مقاوم سازی سازه های بتنی

امروز بدلیل سهولت در اجراء و هزینه نسبتاً کمتر اجراء سازه های بتنی نسبت به سازه های فلزی و نیز عدم نیاز به تأمین هزینه مالی سنگین اولیه به هنگام شروع کار اکثر کارفرمایان و سازندگان ساختمان ترجیح می دهند که پروژه های ساختمانی ( مقاوم سازی ساختمان ) و عمرانی خویش را به صورت بتن آرمه اجراء نموده و کندی در پیشرفت اینگونه پروژه ها را نسبت به بهاء بالای اجراء سازه های فولادی در نظر نگیرند. در ادامه در مورد کاربرد مقاوم سازی سازه توضیحاتی داده شده است ، با ما همراه باشید .

مقاوم سازی سازه های بتنی :

یکی از معایب اجراء سازه های بتنی صرف نیروی کار جهت تهیه بتن در کارگاه و عدم ساخت قطعات در کارخانه و جلوگیری از نیروی انسانی در فرآیند ساخت قطعات می باشد. بطور مثال در پروژه های فولادی قسمت اعظم فرآیند ساخت اسکلت در کارخانه توسط دستگاه صورت گرفته و فقط مراحل مونتاژ و نصب نهایی قطعات در کارگاه توسط نیروی انسانی صورت می گیرد که مرحله مونتاژ می تواند جوشکاری و یا بتن پیچ و مهره اتصالات باشد.

سازه های بتنی :

اما در سازه های بتنی غیر از مرحله تولید میلگردهای مورد نیاز در بتن که در کارخانجات ذوب آهن ساخته می شوند دیگر مراحل ساخت المانهای سازه ای مانند فونداسیون ، تیرها ، ستونها و دیوارهای برشی همگی توسط نیروی انسانی و عوامل موجود در کارگاه اجراء می گردد. در نتیجه امکان ایجاد خطا در کار، پایین بودن کیفیت اجراء و عدم ساخت بتن مناسب و عمل آوری و کیورینگ آن میتواند مشکلات و مسائل متعددی را در سازه ایجاد کرد و باعث روی آوردن عوامل اجرایی کارفرما به مقاوم سازی سازه های بتنی گردد.

بنابراین مقاوم سازی سازه های بتنی بدلیل وجود عوامل انسانی در فرآیند ساخت به مراتب بیشتر از مقاوم سازی سازه های فولادی می باشد. مقاوم سازی سازه های بتنی می تواند شامل یک یا چند بخش ازسازه گردد و متناسب با اینکه ضعف در سازه در چه قسمتهایی می باشد می توان نسبت به تصمیم گیری در خصوص  روش مقاوم سازی بتنی اقدام نمود.

مطالعات اولیه آسیب پذیری سازه :

ذکر این نکته ضروری است که بحث مقاوم سازی ساختمان با بهسازی لرزه ای سازه کاملاً ۲ مقوله جدا می باشد.

در مقاوم سازی ساختمان یک بخش یا المان از سازه و یا کل سازه بدلیل اشتباه در اجراء یا طراحی و یا عدم بکارگیری مصالح و نیروی انسانی ماهر دچار اشکال گردیده و عضو مربوطه دارای نقص بوده و قادر به تحمل نیروهای وارده از سازه به خود را نداشته و عملکردی ناقص از خود نشان می دهد. لذا جهت رفع معضل پیش آمده می بایست آن عضو یا المان مورد نظر مقاوم سازی و تقویت گردیده تا بتواند در فرآیند کنش و اندر کنش نیروی وارده داخلی نقش مناسبی را ایفاء نماید.

اما در بهسازی سازه و بهسازی لرزه ای سازه ، ساختمان اجراء شده دارای هیچگونه ایراد و اشکالی نبوده و در زمان اجراء کلیه مصالح و مواد مصرفی توسط نیروی کاری ماهر بصورت کامل اجراء گردیده است. اما بعد از گذشت مدت زمانی از بهره برداری پروژه و استفاده کارفرما از ابنیه مذکور بدلیل تغییر وتکمیل آئین نامه های طراحی سازه خصوصاً در خصوص بارهای لرزه ای وارده بر سازه احساس می گردد ، سازه مورد نظر نتواند در برابر بارهای جانبی زلزله مقاومت نموده و نیازمند تقویت و مقاوم سازی خاصی در این خصوص می باشد.

لذا با فرض صحیح بودن محاسبات سازه مذکور در زمان طراحی و نیز فرض صحت اجراء و عملکرد صحیح سازه در برابر نیروهای وارده بر آن با بهره گیری از آئین نامه های طرح بهسازی لرزه ای سازه و در نظر گرفتن کلیه ظرفیتهای مرتبط با اعضاء سازه و کمک از المانهای شکل پذیر نسبت به ارائه طرح مقاوم سازی وتقویت سازه اقدام می گردد. بنابراین بهسازی و آسیب پذیری لرزه ای سازه تفاوت عمده ای با مقاوم سازی سازه داشته و هر یک در جای مناسبی کارایی خواهد داشت.

مقاوم سازی با FRP در سازه های بتنی :

یکی از روش های مقاوم سازی استفاده از مقاوم سازی با FRP در سازه های بتنی می باشد. این روش به لحاظ اقتصادی با روش های سنتی مقاوم سازی ساختمان قابل رقابت بوده و همچنین دارای قابلیت اجرای سریع و آسان می باشد.
مقاوم سازی با الیاف پلیمری نسبت به روش های سنتی تداخل کمتری در کاربری ساختمان در حین اجرا ایجاد می کند. در مواردی که استفاده از ماشین آلات سنگین و یا توقف کاربری ساختمان در هنگام اجرا امکان پذیر نیست استفاده از الیاف پلیمری (FRP)  تنها روش مقاوم سازی می باشد.
از دیگر مزایای مقاوم سازی با FRP در سازه های بتنی  نسبت بالای مقاومت به وزن و سختی به وزن می باشد. مقاوم سازی با FRP در قسمت های متنوعی از سازه انجام می شود.

مقاوم سازی با تعمیر سطوح : 

مقاوم سازی با تعمیر سطوح از روشهای متداول مقاوم سازی میباشد. تکنیکهای متفاوتی برای تعمیر سطوح وجود دارد که مهمترین آنها ملات با تور سیمی ‌و بتن پاشی است. این روشها به طور طبیعی با پوشش خارجی سطوح بر روی ظاهر معماری و تاریخی بنا تأثیر گذار بوده و از جمله نقاط ضعف این نوع مقاوم سازی میباشد.

ساده ترین روش مقاوم سازی ساختمان‌های بنایی غیر مسلح به وسیله FRP که توسط محققین بسیاری مورد بررسی قرار گرفته است پوشاندن تمام المان‌های دیوار توسط یک یا چند لایه از مواد FRP می‌باشد. مطالعات نشان داده است که این روش می‌تواند بر روی یک و یا ثر دو سطح دیوار بدون هیج گونه تأثیر خارج از صفحه انجام گیرد.

همچنین این امکان وجود دارد تا با استفاده از نوارهای FRP در الگوی X شکل به تاثیرات مشابهی دست یافت. هر دو این سیستم‌ها ماقومت و سختی داخل صفحه را بالا می‌برند و همچنین رفتار خارج از صفحه را بهبود می‌بخشند. ورق‌های FRP که بوسیله یک پوشش اپوکسی به دیوار متصل می‌شوند، مواد بنایی را به یکدیگر متصل می‌نمایند و به پخش تدریجی ترک کمک می‌نمایند.

در یک سازه ساختمان‌های بنایی غیر مسلح عادی، اتلاف انرژی از طریق تکان و لغزش در طول ترک‌های اولیه انجام می‌گیرد. پوشش FRP از این رفتار جلوگیری می‌کند و رها شدن اتصالات FRP مهمترین وسیله این اتلاف انرژی می‌باشد. این رفتار می‌تواند منجر به گسیختگی شکننده تر از حالت عادی شود.

مهمترین مزایای مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP نسبت به سایر روشهای مقاوم سازی به شرح زیر هستند :

1. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP بسیار سریعتر از سایر روشهای مقاوم سازی می باشد.
2. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP نیاز به تخریب بخشهایی از سازه در مقایسه با سایر روشهای مقاوم سازی ندارد.
3. پس از اجرای مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP ، نیاز به بازسازی بخشهایی از سازه در مقایسه با سایر روشهای مقاوم سازی ندارد.
4. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP در بیشتر موارد ارزانتر از سایر روشهای مقاوم سازی است.
5. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP به مرور زمان دچار خوردگی نمی شود. ( در مقایسه با بعضی روشهای مقاومسازی سنتی مانند ژاکت فولادی)
6. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP در مجاورت مصالح ساختمانی (مانند گچ و خاک) دچار خوردگی نمی شود ( در مقایسه با برخی روش های مقاومسازی سنتی مانند ژاکت فولادی ) .
7. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP مبتنی بر فن آوری های نوین است ( در مقایسه با سایر روش های مقاومسازی سنتی ) و بنابراین روش هایمقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP هرروز در حال تکامل و پیشرفت می باشد .
8. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP دارای کد ها و آیین نامه های خاص برای مقاوم سازی با FRP میباشد در حالیکه بیشتر روش های  مقاوم سازی سنتی مبتنی آیین نامه های عمومی هستند ( مانند مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی و مقاومسازی به  روش ژاکت فولادی ).
9. برای کنترل کیفیت مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP روشهای مشخصی مانند تست Pull Off وجود دارد که برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم مقاوم سازی با FRP باید پس از اجرای عملیات مقاوم سازی با FRP انجام شود.
10. اجرای عملیات مقاوم سازی با FRPنیاز به تجهیزات خاصی در مقایسه با سایر روشهای مقاوم سازی ندارد.
11. اجرای عملیات مقاوم سازی با FRPنیاز به افراد مختلف با مهارت های متعدد در مقایسه با سایر روشهای مقاوم سازی ندارد.

جداسازی لرزه ای چیست؟

جداسازی لرزه ای یکی از روش های کنترل ارتعاشات لرزه ای با جدا سازی سازه از زمین در ساختمان ها و پلها میباشد. در این روش بر خلاف روشهای مرسوم در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای، که موجب افزایش سازه میشود، تمرکز بر روی کاهش پاسخ لرزه ای، و نیرو و شتاب ورودی زلزله به سازه است.

به عبارتی اصل جداسازی لرزه ای بر ایجاد انعطاف پذیری در پایه ساختمان در صفحه افقی مبتنی است و در عین حال از اجزای میراکننده برای محدود کردن دامنه حرکت ناشی از زلزله استفاده میکند. برپایی ساختمانها بر روی یک سیستم جداساز لرزه ای باعث جلوگیری از انتقال قسمت زیادی از حرکت افقی زمین به ساختمان می شود( اثر زلزله را تا ۸۰ درصد کاهش میدهد ) که این عمل منجر به کاهش شدید شتابهای طبقات و تغییرمکان های بین طبقه ای ( دریفت Drift ) می شود. این روش مستلزم نصب جداسازها در یکی از طبقات ساختمان ( ترجیحاً تراز پی ) می باشد. پس از نصب جداساز لرزه ای تغییر شکل جانبی در آن متمرکز شده و تغییر شکل نسبی طبقات بالای آن به شدت کاهش می یابد.

کاربرد ورق یا کامپوزیت FRP در روش های مقاوم سازی سازه بتنی

امروزه نگهداری از سازه‌ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می‌باشد. با مطالعه رفتار سازه‌های بتنی مشخص می‌شود عوامل متعددی مانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه‌ها، آسیب‌دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی بتن و فولاد و شرایط محیطی از دوام آن‌ها می‌کاهد. ضمناً تغییر آیین‌نامه‌های ساختمانی (که باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می‌شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می‌گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود. سیستمهای الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه‌های بتنی پدیدار شده و به عنوان یک جانشین برای روش‌های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح مقطع با بتن‌ریزی مجدد و پیش تنیدگی خارجی می‌باشد.

با توجه به معایب این روش‌ها مانند بازدهی کم و یا نیاز به امکانات و فن‌آوری خاص، امروزه روش‌های مقاوم سازی ساختمان با استفاده از کامپوزیت توسعه روزافزون پیدا کرده است. محدودیت استفاده و کاربرد کامپوزیت در مهندسی ساختمان به قیمت بالای آن‌ها برمی‌گردد. البته هزینه و قیمت آن‌ها به‌تدریج رو به کاهش می‌باشد و به‌این‌ترتیب استفاده از آن‌ها بیشتر و بیشتر خواهد شد. استفاده از FRP در زمینه مقاوم سازی ، هر چند که هزینه بالایی در بردارد، اما با توجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر مزایای FRP، در کل به‌صرفه‌ترین و مؤثرترین راه مقاوم سازی سازه‌های بتنی امروزه به شمار می‌رود.

ترمیم و تقویت سازه های بتنی

گزارش اولیه تحقیقات انجام شده در تابستان سال ۲۰۰۰ میلادی در آزمایشگاه سازه دیویس هال دانشگاه برکلی کالیفرنیا نشان می دهد، ظرفیت دیوارهای برشی فولادی برای مقابله با خطراتی مانند زلزله، طوفان و انفجار در مقایسه با دیگر سیستم ها مثل قابهای ممان گیر ویژه حداقل ۲۵% بیشتر می باشد. در آزمایشگاههای تحقیقاتی استفاده گردیده است که ظرفیت آن حدوداً  ۶۶۷۰KN می باشد.
یکی از کاربردهای این پانلها در تقویت سازه های بتنی در ساختمان مرکز درمانی در چارلستون می باشد این سازه در اثر زلزله ۱۹۶۳ آسیب دیده بود این ساختمان متشکل از ساختمان های متعددی از یک تا پنج طبقه می باشد که زیر بنای آنها نزدیک به ۳۲۵۰۰ متر مربع است . برای تقویت این سازه از بهترین تیم طراحی وتحقیقاتی استفاده گردید.
معرفی سیستم دیوار برشی فولادی برای ترمیم و تقویت سازه های بتنی ساخته شده
سال ۱۹۹۵ زلزله در Hugoken-Nanbu4 که زلزله مهیبی بود، باعث کشته و مجروح شدن انسانهای زیادی شد. ساختمان های بسیاری آسیب جدی دیدند و ساختمان هایی که قبل از سال ۱۹۸۱ و مخصوصاً قبل از ۱۹۷۱ ساخته شده بودند، خسارت شدیدی را متحمل گردیدند و حتی برخی از آنها فرو ریختند.
این امر نشانگر این است که آیین نامه و مقررات قدیمی برای طراحی ساختمان به نحو مناسبی نیروهای زلزله و شکل پذیری سازه ای را در نظر نگرفته اند .