.

در مقاوم سازی با FRP  المانهای ضعیف بتنی اعم از تیر، ستون ، دیوار برشی و دال های بتنی با استفاده از الیاف FRP مقاوم سازی می گردند. الیاف FRP را هم می توان در مقاوم سازی کل ساختمان بکار برد و هم می توان بصورت موضعی در یک بخش از سازه یا یک المان مثلاً تیر یا ستون استفاده نمود.

این نکته را باید در نظر داشت که در مقاوم سازی با FRP  مهندسین طراح مقاوم سازی دارای محدودیت می باشند که مانع از این خواهند شد که بتوانند هرگونه المان ضعیف بتنی را با استفاده از الیاف FRP و یا لمینت FRP تقویت نمایند.

این محدودیت ها عبارتند از :

  • پایین بودن بیش از حد مقاومت فشاری بتن اجراء شده.
  • مستطیلی بودن ابعاد ستون های بتنی بنحوی که ستون اصطلاحاً کتابی قلمداد شود.
  • نیاز به افزایش سختی در المان ضعیف ( معمولاً در مقاوم سازی تیرها و دالها این موضوع مطرح می شود).
  • مقاوم سازی ستون هایی که میزان لنگرهای خمشی آنها زیاد و نیروهای فشاری وارده برآن کم باشد.

در ادامه اطلاعاتی در خصوص مقاوم سازی با FRP در پروژه های عمرانی ارائه می گردد.

مقاوم سازی با FRP

با پیشرفت علم و تکنولوژی، مواد و مصالح نوین به بخش ساختمان وارد شدند که این مصالح نقش به‌ سزایی در مقاوم ‌سازی نیز ایفا می‌کنند. از جمله این مواد که در حال حاضر در مقاوم ‌سازی ساختمان کاربرد دارد  FRP می‌باشد. در مقاوم سازی ساختمان با FRP المان‌های ضعیف بتنی اعم از تیر، ستون، دیوار برشی و دال‌های بتنی با استفاده از الیاف  FRP تقویت می‌شوند که هم در مقاوم‌ سازی کل ساختمان به ‌کار برده می ‌شوند هم در تقویت بخشی از سازه یا المانی مانند تیر یا ستون که ضعیف شده است.

عملیات مقاوم سازی ساختمان با FRP می‌تواند به علل زیر مورد نیاز باشد:

اشتباهات و مشکلات طراحی

مشکلات و اشتباهات اجرایی

تغییر در استانداردها و آیین‌نامه‌ها

افزایش عمر مفید بهره‌برداری

تغییرکاربری سازه

افزایش طبقات و بار وارده

مزایای مقاوم سازی با FRP : 

مهمترین مزایای استفاده از روش مقاوم سازی با FRP نسبت به سایر روشهای مقاوم سازی ساختمان عبارتند از :

  • سریع بودن روش مقاوم سازی با FRP نسبت به سایر روشهای مقاوم سازی ساختمان.
  • نیاز به تخریب کمتر بخشهایی از سازه در مقایسه با دیگر روشهای مقاوم سازی.
  • نیاز به بازسازی کمتر المان مقاوم سازی شده در برابر دیگر متدهای مقاوم سازی ساختمان.
  • ارزان تر بودن روش استفاده از مقاوم سازی با FRP ( در بسیاری موارد ) نسبت به روشهای دیگر مقاوم سازی.

 

مزایای مقاوم سازی با FRP

 

 

 

از جمله موارد مقاوم سازی سازه ها با FRP  بدین شرح می‌باشد:

افزایش کرنش ستونهای بتنی با استفاده از دورپیچ های FRP
تقویت خمشی تیرهای بتنی با مصالح کربن FRP
تقویت برشی یا افزایش شکل پذیری تیرها یا ستونهای بتنی
تقویت خمشی و برشی دیوارهای برشی بتنی
تقویت خمشی و برشی دالها توسط ورقه ها یا شیت های پلیمر کربن
تقویت اتصالات با FRP
افزایش مقاومت در برابر عوامل محیطی مانند خستگی، خوردگی، رطوبت، تغییر دما و….
افزایش مقاومت ، عمر مفید ، بهسازی و مقاوم سازی تاسیسات و تجهیزات (سازه های خاص) توسط سیستم های کامپوزیتی

تقویت عرشه پل با استفاده از الیاف کربن

 

 

انواع روش های مقاوم سازی با FRP : 

بطور کلی مقاوم سازی ساختمان و سازه های بتنی موجود و یا تقویت و بهسازی لرزه ای آنها جهت تحمل بارهای وارده ثقلی و زلزله انجام میگیرد . در این راستا به منظور بهبود نارسایی هایی که ناشی از قدمت سازه و یا فرسایش سازه و نیز در جهت افزایش شکل پذیری سازه و بهتر کردن عملکرد سازه و رفتار آن در برابر بار های زلزله از انواع روشهای مقاوم سازی ساختمان استفاده گردیده که یکی از روشهای مقاوم سازی با FRP می باشد.

  • الیاف FRP پلیمر های مسطح شده ای تحت نام Fiber Reinforced polymere که به اختصار FRP میگویند ، می باشد .
  • الیاف FRP جایگزین مناسبی در مصالح سنتی و روشهای متعارف فعلی در مبحث مقاوم سازی ساختمان می باشد.
  • مکانیزم FRP بدین صورت می باشد که از الیاف و رزین ها برای ساخت چندین لایه مرکب استفاده می شود.
  • رزین های مورد استفاده جهت چسبانیدن چندین لایه به سطح بتن به منظور محافظت مصالح ترکیبی مورد استفاده قرار می گیرند.
  • الیاف FRP سبک بوده و در برابر خوردگی هایی مانند زنگ زدگی و پوسیدگی دارای مقاومت بالایی می باشند.
  • همچنین الیاف FRP دارای مقاومت کششی بالایی بوده و در حدود ۱۰ برابر فولاد از مقاومت کششی برخوردار می باشد.

FRP :

FRP به شکلها و چگالی های سطحی مختلفی بصورت ورقه های چند لایه که به آنها لمینت FRP گفته می شود و یا بصورت شیت که مانند پارچه دارای تار و پود می باشد و قابل خم شدگی و پیچش روی ستون و سطح المانهای سازه ای جهت مقاوم سازی می باشد.
در بیشتر موارد سیستمهای FRP به شکل پروفیلهای نازک تولید شده و در مواقعی که از ظاهر آنها بتوان در نازک کاری و پوشش نهایی ساختمان استفاده کرد بکار گرفته میشود. گرایش جامعه مهندسین سازه و مقاوم ساز به استفاده از FRP در مقاوم سازی ساختمان یا مرمت ساختمان دارای مزیتتهای گوناگونی می باشد . با وجود اینکه مصالح FRP نسبت به دیگر مصالح متعارف مانند فولاد و بتن گرانتر می باشد اما به هنگام اجراء هزینه های مرتبط با اجراء شامل دستمزد نیرو های بکار گرفته شده و عدم نیاز به تجهیزات خاص نسبت به دیگر سیستمهای مقاوم سازی ساختمان ارزانتر می باشد.

انواع روش های مقاوم سازی با FRP : 

انواع روش های مقاوم سازی با FRP

  • عدم خوردگی و پوسیدگی الیاف FRP در المان مقاوم سازی شده (در مقایسه با برخی از روشهایی مانند ژاکت فولادی).
  • مبتنی بودن روش مقاوم سازی با FRP با فن آوری های نوین مقاوم سازی.
  • تدوین آئین نامه مختص مقاوم سازی با FRP که مبتنی بر آخرین روشهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی می باشد.
  • وجود آزمایش تشخیص کیفیت المان مقاوم سازی شده با الیاف FRP مانند تست Pull off جهت اطمینان از عملکرد صحیح سیستم مقاوم سازی.
  • عدم نیاز به تجهیزات و ابزارآلات خاص در مقایسه با دیگر روشهای مقاوم سازی.
  • عدم تداخل زیاد در کاربری ساختمان نسبت به دیگر روشهای سنتی مقاوم سازی ساختمان .
  • در مواردی که استفاده از ماشین آلات سنگین و یا توقف بهره برداری از ساختمان امکان پذیر نبوده استفاده از روش مقاوم سازی با FRP تنها روش مقاوم سازی ساختمان می باشد.
  • بالا بودن نسبت مقاومت به وزن و سختی در روش مقاوم سازی با FRP
  • دارا بودن اتصال بهتر با سطح بتن تیر ، ستون و دیوار برشی در روش مقاوم سازی با FRP نسبت به اتصال ما بین بتن با ژاکت فولادی در تیر و ستون . دلیل این امر چسبندگی فوق العاده بالای FRP توسط چسب اپوکسی در کلیه سطوح می باشد.اما درروش مقاوم سازی ساختمان با ژاکت فولادی فقط با استفاده ازکاشت بولت اتصال فولاد به بتن تأمین خواهد شد.

 

دور پیچ کردن ستونها و اعضای فشاری در روش مقاوم سازی با FRP

 

 

دور پیچ کردن ستونها و اعضای فشاری در روش مقاوم سازی با FRP : 

دورپیچ کردن ستونها با FRP آن عضو را محصور کرده و باعث افزایش مقاومت فشاری ستون می گردد. در این روش با محصور کردم ستون شکل پذیری عضو تحت اثر نیروهای محوری و لنگرهای خمشی افزایش می یا بد.

مقاوم سازی اعضاء بتنی با مصالح FRP روش جدیدی بوده ، مواد FRP خاصیت فیزیکی مطلوبی داشته از جمله مقاومت کششی بالا و ضخامت کم و سبکی آن مزیت مطلوب آن می باشد.

در ستون بتنی با کمک از الیاف FRP همچنین ظرفیت برشی ستون افزایش یافته حالت گسیختگی آن از حالت برش به حالت خمشی تغییر شکل یافته و باعث افزایش شکل پذیری آن به میزان زیادی خواهد شد.

همچنین دورپیچ کردن ستونها با FRP مقاومت فشاری ستون را افزایش داده و باعث تقویت ستون می شود. برای دورپیچ کردن اعضاء فشاری مانند ستون ابتدا می بایست راستای الیاف عمود بر راستای طولی ستون باشد. در این حالت حلقه های الیاف عیناً مطابق با خاموتهای یک ستون به صورت تنگهای مجزای بسته یا خاموتهای دورپیچ فولادی رفتار خواهند کرد.در این روش معمولاً از الیاف FRP دارای یک جهت Unidirectional استفاده می گردد. به هنگام وقوع زلزله جذب انرژی و میزان شکل پذیری ستون افزایش یافته و ظرفیت باربری آن زیاد خواهد شد.

مواد و مصالح مربوط به مقاوم سازی ساختمان بتنی پیش ساخته با FRP

 

چسب ها

دلیل استفاده از چسب، به وجود آوردن انتقال نیروی برشی بین سطوح بتنی و مواد مرکب تقویت ‌کننده است. از متداول ترین چسب های سازه ای می توان به چسب ها اپوکسی اشاره کرد.

رزین
این مواد نقش بسیار مهمی در خواص مکانیکی کامپوزیت ها دارند. حفاظت از الیاف و پخش بار های وارده از دیگر نقش های رزین است.

الیاف
عموماً سه گروه عمده از الیاف هستند که برای مقاوم سازی در مهندسی ساختمان به کار گرفته می شوند که عبارت اند از شیشه، آرامید و کربن. محدوده چگالی مواد FRP از ۱٫۲ تا ۲٫۱ گرم بر سانتیمتر مکعب بوده که تقریباً حدود ۴ تا ۶ برابر کمتر از چگالی فولاد (۷٫۹) است. این کاهش در وزن منجر به کاهش هزینه حمل‌ونقل، کاهش وزن بار مرده اعمال ‌شده به سازه و امکان حمل ‌و نقل و نصب در کارگاه به‌ صورت دستی می شود.

 

 

استفاده از FRP بعنوان مسلح کننده خارجی

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. برای نمونه، یکی از معمول‌ترین تکنیکها برای بهسازی اجزاء بتن آرمه، استفاده از ورق‌های فولادی است که از بیرون به این اجزاء چسبانده می‌شود. این روش، روشی ساده، مقرون به صرفه و کارا است، اما از جهات زیر مسئله‌ ساز است:

۱- زوال چسبندگی بین فولاد و بتن که از خوردگی فولاد ناشی می‌شود.

۲- مشکلات ساخت صفحات فولادی سنگین در کارگاه ساختمان.

۳- نیاز به نصب داربست.

۴- محدودیت طول در انتقال صفحات فولادی به کارگاه ساخت ( در مورد مقاوم ‌سازی خمشی اجزاء بلند ).

روش مرسوم دیگر در مقاوم ‌سازی اعضای بتن‌ آرمه، استفاده از پوشش‌هایی از نوع بتن‌ آرمه، بتن پاشیدنی و یا فولاد می‌باشد. این روش تا جایی که مربوط به مقاومت، سختی و شکل ‌پذیری می‌شود، کاملاً مؤثر است، اما باعث افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه می‌شود. همچنین این شیوه نیازمند عملیات پر دردسر و تخلیه ساکنین است و به صورت بالقوه باعث افزایش نامطلوب سختی اعضای بتن‌ آرمه می شود.

به‌ عنوان یک جایگزین، صفحات FRP می‌توانند به دور اجزاء بتن‌ آرمه پیچیده شوند و افزایش قابل توجه مقاومت و شکل ‌پذیری را به دنبال داشته باشند، بدون آنکه تغییر زیادی در سختی ایجاد نمایند. یک نکته مهم در ارتباط با مقاوم ‌سازی اعضا با استفاده خارجی از FRP آن است که باید درجه مقاوم‌ سازی ( نسبت ظرفیت نهایی عضو مقاوم‌ شده به ظرفیت نهایی عضو مقاوم ‌نشده) را محدود کنیم تا حداقل سطح ایمنی در حوادثی مانند آتش ‌سوزی که منجر به از دست رفتن کارایی FRP می‌شوند، حفظ گردد. امروزه مواد کامپوزیتی FRP به وفور جهت تقویت خمشی و برشی تیرهای بتن آرمه به کار می‌روند.

 

 

مقاوم سازی ستونهای بتن مسلح با FRP

کاربرد کامپوزیت FRP در مقاوم سازی سازه های بتن مسلح امروزه نگهداری از سازه ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می باشد با مطالعه رفتار سازه های بتنی مشخص می شود عوامل متعددی مانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه ها، آسیب دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی بتن و فولاد و شرایط محیطی از دوام آنها می کاهد ضمناً تغییر آیین نامه های ساختمانی (باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود.

سیستمهای الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه های بتنی پدیدار شده و به عنوان یک جانشین برای روش های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح مقطع با بتن ریزی مجدد و پیش تنیدگی خارجی می باشد.

بر خلاف FRP ، مواد و مصالح فولادی با استحکام بالا آسانتر توسط مهندسان پل سازی مورد قبول قرار خواهد گرفت . قبول اولیه به خاطر مواد فولادی جدید حاصل خواهد شد که کاهش بارهای مرده سازه را امکان پذیر می سازد. قبول این مواد در سطح گسترده تر به خاطر خواص پیشرفته مصالح خواهد بود. نتایج بدست آمده از بهبود این مصالح سختی و جوش پذیری فولاد های با استحکام بالا به تمام درجات فولاد افزایش خواهد یافت . مشخصات طراحی همچنان به روز خواهد شد تا با مسایل مربوط به عملکرد مصالح نظیر جوش کاری ، سختی و قابلیت ساخت و تغییر شکل متناسب گردد. مصالح فولادی با کارایی بالا امروزه برای ساخت پل در آینده استاندارد خواهند شد.

بخش ویدیویی - مقاوم سازی ساختمان با frp

مقاله های مرتبط با مقاوم سازی ساختمان با FRP