استفاده از FRP ها به علت وزن سبک و کاربرد آسان و همچنین مقاومت و سختی مناسب، بسیار مورد توجه و استفاده مهندسان قرار گرفته و پروژه‌های متعددی در دنیا و کشورمان انجام گرفته است. کاربرد FRP در تیرهای بتنی در جریان انتقال نیروهای ثقلی و جانبی دیافراگم به ستون نقش دارند، از این‌ رو جزئی از سیستم سازه می‌باشند.

از روش‌های تقویت المان‌های سازه‌ای می‌توان به ژاکت فولادی و بتنی، استفاده از کامپوزیت‌های FRP جهت افزایش مقاوم سازی ساختمان با FRP ظرفیت باربری عضو و اضافه کردن المان‌های مقاوم لرزه‌ای مانند بادبند و میراگر اشاره کرد.

تقویت خمشی با استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف ( FRP ) : 

یکی از کاربرد پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) تقویت خمشی تیرها و یا دال‌های بتنی در دهانه‌های بلند میباشد. البته این به این معنی نیست که نمی‌توان از FRP  در تیرها و دال‌های با دهانه‌های کوچک استفاده کرد.

درصورتی ‌که طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می‌توان  با استفاده از الیاف FRP  سختی و مقاومت خمشی  راه افزایش داد. اگر نسبت ضخامت و ارتفاع عضو به دهانه آن کم باشد، سختی آن کم و در نتیجه خیز وسط دهانه عضو ( تیر یا دال )  افزایش می‌یابد. همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک‌های خمشی در زیر تیر یا دال  ایجاد می‌شود. این  ترک‌ها به‌صورت قائم بوده و در راستای خمش ( عمود بر راستای آرماتورهای طولی ) در محل لنگر خمشی بیشینه ایجاد می‌شوند.

برای افزایش سختی و مقاومت خمشی می‌توان ورق‌های پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند. درنتیجه وسط تیر ورق‌های پلیمری باید به وجه تحتانی و تکیه‌ گاه این ورق‌ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتورهای فولادی باشند زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند. با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری، مدول الاستیسیته بالایی دارند که  سختی تیر یا دال افزایش پیدا می‌کند و درنتیجه خیز آن کاهش می‌یابد.

تقویت برشی با استفاده از الیاف پلیمری و کاربرد FRP در تیرهای بتنی: 

در تیرهای بتنی خاموت‌ها که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می‌گیرند، نقش تأمین مقاومت برشی آن را ایفا می‌کند. همانطور که می‌دانیم به علت مقاومت برشی کم بتن، از خاموت برای تأمین مقاومت برشی کافی در تیرها استفاده می‌شود. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترک‌های برشی در محل برش بیشینه، برای تکیه‌گاه، به‌ صورت مایل با زاویه حدوداً ۴۵ درجه تشکیل می‌شوند. برای تقویت برشی تیرها معمولاً الیاف پلیمری (FRP) را به‌ صورت مایل یا قائم ( عمود بر راستای ترک‌های برشی)  به طرفین تیر می‌چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک‌های برشی کمتر باشد اثر آنها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوارهای FRP که برای  تقویت برشی تیر به کار می‌روند می‌توانند  به صورت U  شکل باشند و یا کاملاً پیرامون تیر را بپوشاند.

 

کاربرد FRP در تیرهای بتنی

کاربرد FRP در تیرهای بتنی : 

  • تیر بتنی مسلح
  • تیر بتنی پیش تنیده
  • تیرهای بتنی پیش ساخته
  • مزایای روش مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP
  • 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
  • ترمیم ناشی از خوردگی

 

چسب FRP و کاربرد FRP در تیرهای بتنی : 

در حال حاضر چسبهای FRP بسیار قدرتمندی در دسترس می‌باشند که می‌توانند در چسباندن و استفاده از نوارها، لمینیت ها و الیاف FRP مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به اینکه مقاومت رزینها و چسبها از مقاومت بتن بیشتر است، به همین دلیل در اغلب حالات مکانیزم شکست در بتن رخ می‌دهد و شکست در لایه چسب به ندرت رخ می‌دهد. تنها در صورت استفاده از چسب نامناسب و یا اجرای غلط و نامطلوب در سیستم FRP، امکان بروز مشکل در لایه چسب وجود دارد. این مشکل در سطح مشترک چسب و الیاف FRP و یا در سطح مشترک بتن و چسب رخ می‌دهد.

تقویت خمشی تیر و کاربرد FRP در تیرهای بتنی : 

یکی از موارد کاربرد الیاف پلیمری FRP تقویت خمشی تیرها و یا دال های بتنی در دهانه های بلند می باشد.در این موارد، اگر طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می توان با استفاده از الیاف FRP سختی و مقاومت خمشی آنرا افزایش داد. اگر نسبت ضخامت ( یا ارتفاع ) عضو به دهانه آن کم باشد، سختی آن کم و در نتیجه خیز وسط دهانه عضو ( تیر یا دال ) افزایش می یابد.

همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک های خمشی در زیر تیر یا دال ایجاد می شود. این ترک ها بصورت قائم بوده و در راستای خمش (عمود بر راستای آرماتورهای طولی) در محل لنگر خمشی بیشینه ایجاد می شوند. به بیان دیگر، در وسط تیر ترک های خمشی در وجه زیرین آن و در محل تکیه گاهها ترک های خمشی در وجه فوقانی تیر ایجاد می شوند.

برای افزایش سختی و یا مقاومت خمشی عضو می توان ورقهای پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند. در نتیجه در وسط تیر ورق های پلیمری باید به وجه تحتانی و در بر تکیه گاه ها این ورق ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتور های فولادی باشند، زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند. با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری (کمتر۱ میلیمتر) مدول الاستیسیته بالای آنها (۱۰ برابر فولاد) باعث افزایش سختی تیر و در نتیجه کاهش خیز آن می شود.

تقویت برشی و کاربرد FRP در تیرهای بتنی: 

در تیرهای بتنی، خاموت ها، که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می گیرند، نقش تامین مقاومت برشی آن را ایفا می کنند. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترکهای برشی در محل برش بیشینه، بر تکیه گاه، به صورت مایل با زاویه حدود ۴۵ درجه تشکیل می شوند.

برای تقویت برشی تیرها معمولا الیاف پلیمری را بصورت قائم و یا مایل (عمود بر راستای ترک های برشی) به طرفین تیر می چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک های برشی کمتر باشد اثر آن ها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوارهای پلیمری که برای تقویت برشی تیر به کار می روند می توانند بصورت U شکل باشند و یا کاملاً پیرامون تیر را بپوشانند. برای افزایش کارآیی تقویتهای برشی، تامین مهار انتهایی لازم است.

با توجه به اینکه طول موجود برای نصب رکابیهای FRP  به ارتفاع تیر محدود می‌شود، 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 رکابی‌های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه‌های مقطع تیر، این گوشه‌ها باید به شعاع حداقل ۳۰ میلی‌متر گرد شوند.

تقویت خمشی و برشی المان و کاربرد FRP در تیرهای بتنی : 

  • کاهش عرض ترک های موجود در پوشش بتنی به کمک کشش اولیه ایجاد شده در صفحات FRP
  • محافظت آتی از آرماتورها در برابر شرایط مخرب محیطی
  • مقاوم سازی پوتر بتنی با FRP برای افزایش مقاومت در برابر حرارت
  • محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای حرارتی
  • مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین آب بندی کامل المان
  • افزایش عمر مفید
  • کاهش سرعت خوردگی
  • مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین فضای نارسانای الکتریکی
  • محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای الکتریکی
  • مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین فضای نارسانای مغناطیسی
  • محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای مغناطیسی
  • ایده آل برای سایت های با دسترسی محدود به علت حجم و وزن اندک
  • دارای نسبت بالای مقاومت به وزن
  • دارای چگالی در حدود ۲۰ درصد فولاد